JP2020137185A - 通電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体スイッチに損傷の生じることの抑制された通電制御装置を提供する。【解決手段】第１電気機器３００と第２電気機器４００との間の電流の通電と遮断を制御する通電制御装置２００である。正極バス２００ｅに第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１が直列接続されている。第１半導体スイッチに第１並列ダイオード２１２が並列接続されている。第２半導体スイッチに第２並列ダイオード２２２が並列接続されている。これら２つの並列ダイオードのアノード電極同士が接続されている。正極バスにおける２つの半導体スイッチの中点と負極バス２００ｆとが中継バス２００ｇを介して接続されている。２つの半導体スイッチの中点にカソード電極が接続される態様で、中継バスに還流素子２３０が設けられている。【選択図】図３

Description

本明細書に記載の開示は、機器間の通電を制御する通電制御装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、車両に搭載される電源装置が知られている。この車両では、鉛蓄電池とリチウム蓄電池との間にＭＯＳ−ＦＥＴが配置されている。

特開２０１１−２３４４７９号公報

ところで、特許文献１に記載の鉛蓄電池側、若しくは、リチウム蓄電池側で地絡が発生すると、その地絡箇所へと向かって大電流が流れる。この地絡箇所への電流の流動を阻止するべく、ＭＯＳ−ＦＥＴを通電状態から遮断状態に切り換えることが考えられる。しかしながら電流の通電によって各種配線などに含まれるインダクタンス成分に電気エネルギーが蓄えられている。この電気エネルギーに起因する電流が遮断状態のＭＯＳ−ＦＥＴに流れ込もうとする。これによりＭＯＳ−ＦＥＴ（半導体スイッチ）が損傷する虞がある。

そこで本明細書に記載の開示は、半導体スイッチに損傷の生じることの抑制された通電制御装置を提供することを目的とする。

開示の１つは、第１機器（３００）と第２機器（４００）との間の電流の通電と遮断を制御する通電制御装置（２００）であって、
第１機器に接続される第１正極端子（２００ａ）および第１負極端子（２００ｃ）と、
第２機器に接続される第２正極端子（２００ｂ）および第２負極端子（２００ｄ）と、
第１正極端子と第２正極端子とを接続する正極バス（２００ｅ）と、
第１負極端子と第２負極端子とを接続する負極バス（２００ｆ）と、
正極バスの第１正極端子側に設けられた第１半導体スイッチ（２１１）、および、第１正極端子にカソード電極が接続される態様で、第１半導体スイッチに並列接続された第１並列ダイオード（２１２）を備える第１開閉部（２１０）と、
正極バスの第２正極端子側に設けられた第２半導体スイッチ（２２１）、および、第２正極端子にカソード電極が接続される態様で、第２半導体スイッチに並列接続された第２並列ダイオード（２２２）を備える第２開閉部（２２０）と、
正極バスを流れる電流が正常と判定した場合に第１半導体スイッチと第２半導体スイッチそれぞれを通電状態にし、正極バスを流れる電流が異常と判定した場合に第１半導体スイッチと第２半導体スイッチそれぞれを遮断状態にする制御部（２５０）と、
正極バスにおける第１半導体スイッチと第２半導体スイッチとの間の中点と負極バスとを接続する中継バス（２００ｇ）と、
正極バスにおける第１半導体スイッチと第２半導体スイッチとの間の中点にカソード電極が接続される態様で、中継バスに設けられる還流ダイオード（２３０）と、を有する。

本開示によれば、例えば第２機器（４００）の第２正極端子（２００ｂ）側で地絡が発生した場合、第２機器（４００）のインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流が、還流ダイオード（２３０）と第２並列ダイオード（２２２）を介して地絡箇所へと流れる。第１機器（３００）のインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流が、遮断状態の第１半導体スイッチ（２１１）を介して地絡箇所へと流れようとする。

このように、遮断状態の第１半導体スイッチ（２１１）に流れようとする電流は、第１機器（３００）のインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因するものになる。第１機器（３００）と第２機器（４００）それぞれのインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流ではない。そのために遮断状態の第１半導体スイッチ（２１１）に流れ込もうとする電流量の増大が抑制される。

また第１機器（３００）の第１正極端子（２００ａ）側で地絡が発生した場合、遮断状態の第２半導体スイッチ（２２１）には、第２機器（４００）のインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流が流れ込もうとする。このように遮断状態の第２半導体スイッチ（２２１）に流れ込もうとする電流は、第１機器（３００）と第２機器（４００）それぞれのインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流ではない。そのために遮断状態の第２半導体スイッチ（２２１）に流れ込もうとする電流量の増大が抑制される。

以上に示したように、遮断状態の第１半導体スイッチ（２１１）と第２半導体スイッチ（２２１）それぞれに流れ込もうとする電流量の増大が抑制される。これにより第１半導体スイッチ（２１１）と第２半導体スイッチ（２２１）それぞれに損傷が生じることが抑制される。

第１実施形態に係る車両用通電システムを示す回路図である。 コントローラの動作モードを説明するための図表である。 第２電気機器で地絡が発生した時の電流を説明するための回路図である。 第１電気機器で地絡が発生した時の電流を説明するための回路図である。 第１実施形態に係る車両用通電システムの変形例を示す回路図である。 第１実施形態に係る車両用通電システムの変形例を示す回路図である。 第１実施形態に係る車両用通電システムの変形例を示す回路図である。 第１実施形態に係る車両用通電システムの変形例を示す回路図である。 第１実施形態に係る車両用通電システムの変形例を示す回路図である。 第２実施形態に係る通電制御装置の開閉部の変形例を示す回路図である。 第３実施形態に係る通電制御装置の半導体スイッチを説明するための図表である。 半導体スイッチの比較構成を示す図表である。

以下、図面を参照しながら本開示の複数の実施形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態において、具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても各実施形態同士を全体的に、若しくは、部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１〜図４に基づいて本実施形態に係る通電制御装置２００を含む車両用通電システム１００を説明する。なお通電制御装置２００は車両用以外の通電システムに適用することもできる。

＜車両用通電システムの概要＞
図１に示すように車両用通電システム１００は、通電制御装置２００、第１電気機器３００、第２電気機器４００、および、電力供給部５００を有する。第１電気機器３００が第１機器に相当する。第２電気機器４００が第２機器に相当する。

第１電気機器３００は第１電源３１０を有する。第２電気機器４００は第２電源４１０を有する。これら第１電源３１０と第２電源４１０それぞれの電力が通電制御装置２００を介して第１電気機器３００と第２電気機器４００それぞれに対して双方向に電力供給可能になっている。また、第１電源３１０と第２電源４１０それぞれの電力が電力供給部５００を介して通電制御装置２００に供給可能になっている。

第１電気機器３００は上記した第１電源３１０の他に第１負荷群３２０を有する。第１電源３１０と第１負荷群３２０とは第１電力バス３００ａと第２電力バス３００ｂを介して電気的に接続されている。第１電力バス３００ａの一端が第１電源３１０の正極に接続されている。第２電力バス３００ｂの一端が第１電源３１０の負極に接続されている。第１電力バス３００ａと第２電力バス３００ｂそれぞれの他端側が通電制御装置２００との接続端子としての機能を果たしている。第１負荷群３２０を有する複数の負荷は第１電力バス３００ａと第２電力バス３００ｂとの間で並列接続されている。なお、第１負荷群３２０は１つの負荷のみを有してもよい。

第２電気機器４００は上記した第２電源４１０の他に第２負荷群４２０を有する。第２電源４１０と第２負荷群４２０とは第３電力バス４００ａと第４電力バス４００ｂを介して電気的に接続されている。第３電力バス４００ａの一端が第２電源４１０の正極に接続されている。第４電力バス４００ｂの一端が第２電源４１０の負極に接続されている。第３電力バス４００ａと第４電力バス４００ｂそれぞれの他端側が通電制御装置２００との接続端子としての機能を果たしている。第２負荷群４２０を有する複数の負荷は第３電力バス４００ａと第４電力バス４００ｂとの間で並列接続されている。なお、第２負荷群４２０は１つの負荷のみを有してもよい。

以上に示した第１電源３１０と第２電源４１０は例えば約１２Ｖの電圧を発生する二次電池である。この二次電池としては、例えば鉛蓄電池やリチウム蓄電池などがある。

第１負荷群３２０と第２負荷群４２０は車両に搭載された各種装置を駆動するためのコンポーネントである。このコンポーネントとしては、例えばエンジンや駆動モータを駆動するためのコンポーネント、ブレーキ装置を駆動するためのコンポーネント、パワーステアリング装置を駆動するためのコンポーネントがある。このコンポーネントとしては、例えば計器装置を駆動するためのコンポーネント、空調装置を駆動するためのコンポーネント、オーディオ機器を駆動するためのコンポーネントなどがある。

車両用通電システム１００は図示しないシステムメインリレーを有する。このシステムメインリレーがオンされると、第１電源３１０は第１負荷群３２０に動作電力を供給する。同様にして第２電源４１０は第２負荷群４２０に動作電力を供給する。また、通電制御装置２００の有する第１開閉部２１０と第２開閉部２２０が通電状態になると、第１電気機器３００と第２電気機器４００との間で電力供給が行われる。

第１負荷群３２０と第２負荷群４２０のうちの一方にオルタネータなどの発電機が含まれている。この発電機で生成された電力は、通電制御装置２００の第１開閉部２１０と第２開閉部２２０が通電状態になることで、第１電気機器３００と第２電気機器４００それぞれに供給される。これにより第１電源３１０と第２電源４１０それぞれが充電される。

＜通電制御装置＞
次に、通電制御装置２００を説明する。図１に示すように通電制御装置２００は、素子として第１開閉部２１０と第２開閉部２２０、還流素子２３０と逆接防止回路２４０、および、コントローラ２５０を有する。通電制御装置２００は端子として第１正極端子２００ａ、第２正極端子２００ｂ、第１負極端子２００ｃ、および、第２負極端子２００ｄを有する。また通電制御装置２００は電力供給用のバスとして、正極バス２００ｅ、負極バス２００ｆ、および、中継バス２００ｇを有する。

図１に示すように第１正極端子２００ａと第２正極端子２００ｂとが正極バス２００ｅを介して接続されている。この正極バス２００ｅの第１正極端子２００ａ側に第１開閉部２１０が設けられている。正極バス２００ｅの第２正極端子２００ｂ側に第２開閉部２２０が設けられている。第１開閉部２１０と第２開閉部２２０は正極バス２００ｅで直列接続されている。

第１負極端子２００ｃと第２負極端子２００ｄとが負極バス２００ｆを介して接続されている。そして正極バス２００ｅと負極バス２００ｆとが中継バス２００ｇを介して接続されている。中継バス２００ｇの一端は正極バス２００ｅにおける第１開閉部２１０と第２開閉部２２０との間の中点に接続されている。この中継バス２００ｇに還流素子２３０と逆接防止回路２４０が設けられている。

第１開閉部２１０は第１半導体スイッチ２１１と第１並列ダイオード２１２を有する。第２開閉部２２０は第２半導体スイッチ２２１と第２並列ダイオード２２２を有する。

本実施形態に係る第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１はＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴのドレインーソース間にはボディダイオード（寄生ダイオード）が形成される。このボディダイオードが上記の並列ダイオードに相当する。なお半導体スイッチとしてはＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴなどを採用することもできる。

第１半導体スイッチ２１１のドレイン電極に第１並列ダイオード２１２のカソード電極が接続されている。第１半導体スイッチ２１１のソース電極に第１並列ダイオード２１２のアノード電極が接続されている。

同様にして、第２半導体スイッチ２２１のドレイン電極に第２並列ダイオード２２２のカソード電極が接続されている。第２半導体スイッチ２２１のソース電極に第２並列ダイオード２２２のアノード電極が接続されている。

図１に示すように正極バス２００ｅにおいて第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１のソース電極同士が接続されている。そして第１半導体スイッチ２１１のドレイン電極が第１正極端子２００ａに接続されている。第２半導体スイッチ２２１のドレイン電極が第２正極端子２００ｂに接続されている。

また、第１並列ダイオード２１２と第２並列ダイオード２２２のアノード電極同士が接続されている。第１並列ダイオード２１２のカソードが第１正極端子２００ａに接続されている。第２並列ダイオード２２２のカソード電極が第２正極端子２００ｂに接続されている。

以上に示した接続構成のため、第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれを通電状態にすることで、通電制御装置２００を介した第１電気機器３００と第２電気機器４００との間での双方向の通電が可能になる。逆に、第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれを遮断状態にすることで、通電制御装置２００を介した第１電気機器３００と第２電気機器４００との間の通電が遮断される。

コントローラ２５０は第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれの通電状態と遮断状態とを制御する。コントローラ２５０に第１半導体スイッチ２１１のゲート電極が第１制御配線２５０ａを介して接続されている。コントローラ２５０に第２半導体スイッチ２２１のゲート電極が第２制御配線２５０ｂを介して接続されている。コントローラ２５０は第１制御配線２５０ａと第２制御配線２５０ｂそれぞれに同等の制御信号を出力する。コントローラ２５０は制御信号の電圧レベルをハイレベルとローレベルとに切り換える。コントローラ２５０が制御部に相当する。

本実施形態の第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれはＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。そのためにコントローラ２５０がハイレベルの制御信号を第１制御配線２５０ａと第２制御配線２５０ｂそれぞれに出力すると、第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれはオン状態（通電状態）になる。コントローラ２５０がローレベルの制御信号を第１制御配線２５０ａと第２制御配線２５０ｂそれぞれに出力すると、第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれはオフ状態（遮断状態）になる。

コントローラ２５０は動作モードとして図２に示す導通モードと遮断モードを備えている。コントローラ２５０は導通モード時に制御信号をハイレベルにする。コントローラ２５０は遮断モード時に制御信号をローレベルにする。

コントローラ２５０は導通モード時に正極バス２００ｅ側の電圧を検出する。検出場所を詳しく言えば、コントローラ２５０は第１正極端子２００ａ、正極バス２００ｅにおける第１開閉部２１０と第２開閉部２２０との間の中点、および、第２正極端子２００ｂのうちの少なくとも２つの電位を検出する。コントローラ２５０は検出した電位の差分（検出電圧）と閾値電圧とを比較する。これによりコントローラ２５０は正極バス２００ｅの通電状態を判定する。コントローラ２５０は検出電圧が閾値電圧よりも高い場合に、正極バス２００ｅの通電状態が異常と判定する。コントローラ２５０は検出電圧が閾値電圧よりも低い場合に、正極バス２００ｅの通電状態が正常と判定する。なお閾値電圧は例えば半導体スイッチの定格電圧などに基づいて設定することができる。

コントローラ２５０は正極バス２００ｅの通電状態が正常と判定した場合に通電モードを維持する。コントローラ２５０は正極バス２００ｅの通電状態が異常と判定した場合に動作モードを通電モードから遮断モードに切り換える。コントローラ２５０は制御信号をハイレベルからローレベルに切り換える。これにより通電制御装置２００を介した第１電気機器３００と第２電気機器４００との間の通電が遮断される。

コントローラ２５０は、例えば、ソフトウエアを非一時的に記録した非遷移的かつ実体的な記憶媒体としてのメモリ、ソフトウエアを実行するプロセッサ、および入出力インターフェースなどを備えたマイクロコンピュータを有する。コントローラ２５０は、例えば、正極バス２００ｅと第２正極端子２００ｂ間の電圧を適宜のタイミングでＡ／Ｄ変換回路によってデジタル信号に変換して取り込み、検出電圧と閾値電圧とに基づいて、正極バス２００ｅの通電状態を判定している。なお、この通電状態の判定は、コンパレータなどのハードウエアによって実現してもよい。

還流素子２３０はダイオードである。還流素子２３０のカソード電極が正極バス２００ｅに接続されている。還流素子２３０のアノード電極が負極バス２００ｆに接続されている。これにより中継バス２００ｇにおける還流素子２３０の順方向バイアスの印加方向が、負極バス２００ｆから正極バス２００ｅに向かう方向になっている。

逆接防止回路２４０は逆接防止スイッチ２４１とＲＣ遅延回路２４２を備える。逆接防止スイッチ２４１はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。逆接防止スイッチ２４１はソース電極が還流素子２３０のカソード電極と接続される態様で、中継バス２００ｇに設けられている。

ＲＣ遅延回路２４２は抵抗２４３とコンデンサ２４４を備える。またＲＣ遅延回路２４２は制御配線２４２ａと蓄電配線２４２ｂを備える。

制御配線２４２ａは、中継バス２００ｇにおける還流素子２３０のカソード電極と正極バス２００ｅとの接続点との間の中点と、逆接防止スイッチ２４１のゲート電極とを接続している。この制御配線２４２ａに抵抗２４３が設けられている。ゲート電極が制御電極に相当する。

蓄電配線２４２ｂは、中継バス２００ｇにおける還流素子２３０のアノード電極と逆接防止スイッチ２４１のソース電極との間の中点と、制御配線２４２ａにおける抵抗２４３と逆接防止スイッチ２４１のゲート電極との間の中点とを接続している。この蓄電配線２４２ｂにコンデンサ２４４が設けられている。

以上に示した接続構成により、例えば第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれが通電状態になって、第１正極端子２００ａと第２正極端子２００ｂのうちの一方から他方に電流が流れる場合、コンデンサ２４４に電荷が蓄積される。これにより逆接防止スイッチ２４１のソース電極とゲート電極との間に電位差が生じて、逆接防止スイッチ２４１がオン状態（通電状態）になる。

この後に第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれが通電状態から遮断状態に遷移して、正極バス２００ｅでの電流の通電が収まると、コンデンサ２４４から抵抗２４３を介して電荷が放電される。このコンデンサ２４４の電荷の放電によって逆接防止スイッチ２４１のソース電極とゲート電極との間の電位差が逆接防止スイッチ２４１の閾値を下回るまで、逆接防止スイッチ２４１の通電状態が保持される。

また、正極バス２００ｅに電流が流れていない場合、コンデンサ２４４に電荷が蓄積されない。そのために逆接防止スイッチ２４１はオフ状態（遮断状態）になっている。これにより正極バス２００ｅと負極バス２００ｆとの中継バス２００ｇを介した通電が遮断状態になっている。

したがって、例えば第１正極端子２００ａに第１電気機器３００の第２電力バス３００ｂが接続され、第２負極端子２００ｄに第１電力バス３００ａが接続されたとしても、還流素子２３０に順方向バイアスが印加されることが抑制される。また、第２正極端子２００ｂに第２電気機器４００の第４電力バス４００ｂが接続され、第２負極端子２００ｄに第３電力バス４００ａが接続されたとしても、還流素子２３０に順方向バイアスが印加されることが抑制される。

以上に示したように、通電制御装置２００に電源を含む電気機器が逆接されたとしても、還流素子２３０に順方向バイアスが印加されることが抑制される。これにより、通電制御装置２００に電気機器が逆接された際に、還流素子２３０と開閉部の並列ダイオードとを介して電気機器の負荷群に電流が流れることが抑制される。通電制御装置２００の開閉部によって負荷群への電流の通電と遮断とを制御できなくなることが抑制される。

＜電力供給部＞
電力供給部５００は逆流防止素子５１０、フィルタ５２０、および、ノイズ対策回路５３０を有する。また電力供給部５００は、第１給電配線５００ａ、第２給電配線５００ｂ、および、共通配線５００ｃを有する。

図１に示すように第１給電配線５００ａの一端が第１電気機器３００の第１電力バス３００ａに接続されている。第２給電配線５００ｂの一端が第２電気機器４００の第３電力バス４００ａに接続されている。そして第１給電配線５００ａと第２給電配線５００ｂそれぞれの他端が接続されている。この接続点に共通配線５００ｃの一端が接続されている。共通配線５００ｃの他端はコントローラ２５０に接続されている。

以上に示した接続構成により、第１電気機器３００の備える第１電源３１０からコントローラ２５０に、第１電力バス３００ａ、第１給電配線５００ａ、および、共通配線５００ｃを介して電力が供給される。第２電気機器４００の備える第２電源４１０からコントローラ２５０に、第３電力バス４００ａ、第２給電配線５００ｂ、および、共通配線５００ｃを介して電力が供給される。

逆流防止素子５１０は第１ダイオード５１１と第２ダイオード５１２を有する。第１ダイオード５１１は第１給電配線５００ａに設けられている。第１ダイオード５１１のアノード電極は第１電力バス３００ａに接続されている。第１ダイオード５１１のカソード電極は共通配線５００ｃに接続されている。

第２ダイオード５１２は第２給電配線５００ｂに設けられている。第２ダイオード５１２のアノード電極は第３電力バス４００ａに接続されている。第２ダイオード５１２のカソード電極は共通配線５００ｃに接続されている。

以上により、例えば、第１ダイオード５１１を介して第１給電配線５００ａに供給された第１電源３１０の電力が、第２給電配線５００ｂを介して第２電気機器４００に供給されることが抑制される。第２ダイオード５１２を介して第２給電配線５００ｂに供給された第２電源４１０の電力が、第１給電配線５００ａを介して第１電気機器３００に供給されることが抑制される。

フィルタ５２０はＬＣフィルタである。フィルタ５２０は第１フィルタコンデンサ５２１、第２フィルタコンデンサ５２２、および、インダクタ５２３を有する。またフィルタ５２０は第１接地配線５２０ａと第２接地配線５２０ｂを有する。

図１に示すようにインダクタ５２３は共通配線５００ｃに設けられる。第１接地配線５２０ａは共通配線５００ｃにおけるインダクタ５２３と給電配線側との間の中点とグランドとを接続している。この第１接地配線５２０ａに第１フィルタコンデンサ５２１が設けられている。また第２接地配線５２０ｂは共通配線５００ｃにおけるインダクタ５２３とコントローラ２５０側との間の中点とグランドとを接続している。この第２接地配線５２０ｂに第２フィルタコンデンサ５２２が設けられている。

これにより、第１電源３１０からコントローラ２５０に供給される電力と、第２電源４１０からコントローラ２５０に供給される電力それぞれに含まれるノイズが、共通配線５００ｃに設けられたフィルタ５２０によって除去される。フィルタ５２０が第１給電配線５００ａと第２給電配線５００ｂそれぞれに設けられる構成と比べて部品点数の増大が抑制されている。

ノイズ対策回路５３０は接地スイッチ５３１とクランプ回路５３２を有する。またノイズ対策回路５３０は第３接地配線５３０ａ、制御配線５３０ｂ、および、クランプ配線５３０ｃを有する。

第３接地配線５３０ａは共通配線５００ｃにおけるフィルタ５２０とコントローラ２５０との間の中点とグランドとを接続している。この第３接地配線５３０ａに接地スイッチ５３１が設けられている。

接地スイッチ５３１はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。接地スイッチ５３１はソース電極がグランドに接続される態様で、第３接地配線５３０ａに設けられている。接地スイッチ５３１のゲート電極とコントローラ２５０とが制御配線５３０ｂを介して接続されている。

クランプ配線５３０ｃは第３接地配線５３０ａにおける共通配線５００ｃとの接続点と接地スイッチ５３１との間の中点と制御配線５３０ｂとを接続している。このクランプ配線５３０ｃにクランプ回路５３２が設けられている。

クランプ回路５３２は２つのツェナーダイオードを有する。これら２つのツェナーダイオードそれぞれのアノード電極同士がクランプ配線５３０ｃで接続されている。２つのツェナーダイオードのうちの一方のカソード電極が第３接地配線５３０ａに接続されている。２つのツェナーダイオードのうちの他方のカソード電極が制御配線５３０ｂに接続されている。

以上に示した接続構成により、例えば正極バス２００ｅを通電する電流の急激な時間変化によってサージ電圧が発生すると、２つのツェナーダイオードのうちの一方がアバランシェ降伏する。この結果、２つのツェナーダイオードのうちの一方のアノード電極の電圧がツェナー電圧に固定（クランプ）される。このクランプされた電圧（クランプ電圧）が２つのツェナーダイオードのうちの他方を介して接地スイッチ５３１のゲート電極に入力される。これにより接地スイッチ５３１は通電状態になる。共通配線５００ｃが接地スイッチ５３１を介してグランドに接続される。この結果、サージ電圧がコントローラ２５０に入力されることが抑制される。

上記したようにコントローラ２５０は正極バス２００ｅの電圧を検出している。コントローラ２５０は正極バス２００ｅの電圧変化に基づいて、正極バス２００ｅにサージ電圧が発生したか否かを判定している。ただし、コントローラ２５０は制御配線５３０ｂがクランプ電圧になったか否かに基づいて、正極バス２００ｅにサージ電圧が発生したか否かを判定してもよい。

コントローラ２５０はサージ電圧が発生したと判定すると、接地スイッチ５３１のゲート電極にハイレベルの制御信号を出力する。これによって接地スイッチ５３１の通電状態を安定化して、共通配線５００ｃがグランドに接続される。

なお、上記したようにコントローラ２５０がサージ電圧の発生の有無を判定してから、接地スイッチ５３１のゲート電極にハイレベルの制御信号を出力するタイミングは、サージ電圧の発生からある程度時間の経過した後である。この遅延の生じている間に、サージ電圧がコントローラ２５０に入力される虞がある。

これに対して、上記したようにサージ電圧が発生すると、クランプ回路５３２の備えるツェナーダイオードのアバランシェ降伏によって、接地スイッチ５３１のゲート電極にクランプ電圧が入力される。これによりコントローラ２５０によって接地スイッチ５３１の通電状態が安定化されるまでの間、接地スイッチ５３１をオン状態にすることができる。遅延の生じている間にサージ電圧がコントローラ２５０に入力されることが抑制される。

これまでに説明したようにノイズ対策回路５３０は共通配線５００ｃに設けられている。そのためにノイズ対策回路５３０が第１給電配線５００ａと第２給電配線５００ｂそれぞれに設けられる構成と比べて部品点数の増大が抑制される。

＜地絡＞
次に、地絡発生時のコントローラ２５０の通電制御とその作用効果を図３と図４に基づいて説明する。

第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれが通電状態の時に、例えば図３に示すように第２電気機器４００の第３電力バス４００ａに地絡が発生すると、その地絡箇所に向かって大電流が流れる。この際、コントローラ２５０の検出する正極バス２００ｅと第２正極端子２００ｂ間の電圧（検出電圧）は閾値電圧を上回る。そのためにコントローラ２５０は正極バス２００ｅの通電状態が異常と判定する。コントローラ２５０は第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１に出力する制御信号をハイレベルからローレベルに切り換える。これにより第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１が通電状態から遮断状態に遷移する。第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１を介して地絡箇所に大電流が流れることが抑制される。

しかしながら、第１電気機器３００と第２電気機器４００それぞれはバス配線などにインダクタンス成分を有する。このインダクタンス成分には電流の流動によって電気エネルギーが溜まっている。そのために半導体スイッチを通電状態から遮断状態に遷移させたとしても、インダクタンス成分に溜まった電気エネルギーのために電流は短絡箇所に流れ続けようとする。遮断状態になった半導体スイッチに電流が流れ込もうとする。

インダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流の通電経路が、通電制御装置２００において正極バス２００ｅに限られる場合、遮断状態の第１半導体スイッチ２１１と第２並列ダイオード２２２を介して、地絡箇所へと電流が流れようとする。遮断状態の第１半導体スイッチ２１１と第２並列ダイオード２２２に、第１電気機器３００と第２電気機器４００それぞれのインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流ＩＬ１＋ＩＬ２が流れようとする。

これに対して、上記したように通電制御装置２００では、正極バス２００ｅと負極バス２００ｆとが中継バス２００ｇを介して接続されている。正極バス２００ｅにカソード電極が接続される態様で、中継バス２００ｇに還流素子２３０が設けられている。

また第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれが通電状態の時に、中継バス２００ｇに設けられた逆接防止スイッチ２４１は通電状態になっている。逆接防止スイッチ２４１の通電状態は、第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれが通電状態から遮断状態に遷移してもＲＣ遅延回路２４２によって所定時間保持される。

したがって上記の短絡が発生した場合、図３に矢印で示すように、第２電気機器４００側のインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流ＩＬ２は、還流素子２３０と第２並列ダイオード２２２を介して、地絡箇所へと流れる。第１電気機器３００側のインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流ＩＬ１は、遮断状態の第１半導体スイッチ２１１を介して、地絡箇所へと流れようとする。

このように、遮断状態の第１半導体スイッチ２１１に流れようとする電流は、第１電気機器３００側のインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流ＩＬ１になる。第１電気機器３００と第２電気機器４００それぞれのインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流ＩＬ１＋ＩＬ２ではなくなる。そのために遮断状態の第１半導体スイッチ２１１に流れ込もうとする電流量の増大が抑制される。

また図４に矢印で示すように、第１電気機器３００の第１電力バス３００ａで地絡が発生した場合、遮断状態の第２半導体スイッチ２２１には、第２電気機器４００側のインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流ＩＬ２が流れ込もうとする。遮断状態の第２半導体スイッチ２２１に流れ込もうとする電流は、第１電気機器３００と第２電気機器４００それぞれのインダクタンス成分に溜まった電気エネルギーに起因する電流ＩＬ１＋ＩＬ２ではなくなる。そのために遮断状態の第２半導体スイッチ２２１に流れ込もうとする電流量の増大が抑制される。

以上に示したように、遮断状態の第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれに流れ込もうとする電流量の増大が抑制される。これにより第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１それぞれがアバランシェ降伏によって損傷することが抑制される。

なお、上記した地絡発生時などに正極バス２００ｅでは急激な電流の時間変化が発生する。これにより正極バス２００ｅにサージ電圧が発生する。このサージ電圧の発生によってクランプ回路５３２の備えるツェナーダイオードがアバランシェ降伏する。これにより接地スイッチ５３１のゲート電極にクランプ電圧が印加される。接地スイッチ５３１が通電状態になる。この結果、共通配線５００ｃとグランドとが接続される。

またこの際、コントローラ２５０は正極バス２００ｅにサージ電圧が発生したと判定する。そしてコントローラ２５０は接地スイッチ５３１のゲート電極にハイレベルの制御信号を出力する。これにより接地スイッチ５３１の通電状態が安定化される。接地スイッチ５３１を介した共通配線５００ｃとグランドとの接続状態が安定化される。

（第１の変形例）
本実施形態では逆接防止回路２４０が逆接防止スイッチ２４１とＲＣ遅延回路２４２を有する例を示した。しかしながら例えば図５に示すように逆接防止回路２４０はＲＣ遅延回路２４２を有さなくともよい。

図５に示す変形例では、逆接防止スイッチ２４１のゲート電極とコントローラ２５０とが制御配線５３０ｂを介して接続されている。コントローラ２５０は正極バス２００ｅに流れる電流が異常と判定した場合に、制御配線５３０ｂに出力する制御信号をハイレベルにする。これ以外の場合、コントローラ２５０は制御配線５３０ｂに出力する制御信号をローレベルにする。これにより、通電制御装置２００に電源を含む電気機器が逆接されたとしても、還流素子２３０に順方向バイアスが印加されることが抑制される。

（第２の変形例）
本実施形態では電力供給部５００が逆流防止素子５１０、フィルタ５２０、および、ノイズ対策回路５３０を有する例を示した。しかしながら例えば図５に示すように電力供給部５００はノイズ対策回路５３０を有さなくともよい。また図示しないが、電力供給部５００はフィルタ５２０を有さなくともよい。

（第３の変形例）
本実施形態では通電制御装置２００が逆接防止回路２４０を有する例を示した。しかしながら例えば図６に示すように通電制御装置２００は逆接防止回路２４０を有さなくともよい。

（第４の変形例）
本実施形態では車両用通電システム１００が電力供給部５００を有する例を示した。しかしながら例えば図６に示すように車両用通電システム１００は電力供給部５００を有さなくともよい。また図示しないが、電力供給部５００が通電制御装置２００に内包された構成を採用することもできる。

（第５の変形例）
本実施形態では第１電気機器３００と第２電気機器４００それぞれが電源と負荷群を有する例を示した。しかしながら例えば図７に示すように第１電気機器３００と第２電気機器４００それぞれは電源を有していなくともよい。第１電気機器３００と第２電気機器４００の一方のみに電源が含まれていてもよい。また、図７に示す第１電気機器３００の端子３００ｃと第２電気機器４００の端子４００ｃの少なくとも一方に接続される電気機器に電源が含まれていてもよいし、含まれていなくともよい。

（第６の変形例）
例えば図８に示すように第１電気機器３００と第２電気機器４００それぞれは負荷群を有していなくともよい。図８に示す第１電気機器３００の端子３００ｃと第２電気機器４００の端子４００ｃの少なくとも一方に接続される電気機器に負荷群が含まれていればよい。

（第７の変形例）
本実施形態の車両用通電システム１００では、２つの電気機器が１つの通電制御装置を介して接続された例を示した。しかしながら車両用通電システム１００が保有する電気機器と通電制御装置の数としては上記例に限定されない。例えば図９に示すように車両用通電システム１００は３つ以上の電気機器３００と２つ以上の通電制御装置２００を有してもよい。図９では符号表記が煩雑となることを避けるために、複数の電気機器それぞれに３００の符号を付与している。複数の通電制御装置それぞれに２００の符号を付与している。

電気機器３００と通電制御装置２００の接続形態としては、例えば図９に示すように電気機器３００と通電制御装置２００とが交互に直列接続された構成を採用することもできる。また図示しないが、電気機器３００と通電制御装置２００とが交互に環状に接続された構成を採用することもできる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図１０に基づいて説明する。

第１実施形態では、第１開閉部２１０と第２開閉部２２０それぞれが１つの半導体スイッチを有する例を示した。これに対し本実施形態では、第１開閉部２１０と第２開閉部２２０それぞれが複数の半導体スイッチを有する。そしてこれら複数の半導体スイッチは並列接続されている。

これにより１つの開閉部の保有する複数の半導体スイッチそれぞれに流れる電流の量が低減する。そのために半導体スイッチに損傷が生じることが抑制される。

また第１開閉部２１０は、複数の第１半導体スイッチ２１１と第１並列ダイオード２１２の他に、第１クランプ回路２１３と第１クランプバス２１４を有する。

図１０に示すように第１クランプバス２１４は、正極バス２００ｅにおける第１正極端子２００ａと第１開閉部２１０との間の中点と、複数の第１半導体スイッチ２１１それぞれのゲート電極とを接続している。この第１クランプバス２１４に第１クランプ回路２１３が設けられている。

第１クランプ回路２１３は互いにアノード電極の接続された第１ツェナーダイオード２１３ａと第２ツェナーダイオード２１３ｂを有する。第１ツェナーダイオード２１３ａのカソード電極が正極バス２００ｅに接続されている。第２ツェナーダイオード２１３ｂのカソード電極が複数の第１半導体スイッチ２１１それぞれのゲート電極に接続されている。

同様にして第２開閉部２２０は、複数の第２半導体スイッチ２２１と第２並列ダイオード２２２の他に、第２クランプ回路２２３と第２クランプバス２２４を有する。

第２クランプバス２２４は、正極バス２００ｅにおける第２正極端子２００ｂと第２開閉部２２０との間の中点と、複数の第２半導体スイッチ２２１それぞれのゲート電極とを接続している。この第２クランプバス２２４に第２クランプ回路２２３が設けられている。

第２クランプ回路２２３は互いにアノード電極の接続された第３ツェナーダイオード２２３ａと第４ツェナーダイオード２２３ｂを有する。第３ツェナーダイオード２２３ａのカソード電極が正極バス２００ｅに接続されている。第４ツェナーダイオード２２３ｂのカソード電極が複数の第２半導体スイッチ２２１それぞれのゲート電極に接続されている。

これによれば、例えば第２電気機器４００の第３電力バス４００ａでの地絡の発生のために、正極バス２００ｅを通電する電流の急激な時間変化によってサージ電圧が発生すると、第１ツェナーダイオード２１３ａがアバランシェ降伏する。第１ツェナーダイオード２１３ａのアノード電極の電圧がツェナー電圧にクランプされる。このクランプ電圧が第２ツェナーダイオード２１３ｂを介して第１半導体スイッチ２１１のゲート電極に入力される。

これにより、例えコントローラ２５０が制御信号をハイレベルからローレベルに切り換えたとしても、サージ電圧によって第１ツェナーダイオード２１３ａのアバランシェ降伏が継続されている間、第１半導体スイッチ２１１は通電状態になる。このように遮断状態の第１半導体スイッチ２１１に電流が流れ込もうとするのではなく、通電状態の第１半導体スイッチ２１１に電流が流れる。そのために第１半導体スイッチ２１１に損傷が生じることが抑制される。なお上記の地絡発生時に第２開閉部２２０では、第２並列ダイオード２２２に電流が流れる。これにより第２半導体スイッチ２２１に損傷が生じることが抑制される。

また、第１電気機器３００の第１電力バス３００ａでの地絡の発生のために、正極バス２００ｅを通電する電流の急激な時間変化によってサージ電圧が発生すると、第３ツェナーダイオード２２３ａがアバランシェ降伏する。第３ツェナーダイオード２２３ａのアノード電極の電圧がツェナー電圧にクランプされる。このクランプ電圧が第４ツェナーダイオード２２３ｂを介して第２半導体スイッチ２２１のゲート電極に入力される。

これにより、例えコントローラ２５０が制御信号をハイレベルからローレベルに切り換えたとしても、サージ電圧によって第３ツェナーダイオード２２３ａのアバランシェ降伏が継続されている間、第２半導体スイッチ２２１は通電状態になる。このように遮断状態の第２半導体スイッチ２２１に電流が流れ込もうとするのではなく、通電状態の第２半導体スイッチ２２１に電流が流れる。そのために第２半導体スイッチ２２１に損傷が生じることが抑制される。なお上記の地絡発生時に第１開閉部２１０では、第１並列ダイオード２１２に電流が流れる。これにより第１半導体スイッチ２１１に損傷が生じることが抑制される。

複数の第１半導体スイッチ２１１それぞれに対して、１つの第１クランプ回路２１３が共通して接続されている。複数の第２半導体スイッチ２２１それぞれに対して、１つの第２クランプ回路２２３が共通して接続されている。これによれば、複数の半導体スイッチそれぞれに対して個別にクランプ回路が接続される構成と比べて部品点数の増大が抑制される。また、複数の半導体スイッチそれぞれに印加されるクランプ電圧が同等になる。これにより複数の半導体スイッチそれぞれの通電状態に差が生じることが抑制される。複数の半導体スイッチそれぞれを流れる電流量に差が生じることが抑制される。

なお本実施形態に係る通電制御装置２００は、中継バス２００ｇを備えていてもよいし、備えていなくともよい。すなわち通電制御装置２００は還流素子２３０を備えていてもよいし、備えていなくともよい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図１１と図１２に基づいて説明する。

これまでの実施形態では、特に第１半導体スイッチ２１１と第２半導体スイッチ２２１の詳細構造について言及していなかった。これら半導体スイッチとしては、例えば図１１に示すように縦型のＭＯＳＦＥＴを採用することができる。図１１では第１半導体スイッチ２１１を代表として示している。

第１半導体スイッチ２１１は、第１主面２６０ａと第２主面２６０ｂを備える半導体基板２６０を有する。半導体基板２６０の第１主面２６０ａの表層には、ｎ＋型のソース領域、ｐ−型の反転領域、トレンチゲート電極がそれぞれ複数形成されている。第２主面２６０ｂの表層にはｎ＋型のドレイン領域が１つ形成されている。そして第１主面２６０ａにおけるソース領域の形成領域に金属製のソース電極２６１が接続されている。第２主面２６０ｂにおけるドレイン領域の形成領域に金属製のドレイン電極２６２が接続されている。

第１半導体スイッチ２１１では、第１主面２６０ａにおけるソース電極２６１の形成領域の全面に半田２７１が塗布されている。この半田２７１を介して、正極バス２００ｅの一部を成す外部接続端子２７０が第１半導体スイッチ２１１に接続されている。これにより、例えば図１２に示すように、ソース電極２６１の形成領域の一部に半田２７１が塗布され、この半田２７１を介して外部接続端子２７０が第１半導体スイッチ２１１接続された構成とは異なり、矢印で示す電流の局所的な集中の発生が抑制される。この結果、局所的な発熱の発生が抑制される。半導体スイッチの寿命低下が抑制される。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（その他の変形例）
各実施形態では中継バス２００ｇに還流素子２３０として還流ダイオードの設けられる例を示した。しかしながら中継バス２００ｇには還流素子２３０としてＭＯＳＦＥＴなどのボディダイオードを備える半導体スイッチを設けてもよい。

本開示に記載のコントローラおよびその方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを備える１つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載のコントローラおよびその方法は、１つ以上の専用ハードウエア論理回路によって構成されるプロセッサを備えた１つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載のコントローラおよびその方法は、１つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと１つ以上のハードウエア論理回路を組み合わせて構成されたプロセッサを備えた１つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１００…車両用通電システム、２００…通電制御装置、２００ａ…第１正極端子、２００ｂ…第２正極端子、２００ｃ…第１負極端子、２００ｄ…第２負極端子、２００ｅ…正極バス、２００ｆ…負極バス、２００ｇ…中継バス、２１０…第１開閉部、２１１…第１半導体スイッチ、２１２…第１並列ダイオード、２２０…第２開閉部、２２１…第２半導体スイッチ、２２２…第２並列ダイオード、２３０…還流素子、２４０…逆接防止回路、２４１…逆接防止スイッチ、２４３…抵抗、２４４…コンデンサ、２５０…コントローラ、３００…第１電気機器、４００…第２電気機器

Claims (3)

1. 第１機器（３００）と第２機器（４００）との間の電流の通電と遮断を制御する通電制御装置（２００）であって、
   前記第１機器に接続される第１正極端子（２００ａ）および第１負極端子（２００ｃ）と、
   前記第２機器に接続される第２正極端子（２００ｂ）および第２負極端子（２００ｄ）と、
   前記第１正極端子と前記第２正極端子とを接続する正極バス（２００ｅ）と、
   前記第１負極端子と前記第２負極端子とを接続する負極バス（２００ｆ）と、
   前記正極バスの前記第１正極端子側に設けられた第１半導体スイッチ（２１１）、および、前記第１正極端子にカソード電極が接続される態様で、前記第１半導体スイッチに並列接続された第１並列ダイオード（２１２）を備える第１開閉部（２１０）と、
   前記正極バスの前記第２正極端子側に設けられた第２半導体スイッチ（２２１）、および、前記第２正極端子にカソード電極が接続される態様で、前記第２半導体スイッチに並列接続された第２並列ダイオード（２２２）を備える第２開閉部（２２０）と、
   前記正極バスを流れる電流が正常と判定した場合に前記第１半導体スイッチと前記第２半導体スイッチそれぞれを通電状態にし、前記正極バスを流れる電流が異常と判定した場合に前記第１半導体スイッチと前記第２半導体スイッチそれぞれを遮断状態にする制御部（２５０）と、
   前記正極バスにおける前記第１半導体スイッチと前記第２半導体スイッチとの間の中点と前記負極バスとを接続する中継バス（２００ｇ）と、
   前記正極バスにおける前記第１半導体スイッチと前記第２半導体スイッチとの間の中点にカソード電極が接続される態様で、前記中継バスに設けられる還流ダイオード（２３０）と、を有する通電制御装置。
2. 前記中継バスに設けられた逆接防止回路（２４０）を有し、
   前記逆接防止回路は、前記還流ダイオードと直列接続される態様で前記中継バスに設けられた逆接防止スイッチ（２４１）を有する請求項１に記載の通電制御装置。
3. 前記逆接防止スイッチは前記還流ダイオードのアノード電極と接続される態様で前記中継バスに設けられており、
   前記逆接防止回路は、前記逆接防止スイッチの他に、前記還流ダイオードの前記カソード電極と前記逆接防止スイッチの制御電極との間に接続された抵抗（２４３）と、前記抵抗と前記逆接防止スイッチの制御電極との間の中点と前記還流ダイオードの前記アノード電極と前記逆接防止スイッチとの間の中点との間に接続されたコンデンサ（２４４）と、を有し、
   前記逆接防止スイッチは、前記抵抗と前記逆接防止スイッチの制御電極との間の中点側の電位が前記還流ダイオードの前記アノード電極と前記逆接防止スイッチとの間の中点側の電位よりも高い場合に通電状態になる請求項２に記載の通電制御装置。

Images