JP2018129762A - Switch control apparatus, switch changeover method, and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチ制御装置、スイッチ切替え方法及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a switch control device, a switch switching method, and a computer program.
車両に搭載される電源システムとして、バッテリから負荷への給電経路に、半導体スイッチとして機能するFET(Field Effect Transistor)が配置された電源システム(例えば、特許文献1を参照)がある。この電源システムでは、電流が、バッテリから、FETのドレイン端子及びソース端子を介して負荷に流れる。 As a power supply system mounted on a vehicle, there is a power supply system in which an FET (Field Effect Transistor) functioning as a semiconductor switch is arranged on a power supply path from a battery to a load (see, for example, Patent Document 1). In this power supply system, current flows from the battery to the load via the drain terminal and the source terminal of the FET.
FETドライバは、FETのゲート端子の電圧を調整することによって、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値を調整する。FETドライバは、FETがオンとなる、即ち、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が十分に小さな値となるように、FETのゲート端子の電圧を調整する。FETがオンである場合、電流が、バッテリから、FETのドレイン端子及びソース端子を介して負荷に電流が流れ、負荷に電力が供給される。 The FET driver adjusts the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET by adjusting the voltage of the gate terminal of the FET. The FET driver adjusts the voltage of the gate terminal of the FET so that the FET is turned on, that is, the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET becomes a sufficiently small value. When the FET is on, current flows from the battery to the load via the drain terminal and the source terminal of the FET, and power is supplied to the load.
また、FETドライバは、FETがオフとなる、即ち、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が十分に大きな値となるようにFETのゲート端子の電圧を調整する。FETがオフである場合、FETのドレイン端子及びソース端子を介して、バッテリから負荷に電流が流れず、負荷に電力が供給されることはない。 The FET driver adjusts the voltage at the gate terminal of the FET so that the FET is turned off, that is, the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET becomes a sufficiently large value. When the FET is off, no current flows from the battery to the load via the drain terminal and the source terminal of the FET, and no power is supplied to the load.
FETで発生する故障として、半オン故障がある。半オン故障は、FETをオンにするためのオン動作を行っても、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が十分に小さな値にならず、FETをオフにするためのオフ動作を行っても、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が十分に大きな値とならない現象である。半オン故障が発生しているFETでは、ドレイン端子及びソース端子間の抵抗値は十分に大きな値ではないため、ドレイン端子及びソース端子を介して電流が流れる。 A failure that occurs in the FET is a half-on failure. For the half-on failure, even if the on operation for turning on the FET is performed, the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET is not sufficiently small, and the off operation for turning off the FET is performed. However, this is a phenomenon in which the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET does not become a sufficiently large value. In an FET in which a half-on failure has occurred, the resistance value between the drain terminal and the source terminal is not a sufficiently large value, so that a current flows through the drain terminal and the source terminal.
FETに電流が流れた場合にFETから発生する熱量は、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が大きい程大きい。前述したように、半オン故障が発生しているFETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値は十分に小さな値ではない。このため、半オン故障が発生しているFETに電流が流れた場合、FETから発生する熱量は大きく、FETの温度が急速に上昇する。FETの温度が高い場合、FETの周辺に配置されている素子が過熱され、素子の性能が低下する虞がある。 The amount of heat generated from the FET when a current flows through the FET increases as the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET increases. As described above, the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET in which the half-on failure has occurred is not a sufficiently small value. For this reason, when a current flows through an FET in which a half-on failure has occurred, the amount of heat generated from the FET is large, and the temperature of the FET rises rapidly. When the temperature of the FET is high, an element disposed around the FET is overheated, and the performance of the element may be deteriorated.
半オン故障が発生しているFETの温度上昇を防止する電源システムとして、複数のFETが並列に接続されている電源システムが考えられる。この電源システムでは、複数のFET中の少なくとも1つについて半オン故障が検知された場合、複数のFETの中で正常なFETをオンに切替え、正常なFETのオンを維持する。これにより、バッテリから負荷へ流れる電流の略全てが正常なFETを通過するので、半オン故障が発生しているFETに電流が流れず、このFETの温度上昇が防止される。 A power supply system in which a plurality of FETs are connected in parallel is conceivable as a power supply system that prevents a temperature rise of the FET in which a half-on failure has occurred. In this power supply system, when a half-on failure is detected for at least one of the plurality of FETs, a normal FET among the plurality of FETs is switched on, and the normal FET is kept on. As a result, almost all of the current flowing from the battery to the load passes through the normal FET, so that no current flows through the FET where the half-on failure has occurred, and the temperature rise of the FET is prevented.
しかしながら、正常なFETをオンに維持している場合において、種々の原因で複数のFETの温度が上昇し続けたとき、複数のFETの周辺に配置されている素子が過熱される可能性ある。前述したように、素子が過熱された場合、素子の性能が低下する。このため、素子が過熱される前に全てのFETのドレイン端子及びソース端子を開放する必要がある。 However, in the case where the normal FET is kept on, when the temperature of the plurality of FETs continues to rise due to various causes, the elements arranged around the plurality of FETs may be overheated. As described above, when the element is overheated, the performance of the element is degraded. For this reason, it is necessary to open the drain and source terminals of all FETs before the element is overheated.
また、正常なFETをオンに維持している場合において、種々の原因で複数のFETを介して過電流が流れて負荷が故障する可能性がある。負荷の故障を防止するためには、複数のFETを介して過電流が流れる前に全てのFETのドレイン端子及びソース端子を開放する必要がある。 In addition, when a normal FET is kept on, an overcurrent may flow through the plurality of FETs due to various causes, and the load may fail. In order to prevent a load failure, it is necessary to open the drain terminals and source terminals of all FETs before an overcurrent flows through the plurality of FETs.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、故障が発生している半導体スイッチを含む全ての半導体スイッチ夫々の両端子を開放させることができるスイッチ制御装置、スイッチ切替え方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a switch control device capable of opening both terminals of all semiconductor switches including a semiconductor switch in which a failure has occurred, To provide a switch switching method and a computer program.
本発明の一態様に係るスイッチ制御装置は、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、該複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行う第1切替え部と、該第1切替え部が前記オン動作を行った後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行う第2切替え部とを備える。 A switch control device according to an aspect of the present invention performs an on operation for switching on a plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. A first switching unit; and a second switching unit that performs an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after the first switching unit performs the on operation.
本発明の一態様に係るスイッチ切替え方法は、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行うステップと、該オン動作が行われた後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行うステップとを含む。 The switch switching method according to an aspect of the present invention performs an on operation for switching on the plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. And a step of performing an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after the on operation is performed.
本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作の実行を指示するステップと、該オン動作を行うことを指示した後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作の実行を指示するステップとをコンピュータに実行させる。 The computer program according to an aspect of the present invention performs an on operation for switching on the plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. Instructing the computer to execute an instructing step and an instruction to perform an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after instructing to perform the on operation.
なお、本発明を、このような特徴的な処理部を備えるスイッチ制御装置として実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理をステップとするスイッチ切替え方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムとして実現したりすることができる。また、本発明を、スイッチ制御装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、スイッチ制御装置を含むスイッチ制御システムとして実現したりすることができる。 The present invention can be realized not only as a switch control device including such a characteristic processing unit, but also as a switch switching method using such characteristic processing as a step, It can be realized as a computer program for execution. Further, the present invention can be realized as a semiconductor integrated circuit that realizes part or all of the switch control device, or as a switch control system including the switch control device.
上記の態様によれば、故障が発生している半導体スイッチを含む全ての半導体スイッチ夫々の両端子を開放させることができる。 According to the above aspect, both terminals of all the semiconductor switches including the semiconductor switch in which the failure has occurred can be opened.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described. You may combine arbitrarily at least one part of embodiment described below.
(1)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置は、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、該複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行う第1切替え部と、該第1切替え部が前記オン動作を行った後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行う第2切替え部とを備える。 (1) A switch control device according to an aspect of the present invention provides an on-state for switching on a plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. A first switching unit that performs an operation; and a second switching unit that performs an off operation to switch off the plurality of semiconductor switches after the first switching unit performs the on operation.
(2)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記第1切替え部は、前記複数の半導体スイッチの温度と共に上昇するスイッチ温度が所定温度以上となった場合に、前記オン動作を行う。 (2) In the switch control device according to an aspect of the present invention, the first switching unit performs the ON operation when a switch temperature that rises with the temperature of the plurality of semiconductor switches becomes equal to or higher than a predetermined temperature.
(3)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記第1切替え部は、前記オフ動作が行われているにも関わらず、該複数の半導体スイッチを介して流れる電流が基準電流以上である場合に、前記オン動作を行う。 (3) In the switch control device according to one aspect of the present invention, the first switching unit has a current that flows through the plurality of semiconductor switches equal to or higher than a reference current, even though the OFF operation is performed. In some cases, the ON operation is performed.
(4)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記第2切替え部は、前記第1切替え部が前記オン動作を行った後にて、該複数の半導体スイッチの温度と共に上昇するスイッチ温度が閾値温度以上となった場合に前記オフ動作を行う。 (4) In the switch control device according to an aspect of the present invention, the second switching unit has a switch temperature that rises with a temperature of the plurality of semiconductor switches after the first switching unit performs the ON operation. The off operation is performed when the temperature becomes equal to or higher than the threshold temperature.
(5)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記第2切替え部は、前記第1切替え部が前記オン動作を行った後にて、該複数の半導体スイッチを介して流れる電流が閾値電流以上となった場合に前記オフ動作を行う。 (5) In the switch control device according to an aspect of the present invention, the second switching unit is configured such that a current flowing through the plurality of semiconductor switches after the first switching unit performs the ON operation is a threshold current. The off operation is performed when the above is reached.
(6)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記複数の半導体スイッチ夫々は、端子と、半導体スイッチ本体と、前記端子及び半導体スイッチ本端を接続するワイヤとを有し、前記複数の半導体スイッチ夫々では、電流が前記半導体スイッチ本体、ワイヤ及び端子を流れる。 (6) In the switch control device according to an aspect of the present invention, each of the plurality of semiconductor switches includes a terminal, a semiconductor switch body, and a wire connecting the terminal and the semiconductor switch main end. In each of the semiconductor switches, a current flows through the semiconductor switch body, wires and terminals.
(7)本発明の一態様に係るスイッチ切替え方法は、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行うステップと、該オン動作が行われた後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行うステップとを含む。 (7) According to one aspect of the present invention, there is provided a switch switching method for turning on a plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. And a step of performing an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after the on operation is performed.
(8)本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作の実行を指示するステップと、該オン動作を行うことを指示した後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作の実行を指示するステップとをコンピュータに実行させる。 (8) A computer program according to an aspect of the present invention provides an on operation for turning on the plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. And instructing the computer to execute an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after instructing to perform the on operation.
上記の一態様に係るスイッチ制御装置、スイッチ切替え方法及びコンピュータプログラムにあっては、複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて、例えば半オン故障が検知された場合、複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行う。これにより、正常な半導体スイッチがオンに切替わるので、故障が発生している半導体スイッチの温度上昇が防止され、複数の半導体スイッチを介した電流供給が行われる。 In the switch control device, the switch switching method, and the computer program according to the above aspect, for example, when a half-on failure is detected for at least one of the plurality of semiconductor switches, the plurality of semiconductor switches are switched on. For the on operation. As a result, a normal semiconductor switch is switched on, so that the temperature rise of the semiconductor switch in which a failure has occurred is prevented, and current is supplied through the plurality of semiconductor switches.
オン動作を行った後において、複数の半導体スイッチを介した電流供給を停止すべきであると判定した場合、複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行う。これにより、正常な半導体スイッチがオフに切替わるので、故障が発生している半導体スイッチに大きな電流が流れ、故障が発生している半導体スイッチ内で断線が発生し、故障が発生している半導体スイッチの両端子が開放される。また、正常な半導体スイッチはオフである。結果、故障が発生している半導体スイッチを含む全ての半導体スイッチの両端子が開放される。 When it is determined that the current supply through the plurality of semiconductor switches should be stopped after the on operation is performed, an off operation for switching the plurality of semiconductor switches off is performed. As a result, a normal semiconductor switch is switched off, so that a large current flows through the semiconductor switch in which the failure has occurred, a disconnection has occurred in the semiconductor switch in which the failure has occurred, and the semiconductor in which the failure has occurred Both terminals of the switch are opened. A normal semiconductor switch is off. As a result, both terminals of all semiconductor switches including the semiconductor switch in which the failure has occurred are opened.
上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、スイッチ温度が所定温度以上となった場合に、複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知されたとして、オン動作を行う。スイッチ温度は、複数の半導体スイッチの温度上昇と共に上昇する温度である。 In the switch control device according to the above aspect, when the switch temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the switch controller is turned on when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches. The switch temperature is a temperature that increases as the temperature of the plurality of semiconductor switches increases.
上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、複数の半導体スイッチをオフに切替えるオフ動作が行われているにも関わらず、複数の半導体スイッチを介して流れる電流が基準電流以上である場合、複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知されたとして、オン動作を行う。 In the switch control device according to the above aspect, when the current flowing through the plurality of semiconductor switches is equal to or higher than the reference current even though the off operation for switching off the plurality of semiconductor switches is performed. When a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches, the on operation is performed.
上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、オン動作を行った後において、スイッチ温度が閾値温度以上となった場合、複数の半導体スイッチを介した電流供給を停止すべきであるとして、オフ動作を行う。これにより、故障が発生している半導体スイッチを含む複数の半導体スイッチの両端子が開放され、複数の半導体スイッチ全体の温度は低下する。 In the switch control device according to the above aspect, when the switch temperature is equal to or higher than the threshold temperature after performing the ON operation, the current supply through the plurality of semiconductor switches should be stopped. Turn off. As a result, both terminals of the plurality of semiconductor switches including the semiconductor switch in which the failure has occurred are opened, and the temperature of the entire plurality of semiconductor switches decreases.
上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、オン動作を行った後において、複数の半導体スイッチを介して流れる電流が閾値電流以上である場合、複数の半導体スイッチを介した電流供給を停止すべきであるとして、オフ動作を行う。これにより、故障が発生している半導体スイッチを含む複数の半導体スイッチの両端子が開放され、複数の半導体スイッチを介した電流供給が停止する。 In the switch control device according to the above aspect, if the current flowing through the plurality of semiconductor switches is equal to or higher than the threshold current after the on operation is performed, the current supply through the plurality of semiconductor switches is stopped. It should be turned off. As a result, both terminals of the plurality of semiconductor switches including the semiconductor switch in which the failure has occurred are opened, and the current supply through the plurality of semiconductor switches is stopped.
上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、複数の半導体スイッチ夫々では、端子と半導体スイッチ本体とがワイヤによって接続されている。ワイヤは細いため、ワイヤの抵抗値は大きい。このため、ワイヤに電流を流してワイヤの温度を上昇させることによって、ワイヤを断線させることは容易である。結果、故障が発生した半導体スイッチを含む複数の半導体スイッチの両端子を容易に開放させることが可能である。 In the switch control device according to the above aspect, in each of the plurality of semiconductor switches, the terminal and the semiconductor switch body are connected by a wire. Since the wire is thin, the resistance value of the wire is large. For this reason, it is easy to break the wire by passing a current through the wire to raise the temperature of the wire. As a result, it is possible to easily open both terminals of a plurality of semiconductor switches including a semiconductor switch in which a failure has occurred.
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係るスイッチ制御装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present invention]
A specific example of the switch control device according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to a claim are included.
(実施形態1)
図1は、実施形態1における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、好適に車両に搭載されており、バッテリ10、負荷11、スイッチ制御装置12、温度検出部13及びn(n:2以上の整数)個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを備える。半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々は、Nチャネル型のFETであり、半導体スイッチ本体20、ドレイン端子21、ソース端子22及びゲート端子23を有する。半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々において、ドレイン端子21、ソース端子22及びゲート端子23は、半導体スイッチ本体20に接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of a
n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knは並列に接続されている。半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ドレイン端子21はバッテリ10の正極に接続され、ソース端子22は負荷11の一端に接続されている。バッテリ10の負極と、負荷11の他端とは接地されている。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々のゲート端子23は、他の半導体スイッチのゲート端子23に接続されていると共に、スイッチ制御装置12に接続されている。スイッチ制御装置12には、温度検出部13と、外部装置30とに接続されている。
The n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are connected in parallel. For each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the
なお、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knに係る並列は、厳密な並列を意味せず、実質的な並列を意味する。従って、例えば、半導体スイッチK1及び抵抗の直列回路が、他の半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22間に接続されている状態も、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knが並列に接続されている状態である。
In addition, the parallel which concerns on n semiconductor switch K1, K2, ..., Kn does not mean exact parallel, but means substantial parallel. Therefore, for example, in a state where the series circuit of the semiconductor switch K1 and the resistor is connected between the
半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ソース端子22の電位を基準としたゲート端子23の電圧が一定電圧以上である場合、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に小さく、ドレイン端子21及びソース端子22を介して電流が流れる。このとき、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々はオンである。
For each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn, when the voltage of the
半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ソース端子22の電位を基準としたゲート端子23の電圧が一定電圧未満である場合、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に大きく、ドレイン端子21及びソース端子22を介して電流が流れることはない。このとき、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々はオフである。
For each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn, when the voltage of the
スイッチ制御装置12は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオンに切替えるためのオン動作を行う。オン動作は、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、接地電位を基準としたゲート端子23の電圧であるゲート電圧を上昇させる動作である。これにより、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ソース端子22の電位を基準としたゲート端子23の電圧が上昇し、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に大きくなる。
The
また、スイッチ制御装置12は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオフに切替えるためのオフ動作を行う。オフ動作は、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ゲート電圧を低下させる動作である。これにより、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ソース端子22の電位を基準としたゲート端子23の電圧が上昇し、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に小さくなる。
The
スイッチ制御装置12がオン動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で正常な半導体スイッチが略同時にオンに切替わる。同様に、スイッチ制御装置12がオフ動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で正常な半導体スイッチが略同時にオフに切替わる。
When the
温度検出部13はスイッチ温度を検出する。スイッチ温度は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn周辺の温度である。温度検出部13は、検出したスイッチ温度を示す温度情報をスイッチ制御装置12に出力する。
また、外部装置30は、スイッチ制御装置12に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンを指示するオン信号と、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフを指示するオフ信号とを出力する。
The
The external device 30 also instructs the
スイッチ制御装置12は、外部装置30から入力された信号と、温度検出部13から入力された温度情報が示すスイッチ温度とに基づいて、オン動作又はオフ動作を行う。
The
n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオンに切替わった場合、電流が、バッテリ10から、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して負荷11に流れ、負荷11に電力が供給される。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオフに切替わった場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が停止し、バッテリ10から負荷11への電力供給が停止する。
When n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are switched on, current flows from the
n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、半オン故障が発生する可能性がある。半オン故障は、オン動作が行われているにも関わらず、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に小さな値に低下せず、更に、オフ動作が行われているにも関わらず、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に大きな値に上昇しない現象である。
A half-on failure may occur in each of the n semiconductor switches K1, K2,. In the half-on failure, although the ON operation is performed, the resistance value between the
n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生した場合、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に大きな値ではないため、バッテリ10から負荷11への電流供給を停止することができない。従って、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチの全てがオフである場合、半オン故障が発生している半導体スイッチを介して電流が流れる。
When a half-on failure occurs in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the resistance value between the
このとき、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値は十分に小さな値ではないため、半オン故障が発生している半導体スイッチから、単位時間に発生する熱量は大きく、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度が急速に上昇する。結果、スイッチ温度も急速に上昇する。
At this time, since the resistance value between the
図2は半導体スイッチK1,K2,K3の設置の説明図である。図2には、nが3である場合の例が示されている。以下では、3個の半導体スイッチK1,K2,K3の設置を説明する。電源システム1は、更に、2つの導電板14,15と回路基板16とを備える。導電板14,15夫々は、所謂バスバーである。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the installation of the semiconductor switches K1, K2, and K3. FIG. 2 shows an example where n is 3. Hereinafter, the installation of the three semiconductor switches K1, K2, and K3 will be described. The
導電板14の板面に垂直な方向は導電板15の板面に垂直な方向と略同じである。導電板14の端面は、一定の間隔を隔てて、導電板15の端面と対向している。導電板14,15の板面上に共通の回路基板16が配置されている。回路基板16において、導電板14,15の端面が互いに対向している部分に対応する場所に、貫通孔16aが設けられており、貫通孔16a内に3個の半導体スイッチK1,K2,K3が設置されている。
The direction perpendicular to the plate surface of the
半導体スイッチK1,K2,K3夫々について、ドレイン端子21、ソース端子22及びゲート端子23夫々は板状をなし、ドレイン端子21は導電板14に接続され、ソース端子22は導電板15に接続されている。従って、半導体スイッチK1,K2,K3夫々について、ドレイン端子21は、導電板14を介して、バッテリ10の正極に接続され、ソース端子22は、導電板15を介して、負荷11の一端に接続されている。半導体スイッチK1,K2,K3夫々のゲート端子23は、回路基板16に接続されている。半導体スイッチK1,K2,K3夫々について、ゲート端子23と導電板15との間に回路基板16が配置されており、ゲート端子23及び導電板15間を電流が流れることはない。
For each of the semiconductor switches K1, K2, and K3, the
nが2又は4以上である場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knは、nが3である場合の例と同様に設置される。即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ドレイン端子21は導電板14に接続され、ソース端子22は導電板15に接続され、ゲート端子23は回路基板16に接続される。
When n is 2 or 4 or more, n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are installed in the same manner as in the case where n is 3. That is, for each of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the
温度検出部13は回路基板16上に設置されている。前述したように、温度検出部13はスイッチ温度を検出する。スイッチ温度は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから、空気を介して温度検出部13に伝導した熱によって上昇し、更に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから、導電板14,15中の一方と、回路基板16とを介して温度検出部13に伝導した熱によって上昇する。従って、スイッチ温度は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn全体の温度と共に上昇する。
The
回路基板16には、図示しない素子が配置されている。素子の温度は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから、空気を介して素子に伝導した熱によって上昇し、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから、導電板14,15中の一方と、回路基板16とを介して素子に伝導した熱によって上昇する。従って、回路基板16に配置されている素子の温度は、スイッチ温度と同様に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn全体の温度と共に上昇する。素子の温度が上昇して素子が過熱された場合、素子の性能が低下する可能性がある。
Elements that are not shown are arranged on the
図3は半導体スイッチK1の断面図である。ドレイン端子21の一方の板面は、図示しない半田によって、導電板14に接続されている。ドレイン端子21の他方の板面は、図示しない半田によって、板状をなす半導体スイッチ本体20の一方の板面に接続されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor switch K1. One plate surface of the
半導体スイッチK1は、更に、ワイヤ24及び樹脂25を有する。ワイヤ24は、半導体スイッチ本体20の他方の板面と、ソース端子22とを接続している。前述したように、ソース端子22は、導電板15に更に接続されている。半導体スイッチ本体20と、ドレイン端子21の一部分と、ソース端子22の一部分と、ワイヤ24とは、樹脂25によって覆われている。半導体スイッチK1について、電流は、導電板14、ドレイン端子21、半導体スイッチ本体20、ワイヤ24、ソース端子22及び導電板15の順に流れる。
The semiconductor switch K1 further includes a
半導体スイッチK1において、ワイヤ24が断線した場合、ドレイン端子21及びソース端子22は開放される。ワイヤ24は細いため、ワイヤ24の抵抗値は大きい。このため、ワイヤ24に電流を流してワイヤ24の温度を上昇させ、ワイヤ24を断線させることは容易である。従って、半導体スイッチK1のドレイン端子21及びソース端子22を容易に開放させることができる。
In the semiconductor switch K1, when the
半導体スイッチK2,K3,・・・,Kn夫々は半導体スイッチK1と同様に構成されている。従って、半導体スイッチK2,K3,・・・,Kn夫々は、ワイヤ24及び樹脂25を更に有し、半導体スイッチK1と同様の効果を奏する。
Each of the semiconductor switches K2, K3,..., Kn is configured in the same manner as the semiconductor switch K1. Therefore, each of the semiconductor switches K2, K3,..., Kn further includes the
図1に示すように、スイッチ制御装置12は、駆動回路40及びマイクロコンピュータ(以下、マイコンという)41を有する。マイコン41は、制御部50、記憶部51、入力部52,53及び出力部54を有する。これらはバス55に各別に接続されている。入力部52は、更に、温度検出部13に接続されている。入力部53は、更に、外部装置30に接続されている。出力部54は、更に、駆動回路40の入力端子に接続されている。駆動回路40の出力端子は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々のゲート端子23に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
温度検出部13から入力部52に温度情報が入力される。制御部50は、入力部52から温度情報を取得する。制御部50が入力部52から取得した温度情報が示すスイッチ温度は、取得時点に温度検出部13が検出したスイッチ温度と略一致する。
外部装置30から入力部53にオン信号及びオフ信号が入力される。入力部53は、オン信号又はオフ信号が入力された場合、入力された信号を制御部50に通知する。
Temperature information is input from the
An ON signal and an OFF signal are input from the external device 30 to the
出力部54は、ハイレベル電圧又はローレベル電圧を駆動回路40に出力している。制御部50は、出力部54に、半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオン又はオフへの切替えを指示する。
制御部50が出力部54にオンへの切替えを指示した場合、出力部54は駆動回路40に出力している出力電圧をハイレベル電圧に切替える。駆動回路40は、出力部54の出力電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切替わった場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオンにするためのオン動作を行う。オン動作は、前述したように、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのゲート電圧を上昇させる動作である。
The
When the
制御部50が出力部54にオフへの切替えを指示した場合、出力部54は出力電圧をローレベル電圧に切替える。駆動回路40は、出力部54の出力電圧がハイレベル電圧からローレベル電圧に切替わった場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオフにするためのオフ動作を行う。オフ動作は、前述したように、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのゲート電圧を低下させる動作である。
When the
記憶部51は、例えば不揮発性メモリである。記憶部51には、コンピュータプログラムP1が記憶されている。制御部50は図示しないCPU(Central Processing Unit)を有する。制御部50のCPUは、コンピュータプログラムP1を実行することによって、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオン又はオフに切替える切替え処理を実行する。コンピュータプログラムP1は、切替え処理をCPUに実行させるために用いられる。
The
なお、コンピュータプログラムP1は、コンピュータが読み取り可能に、記憶媒体A1に記憶されていてもよい。この場合、図示しない読み出し装置によって記憶媒体A1から読み出されたコンピュータプログラムP1が記憶部51に記憶される。記憶媒体A1は、光ディスク、フレキシブルディスク、磁気ディスク、磁気光ディスク又は半導体メモリ等である。光ディスクは、CD(Compact Disc)−ROM(Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)−ROM、又は、BD(Blu-ray(登録商標) Disc)等である。磁気ディスクは、例えばハードディスクである。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部装置からコンピュータプログラムP1をダウンロードし、ダウンロードしたコンピュータプログラムP1を記憶部51に記憶してもよい。
The computer program P1 may be stored in the storage medium A1 so that the computer can read it. In this case, the computer program P1 read from the storage medium A1 by a reading device (not shown) is stored in the
記憶部51には、コンピュータプログラムP1の他に、フラグの値が記憶されている。フラグの値は、ゼロ、1又は2である。フラグの値がゼロであることは、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの動作が正常であることを意味する。フラグの値が1であることは、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生していることを意味する。フラグの値が2であることは、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22を開放させたことを意味する。フラグの値は制御部50によって変更される。
In addition to the computer program P1, the
図4及び図5は切替え処理の手順を示すフローチャートである。制御部50は切替え処理を周期的に実行する。まず、制御部50は、フラグの値がゼロであるか否かを判定する(ステップS1)。制御部50は、フラグの値がゼロであると判定した場合(S1:YES)、外部装置30から入力部53にオン信号が入力されたか否かを判定する(ステップS2)。制御部50は、オン信号が入力されたと判定した場合(S2:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを出力部54に指示する(ステップS3)。
4 and 5 are flowcharts showing the procedure of the switching process. The
これにより、出力部54は出力電圧をハイレベル電圧に切替え、駆動回路40はオン動作を行う。これにより、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチはオンに切替わる。結果、電流が、バッテリ10の正極から、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して負荷11に流れ、負荷11に電力が供給される。
As a result, the
制御部50は、オン信号が入力されていないと判定した場合(S2:NO)、外部装置30から入力部53にオフ信号が入力されたか否かを判定する(ステップS4)。制御部50は、オフ信号が入力されたと判定した場合(S4:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを出力部54に指示する(ステップS5)。
When it is determined that the ON signal is not input (S2: NO), the
これにより、出力部54は出力電圧をローレベル電圧に切替え、駆動回路40はオフ動作を行う。これにより、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチはオフに切替わる。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knが正常な半導体スイッチである場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオフに切替わるので、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が停止し、負荷11への電力供給が停止する。
As a result, the
n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つに半オン故障が発生している場合、制御部50がステップS5を実行することによって、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で、半オン故障が発生している半導体スイッチを除く他の半導体スイッチがオフに切替わる。このため、電流は、バッテリ10から、半オン故障が発生している半導体スイッチを介して負荷11に流れ続け、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度が急速に上昇する。
When a half-on failure has occurred in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the
制御部50は、ステップS3,S5の一方を実行した後、又は、オフ信号が入力されていないと判定した場合(S4:NO)、出力部54が出力している出力電圧がローレベル電圧であるか否かを判定する(ステップS6)。制御部50は、出力電圧がローレベル電圧であると判定した場合(S6:YES)、入力部52から温度情報を取得し(ステップS7)、取得した温度情報が示すスイッチ温度に基づいて、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生しているか否かを判定する(ステップS8)。
After executing one of steps S3 and S5 or when it is determined that the off signal is not input (S4: NO), the
出力電圧がローレベル電圧である場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で全ての正常な半導体スイッチがオフである場合、半オン故障が発生している半導体スイッチに電流が流れ、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度が急速に上昇する。これにより、スイッチ温度も急速に上昇する。ステップS8では、制御部50は、スイッチ温度が基準温度以上である場合、半オン故障が発生していると判定し、スイッチ温度が基準温度未満である場合、半オン故障が発生していないと判定する。基準温度は、一定値であり、予め設定されている。
When the output voltage is a low level voltage, that is, when all normal semiconductor switches among the n semiconductor switches K1, K2,... A current flows through the switch, and the temperature of the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred rapidly rises. As a result, the switch temperature also rises rapidly. In step S8, the
制御部50は、半オン故障が発生していると判定した場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つについて半オン故障を検知した場合(S8:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを出力部54に指示する(ステップS9)。
When it is determined that a half-on failure has occurred, that is, when the
これにより、出力部54は出力電圧をハイレベル電圧に切替え、駆動回路40はオン動作を行う。これにより、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で正常な半導体スイッチがオンに切替わる。ステップS9で制御部50が行うオンへの切替えの指示は、駆動回路40へのオン動作の実行の指示に相当し、駆動回路40は第1切替え部として機能する。
As a result, the
制御部50は、ステップS9を実行した後、フラグの値をゼロから1に変更する(ステップS10)。制御部50は、出力電圧がローレベル電圧ではないと判定した場合(S6:NO)、半オン故障が発生していないと判定した場合(S8:NO)、又は、ステップS10を実行した後、切替え処理を終了する。
After executing Step S9, the
制御部50は、フラグの値がゼロではないと判定した場合(S1:NO)、フラグの値が1であるか否かを判定する(ステップS11)。制御部50は、フラグの値が1であると判定した場合(S11:YES)、入力部52から温度情報を取得し(ステップS12)、取得した温度情報が示すスイッチ温度が閾値温度以上であるか否かを判定する(ステップS13)。閾値温度も、一定値であり、予め設定されている。閾値温度は基準温度よりも高い。
When it is determined that the flag value is not zero (S1: NO), the
制御部50は、スイッチ温度が閾値温度以上であると判定した場合(S13:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから伝導した熱によって、回路基板16に配置された素子が過熱される虞があるとして、出力部54に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを出力部54に指示する(ステップS14)。
When the
これにより、出力部54は出力電圧をローレベル電圧に切替え、駆動回路40はオフ動作を行う。ステップS13,S14は、フラグの値が1である場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中の少なくとも1つについて半オン故障が検知されて、駆動回路40がオン動作を行った後に実行される。
As a result, the
ステップS14で制御部50が行ったオフへの切替えの指示は、駆動回路40へのオフ動作の実行の指示に相当し、駆動回路40は第2切替え部としても機能する。
The instruction for switching to OFF performed by the
制御部50がステップS14を実行することによって、駆動回路40がオフ動作を行った場合、正常な半導体スイッチがオフに切替わるので、半オン故障が発生している半導体スイッチ内では、ワイヤ24に大きな電流が流れ、ワイヤ24が断線し、ドレイン端子21及びソース端子22が開放される。半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22が開放された場合、正常な半導体スイッチはオフに維持されているため、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して電流が流れず、バッテリ10から負荷11への電力供給が停止する。
When the
制御部50は、ステップS14を実行した後、フラグの値を2に変更する(ステップS15)。制御部50は、フラグの値が1ではないと判定した場合(S11:NO)、スイッチ温度が閾値温度未満であると判定した場合(S13:NO)、又は、ステップS15を実行した後、切替え処理を終了する。
After executing Step S14, the
前述したように、正常な半導体スイッチがオフである状態でフラグの値は2に変更される。更に、切替え処理では、フラグの値が2である場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオンに切替えられることはない。従って、ステップS15が実行された後において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して電流が流れることはない。 As described above, the flag value is changed to 2 while the normal semiconductor switch is OFF. Further, in the switching process, when the flag value is 2, the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are not switched on. Therefore, no current flows through the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn after step S15 is executed.
図6は、スイッチ制御装置12の効果の説明図である。図6には、スイッチ温度の推移と、出力部54が出力している出力電圧の推移とが示されている。図6では、「H」はハイレベル電圧を示し、「L」はローレベル電圧を示す。各推移の横軸には時間が示されている。
また、図6では、基準温度をTrと記載し、閾値温度をTthと記載している。Tcは、オフ動作が行われた場合に、半オン故障が発生している半導体スイッチ内で断線が発生する断線温度である。Tdは、回路基板16に配置されている素子が過熱される過熱温度である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the effect of the
In FIG. 6, the reference temperature is described as Tr and the threshold temperature is described as Tth. Tc is a disconnection temperature at which disconnection occurs in a semiconductor switch in which a half-on failure occurs when an off operation is performed. Td is an overheating temperature at which the elements arranged on the
n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knが正常な半導体スイッチである場合において、出力部54が駆動回路40にハイレベル電圧を出力しているとき、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオンであり、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して電流が流れている。通常、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knでは、単位時間の放熱量及び発熱量が略一致しているため、スイッチ温度は、基準温度Trよりも低い温度で安定している。
When n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are normal semiconductor switches, when the
n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオンである間に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生したと仮定する。このとき、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22の抵抗値は、正常な半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22の抵抗値よりも大きいので、負荷11に供給される略全ての電流が正常な半導体スイッチを流れる。従って、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22を介して流れる電流は略ゼロAであるため、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度は殆ど上昇することはない。
Assume that a half-on failure has occurred in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn while the n semiconductor switches K1, K2,. . At this time, since the resistance values of the
ただし、並列に接続されているn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生した場合、正常な半導体スイッチの数が減少するので、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの合成抵抗が上昇する。これにより、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knが発する熱量が増加するため、スイッチ温度が上昇する。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して電流供給は継続される。 However, when a half-on failure occurs in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn connected in parallel, the number of normal semiconductor switches is reduced. The combined resistance of the semiconductor switches K1, K2,. Accordingly, the amount of heat generated by the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn increases, and the switch temperature rises. Current supply is continued through the n semiconductor switches K1, K2,.
n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中に半オン故障が発生している半導体スイッチが含まれている状態で、外部装置30がオフ信号を出力して出力部54が出力電圧をローレベル電圧に切替えた場合、駆動回路40はオフ動作を行う。これにより、正常な半導体スイッチがオフに切替わるので、電流が、バッテリ10から、半オン故障が発生している半導体スイッチを介して負荷11に流れる。これにより、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度が急速に上昇し、この温度上昇に伴ってスイッチ温度も急速に上昇する。
In the state in which the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred is included in the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the external device 30 outputs an off signal and the
スイッチ温度が基準温度Tr以上となった場合、制御部50は、半オン故障を検知し、出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを指示し、フラグの値をゼロから1に変更する。制御部50が出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを指示した場合、出力部54は、出力電圧をローレベル電圧からハイレベル電圧に切替え、駆動回路40はオン動作を行う。駆動回路40がオン動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で正常な半導体スイッチがオンに切替わるので、半オン故障が発生している半導体スイッチに流れる電流は、再び、略ゼロAとなる。結果、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度上昇が防止され、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が行われる。
When the switch temperature becomes equal to or higher than the reference temperature Tr, the
その後、種々の原因で、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knでは、単位時間の発熱量が単位時間の放熱量を超えている状態が続いたと仮定する。この場合、時間の経過と共にスイッチ温度が上昇する。スイッチ温度が基準温度Tr以上となって駆動回路40がオン動作を行った後において、スイッチ温度が閾値温度Tth以上となった場合、制御部50は、出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを指示し、フラグの値を1から2に変更する。制御部50が出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを指示した場合、出力部54は、出力電圧をハイレベル電圧からローレベル電圧に切替え、駆動回路40はオフ動作を行う。
Thereafter, it is assumed that the heat generation amount per unit time exceeds the heat release amount per unit time in the n semiconductor switches K1, K2,. In this case, the switch temperature rises with time. When the switch temperature becomes equal to or higher than the threshold temperature Tth after the switch temperature becomes equal to or higher than the reference temperature Tr and the
駆動回路40がオフ動作を行った場合、正常な半導体スイッチがオフに切替わるので、半オン故障が発生している半導体スイッチに大きな電流が流れる。これにより、半オン故障が発生している半導体スイッチ内では、ワイヤ24が断線され、ドレイン端子21及びソース端子22が開放される。正常な半導体スイッチはオフであるので、半オン故障が発生している半導体スイッチを含むn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのドレイン端子21及びソース端子22が開放される。
When the
前述したように、閾値温度Tthは断線温度Tcを超えているので、出力部54が出力電圧をローレベル電圧に切替えてから断線が発生するまでの期間は短い。
なお、半オン故障が発生している半導体スイッチに電流が流れている間、スイッチ温度は上昇する。
As described above, since the threshold temperature Tth exceeds the disconnection temperature Tc, the period from when the
Note that the switch temperature rises while a current flows through the semiconductor switch in which the half-on failure occurs.
半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22が開放された場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が停止されるので、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knは発熱を停止する。結果、スイッチ温度は、時間の経過と共に低下する。
When the
(実施形態2)
図7は、実施形態2における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。
以下では、実施形態2について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通しているため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a block diagram illustrating a main configuration of the
In the following, the second embodiment will be described while referring to differences from the first embodiment. Since the configuration other than the configuration described below is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals as those of the first embodiment are given to the components common to the first embodiment, and the description thereof is omitted.
実施形態2における電源システム1は、実施形態1における電源システム1が備える構成部の中で、温度検出部13を除く他の構成部を備える。実施形態2における電源システム1は、温度検出部13の代わりに、電流検出部60及び抵抗R1を備える。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々のソース端子22は、抵抗R1の一端に接続され、抵抗R1の他端は負荷11の一端に接続されている。電流検出部60は、抵抗R1の両端と、マイコン41の入力部52とに各別に接続されている。
The
電流は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn及び抵抗R1を介して負荷11に流れる。ここで、抵抗R1の抵抗値は一定である。このため、オームの法則により、抵抗R1を介して負荷11に流れる負荷電流は抵抗R1の両端間の電圧に比例する。電流検出部60は、抵抗R1の両端間の電圧を検出し、負荷電流を示す電流情報を入力部52に出力する。電流情報が示す負荷電流は、具体的には、負荷電流の大きさである。
The current flows to the
制御部50は、入力部52から電流情報を取得する。入力部52から取得した電流情報が示す負荷電流は、取得時に抵抗R1を流れる負荷電流と略一致する。
The
図8及び図9は切替え処理の手順を示すフローチャートである。実施形態2における制御部50が実行する切替え処理のステップS21〜S26,S29〜S31,S34,S35夫々は、実施形態1における制御部50が実行する切替え処理のステップS1〜S6,S9〜S11,S14,S15と同様である。このため、ステップS21〜S26,S29〜S31,S34,S35の詳細な説明を省略する。
8 and 9 are flowcharts showing the procedure of the switching process. Steps S21 to S26, S29 to S31, S34, and S35 of the switching process executed by the
制御部50は、出力部54が出力している出力電圧がローレベル電圧であると判定した場合(S26:YES)、入力部52から電流情報を取得し(ステップS27)、取得した電流情報が示す負荷電流に基づいて、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生しているか否かを判定する(ステップS28)。
When it is determined that the output voltage output from the
出力電圧がローレベル電圧であることは、駆動回路40がオフ動作を行っていることを意味する。駆動回路40がオフ動作を行っている場合において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの全てが正常な半導体スイッチであるとき、負荷電流は略ゼロAである。
That the output voltage is a low level voltage means that the
同様の場合において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knに、半オン故障が発生している半導体スイッチが含まれている場合、半オン故障が発生している半導体スイッチを介して負荷電流が流れるので、負荷電流は基準電流以上である。基準電流は、一定値であり、ゼロを超えている。 In the same case, when n semiconductor switches K1, K2,..., Kn include a semiconductor switch in which a half-on failure has occurred, the semiconductor switches through which the half-on failure has occurred are included. Therefore, the load current is greater than the reference current. The reference current is a constant value and exceeds zero.
ステップS28において、制御部50は、ステップS27で取得した電流情報が示す負荷電流が基準電流以上である場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生していると判定する。以上のように、制御部50は、駆動回路40がオフ動作を行っているにも関わらず、負荷電流が基準電流以上である場合、半オン故障を検知する。基準電流は予め設定されている。
In step S28, when the load current indicated by the current information acquired in step S27 is greater than or equal to the reference current, the
また、ステップS28において、制御部50は、ステップS27で取得した電流情報が示す負荷電流が基準電流未満である場合、半オン故障が発生していないと判定する。
In step S28, the
制御部50は、半オン故障が発生していると判定した場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つについて半オン故障を検知した場合(S28:YES)、ステップS29を実行し、駆動回路40はオン動作を行う。制御部50は、半オン故障が発生していないと判定した場合(S28:NO)、切替え処理を終了する。
When it is determined that a half-on failure has occurred, that is, when the
また、制御部50は、フラグの値が1であると判定した場合(S31:YES)、入力部52から電流情報を取得し(ステップS32)、取得した電流情報が示す負荷電流が閾値電流以上であるか否かを判定する(ステップS33)。閾値電流も、一定値であり、予め設定されている。閾値電流は基準電流よりも大きい。
Moreover, when it determines with the value of a flag being 1 (S31: YES), the
制御部50は、負荷電流が閾値電流以上であると判定した場合(S33:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して負荷11に過電流が流れる虞があるとして、ステップS34を実行する。ステップS34では、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22を開放させる。
When it is determined that the load current is equal to or greater than the threshold current (S33: YES), the
ステップS33,S34は、フラグの値が1である場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中の少なくとも1つについて半オン故障が検知されて、駆動回路40がオン動作を行った後に実行される。制御部50がステップS34を実行した場合、駆動回路40はオフ動作を行う。これにより、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのドレイン端子21及びソース端子22が開放される。
制御部50は、負荷電流が閾値電流未満であると判定した場合(S33:NO)、切替え処理を終了する。
In steps S33 and S34, when the value of the flag is 1, that is, a half-on failure is detected in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,. It is executed after the on operation is performed. When the
When it is determined that the load current is less than the threshold current (S33: NO), the
図10は、スイッチ制御装置12の効果の説明図である。図10には、出力部54が出力している出力電圧の推移が示されている。図10では、「H」はハイレベル電圧を示し、「L」はローレベル電圧を示す。出力電圧の推移の横軸には時間が示されている。
FIG. 10 is an explanatory diagram of the effect of the
n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生している状態で、外部装置30がオフ信号を出力して出力部54が出力電圧をローレベル電圧に切替えた場合、駆動回路40はオフ動作を行い、正常な半導体スイッチがオフに切替わる。このとき、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中に半オン故障が発生している半導体スイッチが含まれているので、負荷電流は基準電流以上である。
In a state where a half-on failure has occurred in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,... When the voltage is switched, the
出力部54が出力している出力電圧がローレベル電圧である状態で負荷電流が基準電流以上である場合、制御部50は、半オン故障を検知し、出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを指示し、フラグの値をゼロから1に変更する。制御部50が出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを指示した場合、出力部54は、出力電圧をローレベル電圧からハイレベル電圧に切替え、駆動回路40はオン動作を行う。駆動回路40がオン動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチがオンに切替わる。これにより、半オン故障が発生している半導体スイッチに流れる電流は、再び、略ゼロAとなる。結果、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度上昇が防止され、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が行われる。
When the load current is equal to or higher than the reference current in a state where the output voltage output from the
その後、種々の原因で、負荷電流が閾値電流以上となった場合、制御部50は、出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを指示し、フラグの値を1から2に変更する。制御部50が出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを指示した場合、出力部54は、出力電圧をハイレベル電圧からローレベル電圧に切替え、駆動回路40はオフ動作を行う。駆動回路40がオフ動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチがオフに切替わる。
Thereafter, when the load current becomes greater than or equal to the threshold current due to various causes, the
正常な半導体スイッチがオフに切替わった場合、半オン故障が発生している半導体スイッチに大きな電流が流れる。これにより、半オン故障が発生している半導体スイッチ内では、ワイヤ24が断線され、ドレイン端子21及びソース端子22が開放される。正常な半導体スイッチはオフであるので、半オン故障が発生している半導体スイッチを含むn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのドレイン端子21及びソース端子22が開放される。
When a normal semiconductor switch is switched off, a large current flows through the semiconductor switch in which a half-on failure has occurred. Thereby, in the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred, the
半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22が開放された場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が停止され、負荷11に過電流が流れることが防止される。
When the
なお、実施形態1において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つについて半オン故障が発生しているか否かを、スイッチ温度ではなく、実施形態2と同様に、負荷電流に基づいて行ってもよい。この場合、実施形態1における電源システム1は、電流検出部60及び抵抗R1を更に備える。制御部50は、入力部52から温度情報及び電流情報を取得する。
In the first embodiment, whether or not a half-on failure has occurred in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn is not the switch temperature but the same as in the second embodiment. Or based on the load current. In this case, the
また、実施形態1における電源システム1が電流検出部60及び抵抗R1を更に備える場合、制御部50は、フラグの値が1である場合において、スイッチ温度が閾値温度以上であるか否かを判定すると共に、実施形態2と同様に、負荷電流が閾値電流以上であるかを判定してもよい。制御部50は、スイッチ温度が閾値温度であると判定したか、又は、負荷電流が閾値電流以上であると判定した場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのドレイン端子21及びソース端子22を開放させる。
When the
更に、実施形態2において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つについて半オン故障が発生しているか否かを、負荷電流ではなく、実施形態1と同様に、スイッチ温度に基づいて行ってもよい。この場合、実施形態2における電源システム1は、温度検出部13を更に備える。制御部50は、入力部52から温度情報及び電流情報を取得する。
Further, in the second embodiment, whether or not a half-on failure has occurred in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn is not the load current but the same as in the first embodiment. , Based on the switch temperature. In this case, the
また、実施形態1,2において、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々が有するソース端子22及びワイヤ24の数は2以上であってもよい。複数のソース端子22,22,・・・,22夫々は、ワイヤ24によって半導体スイッチ本体20に接続される。
In the first and second embodiments, the number of
更に、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々は、Nチャネル型のFETに限定されず、Pチャネル型のFET又はバイポーラトランジスタ等であってもよい。半導体スイッチK1,K2,・・・,KnがPチャネル型のFETである場合、オン動作はゲート電圧を低下させる動作であり、オフ動作はゲート電圧を上昇させる動作である。
また、マイコン41の代わりに、AND回路、OR回路及びコンパレータ等のハードウェアを用いてスイッチ制御装置12を構成してもよい。
Further, each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn is not limited to the N channel type FET, but may be a P channel type FET or a bipolar transistor. When the semiconductor switches K1, K2,..., Kn are P-channel FETs, the on operation is an operation for decreasing the gate voltage, and the off operation is an operation for increasing the gate voltage.
Further, instead of the
開示された実施形態1,2はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The disclosed first and second embodiments are examples in all respects, and should be considered not to be restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the meanings described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 電源システム
10 バッテリ
11 負荷
12 スイッチ制御装置
13 温度検出部
14,15 導電板
16 回路基板
20 半導体スイッチ本体
21 ドレイン端子
22 ソース端子
23 ゲート端子
24 ワイヤ
25 樹脂
30 外部装置
40 駆動回路(第1切替え部、第2切替え部)
50 制御部
51 記憶部
52,53 入力部
54 出力部
55 バス
60 電流検出部
A1 記憶媒体
K1,K2,・・・,Kn 半導体スイッチ
P1 コンピュータプログラム
R1 抵抗
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該第1切替え部が前記オン動作を行った後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行う第2切替え部と
を備えるスイッチ制御装置。 A first switching unit that performs an on operation to switch on the plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel;
A switch control device comprising: a second switching unit that performs an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after the first switching unit performs the on operation.
請求項1に記載のスイッチ制御装置。 2. The switch control device according to claim 1, wherein the first switching unit performs the ON operation when a switch temperature that rises with a temperature of the plurality of semiconductor switches becomes equal to or higher than a predetermined temperature.
請求項1に記載のスイッチ制御装置。 The first switching unit performs the on operation when a current flowing through the plurality of semiconductor switches is equal to or higher than a reference current despite the off operation being performed. Switch control device.
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載のスイッチ制御装置。 The second switching unit performs the off operation when a switch temperature rising together with the temperatures of the plurality of semiconductor switches becomes equal to or higher than a threshold temperature after the first switching unit performs the on operation. The switch control device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載のスイッチ制御装置。 The second switching unit performs the off operation when the current flowing through the plurality of semiconductor switches becomes equal to or greater than a threshold current after the first switching unit performs the on operation. The switch control device according to claim 3.
端子と、
半導体スイッチ本体と、
前記端子及び半導体スイッチ本端を接続するワイヤと
を有し、
前記複数の半導体スイッチ夫々では、電流が前記半導体スイッチ本体、ワイヤ及び端子を流れる
請求項1から請求項5のいずれか1つに記載のスイッチ制御装置。 Each of the plurality of semiconductor switches includes
A terminal,
A semiconductor switch body;
A wire connecting the terminal and the main end of the semiconductor switch,
The switch control device according to any one of claims 1 to 5, wherein in each of the plurality of semiconductor switches, a current flows through the semiconductor switch body, a wire, and a terminal.
該オン動作が行われた後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行うステップと
を含むスイッチ切替え方法。 Performing a turn-on operation to turn on the plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel; and
Performing a turn-off operation for turning off the plurality of semiconductor switches after the turn-on operation is performed.
該オン動作を行うことを指示した後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作の実行を指示するステップと
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。 Instructing execution of an on operation for switching on the plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel;
A computer program for causing a computer to execute a step of instructing execution of an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after instructing to perform the on operation.
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