JP5530306B2 - Overcurrent detection device - Google Patents

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本発明は、負荷駆動回路に流れる過電流を検出する技術に係り、特に、負荷の電流特性に適した過電流判定値を設定して過電流を検出する過電流検出装置に関する。   The present invention relates to a technique for detecting an overcurrent flowing through a load drive circuit, and more particularly to an overcurrent detection device that detects an overcurrent by setting an overcurrent determination value suitable for a current characteristic of a load.

例えば、車両に搭載されるランプ等の負荷は、バッテリ(直流電源)と各負荷との間にFET(半導体スイッチ)を設け、各FETのオン、オフを切り替えることにより、各負荷の駆動、停止を制御している。このような負荷駆動回路では、短絡事故等に起因して過電流が流れた場合には、いち早くFETを遮断して、該半導体スイッチ、負荷、及びこれらを接続する電線を過熱から保護する必要がある。   For example, a load such as a lamp mounted on a vehicle is provided with an FET (semiconductor switch) between the battery (DC power supply) and each load, and each FET is turned on and off to drive and stop each load. Is controlling. In such a load driving circuit, when an overcurrent flows due to a short circuit accident or the like, it is necessary to quickly shut off the FET and protect the semiconductor switch, the load, and the electric wire connecting them from overheating. is there.

そこで、従来よりFETの両端の電圧であるドレイン・ソース間電圧Vds(以下、「電圧Vds」という)と、予め設定した過電流判定値に対応する判定電圧を比較器(コンパレータ)で比較し、電圧Vdsが判定電圧を上回った場合には、過電流が発生したものと判断して、FETを遮断するようにした過電流検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, a drain-source voltage Vds (hereinafter referred to as “voltage Vds”), which is a voltage across the FET, is compared with a determination voltage corresponding to a preset overcurrent determination value using a comparator (comparator). An overcurrent detection device is known in which, when the voltage Vds exceeds a determination voltage, it is determined that an overcurrent has occurred and the FET is cut off (see, for example, Patent Document 1).

図5は、従来における過電流検出装置が搭載された負荷駆動回路を示す説明図であり、バッテリVBと負荷RLとの間にFET(T1)が設けられている。そして、FET(T1)のドレインはレジスタ13に接続され、該レジスタ13にてバッテリ出力電圧V1に応じた判定電圧が設定され、比較器CMP1のプラス側入力端子に供給される。また、比較器CMP1のマイナス側入力端子にはFET(T1)のソース電圧V2が供給される。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing a load driving circuit on which a conventional overcurrent detection device is mounted, and an FET (T1) is provided between a battery VB and a load RL. The drain of the FET (T1) is connected to the register 13, and a determination voltage corresponding to the battery output voltage V1 is set in the register 13 and supplied to the plus side input terminal of the comparator CMP1. Further, the source voltage V2 of the FET (T1) is supplied to the negative input terminal of the comparator CMP1.

そして、スイッチSW1がオンとされ、ドライバ12の入力電圧が「L」になると、該ドライバ12はチャージポンプ11の出力電圧をFET(T1)のゲートに印加し、該FET(T1)をオンとする。これにより、負荷RLを駆動させることができる。   When the switch SW1 is turned on and the input voltage of the driver 12 becomes “L”, the driver 12 applies the output voltage of the charge pump 11 to the gate of the FET (T1), and turns on the FET (T1). To do. Thereby, the load RL can be driven.

負荷RLに通常電流が流れている場合には、FET(T1)のオン抵抗Ronによる電圧降下(即ち、電圧Vds)は小さいので、ソース電圧V2(=V1−Vds)は大きい値となり、比較器CMP1の出力信号は「L」となる。また、負荷RLに過電流が流れると、電圧Vdsが大きくなり、ソース電圧V2が低下するので比較器CMP1の出力信号が「H」に反転し、過電流が検出される。ドライバ12は、過電流が検出された場合には、FET(T1)を遮断して、負荷駆動回路全体を保護する。   When a normal current flows through the load RL, the voltage drop (that is, the voltage Vds) due to the on-resistance Ron of the FET (T1) is small, so the source voltage V2 (= V1−Vds) becomes a large value, and the comparator The output signal of CMP1 is “L”. When an overcurrent flows through the load RL, the voltage Vds increases and the source voltage V2 decreases, so that the output signal of the comparator CMP1 is inverted to “H”, and the overcurrent is detected. When an overcurrent is detected, the driver 12 blocks the FET (T1) and protects the entire load driving circuit.

図5に示した過電流保護装置において、レジスタ13に設定する判定電圧は、バッテリVBの出力電圧V1を分圧して設定しているので、電圧V1が変動して負荷電流が変化した場合であっても、この電圧変動に応じて判定電圧が変化することになり、過電流の発生を高精度に検出できる。   In the overcurrent protection device shown in FIG. 5, the determination voltage set in the register 13 is set by dividing the output voltage V1 of the battery VB, so that the voltage V1 fluctuates and the load current changes. However, the determination voltage changes according to the voltage fluctuation, and the occurrence of overcurrent can be detected with high accuracy.

例えば、バッテリVBの出力電圧V1が増大し、通常時において電圧Vdsが増加した場合であっても、これに伴って判定電圧が増加するので、相対的には電圧Vdsが判定電圧を超えることはなく、通常電流を過電流として誤検出することを防止できる。これとは反対に、バッテリVBの出力電圧V1が減少し、過電流発生時における電圧Vdsが減少した場合であっても、これに伴って判定電圧が減少するので、過電流が発生した場合には、相対的に電圧Vdsが判定電圧を超えることになり、過電流を検出することができる。   For example, even when the output voltage V1 of the battery VB is increased and the voltage Vds is increased in the normal time, the determination voltage is increased accordingly, so that the voltage Vds is relatively higher than the determination voltage. Therefore, it is possible to prevent the normal current from being erroneously detected as an overcurrent. On the contrary, even if the output voltage V1 of the battery VB decreases and the voltage Vds at the time of overcurrent occurrence decreases, the determination voltage decreases accordingly, so when an overcurrent occurs The voltage Vds relatively exceeds the determination voltage, and an overcurrent can be detected.

ところが、例えばHIDランプ(High Intensity Discharge lamp;高輝度放電ランプ)のように、バッテリVBの出力電圧V1の増加に対して、負荷電流が直線的に増加しない特性を有する負荷、より詳細には、出力電圧V1がある一定の電圧となったときに電流値がピークとなり、出力電圧V1が更に増大した場合に、ピーク値以上の電流が流れない特性を有する負荷(以下、「特殊負荷」という)を駆動する場合には、バッテリVBの出力電圧V1が増大した場合に、負荷電流が増大せず、電圧Vdsが増加しないことがある。   However, a load having a characteristic that the load current does not increase linearly with an increase in the output voltage V1 of the battery VB, such as an HID lamp (High Intensity Discharge lamp), more specifically, When the output voltage V1 becomes a certain voltage, the current value peaks, and when the output voltage V1 further increases, the load has such a characteristic that current exceeding the peak value does not flow (hereinafter referred to as “special load”). When the output voltage V1 of the battery VB increases, the load current may not increase and the voltage Vds may not increase.

このような場合には、電圧Vdsが増加していないにも関わらず、判定電圧は増加するので、電圧Vdsと判定電圧との差分が大きくなってしまう。換言すれば、通常時の負荷電流と、遮断電流(過電流判定値)との差分が大きくなるので、過電流が流れてFETが遮断されるまでに長時間を要してしまい、FETや負荷、及びこれらを接続する電線が過熱するという問題が発生する。   In such a case, the determination voltage increases even though the voltage Vds has not increased, so the difference between the voltage Vds and the determination voltage becomes large. In other words, since the difference between the normal load current and the cutoff current (overcurrent determination value) becomes large, it takes a long time for the FET to shut off due to the overcurrent flowing, and the FET or load And the electric wire which connects these overheats.

特開2006−197768号公報JP 2006-197768 A

上述したように、従来における過電流検出装置では、HIDランプのように、バッテリの出力電圧の変化応じて負荷電流が直線的に変動しない特性を有する負荷を駆動する場合には、負荷駆動回路を構成する電線、FET等の素子が過熱することがあり、このため、電線径を太くする等の対応が必要になり、装置の大型化、高コスト化を招くという欠点があった。   As described above, in the conventional overcurrent detection device, when driving a load having a characteristic that the load current does not fluctuate linearly according to the change in the output voltage of the battery, such as an HID lamp, a load driving circuit is used. Elements such as electric wires and FETs to be configured may be overheated. For this reason, it is necessary to take measures such as increasing the diameter of the electric wires, which leads to a disadvantage that the apparatus is increased in size and cost.

本発明は、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、供給電圧に対して負荷電流が直線的に変化しない特性の負荷を駆動する駆動回路であっても、高精度に過電流の発生を検出することが可能な過電流検出装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is a drive circuit that drives a load having a characteristic that the load current does not change linearly with respect to the supply voltage. Even if it exists, it is providing the overcurrent detection apparatus which can detect generation | occurrence | production of overcurrent with high precision.

上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、直流電源(例えば、バッテリVB)と負荷を接続する回路に半導体スイッチ(例えば、FET)を設け、該半導体スイッチのオン、オフを切り替えることにより、前記負荷の駆動、停止を制御する負荷駆動回路の、過電流を検出する過電流検出装置において、互いに直列接続される第1の抵抗(例えば、R1)、第2の抵抗(例えば、R2)、及びツェナーダイオード(例えば、ZD1)を有し、前記第1の抵抗の一端が前記半導体スイッチと前記負荷との接続点に接続され、前記ツェナーダイオードの一端がグランドに接地される電圧重畳回路(例えば、電圧重畳回路14)と、前記半導体スイッチと前記直流電源との接続点に生じる電圧(V1)に基づいて、過電流の判定電圧を設定する判定電圧設定手段(例えば、レジスタ13)と、前記判定電圧と、前記第1の抵抗と第2の抵抗との接続点に生じる測定電圧とを比較し、前記測定電圧が前記判定電圧を上回った場合に、過電流判定信号を出力する比較手段(例えば、比較器CMP1)と、駆動指令に応じて、前記半導体スイッチのオン、オフを制御すると共に、前記過電流判定信号が出力された際に、前記半導体スイッチをオフとする制御手段(例えば、ドライバ12)と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a semiconductor switch (eg, FET) is provided in a circuit connecting a DC power supply (eg, battery VB) and a load, and the semiconductor switch is turned on / off. In the overcurrent detection device for detecting overcurrent of the load drive circuit that controls driving and stopping of the load by switching, a first resistor (for example, R1) and a second resistor (for example, R1) connected in series with each other , R2), and a Zener diode (for example, ZD1), one end of the first resistor is connected to a connection point between the semiconductor switch and the load, and one end of the Zener diode is grounded to ground Based on the voltage (V1) generated at the connection point between the superposition circuit (for example, the voltage superposition circuit 14) and the semiconductor switch and the DC power supply, the overcurrent determination voltage is determined. A determination voltage setting means (for example, a register 13) to be determined, the determination voltage is compared with a measurement voltage generated at a connection point between the first resistor and the second resistor, and the measurement voltage determines the determination voltage. In the case of exceeding, the comparison means (for example, the comparator CMP1) that outputs an overcurrent determination signal and the on / off of the semiconductor switch are controlled according to the drive command, and the overcurrent determination signal is output And a control means (for example, driver 12) for turning off the semiconductor switch.

請求項2に記載の発明は、前記直流電源は、車両に搭載されるバッテリであり、前記負荷は、印加される電圧の変化に対して負荷電流が直線的に変化しないランプ負荷(例えば、HIDランプ)であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the DC power source is a battery mounted on a vehicle, and the load is a lamp load whose load current does not change linearly with respect to a change in applied voltage (for example, HID). Lamp).

本発明に係る過電流検出装置では、半導体スイッチと負荷との接続点と、グランドとの間に電圧重畳回路が設けられ、該電圧重畳回路に含まれるツェナーダイオードの両端電圧がツェナー電圧を超えると、電圧重畳回路に電流が流れ、第1の抵抗に電圧降下が発生する。そして、この電圧降下分が重畳電圧となって半導体スイッチの両端電圧に加算され、加算後の電圧と判定電圧との比較により、過電流が検出される。従って、直流電源の出力電圧の増加に対して、負荷電流が直線的に増加しない特性を有する負荷(例えば、HIDランプ)を駆動する場合であっても、高精度に過電流の発生を検出することができる。   In the overcurrent detection device according to the present invention, a voltage superimposing circuit is provided between the connection point of the semiconductor switch and the load and the ground, and the voltage across the Zener diode included in the voltage superimposing circuit exceeds the Zener voltage. A current flows through the voltage superimposing circuit, and a voltage drop occurs in the first resistor. Then, this voltage drop becomes a superimposed voltage and added to the voltage across the semiconductor switch, and an overcurrent is detected by comparing the voltage after the addition with the determination voltage. Therefore, even when driving a load (for example, an HID lamp) having a characteristic that the load current does not increase linearly with an increase in the output voltage of the DC power supply, the occurrence of overcurrent is detected with high accuracy. be able to.

本発明の第1実施形態に係る過電流検出装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the overcurrent detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る過電流検出装置の、バッテリ出力電圧V1と遮断電流Ithとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the battery output voltage V1 and interruption | blocking current Ith of the overcurrent detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 電圧重畳回路を設けない場合の、判定電圧と遮断電流との関係を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the relationship between the determination voltage and interruption | blocking current when not providing a voltage superimposition circuit. 電圧重畳回路を設けた場合の、判定電圧と遮断電流との関係を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the relationship between the determination voltage and interruption | blocking current at the time of providing a voltage superimposition circuit. 従来における過電流検出装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the conventional overcurrent detection apparatus.

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、本発明の第1実施形態に係る過電流検出装置が搭載された負荷駆動回路の構成を示す回路図である。図1に示すように、負荷駆動回路は、バッテリ(直流電源)VBと、FET(T1;半導体スイッチ)、及び負荷RLを備えており、FET(T1)のオン、オフを切り替えることにより、負荷RLの駆動、停止を制御することができる。即ち、バッテリVBのプラス端子はFET(T1)のドレインに接続され、該FET(T1)のソースは、負荷RLの一端に接続され、負荷RLの他端はグランドに接地されている。なお、負荷RLは、例えば、HIDランプ等の、バッテリVBの出力電圧V1の増加に対して、負荷電流が直線的に増加しない特性を有する負荷(以下、これを「特殊負荷」と称する)である。   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 load drive circuit equipped with an overcurrent detection device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the load drive circuit includes a battery (DC power supply) VB, an FET (T1; semiconductor switch), and a load RL. By switching on and off of the FET (T1), the load drive circuit The driving and stopping of the RL can be controlled. That is, the positive terminal of the battery VB is connected to the drain of the FET (T1), the source of the FET (T1) is connected to one end of the load RL, and the other end of the load RL is grounded. The load RL is, for example, a load having a characteristic that the load current does not increase linearly with an increase in the output voltage V1 of the battery VB, such as an HID lamp (hereinafter referred to as “special load”). is there.

また、過電流検出装置は、ドライバ12と、チャージポンプ11と、比較器(比較手段)CMP1と、レジスタ(判定電圧設定手段)13、及び電圧重畳回路14を備えている。更に、抵抗R3,R4、スイッチSW1を備えている。   Further, the overcurrent detection device includes a driver 12, a charge pump 11, a comparator (comparing means) CMP1, a register (determination voltage setting means) 13, and a voltage superimposing circuit 14. Further, resistors R3 and R4 and a switch SW1 are provided.

ドライバ(制御手段)12は、チャージポンプ11に接続され、スイッチSW1がオンとされて、入力信号が「H」から「L」に切り替えられると、抵抗R4を経由してFET(T1)のゲートに駆動信号を印加する。これにより、FET(T1)をオンとすることができる。   The driver (control means) 12 is connected to the charge pump 11, the switch SW1 is turned on, and when the input signal is switched from “H” to “L”, the gate of the FET (T1) via the resistor R4. A drive signal is applied to. Thereby, the FET (T1) can be turned on.

レジスタ13は、FET(T1)のドレインに接続され、該ドレインに生じる電圧V1(バッテリVBの出力電圧)を所定の比率で分圧し、分圧した電圧を判定電圧VMとして、比較器CMP1のプラス側入力端子に供給する。   The register 13 is connected to the drain of the FET (T1), divides the voltage V1 (output voltage of the battery VB) generated at the drain at a predetermined ratio, and uses the divided voltage as the determination voltage VM. Supply to the side input terminal.

電圧重畳回路14は、抵抗R1とR2、及びツェナーダイオードZD1を有しており、抵抗R1の一端はFET(T1)のソースに接続され、他端は2系統に分岐され、一つ目の分岐線は、抵抗R2及びツェナーダイオードZD1を介してグランドに接地されている。また、二つ目の分岐線は、比較器CMP1のマイナス側入力端子に接続されている。即ち、抵抗R1とR2の接続点に生じる電圧(測定電圧)が、比較器CMP1のマイナス側入力端子に供給される。なお、本実施形態では、抵抗R1とR2の比率は、{R1/(R1+R2)}=0.004となるように設定している。   The voltage superimposing circuit 14 has resistors R1 and R2 and a Zener diode ZD1, one end of the resistor R1 is connected to the source of the FET (T1), the other end is branched into two systems, and the first branch The line is grounded via a resistor R2 and a Zener diode ZD1. The second branch line is connected to the negative input terminal of the comparator CMP1. That is, the voltage (measurement voltage) generated at the connection point between the resistors R1 and R2 is supplied to the negative input terminal of the comparator CMP1. In the present embodiment, the ratio between the resistors R1 and R2 is set to be {R1 / (R1 + R2)} = 0.004.

更に、本実施形態では、ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧(降伏電圧)を10Vに設定している。また、負荷RLは、印加される電圧が12V程度のときに、負荷電流がピーク値の10Aとなり、12Vよりも電圧が低くなると、直線的に負荷電流が減少する。また、12Vよりも電圧が高くなると、負荷電流が直線的に若干量減少する。即ち、負荷RLとして、HIDランプを用いた場合には、負荷電流I1は、図2の曲線S1に示すように、V1=8VのときにI1=4A(負荷抵抗2Ω)、V1=12VのときにI1=10A(負荷抵抗1.2Ω)、そして、V1=16VのときにI1=8(負荷抵抗2Ω)となるように変化する特性を有する。   Furthermore, in this embodiment, the Zener voltage (breakdown voltage) of the Zener diode ZD1 is set to 10V. In addition, when the applied voltage is about 12V, the load RL has a peak current of 10A, and when the voltage becomes lower than 12V, the load current decreases linearly. Further, when the voltage becomes higher than 12V, the load current decreases linearly by a certain amount. That is, when an HID lamp is used as the load RL, the load current I1 is I1 = 4A (load resistance 2Ω) when V1 = 8V and V1 = 12V, as shown by the curve S1 in FIG. And I1 = 10A (load resistance 1.2Ω), and when V1 = 16V, I1 = 8 (load resistance 2Ω).

次に、本実施形態に係る過電流検出装置の作用について説明する。図2は、バッテリVBの出力電圧V1と、負荷RLに流れる負荷電流I1(図中S1)、及び遮断電流Ith(図中S2)との関係を示す特性図であり、曲線S2aは電圧重畳回路14を設けた場合、S2bは電圧重畳回路14を設けない場合の特性を示している。また、図3は、電圧重畳回路14を設けない場合(従来の場合)におけるV1=8V,12V,16Vのときの、判定電圧VMと遮断電流Ithとの関係を模式的に示す説明図であり、図4は、電圧重畳回路14を設けた場合(本実施形態の場合)におけるV1=8V,12V,16Vのときの、判定電圧VMと遮断電流Ithとの関係を模式的に示す説明図である。   Next, the operation of the overcurrent detection device according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the output voltage V1 of the battery VB, the load current I1 (S1 in the figure) flowing through the load RL, and the cutoff current Ith (S2 in the figure), and the curve S2a is a voltage superposition circuit. When 14 is provided, S2b indicates characteristics when the voltage superimposing circuit 14 is not provided. FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the relationship between the determination voltage VM and the cutoff current Ith when V1 = 8V, 12V, and 16V when the voltage superimposing circuit 14 is not provided (conventional case). FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the relationship between the determination voltage VM and the cutoff current Ith when V1 = 8V, 12V, and 16V when the voltage superimposing circuit 14 is provided (in the case of the present embodiment). is there.

図1に示すスイッチSW1をオンとすると、ドライバ12に供給される信号が「H」から「L」に切り替わるので、該ドライバ12は、チャージポンプ11の出力電圧を抵抗R4を経由してFET(T1)のゲートに供給する。これにより、FET(T1)がオンとなって、負荷RLが駆動する。   When the switch SW1 shown in FIG. 1 is turned on, the signal supplied to the driver 12 is switched from “H” to “L”. Therefore, the driver 12 sends the output voltage of the charge pump 11 to the FET ( To the gate of T1). As a result, the FET (T1) is turned on and the load RL is driven.

ここで、FET(T1)のオン抵抗Ronを5mΩとし、レジスタ13より出力される判定電圧VMは電圧V1に対して「0.00518/1」の比率で設定されるものとする。従って、例えば、負荷電流I1が4Aの場合には、FET(T1)のドレイン・ソース間電圧Vdsは20mVとなる。また、電圧V1が8Vの場合には、判定電圧VMは41.5mVとなる。   Here, it is assumed that the ON resistance Ron of the FET (T1) is 5 mΩ, and the determination voltage VM output from the register 13 is set at a ratio of “0.00518 / 1” with respect to the voltage V1. Therefore, for example, when the load current I1 is 4 A, the drain-source voltage Vds of the FET (T1) is 20 mV. When the voltage V1 is 8V, the determination voltage VM is 41.5 mV.

以下、負荷RLが抵抗系の負荷、即ち、電圧の上昇に伴って直線的に負荷電流が増加する負荷;以下、「通常負荷」という)である場合と、HIDランプ等の特殊負荷である場合を比較して、出力電圧V1と遮断電流Ithとの関係について説明する。   Hereinafter, the load RL is a resistance load, that is, a load in which the load current increases linearly as the voltage increases; hereinafter referred to as “normal load”), and a special load such as an HID lamp. The relationship between the output voltage V1 and the cutoff current Ith will be described.

[通常負荷の場合]
図1に示す負荷RLが通常負荷(抵抗値1Ω)である場合には、電圧重畳回路14を設けない。従って、図2の曲線S2,S2bに示すように、出力電圧V1の変化に対して、遮断電流Ithが直線的に変化することになる。即ち、図3(a)に示すように、V1が8Vの場合には、判定電圧VM=41.5mVとなり、負荷電流I1が8Aとなるので、電圧Vdsは40mVとなる。そして、遮断電流Ithは、8.3A(41.5/5=8.3)となる。
[For normal load]
When the load RL shown in FIG. 1 is a normal load (resistance value 1Ω), the voltage superimposing circuit 14 is not provided. Therefore, as shown by the curves S2 and S2b in FIG. 2, the cutoff current Ith changes linearly with respect to the change in the output voltage V1. That is, as shown in FIG. 3A, when V1 is 8V, the determination voltage VM = 41.5 mV and the load current I1 is 8A, so the voltage Vds is 40 mV. The cutoff current Ith is 8.3 A (41.5 / 5 = 8.3).

また、図3(b)に示すように、V1が12Vの場合には、判定電圧VMは62mVとなり、負荷電流I1が12Aとなるので、電圧Vdsは60mVとなる。そして、遮断電流Ithは、12.4A(62/5=12.4)となる。   As shown in FIG. 3B, when V1 is 12 V, the determination voltage VM is 62 mV, and the load current I1 is 12 A, so the voltage Vds is 60 mV. The cutoff current Ith is 12.4 A (62/5 = 12.4).

更に、図3(c)に示すように、V1が16Vの場合には、判定電圧VMは83mVとなり、負荷電流I1が16Aとなるので、電圧Vdsは80mVとなる。そして、遮断電流Ithは、16.6A(83/5=16.6)となる。   Further, as shown in FIG. 3C, when V1 is 16V, the determination voltage VM is 83 mV and the load current I1 is 16A, so the voltage Vds is 80 mV. The cut-off current Ith is 16.6 A (83/5 = 16.6).

上述のように、負荷RLが通常負荷の場合には、電圧重畳回路14を設けることなく、バッテリVBの出力電圧V1の変動に応じた遮断電流Ithが設定され、過電流を検出することができる。   As described above, when the load RL is a normal load, the cut-off current Ith corresponding to the fluctuation of the output voltage V1 of the battery VB is set without providing the voltage superposition circuit 14, and an overcurrent can be detected. .

[特殊負荷の場合]
次に、本実施形態の特徴である負荷RLがHIDランプ等の特殊負荷である場合の、出力電圧V1と遮断電流Ithとの関係について説明する。特殊負荷を用いる場合には、図1に示すように、電圧重畳回路14を設ける。
[For special loads]
Next, the relationship between the output voltage V1 and the cutoff current Ith when the load RL, which is a feature of the present embodiment, is a special load such as an HID lamp will be described. When a special load is used, a voltage superimposing circuit 14 is provided as shown in FIG.

そして、特殊負荷を用いた場合には、図2の曲線S1に示すように、バッテリVBの出力電圧V1が8Vである場合には、負荷RLの抵抗が2Ωとなり、負荷電流I1は4Aとなる。そして、図4(a)に示すように、出力電圧V1が8Vであるから、判定電圧VMは41.5mVとなり、遮断電流Ithは8.3A(=41.5/5)となる。また、曲線S2に示すように、電圧V1が増加するに連れて、遮断電流Ithが直線的に増加する。更に、電圧重畳回路14が設けられているので、出力電圧V1が10Vに達すると、図1に示すFET(T1)のソース電圧V2はほぼ10Vとなり、ツェナーダイオードZD1の逆電圧がツェナー電圧に達し、ツェナーダイオードZD1に逆方向の電流が流れる。即ち、T1のソース→R1→R2→ZD1→グランドの経路に電流I2が流れる。従って、抵抗R1には、「I2*R1」で示される電圧降下が発生し、この電圧(以下、重畳電圧Vgという)が電圧Vdsに重畳されることになる。従って、遮断電流Ithは、図2の曲線S2aのように変化する。そして、判定電圧VMと、Vds+Vgとの比較により、過電流が検出されることになる。   When a special load is used, as shown by a curve S1 in FIG. 2, when the output voltage V1 of the battery VB is 8V, the resistance of the load RL is 2Ω and the load current I1 is 4A. . As shown in FIG. 4A, since the output voltage V1 is 8V, the determination voltage VM is 41.5 mV, and the cutoff current Ith is 8.3 A (= 41.5 / 5). Further, as indicated by the curve S2, the cutoff current Ith increases linearly as the voltage V1 increases. Further, since the voltage superimposing circuit 14 is provided, when the output voltage V1 reaches 10V, the source voltage V2 of the FET (T1) shown in FIG. 1 becomes approximately 10V, and the reverse voltage of the Zener diode ZD1 reaches the Zener voltage. A reverse current flows through the Zener diode ZD1. That is, the current I2 flows through the path of the source T1, R1, R2, ZD1, and ground. Therefore, a voltage drop indicated by “I2 * R1” occurs in the resistor R1, and this voltage (hereinafter referred to as a superimposed voltage Vg) is superimposed on the voltage Vds. Therefore, the cutoff current Ith changes as shown by the curve S2a in FIG. Then, an overcurrent is detected by comparing the determination voltage VM with Vds + Vg.

そして、出力電圧V1が12Vとなった場合には、ツェナー電圧10Vとの差分が2Vであり、また、上述したように{R1/(R1+R2)}=0.004であるから、抵抗R1の両端に生じる電圧は8mVとなる。従って、図4(b)に示すように、電圧Vdsに重畳電圧Vgが加算され、これは、判定電圧VMが62mVから(62−8)=54mVまで縮小されたことに等しくなる。従って、遮断電流Ithは、54/5=10.8Aとなる。   When the output voltage V1 becomes 12V, the difference from the Zener voltage 10V is 2V, and since {R1 / (R1 + R2)} = 0.004 as described above, both ends of the resistor R1. The resulting voltage is 8 mV. Therefore, as shown in FIG. 4B, the superimposed voltage Vg is added to the voltage Vds, which is equivalent to the determination voltage VM being reduced from 62 mV to (62−8) = 54 mV. Therefore, the breaking current Ith is 54/5 = 10.8A.

また、仮に電圧重畳回路14が設けられていない場合には、抵抗R1による電圧降下8mVが存在しないので、遮断電流Ithは、62/5=12.4Aとなる。つまり、電圧重畳回路14を設けたことにより、遮断電流Ithが12.4Aから10.8Aに縮小されたことになる。これは、過電流が発生した場合には、より速くFET(T1)を遮断して、負荷駆動回路全体を過熱から保護することを意味する。   Further, if the voltage superimposing circuit 14 is not provided, there is no voltage drop 8 mV due to the resistor R1, so the cutoff current Ith is 62/5 = 12.4A. That is, by providing the voltage superimposing circuit 14, the cutoff current Ith is reduced from 12.4A to 10.8A. This means that when an overcurrent occurs, the FET (T1) is cut off more quickly to protect the entire load drive circuit from overheating.

次に、出力電圧V1が16Vとなった場合には、ツェナー電圧10Vとの差分が6Vであるから、抵抗R1の両端に生じる電圧は、6*0.004=24mVとなる。従って、図4(c)に示すように、判定電圧VMは、83mVから(83−24)=59mVまで縮小されたことに等しくなり、遮断電流Ithは、59/5=11.8Aとなる。   Next, when the output voltage V1 is 16V, the difference from the Zener voltage 10V is 6V, so the voltage generated across the resistor R1 is 6 * 0.004 = 24mV. Accordingly, as shown in FIG. 4C, the determination voltage VM is equal to that reduced from 83 mV to (83-24) = 59 mV, and the cut-off current Ith is 59/5 = 11.8 A.

仮に電圧重畳回路14が設けられていない場合には、抵抗R1による電圧降下24mVが存在しないので、遮断電流Ithは、83/5=16.6Aとなる。つまり、電圧重畳回路14を設けたことにより、遮断電流Ithが16.6Aから11.8Aに縮小されたことになる。従って、過電流が発生した場合には、より速くFET(T1)を遮断して、負荷駆動回路全体を過熱から保護することができる。   If the voltage superimposing circuit 14 is not provided, since there is no voltage drop 24 mV due to the resistor R1, the cutoff current Ith is 83/5 = 16.6A. That is, by providing the voltage superimposing circuit 14, the cutoff current Ith is reduced from 16.6A to 11.8A. Therefore, when an overcurrent occurs, the FET (T1) can be cut off faster and the entire load drive circuit can be protected from overheating.

このようにして、本実施形態に係る過電流保護装置では、電圧重畳回路14を設けることにより、ツェナーダイオードZD1に印加される逆電圧がツェナー電圧に達すると、該ツェナーダイオードZD1に一定の電流が流れ、抵抗R1に電圧降下(重畳電圧Vg)を発生させる。従って、比較器CMP1では、電圧Vdsに重畳電圧Vgを加算した電圧と、判定電圧VMとが比較されることなり、判定電圧VMが重畳電圧Vgだけ減少したことに等しくなる。その結果、HIDランプ等の特殊負荷に対して、適切な遮断電流Ithを設定することができる。   In this way, in the overcurrent protection device according to the present embodiment, when the reverse voltage applied to the Zener diode ZD1 reaches the Zener voltage by providing the voltage superimposing circuit 14, a constant current is supplied to the Zener diode ZD1. A voltage drop (superimposed voltage Vg) is generated in the resistor R1. Therefore, in the comparator CMP1, the voltage obtained by adding the superimposed voltage Vg to the voltage Vds is compared with the determination voltage VM, which is equivalent to the determination voltage VM being reduced by the superimposed voltage Vg. As a result, an appropriate cutoff current Ith can be set for a special load such as an HID lamp.

従って、従来のように、電線径を太くすることや、大型のFETを用いる等の対応を採る必要が無くなり、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。   Therefore, it is not necessary to take measures such as increasing the wire diameter or using a large FET as in the conventional case, and the device can be reduced in size and cost.

以上、本発明の過電流検出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。   The overcurrent detection device of the present invention has been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. be able to.

本発明は、HIDランプのような電流特性を有する負荷を過電流から保護することに利用することができる。   The present invention can be used to protect a load having current characteristics such as an HID lamp from overcurrent.

11 チャージポンプ
12 ドライバ
13 レジスタ
CMP1 比較器(比較手段)
VB バッテリ(直流電源)
RL 負荷
T1 FET(半導体スイッチ)
R1 抵抗(第1の抵抗)
R2 抵抗(第2の抵抗)
ZD1 ツェナーダイオード
11 Charge pump 12 Driver 13 Register CMP1 Comparator (comparison means)
VB battery (DC power supply)
RL load T1 FET (semiconductor switch)
R1 resistance (first resistance)
R2 resistance (second resistance)
ZD1 Zener diode

Claims (2)

直流電源と負荷を接続する回路に半導体スイッチを設け、該半導体スイッチのオン、オフを切り替えることにより、前記負荷の駆動、停止を制御する負荷駆動回路の、過電流を検出する過電流検出装置において、
互いに直列接続される第1の抵抗、第2の抵抗、及びツェナーダイオードを有し、前記第1の抵抗の一端が前記半導体スイッチと前記負荷との接続点に接続され、前記ツェナーダイオードの一端がグランドに接地される電圧重畳回路と、
前記半導体スイッチと前記直流電源との接続点に生じる電圧に基づいて、過電流の判定電圧を設定する判定電圧設定手段と、
前記判定電圧と、前記第1の抵抗と第2の抵抗との接続点に生じる測定電圧とを比較し、前記測定電圧が前記判定電圧を上回った場合に、過電流判定信号を出力する比較手段と、
駆動指令に応じて、前記半導体スイッチのオン、オフを制御すると共に、前記過電流判定信号が出力された際に、前記半導体スイッチをオフとする制御手段と、
を備えたことを特徴とする過電流検出装置。
In an overcurrent detection device that detects an overcurrent of a load drive circuit that controls driving and stopping of the load by providing a semiconductor switch in a circuit that connects a DC power supply and a load, and switching the semiconductor switch on and off ,
A first resistor, a second resistor, and a Zener diode connected in series with each other. One end of the first resistor is connected to a connection point between the semiconductor switch and the load, and one end of the Zener diode is A voltage superposition circuit grounded to ground,
Determination voltage setting means for setting an overcurrent determination voltage based on a voltage generated at a connection point between the semiconductor switch and the DC power supply;
Comparing means for comparing the determination voltage with a measurement voltage generated at a connection point between the first resistor and the second resistor, and outputting an overcurrent determination signal when the measurement voltage exceeds the determination voltage When,
Control means for turning on and off the semiconductor switch according to a drive command, and turning off the semiconductor switch when the overcurrent determination signal is output;
An overcurrent detection device comprising:
前記直流電源は、車両に搭載されるバッテリであり、
前記負荷は、印加される電圧の変化に対して負荷電流が直線的に変化しないランプ負荷であることを特徴とする請求項1に記載の過電流検出装置。
The DC power source is a battery mounted on a vehicle,
2. The overcurrent detection device according to claim 1, wherein the load is a lamp load in which a load current does not change linearly with respect to a change in applied voltage.
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