JP5776559B2

JP5776559B2 - 給電制御装置

Info

Publication number: JP5776559B2
Application number: JP2012004392A
Authority: JP
Inventors: 崇裕長濱
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: JP2013143905A

Description

本発明は、好適に車両に搭載されて、バッテリから車載負荷への給電を、電界効果トランジスタ(ＦＥＴ：Field Effect Transistor)又はバイポーラトランジスタ等の半導体スイッチのオン／オフによって制御する給電制御装置に関する。

現在、車両には、ランプ、ワイパー、エアーコンディショナー、電動ブレーキ、電動パワーステアリング及びカーナビゲーション等の電気負荷が搭載されている。車両に搭載された多くの電気負荷は、半導体スイッチを介してバッテリから給電され、バッテリからの給電は半導体スイッチのオン／オフによって制御されている。

電気負荷への給電を半導体スイッチのオン／オフによって制御する給電制御装置には、静電気、サージ電圧又は過電流等によって半導体スイッチが故障して短絡した場合、例えば、ＦＥＴのドレイン及びソース間が短絡した場合に、電気負荷が作動し続け、運転者の意図に従わない動作をする虞がある。

そこで、半導体スイッチが短絡した状態でバッテリから電気負荷への給電が継続されることを防止する給電制御装置が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の給電制御装置では、半導体スイッチとしてＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられ、ＭＯＳＦＥＴのゲートに抵抗を介して電圧を印加することによって、ＭＯＳＦＥＴをオン／オフする。この給電制御装置は、ゲートに接続された抵抗の両端子間の電圧から、短絡する直前のＭＯＳＦＥＴの状態を検出した場合、ゲートへの電圧印加を停止し、ＭＯＳＦＥＴをオフにする。

特開２００７−１７４７５６号公報

ところで、故障によって半導体スイッチが短絡した状態でバッテリから電気負荷への給電が継続されることを防止する給電制御装置として、所定温度以上に加熱された場合にバッテリから電気負荷への給電経路を遮断する遮断素子を用いた給電制御装置が提案されている。

半導体スイッチが故障によって短絡した場合、半導体スイッチのオン抵抗は上昇する。これにより、半導体スイッチを電流が流れた場合に半導体スイッチから発生する熱の量が上昇する。更には、半導体スイッチは短絡しているため、半導体スイッチにはバッテリから電流が流れ続け、高熱が発生する。

遮断素子を用いた給電制御装置では、遮断素子が半導体スイッチの近傍に配置され、半導体スイッチが短絡した場合、半導体スイッチが発する熱によって、遮断素子は所定温度以上に加熱され、遮断素子はバッテリから電気負荷への給電経路を遮断する。これにより、半導体スイッチが短絡した状態でバッテリから電気負荷への給電が継続されることが防止される。

しかしながら、半導体スイッチから発せられる熱が十分に加えられる位置に遮断素子を配置することは難しいため、半導体スイッチが故障によって短絡したにもかかわらず、遮断素子によってバッテリから電気負荷への給電経路が遮断されず、電気負荷への給電が継続される虞がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体スイッチが短絡した場合に、バッテリから電気負荷への給電経路を確実に遮断することができる給電制御装置を提供することにある。

本発明に係る給電制御装置は、所定温度以上に加熱された場合にバッテリから電気負荷への給電経路を遮断する遮断素子と、該給電経路に設けられ、通電によって発する熱を前記遮断素子に加える半導体スイッチとを備える給電制御装置において、電力を供給されて発熱し、前記遮断素子を加熱する加熱素子と、前記半導体スイッチの短絡を検出する検出手段と、該検出手段が前記短絡を検出した場合に前記加熱素子に前記バッテリからの電力を供給する電力供給手段とを備え、前記検出手段は、前記半導体スイッチがオンである場合に該半導体スイッチの両端間の電圧が高い程、高い電圧を出力する出力回路を有し、前記電力供給手段は、前記バッテリから前記加熱素子へ給電される第２の給電経路に設けられ、前記出力回路が出力した電圧が所定電圧以上である場合にオンとなるスイッチを有することを特徴とする。

本発明にあっては、検出手段はバッテリから電気負荷への給電経路に設けられた半導体スイッチの短絡を検出する。検出手段が短絡を検出した場合、電力供給手段は加熱素子にバッテリからの電力を供給する。具体的に、検出手段の出力回路は、半導体スイッチがオンである場合において、半導体スイッチの両端間の電圧が高い程、高い電圧を出力する。出力回路が出力した電圧が所定電圧以上である場合、バッテリから加熱素子へ給電される第２の給電経路に設けられた電力供給手段のスイッチはオンとなる。これにより、加熱素子は、電力を供給されて発熱し、遮断素子を加熱する。遮断素子は、短絡した半導体スイッチが発する熱と、加熱素子によって加えられた熱とによって自身の温度が所定温度以上になった場合にバッテリから電気負荷への給電経路を遮断する。

故障によって半導体スイッチが短絡した場合、出力回路が出力した電圧が所定電圧以上となり、スイッチはオンとなる。これにより、バッテリから加熱素子へ給電され、遮断素子は半導体スイッチと加熱素子とによって加熱される。結果、バッテリから電気負荷への給電経路が確実に遮断される。

本発明に係る給電制御装置は、前記半導体スイッチをオン又はオフにすることによって、前記電気負荷の駆動を制御する制御部を更に備えることを特徴とする。

本発明にあっては、バッテリから負荷への給電経路に設けられた半導体スイッチをオン又はオフにすることによって電気負荷の駆動を制御する。

本発明によれば、半導体スイッチが短絡した場合に、バッテリから電気負荷への給電経路を確実に遮断させることができる給電制御装置を実現することができる。

本発明に係る給電制御装置の実施の形態の要部構成を示す回路図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る給電制御装置の実施の形態の要部構成を示す回路図である。この給電制御装置１は、好適に車両に搭載され、バッテリ２の正極端子と電気負荷３の一方の端子との間に接続されている。バッテリ２の負極端子、及び、電気負荷３の他方の端子は接地されている。

給電制御装置１は、外部から電気負荷３の駆動を指示する駆動信号を受け付けた場合に、バッテリ２からの電力を電気負荷３に供給する。
電気負荷３はランプである。なお、電気負荷３は、ランプに限定されず、ワイパー、エアーコンディショナー、電動ブレーキ、電動パワーステアリング及びカーナビゲーション等の車載負荷であってもよい。

給電制御装置１は、遮断素子１１、加熱素子１２、Ｎチャネル型のＦＥＴ１３、スイッチ１４、抵抗１５，１６、オペアンプ１７、リレー１８及び制御部１９を備える。リレー１８はリレーコイル８１及びリレー接点８２（ａ接点）を有する。

バッテリ２の正極端子は、遮断素子１１及び加熱素子１２夫々の一方の端子に接続されている。ＦＥＴ１３では、ドレインが遮断素子１１の他方の端子、及び、スイッチ１４の一方の端子に、ソースが電気負荷３及び抵抗１５夫々の一方の端子に、ゲートが制御部１９に接続されている。

オペアンプ１７では、非反転入力端子がスイッチ１４の他方の端子に、反転入力端子が抵抗１５の他方の端子、及び、抵抗１６の一方の端子に、出力端子が抵抗１６の他方の端子、及び、リレーコイル８１の一方の端子に接続されている。加熱素子１２の他方の端子は、リレー接点８２の一方の端子に接続され、リレーコイル８１及びリレー接点８２夫々の他方の端子は接地されている。

遮断素子１１は、加熱素子１２及びＦＥＴ１３の近傍に配置され、加熱素子１２から発せられる熱、及び、通電によってＦＥＴ１３から発せられる熱を加えられる。遮断素子１１は、加熱素子１２及びＦＥＴ１３によって所定温度以上に加熱された場合に、バッテリ２から電気負荷３への給電経路を遮断する。

加熱素子１２は、例えば発熱抵抗であり、バッテリ２からの電力が供給された場合に熱を発する。加熱素子１２は、リレー接点８２がオンになった場合にバッテリ２からの電力が供給され、発熱し、遮断素子１１を加熱する。

ＦＥＴ１３は半導体スイッチとして機能する。ＦＥＴ１３は、ゲートに第１電圧以上の電圧が制御部１９によって印加された場合にオンとなり、ゲートに電圧が印加されない場合にオフとなる。

ＦＥＴ１３のドレイン及びソース間の電圧をＥｉとすると、電圧Ｅｉは、「電気負荷３に流れる電流の量」と「ドレイン及びソース間の抵抗値」との積で表される。

ドレイン及びソース間のオン抵抗値は、ＦＥＴ１３がオンである場合に数ｍΩであり、静電気、サージ電圧又は過電流等によってＦＥＴ１３が故障してドレイン及びソース間が短絡した場合に数百ｍΩ以上である。このため、ＦＥＴ１３が正常に作動してオンである場合における電圧Ｅｉは、ＦＥＴ１３のドレイン及びソース間が短絡した場合における電圧Ｅｉよりも低い。

ＦＥＴ１３が正常に作動してオンである場合における電圧Ｅｉと、ＦＥＴ１３のドレイン及びソース間が短絡した場合における電圧Ｅｉとの間にある電圧を基準電圧として設定する。制御部１９がＦＥＴ１３をオンにしている状態で電圧Ｅｉが基準電圧以上である場合に、ＦＥＴ１３のドレイン及びソース間の短絡が検出される。

このように、電圧Ｅｉの変化からＦＥＴ１３のドレイン及びソース間の短絡を確実に検出することができる。
なお、ＦＥＴ１３のドレイン及びソースは特許請求の範囲における両端子に該当する。

スイッチ１４は制御部１９によってオン／オフされる。
抵抗１５，１６及びオペアンプ１７は差動増幅器として機能する。オペアンプ１７の出力端子から出力される電圧をＥｏｕｔとし、抵抗１５及び１６夫々の抵抗値をＲ１５及びＲ１６とすると、スイッチ１４がオンである場合におけるＥｏｕｔは（１）式のように表される。
Ｅｏｕｔ＝（１＋（Ｒ１６／Ｒ１５））Ｅｉｎ・・・（１）
スイッチ１４がオフである場合、オペアンプ１７の出力端子から電圧は出力されない。

リレーコイル８１には、オペアンプ１７の出力端子から出力されたＥｏｕｔが印加される。リレーコイル８１は、Ｅｏｕｔが第２電圧以上である場合にリレー接点８２をオンに、Ｅｏｕｔが第２電圧未満である場合にリレー接点８２をオフにする。

リレー接点８２がオンである場合、加熱素子１２はバッテリ２から電力を供給されて発熱し、リレー接点８２がオフである場合、加熱素子１２は電力を供給されず、発熱しない。

抵抗値Ｒ１５及びＲ１６夫々は、電圧Ｅｉが基準電圧未満である場合にＥｏｕｔが第２電圧未満となり、電圧Ｅｉが基準電圧以上である場合にＥｏｕｔが第２電圧以上となるように設定されている。

制御部１９は、駆動信号を受け付けた場合、ＦＥＴ１３のゲートに第１電圧以上の電圧を印加してＦＥＴ１３をオンにし、更には、スイッチ１４をオンにする。制御部１９は、駆動信号を受け付けていない場合、ＦＥＴ１３のゲートに電圧を印加せずにＦＥＴ１３をオフにし、スイッチ１４もオフにする。

次に、給電制御装置１の各構成部が実行する動作を説明する。制御部１９が駆動信号を受け付けてＦＥＴ１３及びスイッチ１４をオンにした場合、バッテリ２から遮断素子１１及びＦＥＴ１３を介して電気負荷３に給電される。

ＦＥＴ１３が正常に作動してオンである場合、電圧Ｅｉは基準電圧未満であるため、故障によるＦＥＴ１３のドレイン及びソース間の短絡は検出されず、オペアンプ１７から出力される電圧Ｅｏｕｔは第２電圧未満となる。これにより、リレー接点８２はオフのままであり、加熱素子１２に電力が供給されない。従って、遮断素子１１は、所定温度以上に加熱されることはないため、バッテリ２から電気負荷３への給電経路を遮断することはない。

故障によってＦＥＴ１３のドレイン及びソース間が短絡した場合、電圧Ｅｉは基準電圧以上であるため、ドレイン及びソース間の短絡が検出され、オペアンプ１７から出力される電圧Ｅｏｕｔは第２電圧以上となる。これにより、リレー接点８２はオンになり、加熱素子１２に電力が供給され、加熱素子１２は遮断素子１１を加熱する。

更には、ドレイン及びソース間の抵抗が数十ｍΩから数百ｍΩ以上になるため、ＦＥＴ１３は高熱を発し、遮断素子１１を加熱する。

従って、ＦＥＴ１３のドレイン及びソース間が短絡した場合、遮断素子１１は、加熱素子１２及びＦＥＴ１３によって所定温度以上に加熱され、バッテリ２から電気負荷３への給電経路を遮断する。

上述のように、故障によってＦＥＴ１３のドレイン及びソース間が短絡した場合、ＦＥＴ１３だけでなく、加熱素子１２によって遮断素子１１は加熱されるので、バッテリ２から電気負荷３への給電経路を確実に遮断することができる。

なお、ＦＥＴ１３のドレイン及びソース間の短絡を検出する方法は、ドレイン及びソース間の電圧Ｅｉに基づいて短絡を検出する方法に限定されない。

また、短絡が検出される半導体スイッチは、Ｎチャネル型のＦＥＴに限定されず、Ｐチャネル型のＦＥＴでもよい。更には、短絡が検出される半導体スイッチはＦＥＴに限定されず、バイポーラトランジスタであってもよい。この場合、バイポーラトランジスタのコレクタ及びエミッタ間の短絡が検出される。

開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１給電制御装置
１１遮断素子
１２加熱素子
１３ＦＥＴ
１４スイッチ
１５，１６抵抗
１７オペアンプ
１８リレー
２バッテリ
３電気負荷
８１リレーコイル
８２リレースイッチ

Claims

所定温度以上に加熱された場合にバッテリから電気負荷への給電経路を遮断する遮断素子と、該給電経路に設けられ、通電によって発する熱を前記遮断素子に加える半導体スイッチとを備える給電制御装置において、
電力を供給されて発熱し、前記遮断素子を加熱する加熱素子と、
前記半導体スイッチの短絡を検出する検出手段と、
該検出手段が前記短絡を検出した場合に前記加熱素子に前記バッテリからの電力を供給する電力供給手段と
を備え、
前記検出手段は、前記半導体スイッチがオンである場合に該半導体スイッチの両端間の電圧が高い程、高い電圧を出力する出力回路を有し、
前記電力供給手段は、前記バッテリから前記加熱素子へ給電される第２の給電経路に設けられ、前記出力回路が出力した電圧が所定電圧以上である場合にオンとなるスイッチを有すること
を特徴とする給電制御装置。
前記半導体スイッチをオン又はオフにすることによって、前記電気負荷の駆動を制御する制御部を更に備えること
を特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。