JP5675245B2 - Load drive device - Google Patents
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Description
本発明は、電源と負荷を接続する配線に複数の半導体スイッチを並列に配置し、各半導体スイッチを連動してオン、オフ動作させることにより、負荷の駆動、停止を制御する負荷駆動装置に係り、特に、半導体スイッチのオフ動作中に過大な電流が流れた場合に即時に該半導体スイッチを遮断する技術に関する。 The present invention relates to a load driving device that controls driving and stopping of a load by arranging a plurality of semiconductor switches in parallel on a wiring connecting a power source and a load and operating each semiconductor switch in conjunction with an on / off operation. In particular, the present invention relates to a technique for immediately shutting off a semiconductor switch when an excessive current flows during the OFF operation of the semiconductor switch.
車両に搭載されるランプ、モータ等の負荷は、バッテリと負荷との間にMOSFET(以下、「FET」と略す)を設け、該FETのオン、オフを切り替えることにより、負荷の駆動、停止を制御している。このような負荷駆動装置では、FETをオンからオフに切り替える際に、瞬時にゲート電圧を遮断するとノイズが発生することがある。そこで、FETのゲートを閉じる速度を抑制することにより、ノイズの発生を抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Loads such as lamps and motors mounted on the vehicle are provided with a MOSFET (hereinafter abbreviated as “FET”) between the battery and the load, and the FET is turned on and off to drive and stop the load. I have control. In such a load driving device, when the FET is switched from on to off, noise may occur if the gate voltage is cut off instantaneously. Therefore, a technique for suppressing the generation of noise by suppressing the speed at which the gate of the FET is closed has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ところが、この方法を用いると、FETをオフとしてから完全にFETのゲートが閉じるまでに長い時間(これを「オフ動作時間」という)を要してしまい、オフ動作時間中に負荷回路にショート故障が発生した場合には、過電流の保護回路が機能しないので、FETを含む駆動回路が過熱するという問題が発生する。 However, when this method is used, it takes a long time (this is called “off operation time”) until the FET gate is completely closed after turning off the FET, and a short circuit failure occurs in the load circuit during the off operation time. When this occurs, since the overcurrent protection circuit does not function, the drive circuit including the FET overheats.
他方、例えば、リヤデフォッガのように、駆動時に大電流が流れる負荷については、一つの半導体スイッチでは負荷の定常電流に耐えることができない場合があり、このような場合には、2個の半導体スイッチを並列に接続し、各半導体スイッチを連動して作動させることにより、負荷電流を2個の半導体スイッチに分散させている。 On the other hand, for example, a load in which a large current flows during driving, such as a rear defogger, may not be able to withstand the steady current of the load with one semiconductor switch. In such a case, two semiconductor switches Are connected in parallel, and the semiconductor switches are operated in conjunction with each other, thereby distributing the load current to the two semiconductor switches.
このような駆動回路においては、複数の半導体スイッチをオンからオフに切り替える際に、一方の半導体スイッチに電流が集中し、電流が集中した半導体スイッチが過熱するという問題が発生する。そこで、2個の半導体スイッチのオン、オフ動作の時間ずれを解消するために、例えば特許文献2に記載されているように、2つのFETのゲートを共通化することにより、各FETを同時に作動させることが提案されている。
In such a drive circuit, when a plurality of semiconductor switches are switched from on to off, there is a problem that current is concentrated on one semiconductor switch and the semiconductor switch on which current is concentrated is overheated. Therefore, in order to eliminate the time lag between the on and off operations of the two semiconductor switches, for example, as described in
しかしながら、この場合においても上述したように、オフ動作時間を長く設定した場合には、このオフ動作時間中にショート故障が発生した場合に、過電流の保護機能が作動せずに、駆動回路が過熱するという問題が発生する。 However, even in this case, as described above, when the off operation time is set to be long, if a short circuit failure occurs during the off operation time, the overcurrent protection function does not operate and the drive circuit operates. The problem of overheating occurs.
上述したように、従来における負荷制御装置では、ノイズを低減するために半導体スイッチ(FET)のオフ動作時間を長く設定すると、オフ動作時間中にショート故障が発生した場合に、これに対応することができず、また、複数の半導体スイッチを並列に接続してオン、オフを制御する場合においても同様に、半導体スイッチのオフ動作時間を長く設定した場合にはショート故障の発生時に半導体スイッチを即時に遮断することができないという問題が発生していた。 As described above, in the conventional load control device, when the OFF operation time of the semiconductor switch (FET) is set to be long in order to reduce noise, the short-circuit failure occurs during the OFF operation time. In addition, when a plurality of semiconductor switches are connected in parallel to control ON / OFF, similarly, if the semiconductor switch OFF operation time is set to be long, the semiconductor switch is immediately connected when a short circuit failure occurs. There was a problem that could not be shut off.
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、複数の半導体スイッチを並列に接続して負荷の駆動、停止を制御する回路において、各半導体スイッチのオフ動作時間中に過電流が発生した場合に、いち早く半導体スイッチを遮断して、回路を保護することが可能な負荷駆動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 the object of the present invention is to connect a plurality of semiconductor switches in parallel to control driving and stopping of a load. An object of the present invention is to provide a load driving device capable of protecting a circuit by quickly shutting off a semiconductor switch when an overcurrent occurs during an OFF operation time of the semiconductor switch.
上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、半導体スイッチ及び該半導体スイッチのオン、オフを制御する制御回路を備えたリレー回路(11,11a)を複数個並列に接続したリレー回路群を有し、電源と負荷を接続する電路に前記リレー回路群を配置し、前記各半導体スイッチを連動して作動させて、前記負荷の駆動、停止を制御する負荷駆動装置において、前記各リレー回路は、駆動指令が入力された際に、前記半導体スイッチの制御入力に駆動信号を出力し、停止時には前記制御入力に出力する駆動信号を、所定のオフ動作時間で徐々に低下させて該駆動信号をオフとする駆動制御手段と、前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された電流が、予め設定した閾値電流を超えた場合に過電流検出信号を出力する電流判定手段と、前記電流判定手段より過電流検出信号が出力された際に、前記半導体スイッチの制御入力の電位を低下させる立ち下げ手段と、前記駆動指令のオン、オフを判定する入力判定手段と、を備え、前記電流判定手段は、前記入力判定手段にて、前記駆動指令がオンからオフに切り替えられたと判定された場合に、前記閾値電流を該閾値電流よりも低い他の閾値電流に変更することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項5に記載の発明は、半導体スイッチ及び該半導体スイッチのオン、オフを制御する制御回路を備えたリレー回路を複数個並列に接続したリレー回路群を有し、電源と負荷を接続する電路に前記リレー回路群を配置し、前記各半導体スイッチを連動して作動させて、前記負荷の駆動、停止を制御する負荷駆動装置において、前記各リレー回路は、駆動指令が入力された際に、前記半導体スイッチの制御入力に駆動信号を出力し、停止時には前記制御入力に出力する駆動信号を、所定のオフ動作時間で徐々に低下させて該駆動信号をオフとする駆動制御手段と、前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された電流が、予め設定した閾値電流を超えた場合に過電流検出信号を出力する電流判定手段と、前記電流判定手段より過電流検出信号が出力された際に、前記半導体スイッチの制御入力の電位を低下させる立ち下げ手段と、を備え、前記立ち下げ手段は、前記半導体スイッチの制御入力の電位を低下させた後、所定時間の経過後に前記制御入力の電位を元に戻すことを特徴とする。 The invention according to claim 5 includes a relay circuit group in which a plurality of relay circuits including a semiconductor switch and a control circuit for controlling on / off of the semiconductor switch are connected in parallel, and an electric circuit for connecting a power source and a load. In the load driving device that controls the driving and stopping of the load by operating the semiconductor switches in conjunction with each other, the relay circuits, when a driving command is input, Drive control means for outputting a drive signal to the control input of the semiconductor switch, and gradually lowering the drive signal output to the control input at a predetermined off operation time when stopped to turn off the drive signal; and the semiconductor Current detection means for detecting a current flowing through the switch, and a current determination means for outputting an overcurrent detection signal when the current detected by the current detection means exceeds a preset threshold current. If, when the overcurrent detection signal from the current determination means is output, and a fall means lowering the potential of the control input of the semiconductor switch, the falling section, the control input of the semiconductor switch After the potential is lowered, the potential of the control input is restored after a predetermined time has elapsed.
本発明に係る負荷駆動装置では、半導体スイッチのオフ動作時間中においても該半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段を備え、該電流検出手段で検出される電流が予め設定した閾値電流を上回った場合に、立ち下げ手段により、半導体スイッチの制御入力の電位を低下させる。このため、半導体スイッチのオフ動作時間を長く設定した場合で、このオフ動作時間中にショート故障が発生した場合であっても、即時に半導体スイッチを遮断して負荷回路全体を過電流から保護することができる。 The load driving device according to the present invention includes current detecting means for detecting a current flowing through the semiconductor switch even during the OFF operation time of the semiconductor switch, and the current detected by the current detecting means exceeds a preset threshold current. In this case, the potential of the control input of the semiconductor switch is lowered by the falling means. For this reason, even when a long OFF operation time of the semiconductor switch is set and a short circuit failure occurs during this OFF operation time, the semiconductor switch is immediately shut off to protect the entire load circuit from overcurrent. be able to.
また、複数系統のリレー回路を用いて負荷を駆動する際に、一つのリレー回路に電流が集中し、リレー回路のオフ時に過大な電流が流れた場合であっても、半導体スイッチを即時に遮断することができる。 Also, when driving a load using multiple systems of relay circuits, even if the current concentrates on one relay circuit and excessive current flows when the relay circuit is off, the semiconductor switch is immediately shut off can do.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る負荷駆動装置の構成を示すブロック図、図2は、図1に示すリレー回路11の詳細な構成を示すブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the load driving device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the
図1に示すように、この負荷駆動装置は、電源VBと負荷RLとの間に、互いに並列に接続されたリレー回路11,11aが設けられ、各リレー回路11,11aに設けられたFET(T1),(T1a)を連動してオン、オフ動作させることにより、負荷RLの駆動、停止を制御する。即ち、電源VB(出力電圧も同一の符号VBで示す)は、各リレー回路11,11aの電源端子TB2,TB2aにそれぞれ接続され、更に、各出力端子TB3,TB3aは負荷RLの一端に接続され、該負荷RLの他端はグランドに接地されている。また、各リレー回路11,11aのスイッチ端子TB1,TB1aは、抵抗を介して電源VBに接続され、且つ、スイッチSW1を介してグランドに接地されている。従って、スイッチSW1がオフのときには、各スイッチ端子TB1,TB1aにはHレベルの信号が供給され、スイッチSW1がオンとされると、この信号はLレベルに切り替わる。
As shown in FIG. 1, in this load driving device,
また、図2に示すように、電源端子TB2と出力端子TB3との間には、N型MOSFET(T1)(半導体スイッチ、以下、「FET」と略す)、及び該FET(T1)に流れる電流を検出する電流センサ(電流検出手段)17が設けられている。更に、スイッチ端子TB1は、図1に示すスイッチSW1のオン、オフの切り替え状態を検出する入力判定回路(入力判定手段)14に接続されている。 Further, as shown in FIG. 2, between the power supply terminal TB2 and the output terminal TB3, there is an N-type MOSFET (T1) (semiconductor switch, hereinafter abbreviated as “FET”) and a current flowing through the FET (T1). A current sensor (current detection means) 17 is provided for detecting. Further, the switch terminal TB1 is connected to an input determination circuit (input determination means) 14 that detects the on / off switching state of the switch SW1 shown in FIG.
電流センサ17は、例えば、シャント抵抗であり、FET(T1)のオフ動作中においてもこれに影響されることなく、FET(T1)に流れる電流(電源端子TB2から出力端子TB3に流れる電流)を測定するタイプのセンサである。
The
更に、リレー回路11は、FET(T1)のゲートに駆動信号を出力する駆動回路(駆動制御手段)12と、駆動回路12に駆動用の電圧を供給するチャージポンプ13と、電流センサ17で検出された電流値に基づき、FET(T1)に流れる電流Idが予め設定した閾値電流Ithに達したか否かを判定する電流判定回路(電流判定手段)15と、該電流判定回路15にて電流Idが閾値電流Ithに達したと判定された場合に、FET(T1)のゲート電圧を低下させる立ち下げ回路(立ち下げ手段)16と、否定回路NOT1と、アンド回路AND1と、を備えている。
Further, the
なお、リレー回路11aについてもリレー回路11と同一の構成であるので、構成の説明を省略する。この際、リレー回路11aについては各構成要素にサフィックス「a」を付することにする。
Since the
次に、第1実施形態に係る負荷駆動装置の作用について説明する。 Next, the operation of the load driving device according to the first embodiment will be described.
[基本的な動作]
図1に示すスイッチSW1をオンとすると、2つのスイッチ端子TB1,TB1aに供給される信号がHレベルからLレベルに切り替わる。なお、2つのリレー回路11,11aは同様に動作するので、以下ではリレー回路11の動作のみについて説明する。
[Basic operation]
When the switch SW1 shown in FIG. 1 is turned on, signals supplied to the two switch terminals TB1 and TB1a are switched from the H level to the L level. Since the two
スイッチ端子TB1にLレベルの信号が供給されると、図2に示す入力判定回路14は、FET(T1)をオンとするためのHレベルの信号を出力する。このとき、電流判定回路15の出力信号はLレベルであり、否定回路NOT1の出力信号はHレベルとなり、アンド回路AND1の出力信号はHレベルとなる。
When an L level signal is supplied to the switch terminal TB1, the
従って、アンド回路AND1より出力されるHレベルの信号が駆動回路12に供給されるので、該駆動回路12はチャージポンプ13より出力される電圧をFET(T1)のゲートに出力して、該FET(T1)をオンとする。
Therefore, since the H level signal output from the AND circuit AND1 is supplied to the
これと同時にリレー回路11aのFET(T1a)がオンとなるので、図1に示す電源VBの出力電圧VBは、2系統のリレー回路11,11aを経由して負荷RLに印加され、該負荷RLが駆動する。
At the same time, since the FET (T1a) of the
その後、スイッチSW1がオフとされると、各スイッチ端子TB1,TB1aにはHレベルの信号が供給されるので、入力判定回路14の出力信号はLレベルとなる。駆動回路12は、入力判定回路14よりLレベルの信号が供給されると、FET(T1)のゲートに供給する電圧を徐々に低下させ、予め設定したオフ動作時間の経過後にFET(T1)のゲート電圧をゼロとするように制御する。その結果、各FET(T1),(T1a)は共にオフとなり、負荷RLは停止する。
Thereafter, when the switch SW1 is turned off, an H level signal is supplied to each of the switch terminals TB1 and TB1a, so that the output signal of the
[オフ動作時間中にショート故障が発生した場合の動作]
次に、FET(T1)をオフとしているときに、負荷回路にショート故障が発生した場合の動作を、図3に示すタイミングチャートを参照して説明する。
[Operation when a short circuit failure occurs during the OFF operation time]
Next, an operation when a short circuit fault occurs in the load circuit when the FET (T1) is turned off will be described with reference to a timing chart shown in FIG.
図3に示す時刻t0でスイッチSW1をオンとすると、図3(b)に示すように、FET(T1)のゲート電圧VGが上昇して「VS+10V」(VSはソース電圧)に達し、FET(T1)に流れる電流Idが上昇して定常電流で安定する。その後、時刻t1でスイッチSW1をオフとすると、Δt経過後の時刻t2にてゲート電圧VGが徐々に低下し、これに伴ってFET(T1)を流れる電流Idは徐々に減少する。 When the switch SW1 is turned on at time t0 shown in FIG. 3, as shown in FIG. 3B, the gate voltage VG of the FET (T1) rises to reach “VS + 10V” (VS is the source voltage), and the FET ( The current Id flowing in T1) rises and stabilizes at a steady current. Thereafter, when the switch SW1 is turned off at time t1, the gate voltage VG gradually decreases at time t2 after the lapse of Δt, and accordingly, the current Id flowing through the FET (T1) gradually decreases.
そして、FET(T1)のオフ動作時間中である時刻t3にて負荷回路にショート故障が発生した場合には、電流Idは急激に上昇し、この電流は図2に示した電流センサ17により検出される。この際、上述したように電流センサ17はシャント抵抗等であり、FET(T1)の動作に影響されないので、電流Idを精度良く検出することができる。
When a short circuit fault occurs in the load circuit at time t3 during the OFF operation time of the FET (T1), the current Id increases rapidly, and this current is detected by the
その後、電流センサ17で検出された電流Idが予め設定した閾値電流Ithに達すると(図3の時刻t4)、電流判定回路15は出力信号をLレベルからHレベルに切り替える。これにより、立ち下げ回路16がオンとなって、FET(T1)のゲートを出力端子TB3に接続させる。その結果、FET(T1)のゲート電圧VGはソース電圧まで低下するので、該FET(T1)は瞬時にオフとされる。
Thereafter, when the current Id detected by the
このため、FET(T1)に流れる電流Idは遮断され、負荷回路を過電流から保護することができる。その後、所定時間が経過して時刻t5に達すると、立ち下げ回路16はオンからオフに切り替わり、FET(T1)のゲートと端子TB3との接続状態が解除されて初期的な状態に戻る。つまり、立ち下げ回路16は、FET(T1)のゲートの電位を低下させた後、所定時間の経過後に、ゲートの電位を元に戻す。
For this reason, the current Id flowing through the FET (T1) is cut off, and the load circuit can be protected from overcurrent. Thereafter, when the predetermined time elapses and time t5 is reached, the
[並列駆動中に一方のリレー回路に電流が集中した場合の動作]
次に、2つのFET(T1),(T1a)を並列駆動しているときに、一方のFET(T1)に電流が集中した場合の動作を、図4に示すタイミングチャートを参照して説明する。
[Operation when current concentrates on one relay circuit during parallel drive]
Next, an operation when current is concentrated on one FET (T1) when two FETs (T1) and (T1a) are driven in parallel will be described with reference to a timing chart shown in FIG. .
図4に示す時刻t10でスイッチSW1をオンとすると、図4(b),(c)に示すように、FET(T1)のゲート電圧VG、及びFET(T1a)のゲート電圧VGaが共に上昇し、FET(T1)に流れる電流Id、及びFET(T1a)に流れる電流Idaが共に上昇する。 When the switch SW1 is turned on at time t10 shown in FIG. 4, both the gate voltage VG of the FET (T1) and the gate voltage VGa of the FET (T1a) increase as shown in FIGS. The current Id flowing through the FET (T1) and the current Ida flowing through the FET (T1a) both rise.
ここで、リレー回路11側に電流が集中し、全体の負荷電流のうちの多くの電流がFET(T1)側に偏って流れているとき、時刻t11でスイッチSW1をオフとすると、時刻t12でFET(T1)に流れる電流Idが閾値電流Ithに達して、リレー回路11の立ち下げ回路16が作動し、FET(T1)をオフとして電流Idを即時に遮断する。その後、時刻t13でFET(T1)のゲート電圧VGはゼロとなる。
Here, when the current is concentrated on the
また、FET(T1)に流れる電流Idが遮断したことにより、FET(T1a)に流れる電流Idaが増加することになるが、この電流Idaが時刻t14で閾値電流Ithに達すると、FET(T1a)がオフとされるので、電流Idaが遮断される。従って、リレー回路11、及びリレー回路11aの双方を過電流から保護することができる。こうして、並列に配置された2つのFET(T1),(T1a)に電流の偏りが発生し、各FET(T1),(T1a)のオフ動作期間中に電流値が増大した場合でも、確実に負荷回路を過電流から保護することができる。
Further, since the current Id flowing through the FET (T1a) increases due to the interruption of the current Id flowing through the FET (T1), when the current Ida reaches the threshold current Ith at time t14, the FET (T1a) Is turned off, so that the current Ida is cut off. Therefore, both the
[一方のリレー回路に電流が集中したオフ動作中にショート故障が発生した場合]
次に、各リレー回路11,11aをオフ動作させているときに、一方のFET(T1a)に電流が集中し、且つ負荷回路にショート故障が発生した場合の動作を、図5,図6を参照して説明する。図5は、本発明の過電流保護機能を備えない場合(従来の場合)の動作を示すタイミングチャートであり、図6は、本発明の過電流保護機能を備えた場合の動作を示すタイミングチャートである。
[When a short circuit failure occurs during the OFF operation in which current is concentrated in one relay circuit]
Next, FIG. 5 and FIG. 6 show the operations when current concentrates on one FET (T1a) and a short circuit fault occurs in the load circuit when each
始めに、図5を参照して過電流保護機能を備えない場合の動作について説明する。時刻t20でスイッチSW1をオンとすると、FET(T1)のゲート電圧VG、及びFET(T1a)のゲート電圧VGaが徐々に増加し、これに伴って電流Id、Ida、及びこれらを加算した負荷電流ILが徐々に増加する。そして、時刻t21でスイッチSW1をオフとすると、FET(T1)のゲート電圧VGは徐々に減少し、電流Idは時刻t22から減少を開始し、ほぼ時刻t23の時点でゼロとなる。 First, the operation when the overcurrent protection function is not provided will be described with reference to FIG. When the switch SW1 is turned on at time t20, the gate voltage VG of the FET (T1) and the gate voltage VGa of the FET (T1a) gradually increase, and accordingly, the currents Id and Ida, and the load current obtained by adding them. IL gradually increases. When the switch SW1 is turned off at time t21, the gate voltage VG of the FET (T1) gradually decreases, and the current Id starts to decrease from time t22 and becomes almost zero at time t23.
また、FET(T1a)のゲート電圧VGaはFET(T1)のゲート電圧VGよりも低下するタイミングが遅れており、該FET(T1a)に電流が集中するので、電流Idaは、時刻t22の後に増大し収束が遅れる。そして、時刻t23で負荷回路にショート故障が発生すると、FET(T1a)は完全にオフ状態になっていないので、電流Idaはその後大きく上昇することになる。その結果、負荷RLに大電流が流れて回路を構成する素子や配線が過熱することになる。 Further, the timing at which the gate voltage VGa of the FET (T1a) decreases from the gate voltage VG of the FET (T1) is delayed, and the current concentrates on the FET (T1a), so the current Ida increases after the time t22. And convergence is delayed. When a short circuit fault occurs in the load circuit at time t23, the current Ida increases greatly after that because the FET (T1a) is not completely turned off. As a result, a large current flows through the load RL, and the elements and wirings constituting the circuit are overheated.
次に、図6を参照して本発明の過電流保護機能を備える場合の動作について説明する。時刻t30でスイッチSW1をオンとすると、FET(T1)のゲート電圧VG、及びFET(T1a)のゲート電圧が徐々に増加し、これに伴って電流Id、Ida、及びこれらを加算した負荷電流ILが徐々に増加する。そして、時刻t31でスイッチSW1をオフとすると、FET(T1)のゲート電圧VGは徐々に減少し、電流Idは時刻t31から減少を開始し、時刻t33を経過した後にゼロに収束する。 Next, the operation when the overcurrent protection function of the present invention is provided will be described with reference to FIG. When the switch SW1 is turned on at time t30, the gate voltage VG of the FET (T1) and the gate voltage of the FET (T1a) gradually increase, and accordingly, the currents Id and Ida, and the load current IL obtained by adding these currents. Gradually increases. When the switch SW1 is turned off at time t31, the gate voltage VG of the FET (T1) gradually decreases, and the current Id starts decreasing from time t31 and converges to zero after time t33.
また、リレー回路11aに電流が集中していることにより、FET(T1a)のゲート電圧VGaはFET(T1)のゲート電圧VGよりも低下する速度が遅くなる。そして、時刻t32で負荷回路にショート故障が発生すると、電流Idaは急激に上昇する。その後、時刻t33で閾値電流Ithに達すると、FET(T1a)がオフとなり、電流Idaは遮断される。こうして、並列に配置された2つのFET(T1),(T1a)がオフ動作期間中に、負荷回路にショート故障が発生した場合でも、確実にFET(T1),(T1a)を遮断して負荷回路を保護することができる。
Further, since the current is concentrated in the
つまり、従来における負荷駆動回路では、スイッチSW1をオフとした時点で、過電流の検出機能が作動しなくなり、オフ動作期間中の過電流を検出することができなかったが、本実施形態では、電流センサ17としてシャント抵抗を用いているので、スイッチSW1のオフの後においてもFET(T1),(T1a)に流れる電流を検出し、過電流の発生が検出された場合に、各FET(T1),(T1a)を確実に遮断して負荷回路全体を過熱から保護することができる。
In other words, in the conventional load driving circuit, when the switch SW1 is turned off, the overcurrent detection function does not operate and the overcurrent during the off operation period cannot be detected. Since a shunt resistor is used as the
このようにして、第1実施形態に係る負荷駆動装置では、2系統のリレー回路11,11aを用いて負荷RLを駆動する場合に、FET(T1)の電流を検出する電流センサ17を設け、該電流センサ17で検出される電流値が閾値電流Ithに達したことが検出された場合に、FET(T1)を遮断する構成としているので、FET(T1)がオフ動作期間中にショート故障が発生した場合でも確実に過電流を検出して、FET(T1)を遮断することができる。また、一方のFETに電流が集中して一方のFETのみが過電流となった場合においても、電流センサ17で検出される電流値が閾値電流Ithに達した場合に、FET(T1)を遮断して負荷回路を過熱から保護することができる。
Thus, in the load driving device according to the first embodiment, when the load RL is driven using the two systems of
また、従来のように、各FET(T1),(T1a)のゲートを共通化するための配線を設ける必要がないので、装置構成を簡素化することができる。更に、FET(T1),(T1a)にばらつきがあり、電流に偏りが発生する場合でも偏った電流が増大した場合には確実に回路を遮断して過熱から保護することができる。 Further, unlike the prior art, since it is not necessary to provide a wiring for sharing the gates of the FETs (T1) and (T1a), the device configuration can be simplified. Furthermore, even if the FETs (T1) and (T1a) vary and the current is biased, if the biased current increases, the circuit can be reliably cut off and protected from overheating.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。全体構成図は、図1に示したブロック図と同様であるので説明を省略する。図7は、第2実施形態に係るリレー回路11’の構成を示すブロック図である。図示のように、リレー回路11’は、図2に示したリレー回路11と対比して、入力判定回路14の出力信号が電流判定回路15に供給されている点でのみ相違している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The overall configuration diagram is the same as the block diagram shown in FIG. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the
そして、第2実施形態では、電流判定回路15が、図8(a)に示すように、閾値電流Ithに対応する電圧を変更することが可能な電源E1と、比較器CMP1とを備えている。そして、該比較器CMP1により、電流センサ17で検出される電流Idと、電源E1より出力される閾値電流Ithとを比較し、Id>Ithとなった場合に、過電流判定信号を出力する。
In the second embodiment, as shown in FIG. 8A, the current determination circuit 15 includes a power supply E1 capable of changing a voltage corresponding to the threshold current Ith and a comparator CMP1. . The comparator CMP1 compares the current Id detected by the
また、電流判定回路15は、入力判定回路14より、駆動指令がオンからオフに切り替えられる時間帯には閾値電流をIth2(他の閾値電流)に設定する。即ち、図8(b)に示すように、電源E1の出力電圧を変更することにより、通常時には閾値電流をIth1とし、FET(T1)をオンからオフに切り替える時間帯には、閾値電流をIth1よりも小さいIth2に設定している。
Further, the current determination circuit 15 sets the threshold current to Ith2 (another threshold current) during the time period when the drive command is switched from on to off from the
以下、第2実施形態に係る負荷駆動装置における、リレー回路11’の動作を図9に示すタイミングチャートを参照して説明する。図9(a)に示すように、時刻t40においてスイッチSW1がオンとされると、図9(b)に示すように、FET(T1)のゲート電圧VGが上昇を開始し、これに伴って電流Idが上昇する。このとき、符号S41に示すように、電流判定回路15にて設定される閾値電流はIth1とされている。
Hereinafter, the operation of the
その後、時刻t41でスイッチSW1をオフとすると、FET(T1)のゲート電圧VGが徐々に減少し、これに伴って電流Idも徐々に減少する。更に、入力判定回路14より、FET(T1)をオンからオフに切り替えたことを示す指令信号が電流判定回路15に供給されるので、電流判定回路15は、閾値電流をIth1からIth2に変更する。
Thereafter, when the switch SW1 is turned off at time t41, the gate voltage VG of the FET (T1) gradually decreases, and the current Id also gradually decreases accordingly. Further, since the
そして、時刻t42で負荷回路にショート故障が発生すると、電流Idが急激に上昇し、時刻t43で閾値電流Ith2に達すると電流判定回路15より過電流検出信号が出力され、立ち下げ回路16は、この過電流検出信号が供給されたことにより、FET(T1)のゲートと出力端子TB3とを接続する。このため、FET(T1)のゲート電圧がソース電圧とほぼ等しくなるので、該FET(T1)は遮断される。その結果、FET(T1)に流れる電流は、Id1に示すように、即時にゼロに収束する。その後、時刻t45で立ち下げ回路16はオフとなる。
When a short circuit fault occurs in the load circuit at time t42, the current Id increases rapidly. When the threshold current Ith2 is reached at time t43, an overcurrent detection signal is output from the current determination circuit 15, and the
このように設定することにより、オフ動作時間を長く設定した場合において、FET(T1)がオンからオフに切り替えられる時間帯に過電流が発生した場合には、より低い閾値電流をIth2を基準としてFET(T1)を遮断するので、過電流が発生した場合にはより早い時点でFET(T1)を遮断して負荷回路を保護することができる。 By setting in this way, when the off operation time is set to be long, and an overcurrent occurs in a time zone in which the FET (T1) is switched from on to off, a lower threshold current is set with reference to Ith2. Since the FET (T1) is cut off, it is possible to protect the load circuit by cutting off the FET (T1) at an earlier time when an overcurrent occurs.
仮に、閾値電流がIth2に変更されず、Ith1が継続されると、電流Id2に示すように時刻t44で閾値電流Ithに達することになり、FET(T1)が遮断されるタイミングが遅れてしまう。 If the threshold current is not changed to Ith2 and Ith1 is continued, the threshold current Ith is reached at time t44 as shown by current Id2, and the timing at which the FET (T1) is cut off is delayed.
また、FET(T1)をオンからオフに切り替える時間帯以外には、閾値電流は大きい値であるIth1に設定されるので、例えば、FET(T1)のオン時にラッシュ電流が流れた場合に、これをショート故障と誤判定することを防止でき、過電流検出の精度を向上させることができる。 Besides, the threshold current is set to Ith1, which is a large value, except during the time period in which the FET (T1) is switched from on to off. For example, when the rush current flows when the FET (T1) is on, Can be prevented from being erroneously determined as a short circuit fault, and the accuracy of overcurrent detection can be improved.
また、第2実施形態では、閾値電流をIth1とIth2の2段階に変更する例について説明したが、条件を設定して3段階以上に変更することも可能である。 In the second embodiment, the example in which the threshold current is changed to two stages of Ith1 and Ith2 has been described. However, it is possible to set the condition and change the threshold current to three or more stages.
以上、本発明の負荷駆動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 load driving 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. Can do.
例えば、上記した各実施形態では、リレー回路を2系統配置する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、3系統以上のリレー回路を設ける構成とすることもできる。この場合には、図2或いは図7に示したリレー回路を3個以上並列に設けることにより達成することができる。 For example, in each of the above-described embodiments, an example in which two relay circuits are arranged has been described. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which three or more relay circuits are provided may be employed. In this case, it can be achieved by providing three or more relay circuits shown in FIG. 2 or 7 in parallel.
また、上記した各実施形態では、車両に搭載される負荷を制御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、直流電源と負荷を有するその他の回路の制御に用いることができる。 Further, in each of the above-described embodiments, the example of controlling the load mounted on the vehicle has been described. However, the present invention is not limited to this and is used for controlling a DC power supply and other circuits having a load. Can do.
また、上記した各実施形態では、半導体スイッチとしてMOSFETを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、IGBT等の他の半導体スイッチを用いることも可能である。 In each of the above-described embodiments, the MOSFET is described as an example of the semiconductor switch. However, the present invention is not limited to this, and other semiconductor switches such as an IGBT can be used.
本発明は、複数の半導体スイッチを並列に接続して負荷を駆動する場合に利用することができる。 The present invention can be used when a load is driven by connecting a plurality of semiconductor switches in parallel.
11,11a,11’ リレー回路
12 駆動回路
13 チャージポンプ
14 入力判定回路
15 電流判定回路
16 立ち下げ回路
17 電流センサ
VB 電源
TB1,TB1a スイッチ端子
TB2,TB2a 電源端子
TB3,TB3a 出力端子
RL 負荷
T1,T1a MOSFET(半導体スイッチ)
AND1 アンド回路
NOT1 否定回路
CMP1 比較器
11, 11a, 11 ′
AND1 AND circuit NOT1 Negative circuit CMP1 Comparator
Claims (2)
前記各リレー回路は、
駆動指令が入力された際に、前記半導体スイッチの制御入力に駆動信号を出力し、停止時には前記制御入力に出力する駆動信号を、所定のオフ動作時間で徐々に低下させて該駆動信号をオフとする駆動制御手段と、
前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された電流が、予め設定した閾値電流を超えた場合に過電流検出信号を出力する電流判定手段と、
前記電流判定手段より過電流検出信号が出力された際に、前記半導体スイッチの制御入力の電位を低下させる立ち下げ手段と、
前記駆動指令のオン、オフを判定する入力判定手段と、を備え、
前記電流判定手段は、前記入力判定手段にて、前記駆動指令がオンからオフに切り替えられたと判定された場合に、前記閾値電流を該閾値電流よりも低い他の閾値電流に変更することを特徴とする負荷駆動装置。 A relay circuit group having a plurality of relay circuits connected in parallel with a semiconductor switch and a control circuit for controlling on / off of the semiconductor switch, and arranging the relay circuit group in an electric circuit connecting a power source and a load, In the load driving device that operates the semiconductor switches in conjunction with each other to control the driving and stopping of the load,
Each of the relay circuits is
When a drive command is input, a drive signal is output to the control input of the semiconductor switch. When the drive command is stopped, the drive signal output to the control input is gradually reduced over a predetermined OFF operation time to turn off the drive signal. Drive control means, and
Current detection means for detecting a current flowing through the semiconductor switch;
Current determination means for outputting an overcurrent detection signal when the current detected by the current detection means exceeds a preset threshold current;
When an overcurrent detection signal is output from the current determination unit, a falling unit that reduces the potential of the control input of the semiconductor switch;
Input determination means for determining ON / OFF of the drive command,
The current determination unit changes the threshold current to another threshold current lower than the threshold current when the input determination unit determines that the drive command has been switched from on to off. A load driving device.
前記各リレー回路は、
駆動指令が入力された際に、前記半導体スイッチの制御入力に駆動信号を出力し、停止時には前記制御入力に出力する駆動信号を、所定のオフ動作時間で徐々に低下させて該駆動信号をオフとする駆動制御手段と、
前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された電流が、予め設定した閾値電流を超えた場合に過電流検出信号を出力する電流判定手段と、
前記電流判定手段より過電流検出信号が出力された際に、前記半導体スイッチの制御入力の電位を低下させる立ち下げ手段と、を備え、
前記立ち下げ手段は、前記半導体スイッチの制御入力の電位を低下させた後、所定時間の経過後に前記制御入力の電位を元に戻すことを特徴とする負荷駆動装置。
A relay circuit group having a plurality of relay circuits connected in parallel with a semiconductor switch and a control circuit for controlling on / off of the semiconductor switch, and arranging the relay circuit group in an electric circuit connecting a power source and a load, In the load driving device that operates the semiconductor switches in conjunction with each other to control the driving and stopping of the load,
Each of the relay circuits is
When a drive command is input, a drive signal is output to the control input of the semiconductor switch. When the drive command is stopped, the drive signal output to the control input is gradually reduced over a predetermined OFF operation time to turn off the drive signal. Drive control means, and
Current detection means for detecting a current flowing through the semiconductor switch;
Current determination means for outputting an overcurrent detection signal when the current detected by the current detection means exceeds a preset threshold current;
A falling means for lowering the potential of the control input of the semiconductor switch when an overcurrent detection signal is output from the current determination means ,
The load driving device according to claim 1, wherein the falling means lowers the potential of the control input of the semiconductor switch and then returns the potential of the control input to the original after a predetermined time has elapsed .
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