JP3567107B2 - Circuit breaker in case of overcurrent - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リレーを用いた半導体リレーシステムに係り、特に負荷側にショート等による過電流が流れたときに、マイクロコンピュータによって確実に過電流検出を行って負荷への電流供給を遮断する過電流時の回路遮断方法及び過電流時の回路遮断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、車両において、車載バッテリからの電源はパワーMOSFET及び絶縁被膜により被われた電源線を介して車両の各部に配されている負荷に供給されている。この電源線は、常時振動しているエンジンルーム内等において車体に沿って配索されるが、このとき、車体の角部に接近して位置されていると、例えば、振動により角部と断続的な接触を繰り返すようになり、これが長期間続き電源線の被覆が車体の角部により徐々に削られて内部導線が微少ではあるが露出するようになった場合において、この電源線の露出部が車体と接触することに伴って、電源線にデッドショートやレアショートが起こり、過電流が流れることになる。
近年では、自動車用半導体リレーとして、パワーMOSFETやIPS(Intelligent Power Switch)が使用されてきている。このような半導体リレー、IPSにおいてはデバイスの発熱を防ぐために、従来から図6に示す如くいろいろなカレントリミッタ方式が採られている。例えば、ランプスイッチ投入時にランプ負荷に大きな電流が流れる突入電流だけを考えた場合は、過電流設定値でパワーMOSFETを完全オフするPWM方式が最適であるが、図7に示す如く、ランプ負荷に通電中(定常電流供給中)に、何等かの原因(例えば、地絡)で過電流が流れた場合には、ランプ負荷に流れる電流をゼロまで落としてしまう。このため、マイクロコンピュータを用い所定間隔で電流値をサンプリングして電流モニター値を読み、過電流状態か否かをソフト的に判断することは、図7のt2のタイミングのようにサンプリング値がランプ負荷に流れる電流がゼロのときに当たってしまうことがありできなかった。
【0003】
また、ソフト的過電流判定値に達しない電流が継続的にランプ負荷に流れているような噛み込み短絡があったとき、図7のAの場合ソフト的にも過電流を判定できないのでデバイスに熱的ストレスを与えた(通常のFETの場合)。また、図7のBの噛み込み短絡の場合、ソフト的な判定ができない時もデバイスに長時間熱的ストレスを与え、熱遮断回路内蔵型MOSFETであっても寿命の更なる増大を図ることが困難となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のIPSを内蔵した過熱遮断機能や過電流保護機能は、自己保護のための機能に過ぎず、自動車に配索されるワイヤーハーネスや回路の保護は考慮されていない。このため、従来の半導体リレー、IPSにおいてはデバイスの発熱を防ぐために、過熱遮断を行うことはできるが、過電流時に無理無く回路を遮断することができないという問題を有している。
【0005】
本発明の目的は、負荷側のショートによる過電流に対して十分な過電流判断を行うことができ、熱遮断回路内蔵型MOSFETを用いる場合に制御時のパワーロスが大きくても熱遮断回路内蔵型MOSFET自体による過熱遮断機能を発揮して過電流判断を行うことができるようにしようということにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の過電流時の回路遮断装置は、半導体リレーを用いマイクロコンピュータでオン・オフ制御して負荷に電源を供給する半導体リレーシステムにおいて,半導体リレーのドレン側に電流検出用抵抗を接続して負荷に流れる最大電流値を設定する第1の設定手段と、第1の設定手段によって設定される電流値より低い電流値で、負荷に定常状態で供給される定格電流よりも高い電流値を設定する第2の設定手段と、電流検出用抵抗の両端の電圧から電流を検出する負荷電流検出手段と,電流検出用抵抗の両端の電圧を比較するコンパレータを設け、このコンパレータからの出力に基づいて、負荷電流検出手段によって検出した負荷電流が第1の設定手段によって設定された電流値を超えたときに、その設定値を基準に第2の設定手段によって設定された電流値より下回らない所定電流値幅で半導体リレーのゲート電圧を制御するゲート・ロジック回路と,コンパレータからの出力に基づいて第1の設定手段で設定された電流値が予め設定した電流値に下がったときにゲート・ロジック回路から出力される半導体リレーのゲート電圧を昇圧して負荷に供給する電流に所定電流値幅でヒステリシスを設けるヒステリシス手段と,負荷電流検出手段によって検出した負荷電流が、第2の設定手段によって設定された電流値よりも高い電流値として予め設定した回数計数したときに過電流であると判定する過電流判定手段とによって構成したものである。
このように構成することにより、請求項1に記載の発明によると、負荷側のショートによる過電流に対して十分な過電流判断を行うことができ、熱遮断回路内蔵型MOSFETを用いる場合に制御時のパワーロスが大きくても熱遮断回路内蔵型MOSFET自体による過熱遮断機能を発揮して過電流判断を行うことができる。
【0009】
上記の目的を達成するために、請求項に記載の過電流時の回路遮断装置は、半導体リレーを、熱遮断回路内蔵型MOSFETで構成したものある。
このように構成することにより、請求項に記載の発明によると、負荷側のショートによる過電流に対して十分な過電流判断を行うことができ、制御時のパワーロスが大きくても熱遮断回路内蔵型MOSFET自体による過熱遮断機能を発揮して過電流判断を行うことができる。
【0010】
上記の目的を達成するために、請求項に記載の過電流時の回路遮断装置は、第2の設定手段によって設定される第2の設定値を、定格負荷電流の数倍の電流値に設定したものである。
このように構成することにより、請求項に記載の発明によると、負荷側にショートによる過電流が流れたときに確実に過電流の検出を行うことができる。
【0011】
上記の目的を達成するために、請求項に記載の過電流時の回路遮断装置は、第2の設定値を、マイクロコンピュータでソフト的に設定したものである。
このように構成することにより、請求項に記載の発明によると、負荷側にショートによる過電流が流れたときにマイクロコンピュータのソフトで確実に過電流の検出を行うことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。
図1には、本発明に係る過電流時の回路遮断方法、及び過電流時の回路遮断装置の一実施の形態が示されている。
【0013】
図において、車載バッテリ1からの電源電圧VBは、負荷に供給される電流を検出する電流検出用抵抗(シヤント抵抗)Rsと、半導体スイッチ素子としての熱遮断回路内蔵型MOSFET2のドレインD−ソースS間とを介してストップランプやヘッドライト等々の負荷3に供給される。
この熱遮断回路内蔵型MOSFET2は、例えば、ロジックレベル(4V以上)駆動型パワーMOSFETで、熱遮断回路を内蔵しており、過熱状態のパワーMOSFET保護が可能となっており、過熱遮断方式はラッチ型で、過熱遮断回路動作後は、ゲート電圧0バイアスで復帰するものである。
【0014】
駆動回路4は、チャージポンプ回路5により電源電圧VBを昇圧したチャージポンプ出力電圧VPがコレクタに接続されるNPN型スイッチング(SW)トランジスタTr1と、該SWトランジスタTr1のエミッタにコレクタが接続されたNPN型スイッチング(SW)トランジスタTr2とを有しており、SWトランジスタTr1のエミッタとSWトランジスタTr2のコレクタとの接点が熱遮断回路内蔵型MOSFET2のゲートGに接続されている。
【0015】
そして、駆動回路4は、SWトランジスタTr1をオンさせると共にSWトランジスタTr2をオフさせることにより、チャージポンプ出力電圧VPを熱遮断回路内蔵型MOSFET2のゲートGに印加して、熱遮断回路内蔵型MOSFET2をオンさせる。
また、SWトランジスタTr1をオフさせると共にSWトランジスタTr2をオンさせることにより、熱遮断回路内蔵型MOSFET2のゲートGに対するチャージポンプ出力電圧VPの印加を停止して、熱遮断回路内蔵型MOSFET2をオフさせる。
【0016】
また、車載バッテリ1と熱遮断回路内蔵型MOSFET2との間に設けられたシャント抵抗Rsは、車載バッテリ1と負荷3との間の電源線に流れる電流ILを電圧に変換するための低抵抗で、この両端電圧を検出することにより電源線に流れる電流ILの検出を行っている。このシャント抵抗Rsの両端は、増幅器6の(+)入力端子と(−)入力端子に接続されており、この増幅器6は、電流検出手段として働き、シャント抵抗Rsの両端電圧に応じた電圧を出力することにより電流ILを検出している。そして、このシャント抵抗Rsは、例えば、数十mΩの抵抗を用い、ハード的な過電流判定値(第1の設定値)、例えば、数十Aを決定するものである。
【0017】
増幅器6の出力は、A/D変換器7によりディジタル変換された後、マイクロコンピュータ(マイコン)8に供給される。このマイコン8には、一端が抵抗R1を介してアースと接続され、他端が電源電圧VBに接続されている外付けのスイッチSWの−瑞が接続され、スイッチSWがオン操作されるとHレベルのオン操作信号S1が供給される。
このマイコン8は、A/D変換器7が内蔵されており、予め設定されている制御プログラムに従って動作するCPU9と、このCPU9の制御プログラムを予め格納しているROM10と、CPU9の演算実行時に必要なデータを一時的に保存するRAM11とによって構成されており、マイコン8にスイッチSWのオン操作によってHレベルのオン操作信号S1が入力されると、ゲート・ロジック回路14に対して駆動指示信号S2を出力する機能を有している。
【0018】
一方、シャント抵抗Rsの両端には、コンパレータ12が接続されており、このコンパレータ12の出力端子に、ゲート・ロジック回路14が接続されている。そして、このゲート・ロジック回路14は、駆動回路4に接続されている。また、コンパレータ12の(+)入力端子には、ヒステリシス回路13が接続されている。
コンパレータ12は、シャント抵抗Rsの両端の電圧に応じてヒステリシス回路13によって所定電圧値のヒステリシスを持たせてゲート・ロジック回路14に所定電圧を出力する。コンパレータ12は、ゲート・ロジック回路14に駆動回路4から熱遮断回路内蔵型MOSFET2のゲートGに印加しているゲート電圧をオフする出力を行う。これによってシャント抵抗Rsに流れる電流は低下する。ヒステリシス回路13は、シャント抵抗Rsに流れる電流が当初流れた電流から所定量のヒステリシスをもって再度ゲート・ロジック回路14に駆動回路4から熱遮断回路内蔵型MOSFET2のゲートGにゲート電圧を印加するようにコンパレータ12からオン信号を出力させる。この電流制御は、マイコン8からゲート・ロジック回路14に対して出力される駆動指示信号S2がオフになるまで続く。このようにヒステリシス回路13は、実質的にコンパレータ12のオン・オフの閾値を決定している。
【0019】
このように構成される過電流時の回路遮断装置の動作について説明する。
まず、電源投入時は、図2に示す如く、マイコン8からゲート・ロジック回路14に電圧Vinが印加されると、この電圧は、ゲート・ロジック回路14を介して駆動回路4を通って熱遮断回路内蔵型MOSFET2のゲートGに印加される。すると、熱遮断回路内蔵型MOSFET2のゲートG−ソースS間の電圧VGSは、図2に示す如く徐々に昇圧していく。図中aは、Vinがオン後、熱遮断回路内蔵型MOSFET2がVGS(th)が第2の設定電圧に達するまでの期間で、bは、活性領域から飽和領域に移る期間で、熱遮断回路内蔵型MOSFET2は完全にオン状態になる。また、図中cは、VGS(th)より負荷に流れる電流ID(図1のIL)が流れ始める期間で、d1は、電流IDがコンパレータ12のoffスレッショルドを通過することによってVinがオフとなる期間、d2は、熱遮断回路内蔵型MOSFET2のゲートG−ソースS間電圧VGSが低下しピーク電流を維持するためのゲートG−ソースS間電圧VGSまで低下したところで負荷に流れる電流IDが下降に転じる期間である。さらに、図中eは、負荷に流れる電流IDがonスレッショルドを通過後、Vinがオンとなる期間、fは、offスレッショルドを通過後、Vinがオフとなり、ゲートG−ソースS間電圧VGSが下降に転じる期間で、gは、ピーク電流を維持するためのゲートG−ソースS間電圧VGS(on)まで低下したところで負荷に流れる電流IDが下降する期間を示している。
【0020】
また、マイコン8は、常時所定時間毎に、A/D変換器7によりディジタル変換された増幅器6の出力をサンプリングし、このサンプリングした負荷に流れる電流ILが第2の設定値(所定電流値)を越えているか比較し、この負荷に流れる電流ILが第2の設定値を越えた状態を連続して設定回数(例えば、数回)カウントしたときに過電流を検出する。この過電流を検出すると、マイコン8は、ゲート・ロジック回路14への駆動指示信号S2の出力を停止する。
このマイコン8からのゲート・ロジック回路14への駆動指示信号S2がオフすると、熱遮断回路内蔵型MOSFET2のゲートGへのチャージポンプ出力電圧VPの印加を停止するようになっている。
【0021】
実際の地絡時における定電流制御波形が図3に示されている。
また、図4には、定電流制御における熱遮断回路内蔵型MOSFET2の過熱遮断時間が示されている。
図中、△は遮断温度200℃の熱遮断回路内蔵型MOSFETを、□は165℃の遮断温度の熱遮断回路内蔵型MOSFETの定電流制御における過熱遮断時間が示されている。図4で、常温において、30〜70msecで過熱遮断が入るのが分かる。この特性図は、故意に遮断温度200℃の熱遮断回路内蔵型MOSFETと遮断温度165℃の熱遮断回路内蔵型MOSFETを発熱させて、負荷側への電流をカットすることによって求めたもので、この負荷側への電流をカットによってワイヤーハーネスの温度上昇を抑えることに貢献していることが分かる。
【0022】
また、図5には、実際に熱遮断回路内蔵型MOSFETを使用した時の定電流制御について、電流モニターと共にその状態が示されている。
図5において、ハード的な過電流判定値は、数十Aであり、地絡の場合は約数十μsecの周期で電流制限を行っている。また、ソフト的な過電流判定値を定格負荷(21W×2灯のランプ)電流の倍に設定し、コンパレータ12のヒステリシスを設定してある。このようにソフト的な過電流判定値を定格負荷電流の倍に設定した場合、コンパレータ12のヒステリシスを設定すると、電流の落ち込みは下限値になるので、マイコン8で電流モニター(電流値のサンプリング)を行う(マイコン8で設定している過電流判定値と比較する)ことによって過電流状態を読み込むことができる。この場合のマイコン8でのデータサンプリングは、例えば、数msecの数回読み込みで過電流状態とみなす。
【0023】
チャタリングショートの場合、ショート状態で負荷がオフからオンに変わったときは、負荷オン後、所定時間経過後から電流検出を行う。この電流検出中、1秒間に数十回以上過電流を検出した場合は、過電流として判定して、マイコン8は、ゲート・ロジック回路14への駆動指示信号S2の出力を停止する。
【0024】
なお、何等かの事態で過電流状態の検出を、もし、マイコン8で認識できなくなった場合は、熱遮断回路内蔵型MOSFET2自体が有している過熱遮断機能の働きによって、過熱遮断を行うので、負荷側のハーネスの温度上昇を抑えることができる。
このように本実施の形態は、負荷側のショートによる過電流に対し、負荷側への供給電流について定電流制御(第1の設定値)を行うことによって電流値をマイクロコンピュータでの過電流判定値(第2の設定値)以下に落とすことなく、十分な過電流判断(第2の設定値と検出電流値の比較)を可能にし、制御時のパワーロスが大きい場合は、熱遮断回路内蔵型MOSFETの過熱遮断機能によってFET自体をオフさせ、負荷側に電流を流さないようにしている。
【0025】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0026】
請求項1に記載の発明によれば、負荷側のショートによる過電流に対して十分な過電流判断を行うことができ、熱遮断回路内蔵型MOSFETを用いる場合に制御時のパワーロスが大きくても熱遮断回路内蔵型MOSFET自体による過熱遮断機能を発揮して過電流判断を行うことができる。
【0029】
請求項に記載の発明によれば、負荷側のショートによる過電流に対して十分な過電流判断を行うことができ、制御時のパワーロスが大きくても熱遮断回路内蔵型MOSFET自体による過熱遮断機能を発揮して過電流判断を行うことができる。
【0030】
請求項に記載の発明によれば、負荷側にショートによる過電流が流れたときに確実に過電流の検出を行うことができる。
【0031】
請求項に記載の発明によれば、負荷側にショートによる過電流が流れたときにマイクロコンピュータのソフトで確実に過電流の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る過電流時の回路遮断方法及び過電流時の回路遮断装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図2】図1に図示の熱遮断回路内蔵型MOSFETの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図3】実際の地絡時における定電流制御波形を示す図である。
【図4】定電流制御における熱遮断回路内蔵型MOSFETの過熱遮断時間を示す図である。
【図5】熱遮断回路内蔵型MOSFETを使用した時の定電流制御についての電流モニターの状態を示す図である。
【図6】従来のカレントリミッタ方式の特性を示す図である。
【図7】従来のPWM方式による過電流制御を説明するための過熱遮断特性図である。
【符号の説明】
1……………………………車載バッテリ
2……………………………熱遮断回路内蔵型MOSFET
3……………………………負荷
4……………………………駆動回路
5……………………………チャージポンプ回路
6……………………………増幅器
7……………………………A/D変換器
8……………………………マイクロコンピュータ
9……………………………CPU
10…………………………ROM
11…………………………RAM
12…………………………コンパレータ
13…………………………ヒステリシス回路
14…………………………ゲート・ロジック回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor relay system using a semiconductor relay, and particularly, when an overcurrent flows due to a short circuit or the like on a load side, a microcomputer reliably detects an overcurrent and shuts off current supply to a load. The present invention relates to a circuit interruption method at the time of current and a circuit interruption device at the time of overcurrent.
[0002]
[Prior art]
In general, in a vehicle, power from a vehicle-mounted battery is supplied to loads disposed in various parts of the vehicle via a power MOSFET and a power line covered with an insulating film. This power line is routed along the vehicle body in an engine room or the like that is constantly vibrating. If the power line is located close to the corner of the vehicle body, for example, The contact of the power supply line will be repeated for a long time and the coating of the power supply line will be gradually cut off by the corners of the vehicle body, and the inner conductor will be exposed, albeit minutely. As a result, a dead short circuit or a rare short circuit occurs in the power supply line, and an overcurrent flows.
In recent years, power MOSFETs and IPSs (Intelligent Power Switches) have been used as semiconductor relays for automobiles. In such semiconductor relays and IPSs, various current limiter systems have conventionally been adopted as shown in FIG. 6 in order to prevent heat generation of the device. For example, when considering only an inrush current in which a large current flows through the lamp load when the lamp switch is turned on, a PWM method in which the power MOSFET is completely turned off with an overcurrent set value is optimal, but as shown in FIG. When an overcurrent flows for some reason (for example, ground fault) during energization (during supply of a steady current), the current flowing to the lamp load is reduced to zero. For this reason, sampling the current value at a predetermined interval using a microcomputer and reading the current monitor value and judging in a software manner whether or not an overcurrent state occurs is because the sampling value is ramped as in the timing of t2 in FIG. It could not hit when the current flowing through the load was zero.
[0003]
In addition, when there is a biting short circuit in which a current that does not reach the soft overcurrent determination value is continuously flowing to the lamp load, in the case of FIG. Thermal stress was applied (for normal FET). In addition, in the case of the biting short circuit shown in FIG. 7B, thermal stress is applied to the device for a long time even when software judgment cannot be made, and the life of the MOSFET with a built-in thermal cutoff circuit can be further increased. It has become difficult.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Such a conventional overheat shutoff function and overcurrent protection function with a built-in IPS are merely functions for self-protection, and no consideration is given to protection of a wiring harness or a circuit routed in an automobile. For this reason, in the conventional semiconductor relay and IPS, overheating can be cut off in order to prevent heat generation of the device, but there is a problem that the circuit cannot be cut off without difficulty at the time of overcurrent.
[0005]
An object of the present invention is to perform sufficient overcurrent judgment with respect to an overcurrent due to a short circuit on the load side. An object of the present invention is to make it possible to perform an overheat cutoff function by the MOSFET itself and make an overcurrent judgment.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a circuit breaker for overcurrent according to claim 1 is a semiconductor relay system for supplying power to a load by controlling on / off of a microcomputer using a semiconductor relay. Setting means for setting a maximum current value flowing through the load by connecting a current detection resistor to the drain side of the loader; and a current value lower than the current value set by the first setting means. Second setting means for setting a current value higher than the supplied rated current, load current detecting means for detecting current from the voltage across the current detecting resistor, and voltage across the current detecting resistor are compared. A comparator is provided. When a load current detected by the load current detecting means exceeds a current value set by the first setting means based on an output from the comparator, the comparator is provided. A gate logic circuit for controlling a gate voltage of the semiconductor relay with a predetermined current value width not smaller than a current value set by the second setting means based on the set value; and a first setting means based on an output from the comparator. Hysteresis means for increasing the gate voltage of the semiconductor relay output from the gate logic circuit when the set current value falls to a preset current value and providing hysteresis with a predetermined current value width to the current supplied to the load; An overcurrent determination unit configured to determine that the load current is an overcurrent when the load current detected by the load current detection unit is counted a predetermined number of times as a current value higher than the current value set by the second setting unit. It was done.
With this configuration, according to the first aspect of the present invention, it is possible to perform a sufficient overcurrent determination with respect to an overcurrent due to a short circuit on the load side, and to control when using a MOSFET with a built-in thermal cutoff circuit. Even if the power loss at the time is large, it is possible to determine the overcurrent by exerting the overheat shutoff function by the MOSFET with a built-in heat shutoff circuit itself.
[0009]
To achieve the above object, the circuit breaker during overcurrent according to claim 2, the semiconductor relay, Some configured in thermal shutdown circuit built-in MOSFET.
With this configuration, according to the second aspect of the present invention, it is possible to perform a sufficient overcurrent determination with respect to an overcurrent due to a short circuit on the load side, and to perform a thermal cutoff circuit even if a large power loss occurs during control. The overheat interruption function by the built-in MOSFET itself can be exhibited to determine an overcurrent.
[0010]
In order to achieve the above object, a circuit breaker at the time of an overcurrent according to claim 3 sets the second set value set by the second setting means to a current value several times the rated load current. It is set.
With this configuration, according to the third aspect of the invention, when an overcurrent due to a short circuit flows to the load side, the overcurrent can be reliably detected.
[0011]
In order to achieve the above object, a circuit breaker at the time of an overcurrent according to claim 4 sets the second set value by software using a microcomputer.
With this configuration, according to the invention described in claim 4 , when an overcurrent due to a short circuit flows to the load side, the overcurrent can be reliably detected by the software of the microcomputer.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 shows an embodiment of a circuit breaking method at the time of overcurrent and a circuit breaking device at the time of overcurrent according to the present invention.
[0013]
In the figure, a power supply voltage VB from a vehicle-mounted battery 1 includes a current detection resistor (shunt resistor) Rs for detecting a current supplied to a load, and a drain D-source S of a MOSFET 2 with a built-in heat cutoff circuit as a semiconductor switch element. It is supplied to a load 3 such as a stop lamp or a headlight through the interval.
The MOSFET 2 with a built-in thermal cutoff circuit is, for example, a power MOSFET driven at a logic level (4 V or more) and has a built-in thermal cutoff circuit, which enables protection of a power MOSFET in an overheated state. After the operation of the overheat cutoff circuit, the circuit returns with a gate voltage of 0 bias.
[0014]
The drive circuit 4 includes an NPN-type switching (SW) transistor Tr1 having a collector connected to a charge pump output voltage VP obtained by boosting the power supply voltage VB by the charge pump circuit 5, and an NPN transistor having a collector connected to the emitter of the SW transistor Tr1. And a contact point between the emitter of the SW transistor Tr1 and the collector of the SW transistor Tr2 is connected to the gate G of the MOSFET 2 with a built-in thermal cutoff circuit.
[0015]
Then, the drive circuit 4 applies the charge pump output voltage VP to the gate G of the MOSFET 2 with a built-in heat cutoff circuit by turning on the SW transistor Tr1 and turning off the SW transistor Tr2, thereby turning on the MOSFET 2 with a built-in heat cutoff circuit. Turn on.
Further, by turning off the SW transistor Tr1 and turning on the SW transistor Tr2, the application of the charge pump output voltage VP to the gate G of the MOSFET 2 with built-in thermal shutdown circuit is stopped, and the MOSFET 2 with built-in thermal shutdown circuit is turned off.
[0016]
A shunt resistor Rs provided between the vehicle-mounted battery 1 and the MOSFET 2 with a built-in thermal shutdown circuit is a low resistance for converting a current IL flowing through a power supply line between the vehicle-mounted battery 1 and the load 3 into a voltage. By detecting the voltage between both ends, the current IL flowing through the power supply line is detected. Both ends of the shunt resistor Rs are connected to a (+) input terminal and a (-) input terminal of the amplifier 6, and the amplifier 6 functions as a current detecting means and outputs a voltage corresponding to a voltage between both ends of the shunt resistor Rs. The current IL is detected by output. The shunt resistor Rs uses a resistance of, for example, several tens of mΩ, and determines a hard overcurrent determination value (first setting value), for example, several tens of amperes.
[0017]
The output of the amplifier 6 is digitally converted by an A / D converter 7 and then supplied to a microcomputer (microcomputer) 8. One end of the microcomputer 8 is connected to the ground via a resistor R1, and the other end of the switch SW is connected to the power supply voltage VB. A level ON operation signal S1 is supplied.
The microcomputer 8 has a built-in A / D converter 7 and operates in accordance with a preset control program. A CPU 10 stores a control program for the CPU 9 in advance. When an H-level ON operation signal S1 is input to the microcomputer 8 by turning on the switch SW, a drive instruction signal S2 is sent to the gate logic circuit 14. Is output.
[0018]
On the other hand, a comparator 12 is connected to both ends of the shunt resistor Rs, and a gate logic circuit 14 is connected to an output terminal of the comparator 12. The gate logic circuit 14 is connected to the drive circuit 4. A hysteresis circuit 13 is connected to a (+) input terminal of the comparator 12.
The comparator 12 outputs a predetermined voltage to the gate logic circuit 14 with a hysteresis of a predetermined voltage value provided by the hysteresis circuit 13 in accordance with the voltage across the shunt resistor Rs. The comparator 12 outputs to the gate logic circuit 14 to turn off the gate voltage applied from the drive circuit 4 to the gate G of the MOSFET 2 with a built-in thermal cutoff circuit. As a result, the current flowing through the shunt resistor Rs decreases. The hysteresis circuit 13 applies a gate voltage from the drive circuit 4 to the gate G of the MOSFET 2 with a built-in heat cutoff circuit again to the gate logic circuit 14 with a predetermined amount of hysteresis from the current initially flowing through the shunt resistor Rs. The comparator 12 outputs an ON signal. This current control continues until the drive instruction signal S2 output from the microcomputer 8 to the gate logic circuit 14 is turned off. As described above, the hysteresis circuit 13 substantially determines the ON / OFF threshold value of the comparator 12.
[0019]
The operation of the circuit breaker at the time of overcurrent configured as described above will be described.
First, when the power is turned on, as shown in FIG. 2, when a voltage Vin is applied from the microcomputer 8 to the gate logic circuit 14, this voltage passes through the drive circuit 4 via the gate logic circuit 14 and is thermally shut off. This is applied to the gate G of the MOSFET 2 with a built-in circuit. Then, the voltage VGS between the gate G and the source S of the MOSFET 2 with a built-in thermal shutdown circuit gradually increases as shown in FIG. In the figure, a is a period from when Vin is turned on until the MOSFET 2 with a built-in thermal shutdown circuit reaches VGS (th) to the second set voltage, and b is a period during which the active region shifts from the active region to the saturation region. The built-in MOSFET 2 is completely turned on. Also, c in the figure is a period during which the current ID (IL in FIG. 1) flowing from the VGS (th) to the load starts flowing, and d1 turns Vin off when the current ID passes through the off threshold of the comparator 12. During the period d2, when the voltage VGS between the gate G and the source S of the MOSFET 2 with a built-in thermal cutoff circuit decreases to the voltage VGS between the gate G and the source S for maintaining the peak current, the current ID flowing to the load decreases. It is a turning period. Further, in the figure e, during the period in which Vin is turned on after the current ID flowing to the load passes the on threshold, f is turned off after passing the off threshold, and the voltage VGS between the gate G and source S decreases. Indicates a period in which the current ID flowing to the load drops when the voltage drops to the gate G-source S voltage VGS (on) for maintaining the peak current.
[0020]
Further, the microcomputer 8 constantly samples the output of the amplifier 6 digitally converted by the A / D converter 7 every predetermined time, and the current IL flowing through the sampled load is equal to a second set value (predetermined current value). And if the current IL flowing through the load exceeds the second set value and counts the set number of times (for example, several times) continuously, an overcurrent is detected. Upon detecting this overcurrent, the microcomputer 8 stops outputting the drive instruction signal S2 to the gate logic circuit 14.
When the drive instruction signal S2 from the microcomputer 8 to the gate logic circuit 14 is turned off, the application of the charge pump output voltage VP to the gate G of the MOSFET 2 with a built-in heat cutoff circuit is stopped.
[0021]
FIG. 3 shows a constant current control waveform at the time of an actual ground fault.
FIG. 4 shows the overheat interruption time of the MOSFET 2 with a built-in heat interruption circuit in the constant current control.
In the figure, △ indicates a MOSFET with a built-in thermal cutoff circuit at a cutoff temperature of 200 ° C., and □ indicates an overheat cutoff time in a constant current control of a MOSFET with a cutoff temperature of 165 ° C. In FIG. 4, it can be seen that overheating is interrupted at 30 to 70 msec at normal temperature. This characteristic diagram was obtained by intentionally generating heat from a MOSFET with a built-in thermal shutdown circuit at a cutoff temperature of 200 ° C. and a MOSFET with a built-in thermal shutdown circuit at a cutoff temperature of 165 ° C., and cutting the current to the load side. It can be seen that cutting the current to the load side contributes to suppressing the temperature rise of the wire harness.
[0022]
FIG. 5 shows a state of constant current control when a MOSFET with a built-in thermal cutoff circuit is actually used, together with a current monitor.
In FIG. 5, the hardware overcurrent determination value is several tens of A, and in the case of a ground fault, the current is limited at a period of about several tens of μsec. Further, the soft overcurrent determination value is set to twice the rated load (21 W × two lamps) current, and the hysteresis of the comparator 12 is set. When the soft overcurrent determination value is set to twice the rated load current, if the hysteresis of the comparator 12 is set, the current drop becomes the lower limit value. Therefore, the microcomputer 8 monitors the current (current value sampling). (Comparing with the overcurrent determination value set by the microcomputer 8), the overcurrent state can be read. In this case, data sampling by the microcomputer 8 is regarded as an overcurrent state by reading several times for several msec, for example.
[0023]
In the case of chattering short, when the load changes from off to on in the short state, current detection is performed after a predetermined time has elapsed after the load is turned on. If an overcurrent is detected several tens of times a second during this current detection, it is determined as an overcurrent, and the microcomputer 8 stops outputting the drive instruction signal S2 to the gate logic circuit 14.
[0024]
If the microcomputer 8 cannot detect the overcurrent state in any situation, the overheat cutoff is performed by the function of the overheat cutoff function of the MOSFET 2 with a built-in heat cutoff circuit itself. In addition, the temperature rise of the load side harness can be suppressed.
As described above, in the present embodiment, the current value is determined by the microcomputer by performing the constant current control (the first set value) on the supply current to the load side with respect to the overcurrent due to the short circuit on the load side. Allows sufficient overcurrent judgment (comparison of the second set value and the detected current value) without dropping below the value (second set value). If the power loss during control is large, a built-in heat cutoff circuit The FET itself is turned off by the overheat cutoff function of the MOSFET, so that no current flows to the load side.
[0025]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, and has the following effects.
[0026]
According to the invention of claim 1, it is possible to perform sufficient overcurrent determination with respect to an overcurrent due to a short in the load side, power loss at the time of control in the case of using a thermal shutdown circuit-integrated MOSFET is rather large Also, the overcurrent cutoff function can be performed by the MOSFET itself with the built-in heat cutoff circuit to determine the overcurrent.
[0029]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to make a sufficient overcurrent determination with respect to an overcurrent due to a short circuit on the load side, and to perform overheat interruption by the MOSFET with a built-in thermal shutdown circuit itself even if the power loss during control is large. The function can be exercised to determine overcurrent.
[0030]
According to the third aspect of the invention, when an overcurrent due to a short circuit flows to the load side, the overcurrent can be reliably detected.
[0031]
According to the fourth aspect of the present invention, when an overcurrent due to a short circuit flows to the load side, the overcurrent can be reliably detected by software of the microcomputer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a circuit breaking method at the time of overcurrent and a circuit breaking device at the time of overcurrent according to the present invention.
FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of the MOSFET with a built-in thermal cutoff circuit shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a constant current control waveform at the time of an actual ground fault.
FIG. 4 is a diagram showing an overheat cutoff time of a MOSFET with a built-in heat cutoff circuit in constant current control.
FIG. 5 is a diagram showing a state of a current monitor for constant current control when using a MOSFET with a built-in thermal cutoff circuit.
FIG. 6 is a diagram showing characteristics of a conventional current limiter method.
FIG. 7 is an overheat cutoff characteristic diagram for explaining overcurrent control by a conventional PWM method.
[Explanation of symbols]
1 …………………………………………………………………………………… MOSFET with built-in thermal cutoff circuit
3 Load 4 Drive circuit 5 Charge pump circuit 6 Charge pump circuit 6 ...... Amplifier 7 ...... A / D converter 8 ...... Microcomputer 9 ...... CPU
10… ROM… ROM
11 ………………… RAM
12 Comparator 13 Hysteresis circuit 14 Gate logic circuit

Claims (4)

半導体リレーを用いマイクロコンピュータでオン・オフ制御して負荷に電源を供給する半導体リレーシステムにおいて,
前記半導体リレーのドレン側に電流検出用抵抗を接続して負荷に流れる最大電流値を設定する第1の設定手段と、
前記第1の設定手段によって設定される電流値より低い電流値で、負荷に定常状態で供給される定格電流よりも高い電流値を設定する第2の設定手段と、
前記電流検出用抵抗の両端の電圧から電流を検出する負荷電流検出手段と,
前記電流検出用抵抗の両端の電圧を比較するコンパレータを設け、該コンパレータからの出力に基づいて、前記負荷電流検出手段によって検出した負荷電流が前記第1の設定手段によって設定された電流値を超えたときに、その設定値を基準に前記第2の設定手段によって設定された電流値より下回らない所定電流値幅で前記半導体リレーのゲート電圧を制御するゲート・ロジック回路と,
前記コンパレータからの出力に基づいて前記第1の設定手段で設定された電流値が予め設定した電流値に下がったときに前記ゲート・ロジック回路から出力される前記半導体リレーのゲート電圧を昇圧して前記負荷に供給する電流に前記所定電流値幅でヒステリシスを設けるヒステリシス手段と,
前記負荷電流検出手段によって検出した負荷電流が、前記第2の設定手段によって設定された電流値よりも高い電流値として予め設定した回数計数したときに過電流であると判定する過電流判定手段と
からなる過電流時の回路遮断装置。
In a semiconductor relay system that supplies power to a load by controlling on / off with a microcomputer using a semiconductor relay,
First setting means for connecting a current detection resistor to a drain side of the semiconductor relay to set a maximum current value flowing to a load;
A second setting unit that sets a current value lower than the current value set by the first setting unit and higher than a rated current supplied to the load in a steady state;
Load current detecting means for detecting a current from a voltage between both ends of the current detecting resistor;
A comparator for comparing voltages at both ends of the current detection resistor, wherein a load current detected by the load current detection means exceeds a current value set by the first setting means based on an output from the comparator; A gate logic circuit for controlling a gate voltage of the semiconductor relay with a predetermined current value width not less than a current value set by the second setting means based on the set value ;
And boosting the gate voltage of the semiconductor relay output from the gate logic circuit when the current value set by the first setting means drops to a preset current value based on the output from the comparator. Hysteresis means for providing hysteresis to the current supplied to the load with the predetermined current value width ;
An overcurrent determining means for determining that the load current detected by the load current detecting means is an overcurrent when counting a preset number of times as a current value higher than the current value set by the second setting means; ,
Circuit breaker at the time of overcurrent.
上記半導体リレーは、熱遮断回路内蔵型MOSFETである請求項1に記載の過電流時の回路遮断装置。The circuit breaker at the time of an overcurrent according to claim 1, wherein the semiconductor relay is a MOSFET with a built-in thermal cutoff circuit. 上記第2の設定手段によって設定される第2の設定値は、定格負荷電流の数倍の電流値である請求項1又は2に記載の過電流時の回路遮断装置。3. The overcurrent circuit breaker according to claim 1, wherein the second set value set by the second setting unit is a current value several times the rated load current. 4. 上記第2の設定値は、上記マイクロコンピュータによって設定したものである請求項1、2又は3に記載の過電流時の回路遮断装置。4. The circuit breaker according to claim 1, wherein the second set value is set by the microcomputer.
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