JP2018011411A - 電力供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より大きな突入電流に対応し得る電力供給制御装置を、個々の部品の大型化を抑えて実現する。【解決手段】電力供給制御装置１０は、第１スイッチ部２１を備えた半導体スイッチ部１６と、半導体スイッチ部１６と並列に設けられる第２スイッチ部２２と、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２を制御する制御回路１０とを備える。制御回路１０（制御部）は、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２がいずれもオフ状態のときに電力供給路１２の通電を開始する場合に、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態にした後、第１スイッチ部２１のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部２２をオフ状態に切り替える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給制御装置に関するものである。

電源から負荷への電力供給をスイッチのオンオフ動作によって制御する場合、スイッチのオン動作直後には、その後の定常状態のときよりも電源ラインに大きな突入電流が流れることが一般的である。このため、この種の装置では、突入電流時でも支障なく動作し得る構成を、できるだけ回路規模を抑えた形で実現することが求められる。

この点に関する技術としては、特許文献１のような技術が提案されている。特許文献１で開示される過電流制御回路は、過電流検出値設定回路及び過電流検出回路を備え、過電流検出値設定回路は、電源立ち上げ時から一定時間だけ負荷の最大電流値以上の第１の過電流検出値を設定し、一定時間の経過後に、負荷の定格電流値以上でかつ第１の過電流検出値よりも低い第２の過電流検出値を設定する。そして、過電流検出回路は、過電流検出値設定回路によって設定された第１又は第２の過電流検出値に基づいて負荷に流れる過電流を検出する。

特開平９−３０５２４６号公報

この種の制御装置では、スイッチがオン動作した直後に流れる突入電流が、スイッチで許容される最大電流値を超えないように設計することが求められ、その後の定常状態のときには、スイッチ自身の損失や温度上昇などを考慮し、スイッチを流れる電流値が定常状態で許容される値（定常状態上限値）を超えないように設計することが求められる。但し、定常状態のときの許容値（定常状態上限値）については、スイッチ近傍の放熱性を高め、スイッチ付近での放熱を促進する等の工夫により許容値を上げることができる。このように許容値（定常状態上限値）を上げると、同じスイッチであれば、定常状態のときにより大きな電流を流すことができるようになり、流れる電流値が同じであれば、条件を満たすスイッチサイズをより小さくすることができる。

しかし、放熱性の改善等によって定常状態のときの許容値（定常状態上限値）を高めることができても、過渡状態のときの許容値（最大電流値）を上げることはできないため、結局のところ、突入電流が過渡状態のときの許容値（最大電流値）を超えないように回路設計や部品選定を行うことに変わりはない。つまり放熱性の改善などによって定常状態のときの制約を緩和することができるのに、過渡状態のときの制約（突入電流をスイッチで許容される最大電流値未満に抑えるという制約）があるがゆえに、電源ラインの大電流化やスイッチサイズの低減が阻害されていた。

本発明は、上述した事情に基づいてなされたものであり、より大きな突入電流に対応し得る電力供給制御装置を、個々の部品の大型化を抑えて実現することを目的とするものである。

本発明の一例である電力供給制御装置は、
電力供給路に設けられるとともに前記電力供給路の通電を遮断するオフ状態と遮断を解除するオン状態とに切り替わる第１スイッチ部を備えたリレー装置と、
前記電力供給路における前記第１スイッチ部の一端側の位置と他端側の位置との間で前記第１スイッチ部を通さずに電力を供給する経路となるバイパス路と、
前記第１スイッチ部と並列に設けられ、前記バイパス路の通電を遮断するオフ状態と遮断を解除するオン状態とに切り替わる第２スイッチ部と、
前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに前記電力供給路の通電を開始する場合に、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部をいずれもオン状態にした後、前記第１スイッチ部のオン状態を継続しつつ前記第２スイッチ部をオフ状態に切り替える制御部と、
を有する。

このように制御部は、第１スイッチ部及び第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに電力供給路の通電を開始する場合に、第１スイッチ部及び第２スイッチ部をいずれもオン状態にした後、第１スイッチ部のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部をオフ状態に切り替える。このように、電力供給路の通電が開始した直後の過渡状態のときに、第１スイッチ部及び第２スイッチ部がいずれもオン状態になるため、突入電流は、第１スイッチ部が設けられた電力供給路と第２スイッチ部が設けられたバイパス路に分岐することになる。このため、過渡状態のときに突入電流が単一のスイッチのみを流れる構成と比較して各スイッチ部を流れる突入電流が確実に抑えられ、第１スイッチ部及び第２スイッチ部のサイズの低減、或いは供給可能な総電流の増加（即ち、大電流化）を図りやすくなる。

図１は、実施例１の電力供給制御装置を備えた車載システムを例示するブロック図である。 図２は、実施例１の電力供給制御装置の内部構成を具体化した例を概略的に示すブロック図である。 図３は、実施例１の電力供給制御装置の少なくとも一部をバスバー基板に実装した回路構成体を概略的に例示する断面概略図である。 図４は、図３の回路構成体の裏面図である。 図５（Ａ）は、半導体スイッチ部に与えるゲート信号を例示するタイミングチャートであり、図５（Ｂ）は、第２スイッチ部に与えるゲート信号を例示するタイミングチャートである。 図６（Ａ）は、電力供給制御装置を流れる全電流の波形を例示するグラフであり、図６（Ｂ）は、半導体スイッチ部を流れる電流の波形を例示するグラフであり、図６（Ｃ）は、第２スイッチ部を流れる電流の波形を例示するグラフである。 図７は、比較例となる電力供給制御装置を備えた車載システムを例示するブロック図である。 図８（Ａ）は、比較例の電力供給制御装置において半導体スイッチ部を流れる電流の波形を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の構成と同等の半導体スイッチ部を用いる場合に負荷電流を増大させたときの波形の変化を説明するグラフであり、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）の構成よりもサイズを小さくした半導体スイッチ部を用いる場合に負荷電流を変化させたときの波形の変化を説明するグラフである。

ここで、発明の望ましい例を示す。
リレー装置は、第１スイッチ部を流れる電流が所定値を超える場合に第１スイッチ部をオフ状態とする遮断回路部を備えていてもよい。

上記電力供給制御装置は、電力供給路の通電が開始した直後の過渡状態のときに、第１スイッチ部及び第２スイッチ部をいずれもオン状態にすることで、各スイッチ部を流れる突入電流を確実に抑え、その後、第１スイッチ部のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部をオフ状態に切り替えることで電力供給路を絞ることができる。第２スイッチ部がオフ状態に切り替えられた後には、電力供給路の電流を遮断回路部によって監視することができ、第１スイッチ部を流れる電流が所定値を超える場合には第１スイッチ部をオフ状態とするように保護動作を行うことができる。

遮断回路部は、第１スイッチ部をオフ状態にする場合に遮断信号を出力する構成であってもよい。制御部は、遮断回路部から遮断信号が出力された場合に、第２スイッチ部をオフ状態に切り替える構成であってもよい。

上記電力供給制御装置は、電力供給路の通電が開始して第１スイッチ部及び第２スイッチ部がオン状態とされているときに第１スイッチ部を流れる電流が所定値を超える過電流状態となった場合、遮断回路部によって第１スイッチ部の遮断動作を行うだけでなく、遮断回路部から発せられる遮断信号を利用して第２スイッチ部の遮断動作を行うこともできる。よって、両スイッチ部のオン動作によって突入電流の分散化を図っても許容量を超える過大な突入電流が第１スイッチ部を流れるような場合には、両スイッチ部を確実にオフ動作させて保護を図ることができる。

制御部は、第１スイッチ部及び第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに電力供給路の通電を開始する場合、第１スイッチ部及び第２スイッチ部のうち少なくとも一方をオン状態に切り替え、突入電流がピーク値になる前に第１スイッチ部及び第２スイッチ部をいずれもオン状態とする構成であってもよい。

上記電力供給制御装置は、ピークレベルの突入電流がいずれかのスイッチ部のみを流れるような事態を回避することができ、突入電流がピークに達する時点では、突入電流を確実に複数経路に分けることができる。

制御部は、第１スイッチ部及び第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに電力供給路の通電を開始する場合、第１スイッチ部及び第２スイッチ部のうち第２スイッチ部のみをオン状態に切り替え、突入電流がピーク値になる前に第１スイッチ部及び第２スイッチ部をいずれもオン状態とする構成であってもよい。

上記電力供給制御装置は、第１スイッチ部がオン動作した時点で確実に突入電流を分岐させることができ、第１スイッチ部のみに過大な電流が発生するような事態を生じさせないようにすることができる。

制御部は、第１スイッチ部及び第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに電力供給路の通電を開始する場合、第１スイッチ部及び第２スイッチ部をいずれもオン状態で一定時間維持した後、第１スイッチ部のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部をオフ状態に切り替える構成であってもよい。

上記電力供給制御装置は、電力供給路の通電を開始する場合に、両スイッチ部がいずれもオン状態になっている期間を一定時間確実に確保した上で、第１スイッチ部のみをオン動作させる状態に移行することができる。

リレー装置は、第１スイッチ部を流れる電流値を示す電流信号を出力する電流信号生成部を備えていてもよい。制御部は、第１スイッチ部及び第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに電力供給路の通電を開始する場合、第１スイッチ部及び第２スイッチ部をいずれもオン状態にした後、電流信号生成部から出力される電流信号に基づき、第１スイッチ部を流れる電流の値又は変動率が所定の条件を満たす場合に第１スイッチ部のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部をオフ状態に切り替える構成であってもよい。

上記電力供給制御装置は、両スイッチ部をオン状態で維持する期間の終了時期を、第１スイッチ部を流れる電流の値又は変動率に基づいて、より適切に決めることができる。

第１スイッチ部は、バスバー基板に実装されていてもよい。

このように放熱性の高いバスバー基板に第１スイッチ部を実装することで第１スイッチ部の放熱を促進することができ、この放熱促進によって定常状態のときに第１スイッチ部で許容される電流値を上げることができる。一方で、電力供給路の通電が開始した直後の過渡状態のときにも、突入電流の分岐によってより大きな電流を流すことができるようになるため、過渡状態でも定常状態でも大電流化を図りやすくなる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１について説明する。
図１で示す車載システム１は、車両に搭載される負荷駆動システムである。この車載システム１は、電源部９２、負荷９４、電力供給制御装置１０などを備え、電源部９２から負荷９４への電力供給を電力供給制御装置１０によって制御するシステムとして構成されている。

電源部９２は、鉛バッテリなどの公知の車載用蓄電手段によって構成され、所定の電源電圧（例えば１２Ｖの電圧）を電力供給路１２に印加する構成をなす。なお、この電源部９２は、図示しない発電機から充電電流が供給され、充電がなされる。

電源部９２には、電線などによって構成される配線部８２が接続されている。配線部８２には図示しないヒューズを介して電力供給路１２が電気的に接続されており、電力供給路１２には電源部９２からの出力電圧が印加される。

負荷９４は、公知の車載用負荷として構成されており、具体的な対象は特に限定されず、ヘッドライトなどの各種光源、モータなどの各種アクチュエータ、電気制御ブレーキシステム、エアコン、カーナビゲーションシステム等、様々な電気部品が対象となり得る。負荷９４の一端は、電線などによって構成される配線部８４に接続されており、この配線部８４を介して電力供給路１２に電気的に接続されている。負荷９４の他端はグラウンドに接続されており、後述する半導体スイッチ部１６又は第２スイッチ部２２の少なくともいずれかがオン動作しているときに電源部９２から供給される電流によって動作する構成をなす。

電力供給制御装置１０は、電力供給路１２、バイパス路１４、半導体スイッチ部１６、第２スイッチ部２２、制御回路１８などを備える。

図１で示す電力供給制御装置１０では、電源部９２から負荷９４へと電力を供給する経路のうち、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２の間の経路が２つの導電路に分岐しており、一方が電力供給路１２として構成され、他方がバイパス路１４として構成されている。

電力供給路１２は、電源部９２から負荷に電力を供給するときの主経路となる導電路である。図１の例では、電力供給路１２のうち、半導体スイッチ部１６よりも電源部９２側の経路を導電路１２Ａとし、半導体スイッチ部１６よりも負荷９４側の経路を導電路１２Ｂとしている。電力供給路１２の一端は、配線部８２に電気的に接続されており、電力供給路１２の他端は、配線部８４に電気的に接続されている。

バイパス路１４は、電力供給路１２と並列に接続された導電路である。バイパス路１４は、電力供給路１２における第１スイッチ部２１（図２）の一端側の位置（接続点Ｐ１）と他端側の位置（接続点Ｐ２）との間で第１スイッチ部２１（図２）を通さずに電力を供給する経路となる。図１の例では、バイパス路１４のうち、第２スイッチ部２２よりも電源部９２側の経路を導電路１４Ａとし、第２スイッチ部２２よりも負荷９４側の経路を導電路１４Ｂとしている。

半導体スイッチ部１６は、リレー装置の一例に相当し、例えば、スイッチ素子と保護回路を一体的に組み込んだスイッチＩＣとして構成されている。半導体スイッチ部１６は、例えば、図２のような構成をなしており、第１スイッチ部２１、電流検出部３２Ａ、過電流判定部３２Ｂ、ゲート駆動部３４などを備える。なお、図２で示す半導体スイッチ部１６の内部構成はあくまで一例であり、同様の機能を備えた構成であれば他の構成を採用してもよい。

第１スイッチ部２１は、電力供給路１２に設けられるとともに電力供給路１２の通電を遮断するオフ状態と遮断を解除するオン状態とに切り替わる構成をなす。この第１スイッチ部２１は、例えばＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されており、ドレインが一方の導電路１２Ａを介して電源部９２に電気的に接続され、ソースが他方の導電路１２Ｂを介して負荷９４に電気的に接続されている。第１スイッチ部２１のゲートには、ゲート駆動部３４が接続されている。

電流検出部３２Ａは、電流信号生成部の一例に相当し、第１スイッチ部２１を流れる電流値を示す電流信号を出力する機能を有する。この電流検出部３２Ａは、公知の電流センサとして構成され、第１スイッチ部２１を介して電力供給路１２を流れる電流を反映した値（例えば、電力供給路１２の電流値に比例した電圧値）を電流信号として出力する。電流検出部３２Ａから出力される電流信号（電力供給路１２を流れる電流を反映した値）は、過電流判定部３２Ｂ及び制御回路１８に入力される。

過電流判定部３２Ｂは、電流検出部３２Ａで検出された値（例えば、電力供給路１２の電流値に比例した電圧値）が所定閾値を超える場合にゲート駆動部３４に対して遮断信号を出力し、超えていない場合には遮断信号を出力しないように動作する。過電流判定部３２Ｂから出力される遮断信号は、制御回路１８にも入力される。

ゲート駆動部３４は、第１スイッチ部２１のゲートに入力する信号をオン信号（第１スイッチ部２１がオン状態になる駆動信号）又はオフ信号（第１スイッチ部２１がオフ状態になる非駆動信号）に切り替える部分である。ゲート駆動部３４は、制御回路１８からオン信号（例えばＨレベル信号）が出力されており且つ過電流判定部３２Ｂから遮断信号が出力されていない場合に第１スイッチ部２１のゲートに対してオン信号を出力する。逆に、制御回路１８からオフ信号（例えばＬレベル信号）が出力されている場合、又は過電流判定部３２Ｂから遮断信号が出力されている場合には、第１スイッチ部２１のゲートに対してオフ信号を出力する。

本構成では、電流検出部３２Ａ及び過電流判定部３２Ｂによって遮断回路部３２が構成されている。遮断回路部３２は、電流検出部３２Ａの検出値が所定閾値を超える場合（即ち、第１スイッチ部２１を流れる電流が所定値を超える場合）にゲート駆動部３４に対して遮断信号を出力し、これにより第１スイッチ部２１をオフ状態にする。

図１で示す第２スイッチ部２２は、第１スイッチ部２１と並列に設けられ、バイパス路１４の通電を遮断するオフ状態と遮断を解除するオン状態とに切り替わる構成をなす。この第２スイッチ部２２は、例えばＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されており、ドレインが一方の導電路１４Ａを介して電源部９２に電気的に接続され、ソースが他方の導電路１４Ｂを介して負荷９４に電気的に接続されている。第２スイッチ部２２のゲートには制御回路１８からの信号線１９が接続されている。

図１で示す制御回路１８は、制御部の一例に相当し、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２のオンオフを個別に制御する機能を有する。制御回路１８は、例えば公知のマイクロコンピュータとして構成され、ＣＰＵ、メモリ、ＡＤ変換器などを備える。

このように構成された電力供給制御装置１０は、一部又は全部を図３、図４で示すようなバスバー基板５０に実装することができる。

図３で示すバスバー基板５０は、複数のバスバー５２，５３および回路基板５１を積層した積層体５１Ａを合成樹脂によりモールド成形して一体化したものである。図３で示すように、バスバー基板５０の表側面（上面側）には回路基板５１が配され、図３、図４で示すように、バスバー基板５０の裏側面（下面側）にはバスバー５２，５３が配されている。バスバー基板５０の表側面に配される回路基板５１には、プリント配線技術により図示しない導電路が形成されている。バスバー基板５０の表面には様々な電子部品５５が配置されており、これら電子部品５５は導電路または回路基板５１の開口から露出したバスバーに、例えば半田付け等公知の手法により接続されている。バスバー基板５０の裏側面においては、複数のバスバー５２，５３が露出している。なお、バスバー基板５０の表側及び裏側の外周部などには樹脂部５０Ａが配置されている。

図４の例では、バスバー基板５０を構成する複数のバスバー５２，５３のうち、バスバー５２は例えばグランド接続用のバスバーである。グランド接続用のバスバー５２は例えばヒートシンク６０に接触するように配されている。絶縁伝熱部材５９は、絶縁性および伝熱性を有する材料からなる部材であり、グランド接続用のバスバー５２以外の他のバスバー５３とヒートシンク６０とを絶縁状態に保持している。

上述したバスバー基板５０に実装される複数の電子部品５５のうち、いずれかが半導体スイッチ部１６として構成され、他のいずれかが第２スイッチ部２２として構成されている。なお、制御回路１８は、バスバー基板５０に実装されていてもよく、バスバー基板５０以外の回路基板に実装されていてもよい。

次に、電力供給制御装置１０の動作について説明する。
上述した電力供給制御装置１０では、制御回路１８が第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２のオンオフ動作を制御する。

制御回路１８には、図示しない外部装置（外部ＥＣＵなど）が通信可能に接続され、制御回路１８は、例えば、外部装置から制御回路１８に対して負荷９４の駆動を指示する信号（駆動指示）が入力されていることを条件として第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をオン動作させる。逆に、外部装置から制御回路１８に対して負荷９４の駆動停止を指示する信号（駆動停止指示）が入力されている場合には第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をオフ動作させる。

制御回路１８は、負荷９４への電力供給を開始するための条件が成立していない場合（即ち、外部から駆動指示が与えられていない場合）、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオフ状態で維持する。このように第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２がいずれもオフ状態で維持されているときに電力供給を開始するための条件が成立した場合（即ち、外部から制御回路１８に駆動指示が与えられた場合）、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をオン状態に切り替えて負荷９４への通電を行う。開始条件の成立に伴う両スイッチ部の切り替えは、例えば、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２のうち少なくとも一方をオン状態に切り替え、突入電流がピーク値になる前に第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態とする。

例えば、制御回路１８は、外部から駆動指示を受けた後、時間Ｔ１のタイミングで第２スイッチ部２２を動作させるためのオン信号を出力する。図５（Ａ）のように、第２スイッチ部２２のゲートには時間Ｔ１のタイミングでオン信号（第２スイッチ部２２がオン状態になる駆動信号）が入力される。このような動作により、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２のうち第２スイッチ部２２のみが先にオン状態に切り替えられる。そして、制御回路１８は、第２スイッチ部２２をオン状態に切り替えた後の時間Ｔ２のタイミングで第１スイッチ部２１を動作させるためのオン信号も出力する。図５（Ｂ）のように第１スイッチ部２１のゲートには、時間Ｔ２のタイミングでオン信号（第１スイッチ部２１がオン状態になる駆動信号）が入力される。このような動作により、突入電流がピーク値になる前に第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２がいずれもオン状態に切り替えられる。

このように時間Ｔ２で第１スイッチ部２１をオン状態に切り替えた後、例えば、時間Ｔ２から一定時間の間、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態で維持する。第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態で維持する「一定時間」は、時間Ｔ２から第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２を流れる総電流がピークレベルに達する時間Ｔａまでの時間間隔よりも長く設定されている。

そして、時間Ｔ２から一定時間の間、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態で維持した後、時間Ｔ３のタイミングで、第１スイッチ部２１のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部２２をオフ状態に切り替える。時間Ｔ３以降は、第１スイッチ部２１をオン状態とし第２スイッチ部２２をオフ状態としたまま負荷９４の駆動停止条件が成立するまで（例えば、制御回路１８に駆動停止指示が与えられるまで）維持する。

次に、図７で示す比較例と対比して本構成の電力供給制御装置１０の効果を詳しく説明する。

まず、図７で示す制御装置１００について説明する。
制御装置１００では、電源部１９２から負荷１９４へ電力を供給する電力路に図１で示す半導体スイッチ部１６と同様の半導体スイッチ部１１６が設けられている。但し、図１のようなバイパス路１４や第２スイッチ部２２は設けられていない。半導体スイッチ部１１６は、制御回路１１８によってオンオフ動作が制御される。

図７のような車載システムを設計する場合、半導体スイッチ部１１６で流すことのできる最大電流値が予め設定され、負荷に流すことのできる電流値はこの最大電流値未満となる。従って、半導体スイッチ部１１６の部品選定や負荷電流の設定を行う上では、図８（Ａ）のように、負荷で想定される突入電流のピークレベルが半導体スイッチ部１１６で設定される最大電流値未満となるように設計が行われることになる。なお、図８（Ａ）は、半導体スイッチ部１１６の部品選定や負荷電流の設定が適正に行われている構成での半導体スイッチ部１１６を流れる電流（負荷電流）の変化を示すグラフである。半導体スイッチ部１１６の最大電流値は、図２で示す遮断回路部３２と同様の回路によって過電流と判定される値であり、半導体スイッチ部１１６を流れる電流が最大電流値（遮断電流値）に達すると、半導体スイッチ部１１６内で保護回路が作動し上記電力路に介在するスイッチ部（図２で示す第１スイッチ部２１と同様のＭＯＳＦＥＴなど）を遮断する遮断動作が行われる。

一方で、図７のような車載システムを設計する場合、定常状態のときに半導体スイッチ部１１６に流すことができる電流の上限値（定常状態上限値）も様々な要因を考慮して定められる。そして、半導体スイッチ部１１６の部品選定や負荷電流の設定を行う上では、図８（Ａ）のように、定常状態のときに半導体スイッチ部１１６に流れる電流（即ち、定常状態のときの負荷電流）が、構成上許容される上限値（定常状態上限値）未満となるように設計が行われることになる。

但し、定常状態のときに半導体スイッチ部１１６に流すことができる電流の上限値（定常状態上限値）は、周辺構成の工夫などによって高くすることができる（即ち、緩和することができる）。例えば、図３、図４で示すようなバスバー基板の採用やその他の構成によって半導体スイッチ部１１６の放熱を促進できると、図８（Ｂ）で示す放熱性改善後の定常状態上限値のように上限値を高くすることができる。このように上限値（定常状態上限値）を高くすることができると、この条件だけであれば、同じ半導体スイッチ部１１６であっても負荷電流をより大きくする余地が生じる。或いは、同程度の負荷電流であれば、スイッチサイズを小さくする余地が生じる。

このように定常状態のみに着目すると、放熱性の改善などによって上限値（定常状態上限値）を高めることでき、負荷電流を増大させ得る余地が生まれるが、一方で、半導体スイッチ部１１６に流し得る最大電流値（遮断電流値）は上げることができないため、結局のところ負荷電流を増大させることはできない。例えば、図８（Ａ）のような負荷状態（状態１）のときよりも負荷の大電流化を図り、定常状態で許容されるレベルまで負荷電流を上げると、図８（Ｂ）の二点鎖線の負荷状態（状態１）から実線の負荷状態（状態２）へと変化し、半導体スイッチ部１１６に流れる突入電流のピークが最大電流値（遮断電流値）を上回ってしまうため、このような大電流化は行い得ない。スイッチサイズを小さくする場合も同様であり、図８（Ｃ）のように同様の問題が生じる。

このような比較例に対して、本構成の電力供給制御装置１０では、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２がいずれもオフ状態のときに電力供給路１２の通電を開始する場合、制御回路１８（制御部）の制御により、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態にした後、第１スイッチ部２１のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部２２をオフ状態に切り替えるように動作する。

このように、電力供給路１２の通電が開始した直後の過渡状態のときに、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２がいずれもオン状態になるため、通電開始直後に流れる突入電流は、第１スイッチ部２１が設けられた電力供給路１２と第２スイッチ部２２が設けられたバイパス路１４に分岐することになる。このため、過渡状態のときに突入電流が単一のスイッチのみを流れる構成と比較して各スイッチ部を流れる突入電流が確実に抑えられ、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２のサイズの低減、或いは供給可能な総電流の増加（即ち、大電流化）を図りやすくなる。

このような効果は、図６のようなグラフにてより明確に把握できる。図６（Ａ）は、電力供給制御装置１０を流れる総電流（半導体スイッチ部１６を流れる電流と、第２スイッチ部２２を流れる電流の和）の経時変化を示し、図６（Ｂ）は、そのうちの半導体スイッチ部１６を流れる電流の経時変化を示し、図６（Ｃ）は、第２スイッチ部２２を流れる電流の経時変化を示している。図６の例では、突入電流が大きくなる期間（時間Ｔ２から時間Ｔ３までの間）には両スイッチ部がオン状態で維持されるため、それぞれの経路に突入電流が分けられ、この期間には、半導体スイッチ部１６の最大電流値（遮断電流値）を上回る電流を流しつつ、半導体スイッチ部１６を流れる電流を最大電流値（遮断電流値）未満に抑えている。このようなことが可能であるため、図８（Ｂ）で示す状態２のときのように負荷電流を大きくしても、突入電流の発生時期には半導体スイッチ部１６を流れる電流を最大電流値（遮断電流値）未満に抑えること可能となり、放熱性の改善を大電流化（又は、スイッチサイズの低減）に結び付けることができる。

本構成において、半導体スイッチ部１６（リレー装置）は、第１スイッチ部２１を流れる電流が所定値を超える場合に第１スイッチ部２１をオフ状態とする遮断回路部３２を備える。

このように構成された電力供給制御装置１０は、両スイッチ部をいずれもオン状態にすることで各スイッチ部を流れる突入電流を確実に抑え、その後、電力の経路を電力供給路１２に絞った後、この電力供給路１２の電流を遮断回路部３２によって監視し、第１スイッチ部２１を流れる電流が所定値を超える場合には第１スイッチ部２１をオフ状態とするように保護動作を行うことができる。つまり、少なくとも両スイッチ部のオン期間が終了した後の期間（第１スイッチ部２１のみがオン状態となる期間）には、遮断回路部３２を確実に機能させることができ、遮断回路部３２によって確実に過電流を遮断することが可能となる。

本構成において、遮断回路部３２は、第１スイッチ部２１をオフ状態とした場合に遮断信号を出力する構成をなし、遮断回路部３２から出力される遮断信号は、制御回路１８にも入力されるようになっている。そして、制御回路１８（制御部）は、遮断回路部３２から遮断信号が出力された場合に、第２スイッチ部２２をオフ状態に切り替えるように動作する。

このように構成された電力供給制御装置１０は、電力供給路１２の通電が開始して第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２がオン状態とされているときに第１スイッチ部２１を流れる電流が所定値を超える過電流状態となった場合、遮断回路部３２によって第１スイッチ部２１の遮断動作を行うだけでなく、遮断回路部３２から発せられる遮断信号を利用して第２スイッチ部２２の遮断動作を行うこともできる。よって、両スイッチ部のオン動作によって突入電流の分散化を図っても許容量を超える過大な突入電流が第１スイッチ部２１を流れるような場合には、両スイッチ部を確実にオフ動作させて保護を図ることができる。

なお、過電流判定部３２Ｂから遮断信号が出力されて第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２を強制的にオフ状態に切り替えた後、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２の強制オフ状態を解除する条件は様々に設定することができ、一定時間経過後に強制オフ状態を解除してもよく、外部からのリセット信号などによって解除してもよい。

本構成において、制御回路１８（制御部）は、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２がいずれもオフ状態のときに電力供給路１２の通電を開始する場合、図６のように第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２のうち少なくとも一方をオン状態に切り替え、突入電流がピーク値になる前に第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態とする。

このように構成された電力供給制御装置１０は、ピークレベルの突入電流がいずれかのスイッチ部のみを流れるような事態を回避することができ、突入電流がピークに達する時点では、突入電流を確実に複数経路に分けることができる。

具体的には、制御回路１８（制御部）は、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２がいずれもオフ状態のときに電力供給路１２の通電を開始する場合、図５（Ｂ）、図６（Ｃ）のように第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２のうち第２スイッチ部２２のみをオン状態に切り替え、図５、図６のように突入電流がピーク値になる前に第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態とする。

このように構成された電力供給制御装置１０は、第１スイッチ部２１がオン動作した時点で確実に突入電流を分岐させることができるため、第１スイッチ部２１のみに過大な電流が発生するような事態が生じず、第１スイッチ部２１を流れる突入電流をより小さくすることができる。

本構成において、制御回路１８（制御部）は、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２がいずれもオフ状態のときに電力供給路１２の通電を開始する場合、第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態で一定時間維持した後、第１スイッチ部２１のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部２２をオフ状態に切り替える。

このように構成された電力供給制御装置１０は、電力供給路１２の通電を開始する場合に、両スイッチ部がいずれもオン状態になっている期間を一定時間確実に確保した上で、第１スイッチ部２１のみをオン動作させる状態に移行することができる。

本構成において、少なくとも第１スイッチ部２１は、バスバー基板５０に実装されていている。このように放熱性の高いバスバー基板５０に第１スイッチ部２１を実装することで第１スイッチ部２１の放熱を促進することができ、この放熱促進によって定常状態のときに第１スイッチ部２１で許容される電流値を上げることができる。一方で、電力供給路１２の通電が開始した直後の過渡状態のときにも、突入電流の分岐によってより大きな電流を流すことができるようになるため、過渡状態でも定常状態でも大電流化を図りやすくなる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上述した実施例や後述する実施例は矛盾しない範囲で組み合わせることが可能である。

上述した実施例で示したバスバー基板はあくまで一例であり、バスバー基板は、積層体にバスバーが組み込まれた構成であれば、公知の様々なバスバー基板を用いることができる。

上述した実施例では、半導体スイッチ部１６や第２スイッチ部２２などをバスバー基板５０に実装する例を示したが、バスバー基板ではない一般的なプリント基板に実装してもよい。

上述した実施例では、第１スイッチ部２１や第２スイッチ部２２がＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成される例を示したが、これらはＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴであってもよく、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなど、他の半導体スイッチ素子であってもよい。或いは、機械式のリレーであってもよい。

上述した実施例では、電力供給路１２に並列に接続されたバイパス路１４が一つのみであったが、バイパス路が２以上あってもよい。この場合、各バイパス路に第２スイッチ部が設けられていていればよい。

上述した実施例では、図５、図６で示す時間Ｔ２で第１スイッチ部２１及び第２スイッチ部２２をいずれもオン状態とした後、一定時間経過後に第２スイッチ部２２のみをオフ状態に切り替えたが、第２スイッチ部２２をオフ動作させるタイミングはこの例に限定されない。例えば、図２のように半導体スイッチ部１６（リレー装置）には第１スイッチ部２１を流れる電流値を示す電流信号を出力する電流検出部３２Ａ（電流信号生成部）が設けられているため、図５、図６で示す時間Ｔ２の後、電流検出部３２Ａから出力される電流信号に基づいて第２スイッチ部２２をオフ状態に切り替えるタイミングを決定してもよい。具体的には、制御回路１８（制御部）が電流検出部３２Ａ（電流信号生成部）から出力される電流信号を継続的に監視し、図５、図６で示す時間Ｔ２の後、第１スイッチ部２１を流れる電流の値が所定電流値以下になった場合に第１スイッチ部２１のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部２２をオフ状態に切り替えるようにしてもよい。或いは、制御回路１８（制御部）が電流検出部３２Ａ（電流信号生成部）から出力される電流信号を継続的に監視するとともに所定の短時間毎に電流の変動率（単位時間当たりの電流の変化量）を算出し、図５、図６で示す時間Ｔ２の後、第１スイッチ部２１を流れる電流の変動率が所定値（所定変動率）以下になった場合に第１スイッチ部２１のオン状態を継続しつつ第２スイッチ部２２をオフ状態に切り替えるようにしてもよい。このように構成された電力供給制御装置１０は、両スイッチ部をオン状態で維持する期間の終了時期を、第１スイッチ部２１を流れる電流の値又は変動率に基づいて、より適切に決めることができる。

上述した実施例では、図５、図６のように、負荷への電力供給を開始する際に第２スイッチ部２２を先にオン動作させた後、第１スイッチ部２１をオン動作させる例を示したが、これらを同時にオン動作させてもよく、第１スイッチ部２１を先にオン動作させてもよい。

１…車載システム
１０…電力供給制御装置
１２…電力供給路
１４…バイパス路
１６…半導体スイッチ部（リレー装置）
１８…制御回路（制御部）
２１…第１スイッチ部
２２…第２スイッチ部
３２…遮断回路部
３２Ａ…電流検出部（電流信号生成部）
５０…バスバー基板
９２…電源部
９４…負荷

Claims (8)

1. 電力供給路に設けられるとともに前記電力供給路の通電を遮断するオフ状態と遮断を解除するオン状態とに切り替わる第１スイッチ部を備えたリレー装置と、
   前記電力供給路における前記第１スイッチ部の一端側の位置と他端側の位置との間で前記第１スイッチ部を通さずに電力を供給する経路となるバイパス路と、
   前記第１スイッチ部と並列に設けられ、前記バイパス路の通電を遮断するオフ状態と遮断を解除するオン状態とに切り替わる第２スイッチ部と、
   前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに前記電力供給路の通電を開始する場合に、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部をいずれもオン状態にした後、前記第１スイッチ部のオン状態を継続しつつ前記第２スイッチ部をオフ状態に切り替える制御部と、
   を有する電力供給制御装置。
2. 前記リレー装置は、前記第１スイッチ部を流れる電流が所定値を超える場合に前記第１スイッチ部をオフ状態とする遮断回路部を備える請求項１に記載の電力供給制御装置。
3. 前記遮断回路部は、前記第１スイッチ部をオフ状態にする場合に遮断信号を出力し、
   前記制御部は、前記遮断回路部から遮断信号が出力された場合に、前記第２スイッチ部をオフ状態に切り替える請求項２に記載の電力供給制御装置。
4. 前記制御部は、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに前記電力供給路の通電を開始する場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部のうち少なくとも一方をオン状態に切り替え、突入電流がピーク値になる前に前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部をいずれもオン状態とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力供給制御装置。
5. 前記制御部は、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに前記電力供給路の通電を開始する場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部のうち前記第２スイッチ部のみをオン状態に切り替え、突入電流がピーク値になる前に前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部をいずれもオン状態とする請求項４に記載の電力供給制御装置。
6. 前記制御部は、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに前記電力供給路の通電を開始する場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部をいずれもオン状態で一定時間維持した後、前記第１スイッチ部のオン状態を継続しつつ前記第２スイッチ部をオフ状態に切り替える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力供給制御装置。
7. 前記リレー装置は、前記第１スイッチ部を流れる電流値を示す電流信号を出力する電流信号生成部を備え、
   前記制御部は、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部がいずれもオフ状態のときに前記電力供給路の通電を開始する場合、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部をいずれもオン状態にした後、前記電流信号生成部から出力される電流信号に基づき、前記第１スイッチ部を流れる電流の値又は変動率が所定の条件を満たす場合に前記第１スイッチ部のオン状態を継続しつつ前記第２スイッチ部をオフ状態に切り替える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力供給制御装置。
8. 前記第１スイッチ部は、バスバー基板に実装されている請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電力供給制御装置。

Images