JP5772776B2 - Power supply control device - Google Patents
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本発明は、負荷への通電を制御する電力供給制御装置に関する。 The present invention relates to a power supply control device that controls energization to a load.
従来からバッテリが逆接続された場合に、負荷に対して電流が流れるのを防止するために逆接保護用のダイオードを設けている。しかし、逆接保護用のダイオードを設けた回路では、バッテリが順接続された場合に、ダイオードにおける電圧降下が大きいという問題がある。係る点を改善するため、下記特許文献1には、寄生ダイオードの極性が逆になるように、2つのFETを組み合わせた回路が提案されている。このものでは、バッテリが順接続された場合、FET本体と寄生ダイオードに電流が分岐して流れることから、寄生ダイオードの電圧降下を低く抑えることができる。
Conventionally, a diode for reverse connection protection is provided to prevent a current from flowing to a load when a battery is reversely connected. However, a circuit provided with a diode for protection against reverse connection has a problem that a voltage drop in the diode is large when the batteries are connected in series. In order to improve this point,
FETがオンからオフに切り換わる場合と、FETがオフからオンに切り換る場合には、スイッチングロスが発生する。そのため、2つのFETのオンオフを同じタイミングで行うと、スイッチングロスが2つのFETに同じように発生する。そのため、過負荷電流が発生した場合に、保護回路を持たない逆接保護用のFETが破壊する恐れがある。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、スイッチングロスを低減し、過負荷電流が発生した場合でも保護回路を持たないFETが破壊することを防ぐ(抑制)ことを目的とする。
A switching loss occurs when the FET switches from on to off and when the FET switches from off to on. For this reason, if the two FETs are turned on and off at the same timing, a switching loss occurs in the same way in the two FETs. For this reason, when an overload current is generated, the reverse connection protection FET having no protection circuit may be destroyed.
The present invention has been completed based on the above-described circumstances, and reduces switching loss and prevents (suppresses) FETs having no protection circuit from being destroyed even when an overload current is generated. Objective.
本発明は、電源から負荷への電力供給を制御する電力供給制御装置であって、前記負荷への通電路に対して設けられ、保護回路を有する第一のFETと、前記電源の逆接続時に寄生ダイオードが逆方向接続となる向きで前記第一のFETに対して直列接続され、かつ保護回路を有さない第二のFETと、前記第一のFETと前記第二のFETに対して駆動信号をそれぞれ出力することにより、前記第一のFETと前記第二のFETをオンオフ制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記負荷に対して電力の供給を開始する場合、前記第二のFETのゲートに前記第二のFETをオンさせる駆動信号を出力してから一定時間Ta経過後に、前記第一のFETのゲートに前記第一のFETをオンさせる駆動信号を出力し、前記負荷への電力供給を停止する場合、前記第一のFETに対する駆動信号の出力を停止してから一定時間Tb後に、前記第二のFETに対する駆動信号の出力を停止するところに特徴を有する。 The present invention is a power supply control device for controlling power supply from a power supply to a load, and is provided for an energization path to the load, and includes a first FET having a protection circuit and a reverse connection of the power supply A parasitic diode is connected in series with the first FET in the direction of reverse connection, and the second FET without a protection circuit is driven, and the first FET and the second FET are driven. A control circuit for controlling on / off of the first FET and the second FET by outputting respective signals, and when the control circuit starts to supply power to the load, the second FET The drive signal for turning on the first FET is output to the gate of the first FET after a predetermined time Ta has elapsed since the drive signal for turning on the second FET is output to the gate of the FET. Power to To stop feeding, the output of the drive signal for the first FET after a predetermined time from the stop of Tb, characterized in place of stopping the output of the drive signal for the second FET.
スイッチングロスは、駆動信号の入力に応答して、FETがオフ状態からオン状態に移行する期間に、FETに電流が流れることにより発生する。また、駆動信号の入力停止に応答して、FETがオン状態からオフ状態に移行する期間に、電流が流れることにより発生する。そのため、オン状態からオフ状態、オフ状態からオン状態への移行期間に、FETに電流を流さないようにすれば、スイッチングロスを低減できる。 The switching loss occurs when a current flows through the FET in a period in which the FET shifts from the off state to the on state in response to the input of the drive signal. Further, in response to the stop of input of the drive signal, the current is generated when a current flows during a period in which the FET shifts from the on state to the off state. Therefore, switching loss can be reduced by preventing current from flowing through the FET during the transition period from the on state to the off state and from the off state to the on state.
本発明の電力供給制御装置は、2つのFETを直列接続しているので、電源に対して寄生ダイオードが逆方向接続されているFETがオフしていれば、電流は流れない。そこで、両FETをオンオフするタイミングをずらし、負荷に対して電力供給を開始する場合には、第二のFET側に先に駆動信号を入力し、第一のFET側に遅れて駆動信号を入力する。このようにすれば、第二のFETがオフ状態からオン状態に切り換る間は、第一のFETはオフしており、電流は流れない。そのため、保護回路を持たない第二のFETのスイッチングロスを低減することが出来る。 Since the power supply control device of the present invention has two FETs connected in series, no current flows if the FET whose parasitic diode is reversely connected to the power supply is off. Therefore, when the timing to turn on and off both FETs is shifted and power supply to the load is started, the drive signal is input to the second FET side first, and the drive signal is input to the first FET side with a delay. To do. In this way, while the second FET is switched from the off state to the on state, the first FET is off and no current flows. Therefore, the switching loss of the second FET that does not have a protection circuit can be reduced.
一方、負荷への電力供給を停止する場合には、第一のFETに対する駆動信号の出力を停止してから一定時間経過後に、第二のFETに対する駆動信号の出力を停止する。このようにすれば、第一のFETがオン状態からオフ状態に切り換って電流が流れなくなってから、第二のFETがオン状態からオフ状態に切り換る。よって、保護回路を持たない第二のFETのスイッチングロスを低減することが出来る。 On the other hand, when stopping the power supply to the load, the output of the drive signal to the second FET is stopped after a lapse of a fixed time after the output of the drive signal to the first FET is stopped. If it does in this way, after the 1st FET switches from an ON state to an OFF state, and current stops flowing, the 2nd FET switches from an ON state to an OFF state. Therefore, the switching loss of the second FET without the protection circuit can be reduced.
・前記一定時間Taは、前記第二のFETが駆動信号の入力に応答して、オフ状態からオン状態に移行する移行期間Tr以上である。このようにすれば、第二のFETがオフ状態からオン状態に移行する移行期間Trは、ドレン電流を完全に遮断できる。そのため、保護回路を持たない第二のFETのスイッチングロスを低減できる。 The predetermined time Ta is equal to or longer than the transition period Tr in which the second FET shifts from the off state to the on state in response to the input of the drive signal. In this way, the drain current can be completely interrupted during the transition period Tr in which the second FET shifts from the off state to the on state. Therefore, the switching loss of the second FET that does not have a protection circuit can be reduced.
・前記一定時間Tbは、前記第一のFETが駆動信号の入力停止に応答して、オン状態からオフ状態に移行する移行期間Tf以上である。このようにすれば、第二のFETがオン状態からオフ状態に移行する移行期間Trは、ドレン電流を完全に遮断できる。そのため、保護回路を持たない第二のFETのスイッチングロスを低減できる。 The predetermined time Tb is equal to or longer than the transition period Tf in which the first FET shifts from the on state to the off state in response to the stop of input of the drive signal. In this way, the drain current can be completely interrupted during the transition period Tr in which the second FET shifts from the on state to the off state. Therefore, the switching loss of the second FET that does not have a protection circuit can be reduced.
スイッチングロスを低減でき、保護回路を持たない逆接保護用(電源逆接時の通電防止用)の第二のFETが破壊することを防止できる。 Switching loss can be reduced, and it is possible to prevent the second FET for reverse connection protection (for preventing energization at the time of reverse power connection) having no protection circuit from being broken.
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1ないし図3によって説明する。
本実施形態は、自動車に搭載されたヘッドライト等の電気的負荷に対する電力供給を制御する電力供給制御装置1を例示するものである。
<
The present embodiment exemplifies a power
1.電力供給制御装置1の回路構成
図1に示すように、電力供給制御装置1は、インテリジェントパワースイッチ10と、第二のFET21とを含む構成となっている。インテリジェントパワースイッチ10は、同一半導体外囲器(パッケージ)内に第一のFET11と、第一のFET11を保護する保護回路15と制御回路17を形成したものである。
1. Circuit Configuration of Power
第一のFET11は、Nチャンネル、EモードのパワーMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)であり、ドレンDを電源ラインLvに接続し、ソースSを、第二のFET21のソースSに接続している。第二のFET21は、第一のFET11と同様、Nチャンネル、EモードのパワーMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)である。そして、第二のFET21のドレンDとグランドラインLgとの間に負荷を接続している。これにより、第一のFET11の寄生ダイオード11aは、カソードが電源ラインLv側を向くのに対して、第二のFET21の寄生ダイオード21aはカソードがグランドラインLg側を向くので、両寄生ダイオード11、12の極性は逆となる。
The
このように、本実施形態では、第一のFET11と第二のFET21を、電源である車載バッテリBと負荷Rとの間において、寄生ダイオード11a、21aの極性が逆を向くように直列接続されている。尚、第二のFET21は、電源である車載バッテリBの逆接続時に寄生ダイオード21aが逆方向接続となる向き、すなわち逆接続された車載バッテリBのプラス側にカソードが向いており、電源逆接続時の逆接保護用(逆流防止用)に設けられている。また、第二のFET21は、保護回路を有さない構成となっている。電源電圧の極性が正の場合、第一のFET11は、負荷Rに対する通電路Lrを開閉するスイッチとして機能する。電源電圧の極性が負の場合、第二のFET21が負荷Rに対する通電路Lrを開閉するスイッチとして機能する。また、インテリジェントパワースイッチ10には制御端子Cが設けられている。制御端子Cには、第二のFET21のゲートGが接続されている。
Thus, in this embodiment, the
制御回路17は、外部からの入力信号に応答して、第一のFET11と第二のFET21をオンオフ制御する。制御回路17からゲートGに駆動信号S1が出力されている間、第一のFET11はオン状態となり、駆動信号S1の出力を停止すると、第一のFET11はオフ状態となる。また、同様、制御回路17から制御端子Cを通じてゲートGに駆動信号S2が出力されている間、第二のFET21はオン状態となり、駆動信号S2の出力を停止すると、第二のFET21はオフ状態となる。保護回路15は第一のFET11の保護用であり、例えば、過電流保護回路や、過熱保護回路である。
The
2.バッテリ逆接続時の動作説明
図1にて破線で示すように、バッテリBが逆接続された場合、すなわち電源ラインLvに負極が接続され、グランドラインLgに正極が接続された場合、制御回路17が、第二のFET21をオフ状態に制御する。これにより、逆接続されたバッテリBから負荷Rに対して電流が流れることを阻止できる。その理由は、寄生ダイオード21aの向きが、逆接続されたバッテリBに対して逆向き(逆方向接続)になるので、第二のFET21がオフしていれば、負荷電流が流れないからである。尚、バッテリ逆接続時に、第二のFET21をオフするには、逆接時に、第二のFET21のゲートGの電圧が常にグランドに固定されるようにしておけばよい。
2. 1. Description of operation when battery is reversely connected As shown by a broken line in FIG. 1, when battery B is reversely connected, that is, when a negative electrode is connected to power supply line Lv and a positive electrode is connected to ground line Lg,
3.負荷Rに対する電力供給制御時の動作説明
図1にて実線で示すようにバッテリBが順接続された場合、制御回路17は、第一のFET11、第二のFET21をオンオフすることで、負荷Rに対する電力の供給を制御する。すなわち、第一のFET11をオン状態にすると、通電路Lrが閉じて、バッテリBから負荷Rに電力を供給することができる。ただし、第二のFET21もオン状態にして、寄生ダイオード21aで生じる電力を低減することが好ましい。また、第一のFET11をオフ状態にすると、通電路Lrが開いて、バッテリBから負荷Rへの電力供給を遮断できる。ただし、第二のFET21もオフ状態にすると、インテリジェントパワースイッチの消費電力を好適に削減できる。
3. Explanation of operation at the time of power supply control for the load R When the battery B is sequentially connected as shown by a solid line in FIG. 1, the
ところで、FETには、オンオフのスイッチングに伴って、スイッチングロスが発生する。具体的には、FETをオフからオンに切り換える場合、駆動信号Sの入力に応答して、FETがオフ状態からオン状態に移行する期間Trにドレン電流Idが流れることによりスイッチングロスが発生する。また、オン状態からオフ状態に切り換える場合、駆動信号の入力停止に応答して、FETがオン状態からオフ状態に移行する期間Tfにドレン電流Idが流れることによりスイッチングロスが発生する(図2参照)。 By the way, a switching loss occurs in the FET with the on / off switching. Specifically, when the FET is switched from OFF to ON, a switching loss occurs due to the drain current Id flowing during the period Tr during which the FET shifts from the OFF state to the ON state in response to the input of the drive signal S. Further, when switching from the on state to the off state, a switching loss occurs due to the drain current Id flowing during the period Tf during which the FET shifts from the on state to the off state in response to the stop of input of the drive signal (see FIG. 2). ).
保護回路を持たない第二のFET21で発生する上記スイッチングロスを低減するため、制御回路17は、負荷Rに対して電力の供給を開始する場合、第二のFET21のゲートGに駆動信号S2を出力してから一定時間Ta経過後に、第一のFET11のゲートGに駆動信号S1を出力する。図3の例では、駆動信号S2の出力開始時点t1から一定期間Ta後の時点t2に、第一のFET11のゲートGに駆動信号S1を出力する。尚、一定時間Taは、第二のFET21が、駆動信号S2の入力に応答して、オフ状態からオン状態に移行する移行期間Tr以上にすることが好ましい。
In order to reduce the switching loss that occurs in the
上記のように、第二のFET21に駆動信号S2を出力してから、一定時間Ta(Ta>Tr)経過後に、第一のFET11のゲートGに駆動信号S1を出力すると、第二のFET21がオフ状態からオン状態に切り換る移行期間Trは、第一のFET11は完全にオフしている。そのため、移行期間Tr中、第二のFET21に負荷電流Ir(ドレン電流)は流れない。よって、保護回路を持たない第二のFET21のスイッチングロスを低減することが出来る。
As described above, when the drive signal S1 is output to the gate G of the
また、制御回路17は、負荷Rへの電力供給を停止する場合、第一のFET11に対する駆動信号S1の出力を停止してから一定時間Tb後に、第二のFET21に対する駆動信号S2の出力を停止する。図2の例では、駆動信号S1の出力開始時点t3から一定期間Tb後の時点t4に、第二のFET21のゲートGに対する駆動信号S2の出力を停止する。尚、一定時間Tbは、第一のFET11が、駆動信号S1の入力停止に応答して、オン状態からオフ状態に移行する移行期間Tf以上にすることが好ましい。
Further, when stopping the power supply to the load R, the
上記のように、第一のFET11に対して駆動信号S1の出力を停止してから、一定時間Tb(Tb>Tf)経過後に、第二のFET21に対する駆動信号S2の出力を停止すると、第一のFET11が完全にオフして負荷電流Irが切れてから、第二のFET21がオン状態からオフ状態に移行する。よって、保護回路を持たない第二のFET21のスイッチングロスを低減することが出来る。
As described above, if the output of the drive signal S2 to the
以上説明したように、実施形態1の電力供給制御装置1では、保護回路を持たない第二のFET21のスイッチングロスを低減でき、過負荷電流の発生時に、保護回路を持たない第二のFET21が破壊することを防止できる。
As described above, in the power
<実施形態2>
次に、本発明の実施形態2を図4によって説明する。実施形態1の電力供給制御装置1では、ソースS同士を接続することで、2つのFET11、21の寄生ダイオード11a、21aの極性を逆にした。
<
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the power
実施形態2の電力供給制御装置50では、ドレンD同士を接続することで、2つのFET11、21の寄生ダイオード11a、21aの極性を逆にした回路構成となっている。そして、第一のFET11のソースSを負荷Rに接続し、第二のFET21のソースSを電源ラインLgに接続している。
The power supply control device 50 according to the second embodiment has a circuit configuration in which the polarities of the
実施形態2の電力供給制御装置50も、実施形態1の電力供給制御装置1と同様、バッテリBが逆接続された場合、制御回路17が、第二のFET21をオフ状態に制御する。これにより、逆接続されたバッテリBから負荷Rに対して電流が流れることを阻止できる。
Similarly to the power
また、制御回路17は、負荷Rに対して電力の供給を開始する場合、第二のFET21のゲートGに駆動信号S2を出力してから一定時間Ta経過後に、第一のFET11のゲートGに駆動信号S2を出力する。一方、負荷Rへの電力供給を停止する場合、第一のFET11に対する駆動信号S1の出力を停止してから一定時間Tb後に、第二のFET21に対する駆動信号S2の出力を停止する。そのため、実施形態1と同様、保護回路を持たない第二のFET21のスイッチングロスを低減でき、過負荷電流の発生時に、保護回路を持たない第二のFET21が破壊することを防止できる。
When the
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1)実施形態1では、インテリジェントパワースイッチ10とは別に第二のFET21を設けた構成を示したが、図5に示すように、インテリジェントパワースイッチ10に第二のFET21を取り込んだ構成、すなわち、同一半導体外囲器(パッケージ)内に第一のFET11と、第二のFET21と、保護回路15と、制御回路17を形成してもよい。
(1) In the first embodiment, the configuration in which the
1...電力供給制御装置
10...インテリジェントパワースイッチ
11...第一のFET
11a...寄生ダイオード
15...保護回路
17...制御回路
21...第二のFET
21a...寄生ダイオード
B...バッテリ
Lv...電源ライン
Lg...グランドライン
1 ... Power
11a ...
21a ... Parasitic diode B ... Battery Lv ... Power supply line Lg ... Ground line
Claims (3)
前記負荷への通電路に対して設けられ、保護回路を有する第一のFETと、
前記電源の逆接続時に寄生ダイオードが逆方向接続となる向きで前記第一のFETに対して直列接続され、かつ保護回路を有さない第二のFETと、
前記第一のFETと前記第二のFETに対して駆動信号をそれぞれ出力することにより、前記第一のFETと前記第二のFETをオンオフ制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記負荷に対して電力の供給を開始する場合、前記第二のFETのゲートに前記第二のFETをオンさせる駆動信号を出力してから一定時間Ta経過後に、前記第一のFETのゲートに前記第一のFETをオンさせる駆動信号を出力し、
前記負荷への電力供給を停止する場合、前記第一のFETに対する駆動信号の出力を停止してから一定時間Tb後に、前記第二のFETに対する駆動信号の出力を停止することを特徴とする電力供給制御装置。 A power supply control device for controlling power supply from a power source to a load,
A first FET provided for a current path to the load and having a protection circuit;
A second FET that is connected in series to the first FET in a direction in which a parasitic diode is connected in the reverse direction when the power supply is reversely connected, and does not have a protection circuit;
A control circuit for controlling on / off of the first FET and the second FET by outputting drive signals to the first FET and the second FET, respectively,
When starting to supply power to the load, the control circuit outputs the drive signal for turning on the second FET to the gate of the second FET, and after the predetermined time Ta has elapsed, A drive signal for turning on the first FET to the gate of the FET of
When stopping the power supply to the load, the output of the drive signal to the second FET is stopped after a predetermined time Tb after the output of the drive signal to the first FET is stopped. Supply control device.
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