JP4629908B2 - 負荷制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源と負荷との間に介挿されて、負荷電流を制御する負荷制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源からランプ、モータ、リレー等の負荷に供給される電流（負荷電流）は、電源と負荷と間に直列に介挿された機械接点式のスイッチによって、ダイレクトに導通・遮断の制御がされている。近年では、負荷電流制御の多機能化、或いは通信回線を介してリモコン操作できる負荷電流制御へのニーズが高まり、半導体スイッチ等からなる負荷制御装置を介した負荷電流制御が一般化している。
【０００３】
図４は係る従来の負荷制御装置の概略構成を示す。
この負荷制御装置１は、電源母線（以下、「電源」）２と負荷９との間に介挿されたＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、「ＭＯＳ−ＦＥＴ」）８を備える。
係る従来の負荷制御装置１では、電源母線（以下、「電源」）２に接続されたスイッチ３が操作されオン（作動）すると、入力監視部４がスイッチ３の作動を検知し、例えば通信回線（例えば赤外線通信回線やＬＡＮ回線）５を経由して負荷制御部６にスイッチ３の作動信号を伝送する。負荷制御部６は駆動回路７を介してＭＯＳ−ＦＥＴ８を導通させる。すると負荷電流は電源２からＭＯＳ−ＦＥＴ８、負荷９そしてアースへと流れる。係る負荷制御装置１の入力監視部４は電子回路で構成されるので、スイッチ３がオンされたときにスイッチの接点に流れる電流は小電流（例えば数百μＡ〜数ｍＡ程度あるいはそれ以下）である。
【０００４】
一方、負荷電流をスイッチでダイレクトに制御する場合、スイッチの接点には負荷電流（例えば数十ｍＡ〜数百ｍＡ以上）が流れることになる。大電流を制御するスイッチの接点は負荷電流の制御によって融着しやすいため、融着を生じ難い銀等が接点材料として使用される。係る接点の表面には酸化膜が形成されやすいが、接点に大電流が流れることで酸化膜が還元されて消滅するため、酸化膜による接触不良が生じ難く、安定した負荷制御が可能となる。こうした事情から、大電流スイッチの接点材料には、銀等が使用される。
【０００５】
ところが、小電流を制御するスイッチでは、接点に形成された酸化膜は小電流で還元され難くいが、接点に流れる電流が少ないために接点は融着し難い。このような理由から、小電流スイッチの接点は酸化しないことが要求されるため、接点材料として金が使用されることが多い。こうして、接点に流れる電流の大小により、接点材料の異なったスイッチが使い分けられる。
【０００６】
例えば自動車における電装品を制御する場合、負荷電流をスイッチでダイレクトに制御するときには大電流スイッチが、負荷制御装置で負荷電流を制御するときには小電流スイッチが、それぞれ使用される。そして、ユーザのコストに対するニーズと制御の多機能・リモコン化に対するニーズとが考慮され、低コストを重視する車種ではスイッチで負荷電流をダイレクトに制御することが多く、制御の多機能・リモコン化を重視する車種では負荷制御装置が使用されることが多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、負荷電流を大電流スイッチでダイレクトに制御する場合と、小電流スイッチによって負荷制御装置を介して負荷電流を制御する場合とで、スイッチの使い分けをすることは、部品の種類を増加させる要因となる。また、負荷制御装置が使用される製品、例えば上記の自動車においても、同一車種で大電流スイッチと小電流スイッチが混在したり、混在しないときでも車種の違いに対応して両スイッチを調達しなければならず、自動車の生産性を低下させると共にコストアップにつながるといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、大電流スイッチによって負荷電流を安定に制御することができる負荷制御装置を提供することによってスイッチの使い分けを不必要とし、負荷制御装置を使用する製品の生産性向上とにコスト低減をはかることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明によれば、請求項１では、電源と負荷との間にスイッチと直列に接続されて介挿される負荷制御装置であって、負荷とスイッチとの間に直列に介挿される半導体スイッチと、スイッチの作動状態を監視する入力監視部と、入力監視部によりスイッチのオフ状態が検知されたときには、半導体スイッチを周期的に導通制御し、入力監視部によりスイッチのオン状態が検知されたときには、半導体スイッチを連続して導通制御する負荷制御部とを具備した負荷制御装置が提供される。
【００１０】
このような構成を有する負荷制御装置であれば、スイッチと半導体スイッチとは直列に接続されて電源と負荷との間に介挿され、スイッチがオフ状態においても、負荷制御部は半導体スイッチを周期的に導通制御している。
スイッチがオンされて接点が機械的に接触した場合、仮に、スイッチの接点が酸化膜によって良好な電気的接触を維持できないときは、入力監視部はスイッチがオンされたことを検知できない。しかし、スイッチに直列に接続された半導体スイッチが周期的に導通するので、この導通期間中に、電源の電圧が酸化膜に半導体スイッチと負荷を介して印加される。したがって、接点には酸化膜を還元できるだけの大電流が流れて、接点の酸化膜は還元され、良好な電気的接触が回復される。
【００１１】
かくして、入力監視部はスイッチがオンされたことを検知することができ、半導体スイッチが連続して導通し、負荷制御装置は負荷に電流を安定して供給することができる。
【００１２】
負荷電流をスイッチでダイレクトに制御する場合と同様に、負荷制御装置のスイッチに大電流用スイッチを使用しても（請求項２）、スイッチの接点に発生する酸化膜は上記のように還元され消滅するので、負荷制御装置は負荷電流を安定に制御することができ、スイッチの使い分けが不必要となる。
【００１３】
電源を介して負荷に電力を供給する電源がバッテリ電源であれば（請求項３）、例えば自動車の負荷制御装置は大電流スイッチで負荷である電装品の負荷電流制御を行うことができ、スイッチを使い分けることなく、負荷電流を安定に制御することができる負荷制御装置が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る負荷制御装置を説明する。
図１は、本発明に係る負荷制御装置の一実施形態の要部概略構成図である。なお、前記の従来の負荷制御装置１と同様な機能を有する構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１５】
図１において、負荷制御装置１０は大電流を制御するスイッチ３と直列に接続されて、電源２と負荷９（例えば、自動車のストップランプ）との間に介挿されている。スイッチ３の作動信号は入力監視部４から通信回線５を経由して負荷制御部１１へ伝送される。負荷制御部１１はＭＯＳ−ＦＥＴ８のゲート８ｇを駆動してＭＯＳ−ＦＥＴ８を導通・遮断する。ＭＯＳ−ＦＥＴ８とスイッチ３とは直列に接続されて電源２と負荷９の間に直列に介挿されている。したがってスイッチ３がオンした後に、スイッチ３の作動信号が負荷制御部１１に伝送され、負荷制御部１１によってＭＯＳ−ＦＥＴ８が導通すれば、負荷９には負荷電流（自動車のストップランプの場合では数Ａの電流）が流れることになる。
【００１６】
負荷制御部１１は図２に例示するように、負荷制御部本体（例えば中央演算ユニットを主に構成されている。以下、「ＣＰＵ」）１２、駆動回路１３および監視回路１４を備えている。入力監視部４で検知されたスイッチ３のオフ状態の作動信号をＣＰＵ１２が受信した場合には、ＣＰＵ１２はそのメモリ部（図示せず）にメモリされているプログラムに従って待機状態に遷移する。但し、この待機状態とはＣＰＵ１２のクロック周波数が通常状態に比べて低い周波数となる状態をいい、待機状態ではＣＰＵ１２の消費電流が通常状態に比べて低減される。一方、入力監視部４で検知されたスイッチ３のオン状態の作動信号をＣＰＵ１２が受信した場合には、ＣＰＵ１２は、プログラムに従って通常状態に遷移する。ＣＰＵ１２は受信したスイッチ３の作動信号からスイッチ３の入力判定を行う。
【００１７】
なお、スイッチ３の作動状態を示す波形（以下、「スイッチ３の作動状態」）２０に対して、入力判定で得られる入力判定信号２１は図３に示すように低域フィルタ処理に伴って遅延される。入力判定信号２１はＣＰＵ１２の判定出力端子１２ａを経由して駆動回路１３の判定入力端子１３ａへ入力される。
一方、監視回路１４はＣＰＵ１２が正常動作をしているか否かを監視する。ＣＰＵ１２が正常動作をしている場合には、ＣＰＵ１２のクロック周波数と一定の関係にある周波数の監視パルス２２がＣＰＵ１２の監視パルス出力端子１２ｂから出力されている。ＣＰＵ１２が正常動作をしていない場合には、監視パルス２２が出力されなくなり、監視パルス２２を検知しなくなった監視回路１４はリセット信号をＣＰＵ１２のリセット端子１２ｃに出力してＣＰＵ１２を起動する。なお、監視パルス２２の周期は通常状態において待機状態よりも短くなる。
【００１８】
駆動回路１３は、判定入力端子１３ａへ入力された入力判定信号２１と監視パルス入力端子１３ｂへ入力された監視パルス２２との論理和から駆動パルス２３を駆動出力１３ｃへ出力する。駆動パルス２３はＭＯＳ−ＦＥＴ８のゲート８ｇに入力され、駆動パルス２３がハイレベルの期間にＭＯＳ−ＦＥＴ８を導通制御する。
【００１９】
以上のように構成された負荷制御装置１０において、図３に動作タイミングの例を示すように、スイッチ３は時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間においてオフであるとする。するとこの期間では、スイッチ３のオフ状態が入力監視部４で検知されているので、ＣＰＵ１２は待機状態に遷移した状態にある。したがって監視パルス２２の周期は長くなっており、一方ＣＰＵ１２は入力判定信号２１としてローレベル（オフ判定）を出力し、駆動回路１３の駆動出力１３ｃには、監視パルス２２が駆動パルス２３として出力されることになる。係る駆動パルス２３がＭＯＳ−ＦＥＴ８を導通制御する。
【００２０】
しかし、スイッチ３がオフであるので、ＭＯＳ−ＦＥＴ８のドレイン８ｄは電源２に接続されないため、ＭＯＳ−ＦＥＴ８が導通しても、負荷９に負荷電流が流れることはない。
しかる後、スイッチ３が時刻ｔ１にオンされると、入力監視部４はそのスイッチ３の作動信号を通信回線５を経由して待機状態にあるＣＰＵ１２に伝送する。ＣＰＵ１２は、スイッチ３の作動信号を受信するとプログラムに従い通常状態に遷移して、スイッチ３の作動信号を低域フィルタ処理した後に入力判定信号２１を出力する。通常状態に遷移したＣＰＵ１２の監視パルス２２は時刻ｔ１の直後から周期が短くなる。入力判定信号２１は、スイッチ３の作動状態２０に対して遅延するので、時刻ｔ１に遅れて時刻ｔ２からハイレベル（オン判定）となる。
【００２１】
したがって、監視パルス２２の周期が短くなってから、入力判定信号２１がハイレベルとなるまでの期間、即ち、時刻ｔ１の直後から時刻ｔ２までの期間においては、周期が短くなった駆動パルス２３が出力されることになる。そうするとＭＯＳ−ＦＥＴ８が短い周期の駆動パルス２３で導通制御され、かつスイッチ３がオンされているので、負荷９には駆動パルス２３による負荷電流２５が流れることになる。なお図３では、負荷電流２５が流れている状態を「オン」として表示し、負荷電流２５が流れていない状態を「オフ」として表示している。
【００２２】
仮に、スイッチ３の接点に酸化膜が形成されても、時刻ｔ１の直後から時刻ｔ２までの期間において、駆動パルス２３によるパルス状の負荷電流２５が、接点の酸化膜を還元し消滅させることになる。即ち、この期間の最初の駆動パルス２３で流れる最初の負荷電流は酸化膜の影響で、その後に酸化膜が消滅したときに流れる負荷電流に比べて少ない電流であっても、最初の負荷電流２５で酸化膜が還元され始める。酸化膜が還元され始めると負荷電流２５が増加して更に酸化膜を還元し、ついには酸化膜が消滅するので、負荷電流２５は安定して制御されることになる。ここで、パルス状の電流の前縁部（パルスの立ち上がり部）と後縁部（パルスの立ち下がり部）とにおいて、回路の分布インダクタンスによる誘起電圧で、酸化膜の還元が更に促進されるので、短い周期の駆動パルス２３で流れる負荷電流２５は酸化膜の還元を更に促進する作用を有している。
【００２３】
時刻ｔ２以後では、入力判定信号２１がハイレベルとなるので、駆動パルス２３としてハイレベルのパルスが出力されることになる。仮に、スイッチ３の接点に酸化膜が形成されていた場合でも、時刻ｔ２以後では、上記のように、接点の酸化膜は消滅しており、負荷電流は安定して制御されることになる。
時刻ｔ３において、スイッチ３がオフされると、スイッチ３のオフ状態を検知した入力監視部４によってスイッチ３の作動（オフ）信号がＣＰＵ１２に伝送され、ＣＰＵ１２はこのスイッチ３の作動信号を低域フィルタ処理をして、スイッチ３の入力判定（オフ判定）をした後に待機状態に遷移する。この入力判定の結果、入力判定信号２１が時刻ｔ４においてローレベルとなる。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間においては、入力判定信号２１が未だハイレベルであるので駆動パルス２３もハイレベルである。従ってＭＯＳ−ＦＥＴ８は導通制御されているが、一方スイッチ３は既にオフであるので、負荷電流２５は流れない。即ち、負荷電流２５はスイッチ３のオフと同時に遮断される。
【００２４】
時刻ｔ４以後におけるスイッチ３の作動状態２０、駆動パルス２３、負荷電流２５等の関係は、前述の時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間における関係と同一である。
かくして、接点に酸化膜を形成しやすい大電流スイッチを使用しても、その作動状態を負荷制御装置が安定に検知することができ、従って負荷制御装置は小電流スイッチによらずとも大電流スイッチによって負荷電流を安定に制御することが可能となる。
【００２５】
なお、自動車のストップランプを負荷とする実施形態の例で説明したが、本発明は、自動車のストップランプ（または、自動車の電装品）の負荷制御に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の負荷制御について実施することができ、また、上述した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形をして実施することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の負荷制御装置によれば、接点に酸化膜を形成しやすい大電流スイッチの作動状態を負荷制御装置が安定に検知することができ、従って負荷制御装置は小電流スイッチによらずとも大電流スイッチによって負荷電流を安定に制御することが可能となる。したがって、負荷電流を大電流スイッチでダイレクトに制御する場合と、小電流スイッチによって負荷制御装置を介して負荷電流を制御する場合とで、スイッチの使い分けをする必要がなくなるという効果を発揮し、負荷制御装置を使用する製品の生産性向上とにコスト低減をはかることができるという多大な効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る負荷制御装置の一実施例の要部概略構成図である。
【図２】 図１に示す負荷制御装置の負荷制御部の要部概略構成図である。
【図３】 本発明に係る負荷制御装置によるスイッチの作動入力判定等の動作タイミングの例を示す図である
【図４】 従来の負荷制御装置の一例を示す要部概略構成図である。
【符号の説明】
１，１０ 負荷制御装置
２ 電源
３ スイッチ
４ 入力監視部
６，１１ 負荷制御部
８ モス型電界効果トランジスタ（半導体スイッチ）
９ 負荷
１２ ＣＰＵ（負荷制御部本体）

Claims (3)

1. 電源と負荷との間に機械接点式のスイッチと直列に接続されて介挿される負荷制御装置であって、
   前記負荷と前記スイッチとの間に直列に介挿される半導体スイッチと、
   前記スイッチの作動状態を監視する入力監視部と、
   前記入力監視部により前記スイッチのオフ状態が検知されたときには、前記半導体スイッチを周期的に導通制御し、前記入力監視部により前記スイッチのオン状態が検知されたときには、前記半導体スイッチを連続して導通制御する負荷制御部とを具備したことを特徴とする
   負荷制御装置。
2. 前記スイッチは大電流用スイッチであることを特徴とする
   請求項１に記載の負荷制御装置。
3. 前記電源はバッテリ電源であることを特徴とする
   請求項１または２に記載の負荷制御装置。

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