JP4158112B2 - 車両用突入電流制限型電源スイッチ回路 - Google Patents

車両用突入電流制限型電源スイッチ回路 Download PDF

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Description

本発明は、直流電源から大容量コンデンサを含む車載電気負荷への給電を断続する車両用突入電流制限型電源スイッチ回路に関する。
ハイブリッド車や二次電池車や燃料電池車では、二次電池や燃料電池などの直流電源からインバータ回路を経由して走行駆動用の交流モータに給電している。インバータ回路は、直流電源の直流電力を必要な周波数の交流電力に変換して交流モータに供給している。インバータ回路は、モータの速度制御のためにＰＷＭ制御方式などにより高速スイッチングされ、これにより生じる電流変化の高周波成分は配線インダクタンスを通じて電源電圧にスイッチングノイズ電圧を重畳させるうえ、電磁波ノイズを発生させる。このスイッチングノイズを吸収するため、インバータ回路の入力側に平滑コンデンサが並列接続されるのが一般的である。このような平滑コンデンサは、交流モータに給電するインバータ回路の他、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路にも同様に採用されている。
また、直流電源やインバータ回路などの電気負荷の点検や修理交換などのため、両者の間には主電源スイッチが設けられている。さらに、電気負荷と並列に大容量の平滑コンデンサが接続されている場合、主電源スイッチをオンした瞬間に直流電源から平滑コンデンサへ流れる大きな突入電流を制限するため、突入電流制限抵抗器と副電源スイッチとを直列接続した突入電流制限回路を主電源スイッチに並列接続するのが好適である。
直流電源から電気負荷及び並列接続された平滑コンデンサに給電を開始する場合、まず副電源スイッチをオンする。これにより、平滑コンデンサは突入電流制限抵抗器を通じてゆっくりと充電される。平滑コンデンサの端子電圧が十分に上昇した段階で主電源スイッチをオンして、直流電源から電気負荷に直接給電するようにしている。
上述のような車両用電気系統の動作状態を監視して故障を早期に検出し、車両としての性能を維持するために、例えば特許文献１に開示されるインバータ回路の異常を検出する装置や特許文献２に開示されるコンデンサの異常検出装置などが開発されている。
しかしながら、副電源スイッチにオン故障が生じて本来オフ状態であるにも拘わらず大きな漏れ電流が流れるようになると、回路には過熱などの不具合が生じ、また点検時には感電等の危険性があり、直流電源が消耗する弊害も生じる。この副電源スイッチのオン故障に関しては、これまで監視が行われていなかった。
特開平６−２３３４０２号公報 特開平１１−３４６４７６号公報
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、回路構成の複雑化を抑止しつつ副電源スイッチのオン故障を早期に検出できる車両用突入電流制限型電源スイッチ回路を提供する。
本発明は、大きな入力静電容量をもつ電気負荷と直流電源とを接続する主電源スイッチと、該主電源スイッチと並列接続される突入電流制限回路とを備え、該突入電流制限回路は該直流電源から該電気負荷へ給電するに際して該主電源スイッチに先行して導通される副電源スイッチと、該副電源スイッチと直列接続される突入電流制限抵抗器とを有する車両用突入電流制限型電源スイッチ回路であって、前記突入電流制限抵抗器と直列にかつ前記給電を妨げない方向を意味する順方向に接続されるダイオードと、該ダイオードに前記直流電源とは逆方向の電圧を印加する制御電源部と、該制御電源部により該ダイオードに流れる制御電流の大きさに見合う信号を検出する検出部と、該検出部で検出した該信号を所定のしきい値と比較する判定部と、を有し、該主電源スイッチがオフし、かつ該副電源スイッチがオフしている時に該信号が該所定のしきい値を超えた場合に該副電源スイッチの故障と判定する判定回路と、を有することを特徴とする。また、前記副電源スイッチは半導体スイッチング素子であることが好ましい。
本発明は、主電源スイッチと副電源スイッチの双方がオフして電気負荷が遮断された状態で、本来は流れない突入電流制限回路の電流を監視して副電源スイッチの故障を検出するものである。
副電源スイッチは、電気負荷に給電を開始する際に短時間でオン、オフされるため、タイミング制御の容易な半導体スイッチング素子の適用が好ましい。半導体スイッチング素子には、小型、低消費電力等の利点がある反面、無接点スイッチであるためにオフ状態であるにも拘わらず大きな漏れ電流が流れるオン故障を生じる欠点がある。この漏れ電流は半導体スイッチング素子の劣化の進展に伴い経時的に増加する場合が多い。したがって、この漏れ電流を監視し、しきい値を設けて比較判定し故障を早期に検出することが、性能維持に重要である。
また、漏れ電流が突然増大する形態の故障も稀にはあるが、この場合でも故障の検出は可能である。なお、副電源スイッチに半導体スイッチング素子以外の継電器などが適用された場合でも、耐圧低下等の故障に対して漏れ電流の監視は有効である。
漏れ電流は、副電源スイッチが故障したときに、直流電源から電気負荷および平滑コンデンサを経由して突入電流制限回路に流れる。したがって、この漏れ電流を監視するために、突入電流制限回路の突入電流制限抵抗器における電圧降下を計測する方法が考えられる。しかしながら、抵抗器の抵抗値は平滑コンデンサの充電時定数を決めているため、計測に都合の良い抵抗値とすることは必ずしもできない。すなわち、限られた時間で車両が走行できるように平滑コンデンサを迅速に充電するために抵抗値は一定値以下とする必要があり、電圧降下も一定量以下となって簡易な回路構成での計測は難しいこともある。
そこで本発明では、突入電流制限抵抗器と直列にかつ給電を妨げない方向を意味する順方向にダイオードを付設接続し、判定回路によりダイオードを流れる漏れ電流を監視して故障の有無を判定している。
判定回路は、ダイオードに直流電源とは逆方向の電圧を印加する制御電源部と、制御電源部によりダイオードに流れる制御電流の大きさに見合う信号を検出する検出部と、検出部で検出した信号を所定のしきい値と比較する判定部と、で構成することができる。
詳述すると、判定回路は直流電源とは別に制御電源部を有して、ダイオードの両端に直流電源とは逆方向の電圧を印加するようにしている。したがって、ダイオードの導通する順方向に直流電源が接続され、導通しない逆方向に制御電源部が接続された回路構成となる。ここで、主電源スイッチ及び副電源スイッチがオフの時、正常状態では電気負荷は直流電源から完全に遮断されるため、ダイオードには直流電源による電流は流れない。また、制御電源部の電圧は印加されているが、ダイオードから見れば電流を流さない逆方向の電圧であるため、整流作用により電流は流れ得ない。
ここで、副電源スイッチの性能が低下して遮断が不完全な状態になると、直流電源による大きな漏れ電流が発生してダイオードの順方向に流れる。すると、制御電源部の逆方向の電圧により、順方向の漏れ電流を打ち消すように制御電流が重畳して流れ得るようになる。この制御電流の大きさは漏れ電流の大きさに概ね比例する。したがって、制御電流の大きさに見合う信号をしきい値と比較判定することにより、副電源スイッチの故障を検出することができる。
なお、この制御電源部は判定回路専用、あるいは他の監視制御用電源との共用のいずれでもよく、電圧、電流容量は直流電源よりも小さくてよい。
本発明の車両用突入電流制限型電源スイッチ回路は、前記主電源スイッチを前記直流電源の正極側あるいは負極側のいずれか一方に備えていればよい。また、前記主電源スイッチを前記直流電源の正極側と負極側の双方に備え、前記突入電流制限回路をいずれか一方の側に備えていてもよい。本発明は、突入電流制限回路を備える線路の極性を問わず適用できる。
前記突入電流制限抵抗器及び前記ダイオードは、前記副電源スイッチよりも電気負荷側に接続されていることが好ましい。素子の接続順序を上述のようにしておけば、副電源スイッチをオフすることにより、突入電流制限抵抗器及びダイオードを直流電源から切り離すことができる。したがって、これらの素子や付設した判定回路の点検や修理交換が容易に行える。
本発明の車両用突入電流制限型電源スイッチ回路は、前記突入電流制限回路を前記直流電源の負極側に備え、前記判定回路は、エミッタ端子が抵抗を介してベース端子に接続され、該ベース端子が抵抗を介して前記ダイオードのカソード端子に接続され、コレクタ端子が抵抗を介して該ダイオードのアノード端子に接続されるｐｎｐ形のトランジスタと、正極端子が該エミッタ端子に接続され、負極端子が該アノード端子に接続されて、該トランジスタに電力を供給する直流の制御電源と、該コレクタ端子と該アノード端子との間の電圧を取り込み所定のしきい値と比較判定する判定部と、を有するようにしてもよい。
この構成では、ｐｎｐ形のトランジスタをエミッタ接地回路として判定回路に適用している。この回路では主電源スイッチ及び副電源スイッチがオフで正常状態の時、電気負荷は直流電源から完全に遮断されるため、ダイオードには直流電源による電流は流れない。また、制御電源によるベース端子とコレクタ端子との間の電圧が、カソード端子とアノード端子との間にも印加されるが、逆方向であるため整流作用により電流は流れ得ない。したがって、トランジスタにはベース端子から流出するベース電流は流れ得ず、コレクタ電流も流れない。
ところが副電源スイッチの性能が低下して遮断が不完全な状態になると、直流電源による大きな漏れ電流がダイオードのアノード端子からカソード端子に流れるようになる。すると、この漏れ電流を打ち消すように、制御電源によりカソード端子からアノード端子に制御電流が重畳して流れ得るようになる。この制御電流はトランジスタから見ればベース電流に相当し、制御電源の正極端子からエミッタ端子、ベース端子、カソード端子、アノード端子を経由して制御電源の負極端子に環流している。さらに、トランジスタの増幅作用により、ベース電流よりも大きなコレクタ電流が制御電源の正極端子からエミッタ端子、コレクタ端子、アノード端子を経由して制御電源の負極端子に環流する。
このコレクタ電流により生じるコレクタ端子とアノード端子との間の抵抗における電圧降下を、判定部に取り込んでやればよい。電圧降下は、制御電流の大きさに見合う信号であり、正常時はゼロとなっている。そして、漏れ電流の増加に概ね比例して制御電流が増加し、電圧降下も増加するため、電圧降下にしきい値を設けて比較判定すればよい。
結局、このトランジスタを適用した回路は、ダイオードに流れる漏れ電流に概ね比例する制御電流の大きさに見合う信号として電圧降下を出力する機能を有している。すなわち、１つのトランジスタと付属する抵抗からなる簡単な回路構成で判定回路を実現している。
また、本発明車両用突入電流制限型電源スイッチ回路は、前記突入電流制限回路を前記直流電源の正極側に備え、前記判定回路は、エミッタ端子が抵抗を介してベース端子に接続され、該ベース端子が抵抗を介して前記ダイオードのアノード端子に接続され、コレクタ端子が抵抗を介して該ダイオードのカソード端子に接続されるｎｐｎ形のトランジスタと、正極端子が該カソード端子に接続され、負極端子が該エミッタ端子に接続されて、該トランジスタに電力を供給する直流の制御電源と、該カソード端子と該コレクタ端子との間の電圧を取り込み所定のしきい値と比較判定する判定部と、を有するようにしてもよい。
この構成では、ｎｐｎ形のトランジスタをエミッタ接地回路として判定回路に適用している。この回路の動作は上述のｐｎｐ形のトランジスタを用いた場合とほぼ同様であり、詳細な説明は省略する。なお、判定部はカソード端子とコレクタ端子との間の抵抗における電圧降下を取り込むようにすればよい。
本発明では、突入電流制限回路内にダイオードを直列にかつ順方向に接続し、ダイオードに流れる漏れ電流の増加を判定回路で監視するようにしたので、副電源スイッチのオン故障を早期に検出することができる。また、判定回路にトランジスタを適用したことにより、簡単な回路構成で副電源スイッチのオン故障を早期に検出することができる。
本発明を実施するための最良の形態を、図１の回路図を参考にして説明する。
６１は直流電源に相当するバッテリ、６２は正極側の主電源スイッチ、６３は負極側の主電源スイッチ、６４は副電源スイッチ、６５は突入電流制限抵抗器、６６は負荷側回路であり電気負荷６７と並列接続される平滑コンデンサ６８とを含んでいる。また、１１はダイオード、２１はｐｎｐ形のトランジスタ、２２〜２４は抵抗、３６は保護ダイオード、４１は直流の制御電源、４２は判定部であり、ダイオード１１のアノード端子はＡ、カソード端子はＫでそれぞれ示し、トランジスタ２１のエミッタ端子はＥ、ベース端子はＢ、コレクタ端子はＣでそれぞれ示す。
本発明の車両用突入電流制限型電源スイッチ回路では、バッテリ６１の正極端子は正極側の主電源スイッチ６２を通じて負荷側回路６６に接続され、バッテリ６１の負極端子は負極側の主電源スイッチ６３を通じて負荷側回路６６に接続されている。副電源スイッチ６４、突入電流制限抵抗器６５、及びダイオード１１はバッテリ６１側から記載の順序で直列接続されて突入電流制限回路を構成し、この突入電流制限回路は負極側の主電源スイッチ６３と並列に接続されている。
判定回路は、ｐｎｐ形のトランジスタ２１と、直流の制御電源４１と、判定部４２とを有し、次のように接続されている。トランジスタ２１のエミッタ端子Ｅは抵抗２２を介してベース端子Ｂに接続され、ベース端子Ｂは抵抗２３及び保護ダイオード３６を直列に介してダイオード１１のカソード端子Ｋに接続され、コレクタ端子Ｃは抵抗２４を介してダイオード１１のアノード端子Ａに接続されている。なお、保護ダイオード３６は、サージ電圧などに対してトランジスタ２１を保護するためのものであり、省略することもできる。制御電源４１の正極端子はエミッタ端子Ｅに接続され、負極端子はアノード端子Ａに接続されている。また、コレクタ端子Ｃとアノード端子Ａとの間には、抵抗２４の電圧降下を取り込む判定部４２が接続されている。抵抗２２〜２４の抵抗値は、トランジスタ２１が後述の動作をするように、適正に選定されている。
なお、ダイオード１１のアノード端子Ａは負荷側回路６６を経由してバッテリ６１の正極端子に接続され、カソード端子Ｋは突入電源制限抵抗器６５及び副電源スイッチ６４を経由してバッテリ６１の負極端子に接続され、給電を妨げない順方向の接続となっている。これに対して、制御電源４１の正極端子はトランジスタ２１のエミッタ端子Ｅ及びベース端子Ｂを経由してカソード端子Ｋに接続され、負極端子はアノード端子Ａに接続され、バッテリ６１とは反対向きの接続となっている。
負荷側回路６６に給電するには、まず、正極側の主電源スイッチ６２と副電源スイッチ６４とをオンし、突入電流制限抵抗器６５を通じて平滑コンデンサ６８を所定の電圧レベルまで充電した後、負極側の主電源スイッチ６３をオンする。これにより、回路に大きな突入電流が流れるのを防止することができる。
次に、判定回路の判定動作について説明する。正極側の主電源スイッチ６２がオンし、負極側の主電源スイッチ６３がオフし、副電源スイッチ６４がオフしている状態で、副電源スイッチ６４が正常であれば、バッテリ６１と負荷側回路６６とは負極側が完全に遮断されているため、たとえ正極側の主電源スイッチ６２がオンしていても電流は流れない。したがって、ダイオード１１には制御電源４１による逆方向の電圧のみが印加されている状態となり、ダイオードの整流作用により電流は流れ得ない。
ところが副電源スイッチ６４の性能が低下して不完全な遮断状態になると、バッテリ６１の正極端子から、主電源スイッチ６２、負荷側回路６６、ダイオード１１、突入電流制限抵抗器６５、及び副電源スイッチ６４を経由して漏れ電流ｉ１が流れるようになる。このとき、ダイオード１１にはアノード端子Ａからカソード端子Ｋに向かう順方向に漏れ電流ｉ１が流れる。すると、ダイオード１１には制御電源４１による逆方向の電圧が印加されているため、順方向の漏れ電流ｉ１を打ち消す逆方向に制御電流ｉ２が重畳して流れ得るようになる。この逆方向の制御電流ｉ２の大きさは、漏れ電流ｉ１を超えることはなく、見かけ上はダイオード１１には順方向の電流が流れている。
また、逆方向の制御電流ｉ２の大きさはトランジスタ２１の特性及び抵抗２２〜２４の抵抗値により決まり、漏れ電流ｉ１の大きさに概ね比例する。この制御電流ｉ２はトランジスタ２１から見ればエミッタ端子Ｅからベース端子Ｂに流れるベース電流となるため、増幅作用によりエミッタ端子Ｅからコレクタ端子Ｃに大きなコレクタ電流ｉ３が流れる。コレクタ電流ｉ３は、コレクタ端子Ｃから抵抗２４、アノード端子Ａを経由して制御電源４１の負極端子に環流する。したがって、抵抗２４の両端のコレクタ端子Ｃとアノード端子Ａとの間に電圧を取り込む判定部４２を接続すれば、コレクタ電流ｉ３と抵抗２４の抵抗値とを乗じた電圧降下が検出できる。この電圧降下は制御電流ｉ２の大きさに見合う信号であり、したがって、漏れ電流ｉ１に概ね比例する信号でもある。
結局、トランジスタ２１は、ダイオード１１の順方向の漏れ電流ｉ１に概ね比例する制御電流ｉ２の大きさに見合う信号として電圧降下を判定部４２に出力する機能を果たしている。判定部４２では、取り込んだ電圧降下を、あらかじめ設けた所定のしきい値と比較して故障の有無を判定し、必要に応じて警報を出力するなどの処理を行えばよい。
なお、判定部４２はエミッタ端子Ｅとコレクタ端子Ｃとの間の電圧を取り込むようにしてもよい。
また、電気負荷６７に給電を開始する際には当然のことながらダイオード１１に電流が流れるため、過大な漏れ電流と誤って判定するおそれがある。これを回避するには、副電源スイッチ６４がオンしている条件を判定部４２に取り込み、給電開始時には判定動作を中断するようにすればよい。
本発明の別の例を、図２の回路図を参考にして説明する。図２の例は、正極側の主電源スイッチ６２と並列に突入電流制限回路を備えた構成であり、図１の形態と異なる部分を以下に示す。
副電源スイッチ６４、ダイオード１１、及び突入電流制限抵抗器６５は、バッテリ６１側から記載の順序で直列接続されて突入電流制限回路を構成し、この突入電流制限回路は正極側の主電源スイッチ６２と並列に接続されている。
判定回路は、ｎｐｎ形のトランジスタ２６と、直流の制御電源４１と、判定部４２とを有し、次のように接続されている。トランジスタ２６のエミッタ端子Ｅは抵抗２７を介してベース端子Ｂに接続され、ベース端子Ｂは抵抗２８及び保護ダイオード３６を直列に介してダイオード１１のアノード端子Ａに接続され、コレクタ端子Ｃは抵抗２９を介してダイオード１１のカソード端子Ｋに接続されている。制御電源４１の正極端子はカソード端子Ｋに接続され、負極端子はエミッタ端子Ｅに接続されている。また、カソード端子Ｋとコレクタ端子Ｃとの間には、抵抗２９の電圧降下を取り込む判定部４２が接続されている。
この構成でも判定回路の動作は図１の形態と同様であり、副電源スイッチ６４が正常な状態では大きな漏れ電流は流れず、性能が低下した状態では増大する漏れ電流に対応してベース電流及びコレクタ電流ｉ４が流れる。したがって、判定部４２では、コレクタ電流ｉ４と抵抗２９の抵抗値を乗じた電圧降下を取り込んで、しきい値と比較判定すればよい。
図３は、図２における突入電流制限回路の接続順序を変更した別の例を示す回路図であり、バッテリ６１側から、突入電流制限抵抗器６５、ダイオード１１、副電源スイッチ６４の順序で接続されている。この形態では、突入電流制限抵抗器６５及びダイオード１１はバッテリ６１に直結しており切り離すことができない。これに対して、図２の形態では副電源スイッチ６４をオフすることにより、突入電流制限抵抗器６５及びダイオード１１をバッテリ６１から切り離すことができる。したがって、これらの素子の点検や修理交換が容易に行える点で、図２の形態の方が優れている。
図４は図２の形態を変形したさらに別の例の回路図であり、回路構成は若干複雑化しても、制御電源４１を他の回路と容易に共通化できる利点がある。図２の構成と異なる点はつぎのとおりである。
ｎｐｎ形のトランジスタ３１のエミッタ端子Ｅは抵抗３２を介してベース端子Ｂに接続され、ベース端子Ｂは保護ダイオード３６を介してアノード端子Ａに接続され、コレクタ端子Ｃは抵抗３４を介して制御電源４１の正極端子に接続されている。制御電源４１の正極端子は主電源スイッチ６２の電気負荷６７側の端子に接続され、負極端子はエミッタ端子Ｅに接続されている。また、突入電流制限抵抗器６５と並列に、抵抗３３と制御用ダイオード３５が直列接続されて設けられ、制御用ダイオード３５のカソードはダイオード１１のカソード端子Ｋに接続されている。制御用ダイオード３５は、抵抗３３が付設されても給電開始時の平滑コンデンサ６８の充電時定数を変えない役割を果たしている。また、電圧監視用など他の用途の監視制御回路７１が制御電源４１の負荷として並列接続されている。
この構成でも、判定回路の動作は図２の形態と同様である。この構成では、制御電源４１の正極端子はバッテリ６１と電気負荷６７とを結ぶ線路に接続されており、この線路に他の監視制御回路７１を接続することにより、新たに配線することなく制御電源４１を共通に使用することができる。
本発明の突入電流制限型電源スイッチ回路の例を示す回路図である。 本発明の別の例を示す回路図である。 図２の回路を変形した形態を示す回路図である。 図２の回路を変形したさらに別の形態を示す回路図である。
符号の説明
１１：ダイオード
２１、２６、３１：トランジスタ
２２〜２４、２７〜２９、３２〜３４：抵抗
３５：制御用ダイオード ３６：保護ダイオード
４１：制御電源 ４２：検出回路
６１：バッテリ ６２、６３：主電源スイッチ
６４：副電源スイッチ ６５：突入電流制限抵抗器
６６：負荷側回路 ６７：電気負荷 ６８：平滑コンデンサ
７１：他の監視制御回路

Claims (7)

  1. 大きな入力静電容量をもつ電気負荷と直流電源とを接続する主電源スイッチと、該主電源スイッチと並列接続される突入電流制限回路とを備え、該突入電流制限回路は該直流電源から該電気負荷へ給電するに際して該主電源スイッチに先行して導通される副電源スイッチと、該副電源スイッチと直列接続される突入電流制限抵抗器とを有する車両用突入電流制限型電源スイッチ回路であって、
    前記突入電流制限抵抗器と直列にかつ前記給電を妨げない方向を意味する順方向に接続されるダイオードと、
    該ダイオードに前記直流電源とは逆方向の電圧を印加する制御電源部と、該制御電源部により該ダイオードに流れる制御電流の大きさに見合う信号を検出する検出部と、該検出部で検出した該信号を所定のしきい値と比較する判定部と、を有し、該主電源スイッチがオフし、かつ該副電源スイッチがオフしている時に該信号が該所定のしきい値を超えた場合に該副電源スイッチの故障と判定する判定回路と、
    を有することを特徴とする車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。
  2. 前記副電源スイッチは半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項１記載の車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。
  3. 前記主電源スイッチを前記直流電源の正極側あるいは負極側のいずれか一方に備えた請求項１または２記載の車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。
  4. 前記主電源スイッチを前記直流電源の正極側と負極側の双方に備え、前記突入電流制限回路をいずれか一方の側に備えた請求項１または２記載の車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。
  5. 前記突入電流制限抵抗器及び前記ダイオードは、前記副電源スイッチよりも電気負荷側に接続された請求項１〜４記載の車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。
  6. 前記突入電流制限回路を前記直流電源の負極側に備え、前記判定回路は、
    エミッタ端子が抵抗を介してベース端子に接続され、該ベース端子が抵抗を介して前記ダイオードのカソード端子に接続され、コレクタ端子が抵抗を介して該ダイオードのアノード端子に接続されるｐｎｐ形のトランジスタと、
    正極端子が該エミッタ端子に接続され、負極端子が該アノード端子に接続されて、該トランジスタに電力を供給する直流の制御電源と、
    該コレクタ端子と該アノード端子との間の電圧を取り込み、所定のしきい値と比較判定する判定部と、
    を有することを特徴とする請求項１〜５記載の車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。
  7. 前記突入電流制限回路を前記直流電源の正極側に備え、前記判定回路は、
    エミッタ端子が抵抗を介してベース端子に接続され、該ベース端子が抵抗を介して前記ダイオードのアノード端子に接続され、コレクタ端子が抵抗を介して該ダイオードのカソード端子に接続されるｎｐｎ形のトランジスタと、
    正極端子が該カソード端子に接続され、負極端子が該エミッタ端子に接続されて、該トランジスタに電力を供給する直流の制御電源と、
    該カソード端子と該コレクタ端子との間の電圧を取り込み、所定のしきい値と比較判定する判定部と、
    を有することを特徴とする請求項１〜５記載の車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4776368B2 (ja) * 2005-12-20 2011-09-21 矢崎総業株式会社 電力供給回路のオン故障検出装置
KR101055929B1 (ko) * 2006-07-31 2011-08-09 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 전원 장치 및 시퀀서 시스템
JP4995030B2 (ja) * 2006-12-22 2012-08-08 プライムアースＥｖエナジー株式会社 開閉制御装置、突入電流制限回路、及び電池付き突入電流制限回路
TWI339481B (en) * 2007-01-29 2011-03-21 Chimei Innolux Corp Power supplying and discharging circuit
US20100109554A1 (en) * 2007-04-25 2010-05-06 Osram Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung Illumination device having inrush current limiting circuit
DE102009007969A1 (de) * 2009-02-06 2010-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschluss-Schutzvorrichtung und Schaltanlage mit derartigen Schutzvorrichtungen
JP4821906B2 (ja) * 2009-11-27 2011-11-24 株式会社豊田自動織機 電源制御装置
CN201656461U (zh) * 2010-02-26 2010-11-24 国基电子（上海）有限公司 突波电流抑制装置及使用其的电子设备
DE102010041499A1 (de) * 2010-09-28 2012-03-29 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung mit Strombegrenzereinheit
US8907630B2 (en) * 2011-01-14 2014-12-09 Himax Analogic, Inc. Inrush current protection circuit
CN102761168A (zh) * 2011-04-28 2012-10-31 紘康科技股份有限公司 提供稳定电压给电装置的微控制单元和保护电装置的系统
US8941264B2 (en) * 2011-06-20 2015-01-27 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Apparatus for bi-directional power switching in low voltage vehicle power distribution systems
JP5742524B2 (ja) 2011-07-08 2015-07-01 ソニー株式会社 制御装置、蓄電システム、電子機器、電動車両および電力システム
CN102593810B (zh) * 2012-01-20 2014-07-30 华为技术有限公司 浪涌保护电路
JP6381023B2 (ja) * 2013-08-27 2018-08-29 矢崎総業株式会社 突入電流制限回路
WO2015072600A1 (ko) * 2013-11-14 2015-05-21 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 배터리 방전 방지 장치 및 그 방법
JP6603606B2 (ja) * 2016-03-29 2019-11-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US11011908B2 (en) * 2019-08-06 2021-05-18 Hamilton Sunstrand Corporation System and method for adding a high voltage DC source to a power bus
CN111431270A (zh) * 2020-04-26 2020-07-17 上海年润光电科技有限公司 一种双电源切换的led显示屏开关电源
CN116500429B (zh) * 2023-03-16 2024-06-25 深圳市志奋领科技有限公司 接近开关浪涌测试装置及方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5416290A (en) * 1992-10-08 1995-05-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Electric discharge machine power supply circuit
JPH06233402A (ja) 1993-01-28 1994-08-19 Toyota Autom Loom Works Ltd 電気自動車の駆動制御回路
JPH09201066A (ja) 1996-01-16 1997-07-31 Sanden Corp インバータ保護装置
JPH10146050A (ja) 1996-11-07 1998-05-29 Hitachi Ltd スイッチング電源装置およびインバータ装置
JP3019063B2 (ja) 1998-06-01 2000-03-13 トヨタ自動車株式会社 インバータ内部コンデンサの異常検出装置
JP4123441B2 (ja) 2003-08-18 2008-07-23 株式会社デンソー 車両用突入電流制限型電源スイッチ回路

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