JP3692391B2 - 電源供給制御装置および電源供給制御方法 - Google Patents
電源供給制御装置および電源供給制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源供給制御装置および電源供給制御方法に係り、過電流や過熱に対する保護機能を備え、制御信号に応じた半導体スイッチのスイッチング制御により、電源から負荷への電力供給を制御する電源供給制御装置および電源供給制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体スイッチを備えた電源供給制御装置としては、例えば図８に示すようなものがある。本従来例の電源供給制御装置は、自動車で用いられるヘッドライトやパワーウィンドウの駆動モータ等の各負荷にバッテリからの電源を選択的に供給して、各負荷への電力の供給を制御する装置である。
【０００３】
同図において、本従来例の電源供給制御装置１００は、電源１０１の出力電圧ＶＢを負荷１０３に供給する経路中に、シャント抵抗１０４およびサーマルＦＥＴ１０２のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）を直列接続して備えた構成である。また本装置１００は、シャント抵抗１０４を流れる電流（以下、負荷電流と称す）を検出してハードウェア回路によりサーマルＦＥＴ１０２の駆動を制御するドライバ１０５と、スイッチ１０７がオン状態中にドライバ１０５を制御するためのＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号をドライバ１０５に供給するマイコン（ＣＰＵ）１０９とを備えて構成されている。
【０００４】
半導体スイッチとしてのサーマルＦＥＴ１０２は、温度センサ（図示せず）を備え、サーマルＦＥＴ１０２が過電流等により規定の温度（例えば、１５０℃）以上まで上昇した場合には、ゲート（Ｇ）に“Ｈ"レベルの電位が印加されている状態であっても、内蔵するゲート遮断回路によってサーマルＦＥＴ１０２を強制的にオフ制御させる過熱遮断機能を備えている。このようにしてオフ制御されたサーマルＦＥＴ１０２は、その後温度が下がってもゲート（Ｇ）に“Ｌ"レベルの電位が印加されるまで過熱遮断状態を維持する。
【０００５】
また、ゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間には、ゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間を一定の電圧レベルに保ってゲート（Ｇ）に過電圧が印加されようとした場合にこれをバイパスしてサーマルＦＥＴ１０２の損傷を防止するツェナーダイオードＺＤ１が接続されている。
【０００６】
また、ドライバ１０５は、コンパレータ１１１と駆動回路１１３とを備えている。コンパレータ１１１は、シャント抵抗１０４を流れる負荷電流を検出して、この電流が過電流である旨を示す信号を出力する過電流検出回路である。また、駆動回路１１３は、マイコン１０９からのＰＷＭ制御信号およびコンパレータ１１１からの信号に基づいて、抵抗１１５および内蔵抵抗１２５を介してサーマルＦＥＴ１０２のゲート（Ｇ）に駆動信号を供給することによってサーマルＦＥＴ１０２の駆動を制御する回路である。すなわち、サーマルＦＥＴ１０２の駆動をコンパレータ１１１の過電流検出によってハード制御する構成である。
【０００７】
このようにしてサーマルＦＥＴ１０２の駆動が制御され、例えば、負荷１０３またはサーマルＦＥＴ１０２のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間の短絡故障または不完全短絡故障等によって生じた過電流が経路に流れようとしても、駆動回路１１３によってサーマルＦＥＴ１０２をオフ制御して、本装置１００の過電流保護機能を実現している。
【０００８】
このような過電流保護を行うにあたって、コンパレータ１１１は、検出したシャント抵抗１０４による電圧降下分の電位差が判定値（過電流遮断値）を超えたとき、“Ｈ"レベルの電位を持った信号を駆動回路１１３に供給する。このとき、駆動回路１１３はサーマルＦＥＴ１０２をオフ制御するための駆動信号をサーマルＦＥＴ１０２に供給する。その後、負荷電流が低下してシャント抵抗１０４による電圧降下分の電位差が判定値（復帰電流値）を下回ると、コンパレータ１１１は“Ｌ"レベルの電位を持った信号を駆動回路１１３に供給する。このとき、駆動回路１１３はサーマルＦＥＴ１０２をオン制御するための駆動信号をサーマルＦＥＴ１０２に供給する。
【０００９】
また、本従来例の電源供給制御装置１００における図９は、（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）サーマルＦＥＴ１０２の温度および（ｃ）負荷電流の経時変化を説明する説明図である。同図に示すように、サーマルＦＥＴ１０２が過熱保護のためにオフ制御（過熱遮断）されている状態において、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベル（ＯＮ）から“Ｌ"レベル（ＯＦＦ）になったとき、サーマルＦＥＴ１０２の過熱遮断状態は解除されてしまう。そして、再びＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベル（ＯＮ）となったときは、サーマルＦＥＴ１０２は再びオン制御となるため、再び過熱遮断状態となってしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記従来例の電源供給制御装置１００では、サーマルＦＥＴ１０２の温度が十分に低下していない状態において、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが再び“Ｈ"レベル（ＯＮ）となったときは、サーマルＦＥＴ１０２の温度が再び規定以上まで上昇してしまう。したがって、デッドショート等によって過電流が連続的に流れようとする場合は、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベルとなるたびにサーマルＦＥＴ１０２が比較的高温な状態におかれるため、サーマルＦＥＴ１０２に熱的ストレスを頻繁に受けてしまい、熱的寿命に短時間で達してしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、過熱遮断機能によるサーマルＦＥＴのオフ状態をできる限り早く検出して、過熱状態によって受けるサーマルＦＥＴの熱的ストレスを低減し、熱的寿命の短縮を防止し得る電源供給制御装置および電源供給制御方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の請求項１に係る電源供給制御装置は、オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって、電源から負荷への電力供給を制御する半導体スイッチと、前記半導体スイッチが所定の温度に達したときに、前記半導体スイッチをオフ制御する過熱遮断手段と、前記半導体スイッチに流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に、前記電流検出手段によって得られた電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止させて前記半導体スイッチの遮断状態を維持する制御手段と、を備えたものである。
【００１３】
また、請求項２に係る電源供給制御装置は、請求項１に記載の電源供給制御装置において、前記負荷に印加されている電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記制御手段は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前において、前記電流検出手段によって得られた電流値が零でなければ当該電源供給制御装置が通常状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段によって得られた電圧値が所定値以下であれば前記半導体スイッチが前記過熱遮断手段によってオフ制御された過熱遮断状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段によって得られた電圧値が所定値以上であれば前記負荷がオープン状態であると判断するものである。
【００１４】
請求項３に係る電源供給制御装置は、請求項１または２に記載の電源供給制御装置において、前記電流検出手段によって得られた電流値または前記電圧検出手段によって得られた電圧値は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値である。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る電源供給制御方法は、オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって半導体スイッチを制御して電源から負荷への電力供給を制御し、前記半導体スイッチが所定の温度に達したときは過熱遮断手段によって前記半導体スイッチをオフ制御する電源供給制御方法において、前記半導体スイッチに流れる負荷電流の電流値を前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に検出する電流検出ステップと、前記電流検出ステップで検出された電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止して前記半導体スイッチの遮断状態を維持するステップと、を備えたものである。
【００１６】
また、請求項５に係る電源供給制御方法は、請求項４に記載の電源供給制御方法において、前記負荷に印加されている電圧の電圧値を前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に検出する電圧検出ステップと、前記電流検出ステップによって検出された電流値が零でなければ電力供給が通常状態であると判断し、前記電流検出ステップによって検出された電流値が零であり前記電圧検出ステップによって検出された電圧値が所定値以下であれば前記半導体スイッチが前記過熱遮断手段によってオフ制御された過熱遮断状態であると判断し、前記電流検出ステップによって検出された電流値が零であり前記電圧検出ステップによって検出された電圧値が所定値以上であれば前記負荷がオープン状態であると判断する判断ステップと、を備えたものである。
【００１７】
さらに、請求項６に係る電源供給制御方法は、請求項４または５に記載の電源供給制御方法において、前記電流検出ステップによって検出された電流値または前記電圧検出ステップによって検出された電圧値は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値である。
【００１８】
本発明の請求項１に係る電源供給制御装置および請求項４に係る電源供給制御方法では、オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって、電源から負荷への電力供給を制御する半導体スイッチに流れようとする電流が、電流検出手段によって検出される（電流検出ステップ）。そして、制御手段は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に、前記電流検出手段によって得られた電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止させて前記半導体スイッチの遮断状態を維持している（制御ステップ）。特に、制御手段（制御ステップ）は、半導体スイッチが所定の温度に達して過熱遮断状態となったとき、制御信号の供給が停止されるので、半導体スイッチが高温状態に頻繁に置かれることがなくなり、半導体スイッチが受ける熱的ストレスが減少するため、半導体スイッチの熱的寿命を延ばすことが可能となる。
【００１９】
また、請求項２に係る電源供給制御装置および請求項５に係る電源供給制御方法では、負荷に印加されている電圧を検出する電圧検出手段（電圧検出ステップ）を備え、制御手段は、制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前の、電流検出手段（電流検出ステップ）によって得られた電流値が零でなければ当該電源供給制御装置が通常状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段（電圧検出ステップ）によって得られた電圧値が所定値以下であれば前記半導体スイッチが前記過熱遮断手段によってオフ制御された過熱遮断状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段によって得られた電圧値が所定値以上であれば前記負荷がオープン状態であると判断している（判断ステップ）。したがって、半導体スイッチまたは負荷の状態を正確に知ることができるため、故障に対する処置が行いやすい。
【００２０】
さらに、請求項３に係る電源供給制御装置および請求項６に係る電源供給制御方法では、電流検出手段によって得られた電流値または電圧検出手段によって得られた電圧値は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値である。したがって、検出見落としを極力少なくすることが可能となるため、半導体スイッチまたは負荷の状態をできる限り確実に早く検出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電源供給制御装置および電源供給制御方法の実施の形態例について、〔第１の実施形態〕、〔第２の実施形態〕の順に図１乃至図７を参照して詳細に説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施形態の電源供給制御装置の回路構成図、図２は半導体スイッチ（サーマルＦＥＴ１５）の詳細な回路構成図、図３は（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）負荷電流、（ｃ）サーマルＦＥＴのゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間電圧ＶGSおよび（ｄ）サーマルＦＥＴの温度の継時変化を説明する説明図、図４は（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）サーマルＦＥＴの温度および（ｃ）負荷電流の経時変化と、（ｄ）負荷電流の検出タイミングとを説明する説明図、図５は第１の実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャート、図６は本発明の第２の実施形態の電源供給制御装置の回路構成図、図７は第２の実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャートである。
【００２２】
なお、以下の説明では、例えば自動車で用いられるヘッドライトやパワーウィンドウの駆動モータ等の各負荷にバッテリからの電源を選択的に供給して、各負荷への電力の供給を制御する電源供給制御装置および電源供給制御方法に適用した実施の形態例について説明するが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、電源から負荷への電力供給をスイッチング制御する電源供給制御装置および電源供給制御方法であればどのような形態であっても適用可能である。
【００２３】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態の電源供給制御装置について、図１を参照して説明する。本実施形態の電源供給制御装置１０は、主に、電源１１と、負荷１３と、特許請求の範囲の半導体スイッチに該当するサーマルＦＥＴ１５と、電流検出手段に該当する電流検出回路１７と、過電流検出回路１９と、駆動回路２１と、制御手段に該当するマイコン（ＣＰＵ）２３と、シャント抵抗２５とを備え、電源１１の出力電圧ＶＢを負荷１３に供給する経路中に、シャント抵抗２５およびサーマルＦＥＴ１５のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）を直列接続して備えた構成である。
【００２４】
まず、電源１１は、略１２［Ｖ］の電圧値を持った直流電力を供給するバッテリである。次に、負荷１３は、例えばヘッドライトやパワーウィンドウの駆動モータ等であり、スイッチ２７をオン動作することによって機能する。ユーザ等によってスイッチ２７がオン状態とされると電源１１から負荷１３に電力が供給されるため、負荷１３が稼動する。
【００２５】
次に、半導体スイッチとしてのサーマルＦＥＴ１５は、より詳しくは図２に示すような構成となっている。図２において、サーマルＦＥＴ１５は、制御用ＦＥＴ１２４と、内蔵抵抗１２５と、温度センサ１２１と、ラッチ回路１２２と、制御用ＦＥＴ１２４のゲート遮断回路としての特許請求の範囲の過熱遮断手段に該当する過熱遮断用ＦＥＴ１２３とを備えて構成されている。
【００２６】
これらの構成要素を備えたサーマルＦＥＴ１５は、制御用ＦＥＴ１２４またはサーマルＦＥＴ１５が規定以上の温度（例えば、１５０℃）まで上昇したことが温度センサ１２１によって検出された場合には、ゲート（Ｇ）に“Ｈ"レベルの電位が印加されている状態であっても、その旨の検出情報がラッチ回路１２２に保持され、過熱遮断用ＦＥＴ１２３がオン動作となることによって、制御用ＦＥＴ１２４を強制的にオフ制御する過熱遮断機能を備えている。このようにしてオフ制御されたサーマルＦＥＴ１５は、その後温度が下がってもゲート（Ｇ）に"Ｌ“レベルの電位が印加されるまで過熱遮断状態を維持する。
【００２７】
より詳しくは、温度センサ１２１は４個のダイオードが縦続接続されてなり、実装上、温度センサ１２１は制御用ＦＥＴ１２４の近傍に配置形成されている。サーマルＦＥＴ１５（制御用ＦＥＴ１２４）の温度が上昇するにつれて温度センサ１２１の各ダイオードの抵抗値が減少するので、ＦＥＴＱ５１のゲート電位が“Ｌ“レベルとされる電位まで下がると、ＦＥＴＱ５１がオン状態からオフ状態に遷移する。これにより、ＦＥＴＱ５４のゲート電位がサーマルＦＥＴ１５のゲート制御端子（Ｇ）の電位にプルアップされ、ＦＥＴＱ５４がオフ状態からオン状態に遷移して、ラッチ回路１２２に“１"がラッチされることとなる。このとき、ラッチ回路１２２の出力が“Ｈ"レベルとなって過熱遮断用ＦＥＴ１２３がオフ状態からオン状態に遷移するので、制御用ＦＥＴ１２４のゲート（ＴＧ）の電圧レベルが“Ｌ"レベルとなって、制御用ＦＥＴ１２４がオン状態からオフ状態に遷移して、過熱遮断されることとなる。
【００２８】
また、サーマルＦＥＴ１５のゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間には、ツェナーダイオードＺＤ１が接続されており、ゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間を一定の電圧レベル（例えば、１２Ｖ）に保って、ゲート（Ｇ）に過電圧が印加されようとした場合にこれをバイパスしてサーマルＦＥＴ１５の損傷を防止する。また、該ツェナーダイオードＺＤ１の電流制限用として、駆動回路１１の出力端子とサーマルＦＥＴ１５のゲート（Ｇ）との間に電流制限抵抗２２を設置している。
【００２９】
次に、電流検出回路１７は、第１の差動増幅器１７１および第２の差動増幅器１７３を備えて構成されており、シャント抵抗２５を流れる電流（以下、負荷電流と称す）を検出している。該電流検出回路１７は、所定の抵抗値を持ったシャント抵抗２５による電圧降下分の電位差をまず第１の差動増幅器１７１で差動増幅し、さらに第１の差動増幅器１７１から出力された信号を第２の差動増幅器１７３で差動増幅する。このようにして差動増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換器２９でＡ／Ｄ変換されマイコン２３に供給される。
【００３０】
次に、過電流検出回路１９は、負荷１３またはサーマルＦＥＴ１５のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間の短絡故障（デッドショート等）または不完全短絡故障等によって生じた過電流を検出するコンパレータ１９１を有している。該コンパレータ１９１は、図３に示すように、シャント抵抗２５による電圧降下分の電位差が判定値（過電流遮断値）を超えたとき、"Ｈ"レベルの電位を持ったの信号を駆動回路２１に供給する。また、その後、シャント抵抗２５を流れる負荷電流が低下して電位差が判定値（復帰電流値）を下回ったときは、"Ｌ"レベルの電位を持った信号を駆動回路２１に供給する。このように、サーマルＦＥＴ１５が過電流遮断機能によりオフ制御されている状態から再びオン制御されるタイミングに遅延を設けることで、サーマルＦＥＴ１５の遮断をラッチし続けることなく制御している。なお、過電流遮断電流値と復帰電流値との間にヒステリシスを設けた理由としては、例えば、過電流検出回路１９がノイズによって実際とは異なる負荷電流の電流値がマイコン２３に入力されたときは、マイコン２３が所望しない動作を行ってしまうというように、ノイズによる誤動作を防ぐために設定されている。
【００３１】
次に、駆動回路２１は、コレクタ側が電位ＶＰに接続されたソーストランジスタ２１１と、エミッタ側が接地電位（ＧＮＤ）に接続されたシンクトランジスタ２１３とを直列接続して備え、マイコン２３からのＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号に基いて、ソーストランジスタ２１１およびシンクトランジスタ２１３をオン／オフ制御することによってソーストランジスタ２１１のエミッタまたはシンクトランジスタ２１３のコレクタから“Ｈ"または“Ｌ"レベルの電位を持った信号を出力して、サーマルＦＥＴ１５を駆動制御する。なお、図１中のシンクトランジスタ２１３のコレクタに印加される電位ＶＰは、昇圧のために用いられるチャージポンプ（図示せず）の出力電圧である。
【００３２】
また、駆動回路２１は、コンパレータ１９１から“Ｌ"レベルの電位を持った信号が供給されたときは、サーマルＦＥＴ１５をオン制御する信号をサーマルＦＥＴ１５に供給し、コンパレータ１９１から“Ｈ"レベルの電位を持った信号が供給されたときは、マイコン２３からのＰＷＭ制御信号にかかわらず、サーマルＦＥＴ１５をオフ制御する信号をサーマルＦＥＴ１５に供給する。
【００３３】
さらに、マイコン２３は、設定によりＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を駆動回路２１に供給する。また、該マイコン２３は、電流検出回路１７によって検出されたシャント抵抗２５を流れる負荷電流を常時モニタしている。また、ＰＷＭ制御信号、サーマルＦＥＴ１５の温度および負荷電流の経時変化と、負荷電流の検出タイミングとを説明する図４に示すように、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｌ"レベル（ＯＦＦ）となる直前の負荷電流の電流値を得る。このとき得られた電流値が略０［Ｖ］であれば、マイコン２３はＰＷＭ制御信号の供給を停止する。以後、マイコン２３は、電源１１の切り離し等による電源リセットや、修理工場でのサービスツール等による過熱遮断状態の設定解除などの特別な処置が行われるまで、ＰＷＭ制御信号の供給停止状態を維持する。すなわち、マイコン２３はプログラムによりソフト的にサーマルＦＥＴ１５の過熱遮断のラッチ状態を維持し続けることとなる。
【００３４】
次に、以上説明した本実施形態の電源供給制御装置１０の回路構成を踏まえて、図５を参照して電源供給制御方法を説明する。まず、ステップＳ５０１では、マイコン２３から出力されたＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベル（ＯＮ）から“Ｌ"レベル（ＯＦＦ）となる直前のタイミングで、シャント抵抗２５を流れる負荷電流を検出する。次にステップＳ５０３に進み、マイコン２３はこの負荷電流の電流値が略０［Ａ］であるかを調べる。ここで電流値が略０［Ａ］のときはステップＳ５０５に進み、マイコン２３はＰＷＭ制御信号の供給を停止する。一方、電流値が略０［Ａ］ではない所定値以上のときはステップＳ５０７に進み、マイコン２３は駆動回路２１にＰＷＭ制御信号を供給し続け、ステップＳ５０１に戻ってＰＷＭ制御信号の電圧レベルが再び“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなる直前のタイミングで負荷電流を検出する。
【００３５】
以上のように、本実施形態の電源供給制御装置および電源供給制御方法１０によれば、シャント抵抗２５を流れる負荷電流を検出して、該負荷電流の電流値が略０［Ａ］であれば、マイコン２３はＰＷＭ制御信号の供給を停止して、マイコン２３のプログラムによりソフト的に過熱遮断状態のラッチが維持される。このように、サーマルＦＥＴ１５は高温状態に頻繁に置かれることがなくなるため、サーマルＦＥＴ１５の受ける熱的ストレスが減少し、サーマルＦＥＴ１５の熱的寿命を延ばすことができる。また、ＰＷＭ制御信号の供給の停止以後、マイコン２３は、電源の切り離しやラッチ状態解除の特別処置が修理工場などで行われるまで、プログラムによりソフト的にサーマルＦＥＴ１５のこの状態をラッチし続けている。このため、例えばノイズ等によってサーマルＦＥＴ１５のゲート（Ｇ）または制御用ＦＥＴ１２４のゲート（ＴＧ）に“Ｈ"レベル相当の電位が印加されてサーマルＦＥＴ１５がオン状態になることがないため、確実にラッチ状態を維持することができる。また、ラッチ状態をソフト的に維持することにより、ラッチ状態解除方法をシステム毎に独自に設定することができる。
【００３６】
また、マイコン２３は、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなる直前のタイミングで負荷電流の電流値を検出する。なお、マイコン２３のプログラムの関係上、負荷電流検出タイミングと、ＰＷＭ制御信号が“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなるタイミングとの時間差はプログラムの順番上避けられないが、負荷電流を検出する処理およびＰＷＭ制御信号を“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルにする処理をプログラムの順番上近くすれば、検出見落としを極力少なくすることができるため、サーマルＦＥＴ１５のオフ状態をできる限り確実に早く検出することができる。
【００３７】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態の電源供給制御装置および電源供給制御方法について、図６および図７を参照して説明する。ここで、図６は、本実施形態の電源供給制御装置を示す回路構成図であり、図７は、本実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャートである。なお、図６において、第１の実施形態（図１）と重複する部分には同一の符号を附して説明を省略する。
【００３８】
図６において、本実施形態の電源供給制御装置６０は、図１に示した第１の実施形態の構成に加えて、サーマルＦＥＴ１５のソース（Ｓ）と負荷１３との接続点の電位（以下、負荷電圧と称す）をＡ／Ｄ変換器２９′を介してマイコン２３に取り込む構成、すなわち、特許請求の範囲にいう電圧検出手段が追加されたものである。この電圧検出手段により、マイコン２３は負荷電圧を常時モニタしており、第１実施形態の電源供給制御装置１０と同様に、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなる直前に電流検出回路１７から負荷電流を、また電圧検出手段から負荷電圧を得て、得られた負荷電流の電流値および負荷電圧の電圧値から、当該電源供給制御装置６０が通常状態であるか、サーマルＦＥＴ１５が過熱遮断状態であるか、或いは負荷１３がオープン状態（以下、負荷オープン状態と称す）であるかを判断する。該判断結果が通常状態である場合はＰＷＭ制御信号の供給を継続する。また、サーマルＦＥＴ１５が過熱遮断状態の場合はＰＷＭ制御信号の供給を停止し、マイコン２３のプログラムによりソフト的に過熱遮断状態のラッチが維持されることとなる。また、負荷オープン状態の場合にもＰＷＭ制御信号の供給を停止するが、ユーザ等に負荷オープン状態である旨を知らせるために別途表示手段（図示せず）等を用いてその旨を表示（以下、負荷オープン表示と称す）させる。なお、負荷オープン状態がユーザ等に報知されれば良く、表示手段の代わりに音声出力手段を用いても良いし、或いは表示手段および音声出力手段の組み合わせで作用することも考えられる。
【００３９】
次に、本電源供給制御装置６０における電源供給制御方法を、図７を参照して説明する。まず、ステップＳ７０１では、マイコン２３から出力されたＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなる直前のタイミングで負荷電流および負荷電圧を検出する。次にステップＳ７０３に進み、マイコン２３はこの負荷電流の電流値が略０［Ａ］であるかを調べる。ここで電流値が略０［Ａ］ではない所定値以上であるときにはステップＳ７０５に進み、マイコン２３は駆動回路２１にＰＷＭ制御信号を供給し続ける。一方、電流値が略０［Ａ］であるときには次のステップＳ７０７に進み、マイコン２３はＰＷＭ制御信号の供給を停止する。次に、ステップ７０９に進み、負荷電圧の電圧値が略１２［Ｖ］であるかを調べることによって、負荷１３がオープン状態かを調べる。ここで、負荷オープン状態と判断されたときはステップＳ７１１に進み、表示手段等を用いてユーザ等に負荷オープン状態である旨を表示する。一方、負荷オープン状態ではないと判断されたときは、ステップを終了する。
【００４０】
以上のように、本実施形態の電源供給制御装置および電源供給制御方法によれば、シャント抵抗２５を流れる負荷電流およびサーマルＦＥＴ１５のソース（Ｓ）側の負荷電圧を検出することにより、マイコン２３は、通常状態、サーマルＦＥＴ１５の過熱遮断状態または負荷オープン状態のいずれかを、電源電圧や温度変動に影響されずに検出することができる。また、該判断結果によってＰＷＭ制御信号の継続または停止などの制御または負荷オープン表示を行っている。したがって、本実施形態においては、第１の実施形態の電源供給制御装置および電源供給制御方法による効果に加えて、サーマルＦＥＴ１５の過熱遮断状態と負荷オープン状態とを区別して、負荷オープン状態の場合にはその旨をユーザ等に通知して、当該電源供給制御装置の状況に応じた対処が可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態の変形例として、サーマルＦＥＴ１５のソース（Ｓ）側の負荷電圧をコンパレータで受けて、基準電圧と比較して"Ｈ"レベルまたは"Ｌ"レベルの電圧を持った信号をマイコン２３に供給する構成により、電圧検出手段を実現しても良い。この場合には、図７のステップＳ７０９において、「負荷電圧の電圧レベルが"Ｈ"レベルか？」というステップに置きかえる必要がある。
【００４２】
また、以上説明した実施形態に係る電源供給制御装置の回路構成においては、ＦＥＴにＮチャネル型のものを使用したが、本発明に係る電源供給制御装置の回路構成はこれに限定されるものではなく、Ｐチャネル型のものを使用しても良い。但し、各ＦＥＴのゲート電位が“Ｌ"／“Ｈ"レベルに逆転することに伴う回路変更が必要となる。また、ＦＥＴの代わりにＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を使用することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電源供給制御装置および電源供給制御方法によれば、オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって、電源から負荷への電力供給を制御する半導体スイッチに流れようとする電流が、電流検出手段によって検出される。そして、制御手段は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に、前記電流検出手段によって得られた電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止させて前記半導体スイッチの遮断状態を維持している。特に、制御手段は、半導体スイッチが所定の温度に達して過熱遮断状態となったとき、制御信号の供給を停止させるので、半導体スイッチが高温状態に頻繁に置かれることがなくなり、半導体スイッチが受ける熱的ストレスが減少するため、半導体スイッチの熱的寿命を延ばすことができる。
【００４４】
また、本発明によれば、負荷に印加されている電圧を検出する電圧検出手段を備え、制御手段は、制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前の、電流検出手段によって得られた電流値および電圧検出手段によって得られた電圧値から、通常状態、前記半導体スイッチの過熱遮断状態または前記負荷のオープン状態のいずれであるかを判断している。したがって、半導体スイッチまたは負荷の状態を正確に知ることができるため、故障に対する処置が行いやすいという効果を呈する。
【００４５】
さらに、本発明によれば、電流検出手段によって得られた電流値または電圧検出手段によって得られた電圧値は、制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値である。したがって、検出見落としを極力少なくすることが可能となるため、半導体スイッチまたは負荷の状態をできる限り確実に早く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電源供給制御装置を示す回路構成図である。
【図２】半導体スイッチの詳細な回路構成図である。
【図３】（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）負荷電流、（ｃ）サーマルＦＥＴのゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間電圧ＶGSおよび（ｄ）サーマルＦＥＴの温度の継時変化を説明する説明図である。
【図４】（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）サーマルＦＥＴの温度および（ｃ）負荷電流の経時変化と、（ｄ）負荷電流の検出タイミングとを説明する説明図である。
【図５】第１の実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態の電源供給制御装置の回路構成図である。
【図７】第２の実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャートである。
【図８】従来の電源供給制御装置を示す回路構成図である。
【図９】従来の技術の（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）サーマルＦＥＴ１０２の温度および（ｃ）負荷電流の経時変化とを示す説明図である。
【符号の説明】
１１ 電源
１３ 負荷
１５ サーマルＦＥＴ
１７ 電流検出回路
１９ 過電流検出抵抗
２１ 駆動回路
２２ 電流制限抵抗
２３ マイコン
２５ シャント抵抗
２７ スイッチ
２９ Ａ／Ｄ変換器
６１ 導線
１２１ 温度センサ
１２２ ラッチ回路
１２３ 過熱遮断用ＦＥＴ
１２４ 制御用ＦＥＴ
１２５ 内蔵抵抗
１７１ 第１の差動増幅器
１７３ 第２の差動増幅器
１９１ コンパレータ
２１１ ソーストランジスタ
２１３ シンクトランジスタ
ＺＤ１ ツェナーダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は電源供給制御装置および電源供給制御方法に係り、過電流や過熱に対する保護機能を備え、制御信号に応じた半導体スイッチのスイッチング制御により、電源から負荷への電力供給を制御する電源供給制御装置および電源供給制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体スイッチを備えた電源供給制御装置としては、例えば図８に示すようなものがある。本従来例の電源供給制御装置は、自動車で用いられるヘッドライトやパワーウィンドウの駆動モータ等の各負荷にバッテリからの電源を選択的に供給して、各負荷への電力の供給を制御する装置である。
【０００３】
同図において、本従来例の電源供給制御装置１００は、電源１０１の出力電圧ＶＢを負荷１０３に供給する経路中に、シャント抵抗１０４およびサーマルＦＥＴ１０２のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）を直列接続して備えた構成である。また本装置１００は、シャント抵抗１０４を流れる電流（以下、負荷電流と称す）を検出してハードウェア回路によりサーマルＦＥＴ１０２の駆動を制御するドライバ１０５と、スイッチ１０７がオン状態中にドライバ１０５を制御するためのＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号をドライバ１０５に供給するマイコン（ＣＰＵ）１０９とを備えて構成されている。
【０００４】
半導体スイッチとしてのサーマルＦＥＴ１０２は、温度センサ（図示せず）を備え、サーマルＦＥＴ１０２が過電流等により規定の温度（例えば、１５０℃）以上まで上昇した場合には、ゲート（Ｇ）に“Ｈ"レベルの電位が印加されている状態であっても、内蔵するゲート遮断回路によってサーマルＦＥＴ１０２を強制的にオフ制御させる過熱遮断機能を備えている。このようにしてオフ制御されたサーマルＦＥＴ１０２は、その後温度が下がってもゲート（Ｇ）に“Ｌ"レベルの電位が印加されるまで過熱遮断状態を維持する。
【０００５】
また、ゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間には、ゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間を一定の電圧レベルに保ってゲート（Ｇ）に過電圧が印加されようとした場合にこれをバイパスしてサーマルＦＥＴ１０２の損傷を防止するツェナーダイオードＺＤ１が接続されている。
【０００６】
また、ドライバ１０５は、コンパレータ１１１と駆動回路１１３とを備えている。コンパレータ１１１は、シャント抵抗１０４を流れる負荷電流を検出して、この電流が過電流である旨を示す信号を出力する過電流検出回路である。また、駆動回路１１３は、マイコン１０９からのＰＷＭ制御信号およびコンパレータ１１１からの信号に基づいて、抵抗１１５および内蔵抵抗１２５を介してサーマルＦＥＴ１０２のゲート（Ｇ）に駆動信号を供給することによってサーマルＦＥＴ１０２の駆動を制御する回路である。すなわち、サーマルＦＥＴ１０２の駆動をコンパレータ１１１の過電流検出によってハード制御する構成である。
【０００７】
このようにしてサーマルＦＥＴ１０２の駆動が制御され、例えば、負荷１０３またはサーマルＦＥＴ１０２のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間の短絡故障または不完全短絡故障等によって生じた過電流が経路に流れようとしても、駆動回路１１３によってサーマルＦＥＴ１０２をオフ制御して、本装置１００の過電流保護機能を実現している。
【０００８】
このような過電流保護を行うにあたって、コンパレータ１１１は、検出したシャント抵抗１０４による電圧降下分の電位差が判定値（過電流遮断値）を超えたとき、“Ｈ"レベルの電位を持った信号を駆動回路１１３に供給する。このとき、駆動回路１１３はサーマルＦＥＴ１０２をオフ制御するための駆動信号をサーマルＦＥＴ１０２に供給する。その後、負荷電流が低下してシャント抵抗１０４による電圧降下分の電位差が判定値（復帰電流値）を下回ると、コンパレータ１１１は“Ｌ"レベルの電位を持った信号を駆動回路１１３に供給する。このとき、駆動回路１１３はサーマルＦＥＴ１０２をオン制御するための駆動信号をサーマルＦＥＴ１０２に供給する。
【０００９】
また、本従来例の電源供給制御装置１００における図９は、（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）サーマルＦＥＴ１０２の温度および（ｃ）負荷電流の経時変化を説明する説明図である。同図に示すように、サーマルＦＥＴ１０２が過熱保護のためにオフ制御（過熱遮断）されている状態において、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベル（ＯＮ）から“Ｌ"レベル（ＯＦＦ）になったとき、サーマルＦＥＴ１０２の過熱遮断状態は解除されてしまう。そして、再びＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベル（ＯＮ）となったときは、サーマルＦＥＴ１０２は再びオン制御となるため、再び過熱遮断状態となってしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記従来例の電源供給制御装置１００では、サーマルＦＥＴ１０２の温度が十分に低下していない状態において、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが再び“Ｈ"レベル（ＯＮ）となったときは、サーマルＦＥＴ１０２の温度が再び規定以上まで上昇してしまう。したがって、デッドショート等によって過電流が連続的に流れようとする場合は、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベルとなるたびにサーマルＦＥＴ１０２が比較的高温な状態におかれるため、サーマルＦＥＴ１０２に熱的ストレスを頻繁に受けてしまい、熱的寿命に短時間で達してしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、過熱遮断機能によるサーマルＦＥＴのオフ状態をできる限り早く検出して、過熱状態によって受けるサーマルＦＥＴの熱的ストレスを低減し、熱的寿命の短縮を防止し得る電源供給制御装置および電源供給制御方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の請求項１に係る電源供給制御装置は、オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって、電源から負荷への電力供給を制御する半導体スイッチと、前記半導体スイッチが所定の温度に達したときに、前記半導体スイッチをオフ制御する過熱遮断手段と、前記半導体スイッチに流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に、前記電流検出手段によって得られた電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止させて前記半導体スイッチの遮断状態を維持する制御手段と、を備えたものである。
【００１３】
また、請求項２に係る電源供給制御装置は、請求項１に記載の電源供給制御装置において、前記負荷に印加されている電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記制御手段は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前において、前記電流検出手段によって得られた電流値が零でなければ当該電源供給制御装置が通常状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段によって得られた電圧値が所定値以下であれば前記半導体スイッチが前記過熱遮断手段によってオフ制御された過熱遮断状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段によって得られた電圧値が所定値以上であれば前記負荷がオープン状態であると判断するものである。
【００１４】
請求項３に係る電源供給制御装置は、請求項１または２に記載の電源供給制御装置において、前記電流検出手段によって得られた電流値または前記電圧検出手段によって得られた電圧値は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値である。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る電源供給制御方法は、オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって半導体スイッチを制御して電源から負荷への電力供給を制御し、前記半導体スイッチが所定の温度に達したときは過熱遮断手段によって前記半導体スイッチをオフ制御する電源供給制御方法において、前記半導体スイッチに流れる負荷電流の電流値を前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に検出する電流検出ステップと、前記電流検出ステップで検出された電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止して前記半導体スイッチの遮断状態を維持するステップと、を備えたものである。
【００１６】
また、請求項５に係る電源供給制御方法は、請求項４に記載の電源供給制御方法において、前記負荷に印加されている電圧の電圧値を前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に検出する電圧検出ステップと、前記電流検出ステップによって検出された電流値が零でなければ電力供給が通常状態であると判断し、前記電流検出ステップによって検出された電流値が零であり前記電圧検出ステップによって検出された電圧値が所定値以下であれば前記半導体スイッチが前記過熱遮断手段によってオフ制御された過熱遮断状態であると判断し、前記電流検出ステップによって検出された電流値が零であり前記電圧検出ステップによって検出された電圧値が所定値以上であれば前記負荷がオープン状態であると判断する判断ステップと、を備えたものである。
【００１７】
さらに、請求項６に係る電源供給制御方法は、請求項４または５に記載の電源供給制御方法において、前記電流検出ステップによって検出された電流値または前記電圧検出ステップによって検出された電圧値は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値である。
【００１８】
本発明の請求項１に係る電源供給制御装置および請求項４に係る電源供給制御方法では、オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって、電源から負荷への電力供給を制御する半導体スイッチに流れようとする電流が、電流検出手段によって検出される（電流検出ステップ）。そして、制御手段は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に、前記電流検出手段によって得られた電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止させて前記半導体スイッチの遮断状態を維持している（制御ステップ）。特に、制御手段（制御ステップ）は、半導体スイッチが所定の温度に達して過熱遮断状態となったとき、制御信号の供給が停止されるので、半導体スイッチが高温状態に頻繁に置かれることがなくなり、半導体スイッチが受ける熱的ストレスが減少するため、半導体スイッチの熱的寿命を延ばすことが可能となる。
【００１９】
また、請求項２に係る電源供給制御装置および請求項５に係る電源供給制御方法では、負荷に印加されている電圧を検出する電圧検出手段（電圧検出ステップ）を備え、制御手段は、制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前の、電流検出手段（電流検出ステップ）によって得られた電流値が零でなければ当該電源供給制御装置が通常状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段（電圧検出ステップ）によって得られた電圧値が所定値以下であれば前記半導体スイッチが前記過熱遮断手段によってオフ制御された過熱遮断状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段によって得られた電圧値が所定値以上であれば前記負荷がオープン状態であると判断している（判断ステップ）。したがって、半導体スイッチまたは負荷の状態を正確に知ることができるため、故障に対する処置が行いやすい。
【００２０】
さらに、請求項３に係る電源供給制御装置および請求項６に係る電源供給制御方法では、電流検出手段によって得られた電流値または電圧検出手段によって得られた電圧値は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値である。したがって、検出見落としを極力少なくすることが可能となるため、半導体スイッチまたは負荷の状態をできる限り確実に早く検出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電源供給制御装置および電源供給制御方法の実施の形態例について、〔第１の実施形態〕、〔第２の実施形態〕の順に図１乃至図７を参照して詳細に説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施形態の電源供給制御装置の回路構成図、図２は半導体スイッチ（サーマルＦＥＴ１５）の詳細な回路構成図、図３は（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）負荷電流、（ｃ）サーマルＦＥＴのゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間電圧ＶGSおよび（ｄ）サーマルＦＥＴの温度の継時変化を説明する説明図、図４は（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）サーマルＦＥＴの温度および（ｃ）負荷電流の経時変化と、（ｄ）負荷電流の検出タイミングとを説明する説明図、図５は第１の実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャート、図６は本発明の第２の実施形態の電源供給制御装置の回路構成図、図７は第２の実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャートである。
【００２２】
なお、以下の説明では、例えば自動車で用いられるヘッドライトやパワーウィンドウの駆動モータ等の各負荷にバッテリからの電源を選択的に供給して、各負荷への電力の供給を制御する電源供給制御装置および電源供給制御方法に適用した実施の形態例について説明するが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、電源から負荷への電力供給をスイッチング制御する電源供給制御装置および電源供給制御方法であればどのような形態であっても適用可能である。
【００２３】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態の電源供給制御装置について、図１を参照して説明する。本実施形態の電源供給制御装置１０は、主に、電源１１と、負荷１３と、特許請求の範囲の半導体スイッチに該当するサーマルＦＥＴ１５と、電流検出手段に該当する電流検出回路１７と、過電流検出回路１９と、駆動回路２１と、制御手段に該当するマイコン（ＣＰＵ）２３と、シャント抵抗２５とを備え、電源１１の出力電圧ＶＢを負荷１３に供給する経路中に、シャント抵抗２５およびサーマルＦＥＴ１５のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）を直列接続して備えた構成である。
【００２４】
まず、電源１１は、略１２［Ｖ］の電圧値を持った直流電力を供給するバッテリである。次に、負荷１３は、例えばヘッドライトやパワーウィンドウの駆動モータ等であり、スイッチ２７をオン動作することによって機能する。ユーザ等によってスイッチ２７がオン状態とされると電源１１から負荷１３に電力が供給されるため、負荷１３が稼動する。
【００２５】
次に、半導体スイッチとしてのサーマルＦＥＴ１５は、より詳しくは図２に示すような構成となっている。図２において、サーマルＦＥＴ１５は、制御用ＦＥＴ１２４と、内蔵抵抗１２５と、温度センサ１２１と、ラッチ回路１２２と、制御用ＦＥＴ１２４のゲート遮断回路としての特許請求の範囲の過熱遮断手段に該当する過熱遮断用ＦＥＴ１２３とを備えて構成されている。
【００２６】
これらの構成要素を備えたサーマルＦＥＴ１５は、制御用ＦＥＴ１２４またはサーマルＦＥＴ１５が規定以上の温度（例えば、１５０℃）まで上昇したことが温度センサ１２１によって検出された場合には、ゲート（Ｇ）に“Ｈ"レベルの電位が印加されている状態であっても、その旨の検出情報がラッチ回路１２２に保持され、過熱遮断用ＦＥＴ１２３がオン動作となることによって、制御用ＦＥＴ１２４を強制的にオフ制御する過熱遮断機能を備えている。このようにしてオフ制御されたサーマルＦＥＴ１５は、その後温度が下がってもゲート（Ｇ）に"Ｌ“レベルの電位が印加されるまで過熱遮断状態を維持する。
【００２７】
より詳しくは、温度センサ１２１は４個のダイオードが縦続接続されてなり、実装上、温度センサ１２１は制御用ＦＥＴ１２４の近傍に配置形成されている。サーマルＦＥＴ１５（制御用ＦＥＴ１２４）の温度が上昇するにつれて温度センサ１２１の各ダイオードの抵抗値が減少するので、ＦＥＴＱ５１のゲート電位が“Ｌ“レベルとされる電位まで下がると、ＦＥＴＱ５１がオン状態からオフ状態に遷移する。これにより、ＦＥＴＱ５４のゲート電位がサーマルＦＥＴ１５のゲート制御端子（Ｇ）の電位にプルアップされ、ＦＥＴＱ５４がオフ状態からオン状態に遷移して、ラッチ回路１２２に“１"がラッチされることとなる。このとき、ラッチ回路１２２の出力が“Ｈ"レベルとなって過熱遮断用ＦＥＴ１２３がオフ状態からオン状態に遷移するので、制御用ＦＥＴ１２４のゲート（ＴＧ）の電圧レベルが“Ｌ"レベルとなって、制御用ＦＥＴ１２４がオン状態からオフ状態に遷移して、過熱遮断されることとなる。
【００２８】
また、サーマルＦＥＴ１５のゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間には、ツェナーダイオードＺＤ１が接続されており、ゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間を一定の電圧レベル（例えば、１２Ｖ）に保って、ゲート（Ｇ）に過電圧が印加されようとした場合にこれをバイパスしてサーマルＦＥＴ１５の損傷を防止する。また、該ツェナーダイオードＺＤ１の電流制限用として、駆動回路１１の出力端子とサーマルＦＥＴ１５のゲート（Ｇ）との間に電流制限抵抗２２を設置している。
【００２９】
次に、電流検出回路１７は、第１の差動増幅器１７１および第２の差動増幅器１７３を備えて構成されており、シャント抵抗２５を流れる電流（以下、負荷電流と称す）を検出している。該電流検出回路１７は、所定の抵抗値を持ったシャント抵抗２５による電圧降下分の電位差をまず第１の差動増幅器１７１で差動増幅し、さらに第１の差動増幅器１７１から出力された信号を第２の差動増幅器１７３で差動増幅する。このようにして差動増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換器２９でＡ／Ｄ変換されマイコン２３に供給される。
【００３０】
次に、過電流検出回路１９は、負荷１３またはサーマルＦＥＴ１５のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間の短絡故障（デッドショート等）または不完全短絡故障等によって生じた過電流を検出するコンパレータ１９１を有している。該コンパレータ１９１は、図３に示すように、シャント抵抗２５による電圧降下分の電位差が判定値（過電流遮断値）を超えたとき、"Ｈ"レベルの電位を持ったの信号を駆動回路２１に供給する。また、その後、シャント抵抗２５を流れる負荷電流が低下して電位差が判定値（復帰電流値）を下回ったときは、"Ｌ"レベルの電位を持った信号を駆動回路２１に供給する。このように、サーマルＦＥＴ１５が過電流遮断機能によりオフ制御されている状態から再びオン制御されるタイミングに遅延を設けることで、サーマルＦＥＴ１５の遮断をラッチし続けることなく制御している。なお、過電流遮断電流値と復帰電流値との間にヒステリシスを設けた理由としては、例えば、過電流検出回路１９がノイズによって実際とは異なる負荷電流の電流値がマイコン２３に入力されたときは、マイコン２３が所望しない動作を行ってしまうというように、ノイズによる誤動作を防ぐために設定されている。
【００３１】
次に、駆動回路２１は、コレクタ側が電位ＶＰに接続されたソーストランジスタ２１１と、エミッタ側が接地電位（ＧＮＤ）に接続されたシンクトランジスタ２１３とを直列接続して備え、マイコン２３からのＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号に基いて、ソーストランジスタ２１１およびシンクトランジスタ２１３をオン／オフ制御することによってソーストランジスタ２１１のエミッタまたはシンクトランジスタ２１３のコレクタから“Ｈ"または“Ｌ"レベルの電位を持った信号を出力して、サーマルＦＥＴ１５を駆動制御する。なお、図１中のシンクトランジスタ２１３のコレクタに印加される電位ＶＰは、昇圧のために用いられるチャージポンプ（図示せず）の出力電圧である。
【００３２】
また、駆動回路２１は、コンパレータ１９１から“Ｌ"レベルの電位を持った信号が供給されたときは、サーマルＦＥＴ１５をオン制御する信号をサーマルＦＥＴ１５に供給し、コンパレータ１９１から“Ｈ"レベルの電位を持った信号が供給されたときは、マイコン２３からのＰＷＭ制御信号にかかわらず、サーマルＦＥＴ１５をオフ制御する信号をサーマルＦＥＴ１５に供給する。
【００３３】
さらに、マイコン２３は、設定によりＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を駆動回路２１に供給する。また、該マイコン２３は、電流検出回路１７によって検出されたシャント抵抗２５を流れる負荷電流を常時モニタしている。また、ＰＷＭ制御信号、サーマルＦＥＴ１５の温度および負荷電流の経時変化と、負荷電流の検出タイミングとを説明する図４に示すように、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｌ"レベル（ＯＦＦ）となる直前の負荷電流の電流値を得る。このとき得られた電流値が略０［Ｖ］であれば、マイコン２３はＰＷＭ制御信号の供給を停止する。以後、マイコン２３は、電源１１の切り離し等による電源リセットや、修理工場でのサービスツール等による過熱遮断状態の設定解除などの特別な処置が行われるまで、ＰＷＭ制御信号の供給停止状態を維持する。すなわち、マイコン２３はプログラムによりソフト的にサーマルＦＥＴ１５の過熱遮断のラッチ状態を維持し続けることとなる。
【００３４】
次に、以上説明した本実施形態の電源供給制御装置１０の回路構成を踏まえて、図５を参照して電源供給制御方法を説明する。まず、ステップＳ５０１では、マイコン２３から出力されたＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベル（ＯＮ）から“Ｌ"レベル（ＯＦＦ）となる直前のタイミングで、シャント抵抗２５を流れる負荷電流を検出する。次にステップＳ５０３に進み、マイコン２３はこの負荷電流の電流値が略０［Ａ］であるかを調べる。ここで電流値が略０［Ａ］のときはステップＳ５０５に進み、マイコン２３はＰＷＭ制御信号の供給を停止する。一方、電流値が略０［Ａ］ではない所定値以上のときはステップＳ５０７に進み、マイコン２３は駆動回路２１にＰＷＭ制御信号を供給し続け、ステップＳ５０１に戻ってＰＷＭ制御信号の電圧レベルが再び“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなる直前のタイミングで負荷電流を検出する。
【００３５】
以上のように、本実施形態の電源供給制御装置および電源供給制御方法１０によれば、シャント抵抗２５を流れる負荷電流を検出して、該負荷電流の電流値が略０［Ａ］であれば、マイコン２３はＰＷＭ制御信号の供給を停止して、マイコン２３のプログラムによりソフト的に過熱遮断状態のラッチが維持される。このように、サーマルＦＥＴ１５は高温状態に頻繁に置かれることがなくなるため、サーマルＦＥＴ１５の受ける熱的ストレスが減少し、サーマルＦＥＴ１５の熱的寿命を延ばすことができる。また、ＰＷＭ制御信号の供給の停止以後、マイコン２３は、電源の切り離しやラッチ状態解除の特別処置が修理工場などで行われるまで、プログラムによりソフト的にサーマルＦＥＴ１５のこの状態をラッチし続けている。このため、例えばノイズ等によってサーマルＦＥＴ１５のゲート（Ｇ）または制御用ＦＥＴ１２４のゲート（ＴＧ）に“Ｈ"レベル相当の電位が印加されてサーマルＦＥＴ１５がオン状態になることがないため、確実にラッチ状態を維持することができる。また、ラッチ状態をソフト的に維持することにより、ラッチ状態解除方法をシステム毎に独自に設定することができる。
【００３６】
また、マイコン２３は、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなる直前のタイミングで負荷電流の電流値を検出する。なお、マイコン２３のプログラムの関係上、負荷電流検出タイミングと、ＰＷＭ制御信号が“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなるタイミングとの時間差はプログラムの順番上避けられないが、負荷電流を検出する処理およびＰＷＭ制御信号を“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルにする処理をプログラムの順番上近くすれば、検出見落としを極力少なくすることができるため、サーマルＦＥＴ１５のオフ状態をできる限り確実に早く検出することができる。
【００３７】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態の電源供給制御装置および電源供給制御方法について、図６および図７を参照して説明する。ここで、図６は、本実施形態の電源供給制御装置を示す回路構成図であり、図７は、本実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャートである。なお、図６において、第１の実施形態（図１）と重複する部分には同一の符号を附して説明を省略する。
【００３８】
図６において、本実施形態の電源供給制御装置６０は、図１に示した第１の実施形態の構成に加えて、サーマルＦＥＴ１５のソース（Ｓ）と負荷１３との接続点の電位（以下、負荷電圧と称す）をＡ／Ｄ変換器２９′を介してマイコン２３に取り込む構成、すなわち、特許請求の範囲にいう電圧検出手段が追加されたものである。この電圧検出手段により、マイコン２３は負荷電圧を常時モニタしており、第１実施形態の電源供給制御装置１０と同様に、ＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなる直前に電流検出回路１７から負荷電流を、また電圧検出手段から負荷電圧を得て、得られた負荷電流の電流値および負荷電圧の電圧値から、当該電源供給制御装置６０が通常状態であるか、サーマルＦＥＴ１５が過熱遮断状態であるか、或いは負荷１３がオープン状態（以下、負荷オープン状態と称す）であるかを判断する。該判断結果が通常状態である場合はＰＷＭ制御信号の供給を継続する。また、サーマルＦＥＴ１５が過熱遮断状態の場合はＰＷＭ制御信号の供給を停止し、マイコン２３のプログラムによりソフト的に過熱遮断状態のラッチが維持されることとなる。また、負荷オープン状態の場合にもＰＷＭ制御信号の供給を停止するが、ユーザ等に負荷オープン状態である旨を知らせるために別途表示手段（図示せず）等を用いてその旨を表示（以下、負荷オープン表示と称す）させる。なお、負荷オープン状態がユーザ等に報知されれば良く、表示手段の代わりに音声出力手段を用いても良いし、或いは表示手段および音声出力手段の組み合わせで作用することも考えられる。
【００３９】
次に、本電源供給制御装置６０における電源供給制御方法を、図７を参照して説明する。まず、ステップＳ７０１では、マイコン２３から出力されたＰＷＭ制御信号の電圧レベルが“Ｈ"レベルから“Ｌ"レベルとなる直前のタイミングで負荷電流および負荷電圧を検出する。次にステップＳ７０３に進み、マイコン２３はこの負荷電流の電流値が略０［Ａ］であるかを調べる。ここで電流値が略０［Ａ］ではない所定値以上であるときにはステップＳ７０５に進み、マイコン２３は駆動回路２１にＰＷＭ制御信号を供給し続ける。一方、電流値が略０［Ａ］であるときには次のステップＳ７０７に進み、マイコン２３はＰＷＭ制御信号の供給を停止する。次に、ステップ７０９に進み、負荷電圧の電圧値が略１２［Ｖ］であるかを調べることによって、負荷１３がオープン状態かを調べる。ここで、負荷オープン状態と判断されたときはステップＳ７１１に進み、表示手段等を用いてユーザ等に負荷オープン状態である旨を表示する。一方、負荷オープン状態ではないと判断されたときは、ステップを終了する。
【００４０】
以上のように、本実施形態の電源供給制御装置および電源供給制御方法によれば、シャント抵抗２５を流れる負荷電流およびサーマルＦＥＴ１５のソース（Ｓ）側の負荷電圧を検出することにより、マイコン２３は、通常状態、サーマルＦＥＴ１５の過熱遮断状態または負荷オープン状態のいずれかを、電源電圧や温度変動に影響されずに検出することができる。また、該判断結果によってＰＷＭ制御信号の継続または停止などの制御または負荷オープン表示を行っている。したがって、本実施形態においては、第１の実施形態の電源供給制御装置および電源供給制御方法による効果に加えて、サーマルＦＥＴ１５の過熱遮断状態と負荷オープン状態とを区別して、負荷オープン状態の場合にはその旨をユーザ等に通知して、当該電源供給制御装置の状況に応じた対処が可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態の変形例として、サーマルＦＥＴ１５のソース（Ｓ）側の負荷電圧をコンパレータで受けて、基準電圧と比較して"Ｈ"レベルまたは"Ｌ"レベルの電圧を持った信号をマイコン２３に供給する構成により、電圧検出手段を実現しても良い。この場合には、図７のステップＳ７０９において、「負荷電圧の電圧レベルが"Ｈ"レベルか？」というステップに置きかえる必要がある。
【００４２】
また、以上説明した実施形態に係る電源供給制御装置の回路構成においては、ＦＥＴにＮチャネル型のものを使用したが、本発明に係る電源供給制御装置の回路構成はこれに限定されるものではなく、Ｐチャネル型のものを使用しても良い。但し、各ＦＥＴのゲート電位が“Ｌ"／“Ｈ"レベルに逆転することに伴う回路変更が必要となる。また、ＦＥＴの代わりにＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を使用することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電源供給制御装置および電源供給制御方法によれば、オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって、電源から負荷への電力供給を制御する半導体スイッチに流れようとする電流が、電流検出手段によって検出される。そして、制御手段は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に、前記電流検出手段によって得られた電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止させて前記半導体スイッチの遮断状態を維持している。特に、制御手段は、半導体スイッチが所定の温度に達して過熱遮断状態となったとき、制御信号の供給を停止させるので、半導体スイッチが高温状態に頻繁に置かれることがなくなり、半導体スイッチが受ける熱的ストレスが減少するため、半導体スイッチの熱的寿命を延ばすことができる。
【００４４】
また、本発明によれば、負荷に印加されている電圧を検出する電圧検出手段を備え、制御手段は、制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前の、電流検出手段によって得られた電流値および電圧検出手段によって得られた電圧値から、通常状態、前記半導体スイッチの過熱遮断状態または前記負荷のオープン状態のいずれであるかを判断している。したがって、半導体スイッチまたは負荷の状態を正確に知ることができるため、故障に対する処置が行いやすいという効果を呈する。
【００４５】
さらに、本発明によれば、電流検出手段によって得られた電流値または電圧検出手段によって得られた電圧値は、制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値である。したがって、検出見落としを極力少なくすることが可能となるため、半導体スイッチまたは負荷の状態をできる限り確実に早く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電源供給制御装置を示す回路構成図である。
【図２】半導体スイッチの詳細な回路構成図である。
【図３】（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）負荷電流、（ｃ）サーマルＦＥＴのゲート（Ｇ）−ソース（Ｓ）間電圧ＶGSおよび（ｄ）サーマルＦＥＴの温度の継時変化を説明する説明図である。
【図４】（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）サーマルＦＥＴの温度および（ｃ）負荷電流の経時変化と、（ｄ）負荷電流の検出タイミングとを説明する説明図である。
【図５】第１の実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態の電源供給制御装置の回路構成図である。
【図７】第２の実施形態の電源供給制御装置が行う電源供給制御方法を説明するフローチャートである。
【図８】従来の電源供給制御装置を示す回路構成図である。
【図９】従来の技術の（ａ）ＰＷＭ制御信号、（ｂ）サーマルＦＥＴ１０２の温度および（ｃ）負荷電流の経時変化とを示す説明図である。
【符号の説明】
１１ 電源
１３ 負荷
１５ サーマルＦＥＴ
１７ 電流検出回路
１９ 過電流検出抵抗
２１ 駆動回路
２２ 電流制限抵抗
２３ マイコン
２５ シャント抵抗
２７ スイッチ
２９ Ａ／Ｄ変換器
６１ 導線
１２１ 温度センサ
１２２ ラッチ回路
１２３ 過熱遮断用ＦＥＴ
１２４ 制御用ＦＥＴ
１２５ 内蔵抵抗
１７１ 第１の差動増幅器
１７３ 第２の差動増幅器
１９１ コンパレータ
２１１ ソーストランジスタ
２１３ シンクトランジスタ
ＺＤ１ ツェナーダイオード
Claims (6)
- オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって、電源から負荷への電力供給を制御する半導体スイッチと、
前記半導体スイッチが所定の温度に達したときに、前記半導体スイッチをオフ制御する過熱遮断手段と、
前記半導体スイッチに流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、
前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に、前記電流検出手段によって得られた電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止させて前記半導体スイッチの遮断状態を維持する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源供給制御装置。 - 前記負荷に印加されている電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記制御手段は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前において、前記電流検出手段によって得られた電流値が零でなければ当該電源供給制御装置が通常状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段によって得られた電圧値が所定値以下であれば前記半導体スイッチが前記過熱遮断手段によってオフ制御された過熱遮断状態であると判断し、前記電流値が零であり前記電圧検出手段によって得られた電圧値が所定値以上であれば前記負荷がオープン状態であると判断することを特徴とする請求項１記載の電源供給制御装置。 - 前記電流検出手段によって得られた電流値または前記電圧検出手段によって得られた電圧値は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値であることを特徴とする請求項１または２記載の電源供給制御装置。
- オン信号、オフ信号の繰り返しからなる制御信号によって半導体スイッチを制御して電源から負荷への電力供給を制御し、前記半導体スイッチが所定の温度に達したときは過熱遮断手段によって前記半導体スイッチをオフ制御する電源供給制御方法において、
前記半導体スイッチに流れる負荷電流の電流値を前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に検出する電流検出ステップと、
前記電流検出ステップで検出された電流値が零であれば、前記制御信号の供給を停止して前記半導体スイッチの遮断状態を維持するステップと、
を備えたことを特徴とする電源供給制御方法。 - 前記負荷に印加されている電圧の電圧値を前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する前に検出する電圧検出ステップと、
前記電流検出ステップによって検出された電流値が零でなければ電力供給が通常状態であると判断し、前記電流検出ステップによって検出された電流値が零であり前記電圧検出ステップによって検出された電圧値が所定値以下であれば前記半導体スイッチが前記過熱遮断手段によってオフ制御された過熱遮断状態であると判断し、前記電流検出ステップによって検出された電流値が零であり前記電圧検出ステップによって検出された電圧値が所定値以上であれば前記負荷がオープン状態であると判断する判断ステップと、
を備えたことを特徴とする請求項４記載の電源供給制御方法。 - 前記電流検出ステップによって検出された電流値または前記電圧検出ステップによって検出された電圧値は、前記制御信号がオン信号からオフ信号へ遷移する直前の電流値または電圧値であることを特徴とする請求項４または５記載の電源供給制御方法。
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