JP4287080B2

JP4287080B2 - Switching device

Info

Publication number: JP4287080B2
Application number: JP2001282125A
Authority: JP
Inventors: 弘男矢部
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP2003087959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランプ負荷と直流電源との間に配置してランプ負荷のオン、オフを切り換えると共に、ランプ負荷の断芯を検出する機能を具備したスイッチングデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、車両に搭載される前照灯、テールランプ等の各種ランプは、該車両のバッテリより出力される直流電圧が印加されて点灯、消灯するようになっている。また、このようなランプの点灯、消灯を制御するために、半導体素子を用いたスイッチが用いられ、この半導体スイッチをオン、オフ操作することにより、ランプの点灯、消灯を切り換えるようにしている。
【０００３】
更には、オン、オフの切り換え操作のみならず、ランプが断芯した際には、これを検出して、車両の乗員に知らせるようにした機能を具備したスイッチングデバイスが提案され、実用に供されている。
【０００４】
このようなスイッチングデバイスの従来例として、例えば、特開２０００−２９９６２４号公報（以下、従来例という）に記載されたものが知られている。該従来例では、直流電源とランプ負荷との間に、該ランプ負荷のオン、オフを切り換えるための、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されたメインスイッチを備えており、該メインスイッチのドレイン、ソース間電圧を測定してランプ負荷の断芯の発生を検出する構成としている。
【０００５】
即ち、複数個搭載されているランプ負荷が全て正常に動作しているとき（正常時）のドレイン、ソース間電圧と、一つのランプ負荷が断芯しているとき（断芯時）のドレイン、ソース間電圧との間には差分が発生するので、ドレイン、ソース間電圧を測定することにより、断芯の発生を検知している。
【０００６】
このため、正常時と断芯時の、ドレイン、ソース間電圧の差を検出することができるように、ＭＯＳ−ＦＥＴのオン抵抗を選択する必要がある。以下、これを詳細に説明する。
【０００７】
例えば、２１Ｗ（ワット）のランプを２灯駆動する場合には、１灯当たりの電流値は、電源電圧が１２Ｖ（ボルト）のとき、１．７５Ａ（アンペア）となる。ここで、オン抵抗が２０ｍΩのＭＯＳ−ＦＥＴを用いると、１灯当たりのドレイン、ソース間電圧は３５ｍＶとなり、正常時（２灯点灯時）と断芯時（１灯点灯時）の電圧差も３５ｍＶとなる。このため、電位差比較の誤差が±１５ｍＶある場合においても、誤動作することなく２灯中１灯の断芯を検出することが可能である。
【０００８】
ここで、ランプのワット数が５Ｗになると、１灯当たりの電流は電源電圧が１２Ｖの場合、０．４２Ａとなる。従って、上記と同様にオン抵抗が２０ｍΩのＭＯＳ−ＦＥＴを用いると、正常時と断芯時の電圧差は、８．４ｍＶとなるので、±１５ｍＶの検出誤差が存在すると、誤検出を引き起こしてしまう。
【０００９】
従って、ランプのワット数、或いは灯数を変更する場合には、これに合わせてＭＯＳ−ＦＥＴのオン抵抗を変更する必要がある。例えば、該オン抵抗を８３ｍΩに設定すれば、電位差は３５ｍＶとなるので、５Ｗのランプを用いた場合でも、高精度に断芯検出を行うことができるようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来におけるスイッチングデバイスでは、ランプのワット数、或いは灯数が変わると、ランプの断芯を高精度に検出することができなくなると問題が発生し、ランプのワット数、灯数を変更する場合には、これに対応してＭＯＳ−ＦＥＴのオン抵抗を変更しなければならない。
【００１１】
このため、回路の設計変更に多くの手間が必要になり、また、回路全体を集積化する際の妨げになるという欠点があった。
【００１２】
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ランプ負荷のワット数、或いは灯数を変更する場合であっても、簡単な作業でこれに対応してランプ負荷の断芯を検知することができるようにしたスイッチングデバイスを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、直流電源と複数個のランプ負荷との間に配置され、前記ランプ負荷のオン、オフを制御すると共に、前記ランプ負荷に断芯が発生した際には、これを検知する機能を具備したスイッチングデバイスにおいて、前記直流電源と、複数個のランプ負荷との間に介置されるメイン半導体スイッチと、第１の抵抗体を有し、前記メイン半導体スイッチに流れる電流値に比例した大きさの電流を前記第１の抵抗体に流すことにより、メイン半導体スイッチに流れる電流値に比例した大きさの電圧信号を得る電流検知手段と、第２の抵抗体と第３の抵抗体の直列接続回路と、第３の抵抗体に所定電流を流す電流源とを具備し、前記第２の抵抗体、及び第３の抵抗体により負荷電圧を分圧して、前記ランプ負荷が全て点灯しているときの負荷電圧と、一灯断芯時の負荷電圧との間の略中間電圧を生成する基準電圧生成手段と、前記基準電圧生成手段で生成された基準電圧と、前記電流検知手段で検知された電圧信号とを比較して、前記ランプ負荷に断芯が発生しているかどうかを判断する比較手段と、を具備したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記電流検知手段は、前記メイン半導体スイッチと連動してオン、オフ動作し、前記第１の抵抗体に電流を流すセンス半導体スイッチと、前記メイン半導体スイッチの出力電圧と前記センス半導体スイッチの出力電圧との差分値に応じた電圧を出力する第１のアンプと、前記センス半導体スイッチと前記第１の抵抗体との間に介置され、前記第１のアンプの出力に応じて前記第１の抵抗体に流れる電流値を調整するトランジスタと、を具備したことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記電流検知手段は、前記メイン半導体スイッチと連動してオン、オフ動作し、前記第１の抵抗体に電流を流すセンス半導体スイッチと、該第１の抵抗体の両端に発生する電圧を増幅する第２のアンプと、を具備したことを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記メイン半導体スイッチ、及びセンス半導体スイッチは、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、当該スイッチングデバイスの構成要素のうち、前記第１の抵抗体、第１の抵抗体、第２の抵抗体、及び第３の抵抗体を除く構成要素の一部、又は全てが、集積化されたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチングデバイスの構成を示す回路図である。同図に示すように、該スイッチングデバイス１は、直流電源ＶBと複数（この例では、２個）のランプ（ランプ負荷）２との間に配置されて、該ランプ２のオン、オフを切り換えるものであり、直流電源ＶBとランプ２との間に配置され、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されるメインスイッチ（メイン半導体スイッチ）Ｑ１を有している。更に、ランプ２に流れる電流を検知する電流検知手段３と、基準電圧生成手段４、及び比較器（比較手段）ＣＭＰ１を具備している。
【００２１】
電流検知手段３は、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されるセンススイッチ（センス半導体スイッチ）Ｑ２と、アンプ（第１のアンプ）５と、該アンプ５の出力側に配設されたトランジスタＱ３と、抵抗Ｒ１と、を具備しており、センススイッチＱ２のドレインは直流電源ＶBに接続され、ソースはアンプ５のマイナス側入力端子、及びトランジスタＱ３のエミッタに接続されている。また、該トランジスタＱ３のコレクタは、抵抗Ｒ１を介してグランドに接続されている。更に、センススイッチＱ２のゲートには、ＦＥＴ駆動電圧が供給されるようになっている。
【００２２】
基準電圧生成手段４は、抵抗（第１の抵抗体）Ｒ２と抵抗（第２の抵抗体）Ｒ３の直列接続回路と、トランジスタＱ４、Ｑ５からなるカレントミラー回路と、電流源６とを有している。該電流源６は、トランジスタＱ５のコレクタとグランドとの間に設置される。また、抵抗Ｒ２とＲ３の直列接続回路は、メインスイッチＱ１のソースとグランドとの間に配置され、且つ、抵抗Ｒ２とＲ３の接続点には、トランジスタＱ４のコレクタが接続されている。
【００２３】
更に、トランジスタＱ３のコレクタは、比較器ＣＭＰ１のマイナス側入力端子に接続され、抵抗Ｒ２とＲ３の接続点は、該比較器ＣＭＰ１のプラス側入力端子に接続されている。また、メインスイッチＱ１のゲートには、ＦＥＴ駆動用電圧が与えられるように構成され、且つ、該メインスイッチＱ１のソース、ゲート間には、電圧安定化のためのツェナーダイオードＺＤ１が設置されている。
【００２４】
また、メインスイッチＱ１とセンススイッチＱ２とは同一のチップで構成されており、センススイッチＱ２の電流容量がメインスイッチＱ１の電流容量よりも小さくなるように、それぞれのＦＥＴを構成する並列接続のトランジスタ数を決定している。例えば、メインスイッチＱ１のＦＥＴを構成するトランジスタ数を５０００個、センススイッチＱ２のＦＥＴを構成するトランジスタ数を１個としている。
【００２５】
次に、上記のように構成された本実施形態の動作について説明する。メインスイッチＱ１、及びセンススイッチＱ２のゲートにＦＥＴ駆動電圧が供給されると、メインスイッチＱ１、及びセンススイッチＱ２は共にオンとされ、直流電源ＶBより出力される電圧がランプ２に供給されて該ランプ２が点灯する。
【００２６】
更に、センススイッチＱ２がオンとなると、該センススイッチＱ２のソース電圧と、メインスイッチＱ１のソース電圧（即ち、負荷電圧ＶL）がアンプ５に供給されるので、これらの電圧の差分に応じた電圧信号が該アンプ５より出力される。そして、この電圧信号はトランジスタＱ３のゲートに供給されるので、該トランジスタＱ３のエミッタ、コレクタ間に増幅電流が流れる。
【００２７】
即ち、直流電源ＶB、センススイッチＱ２、トランジスタＱ３、抵抗Ｒ１の経路に電流が流れる。この際、アンプ５は、メインスイッチＱ１のソース電圧と、センススイッチＱ２のソース電圧との差分に応じた信号が出力されるので、抵抗Ｒ１には、メインスイッチＱ１に流れる電流に比例した大きさの電圧信号が発生することになる。
【００２８】
そして、抵抗Ｒ１に発生する電圧は、比較器ＣＭＰ１のマイナス側入力端子に供給される。また、該比較器ＣＭＰ１のプラス側入力端子には、基準電圧生成手段４にて生成される基準電圧Ｖｐ（抵抗Ｒ２とＲ３の接続点に発生する電圧）が供給され、両者が比較される。
【００２９】
以下、基準電圧生成手段４にて生成される基準電圧について説明する。抵抗Ｒ１に発生する電圧をＶｎとすると、該電圧Ｖｎは、以下の（１）式で示すことができる。
【００３０】
Ｖｎ＝（ＩL／ｎ）＊Ｒ１・・・（１）
但し、ＩLは負荷電流、ｎはＭＯＳ−ＦＥＴの面積比である。
【００３１】
なお、面積比とは、メインスイッチＱ１を構成するＦＥＴと、センススイッチＱ２を構成するＦＥＴとの個数の比率であり、例えば、５０００である。
【００３２】
よって、（１）式で示される電圧Ｖｎが比較器ＣＭＰ１のマイナス側入力端子に与えられる。また、２つのランプ２のうちのいずれかが断芯すると、負荷電流ＩLが低下するので、負荷電圧ＶLが低下し、電圧Ｖｎが基準電圧Ｖｐ（抵抗Ｒ２とＲ３との接続点の電圧）を下回ると、比較器ＣＭＰ１の出力がＨレベルとなり、断芯信号が出力される。
【００３３】
この際、比較器ＣＭＰ１のプラス側入力端子に供給される基準電圧Ｖｐは、２つのランプ２が共に正常であるときの電圧Ｖｎと、ランプ２が一灯だけ断芯したときの電圧Ｖｎとの中間に設定されていれば、ランプ２の断芯を検知することができることになる。
【００３４】
ランプ２に流れる電流は電源電圧ＶBに対して非線形に変化するが、ある電圧範囲では直線で近似することができる。断芯検知電圧範囲の下限におけるランプ２の一灯点灯時の電流値をＩLL、上限での電流値をＩLHとすると、断芯検知下限負荷電圧での基準電圧ＶpL及び、断芯検知上限負荷電圧での基準電圧ＶpHは、以下の（２）、（３）式にて設定すれば良い。
【００３５】
ＶpL＝｛（ｍ−１／２）＊ＩLL／ｎ｝＊Ｒ１・・・（２）
ＶpH＝｛（ｍ−１／２）＊ＩLH／ｎ｝＊Ｒ１・・・（３）
但し、ｍはランプの灯数である。
【００３６】
一方、図１に示す回路より、基準電圧Ｖｐは、以下の（４）式で示すことができる。
【００３７】
Ｖｐ＝（Ｒ３＊ＶL＋Ｒ２＊Ｒ３＊Ｉcc）／（Ｒ２＋Ｒ３）・・・（４）
但し、ＶLは負荷電圧、Ｉccは電流源６の電流値である。
【００３８】
ここで、断芯検知下限負荷電圧をＶLL、断芯検知上限負荷電圧をＶLHとすると、（２）〜（４）式より、以下の（５）、（６）式を得ることができる。
【００３９】
（Ｒ３＊ＶLL＋Ｒ２＊Ｒ３＊Ｉcc）／（Ｒ２＋Ｒ３）
＝｛（ｍ−１／２）＊ＩLL／ｎ｝＊Ｒ１・・・（５）
（Ｒ３＊ＶLH＋Ｒ２＊Ｒ３＊Ｉcc）／（Ｒ２＋Ｒ３）
＝｛（ｍ−１／２）＊ＩLH／ｎ｝＊Ｒ１・・・（６）
そして、（５）、（６）式より、抵抗Ｒ２，Ｒ３を決定することができ、これにより求めようとする基準電圧を得ることができる。
【００４０】
一例として、負荷として２１Ｗのランプ２が２灯接続された場合について説明する。負荷電圧範囲を１０Ｖ〜１６Ｖ、ランプ２の１灯の電流値を１０Ｖ時で1.578Ａ、１６Ｖ時で2.024Ａ、ＦＥＴの面積比ｎ＝５０００、抵抗Ｒ１＝2.5ＫΩ、電流源６の電流値Ｉcc＝１００μＡとすると、以下の（７）、（８）式が成立する。
【００４１】
（Ｒ３＊１０＋Ｒ２＊Ｒ３＊０．０００１）／（Ｒ２＋Ｒ３）
＝｛（２−１／２）＊１．５７８／５０００｝＊２５００・・・（７）
（Ｒ３＊１６＋Ｒ２＊Ｒ３＊０．０００１）／（Ｒ２＋Ｒ３）
＝｛（２−１／２）＊２．０２４／５０００｝＊２５００・・・（８）
上記の（７）、（８）式を解くことにより、Ｒ２＝１１０ＫΩ、Ｒ３＝６．５７ＫΩを得ることができる。こうして抵抗Ｒ２，Ｒ３を設定したときの、基準電圧Ｖｐの変化を図２に示す。同図に示す曲線Ｓ１は、負荷電圧ＶLに対する基準電圧Ｖｐの変化を示し、曲線Ｓ２は、２灯点灯時のＶｎ、曲線Ｓ３は１灯断芯時（即ち、１灯点灯時）のＶｎを示す。同図から理解されるように、基準電圧Ｖｐは、２灯点灯しているときの電圧Ｖｎと、１灯が断芯しているときの電圧Ｖｎとの中間の電圧となるように設定されている。従って、負荷電圧ＶLが変動した場合でも確実にランプ２の断芯を検知することができる。
【００４２】
次に、ランプ２のワット数を変化させる場合について説明する。ランプ２のワット数を５Ｗとし、ＦＥＴの面積比ｎ＝５０００、Ｉcc＝１００μＡを上記と同様とし、且つ、ランプ１灯の電流値を１０Ｖ時で０．３８Ａ、１６Ｖ時で０．４７８Ａ、抵抗Ｒ１を１０ＫΩとすると、同様の計算式を用いることにより、Ｒ２＝１３２ＫΩ、Ｒ３＝６．８２ＫΩを得ることができる。
【００４３】
このときの基準電圧Ｖｐの変化を図３に示す。同図に示す曲線Ｓ１１は、負荷電圧ＶLの変化に対する基準電圧Ｖｐの変化を示し、曲線Ｓ１２は２灯点灯時のＶｎ、曲線Ｓ１３は１灯断芯時のＶｎを示す。そして、図２の場合と同様に、基準電圧Ｖｐは、２灯点灯しているときの電圧Ｖｎと、１灯が断芯しているときの電圧Ｖｎとの中間の電圧となるように設定されている。従って、負荷電圧ＶLが変動した場合でも確実にランプ２の断芯を検知することができる。
【００４４】
上記の結果から、メインスイッチＱ１のオン抵抗に関わらず、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の、各抵抗値を適宜設定することにより、異なるワット数のランプに対して確実に断芯を検知することができる。
【００４５】
このようにして、本実施形態に係るスイッチングデバイス１では、ランプ２のワット数を変更する場合であっても、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の各抵抗値を適宜設定することにより、基準電圧Ｖｐの値を好適な値、即ち、ランプが２灯点灯しているときの電圧Ｖｎと１灯が断芯しているときの電圧Ｖｎとの中間の値に設定することができるので、ランプ２の断芯を高精度に検出することができるようになる。
【００４６】
従って、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の各抵抗以外の回路構成要素を集積化し、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を外付け部品とすれば、各抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値を変更することにより、容易にランプ２のワット数の変化に対処することができる。また、同様の手法により、ランプ２の灯数が変更された場合にも対処することができる。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチングデバイスの構成を示す回路図である。同図に示すように、該スイッチングデバイス１１は、直流電源ＶBとランプ（ランプ負荷）２との間に配置されて、当該ランプ２のオン、オフを切り換え、且つ、ランプ２が断芯した際には、これを検知する機能を有するものであり、直流電源ＶBとランプ２との間に配置されるメインスイッチＱ１を有している。
【００４８】
更に、ランプ２に流れる負荷電流と比例した大きさの電圧信号Ｖｎを生成する電流検知手段１３と、基準電圧生成手段４と、比較器ＣＭＰ１とを具備している。なお、メインスイッチＱ１、負荷２、基準電圧生成手段４、及び比較器ＣＭＰ１は、図１に示したものと同一であるので、同一符号を付してその構成説明を省略する。
【００４９】
電流検知手段１３は、アンプ（第２のアンプ）１５と、ＦＥＴで構成されるセンススイッチＱ２と、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５を具備している。センススイッチＱ２のソースとランプ２との間には抵抗Ｒ１１が設けられ、該抵抗Ｒ１１とセンススイッチＱ２との接続点は、抵抗Ｒ１３を介してアンプ１５のマイナス側入力端子に接続されている。
【００５０】
更に、抵抗Ｒ１１とランプ２の接続点は、抵抗Ｒ１４を介してアンプ１５のプラス側入力端子に接続されている。また、このプラス側入力端子は、抵抗Ｒ１５を介してグランドに接続され、マイナス側入力端子は、抵抗Ｒ１２を介してアンプ１５の出力端子に接続されている。
【００５１】
そして、メインスイッチＱ１及びセンススイッチＱ２が共にオンとなると、負荷電流に比例した電流がセンススイッチＱ２及び抵抗Ｒ１１に流れるので、該抵抗Ｒ１１の両端には負荷電流に比例した大きさの電圧が発生することになる。そして、この電圧はアンプ１５により増幅され、電圧Ｖｎとして比較器ＣＭＰ１のマイナス側入力端子に供給される。よって、電圧Ｖｎは、以下の（９）式により求めることができる。
【００５２】
Ｖｎ＝Ａｖ＊（ＩL／ｎ）＊Ｒ１１・・・（９）
但し、Ａｖはアンプ１５のゲイン、ＩLは負荷電流、ｎはＭＯＳ−ＦＥＴの面積比である。
【００５３】
そして、この電圧Ｖｎを用いて、上述した第１の実施形態と同様の手順で（つまり、上述した（１）式の代わりに（９）式を用いて）、ランプ２の断芯を検知することができる。そして、このように構成したスイッチングデバイス１１においても、第１の実施形態に示したスイッチングデバイス１と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態に係るスイッチングデバイスの構成を示す回路図である。同図に示すように、該スイッチングデバイス２１は、直流電源ＶBと、メインスイッチＱ１と、ランプ（ランプ負荷）２と、電流検知手段２３と、基準電圧発生手段４と、比較器ＣＭＰ１と、を具備している。メインスイッチＱ１、ランプ２と、基準電圧発生手段４、及び比較器ＣＭＰ１は、図１に示したものと同一の構成であるので、同一符号を付してその構成説明を省略する。
【００５５】
電流検知手段２３は、アンプ（第３のアンプ）２５と、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２５から構成されている。抵抗Ｒ２１は、直流電源ＶBとメインスイッチＱ１との間に設けられ、該抵抗２１と直流電源ＶBとの接続点は、抵抗Ｒ２３を介してアンプ２５のマイナス側入力端子に接続されている。また、抵抗Ｒ２１とメインスイッチＱ１との接続点は、抵抗Ｒ２４を介してアンプ２５のプラス側入力端子に接続されている。
【００５６】
更に、このプラス側入力端子は、抵抗Ｒ２５を介してグランドに接続され、また、マイナス側入力端子とアンプ２５の出力端子とは抵抗Ｒ２２を介して接続されている。
【００５７】
そして、メインスイッチＱ１がオンとなると、負荷電流が抵抗Ｒ２１に流れるので、該抵抗Ｒ２１の両端には負荷電流に比例した大きさの電圧が発生することになる。そして、この電圧はアンプ２５により増幅され、電圧Ｖｎとして比較器ＣＭＰ１のマイナス側入力端子に供給される。よって、電圧Ｖｎは、以下の（１０）式により求めることができる。
【００５８】
Ｖｎ＝Ａｖ＊ＩL＊Ｒ２１・・・（１０）
但し、Ａｖはアンプ２５のゲイン、ＩLは負荷電流である。
【００５９】
そして、この電圧Ｖｎを用いて、上述した第１の実施形態と同様の手順で（つまり、上述した（１）式の代わりに（１０）式を用いて）、ランプ２の断芯を検知することができる。そして、このように構成したスイッチングデバイス２１においても、第１の実施形態、及び第２の実施形態に示したスイッチングデバイス１、１１と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
なお、上記した各実施形態では、ランプ２を２灯有する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３以上の場合においても適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスイッチングデバイスでは、電流検知手段にてメイン半導体スイッチに流れる電流と比例した大きさの電圧を生成し、且つ、基準電圧生成手段にて、ランプ負荷が全灯点灯しているときと、一灯が断芯しているときとの中間となる基準電圧を生成し、この基準電圧と電流検知手段より出力される電圧とを比較することにより、ランプに断芯が発生しているかどうかを判断している。従って、ランプ負荷のワット数、灯数が変更された場合においても、これに柔軟に対処することができる。
【００６２】
また、電圧検知手段が有する第１の抵抗体、及び基準電圧生成手段が有する第２、第３の抵抗体を外付けとし、その他の回路構成要素を集積化すれば、集積化が容易となり、また、第１〜第３の抵抗体の抵抗値を変更することにより、ランプ負荷のワット数、灯数の変更に容易に対応することができる。
【００６３】
また、第１〜第３の抵抗体の抵抗値を変更するだけでランプ負荷の断芯検知が可能になるので、小型化、及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスイッチングデバイスの構成を示す回路図である。
【図２】２１Ｗのランプを駆動させる際の負荷電圧ＶLに対する基準電圧Ｖｐの変化を示す特性図である。
【図３】５Ｗのランプを駆動させる際の負荷電圧ＶLに対する基準電圧Ｖｐの変化を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るスイッチングデバイスの構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るスイッチングデバイスの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１，１１，２２スイッチングデバイス
２ランプ（ランプ負荷）
３，１３，２３電流検知手段
４基準電圧生成手段
５アンプ（第１のアンプ）
６電流源
１５アンプ（第２のアンプ）
２５アンプ（第３のアンプ）
ＣＭＰ１比較器（比較手段）
Ｑ１メインスイッチ（メイン半導体スイッチ）
Ｑ２センススイッチ（センス半導体スイッチ）
ＺＤ１ツェナーダイオード
ＶB 直流電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching device that is arranged between a lamp load and a DC power supply to switch the lamp load on and off and to detect the disconnection of the lamp load.
[0002]
[Prior art]
For example, various lamps such as a headlamp and a tail lamp mounted on a vehicle are lit and extinguished by applying a DC voltage output from the vehicle battery. Further, a switch using a semiconductor element is used to control the lighting and extinguishing of the lamp, and the lighting and extinguishing of the lamp are switched by turning on and off the semiconductor switch.
[0003]
Furthermore, not only on / off switching operation but also a switching device having a function of detecting when the lamp is broken and notifying the vehicle occupant is proposed and put into practical use. ing.
[0004]
As a conventional example of such a switching device, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-299624 (hereinafter referred to as a conventional example) is known. The conventional example includes a main switch composed of a MOS-FET for switching on and off the lamp load between the DC power source and the lamp load, and a voltage between the drain and source of the main switch. Is measured to detect occurrence of lamp load breakage.
[0005]
That is, the drain when a plurality of mounted lamp loads are operating normally (when normal), the voltage between the sources, and the drain when one lamp load is disconnected (when disconnected), Since a difference occurs between the voltages between the sources, the occurrence of disconnection is detected by measuring the voltage between the drain and the source.
[0006]
For this reason, it is necessary to select the on-resistance of the MOS-FET so that the difference between the drain and source voltages during normal operation and during disconnection can be detected. This will be described in detail below.
[0007]
For example, when two 21 W (watt) lamps are driven, the current value per lamp is 1.75 A (ampere) when the power supply voltage is 12 V (volts). Here, when a MOS-FET with an on-resistance of 20 mΩ is used, the drain-source voltage per lamp is 35 mV, and the voltage difference between normal (when two lights are on) and disconnection (when one lamp is on) is also present. 35 mV. For this reason, even when the potential difference comparison error is ± 15 mV, it is possible to detect the disconnection of one of the two lamps without malfunction.
[0008]
Here, when the wattage of the lamp is 5 W, the current per lamp is 0.42 A when the power supply voltage is 12V. Therefore, if a MOS-FET with an on-resistance of 20 mΩ is used as described above, the voltage difference between normal and disconnected is 8.4 mV. Therefore, if there is a detection error of ± 15 mV, false detection will be caused. End up.
[0009]
Therefore, when changing the wattage of the lamp or the number of lamps, it is necessary to change the on-resistance of the MOS-FET accordingly. For example, if the on-resistance is set to 83 mΩ, the potential difference becomes 35 mV, so that even when a 5 W lamp is used, the disconnection can be detected with high accuracy.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional switching device, if the wattage of the lamp or the number of lamps is changed, a problem occurs if the breakage of the lamp cannot be detected with high accuracy. Therefore, the on-resistance of the MOS-FET must be changed correspondingly.
[0011]
For this reason, a lot of work is required to change the design of the circuit, and there is a drawback that it becomes an obstacle when integrating the entire circuit.
[0012]
The present invention has been made to solve such a conventional problem, and the object of the present invention is to perform a simple operation even when changing the wattage or lamp number of the lamp load. Accordingly, an object of the present invention is to provide a switching device that can detect the disconnection of the lamp load.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is arranged between a DC power supply and a plurality of lamp loads, and controls on / off of the lamp loads, and the lamp loads are disconnected. When generated, in a switching device having a function of detecting this, the DC power supply, a main semiconductor switch interposed between a plurality of lamp loads, and a first resistor, Current detecting means for obtaining a voltage signal having a magnitude proportional to the current value flowing through the main semiconductor switch by passing a current having a magnitude proportional to the current value flowing through the main semiconductor switch through the first resistor; 2 resistor and a third resistor connected in series, and a current source for supplying a predetermined current to the third resistor, and a load voltage is generated by the second resistor and the third resistor. Divide the run A reference voltage generating means for generating a substantially intermediate voltage between a load voltage when all the loads are lit and a load voltage at the time of one lamp disconnection; a reference voltage generated by the reference voltage generating means; Comparing means for comparing the voltage signal detected by the current detecting means to determine whether or not the lamp load is broken is provided.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, the current detection means is turned on and off in conjunction with the main semiconductor switch, and a sense semiconductor switch that supplies current to the first resistor, and an output of the main semiconductor switch A first amplifier that outputs a voltage corresponding to a difference between a voltage and an output voltage of the sense semiconductor switch; and the first amplifier that is interposed between the sense semiconductor switch and the first resistor. And a transistor for adjusting a value of a current flowing through the first resistor according to the output of the first resistor.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, the current detecting means is turned on and off in conjunction with the main semiconductor switch, and a sense semiconductor switch for passing a current through the first resistor, and the first resistor And a second amplifier for amplifying a voltage generated at both ends of the first and second amplifiers.
[0018]
The invention according to claim 4 is characterized in that the main semiconductor switch and the sense semiconductor switch are composed of MOS-FETs.
[0019]
The invention according to claim 5 is a part of the constituent elements of the switching device excluding the first resistor, the first resistor, the second resistor, and the third resistor. Or all are integrated.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching device according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the switching device 1 is arranged between a DC power supply VB and a plurality of (in this example, two) lamps (lamp loads) 2 to switch the lamps 2 on and off. It has a main switch (main semiconductor switch) Q1 which is arranged between the DC power supply VB and the lamp 2 and is composed of a MOS-FET. Furthermore, a current detecting means 3 for detecting a current flowing through the lamp 2, a reference voltage generating means 4, and a comparator (comparing means) CMP1 are provided.
[0021]
The current detection means 3 includes a sense switch (sense semiconductor switch) Q2 composed of a MOS-FET, an amplifier (first amplifier) 5, a transistor Q3 disposed on the output side of the amplifier 5, and a resistor R1. The drain of the sense switch Q2 is connected to the DC power source VB, and the source is connected to the negative side input terminal of the amplifier 5 and the emitter of the transistor Q3. The collector of the transistor Q3 is connected to the ground via a resistor R1. Further, the FET drive voltage is supplied to the gate of the sense switch Q2.
[0022]
The reference voltage generation means 4 includes a series connection circuit of a resistor (first resistor) R2 and a resistor (second resistor) R3, a current mirror circuit including transistors Q4 and Q5, and a current source 6. ing. The current source 6 is installed between the collector of the transistor Q5 and the ground. The series connection circuit of the resistors R2 and R3 is arranged between the source of the main switch Q1 and the ground, and the collector of the transistor Q4 is connected to the connection point of the resistors R2 and R3.
[0023]
Further, the collector of the transistor Q3 is connected to the negative input terminal of the comparator CMP1, and the connection point between the resistors R2 and R3 is connected to the positive input terminal of the comparator CMP1. The gate of the main switch Q1 is configured to be supplied with an FET driving voltage, and a Zener diode ZD1 for voltage stabilization is installed between the source and gate of the main switch Q1. .
[0024]
Further, the main switch Q1 and the sense switch Q2 are configured by the same chip, and the parallel-connected transistors that configure each FET so that the current capacity of the sense switch Q2 is smaller than the current capacity of the main switch Q1. The number is determined. For example, the number of transistors constituting the FET of the main switch Q1 is 5000, and the number of transistors constituting the FET of the sense switch Q2 is one.
[0025]
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. When the FET drive voltage is supplied to the gates of the main switch Q1 and the sense switch Q2, both the main switch Q1 and the sense switch Q2 are turned on, and the voltage output from the DC power supply VB is supplied to the lamp 2 to Lamp 2 is lit.
[0026]
Further, when the sense switch Q2 is turned on, the source voltage of the sense switch Q2 and the source voltage of the main switch Q1 (that is, the load voltage VL) are supplied to the amplifier 5, so that the voltage corresponding to the difference between these voltages A signal is output from the amplifier 5. Since this voltage signal is supplied to the gate of the transistor Q3, an amplified current flows between the emitter and collector of the transistor Q3.
[0027]
That is, a current flows through the path of the DC power supply VB, the sense switch Q2, the transistor Q3, and the resistor R1. At this time, since the amplifier 5 outputs a signal corresponding to the difference between the source voltage of the main switch Q1 and the source voltage of the sense switch Q2, the resistance R1 has a magnitude proportional to the current flowing through the main switch Q1. The voltage signal is generated.
[0028]
The voltage generated in the resistor R1 is supplied to the negative input terminal of the comparator CMP1. Further, the reference voltage Vp (voltage generated at the connection point of the resistors R2 and R3) generated by the reference voltage generating means 4 is supplied to the plus side input terminal of the comparator CMP1, and the two are compared.
[0029]
Hereinafter, the reference voltage generated by the reference voltage generation unit 4 will be described. When the voltage generated in the resistor R1 is Vn, the voltage Vn can be expressed by the following equation (1).
[0030]
Vn = (IL / n) * R1 (1)
Where IL is the load current and n is the area ratio of the MOS-FET.
[0031]
The area ratio is the ratio of the number of FETs constituting the main switch Q1 and the sense switch Q2, and is, for example, 5000.
[0032]
Therefore, the voltage Vn expressed by the equation (1) is applied to the negative side input terminal of the comparator CMP1. Further, when one of the two lamps 2 is disconnected, the load current IL decreases, so the load voltage VL decreases, and the voltage Vn becomes the reference voltage Vp (the voltage at the connection point between the resistors R2 and R3). If it falls below, the output of the comparator CMP1 becomes H level, and the disconnection signal is output.
[0033]
At this time, the reference voltage Vp supplied to the plus side input terminal of the comparator CMP1 is a voltage Vn when both the lamps 2 are normal and a voltage Vn when only one lamp 2 is disconnected. If set in the middle, the disconnection of the lamp 2 can be detected.
[0034]
The current flowing through the lamp 2 changes nonlinearly with respect to the power supply voltage VB, but can be approximated by a straight line within a certain voltage range. If the current value at the time of lighting of one lamp 2 at the lower limit of the disconnection detection voltage range is ILL and the upper limit current value is ILH, the reference voltage VpL at the disconnection detection lower limit load voltage and the disconnection detection upper limit load voltage The reference voltage VpH may be set by the following equations (2) and (3).
[0035]
VpL = {(m-1 / 2) * ILL / n} * R1 (2)
VpH = {(m-1 / 2) * ILH / n} * R1 (3)
Where m is the number of lamps.
[0036]
On the other hand, the reference voltage Vp can be expressed by the following equation (4) from the circuit shown in FIG.
[0037]
Vp = (R3 * VL + R2 * R3 * Icc) / (R2 + R3) (4)
However, VL is the load voltage, and Icc is the current value of the current source 6.
[0038]
Here, assuming that the breakage detection lower limit load voltage is VLL and the breakage detection upper limit load voltage is VLH, the following expressions (5) and (6) can be obtained from the expressions (2) to (4).
[0039]
(R3 * VLL + R2 * R3 * Icc) / (R2 + R3)
= {(M-1 / 2) * ILL / n} * R1 (5)
(R3 * VLH + R2 * R3 * Icc) / (R2 + R3)
= {(M-1 / 2) * ILH / n} * R1 (6)
Then, the resistances R2 and R3 can be determined from the equations (5) and (6), whereby the reference voltage to be obtained can be obtained.
[0040]
As an example, a case where two 21W lamps 2 are connected as a load will be described. Load voltage range 10V to 16V, current value of one lamp 2 is 1.578A at 10V, 2.024A at 16V, FET area ratio n = 5000, resistance R1 = 2.5KΩ, current value Icc of current source 6 = 100 μA, the following equations (7) and (8) are established.
[0041]
(R3 * 1 0+ R2 * R3 * 0.0001) / (R2 + R3)
= {(2-1 / 2) * 1.578 / 5000} * 2500 (7)
(R3 * 16 + R2 * R3 * 0.0001) / (R2 + R3)
= {(2-1 / 2) * 2.024 / 5000} * 2500 (8)
By solving the above equations (7) and (8), R2 = 110 KΩ and R3 = 6.57 KΩ can be obtained. FIG. 2 shows changes in the reference voltage Vp when the resistors R2 and R3 are set in this way. A curve S1 shown in the figure shows a change in the reference voltage Vp with respect to the load voltage VL, a curve S2 shows Vn when two lamps are lit, and a curve S3 shows Vn when one lamp is disconnected (ie, when one lamp is lit). Show. As can be seen from the figure, the reference voltage Vp is set to be an intermediate voltage between the voltage Vn when two lamps are lit and the voltage Vn when one lamp is disconnected. Yes. Therefore, even when the load voltage VL fluctuates, the disconnection of the lamp 2 can be reliably detected.
[0042]
Next, a case where the wattage of the lamp 2 is changed will be described. The wattage of the lamp 2 is 5 W, the FET area ratio n = 5000, Icc = 100 μA is the same as above, and the current value of one lamp is 0.38 A at 10 V, 0.478 A at 16 V, resistance If R1 is 10 KΩ, R2 = 132 KΩ and R3 = 6.82 KΩ can be obtained by using the same calculation formula.
[0043]
The change of the reference voltage Vp at this time is shown in FIG. A curve S11 shown in the figure shows changes in the reference voltage Vp with respect to changes in the load voltage VL, a curve S12 shows Vn when two lamps are lit, and a curve S13 shows Vn when one lamp is disconnected. As in the case of FIG. 2, the reference voltage Vp is set to be an intermediate voltage between the voltage Vn when two lamps are lit and the voltage Vn when one lamp is disconnected. ing. Therefore, even when the load voltage VL fluctuates, the disconnection of the lamp 2 can be reliably detected.
[0044]
From the above results, it is possible to reliably detect disconnection for lamps of different wattages by appropriately setting the resistance values of the resistors R1, R2, and R3 regardless of the on-resistance of the main switch Q1. it can.
[0045]
Thus, in the switching device 1 according to this embodiment, even when the wattage of the lamp 2 is changed, the value of the reference voltage Vp is set by appropriately setting the resistance values of the resistors R1 to R3. Since it can be set to a suitable value, that is, an intermediate value between the voltage Vn when two lamps are lit and the voltage Vn when one lamp is disconnected, the disconnection of the lamp 2 is reduced. It becomes possible to detect with high accuracy.
[0046]
Accordingly, if circuit components other than the resistors R1 to R3 other than the resistors are integrated and the resistors R1 to R3 are external components, the resistance values of the resistors R1 to R3 can be easily changed to easily change the wattage of the lamp 2. Can handle changes in numbers. Further, it is possible to cope with a case where the number of lamps 2 is changed by the same method.
[0047]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a switching device according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the switching device 11 is arranged between the DC power source VB and the lamp (lamp load) 2 to switch the lamp 2 on and off, and when the lamp 2 is disconnected. Has a function of detecting this, and has a main switch Q1 disposed between the DC power supply VB and the lamp 2.
[0048]
Furthermore, a current detection means 13 for generating a voltage signal Vn having a magnitude proportional to the load current flowing through the lamp 2, a reference voltage generation means 4, and a comparator CMP1 are provided. The main switch Q1, the load 2, the reference voltage generation unit 4, and the comparator CMP1 are the same as those shown in FIG.
[0049]
The current detection means 13 includes an amplifier (second amplifier) 15, a sense switch Q <b> 2 composed of an FET, and resistors R <b> 11 to R <b> 15. A resistor R11 is provided between the source of the sense switch Q2 and the lamp 2, and a connection point between the resistor R11 and the sense switch Q2 is connected to a negative input terminal of the amplifier 15 via the resistor R13.
[0050]
Further, the connection point between the resistor R11 and the lamp 2 is connected to the plus side input terminal of the amplifier 15 via the resistor R14. The positive input terminal is connected to the ground via a resistor R15, and the negative input terminal is connected to the output terminal of the amplifier 15 via a resistor R12.
[0051]
When both the main switch Q1 and the sense switch Q2 are turned on, a current proportional to the load current flows to the sense switch Q2 and the resistor R11, so that a voltage proportional to the load current is generated at both ends of the resistor R11. Will do. This voltage is amplified by the amplifier 15 and supplied to the negative input terminal of the comparator CMP1 as the voltage Vn. Therefore, the voltage Vn can be obtained by the following equation (9).
[0052]
Vn = Av * (IL / n) * R11 (9)
Where Av is the gain of the amplifier 15, IL is the load current, and n is the area ratio of the MOS-FET.
[0053]
Then, using this voltage Vn, the disconnection of the lamp 2 is detected in the same procedure as in the first embodiment described above (that is, using the formula (9) instead of the formula (1) described above). be able to. And also in the switching device 11 comprised in this way, the effect similar to the switching device 1 shown in 1st Embodiment can be acquired.
[0054]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a switching device according to the third embodiment. As shown in the figure, the switching device 21 includes a DC power supply VB, a main switch Q1, a lamp (lamp load) 2, a current detecting means 23, a reference voltage generating means 4, and a comparator CMP1. It has. The main switch Q1, the lamp 2, the reference voltage generating means 4, and the comparator CMP1 have the same configuration as that shown in FIG.
[0055]
The current detection unit 23 includes an amplifier (third amplifier) 25 and resistors R21 to R25. The resistor R21 is provided between the DC power source VB and the main switch Q1, and the connection point between the resistor 21 and the DC power source VB is connected to the negative input terminal of the amplifier 25 via the resistor R23. The connection point between the resistor R21 and the main switch Q1 is connected to the plus side input terminal of the amplifier 25 via the resistor R24.
[0056]
Further, the plus side input terminal is connected to the ground via a resistor R25, and the minus side input terminal and the output terminal of the amplifier 25 are connected via a resistor R22.
[0057]
When the main switch Q1 is turned on, the load current flows through the resistor R21, so that a voltage having a magnitude proportional to the load current is generated at both ends of the resistor R21. This voltage is amplified by the amplifier 25 and supplied to the negative input terminal of the comparator CMP1 as the voltage Vn. Therefore, the voltage Vn can be obtained by the following equation (10).
[0058]
Vn = Av * IL * R21 (10)
However, Av is the gain of the amplifier 25 and IL is the load current.
[0059]
Then, using this voltage Vn, the disconnection of the lamp 2 is detected in the same procedure as in the first embodiment described above (that is, using the formula (10) instead of the formula (1) described above). be able to. And also in the switching device 21 comprised in this way, the effect similar to the switching devices 1 and 11 shown in 1st Embodiment and 2nd Embodiment can be acquired.
[0060]
In each of the above-described embodiments, an example in which two lamps 2 are provided has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to the case of three or more.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, in the switching device of the present invention, the current detection means generates a voltage having a magnitude proportional to the current flowing through the main semiconductor switch, and the reference voltage generation means turns on all lamps. A reference voltage that is intermediate between when the lamp is broken and when one lamp is broken, and by comparing this reference voltage with the voltage output from the current detection means, the lamp is broken. Judging whether it has occurred. Therefore, even when the wattage and the number of lamps of the lamp load are changed, this can be dealt with flexibly.
[0062]
Further, if the first resistor included in the voltage detection unit and the second and third resistors included in the reference voltage generation unit are externally mounted and other circuit components are integrated, integration is facilitated. Further, by changing the resistance values of the first to third resistors, it is possible to easily cope with changes in the wattage and lamp number of the lamp load.
[0063]
In addition, since it is possible to detect the disconnection of the lamp load simply by changing the resistance values of the first to third resistors, it is possible to reduce the size and the cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a change in a reference voltage Vp with respect to a load voltage VL when a 21 W lamp is driven.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in a reference voltage Vp with respect to a load voltage VL when a 5 W lamp is driven.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a switching device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a switching device according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,11,22 Switching device 2 Lamp (lamp load)
3, 13, 23 Current detection means 4 Reference voltage generation means 5 Amplifier (first amplifier)
6 Current source 15 Amplifier (second amplifier)
25 Amplifier (third amplifier)
CMP1 comparator (comparison means)
Q1 Main switch (Main semiconductor switch)
Q2 sense switch (sense semiconductor switch)
ZD1 Zener diode VB DC power supply

Claims

A switching device that is arranged between a DC power supply and a plurality of lamp loads, controls the on / off of the lamp loads, and has a function of detecting when a disconnection occurs in the lamp loads. A main semiconductor switch interposed between the DC power source and a plurality of lamp loads;
A voltage having a magnitude proportional to the current value flowing through the main semiconductor switch by flowing a current through the first resistor having a magnitude proportional to the current value flowing through the main semiconductor switch. Current sensing means for obtaining a signal;
A series connection circuit of a second resistor and a third resistor, and a current source for causing a predetermined current to flow through the third resistor, and a load voltage generated by the second resistor and the third resistor. A reference voltage generating means for generating a substantially intermediate voltage between a load voltage when all the lamp loads are lit and a load voltage when one lamp is disconnected,
A comparing means for comparing the reference voltage generated by the reference voltage generating means and the voltage signal detected by the current detecting means to determine whether or not the lamp load is broken;
A switching device comprising:

The current detection means is turned on and off in conjunction with the main semiconductor switch, and a sense semiconductor switch for passing a current through the first resistor;
A first amplifier that outputs a voltage corresponding to a difference value between an output voltage of the main semiconductor switch and an output voltage of the sense semiconductor switch;
A transistor interposed between the sense semiconductor switch and the first resistor, and adjusting a value of a current flowing through the first resistor in accordance with an output of the first amplifier;
The switching device according to claim 1, further comprising:

The current detecting means is turned on and off in conjunction with the main semiconductor switch, and a sense semiconductor switch for supplying a current to the first resistor and a voltage generated at both ends of the first resistor are amplified. The switching device according to claim 1, further comprising a second amplifier.

The switching device according to any one of claims 1 to 3, wherein the main semiconductor switch and the sense semiconductor switch are configured by MOS-FETs.

Among the components of the switching device, some or all of the components excluding the first resistor, the first resistor, the second resistor, and the third resistor are integrated. The switching device according to any one of claims 1 to 4, wherein: