JP2020167882A - Power distribution device and power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力分配装置及び電力供給システムに関するものである。 The present invention relates to a power distribution device and a power supply system.
電源から複数の負荷へ給電するための給電経路にそれぞれ設けられ、電源から各負荷への給電状態制御する複数の半導体リレーを有するリレーユニットと、リレーユニットの過熱を検出する過熱検出手段と、各半導体リレーを制御して各負荷への給電状態を制御する制御手段と、を備える車載電源制御装置が知られている（例えば特許文献１参照）。 A relay unit having a plurality of semiconductor relays provided in each of the power supply paths for supplying power from the power supply to a plurality of loads and controlling the power supply state from the power supply to each load, and an overheat detection means for detecting overheating of the relay unit, respectively. An in-vehicle power supply control device including a control means for controlling a semiconductor relay to control a power supply state to each load is known (see, for example, Patent Document 1).
この車載電源制御装置において、上記の制御手段は、各半導体リレーを制御して各負荷への給電状態を制御する一方、過熱検出手段により過熱が検出された場合には、複数の負荷のうちの、予め定められた条件に従って決定される駆動中の少なくとも一部の負荷への給電をオフする。 In this in-vehicle power supply control device, the above-mentioned control means controls each semiconductor relay to control the power supply state to each load, and when overheat is detected by the overheat detecting means, among a plurality of loads. , Turn off the power supply to at least a part of the load during driving, which is determined according to the predetermined conditions.
しかしながら、上記従来技術では、リレーユニットの周囲温度等の周辺環境と関係なく、リレーユニットの過熱を検出しただけで、負荷への給電をオフしてしまう。このため、周辺環境に応じて適切に負荷への電力を供給することができない、という問題がある。 However, in the above-mentioned conventional technique, the power supply to the load is turned off only by detecting the overheating of the relay unit regardless of the surrounding environment such as the ambient temperature of the relay unit. Therefore, there is a problem that the electric power to the load cannot be appropriately supplied according to the surrounding environment.
本発明が解決しようとする課題は、周囲温度等の周辺環境に応じて適切に負荷へ電力を供給することができる電力分配装置、及びこの電力分配装置を備える電力供給システムを提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a power distribution device capable of appropriately supplying power to a load according to an ambient environment such as an ambient temperature, and a power supply system including the power distribution device. ..
［１］本発明に係る電力分配装置は、電源の電力を複数の負荷に分配する電力分配装置であって、前記電源と電気的に接続可能な第１の半導体スイッチを含む第１の半導体ユニットと、前記複数の負荷に対応する複数の第２の半導体スイッチを含む第２の半導体ユニットと、一端が前記第１の半導体ユニットに接続され、他端が前記第２の半導体ユニットに接続されたワイヤーハーネスと、前記第１の半導体スイッチのオン及びオフと、前記複数の第２の半導体スイッチのオン及びオフを制御する制御ユニットと、前記ワイヤーハーネスに流れる電流を検出する電流センサと、前記ワイヤーハーネスの両端の電圧を検出する電圧センサと、を備え、前記制御ユニットは、前記電流センサの検出結果及び前記電圧センサの検出結果に基づいて、前記ワイヤーハーネスの状態を判定し、前記ワイヤーハーネスの状態に応じて前記複数の第２の半導体スイッチを制御する電力分配装置である。 [1] The power distribution device according to the present invention is a power distribution device that distributes the power of a power source to a plurality of loads, and is a first semiconductor unit including a first semiconductor switch that can be electrically connected to the power source. A second semiconductor unit including a plurality of second semiconductor switches corresponding to the plurality of loads, one end of which is connected to the first semiconductor unit, and the other end of which is connected to the second semiconductor unit. A wire harness, a control unit that controls on / off of the first semiconductor switch, on / off of the plurality of second semiconductor switches, a current sensor that detects a current flowing through the wire harness, and the wire. A voltage sensor for detecting the voltage across the harness is provided, and the control unit determines the state of the wire harness based on the detection result of the current sensor and the detection result of the voltage sensor, and determines the state of the wire harness. It is a power distribution device that controls the plurality of second semiconductor switches according to a state.
［２］上記発明において、前記制御ユニットは、前記ワイヤーハーネスの抵抗値を算出し、算出した前記抵抗値と予め定められた基準値との比較結果に応じて前記ワイヤーハーネスの状態を判定してもよい。 [2] In the above invention, the control unit calculates a resistance value of the wire harness and determines the state of the wire harness according to a comparison result between the calculated resistance value and a predetermined reference value. May be good.
［３］上記発明において、前記制御ユニットは、前記電流センサの検出結果及び前記電圧センサの検出結果を継続的に取得し、前記ワイヤーハーネスの抵抗値を継続的に算出してもよい。 [3] In the above invention, the control unit may continuously acquire the detection result of the current sensor and the detection result of the voltage sensor, and continuously calculate the resistance value of the wire harness.
［４］上記発明において、前記電圧センサは、前記第１の半導体スイッチの高電位側の電圧を検出する第１の電圧センサと、前記複数の第２の半導体スイッチそれぞれの高電位側の電圧を検出する複数の第２の電圧センサを含み、前記制御ユニットは、前記第１の電圧センサの検出結果と前記複数の第２の電圧センサの検出結果を取得し、前記ワイヤーハーネスの両端の電圧を算出してもよい。 [4] In the above invention, the voltage sensor uses a first voltage sensor that detects a voltage on the high potential side of the first semiconductor switch and a voltage on the high potential side of each of the plurality of second semiconductor switches. The control unit includes a plurality of second voltage sensors to be detected, and the control unit acquires the detection result of the first voltage sensor and the detection result of the plurality of second voltage sensors, and obtains the voltage across the wire harness. It may be calculated.
［５］本発明に係る電力供給システムは、電源と、複数の負荷と、上記の電力分配装置を備え、前記電源は、前記第１の半導体スイッチと電気的に接続されており、前記複数の負荷は、前記複数の第２の半導体スイッチとそれぞれ電気的に接続されている電力供給システム。 [5] The power supply system according to the present invention includes a power supply, a plurality of loads, and the power distribution device, and the power supply is electrically connected to the first semiconductor switch, and the plurality of power supplies are electrically connected to the first semiconductor switch. The load is a power supply system that is electrically connected to each of the plurality of second semiconductor switches.
本発明によれば、ワイヤーハーネスの状態に応じて、複数の半導体スイッチをオン又はオフさせるため、周辺環境によりワイヤーハーネスの状態が変化しても、適切に負荷へ電力を供給することができる。 According to the present invention, since a plurality of semiconductor switches are turned on or off according to the state of the wire harness, electric power can be appropriately supplied to the load even if the state of the wire harness changes due to the surrounding environment.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態における電力供給システム１００は、バッテリなどの電源から出力される電力を、複数の負荷に供給するシステムである。電力供給システム１００は、例えば電気自動車等の車両に搭載されており、車両に設けられたバッテリの電力を、パワーウィンド、電動チルトテレスコピックステアリング、パワーシート、電動サンシェード、ランプ、ナビゲーションシステム、又は、エアーコンデョナ等の負荷に供給する。この電力供給システム１００は、図１に示すように、電源１、負荷２１〜２３、上位コントローラ３０、及び電力分配装置５０を備えている。
The
電源１は、例えば、車両に搭載される直流電源である。このような電源１としては、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の２次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタ等を用いることができる。 The power supply 1 is, for example, a DC power supply mounted on a vehicle. As such a power source 1, a secondary battery (battery) such as a lead battery, a nickel hydrogen battery, or a lithium ion battery, an electric double layer capacitor, or the like can be used.
電源１は、電力分配装置５０を介して負荷２１〜２３に対して電力を供給している。負荷２１〜２３の具体例としては、上述したパワーウィンド、電動チルトテレスコピックステアリング、パワーシート、電動サンシェード等が挙げられる。負荷２１〜２３には、車両に搭載されたその他の電装部品を含めてもよい。負荷２１〜２３は、電力分配装置５０が備える分配ユニット１０と接続している。具体的には、負荷２１の一端は分配ユニット１０に設けられた半導体デバイス１１と接続し、負荷２２の一端は分配ユニット１０に設けられた半導体デバイス１２と接続し、負荷２３の一端は分配ユニット１０に設けられた半導体デバイス１３と接続している。また、負荷２１〜２３の他端は、グランドと接続している。なお、図１では、負荷２１〜２３の他端をグランドと接続しているが、これに限定されない。
The power source 1 supplies electric power to the
電力分配装置５０は、電源１と負荷２１〜２３の間に設けられ、電源１の電力を負荷２１〜２３に分配するための装置である。電力分配装置５０は、ヒューズユニット２０、ワイヤーハーネス３、分配ユニット１０、及び制御ユニット４０を備えている。
The
ヒューズユニット２０には、電源線４を介して電源１の電力が供給される。ヒューズユニット２０は半導体デバイス２を備えており、ワイヤーハーネス３を介して分配ユニット１０と接続されている。そして、半導体デバイス２は、電源１と分配ユニット１０の間に設けられ、メインヒューズとして機能する。半導体デバイス２としては、例えば、後述する半導体スイッチ２ａ、還流ダイオード２ｂ、電流センサ２ｃ、電圧センサ２ｄ、及びマルチプレクサ（Multiplexer：ＭＵＸ）２ｅを含むＩＰＤ（Intelligent Power Device）等のＩＣが挙げられる。また、このＩＰＤ等のＩＣは、図１に示す回路の他にも、温度検出回路、半導体スイッチの異常を診断する自己診断機能を備えた制御回路（いずれも図示略）を有している。この制御回路は、電流センサ２ｃ、電圧センサ２ｄ、又は温度検出回路の検出結果から、半導体スイッチの異常を検出すると、自己診断機能により半導体スイッチをオフするように構成されている。これにより、ＩＰＤ等のＩＣは、過電流、過電圧、又は温度異常から保護される。
The power of the power supply 1 is supplied to the
ヒューズユニット２０は、ワイヤーハーネス３を接続可能な出力部２０ａを有している。そして、半導体デバイス２は出力部２０ａと電気的に接続されている。例えば、半導体デバイス２は、所定の配線パターンが施された基板に他のデバイス又は部品等と一緒に実装され、基板上の配線パターンを介して、半導体デバイス２の出力端子が出力部２０ａに接続されている。ヒューズユニット２０として、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等が挙げられる。
The
半導体デバイス２は、半導体スイッチ２ａと当該半導体スイッチ２ａと並列に接続された還流ダイオード２ｂを含んでいる。還流ダイオード２ｂは、電流が負荷２１〜２３から電源１の方向に流れるのを防止するために設けられている。具体的に、還流ダイオード２ｂのカソード電極は、電源線４を介して電源１の正極と接続し、還流ダイオード２ｂのカソード電極は、電流センサ２ｃを介して出力部２０a（ワイヤーハーネス３の一端のコネクタ３ａ）と接続している。
The
半導体スイッチ２ａとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電圧制御型の半導体素子を用いることができる。本実施形態では、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いているが、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴでもよい。
As the
半導体スイッチ２ａは、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極と、を有している。半導体スイッチ２ａのドレイン電極は、電源線４を介して、電源１の正極と接続し、半導体スイッチ２ａのソース電極は、電流センサ２ｃを介して、出力部２０a（ワイヤーハーネス３の一端のコネクタ３ａ）と接続している。また、半導体スイッチ２ａのゲート電極は、配線６を介して、制御ユニット４０の駆動部４３と接続している。配線６は、後述する配線７ａ〜７ｃと独立した配線である。半導体スイッチ２ａのゲート電極は、駆動部４３から出力される駆動信号により制御される。
The
半導体スイッチ２ａは、制御部４４から駆動部４３を介してゲート電極に出力される駆動信号によりオン又はオフに切替えられる。半導体スイッチ２ａは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間の閾値電圧（Ｖｇｓ）よりも高い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に導通し、オン状態となる。反対に、半導体スイッチ２ａは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間の閾値電圧よりも低い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に遮断し、オフ状態となる。なお、この閾値電圧は、半導体スイッチ２ａの製造プロセスや材料に応じて異なる電圧だが、特に限定されるものではない。
The
半導体スイッチ２ａのオン状態では、ドレイン電極とソース電極の間は導通しているため、電源１と分配ユニット１０は、電源線４、半導体スイッチ２ａ、電流センサ２ｃ、及びワイヤーハーネス３を介して、電気的に接続された状態になる。そのため、電源１からの電流は、電源線４、半導体スイッチ２ａ、電流センサ２ｃ、及びワイヤーハーネス３を介して、分配ユニット１０に向かって流れる。
Since the drain electrode and the source electrode are conducting in the ON state of the
反対に、半導体スイッチ２ａのオフ状態では、ドレイン電極とソース電極の間は遮断しているため、電源１と分配ユニット１０は、電気的に遮断された状態になる。そのため、半導体スイッチ２ａのオフ状態では、電源１から分配ユニット１０の方向に電流が流れない。つまり、何らかの原因で過電流が電源１から半導体デバイス２に流れ込んだとしても、半導体スイッチ２ａをオフすることで、過電流が分配ユニット１０に流れ込むことを防ぐことができる。上述したように、分配ユニット１０には、負荷２１〜２３が接続されているため、半導体スイッチ２ａをオフにすることは、電源１からの電流を負荷２１〜２３へ流れるのを防ぐことと等しい。つまり、半導体デバイス２は、電源１からの電流に応じて電源１と分配ユニット１０の間を遮断することで、メインヒューズとして機能している。
On the contrary, in the off state of the
電流センサ２ｃは、半導体スイッチ２ａのソース電極と出力部２０ａの間に直列挿入されており、電源１から分配ユニット１０の方向に流れる電流を検出する。電流センサ２ｃは、検出結果をマルチプレクサ２ｅに出力する。電圧センサ２ｄは、半導体スイッチ２ａのドレイン電極の電圧を検出する。電圧センサ２ｄは、検出結果をマルチプレクサ２ｅに出力する。
The
マルチプレクサ２ｅは、２入力１出力のマルチプレクサである。マルチプレクサ２ｅの一方の入力端子は、電流センサ２ｃと接続し、他方の入力端子は電圧センサ２ｄと接続している。マルチプレクサ２ｅの出力端子は、制御ユニット４０が備える制御部４４と接続している。また、マルチプレクサ２ｅは、図１に示す以外の端子としてセレクト端子を有している。このセレクト端子は、制御ユニット４０の制御部４４と接続しており、セレクト端子には、制御ユニット４０から選択信号が入力される。マルチプレクサ２ｅは、制御ユニット４０からの選択信号に応じて、電流センサ２ｃの検出結果又は電圧センサ２ｄの検出結果のうちいずれかを出力するかを切り替える。
The
なお、半導体デバイス２は、マルチプレクサ２ｅを備えることに限定されず、例えば、半導体デバイス２として、マルチプレクサ２ｅを設けずに、電流センサ２ｃの検出結果と電圧センサ２ｄの検出結果が独立して出力されるタイプのものでもよい。以降の説明においては、半導体デバイス２はオン状態とし、電源１の電力が分配ユニット１０に対して供給されているものとする。
The
ワイヤーハーネス３は、ヒューズユニット２０と分配ユニット１０の間を接続しており、電源１の電力を分配ユニット１０へ供給するための電力供給ラインとして機能する。ワイヤーハーネス３は、ワイヤーハーネス本体（電線部）の両端に接続されたコネクタ３ａ、３ｂを有している。そして、ワイヤーハーネス３の一端のコネクタ３ａは、ヒューズユニット２０が備える出力部２０ａと接続され、ワイヤーハーネス３の他端のコネクタ３ｂは、分配ユニット１０が備える入力部１０ａと接続されている。
The
ワイヤーハーネス３には、電線の規格上流すことのできる最大電流として、許容電流が規定されている。例えば、図１に示すように、電源１と分配ユニット１０の間を接続する電源供給ラインとしてワイヤーハーネス３を用いる場合、分配ユニット１０に接続された負荷２１〜２３の消費電流の合計よりも大きい許容電流を有するワイヤーハーネス３が選定される。なお、許容電流が大きなワイヤーハーネスほど、電線径が大きいワイヤーハーネスとなってしまう。そのため、ワイヤーハーネス３の大型化抑制の観点からは、余剰に許容電流が大きいワイヤーハーネスを選択できない。
In the
ワイヤーハーネス３の許容電流は、周囲温度や経年劣化に応じて変化するものである。具体的には、ワイヤーハーネス３の許容電流は、周囲温度が上がるにつれて減少し、反対に、周囲温度が下がるにつれて増加する。また、ワイヤーハーネス３の許容電流は、経年劣化が進むにつれて減少する。このワイヤーハーネス３の許容電流の変化は、ワイヤーハーネス３の抵抗値の変化に依存し、ワイヤーハーネス３の抵抗値が増大すると許容電流が減少する。
The permissible current of the
ワイヤーハーネス３の抵抗値は、ワイヤーハーネス３の周辺環境によって変化する。例えば、ワイヤーハーネス３の周囲温度の上昇に伴ってワイヤーハーネス３の抵抗値は上昇する。また例えば、ワイヤーハーネス３の経年劣化（材料劣化や振動劣化）によって、ワイヤーハーネス３の抵抗値は上昇する。また例えば、ワイヤーハーネスの経年劣化によって、ワイヤーハーネス本体である電線と、両端のコネクタ３ａ、３ｂとの接触抵抗が上昇し、ワイヤーハーネス３の抵抗値は上昇する。
The resistance value of the
ここで、ワイヤーハーネス３に流れる電流と周囲温度との関係を考えると、ワイヤーハーネス３に流れる電流が一定の場合には、周囲温度が上がり続けると、ワイヤーハーネス３の抵抗値の上昇に伴って許容電流は減少し続け、やがてワイヤーハーネス３の許容電流がワイヤーハーネス３に流れる電流を下回る恐れがある。そのため、周囲温度が所定の温度を超えた場合に、ワイヤーハーネス３に流れる電流をワイヤーハーネス３の許容電流の範囲内の電流まで制限させる必要がある。同様に、ワイヤーハーネス３の経年劣化が進んだ場合も、ワイヤーハーネス３の許容電流は減少するため、ワイヤーハーネス３に流れる電流をワイヤーハーネス３の許容電流の範囲内の電流まで制限させる必要がある。
Here, considering the relationship between the current flowing through the
そこで、本実施形態の電力分配装置５０では、ワイヤーハーネス３の抵抗値に基づいて、ワイヤーハーネス３の状態（ワイヤーハーネス３の周囲温度が所定の温度を超えたか否か、又はワイヤーハーネス３が所定の経年劣化を超えたか否か）が判定され、ワイヤーハーネス３の状態に応じてワイヤーハーネス３に流れる電流が制御されている。
Therefore, in the
具体的には、後述する制御ユニット４０が、半導体デバイス２、１１〜１３からの出力結果に基づいて、ワイヤーハーネス３の抵抗値を算出し、算出した抵抗値が予め定めた参照抵抗値を超えた場合に、周囲温度が所定の温度を超えたもの又はワイヤーハーネス３の経年劣化が進んだものと、ワイヤーハーネス３の状態を判定する。そして、制御ユニット４０は、判定したワイヤーハーネス３の状態に応じてワイヤーハーネス３に流れる電流を制限する。制御ユニット４０が実行する具体的な動作については、後述する。
Specifically, the
分配ユニット１０は、図１に示すように、ワイヤーハーネス３の他端のコネクタ３ｂが接続可能な入力部１０ａと、半導体デバイス１１〜１３とを備えている。分配ユニット１０には、電源１の電力が電源線４、ヒューズユニット２０、及びワイヤーハーネス３を介して供給される。図１の例では、分配ユニット１０には、入力部１０ａが設けられており、入力部１０ａはワイヤーハーネス３のコネクタ３ｂと接続している。分配ユニット１０としては、例えば、複数の半導体デバイス１１〜１３を基板に搭載したＥＣＵ等が挙げられる。
As shown in FIG. 1, the
図１の例では、入力部１０ａは電力線５と接続しており、電力線５は分配ユニット１０の中で電力線５ａ〜５ｃの３本に分岐している。電力線５ａは半導体デバイス１１と接続され、電力線５ｂは半導体デバイス１２と接続され、電力線５ｃは半導体デバイス１３と接続されている。これにより、電源１と半導体デバイス１１〜１３は、電源線４、ヒューズユニット２０（半導体デバイス２）、ワイヤーハーネス３、及び電力線５を介して電気的に接続され、電源１の電力は、半導体デバイス１１〜１３それぞれに分配される。
In the example of FIG. 1, the
分配ユニット１０は、半導体デバイス１１〜１３の動作に応じて、電源１の電力を負荷２１〜２３へ供給又は遮断する。半導体デバイス１１〜１３としては、後述する半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａ、還流ダイオード１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、電流センサ１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、電圧センサ１１ｄ、１２ｄ、１３ｄ、及びマルチプレクサ１１ｅ、１２ｅ、１３ｅを含むＩＰＤ等のＩＣが挙げられる。このＩＰＤ等のＩＣは、温度検出回路、制御回路（いずれも図示略）を有しており、制御回路の自己診断機能により、過電流、過電圧、又は温度異常から保護される。なお、半導体デバイス１１〜１３の例として、半導体デバイス２と同様に、ＩＰＤ等のＩＣを挙げたが、半導体デバイス２で用いるＩＰＤ等のＩＣと異なる仕様のものでもよい。例えば、半導体デバイス２は、電源１の電力に応じて決定されたＩＰＤ等のＩＣが用いられるのに対して、半導体デバイス１１〜１３は、負荷２１〜２３の消費電力等に応じて決定されたＩＰＤ等のＩＣが用いられる。
The
半導体デバイス１１は、半導体スイッチ１１ａと当該半導体スイッチ１１ａと並列に接続された還流ダイオード１１ｂを含んでいる。同様に、半導体デバイス１２は、半導体スイッチ１２ａと当該半導体スイッチ１２ａと並列に接続された還流ダイオード１２ｂを含み、半導体デバイス１３は、半導体スイッチ１３ａと当該半導体スイッチ１３ａと並列に接続された還流ダイオード１３ｂを含んでいる。還流ダイオード１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは、電流が負荷２１、２２、又は２３から電源１の方向に流れるのを防止するために設けられている。具体的に、還流ダイオード１１ｂのカソード電極は、電力線５ａにより入力部１０ａ（ワイヤーハーネス３の他端のコネクタ３ｂ）と接続し、還流ダイオード１１ｂのアノード電極は、電流センサ１１ｃを介して負荷２１と接続している。同様に、還流ダイオード１２ｂのカソード電極は、電力線５ｂにより入力部１０ａ（ワイヤーハーネス３の他端のコネクタ３ｂ）と接続し、還流ダイオード１２ｂのアノード電極は、電流センサ１２ｃを介して負荷２２と接続している。また、還流ダイオード１３ｂのカソード電極は、電力線５ｃにより入力部１０ａ（ワイヤーハーネス３の他端のコネクタ３ｂ）と接続し、還流ダイオード１３ｂのアノード電極は、電流センサ１３ｃを介して負荷２３と接続している。
The
半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の電圧制御型の半導体素子を用いることができる。本実施形態では、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いているが、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴでもよい。
As the
半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａは、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極と、を有している。半導体スイッチ１１ａのドレイン電極、半導体スイッチ１２ａのドレイン電極、及び半導体スイッチ１３ａのドレイン電極は、それぞれ電力線５ａ、５ｂ、５ｃを介して、入力部１０ａ（ワイヤーハーネス３の他端のコネクタ３ｂ）と接続している。半導体スイッチ１１ａのソース電極は電流センサ１１ｃを介して負荷２１と接続し、半導体スイッチ１２ａのソース電極は電流センサ１２ｃを介して負荷２２と接続し、半導体スイッチ１３ａのソース電極は電流センサ１３ｃを介して負荷２３と接続している。また、半導体スイッチ１１ａのゲート電極、半導体スイッチ１２ａのゲート電極、及び半導体スイッチ１３ａのゲート電極は、それぞれ配線７ａ、７ｂ、７ｃを介して、制御ユニット４０の駆動部４３と接続している。配線７ａ〜７ｃはそれぞれ独立した配線である。半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのゲート電極は、駆動部４３から出力される駆動信号により、それぞれ独立に制御される。
The semiconductor switches 11a, 12a, and 13a have a drain electrode, a source electrode, and a gate electrode. The drain electrode of the
半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａは、制御部４４からゲート電極に出力される駆動信号によりオン又はオフに切替えられる。半導体スイッチ１１ａの動作を例に挙げて説明する。
The semiconductor switches 11a, 12a, and 13a are switched on or off by a drive signal output from the
半導体スイッチ１１ａは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間の閾値電圧（Ｖｇｓ）よりも高い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に導通し、オン状態となる。反対に、半導体スイッチ１１ａは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間の閾値電圧よりも低い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に遮断し、オフ状態となる。なお、この閾値電圧は、半導体スイッチ１１ａの製造プロセスや材料に応じて異なる電圧だが、特に限定されるものではない。
When the voltage of the drive signal of the
半導体スイッチ１１ａのオン状態では、ドレイン電極とソース電極の間は導通しているため、電源１と負荷２１は、電源線４、半導体デバイス２、ワイヤーハーネス３、及び半導体スイッチ１１ａ、電流センサ１１ｃを介して電気的に接続された状態になる。そのため、半導体スイッチ１１ａのオン状態では、電源１から負荷２１の方向に電流が流れ、電源１の電力は負荷２１に供給される。
Since the drain electrode and the source electrode are conducting in the on state of the
反対に、半導体スイッチ１１ａのオフ状態では、ドレイン電極とソース電極の間は遮断しているため、電源１と負荷２１は、電気的に遮断された状態になる。そのため、半導体スイッチ１１ａのオフ状態では、電源１から負荷２１の方向に電流が流れず、電源１の電力は負荷２１へ供給されない。つまり、半導体スイッチ１１ａのオン及びオフを制御することで、電源１の電力を負荷２１へ供給又は遮断することができる。
On the contrary, in the off state of the
また、図１に示すように、半導体デバイス１１は負荷２１に対応し、半導体デバイス１２は負荷２２に対応し、半導体デバイス１３は負荷２３に対応している。半導体スイッチ１２ａ、１３ａについても、半導体スイッチ１１ａと同様の動作をするため、半導体スイッチ１２ａのオン及びオフを制御することで、電源１の電力を負荷２２へ供給又は遮断することができる。また、半導体スイッチ１３ａのオン及びオフを制御することで、電源１の電力を負荷２３へ供給又は遮断することができる。つまり、各負荷に対応している半導体デバイスの制御をすることで、具体的には、半導体スイッチのオン及びオフを制御することで、電源１の電力を各負荷へ供給又は遮断をすることができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
電流センサ１１ｃは、半導体スイッチ１１ａのソース電極と負荷２１の間に直列挿入されており、電源１から負荷２１の方向に流れる電流を検出する。電流センサ１１ｃは、検出結果をマルチプレクサ１１ｅに出力する。電圧センサ１１ｄは、半導体スイッチ１１ａのドレイン電極の電圧を検出する。電圧センサ１１ｄは、検出結果をマルチプレクサ１１ｅに出力する。
The
電流センサ１２ｃは、半導体スイッチ１２ａのソース電極と負荷２２の間に直列挿入されており、電源１から負荷２２の方向に流れる電流を検出する。電流センサ１２ｃは、検出結果をマルチプレクサ１２ｅに出力する。電圧センサ１２ｄは、半導体スイッチ１２ａのドレイン電極の電圧を検出する。電圧センサ１２ｄは、検出結果をマルチプレクサ１２ｅに出力する。
The
電流センサ１３ｃは、半導体スイッチ１３ａのソース電極と負荷２３の間に直列挿入されており、電源１から負荷２３の方向に流れる電流を検出する。電流センサ１３ｃは、検出結果をマルチプレクサ１３ｅに出力する。電圧センサ１３ｄは、半導体スイッチ１３ａのドレイン電極の電圧を検出する。電圧センサ１３ｄは、検出結果をマルチプレクサ１３ｅに出力する。
The
マルチプレクサ１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは、マルチプレクサ２ｅと同様に、２入力１出力のマルチプレクサである。マルチプレクサ１１ｅの一方の入力端子は、電流センサ１１ｃと接続し、他方の入力端子は電圧センサ１１ｄと接続している。マルチプレクサ１１ｅの出力端子は、制御ユニット４０が備える制御部４４と接続している。また、マルチプレクサ１１ｅは、図１に示す以外の端子としてセレクト端子を有している。このセレクト端子は、制御ユニット４０の制御部４４と接続しており、セレクト端子には、制御ユニット４０から選択信号が入力される。マルチプレクサ１１ｅは、制御ユニット４０からの選択信号に応じて、電流センサ１１ｃの検出結果又は電圧センサ１１ｄの検出結果のうちいずれかを出力するかを切り替える。
The
また、マルチプレクサ１２ｅ、１３ｅの入力端子について、マルチプレクサ１１ｅと同様に、一方の入力端子には電流センサ１２ｃ、１３ｃが接続され、他方の入力端子には電圧センサ１２ｄ、１３ｄが接続されている。また、マルチプレクサ１２ｅの出力端子及びマルチプレクサ１３ｅの出力端子は、それぞれ制御ユニット４０の制御部４４と接続している。マルチプレクサ１２ｅ及びマルチプレクサ１３ｅは、マルチプレクサ１１ｅと同様に、それぞれセレクト端子を有しており、各セレクト端子は制御ユニット４０の制御部４４と接続しており、各セレクト端子には、制御ユニット４０から選択信号が入力される。マルチプレクサ１２ｅは、制御ユニット４０からの選択信号に応じて、電流センサ１２ｃの検出結果又は電圧センサ１２ｄの検出結果のうちいずれかを出力するかを切り替える。マルチプレクサ１３ｅは、制御ユニット４０からの選択信号に応じて、電流センサ１３ｃの検出結果又は電圧センサ１３ｄの検出結果のうちいずれかを出力するかを切り替える。なお、半導体デバイス１１〜１３は、半導体デバイス２と同様に、マルチプレクサ１１ｅ、１２ｅ、１３ｅを備えるタイプに限られない。
As for the input terminals of the
図１では、マルチプレクサ１１ｅ、１２ｅ、１３ｅと制御ユニット４０が接続している配線は、それぞれ独立している。そのため、制御ユニット４０は、半導体デバイス１１〜１３の状態をそれぞれ独立したものとして検出する。
In FIG. 1, the wirings connecting the
なお、図１では、３つの負荷２１〜２３に対応するように、分配ユニット１０は３つの半導体デバイス１１〜１３を設ける構成を例示したが、これに限定されるものではない。分配ユニット１０は、負荷の数に対応した数の半導体デバイスを設けることができる。例えば、ｎ個の負荷に対して電源１の電力を供給する場合には、分配ユニット１０は、ｎ個の半導体デバイスを設ける。ｎは１以上の自然数である。このとき、電力線５は分配ユニット１０の中でｎ本に分岐され、ｎ本の電力線はｎ個の半導体デバイスと接続する。これにより、ｎ個の負荷と電源１との間の電気的な導通及び遮断を、それぞれ独立して切り替えることができる。
Note that FIG. 1 illustrates a configuration in which the
上位コントローラ３０は、車両に設けられた各種装置の情報を管理するコントローラである。本実施形態の上位コントローラ３０は、電源１の電力を負荷２１〜２３に対してどのように分配させるかを管理する。上位コントローラ３０は、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフの指示として指示信号を制御ユニット４０の受信部４１に出力する。この指示信号には、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフのタイミングに関する情報が含まれている。上位コントローラ３０は、例えば、運転者が全ての電装部品を操作可能な状態、いわゆる、イグニッションオン状態になると、制御ユニット４０に指示信号を出力する。
The
制御ユニット４０は、上位コントローラ３０からの指示信号に基づいて、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフを制御する制御ユニットである。例えば、制御ユニット４０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されるマイクロコンピュータが挙げられる。
The
制御ユニット４０は、図１に示すように、受信部４１、記憶部４２、駆動部４３、及び制御部４４を有している。受信部４１は、上位コントローラ３０と通信可能な装置である。上位コントローラ３０との通信手段は特に限定されない。受信部４１は、上位コントローラ３０から、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフの指示信号を受け、受信した指示信号を制御部４４へ出力する。
As shown in FIG. 1, the
記憶部４２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のような情報を記憶する記憶媒体で構成されている。記憶部４２は、制御部４４が実行する、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフを制御するプログラムを記憶している。
The
また、記憶部４２は、電源１から負荷２１〜２３へ電力を供給する優先順位を記憶している。この優先順位は、負荷２１〜２３に対する電力供給の序列を示している（以降、負荷の優先順位とも称する）。なお、この優先順位は、負荷の種類や、負荷としての機器又はシステムの動作シーケンスに応じて予め決定される。
Further, the
さらに、記憶部４２は、ワイヤーハーネス３に流れる電流を制限するか否かを判断するための基準値として、ワイヤーハーネス３の参照抵抗値を記憶している。参照抵抗値は、ワイヤーハーネス３を構成する電線の標準的な抵抗値であって、予め定められた値である。参照抵抗値は、電線の単位長さ当たりの抵抗値、電線の線径、電線の材質、電力供給システム１００が搭載される環境の周囲温度に応じて実験的に求められた値である。
Further, the
駆動部４３には、制御部４４から半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをオン及びオフする制御信号が入力される。駆動部４３は、これらの制御信号の電圧を、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａの動作電圧までレベルシフトさせて、半導体デバイス１１〜１３へ出力する駆動回路である。なお、本実施形態では、制御ユニット４０に駆動部４３を設けているが、半導体スイッチの動作電圧の範囲と制御部４４が出力する制御信号の電圧範囲が同じ範囲であれば、駆動部４３を設ける必要はない。また、駆動部４３を設ける位置は特に限定されず、駆動部４３を分配ユニット１０の中に設けてもよい。
A control signal for turning on and off the
制御部４４は、記憶部４２に記憶されたプログラムを実行することで、制御ユニット４０の機能を実現させる動作回路としてのＣＰＵで構成される。なお、動作回路として、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いてもよい。
The
制御部４４には、受信部４１を介して上位コントローラ３０から指示信号が入力される。制御部４４は、この指示信号に応じて、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをオン及びオフさせる制御信号をそれぞれ生成し、生成した複数の制御信号を駆動部４３に出力する。
An instruction signal is input to the
また、制御部４４には、半導体デバイス２、１１〜１３から、各デバイスで検出された電圧値又は電流値が入力される。制御部４４は、半導体デバイス２が備えるマルチプレクサ２ｅに対して選択信号を出力することで、半導体デバイス２から入力される信号を、電流センサ２ｃの検出結果又は電圧センサ２ｄの検出結果に切替えることができる。同様に、制御部４４は、半導体デバイス１１が備えるマルチプレクサ１１ｅに対して選択信号を出力することで、半導体デバイス１１から入力される信号を、電流センサ１１ｃの検出結果又は電圧センサ１１ｄの検出結果に切替えることができる。制御部４４は、半導体デバイス１２、１３に対しても、半導体デバイス１１と同様の制御をすることができる。
Further, the voltage value or the current value detected by each device is input to the
さらに、制御部４４は、記憶部４２にアクセスすることができ、記憶部４２に記憶されている、負荷の優先順位及び参照抵抗値を読み出す。
Further, the
次に、制御部４４が実現する機能について説明する。制御部４４は、上位コントローラ３０の指示信号に基づいて、半導体デバイス１１〜１３を制御する半導体デバイス制御機能と、ワイヤーハーネス３の抵抗値を算出する抵抗値算出機能と、算出した抵抗値に応じてワイヤーハーネス３に流れる電流を制限する電流制限機能とを有する。
Next, the function realized by the
まず、半導体デバイス制御機能について説明する。制御部４４は、上位コントローラ３０の指示信号に基づいて、半導体デバイス１１〜１３を制御する。例えば、上位コントローラ３０は、電力供給システム１００の電源投入シーケンスに従って、負荷２１〜２３に電源１の電力を供給する指示信号を制御ユニット４０に出力する。制御部４４は、上位コントローラ３０からの指示信号が受信部３１を介して入力されると、指示信号に応じて半導体スイッチ２ａ、１１ａ〜１３ａをオン又はオフさせて、電源１からの電力を負荷２１〜２３へ供給又は遮断する。これにより、負荷２１〜２３は、上位コントローラ３０の指示信号に従って駆動することができる。
First, the semiconductor device control function will be described. The
次に、抵抗値算出機能について説明する。制御部４４は、半導体デバイス制御機能により、負荷２１〜２３が駆動すると、ワイヤーハーネス３の抵抗値を算出する。本実施形態の制御部４４は、ワイヤーハーネス３の両端の電圧のうち高電位側に設けられた半導体デバイス２からの出力結果と、ワイヤーハーネス３の両端の電圧のうち低電位側に設けられた半導体デバイス１１〜１３からの出力結果に基づいて、ワイヤーハーネス３の抵抗値を算出する。ワイヤーハーネス３の抵抗値を算出する具体的な方法について説明する。
Next, the resistance value calculation function will be described. The
まず、制御部４４は、半導体デバイス制御機能により、上位コントローラ３０からの指示信号に基づいて、駆動部４３を介して、半導体スイッチ２ａ、１１ａ〜１３ａをオンさせる。半導体スイッチ２ａ、１１ａ〜１３ａがオン状態となると、電源１と各負荷２１〜２３の間が導通し、ワイヤーハーネス３には、電源１から負荷２１〜２３の方向に向かって、各負荷が駆動するのに必要な電流が流れる。また、ワイヤーハーネス３は、上述した通り、所定の抵抗値を有しているため、ワイヤーハーネス３に電流が流れると、ワイヤーハーネス３の両端には、電源１から負荷２１〜２３への方向の電流によって、電位差が発生している。
First, the
次に、制御部４４は、半導体デバイス２、１１〜１３が備える各センサから検出結果を取得する。本実施形態では、制御部４４は、半導体デバイス２から電流及び電圧の検出結果を取得し、半導体デバイス１１から電圧の検出結果を取得する。例えば、制御部４４は、半導体デバイス２のマルチプレクサ２ｅを制御して、電流センサ２ｃの検出結果（半導体スイッチ２ａのソース電極−ドレイン電極の間に流れる電流）を取得する。また、制御部４４は、半導体デバイス２のマルチプレクサ２ｅを制御して、電圧センサ２ｄの検出結果（半導体スイッチ２ａのドレイン電極の電圧）を取得するとともに、半導体デバイス１１のマルチプレクサ１１ｅを制御して、電圧センサ１１ｄの検出結果（半導体スイッチ１１ａのドレイン電極の電圧）を取得する。
Next, the
本実施形態では、制御部４４は、メインヒューズとして機能する半導体デバイス２の電流センサ２ｃの検出結果を、ワイヤーハーネス３に流れる電流と略同一の電流とする。また、制御部４４は、半導体デバイス２の電圧センサ２ｄの検出結果を、ワイヤーハーネス３の両端の電圧のうち高電位側の電圧と略同一の電圧とする。さらには、制御部４４は、半導体デバイス１１の電圧センサ１１ｄの検出結果を、ワイヤーハーネス３の両端の電圧のうち低電位側の電圧と略同一の電圧とする。
In the present embodiment, the
そして、制御部４４は、取得した電流値及び電圧値を用いて、オームの法則により、ワイヤーハーネス３の抵抗値を算出する。具体的には、制御部４４は、半導体スイッチ２ａのドレイン電極の電圧値と半導体スイッチ１１ａのドレイン電極の電圧値との差分を、半導体スイッチ２ａのソース電極−ドレイン電極の間に流れる電流値で除算することで、ワイヤーハーネス３の抵抗値を算出する。なお、制御部４４は、半導体スイッチ２ａのオン抵抗、出力部２０ａとコネクタ３ａとの接触抵抗、入力部１０ａとコネクタ３ｂとの接触抵抗、電力線５の配線抵抗を考慮して、算出した抵抗値を補正してもよい。また、制御部４４は、上述した接触抵抗等だけでなく、電流センサ及び電圧センサの測定誤差も考慮して補正してもよい。本実施形態の制御部４４は、電流値及び電圧値を継続的に取得し、上述したようなワイヤーハーネス３の抵抗値の算出を継続的に実行する。
Then, the
次に、電流制限機能について説明する。制御部４４は、算出した抵抗値に基づいて、半導体デバイス１１〜１３を制御して、ワイヤーハーネス３に流れる電流を制限する。電流を制限するか否かの判定方法と、電流制限の方法について説明する。まず、制御部４４は、抵抗値算出機能により算出した抵抗値と、記憶部４２から読み出した参照抵抗値を比較する。そして、制御部４４は、算出した抵抗値が参照抵抗値よりも大きい場合には、ワイヤーハーネス３に流れる電流を制限する必要があると判定する。反対に、制御部４４は、算出した抵抗値が参照抵抗値以下の場合には、ワイヤーハーネス３に流れる電流を制限する必要がないと判定する。ワイヤーハーネス３の抵抗値の上昇には、上述した通り、周囲温度によりワイヤーハーネス３そのものの温度が上昇した場合と、ワイヤーハーネス３の経年劣化が進んだ場合とが該当する。本実施形態の制御部４４は、算出した抵抗値と参照抵抗値を比較することで、ワイヤーハーネス３の状態を判定している。すなわち、このワイヤーハーネス３の状態は、上述した周囲温度に起因したワイヤーハーネス３の温度上昇、及び、ワイヤーハーネス３の経年劣化を含む。
Next, the current limiting function will be described. The
そして、本実施形態では、制御部４４は、ワイヤーハーネス３に流れる電流について電流制限が必要と判定すると、すなわち、算出した抵抗値が参照抵抗値よりも大きい場合に、半導体スイッチ１１ａ〜１３ａの一部の半導体スイッチをオフさせて、ワイヤーハーネス３に流れる電流を制限する。具体的には、制御部４４は、記憶部４２から負荷の優先順位を読み出し、この優先順位に基づいて、半導体スイッチ１１ａ〜１３ａのオン及びオフを制御する。例えば、負荷の優先順位が、負荷２１、負荷２２、負荷２３の順で高い場合に、制御部４４は、優先順位の低い負荷２２、２３に対応する、半導体スイッチ１２ａ、１３ａをオフさせて、負荷２２、２３への電力供給を停止させる。また、制御部４４は、優先順位の高い負荷２１に対応する、半導体スイッチ１１ａのオンを継続させて、負荷２１への電力供給を継続させる。半導体スイッチ１２ａ、１３ａがオン状態からオフ状態に変わることで、負荷２２、２３への電力供給は停止されるため、半導体スイッチ１１ａ〜１３ａがオン状態の時に比べて、ワイヤーハーネス３に流れる電流は負荷２２、２３が駆動するのに必要な電流の分だけ減少する。
Then, in the present embodiment, the
このように、本実施形態では、制御ユニット４０は、メインヒューズとして機能し、電源１と接続可能な半導体デバイス２と、負荷２１〜２３と接続可能な半導体デバイス１１〜１３のそれぞれが備える各センサの結果を取得し、取得した各センサの検出結果に基づいて、ワイヤーハーネス３の状態を判定し、判定したワイヤーハーネス３の状態に応じて半導体スイッチ１１ａ〜１３ａを制御する。これにより、周囲温度の上昇に起因してワイヤーハーネス３の温度が上昇して、ワイヤーハーネス３の許容電流が半導体スイッチ１１ａ〜１３ａのオン状態の時に流れる電流よりも低くなる前に、予め半導体スイッチ１２ａ、１３ａをオフさせてワイヤーハーネス３に流れる電流を減少させることができる。また、周囲環境の変化に起因してワイヤーハーネス３の経年劣化が進んだとしても、ワイヤーハーネス３に流れる電流を減少させることができる。その結果、周辺環境に応じて適切に負荷へ電力を供給することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、制御ユニット４０は、ワイヤーハーネス３の抵抗値を算出する。そして、制御ユニット４０は、算出したワイヤーハーネス３が予め定められた参照抵抗値よりも大きい場合には、ワイヤーハーネス３に流す電流を制限する必要があると判定する。これにより、周囲温度の上昇に起因したワイヤーハーネス３の温度上昇を検出することができる。また、ワイヤーハーネス３の経年劣化を検出することができる。その結果、ワイヤーハーネス３の温度上昇又は経年劣化によって、電力分配装置に異常が発生することを予め防ぐことができる。
Further, in the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、制御ユニット４０は、半導体デバイス２の電流センサ２ｃの検出結果及び電圧センサ２ｄの検出結果、半導体デバイス１１の電圧センサ１１ｄの検出結果を継続的に取得し、ワイヤーハーネス３の抵抗値を継続的に算出する。これにより、負荷２１〜２３を駆動させている最中に周囲温度が上昇又は下降しても、周囲温度に応じて適切に半導体スイッチ１１ａ〜１３ａのオン又はオフさせることができ、その結果、周囲温度が過度に変化する環境においても、各負荷に適切に電力を供給することができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、制御ユニット４０は、半導体スイッチ２ａの高電位側の電圧を検出する電圧センサ２ｄと、半導体スイッチ１１ａの高電位側の電圧を検出する電圧センサ１１ｄからそれぞれ検出結果を取得し、２つの電圧値の差分をワイヤーハーネス３の両端の電圧とする。電圧センサ２ｄはもともと半導体スイッチ２ａの異常を検出するために半導体デバイス２に設けられ、また、電圧センサ１１ｄはもともと半導体スイッチ１１ａの異常を検出するために半導体デバイス１１に設けられたものである。つまり、本実施形態では、電圧センサ２ｄ、１１ｄは、半導体スイッチ２ａ、１１ａの異常を検出する役割と、ワイヤーハーネス３の両端の電圧を検出するための役割を兼ねている。これにより、ワイヤーハーネス３の両端の電圧を検出するための電圧センサを新たに設ける必要はなく、電力分配装置５０の軽量化、小型化を図ることができる。
Further, in the present embodiment, the
本実施形態における「電源１」は本発明における「電源」の一例に相当し、本実施形態における「負荷２１〜２３」は本発明における「複数の負荷」の一例に相当する。本実施形態における「半導体スイッチ２ａ」は本発明における「第１の半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「ヒューズユニット２０」は本発明における「第１の半導体ユニット」の一例に相当する。本実施形態における「ワイヤーハーネス３」は本発明における「ワイヤーハーネス」の一例に相当する。本実施形態における「半導体スイッチ１１ａ〜１３ａ」は本発明における「複数の第２の半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「分配ユニット１０」は本発明における「第２の半導体ユニット」に相当する。本実施形態における「制御ユニット４０」は本発明における「制御ユニット」の一例に相当する。本実施形態における「電流センサ２ｃ」は本発明における「電流センサ」の一例に相当し、本実施形態における「電圧センサ２ｄ」、「電圧センサ１１ｄ」は本発明における「電圧センサ」の一例に相当する。本実施形態における「電力分配装置５０」は本発明における「電力分配装置」の一例に相当する。本実施形態における「参照抵抗値」は本発明における「予め定められた基準値」の一例に相当する。本実施形態における「電圧センサ２ｄ」は本発明における「第１の電圧センサ」の一例に相当し、本実施形態における「電圧センサ１１ｄ、１２ｄ、１３ｄ」は本発明における「複数の第２の電圧センサ」の一例に相当する。
The "power source 1" in the present embodiment corresponds to an example of the "power source" in the present invention, and the "loads 21 to 23" in the present embodiment correspond to an example of the "plurality of loads" in the present invention. The "
次に、上述した実施形態と異なる電力分配装置１５０を備える電力供給システム２００の一例について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る電力分配装置１５０を備える電力供給システム２００を示す概要図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。
Next, an example of the
本実施形態では、上述の実施形態と比べて、ヒューズユニット６０が、メインヒューズとして機能する半導体デバイス２の代わりに、ＦＥＴ６１、電流センサ６２、電圧センサ６３の３つの部品で構成されている点で異なる。ＦＥＴ６１は、半導体スイッチ６１ａと還流ダイオード６１ｂを備えており、それぞれは半導体デバイス２が備える半導体スイッチ２ａ及び還流ダイオード２ｂに対応する。電流センサ６２は、半導体デバイス２が備える電流センサ２ｃに対応し、電圧センサ６３は、半導体デバイス２が備える電圧センサ２ｄに対応する。ＦＥＴ６１としては、例えば、ディスクリート半導体製品が挙げられる。
In the present embodiment, as compared with the above-described embodiment, the
電流センサ６２は、制御ユニット４０の制御部４４と接続しており、検出結果を制御部４４に出力する。電圧センサ６３は、制御ユニット４０の制御部４４と接続しており、検出結果を制御部４４に出力する。
The
また、本実施形態では、上述の実施形態と比べて、分配ユニット１０が備える半導体デバイス１１〜１３が以下の点で異なる。上述の実施形態の半導体デバイス１１に対応する構成を一例に挙げて説明するが、上述した実施形態の半導体デバイス１２、１３についても同様とする。
Further, in the present embodiment, the
本実施形態では、上述の実施形態と比べて、分配ユニット７０が、半導体デバイス１１の代わりに、ＦＥＴ７１、電流センサ８１、電圧センサ９１の３つの部品で構成する点で異なる。ＦＥＴ７１は、半導体スイッチ７１ａと還流ダイオード７１ｂを備えており、それぞれは半導体デバイス１１が備える半導体スイッチ１１ａ及び還流ダイオード１１ｂに対応する。電流センサ８１は、半導体デバイス１１が備える電流センサ１１ｃに対応し、電圧センサ９１は、半導体デバイス１１が備える電圧センサ１１ｄに対応する。
The present embodiment is different from the above-described embodiment in that the
電流センサ８１は、制御ユニット４０の制御部４４と接続しており、検出結果を制御部４４に出力する。電圧センサ９１は、制御ユニット４０の制御部４４と接続しており、検出結果を制御部４４に出力する。
The
なお、本実施形態の半導体スイッチと、上述の実施形態の半導体スイッチは同様の機能を有し、本実施形態の電流センサ及び電圧センサは、上述の実施形態の電圧センサ及び電流センサと同様の機能を有している。 The semiconductor switch of the present embodiment and the semiconductor switch of the above-described embodiment have the same functions, and the current sensor and the voltage sensor of the present embodiment have the same functions as the voltage sensor and the current sensor of the above-described embodiment. have.
制御ユニット４０の制御部４４は、半導体デバイス制御機能により、半導体スイッチ６１ａ、７１ａ、７２ａ、７３ａのオン及びオフを制御する。例えば、制御部４４は、上位コントローラ３０の指示信号に基づいて、半導体スイッチ６１ａ、７１ａ、７２ａ、７３ａをオンさせる。また制御部４４は、抵抗値算出機能により、電流センサ６２の検出結果、電圧センサ６３の検出結果、電圧センサ９１の検出結果を継続的に取得し、取得した電流値及び電圧値に基づいて、ワイヤーハーネス３の抵抗値を継続的に算出する。例えば、制御部４４は、電圧センサ６３の検出結果と電圧センサ９１の検出結果の差分を、電流センサ６２の検出結果で除算することで、ワイヤーハーネス３の抵抗を算出する。さらに制御部４４は、電流制限機能により、算出した抵抗値が記憶部４２に記憶された参照抵抗値よりも大きい場合には、記憶部４２に記憶された負荷の優先順位に基づいて、半導体スイッチ７１ａ、７２ａ、７３ａを制御する。例えば、負荷の優先順位が負荷２３、２２、２１の順で高い場合には、制御部４４は、優先順位の低い負荷２１、２２に対応する、半導体スイッチ７１ａ、７２ａをオフにする。
The
このように、本実施形態の電力分配装置１５０は、半導体デバイスの代わりに、ＦＥＴ、電流センサ、電圧センサの３つの部品で構成して、上述した電力分配装置５０と同様に、ワイヤーハーネス３の抵抗値に応じて分配ユニット７０が備える半導体スイッチ７１ａ、７２ａ、７３ａを制御する。一般的には、半導体デバイスは、自己診断機能等の機能を有する制御ユニットを備えているため、ＦＥＴ、電流センサ、電圧センサ等のディスクリート部品よりも高価である。これに対して、本実施形態では、図２に示すような構成にすることで、費用を抑えつつ、周辺環境に応じて適切に負荷へ電力を供給する電力分配装置を提供することができる。
As described above, the
本実施形態における「半導体スイッチ６１ａ」は本発明における「第１の半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「ヒューズユニット６０」は本発明における「第１の半導体ユニット」の一例に相当する。また、本実施形態における「半導体スイッチ７１ａ、７２ａ、７３ａ」は本発明における「複数の第２の半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「分配ユニット７０」は本発明における「第２の半導体ユニット」の一例に相当する。本実施形態における「電流センサ６２」は本発明における「電流センサ」の一例に相当し、本実施形態における「電圧センサ６３」、「電圧センサ９１」は本発明における「電圧センサ」の一例に相当する。本実施形態における「電力分配装置１５０」は本発明における「電力分配装置」の一例に相当する。本実施形態における「電圧センサ６３」は本発明における「第１の電圧センサ」の一例に相当し、本実施形態における「電圧センサ９１、９２、９３」は本発明における「複数の第２の電圧センサ」の一例に相当する。
The "semiconductor switch 61a" in the present embodiment corresponds to an example of the "first semiconductor switch" in the present invention, and the "
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 It should be noted that the embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、ワイヤーハーネス３に流れる電流を制限する方法として、制御ユニット４０が、電力制限機能により、記憶部４２に記憶された負荷の優先順位に基づいて、複数の半導体スイッチのうち一部の半導体スイッチをオフにする構成について説明したが、ワイヤーハーネス３に流れる電流を制限する方法はこれに限られない。
For example, in the above-described embodiment, as a method of limiting the current flowing through the
上述の実施形態では、制御ユニット４０が電力制限機能により複数の負荷のうち一部の負荷への電力供給を停止させる構成であったが、複数の負荷への電力をそれぞれ減少させてワイヤーハーネス３に流れる電流を制限させてもよい。例えば、制御ユニット４０は、ワイヤーハーネス３の抵抗値が参照抵抗値よりも大きい場合に、複数の半導体スイッチに対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を実行してもよい。この場合に、記憶部４２には、図１に示す負荷２１〜２３の優先順位に対応したデューティ比が予め記憶されており、制御ユニット４０は、記憶部４２から各負荷に対応するデューティ比を取得する。そして、制御ユニット４０は、各負荷に対応するデューティ比に従ったパルス状の駆動信号を生成して、各負荷に対応する半導体スイッチそれぞれにパルス状の駆動信号を出力する。制御ユニット４０によりＰＷＭ制御が実行されると、図１に示す半導体スイッチ１１ａ〜１３ａは、スイッチング動作を行う。これにより、各負荷への電流は供給又は遮断を繰り返すため、各負荷へ流れる電流は実質的に減少することとなり、ワイヤーハーネス３に流れる電流も減少する。
In the above-described embodiment, the
また、例えば、上述の実施形態では、ワイヤーハーネス３に流れる電流を検出する方法として、ワイヤーハーネス３の高電位側に設けられた、半導体デバイス２の電流センサ２ｃ（図１参照）の検出結果、又は電流センサ６２（図２参照）の検出結果を取得する構成について説明したが、ワイヤーハーネス３に流れる電流を検出する方法はこれに限られない。
Further, for example, in the above-described embodiment, as a method of detecting the current flowing through the
図１を用いて説明すると、例えば、制御ユニット４０は、半導体スイッチ１１ａ〜１３ａをオンさせた状態において、ワイヤーハーネス３の低電位側に設けられた半導体デバイス１１の電流センサ１１ｃ、半導体デバイス１２の電流センサ１２ｃ、半導体デバイス１３の電流センサ１３ｃのそれぞれから検出結果を取得する。そして、制御ユニット４０は、取得した各電流センサの検出結果の総和を、ワイヤーハーネス３に流れる電流とする。これにより、ワイヤーハーネス３の高電位側には、電流センサを設ける必要がなくなり、電力分配装置５０、１５０の軽量化、小型化を図ることができる。また、半導体デバイスの代わりに、ＦＥＴ、電圧センサの構成で代用することができるため、費用を抑えることができる。
Explaining with reference to FIG. 1, for example, in a state where the semiconductor switches 11a to 13a are turned on, the
また、例えば、上述の実施形態では、ワイヤーハーネス３の両端の電圧のうち低電位側の電圧を検出する方法として、特定の半導体デバイスの電圧センサの検出結果（例えば、図１に示す半導体デバイス１１の電圧センサ１１ｄの検出結果）、又は特定の電圧センサの検出結果（例えば、図２に示す電圧センサ９１の検出結果）を取得する構成について説明したが、ワイヤーハーネス３の両端のうち低電位側の電圧を検出する方法はこれに限られない。
Further, for example, in the above-described embodiment, as a method of detecting the voltage on the low potential side among the voltages across the
図１を用いて説明すると、例えば、制御ユニット４０は、半導体デバイス１２の電圧センサ１２ｄの検出結果又は半導体デバイス１３の電圧センサ１３ｄの検出結果を取得してもよい。また、制御ユニット４０は、半導体デバイス１１の電圧センサ１１ｄ、半導体デバイス１２の電圧センサ１２ｄ、半導体デバイス１３の電圧センサ１３ｄのそれぞれから検出結果を取得し、各電圧センサの検出結果の平均値を、ワイヤーハーネス３の両端の電圧のうち低電位側の電圧と略同一の電圧としてもよい。
Explaining with reference to FIG. 1, for example, the
１…電源
２０…ヒューズユニット（第１の半導体ユニット）
２…半導体デバイス
２ａ…半導体スイッチ
２ｂ…還流ダイオード
２ｃ…電流センサ
２ｄ…電圧センサ
３…ワイヤーハーネス
４…電源線
５…電力線
６…配線
７…配線
１０…分配ユニット（第２の半導体ユニット）
１１…半導体デバイス
１１ａ…半導体スイッチ
１１ｂ…還流ダイオード
１１ｃ…電流センサ
１１ｄ…電圧センサ
１２…半導体デバイス
１２ａ…半導体スイッチ
１２ｂ…還流ダイオード
１２ｃ…電流センサ
１２ｄ…電圧センサ
１３…半導体デバイス
１３ａ…半導体スイッチ
１３ｂ…還流ダイオード
１３ｃ…電流センサ
１３ｄ…電圧センサ
２１…負荷
２２…負荷
２３…負荷
３０…上位コントローラ
４０…制御ユニット
４１…受信部
４２…記憶部
４３…駆動部
４４…制御部
1 ...
2 ...
11 ...
Claims (5)
前記電源と電気的に接続可能な第１の半導体スイッチを含む第１の半導体ユニットと、
前記複数の負荷に対応する複数の第２の半導体スイッチを含む第２の半導体ユニットと、
一端が前記第１の半導体ユニットに接続され、他端が前記第２の半導体ユニットに接続されたワイヤーハーネスと、
前記第１の半導体スイッチのオン及びオフと、前記複数の第２の半導体スイッチのオン及びオフを制御する制御ユニットと、
前記ワイヤーハーネスに流れる電流を検出する電流センサと、
前記ワイヤーハーネスの両端の電圧を検出する電圧センサと、を備え、
前記制御ユニットは、前記電流センサの検出結果及び前記電圧センサの検出結果に基づいて、前記ワイヤーハーネスの状態を判定し、前記ワイヤーハーネスの状態に応じて前記複数の第２の半導体スイッチを制御する電力分配装置。 A power distribution device that distributes the power of the power supply to multiple loads.
A first semiconductor unit including a first semiconductor switch that can be electrically connected to the power supply,
A second semiconductor unit including a plurality of second semiconductor switches corresponding to the plurality of loads, and a second semiconductor unit.
A wire harness having one end connected to the first semiconductor unit and the other end connected to the second semiconductor unit.
A control unit that controls the on / off of the first semiconductor switch and the on / off of the plurality of second semiconductor switches.
A current sensor that detects the current flowing through the wire harness,
A voltage sensor for detecting the voltage across the wire harness is provided.
The control unit determines the state of the wire harness based on the detection result of the current sensor and the detection result of the voltage sensor, and controls the plurality of second semiconductor switches according to the state of the wire harness. Power distribution device.
前記制御ユニットは、前記ワイヤーハーネスの抵抗値を算出し、算出した前記抵抗値と予め定められた基準値との比較結果に応じて前記ワイヤーハーネスの状態を判定する電力分配装置。 The power distribution device according to claim 1.
The control unit is a power distribution device that calculates a resistance value of the wire harness and determines the state of the wire harness according to a comparison result between the calculated resistance value and a predetermined reference value.
前記制御ユニットは、前記電流センサの検出結果及び前記電圧センサの検出結果を継続的に取得し、前記ワイヤーハーネスの抵抗値を継続的に算出する電力分配装置。 The power distribution device according to claim 1 or 2.
The control unit is a power distribution device that continuously acquires the detection result of the current sensor and the detection result of the voltage sensor, and continuously calculates the resistance value of the wire harness.
前記電圧センサは、前記第１の半導体スイッチの高電位側の電圧を検出する第１の電圧センサと、前記複数の第２の半導体スイッチそれぞれの高電位側の電圧を検出する複数の第２の電圧センサを含み、
前記制御ユニットは、前記第１の電圧センサの検出結果と前記複数の第２の電圧センサの検出結果を取得し、前記ワイヤーハーネスの両端の電圧を算出する電力分配装置。 The power distribution device according to any one of claims 1 to 3.
The voltage sensor includes a first voltage sensor that detects a voltage on the high potential side of the first semiconductor switch, and a plurality of second voltages that detect a voltage on the high potential side of each of the plurality of second semiconductor switches. Including voltage sensor
The control unit is a power distribution device that acquires the detection results of the first voltage sensor and the detection results of the plurality of second voltage sensors and calculates the voltage across the wire harness.
前記電源は、前記第１の半導体スイッチと電気的に接続されており、
前記複数の負荷は、前記複数の第２の半導体スイッチとそれぞれ電気的に接続されている電力供給システム。 A power supply, a plurality of loads, and a power distribution device according to any one of claims 1 to 4 are provided.
The power supply is electrically connected to the first semiconductor switch, and is connected to the first semiconductor switch.
The plurality of loads are power supply systems that are electrically connected to the plurality of second semiconductor switches.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019068581A JP2020167882A (en) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Power distribution device and power supply system |
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| JP2019068581A JP2020167882A (en) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Power distribution device and power supply system |
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| JP2020167882A true JP2020167882A (en) | 2020-10-08 |
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| JP (1) | JP2020167882A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023026684A1 (en) * | 2021-08-25 | 2023-03-02 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Power supply control device, power supply control method, and computer program |
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2019
- 2019-03-29 JP JP2019068581A patent/JP2020167882A/en active Pending
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| WO2023026684A1 (en) * | 2021-08-25 | 2023-03-02 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Power supply control device, power supply control method, and computer program |
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