JP5327101B2 - 過電流保護回路 - Google Patents

Description

本発明は、過電流保護回路に関するものであり、特に、車両の負荷に接続されたワイヤを過電流から保護するものである。

従来より、電線に接続された半導体スイッチに流れる電流値に比例した検出値の２乗電流値を演算し、その２乗電流値から得られた電線の温度上昇相当値と異常判定値とを比較して温度上昇相当値が異常判定値を超えると半導体スイッチを遮断する電源供給装置が、例えば特許文献１で提案されている。

この特許文献１では、半導体スイッチでの熱変動に相当する熱流の時間による過渡的な熱変動は所定の論理式により表され、この論理式をデジタル演算にて計算を進めることが提案されている。

特開２００９−１４２１４６号公報

しかしながら、上記従来の技術では、熱変動を所定の論理式に従ってデジタル回路で実現するためには、当該デジタル回路および周辺回路が必要となるため、半導体スイッチを保護する回路が複雑および煩雑になってしまう。

本発明は上記点に鑑み、簡単な構成の回路により過電流保護回路を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１、９に記載の発明では、負荷（６ａ〜６ｆ）を駆動する負荷駆動手段（１０〜１５）と、入力条件に従って負荷駆動手段（１０〜１５）をオン／オフ制御する制御手段（６０、７０）と、負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出手段（３０）と、電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算するか、または、電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を減算する加減算手段（４０、５０〜５５）と、を備え、加減算手段（４０、５０〜５５）は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に今回取得した検出電流値が所定電流値よりも小さい場合は減算するようになっており、制御手段（６０、７０）は、加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果が第１所定判定値を超えた場合に負荷駆動手段（１０〜１５）をオフすることを特徴とする。

これによると、加減算手段（４０、５０〜５５）で前回の計算結果に対して所定数値を加算または減算した結果と第１所定判定値とを比較する構成であるので、論理式を忠実に再現する回路は不要であり、負荷（６ａ〜６ｆ）を駆動する負荷駆動手段（１０〜１５）を保護する回路を簡単な回路で実現することができる。

請求項２、１０に記載の発明のように、所定電流値を、ワイヤ許容電流値またはワイヤ発煙電流値とすることができる。

請求項３、１１に記載の発明では、負荷（６ａ〜６ｆ）を駆動する負荷駆動手段（１０〜１５）と、入力条件に従って負荷駆動手段（１０〜１５）をオン／オフ制御する制御手段（６０、７０）と、負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出手段（３０）と、電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算するか、または、電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を減算する加減算手段（４０、５０〜５５）と、を備えている。

そして、加減算手段（４０、５０〜５５）は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算するか、または、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を減算するようになっており、制御手段（６０、７０）は、加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果が第１所定判定値を超えた場合に負荷駆動手段（１０〜１５）をオフすることを特徴とする。

これによると、加減算手段（４０、５０〜５５）で前回の計算結果に対して所定数値を加算かつ減算または減算した結果と第１所定判定値とを比較する構成であるので、論理式を忠実に再現する回路は不要であり、負荷（６ａ〜６ｆ）を駆動する負荷駆動手段（１０〜１５）を保護する回路を簡単な回路で実現することができる。

請求項１、３に記載の発明では、加減算手段（４０、５０〜５５）は、制御手段（６０、７０）により負荷駆動手段（１０〜１５）がオフされた後も所定数値の減算を継続し、制御手段（６０、７０）は、第１所定判定値よりも小さい第２所定判定値を有し、加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果が第２所定判定値に達したときに負荷駆動手段（１０〜１５）をオンすることを特徴とする。

これによると、負荷駆動手段（１０〜１５）がオフされたとしても、その後に負荷駆動手段（１０〜１５）を再びオンして負荷（６ａ〜６ｆ）の駆動を可能にすることができる。

請求項１５に記載の発明では、加減算手段（４０、５０〜５５）において加算される所定数値は、検出電流値の２乗に比例する予め算出された数値であることを特徴とする。

これによると、検出電流値の２乗に比例する数値を予め所定数値として定めているので、アナログ的に検出電流値を２乗したり、デジタル的に検出電流値を２乗したりする変換回路を不要とすることができる。

請求項１６に記載の発明では、負荷（６ａ〜６ｆ）は、ワイヤ（８ａ〜８ｆ）を介して通電されるようになっており、加減算手段（４０、５０〜５５）において減算される所定数値は、ワイヤ（８ａ〜８ｆ）に応じた放熱値であり、当該放熱値は予め算出された変数であることを特徴とする。

これによると、ワイヤ（８ａ〜８ｆ）の放熱値である変数を予め所定数値として定めているので、ワイヤ（８ａ〜８ｆ）に電流が流れる際のワイヤ（８ａ〜８ｆ）の放熱値を算出する複雑な回路を不要とすることができる。

請求項１７に記載の発明では、加減算手段（４０、５０〜５５）は、一定のサンプリング周期に従って計算を行うことを特徴とする。

これによると、積分回路をデジタル的に実現することができ、他用途で使用のマイクロコンピュータやＡＳＩＣ等と共通使用することができる。

また、請求項１８に記載の発明のように、加減算手段（４０、５０〜５５）における計算をマイクロコンピュータによるソフトウェアで行ったり、請求項１９に記載の発明のように、加減算手段（４０、５０〜５５）における計算をハードウェアのデジタル回路で行うことができる。

請求項４、９、１１に記載の発明のように、電流検出手段（３０）は複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）を備え、複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）毎に電流しきい値を設定することができる。

そして、請求項５、１２に記載の発明のように、電流しきい値は、値が順に大きくなるように複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）毎に設定され、複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）それぞれに設定された電流しきい値は、一つのコンパレータに設定された電流しきい値よりも一段低い電流しきい値が設定されたコンパレータの電流しきい値の等倍としても良い。

請求項６、９、１１に記載の発明では、複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）のうちの少なくとも１つのコンパレータに設定された電流しきい値は、一定の範囲の可変値であることを特徴とする。

これによると、ワイヤ（８ａ〜８ｆ）の径や材質によって検出される検出電流値は異なるので、それに合致した電流しきい値に変更することができる。すなわち、検出精度が必要な検出電流値に対して精度良く電流検出を行うことができる。

一方、請求項７、１３に記載の発明のように、電流しきい値が可変値とされたコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）に設定された電流しきい値は、負荷（６ａ〜６ｆ）に対する連続通電可能値とすることもできる。

また、請求項８、１４に記載の発明のように、電流しきい値が可変値とされたコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）に設定された電流しきい値は、可変値のうちの負荷（６ａ〜６ｆ）に対する連続通電可能値に対して一段小さい値としても良い。

請求項２０に記載の発明では、負荷（６ａ〜６ｆ）は複数設けられ、電流検出手段（３０）は複数の負荷（６ａ〜６ｆ）それぞれの電流を検出し、加減算手段（４０、５０〜５５）は複数の負荷（６ａ〜６ｆ）それぞれについて検出された検出電流値に応じた計算を行うようになっており、電流検出手段（３０）と加減算手段（４０、５０〜５５）とを複数の負荷（６ａ〜６ｆ）毎に時分割制御するスケジューリング回路（２０）を備えていることを特徴とする。

このように、電流検出手段（３０）と加減算手段（４０、５０〜５５）とを複数の負荷（６ａ〜６ｆ）で共通使用すると共に、電流検出手段（３０）と加減算手段（４０、５０〜５５）とを複数の負荷（６ａ〜６ｆ）毎に時分割制御するスケジューリング回路（２０）を備えているので、デジタル回路を安価に実現することができる。

請求項２１に記載の発明では、加減算手段（４０、５０〜５５）は、複数の負荷（６ａ〜６ｆ）毎の加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果を、複数の負荷（６ａ〜６ｆ）毎に設けられた記憶領域に格納する記憶手段を備えていることを特徴とする。

これによると、一つの負荷（６ａ〜６ｆ）における計算結果を記憶領域に残した状態で別の負荷（６ａ〜６ｆ）の計算を行うことができる。このため、加減算手段（４０、５０〜５５）を複数の負荷（６ａ〜６ｆ）で共通使用する場合に特に有利である。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る過電流保護回路の全体構成図である。 図１の一部詳細回路図である。 各所定数値選択回路にそれぞれ設定された加算数値と減算数値との一覧表を示した図である。 本実施形態に係る過電流遮断特性を示した図である。 負荷がヘッドランプの場合にヘッドランプに定常負荷電流が流れるときの負荷電流と加減算合計値とを示した図である。 負荷に断続的に負荷ショート（過電流）が流れたときの負荷電流と加減算合計値とを示した図である。 本発明の第２実施形態に係る過電流保護回路の一部詳細回路図である。 銅線ワイヤハーネスの電流しきい値の一例を示した図である。 検出電流値（Ｉ）に対する加算値または減算値の一例を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される過電流保護回路は、例えば車両に搭載されるものであり、ワイヤ（ワイヤハーネス）に接続された負荷に電源を供給する電源供給装置としての役割を果たすものである。また、過電流保護回路はワイヤに流れる過電流を検出し、負荷を保護する機能を備えている。

図１は、本実施形態に係る過電流保護回路の全体構成図である。図２は、図１の一部詳細回路図である。図１に示されるように、過電流保護回路１は、複数の半導体スイッチ１０〜１５、スケジューリング回路２０、ＥＥＰＲＯＭ２１、過電流検出回路３０、加減算回路４０、複数のレジスタ５０〜５５、比較回路６０、および制御回路７０を備えて構成されている。

まず、過電流保護回路１は、電源端子２、複数の入力端子３ａ〜３ｆ、および複数の出力端子４ａ〜４ｆを備えている。電源端子２は電源５に接続され、電源５から過電流保護回路１に電源が供給される。この電源は、各出力端子４ａ〜４ｆを介して複数の負荷６ａ〜６ｆに供給される。

複数の入力端子３ａ〜３ｆは、各負荷６ａ〜６ｆのいずれかを駆動するための指令を制御回路７０に入力するための端子であり、図１に示されるようにスイッチ７ａ〜７ｆが接続されている。各スイッチ７ａ〜７ｆがオンされると、例えば入力端子３ａ〜３ｃは電源電位とされ、例えば入力端子３ｄ〜３ｆはグランド電位とされる。

複数の出力端子４ａ〜４ｆには、ワイヤ８ａ〜８ｆを介して負荷６ａ〜６ｆがそれぞれ接続されている。したがって、各負荷６ａ〜６ｆは、ワイヤ８ａ〜８ｆを介してそれぞれ通電されるようになっている。各負荷６ａ〜６ｆとして、例えば、ランプ、モータ、ＬＥＤ、ホーン等が採用される。また、ワイヤ８ａ〜８ｆは、接続される負荷６ａ〜６ｆに応じてその径や材質が異なる。

なお、本実施形態では、過電流保護回路１の出力端子４ａ〜４ｆをそれぞれチャンネル（ｃｈ）と呼ぶ。図１に示されるように、出力端子４ａ〜４ｆは６個あるので、過電流保護回路１は６個のチャンネルを持っている。

複数の半導体スイッチ１０〜１５は、電源端子２と各出力端子４ａ〜４ｆとの間にそれぞれ接続されたスイッチング素子であり、各負荷６ａ〜６ｆをそれぞれ駆動する駆動手段である。半導体スイッチ１０〜１５としては、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等が採用される。半導体スイッチ１０〜１５として例えばｎ型のＭＯＳＦＥＴを用いると、半導体スイッチ１０〜１５のドレインが電源端子２にそれぞれ接続され、ソースが各出力端子４ａ〜４ｆにそれぞれ接続される。また、半導体スイッチ１０〜１５のゲートは制御回路７０に接続される。

スケジューリング回路２０は、過電流検出回路３０と加減算回路４０と比較回路６０とを複数の負荷６ａ〜６ｆ毎に時分割制御することで、複数のｃｈ１〜ｃｈ６で過電流検出回路３０と加減算回路４０と比較回路６０とを共通使用できるようにするための回路である。

図２に示されるように、スケジューリング回路２０は、一定のサンプリング周期（例えば０．１６ｍｓ）で信号を出力するように、フリップフロップ２０ａを備えて構成されている。これによると、フリップフロップ２０ａの出力に１を足して０．１６ｍｓ毎に信号が出力されるように構成されている。上述のように、本実施形態ではチャンネルは６個（ｃｈ１〜ｃｈ６）あるので、０．１６ｍｓ毎に０、１、…、５に対応した信号が出力され、５に対応した信号が出力されるとフリップフロップ２０ａがリセットされ、再び０に対応した信号が出力される。

したがって１ｍｓでｃｈ１からｃｈ６までを切り替える信号がスケジューリング回路２０から出力されることとなる。例えば、０に対応した信号がｃｈ１を示し、１に対応した信号がｃｈ２を示している。以下では、フリップフロップ２０ａ（つまりスケジューリング回路２０）から一定のサンプリング周期で出力される信号を選択信号という。

図１に示されるＥＥＰＲＯＭ２１は、過電流を判定するための所定判定値、各出力端子４ａ〜４ｆに接続されたワイヤ８ａ〜８ｆの径や材質、負荷６ａ〜６ｆの種類、後述する所定数値等のデータが記憶されたいわゆるメモリである。ＥＥＰＲＯＭ２１は、自己が記憶したデータを過電流検出回路３０、加減算回路４０、および比較回路６０にそれぞれ出力する。

過電流検出回路３０は、複数の負荷６ａ〜６ｆそれぞれに流れる電流を検出する回路である。具体的には、各半導体スイッチ１０〜１５に流れる電流がそれぞれ過電流検出回路３０に流れるように各半導体スイッチ１０〜１５と過電流検出回路３０とが接続されている。

このような過電流検出回路３０は、図２に示されるように、複数のセレクタ３１ａ〜３１ｈと、複数のコンパレータ３２ａ〜３２ｈと、複数のＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇと、インバータ３４と、を備えて構成されている。

複数のセレクタ３１ａ〜３１ｈは、各半導体スイッチ１０〜１５に流れる各電流すべてを入力し、スケジューリング回路２０から入力した選択信号に従って各電流のうちのいずれかを通過させる選択回路である。上述のように、スケジューリング回路２０は一定のサンプリング周期で選択信号を出力するので、各セレクタ３１ａ〜３１ｈは選択信号を入力するごとに選択信号に対応したチャンネルの電流を通過させる。各セレクタ３１ａ〜３１ｈの出力は、当該各セレクタ３１ａ〜３１ｈに対応した各コンパレータ３２ａ〜３２ｈにそれぞれ入力される。

例えば、各セレクタ３１ａ〜３１ｈは、スケジューリング回路２０からｃｈ１を選択する選択信号を入力したタイミングで、ｃｈ１に流れる電流すなわち半導体スイッチ１０に流れる電流を通過させて各コンパレータ３２ａ〜３２ｈにそれぞれ入力する。この後、各セレクタ３１ａ〜３１ｈは、スケジューリング回路２０からｃｈ２を選択する選択信号を入力したタイミングで、ｃｈ２に流れる電流を通過させて各コンパレータ３２ａ〜３２ｈにそれぞれ入力する。各セレクタ３１ａ〜３１ｈは、このように、一定のサンプリング周期でｃｈ１〜ｃｈ６の電流を順に通過させる。

各コンパレータ３２ａ〜３２ｈは、各コンパレータ３２ａ〜３２ｈに対応したセレクタ３１ａ〜３１ｈから入力した電流と、各コンパレータ３２ａ〜３２ｈ毎に設定された電流しきい値とをそれぞれ比較する比較手段である。例えば、コンパレータ３２ａ〜３２ｈに設定された電流しきい値をそれぞれＩＤ１〜ＩＤ８とする。また、各コンパレータ３２ａ〜３２ｈに設定された電流しきい値は、当該電流しきい値の値が順に大きくなるように複数のコンパレータ３２ａ〜３２ｈ毎に設定されている。

各コンパレータ３２ａ〜３２ｈに設定された電流しきい値のうち、コンパレータ３２ａ〜３２ｄ、３２ｇ、３２ｈに設定された電流しきい値は固定値になっている。本実施形態では、コンパレータ３２ａの電流しきい値は６０Ａ、コンパレータ３２ｂの電流しきい値は４５Ａ、コンパレータ３２ｃの電流しきい値は３０Ａ、コンパレータ３２ｄの電流しきい値は１５Ａ、コンパレータ３２ｇの電流しきい値は５Ａ、コンパレータ３２ｈの電流しきい値は２Ａにそれぞれ設定されている。

一方、コンパレータ３２ｅおよびコンパレータ３２ｆについては、電流しきい値は固定値ではなく、一定の範囲の可変値が設定されている。具体的には、図２に示されるように、コンパレータ３２ｅの反転入力端子にセレクタ３５が接続され、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って各チャンネルに応じて予め設定された電流しきい値が出力されるようになっている。

例えば、ｃｈ１用検出値、ｃｈ２用検出値というように、ｃｈ１〜ｃｈ６に対応した電流しきい値が選択される。これにより、どのチャンネルの電流が過電流検出回路３０に入力されるかによって、コンパレータ３２ｅの電流しきい値（ＩＤ５）が変化する。このように電流しきい値を可変値とすることで、ワイヤ８ａ〜８ｆの径や材質によって検出される検出電流値は異なったとしても、それに合致した電流しきい値に変更することができ、精度良く電流検出を行うことができる。

コンパレータ３２ｆについても同様に、反転入力端子にセレクタ３６が接続されており、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従ってｃｈ１〜ｃｈ６に応じて予め設定されたｃｈ１用検出値やｃｈ２用検出値等の電流しきい値（ＩＤ６）が出力される。

そして、コンパレータ３２ａの出力は加減算回路４０に入力されると共に、ＡＮＤ回路３３ａに反転入力される。また、コンパレータ３２ｂの出力はＡＮＤ回路３３ａに入力されると共に、ＡＮＤ回路３３ｂに反転入力される。以下、同様に、コンパレータ３２ｃ〜３２ｇの各出力はＡＮＤ回路３３ｂ〜３３ｆに入力されると共に、ＡＮＤ回路３３ｃ〜３３ｇに反転入力される。さらに、コンパレータ３２ｈの出力はＡＮＤ回路３３ｇに入力されると共に、インバータ３４に入力される。

複数のＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇは、２つのコンパレータのうちの上段のコンパレータの出力を反転入力し、下段のコンパレータの出力を入力して論理積を出力する論理回路である。また、インバータ３４は、入力した信号を反転出力する論理回路である。

例えば、コンパレータ３２ｄが１５Ａ以上の電流を検出すると、コンパレータ３２ｄの出力はハイ信号となり、コンパレータ３２ｄの上段のコンパレータ３２ｃに設定された電流しきい値は超えないので、コンパレータ３２ｃの出力はロー信号となる。これにより、ＡＮＤ回路３３ｂはロー信号を出力し、ＡＮＤ回路３３ｃはハイ信号を出力し、ＡＮＤ回路３３ｄはロー信号を出力する。つまり、電流が電流しきい値を超えたコンパレータの出力のみを出力するように、ＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇおよびインバータ３４が接続されている。

したがって、コンパレータ３２ａの出力は検出された電流がＩＤ１以上を示し、ＡＮＤ回路３３ａの出力がハイ信号の場合は検出された電流がＩＤ２〜ＩＤ１の間の値を示している。そして、各ＡＮＤ回路３３ｂ〜３３ｇの出力がハイ信号の場合も同様に、各ＡＮＤ回路３３ｂ〜３３ｇが入力した各コンパレータに設定された各ＩＤの間の値を示している。また、インバータ３４の出力がハイ信号の場合はコンパレータ３２ｈで検出された電流がＩＤ８未満の値を示している。

加減算回路４０は、過電流検出回路３０が検出した電流値に対応した所定数値を加算かつ減算する回路である。加減算回路４０は複数の負荷６ａ〜６ｆそれぞれについて（つまりｃｈ１〜ｃｈ６について）検出された検出電流値に応じた計算を行う。

このような加減算回路４０は、複数のフリップフロップ４１ａ〜４１ｉと、複数の所定数値選択回路４２ａ〜４２ｉと、加減算器４３と、複数の読み出し回路４４ａ〜４４ｆと、複数の書き込み回路４５ａ〜４５ｆと、を備えて構成されている。

複数のフリップフロップ４１ａ〜４１ｉは、入力したハイ信号またはロー信号を一定のサンプリング周期（例えば０．１６ｍｓ）毎に出力する手段である。フリップフロップ４１ａはコンパレータ３２ａの出力を保持し、フリップフロップ４１ｂ〜４１ｈはＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇの出力をそれぞれ保持し、フリップフロップ４１ｉはインバータ３４の出力を保持するようになっている。

複数の所定数値選択回路４２ａ〜４２ｉは、対応するフリップフロップ４１ａ〜４１ｉからハイ信号が入力された場合、各検出電流範囲に応じた所定数値を加減算器４３に出力する回路である。

図３は、各所定数値選択回路４２ａ〜４２ｉにそれぞれ設定された加算数値と減算数値との一覧表を示した図である。この図の「Ｘ」は「ＩＤ５」を示し、ＩＤ５（Ｘ）の値はワイヤ８ａ〜８ｆの連続通電可能値、つまり負荷６ａ〜６ｆに対する連続通電可能値（連続通電許容電流値）を示している。また、「Ｙ」は「ＩＤ６」を示している。上述のように、電流しきい値であるＩＤ５およびＩＤ６は可変値であるが、ＩＤ５は例えば８Ａ、ＩＤ６はＩＤ５の９５％で７．６Ａとすることができる。

図３に示されるように、所定数値として、検出電流範囲に応じて加算数値と減算数値とが予め設定されており、各所定数値選択回路４２ａ〜４２ｉにそれぞれ設定されている。したがって、例えば、過電流検出回路３０からＩＤ３〜ＩＤ２の電流を検出した場合、フリップフロップ４１ｃから所定のタイミングでハイ信号が出力され、所定数値選択回路４２ｃから加算値（９０００）および減算値（ＩＤ５^２×１０）の各数値が加減算器４３に出力される。

ここで、加算数値は検出電流値の２乗に比例した値である。すなわち、電流値の２乗であるから、ジュール熱における発熱量に比例する値となる。また、減算数値はワイヤ８ａ〜８ｆの連続通電可能値の２乗に比例する値（ワイヤ８ａ〜８ｆに応じた放熱値）である。これら加算数値および減算数値は、予め算出された変数であり、ＥＥＰＲＯＭ２１に記憶されている。なお、減算数値で「×１０」としているのは、ＩＤ５の２乗値の小数点第１位を固定小数点化してデジタル処理を簡単にできるようにするためである。

図２に示される加減算器４３は、過電流検出回路３０で前回取得された検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得された検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算する回路である。過電流検出回路３０で前回取得された検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果は、チャンネル毎にレジスタ５０〜５５にそれぞれ格納されている。したがって、加減算器４３は、チャンネル毎に設けられた読み出し回路４４ａ〜４４ｆにより各レジスタ５０〜５５に格納された前回計算値を読み出し、この前回計算値に今回計算した結果を加算かつ減算して今回計算値とし、この今回計算値をチャンネル毎に設けられた書き込み回路４５ａ〜４５ｆにより各レジスタ５０〜５５に格納する。

上述のように、加算数値と減算数値とが予め設定されているので、加減算器４３は、前回計算値＋（検出電流値の２乗に比例した値；加算数値）−（ワイヤ８ａ〜８ｆの連続通電可能値の２乗に比例した値；減算数値）という演算を行う。ＩＤ８未満の電流を検出した場合、加減算器４３は０を加算してＩＤ５^２×１０を減算することとなる。

ここで、各読み出し回路４４ａ〜４４ｆおよび各書き込み回路４５ａ〜４５ｆは、スケジューリング回路２０から入力される選択信号が各読み出し回路４４ａ〜４４ｆおよび各書き込み回路４５ａ〜４５ｆにそれぞれ設定されたチャンネルに対応している場合、当該チャンネルに対応したレジスタ５０〜５５からのデータの読み出しやレジスタ５０〜５５へのデータの書き込みを行う。したがって、加減算回路４０は、一定のサンプリング周期に従ってｃｈ１からｃｈ６まで順番に計算を行うこととなる。

また、加減算回路４０は、制御回路７０により半導体スイッチ１０〜１５がオフされた後も所定数値の減算を継続して行う。具体的には、半導体スイッチ１０〜１５がオフされた後、過電流検出回路３０でＩＤ８未満の電流が検出されるため、図３に示されるように、加算数値が０および減算数値がＩＤ５^２×１０の所定数値が選択される。したがって、加減算回路４０は０を加算し、かつ、ＩＤ５^２×１０を減算する演算を行うことになるが、実質的にはＩＤ５^２×１０を減算する演算を行うため、半導体スイッチ１０〜１５がオフされた後は、加減算回路４０は減算を継続することになる。

図４は、加減算回路４０により得られる過電流遮断特性を示したものである。横軸は時間を示し、縦軸は電流値を示している。ここで、一例として、ワイヤ８ａ〜８ｆは最大周囲温度を６０℃と想定しており、線種としてはＡＶＳ線またはＡＶＳＳ線の使用を想定している。ＡＶＳ線、ＡＶＳＳ線はその許容温度が８０℃で、発煙温度が１５０℃であり（ＪＡＳＯ）、したがって周囲温度６０℃においては、ワイヤ許容通電電流特性は温度上昇ΔＴ＝２０℃となるように、またワイヤ発煙電流特性は温度上昇ΔＴ＝９０℃となるようにすることができる。具体的に、ワイヤ許容通電電流特性は、本例での加減算値合計が３０００００〜６０００００（ワイヤ線径により異なる）に相当し、その加算合計値を後述する判定しきい値とすることで、過電流遮断特性をワイヤ許容通電電流特性に沿うようにしている。

本実施形態では、過電流検出回路３０に設けられたコンパレータ３２ａ〜３２ｈは８個であるので、過電流遮断特性は図４に示されるように階段状となる。したがって、過電流検出回路３０にコンパレータの数を増やしたり、あるいはＡＤ変換器を使用することにより、電流の分解能が向上して階段状の特性が滑らかになり、階段状の過電流遮断特性を曲線状のワイヤ許容通電電流特性に近づけることが可能である。このワイヤ許容通電電流特性は遮断したい熱容量特性に相当し、ワイヤ径や材質により異なる。

なお、本実施形態では、負荷定常領域（過電流遮断特性がワイヤ許容通電電流特性に沿っている）での使用としているが、発煙領域に適用することや、負荷定常領域と発煙領域との中間領域に適用することも当然可能である。

図２に示される複数のレジスタ５０〜５５は、複数の負荷６ａ〜６ｆ毎の加減算回路４０の計算結果を、複数の負荷６ａ〜６ｆ毎に設けられた記憶領域に格納する記憶手段である。このように、チャンネル毎にレジスタ５０〜５５を設けることで、一つの負荷６ａ〜６ｆにおける計算結果を対応するレジスタ５０〜５５に残した状態で別の負荷６ａ〜６ｆの計算を行うことができる。このため、加減算回路４０を複数の負荷６ａ〜６ｆで共通使用することが可能となる。

比較回路６０は、過電流か否かを判定するための判定しきい値と加減算回路４０の計算結果とをチャンネル毎に比較する回路である。このため、比較回路６０は、２つのセレクタ６１、６２とコンパレータ６３とを備えて構成されている。

セレクタ６１は、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って、チャンネル毎に設定された過電流を示す判定しきい値を出力する回路である。チャンネル毎の判定しきい値は、ＥＥＰＲＯＭ２１に格納されている。また、セレクタ６２は、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って、各レジスタ５０〜５５に格納された計算結果をコンパレータ６３に入力する回路である。

コンパレータ６３は、セレクタ６２から入力される加減算回路４０の計算結果がセレクタ６１から入力される判定しきい値を超える場合、過電流が流れているとしてハイ信号を出力する。上述のように、セレクタ６１、６２はスケジューリング回路２０から入力された選択信号に従って選択信号が示すチャンネルに対応した第１判定しきい値や計算結果を出力している。したがって、コンパレータ６３は、ｃｈ１からｃｈ６まで順にチャンネル毎に設定された第１判定しきい値と計算結果とを比較していく。

図１に示されるように、制御回路７０は、入力条件に従って半導体スイッチ１０〜１５をオン／オフ制御する回路である。入力条件とは、スイッチ７ａ〜７ｆのいずれかがオンされたことや、比較回路６０から過電流を検出したという比較結果が入力されたことを指す。すなわち、制御回路７０は、加減算回路４０の計算結果が第１判定しきい値を超えた場合に比較回路６０からハイ信号を入力すると半導体スイッチ１０〜１５をオフする。これにより、過電流からワイヤ８ａ〜８ｆを保護する。

また、制御回路７０は、第１判定しきい値よりも小さい第２判定しきい値を有しており、加減算回路４０の計算結果が第２判定しきい値に達したときに半導体スイッチ１０〜１５を再びオンする。これにより、ワイヤ８ａ〜８ｆに過電流が流れなくなったら、再び負荷６ａ〜６ｆが作動する。これにより、半導体スイッチ１０〜１５がオフされたとしても、一定時間後に半導体スイッチ１０〜１５が再びオンされるので、一旦遮断された負荷６ａ〜６ｆの駆動が可能になる。

なお、図２では、第１判定しきい値と加減算合計値との比較をコンパレータ６３で行っているが、第２判定しきい値と加減算合計値との比較についても図示しないコンパレータにより行っている。以上が、本実施形態に係る過電流保護回路の全体構成である。

次に、上記の過電流保護回路の作動について、図５および図６を参照して説明する。図５は、負荷６ａ〜６ｆのうちの一つがヘッドランプの場合にヘッドランプに定常負荷電流が流れるときの負荷電流と加減算合計値とを示した図である。一方、図６は、負荷６ａ〜６ｆに負荷ショート電流（過電流）が流れたときの負荷電流と加減算合計値とを示した図である。

なお、図５および図６では、横軸は時間を示し、縦軸は加減算合計値または負荷電流を示している。また、図５および図６は、各チャンネルのうちの１つのチャンネルについての負荷電流を示している。

上述のように、チャンネルは６個あるが、以下では１つのチャンネル（ヘッドランプ）について負荷電流に対する過電流保護回路１の作動を述べる。スケジューリング回路２０により、一定のサンプリング周期でｃｈ１〜ｃｈ６が切り替えられるので、過電流保護回路１のｃｈ１〜ｃｈ６に対する作動は同じである。

まず、スイッチ７ａ〜７ｆが操作されて制御回路７０により所望の半導体スイッチ１０〜１５がオンされると、図５に示されるように、ラッシュ電流が流れる。これにより、過電流検出回路３０は、ラッシュ電流の値に応じた検出結果を加減算回路４０に出力し、加減算回路４０は検出された電流に応じた加算数値および減算数値を前回計算した結果に加減算する。

各レジスタ５０〜５５の計算結果には０が格納されているとすると、スイッチ７ａ〜７ｆがオンされたことによりラッシュ電流が流れ始めたので、０に対して加減算を行い、その結果をレジスタ５０〜５５に格納する。

勿論、スイッチ７ａ〜７ｆがオンする前の状況によっては、前回計算結果が０ではない場合もあるが、その場合でもその値に対して加減算するだけのことである。

図５に示されるように、ラッシュ電流は瞬間的に大電流が流れるが、急激に減少する。このため、過電流検出回路３０で検出される電流の値は時間の経過と共に、急激に小さくなる。このため、加算数値および減算数値も小さくなるので、図５に示されるように、加減算合計値は、ラッシュ電流が流れた後に上昇するが、ラッシュ電流が流れ終わって電流が安定すると、少しずつ減少していく。そして、ある一定時間を過ぎると、加算数値よりも減算数値が大きくなるので、今回計算した結果は前回計算した結果より小さい値となり、加減算合計値はやがて０になる。

このような定常負荷電流が流れる場合、図５に示されるように、加減算合計値は第１判定しきい値を超えないので、比較回路６０では過電流が流れていると判定されず、制御回路７０により半導体スイッチ１０〜１５がオフされることもない。

一方、図６に示されるように、ワイヤ８ａ〜８ｆに過電流が流れた場合、ラッシュ電流のように大きな電流が流れてもすぐに電流値が小さくなる場合とは異なり、大きな電流が流れ続ける。このため、加減算合計値は過電流が流れ続ける間は上昇し続け、加減算合計値は第１判定しきい値を超える。このため、制御回路７０は半導体スイッチ１０〜１５をオフする。

これにより、ワイヤ８ａ〜８ｆに電流が流れなくなるので、負荷電流は０になる。ここで、過電流検出回路３０はこの０の電流を検出し続け、加減算回路４０は検出した０の電流に応じた加算数値および減算数値を加減算することとなる。この場合、加算数値よりも減算数値のほうが大きいので、実質的には前回計算した結果を一定の減算数値で減算していくこととなる。

そして、前回計算した結果を減算した結果、加減算合計値が第２判定しきい値に達すると、制御回路７０は半導体スイッチ１０〜１５を再びオンする。これにより、ワイヤ８ａ〜８ｆに再び電流が流れるが、この電流が過電流であると、加減算合計値は再び第１判定しきい値を超えて半導体スイッチ１０〜１５がオフされる。

この後、上記と同様に、加減算合計値が第２判定しきい値に達するので半導体スイッチ１０〜１５がオンされるが、ワイヤ８ａ〜８ｆには過電流が流れるので加減算合計値は第１判定しきい値を超えて半導体スイッチ１０〜１５がオフされるという動作が繰り返される。

なお、本例においては、第２判定しきい値に達した場合に、上述のように再び半導体スイッチ１０〜１５をオンする動作（リトライ動作）と、半導体スイッチ１０〜１５をオフのままとする動作（ラッチ動作）とをＥＥＰＲＯＭ２１により選択可能としている。

このようにして過電流を検出してワイヤ８ａ〜８ｆおよび負荷６ａ〜６ｆを保護する。なお、上記の動作は、一定のサンプリング周期でチャンネル毎に行われる。

以上説明したように、本実施形態では、検出した電流に応じた加算数値および減算数値を前回計算した結果に加算かつ減算するという動作を繰り返し、加減算合計値と判定しきい値とを比較することにより、過電流を検出することが特徴となっている。このように、加減算回路４０で前回の計算結果に対して所定数値を加算かつ減算または減算した結果と第１判定しきい値とを比較する構成であるので、過電流保護回路１を簡単な回路で実現することができる。

特に、本実施形態では、検出電流値の２乗に比例する数値を予め加算数値として定め、ワイヤ８ａ〜８ｆの放熱値である変数を予め減算数値として定めているので、アナログ的に検出電流値を２乗したり、デジタル的に検出電流値を２乗したりする変換回路やワイヤ８ａ〜８ｆに電流が流れる際のワイヤ８ａ〜８ｆの放熱値を算出する複雑な回路を不要とすることができる。したがって、過電流保護回路１を簡単な回路で実現することができる。

また、本実施形態では、スケジューリング回路２０を用いて、複数のチャンネルについて一定のサンプリング周期で過電流検出を行っているので、複数のチャンネルについて過電流検出を実現することができる。すなわち、過電流検出回路３０と加減算回路４０とを複数の負荷６ａ〜６ｆで共通使用でき、デジタル回路を安価に実現することができる。

また、本実施形態では、各チャンネル毎にリトライ動作とラッチ動作とを選択可能としており、例えば凍結時のワイパモータのロック等、ショート以外でも定常を超えた電流が流れ続けることのある負荷はリトライ動作を選択するといったことができる。これにより、各チャンネルでの負荷を車両都合によって変更しても半導体スイッチ１０〜１５側は共通で使用できる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、半導体スイッチ１０〜１５が特許請求の範囲の「負荷駆動手段」に対応し、過電流検出回路３０が特許請求の範囲の「電流検出手段」に対応する。また、第１判定しきい値が特許請求の範囲の「第１所定判定値」に対応し、第２判定しきい値が特許請求の範囲の「第２所定判定値」に対応する。

さらに、比較回路６０および制御回路７０が特許請求の範囲の「制御手段」に対応し、加減算回路４０および複数のレジスタ５０〜５５が特許請求の範囲の「加減算手段」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。上記第１実施形態では、検出した電流に応じた加算数値および減算数値を前回計算した結果に加算かつ減算していたが、本実施形態では、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に今回取得した検出電流値が所定電流値よりも小さい場合は減算することが特徴となっている。

図７は、本実施形態に係る過電流保護回路の一部詳細回路図である。まず、この図を参照して、第１実施形態において図２で示された構成と異なる部分について説明する。

過電流検出回路３０は、複数のセレクタ３１ｂ〜３１ｈ、複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈ、複数のＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇ、およびインバータ３４の他に、複数のコンパレータ３２ｉ〜３２ｎ、ＩＤ１検出時動作回路３７ａ、ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂ、およびアナログスイッチ３８を備えている。

複数のコンパレータ３２ｉ〜３２ｎのうち、コンパレータ３２ｉの非反転入力端子にはｃｈ１の電流が入力される。同様に、コンパレータ３２ｊの非反転入力端子にはｃｈ２の電流が入力され、コンパレータ３２ｋの非反転入力端子にはｃｈ３の電流が入力され、コンパレータ３２ｌの非反転入力端子にはｃｈ４の電流が入力され、コンパレータ３２ｍの非反転入力端子にはｃｈ５の電流が入力され、コンパレータ３２ｎの非反転入力端子にはｃｈ６の電流が入力される。また、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎの反転入力端子には、一定（例えば８０Ａ）の電流しきい値（ＩＤ１）が入力され、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎで各ｃｈの電流とＩＤ１とが比較される。各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎの比較結果はＩＤ１検出時動作回路３７ａにそれぞれ出力される。

なお、この電流しきい値（ＩＤ１）は半導体スイッチ１０〜１５に係る半導体スイッチ許容電流値である（後述の図８参照）。

ＩＤ１検出時動作回路３７ａは、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎの比較結果を制御回路７０に出力する。また、ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂは、制御回路７０の指令に従ってフラグをセットする回路である。例えば、フラグが立っているときはＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂからハイ信号が出力され、フラグが立っていないときはＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂからロー信号が出力される。ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂの出力は、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従ってセレクタ３１ｉを介して加減算回路４０のフリップフロップ４１ａに出力される。

さらに、アナログスイッチ３８とグランドとの間に抵抗３９ｂ〜３９ｈが直列に接続されている。そして、アナログスイッチ３８と抵抗３９ｂとの接続点がコンパレータ３２ｂの反転入力端子に接続され、各抵抗の接続点がコンパレータ３２ｃ〜３２ｈの各反転入力端子にそれぞれ接続されている。

アナログスイッチ３８にはセレクタ３１ｊが接続され、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って各チャンネルに接続されたワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じた信号が入力されるようになっている。これにより、抵抗３９ｂ〜３９ｈの直列回路に流れる電流値が可変するので、各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈに設定される電流しきい値がワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じて変更されるようになっている。

ここで、ワイヤ８ａ〜８ｆは、例えばＡＶＳＳ線やＡＶＳＳＦ線であり、太さは０．５ｓｑ、０．７５ｓｑ、０．８５ｓｑ、１．２５ｓｑ等である。このように、各ワイヤ８ａ〜８ｂの特徴はそれぞれ異なるので、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じて各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈの電流しきい値を変更している。

図８は、銅線ワイヤハーネスの電流しきい値の一例を示した図である。この図に示されるように、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種に関わらず、ＩＤ１が半導体スイッチ１０〜１５の許容通電電流値（８０Ａ）に設定されている。また、図８の右欄の検出電流値の算出式に基づいて、設定１〜設定４に示されるように、ワイヤ８ａ〜８ｆの太さに応じた電流しきい値が各レベルに応じて設定されている。例えば、ワイヤ許容電流値をＺとすると、ＩＤ２〜ＩＤ６についてはＺに対して所定の重みが付けられた数値が電流しきい値とされ、ＩＤ７についてはＺが電流しきい値とされ、ＩＤ８についてはＺ×０．９５が電流しきい値とされている。このように、ワイヤ８ａ〜８ｆに応じた電流しきい値がそれぞれ設定されている。

また、本実施形態では、加減算回路４０における各所定数値選択回路４２ａ〜４２ｈには加算値がそれぞれ設定され、対応するフリップフロップ４１ａ〜４１ｈからハイ信号が入力された場合、所定の加算値を加減算器４３に出力するようになっている。一方、所定数値選択回路４２ｉは、セレクタ４５を介してチャンネル毎に設定された減算値を出力するようになっている。

このため、本実施形態では、加減算回路４０は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を、今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に今回取得した検出電流値が所定電流値よりも小さい場合は減算する。ここで、所定電流値は、ワイヤ許容電流値またはワイヤ発煙電流値とされる。

具体的には、図９に示されるように、過電流検出回路３０で検出される検出電流値（Ｉ）がＩＤ１以上の場合には加算値として「１２８」が設定され、過電流検出回路３０で検出される検出電流値がＩＤ２≦Ｉ＜ＩＤ１の場合には加算値として「６４」が設定されている。

以下、同様に、過電流検出回路３０で検出される検出電流値がＩＤ３≦Ｉ＜ＩＤ２の場合には加算値として「３２」が設定され、ＩＤ４≦Ｉ＜ＩＤ３の場合には加算値として「１６」が設定され、ＩＤ５≦Ｉ＜ＩＤ４の場合には加算値として「８」が設定され、ＩＤ６≦Ｉ＜ＩＤ５の場合には加算値として「４」が設定され、ＩＤ７≦Ｉ＜ＩＤ６の場合には加算値として「２」が設定されている。

さらに、過電流検出回路３０で検出される検出電流値がＩＤ８≦Ｉ＜ＩＤ７の場合には、加算値として「０」が設定されているので、加減算回路４０は加算値として「０」を加算することとなる。

このような加算の場合については、各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）で共通の加算値が採用されている。

このように、過電流検出回路３０で検出される検出電流値がＩＤ６以上に対応した各所定数値選択回路４２ａ〜４２ｈにはそれぞれ加算数値のみが設定されている。したがって、加減算回路４０は、今回取得した検出電流値が所定電流値（ワイヤ許容電流値Ｚ）よりも大きい場合は予め設定された加算値を加算する。すなわち、加減算器４３は加算のみを行うこととなる。

なお、本実施形態では、検出電流値がＩＤ１以上の場合の加算値を「１２８」としているが、これは加算値の一例であり、「１２８」でなくても良い。例えば、半導体スイッチ１０〜１５の保護のために検出電流値がＩＤ１以上つまり８０Ａ以上のときには１００μｓで半導体スイッチ１０〜１５を遮断すると仮定すると、１ｍｓで６チャンネル分の電流検出を行うので、１２８×（１００μｓ／１ｍｓ）という演算から得られる「１３」を加算数値としても良い。

一方、過電流検出回路３０で検出される検出電流値ＩがＩ＜ＩＤ８の場合、所定数値選択回路４２ｉにはワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じた減算値が設定されている。このため、加減算回路４０は、今回取得した検出電流値が所定電流値（ワイヤ許容電流値Ｚ）よりも小さい場合は減算する。すなわち、加減算器４３は減算のみを行うこととなる。

この場合、図９に示されるように、各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）には減算値として「−１」または「−２」が設定され、用途に応じていずれか一方が選択される。その選択はＥＥＰＲＯＭ２１に予め記憶されており、過電流保護回路の作動の際に読み出される。

その他の構成（例えば、図７に示されるスケジューリング回路２０や比較回路６０）については、上記第１実施形態で示された構成と同じである。

本実施形態に係る過電流保護回路の作動は基本的には第１実施形態と同様であり、上述のように、過電流検出回路３０で検出される検出電流値の大きさに応じて、前回取得された検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して所定の加算値の加算のみを行うか、または、所定の減算値の減算のみを行う点が異なるだけである。

また、本実施形態では、過電流検出回路３０のＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂでフラグが立てられたりすることが第１実施形態と異なる。

通常、ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂにフラグがセットされていなければ、第１実施形態と同様に、チャンネル毎に順に加減算回路４０の計算結果と判定しきい値とが比較回路６０で比較される。

このような通常の動作において、本実施形態では、比較回路６０で過電流が検出された際に、制御回路７０によってＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂにフラグが立てられる。これと共に、フラグが立てられたチャンネルの半導体スイッチがオフされる。

以上のような構成によると、特に、以下の効果を得ることができる。まず、本実施形態では、半導体スイッチ１０〜１５を確実に保護できる構成となっていることが特徴となっている。上述のように、ワイヤ８ａ〜８ｆに所定以上の過電流が流れるとワイヤ８ａ〜８ｆが燃えてしまうが、半導体スイッチ１０〜１５に所定以上（例えば８０Ａ）の過電流が流れると半導体スイッチ１０〜１５が破壊されてしまう。半導体スイッチ１０〜１５が壊れてしまうと、ワイヤ８ａ〜８ｆを保護できたとしても、各チャンネルに電流を流すことができなくなる。

そこで、半導体スイッチ１０〜１５を破壊する過電流を常時検出できるようにするため、図７に示されるように、各チャンネルに対して半導体スイッチ１０〜１５の許容通電電流値を超える過電流を検出するためのコンパレータ３２ｉ〜３２ｎをそれぞれ設けている。これらのコンパレータ３２ｉ〜３２ｎにはセレクタ３１ｂ〜３１ｈが接続されておらず、コンパレータ３２ｉ〜３２ｎには各チャンネルの電流が直接流れるようになっている。これにより、スケジューリング回路２０によるチャンネル毎の過電流検出に関わらず、常に各ワイヤ８ａ〜８ｆに流れる過電流を検出できるようになっている。

そして、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎにて８０Ａ以上の過電流が検出された場合、制御回路７０により過電流が流れた半導体スイッチ１０〜１５は即遮断される。ここで、過電流が流れてから遮断されるまでは例えば１００μｓ程度である。こうして、半導体スイッチ１０〜１５を確実に保護できる。

また、半導体スイッチ１０〜１５を破壊させるような過電流は８０Ａを超える大きさであるが、上記のように該当する半導体スイッチ１０〜１５が１００μｓ程度で遮断される。スケジューリング回路２０による電流検出は１ｍｓ周期毎に１回であるから、その電流検出する瞬間以外に過電流が流れた場合には検出できない。そこで、本実施形態では電流検出タイミング以外で過電流が流れた場合はＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂでデッドショートフラグを立てることにより、過電流が流れた後の電流検出タイミングで電流加算値として「１２８」を加算する。これにより、積算値に過電流の加算値を足し込むことができる。

このように、各チャンネルに半導体スイッチ１０〜１５を破壊させる過電流が流れたときには、該当する半導体スイッチ１０〜１５を即遮断できるので、半導体スイッチ１０〜１５を確実に保護することができる。

続いて、本実施形態では、アナログスイッチ３８を用いてコンパレータ３２ｂ〜３２ｈの電流しきい値を変更していることが特徴となっている。上述のように、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種が異なるため、各ワイヤ８ａ〜８ｆに応じた電流しきい値を設定することが必要である。第１実施形態では、各ワイヤ８ａ〜８ｆに対して同じ電流しきい値を設定し、過電流が流れると思われる電流しきい値については図２に示されるセレクタ３５、３６によりワイヤ８ａ〜８ｆ毎の電流しきい値（ＩＤ５、ＩＤ６）を選択して使用していた。このため、ワイヤ８ａ〜８ｆ毎の各電流しきい値の各データをＥＥＰＲＯＭ２１に格納する必要がある。

しかしながら、本実施形態では、ＩＤ２〜ＩＤ８の各電流しきい値については、各抵抗３９ｂ〜３９ｈの分圧つまり抵抗比によって、図８に示される各電流しきい値を設定している。特に、ＩＤ２〜ＩＤ７の各電流しきい値については、ＩＤ７として設定したワイヤ許容電流値Ｚに対してルート２倍ずつ順に電流しきい値を大きくしている。つまり、各電流しきい値が順にルート２倍ずつ大きくなるように各抵抗３９ｂ〜３９ｈの抵抗値を設定している。このため、各チャンネルのワイヤ８ａ〜８ｆの線種が異なっていたとしても、アナログスイッチ３８により各抵抗３９ｂ〜３９ｈに流す電流値を変更することにより、ＩＤ２〜ＩＤ７の各電流しきい値についてはそれぞれルート２倍の比となる。

例えば、線径が０．５ｓｑの設定１では、ワイヤ許容電流値Ｚ（ＩＤ７）が７Ａであるので、ＩＤ６は７Ａがルート２倍されて９．９Ａとなり、ＩＤ５はこの９．９Ａがルート２倍されて１４Ａとなる。一方、線径が１．２５ｓｑの設定４では、ワイヤ許容電流値Ｚ（ＩＤ７）が１３Ａであるので、ＩＤ６は１３Ａがルート２倍された１８．４Ａとなり、ＩＤ５はこの１８．４Ａがルート２倍された２６Ａとなる。

このように、アナログスイッチ３８によって各抵抗３９ｂ〜３９ｈに流れる電流の大きさを調節するだけで各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈにワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じた電流しきい値を設定することができる。言い換えると、第１実施形態のように、ワイヤ８ａ〜８ｆ毎の電流しきい値のデータをＥＥＰＲＯＭ２１に記憶させる必要がなく、各チャンネルに接続されたワイヤ８ａ〜８ｆの線種の情報をＥＥＰＲＯＭ２１に記憶させておくだけで良い。この線種の情報があれば、セレクタ３１ｊおよびアナログスイッチ３８によって複数の線種に応じた電流しきい値を各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈに設定することができる。したがって、各電流しきい値をＥＥＰＲＯＭ２１に記憶する第１実施形態に対して本実施形態では取り扱うデータ量を削減することができる。

以上のようにアナログスイッチ３８によってワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じた電流しきい値を各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈにそれぞれ設定できるので、第１実施形態のように加算数値や減算数値を電流しきい値に応じて設定する必要も無くなる。

すなわち、第１実施形態では、図３に示されるように、各電流しきい値に応じた加算数値や減算数値が設定され、これらのデータがＥＥＰＲＯＭ２１に記憶されていた。例えば図３に示される「３６０００」という加算数値を２進数で表現すると１６桁の数値で表される。このような大きな桁の数値がそれぞれ２進数で表現され、ＥＥＰＲＯＭ２１に記憶されるので、取り扱うデータ量が多くなる。

一方、本実施形態では、図８に示されるように、加算数値は検出電流値の２乗に比例した値であるので、図８に示される検出電流値を二乗すると、図９に示される加算数値が得られる。ＩＤ２〜ＩＤ７では、検出電流値は電流しきい値が大きくなる毎にルート２倍されていったので、検出電流値を二乗すると加算数値を２倍していくこととなる。したがって、図９に示されるように、２、４、８、…、１２８というように、電流しきい値の範囲に応じて加算数値が２倍されていく。

検出電流値を得る算出式は各ワイヤ８ａ〜８ｆで共通しているので、加算数値も各ワイヤ８ａ〜８ｆで共通している。しかもその加算数値は大きくても３桁の数値であり、この数値が２進数で表現されることとなる。本実施形態に係る加算数値と第１実施形態の図３で示された加算数値を比較すると、明らかに本実施形態に係る加算数値が小さくなっている。このため、加算数値を２進数で表現したとしても、桁数が大きくならずに済み、第１実施形態に対して取り扱うデータ量を小さくすることができ、ひいては回路規模を小さくすることができる。

以上説明したように、本実施形態では、電流しきい値や加減算数値の大きさを小さくでき、また、数を少なくできるので、取り扱うデータ量を少なくでき、ひいては回路規模を小さくできるという利点がある。

（他の実施形態）
上記実施形態に示された過電流保護回路１の回路構成は単なる一例であり、適宜変更することができる。例えば、過電流保護回路１に設けられるチャンネル数は６個に限られない。また、加減算回路４０における計算は、マイクロコンピュータによるソフトウェアで行っても良いし、加減算回路４０における計算は、ハードウェアのデジタル回路で行っても良い。

更に、上記実施形態では、過電流遮断特性をワイヤ許容通電電流特性に沿うように設定している。しかし、判定しきい値、加減算数値、および検出電流値をパラメータとして変更あるいはＥＥＰＲＯＭ２１によって可変可能とすることで、過電流遮断特性をワイヤ発煙電流特性に沿わせても良い。

上記各実施形態では、検出した電流に応じた加算数値および減算数値を前回計算した結果に加算かつ減算するという動作を繰り返すことについて説明したが、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を減算のみ行うようにしても良いし、あるいは、今回検出した電流に応じた値から予め減算した上で前回計算した結果に加算あるいは減算しても良い。

また、複数のコンパレータ３２ａ〜３２ｈのうちの一つのコンパレータに設定された電流しきい値は、一つのコンパレータに設定された電流しきい値よりも一段低い電流しきい値が設定されたコンパレータの電流しきい値の等倍とすることもできる。一方、電流しきい値が可変値とされたコンパレータ３２ａ〜３２ｈ（上記実施形態ではコンパレータ３２ｅ、３２ｆ）に設定された電流しきい値は、可変値のうちの負荷６ａ〜６ｆに対する連続通電可能値に対して一段小さい値としても良い。

６ａ〜６ｆ 負荷
８ａ〜８ｆ ワイヤ
１０〜１５ 半導体スイッチ
２０ スケジューリング回路
３０ 過電流検出回路
３２ａ〜３２ｈ コンパレータ
４０ 加減算回路
５０〜５５ レジスタ
６０ 比較回路
７０ 制御回路

Claims (21)

1. 負荷（６ａ〜６ｆ）を駆動する負荷駆動手段（１０〜１５）と、
   入力条件に従って前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオン／オフ制御する制御手段（６０、７０）と、
   前記負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出手段（３０）と、
   前記電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算するか、または、前記電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を減算する加減算手段（４０、５０〜５５）と、を備え、
   前記加減算手段（４０、５０〜５５）は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を前記今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に前記今回取得した検出電流値が前記所定電流値よりも小さい場合は減算するようになっており、
   前記制御手段（６０、７０）は、前記加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果が第１所定判定値を超えた場合に前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオフするようになっており、
   前記加減算手段（４０、５０〜５５）は、前記制御手段（６０、７０）により前記負荷駆動手段（１０〜１５）がオフされた後も前記所定数値の減算を継続し、
   前記制御手段（６０、７０）は、前記第１所定判定値よりも小さい第２所定判定値を有し、前記加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果が第２所定判定値に達したときに前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオンすることを特徴とする過電流保護回路。
2. 前記所定電流値は、ワイヤ許容電流値またはワイヤ発煙電流値であることを特徴とする請求項１に記載の過電流保護回路。
3. 負荷（６ａ〜６ｆ）を駆動する負荷駆動手段（１０〜１５）と、
   入力条件に従って前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオン／オフ制御する制御手段（６０、７０）と、
   前記負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出手段（３０）と、
   前記電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算するか、または、前記電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を減算する加減算手段（４０、５０〜５５）と、を備え、
   前記加減算手段（４０、５０〜５５）は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算するか、または、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を減算するようになっており、
   前記制御手段（６０、７０）は、前記加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果が第１所定判定値を超えた場合に前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオフするようになっており、
   前記加減算手段（４０、５０〜５５）は、前記制御手段（６０、７０）により前記負荷駆動手段（１０〜１５）がオフされた後も前記所定数値の減算を継続し、
   前記制御手段（６０、７０）は、前記第１所定判定値よりも小さい第２所定判定値を有し、前記加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果が第２所定判定値に達したときに前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオンすることを特徴とする過電流保護回路。
4. 前記電流検出手段（３０）は、複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）を備え、
   前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）毎に電流しきい値が設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
5. 前記電流しきい値は、値が順に大きくなるように前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）毎に設定されており、
   前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）それぞれに設定された電流しきい値は、当該一つのコンパレータに設定された電流しきい値よりも一段低い電流しきい値が設定されたコンパレータの電流しきい値の等倍になるようにそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項４に記載の過電流保護回路。
6. 前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）のうちの少なくとも１つのコンパレータに設定された電流しきい値は、一定の範囲の可変値であることを特徴とする請求項４または５に記載の過電流保護回路。
7. 前記電流しきい値が前記可変値とされたコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）に設定された電流しきい値は、前記負荷（６ａ〜６ｆ）に対する連続通電可能値であることを特徴とする請求項６に記載の過電流保護回路。
8. 前記電流しきい値が前記可変値とされたコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）に設定された電流しきい値は、前記可変値のうちの前記負荷（６ａ〜６ｆ）に対する連続通電可能値に対して一段小さい値であることを特徴とする請求項６に記載の過電流保護回路。
9. 負荷（６ａ〜６ｆ）を駆動する負荷駆動手段（１０〜１５）と、
   入力条件に従って前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオン／オフ制御する制御手段（６０、７０）と、
   前記負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出手段（３０）と、
   前記電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算するか、または、前記電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を減算する加減算手段（４０、５０〜５５）と、を備え、
   前記加減算手段（４０、５０〜５５）は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を前記今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に前記今回取得した検出電流値が前記所定電流値よりも小さい場合は減算するようになっており、
   前記制御手段（６０、７０）は、前記加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果が第１所定判定値を超えた場合に前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオフするようになっており、
   前記電流検出手段（３０）は、複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）を備え、
   前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）毎に電流しきい値が設定されており、
   前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）のうちの少なくとも１つのコンパレータに設定された電流しきい値は、一定の範囲の可変値であることを特徴とする過電流保護回路。
10. 前記所定電流値は、ワイヤ許容電流値またはワイヤ発煙電流値であることを特徴とする請求項９に記載の過電流保護回路。
11. 負荷（６ａ〜６ｆ）を駆動する負荷駆動手段（１０〜１５）と、
    入力条件に従って前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオン／オフ制御する制御手段（６０、７０）と、
    前記負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出手段（３０）と、
    前記電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算するか、または、前記電流検出手段（３０）で検出された検出電流値に応じた所定数値を減算する加減算手段（４０、５０〜５５）と、を備え、
    前記加減算手段（４０、５０〜５５）は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を加算かつ減算するか、または、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を減算するようになっており、
    前記制御手段（６０、７０）は、前記加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果が第１所定判定値を超えた場合に前記負荷駆動手段（１０〜１５）をオフするようになっており、
    前記電流検出手段（３０）は、複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）を備え、
    前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）毎に電流しきい値が設定されており、
    前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）のうちの少なくとも１つのコンパレータに設定された電流しきい値は、一定の範囲の可変値であることを特徴とする過電流保護回路。
12. 前記電流しきい値は、値が順に大きくなるように前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）毎に設定されており、
    前記複数のコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）それぞれに設定された電流しきい値は、当該一つのコンパレータに設定された電流しきい値よりも一段低い電流しきい値が設定されたコンパレータの電流しきい値の等倍になるようにそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
13. 前記電流しきい値が前記可変値とされたコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）に設定された電流しきい値は、前記負荷（６ａ〜６ｆ）に対する連続通電可能値であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
14. 前記電流しきい値が前記可変値とされたコンパレータ（３２ａ〜３２ｈ）に設定された電流しきい値は、前記可変値のうちの前記負荷（６ａ〜６ｆ）に対する連続通電可能値に対して一段小さい値であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
15. 前記加減算手段（４０、５０〜５５）において加算される所定数値は、前記検出電流値の２乗に比例する予め算出された数値であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
16. 前記負荷（６ａ〜６ｆ）は、ワイヤ（８ａ〜８ｆ）を介して通電されるようになっており、
    前記加減算手段（４０、５０〜５５）において減算される所定数値は、前記ワイヤ（８ａ〜８ｆ）に応じた放熱値であり、当該放熱値は予め算出された変数であることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
17. 前記加減算手段（４０、５０〜５５）は、一定のサンプリング周期に従って計算を行うことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
18. 前記加減算手段（４０、５０〜５５）における計算は、マイクロコンピュータによるソフトウェアで行われることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
19. 前記加減算手段（４０、５０〜５５）における計算は、ハードウェアのデジタル回路で行われることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
20. 前記負荷（６ａ〜６ｆ）は複数設けられ、前記電流検出手段（３０）は前記複数の負荷（６ａ〜６ｆ）それぞれの電流を検出し、前記加減算手段（４０、５０〜５５）は前記複数の負荷（６ａ〜６ｆ）それぞれについて検出された検出電流値に応じた計算を行うようになっており、
    前記電流検出手段（３０）と前記加減算手段（４０、５０〜５５）とを前記複数の負荷（６ａ〜６ｆ）毎に時分割制御するスケジューリング回路（２０）を備えていることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
21. 前記加減算手段（４０、５０〜５５）は、前記複数の負荷（６ａ〜６ｆ）毎の前記加減算手段（４０、５０〜５５）の計算結果を、前記複数の負荷（６ａ〜６ｆ）毎に設けられた記憶領域に格納する記憶手段を備えていることを特徴とする請求項２０に記載の過電流保護回路。

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