JP6461522B2

JP6461522B2 - 逆接保護回路及び逆接保護方法

Info

Publication number: JP6461522B2
Application number: JP2014177790A
Authority: JP
Inventors: 亮彦後藤
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: JP2016052227A

Description

本発明は、直流電源の極性を逆接続したときに半導体デバイスなどを保護する、逆接保護回路及び逆接保護方法に関する。

負荷に直流電圧を供給する電源装置には、直流電源と負荷とを接続する電路に、直流電源の極性を逆接続したときに電路を遮断する、逆接保護用のＦＥＴ（Field Effect Transistor）を含んだ逆接保護回路が配設されている。逆接保護回路では、特開２０１２−６５４０５号公報（特許文献１）に記載されるように、逆接保護用のＦＥＴをＯＮ及びＯＦＦさせたときの電位差に基づいて、例えば、逆接保護用のＦＥＴ，負荷の断線又は短絡などの故障を診断していた。

特開２０１２−６５４０５号公報

しかしながら、上記逆接保護回路では、故障診断の閾値は、ＦＥＴの寄生ダイオードのＶｆとなるが、例えば、逆接保護用のＦＥＴの寄生ダイオードが抵抗成分を持って短絡した場合（ソフトショート時）、寄生ダイオードのＶｆと、寄生ダイオードのソフトショートによる電圧降下を見分けることが難しく、故障診断精度が良好ではなかった。また、負荷が抵抗成分を持って短絡した場合（ソフトショート時）、逆接保護用のＦＥＴと負荷の間の電圧検知による故障診断方法では、ＦＥＴのＯＮ抵抗に比べ、負荷のソフトショートによる抵抗が大きいため、正常時の電圧と、負荷が抵抗成分を持って短絡した場合の電圧を見分けることが難しく、故障診断精度が良好ではなかった。

そこで、本発明は、故障診断精度を向上させた、逆接保護回路及び逆接保護方法を提供することを目的とする。

直流電源と負荷とを接続する電路に、負荷から直流電源に向けて電流を流すことができる寄生ダイオードを有する第１のスイッチング素子と、電流検出器と、直流電源から負荷に向けて電流を流すことができる寄生ダイオードを有する第２のスイッチング素子と、負荷から直流電源に向けて電流を流すことができる寄生ダイオードを有する第３のスイッチング素子と、をこの順番で配設する。また、電流検出器と第２のスイッチング素子との間に位置する電路から分岐してグラウンドに接続された第１の分岐電路に第４のスイッチング素子を配設する。そして、第３のスイッチング素子によって直流電源から負荷に向けての電流を遮断し、かつ、第４のスイッチング素子によって第１の分岐電路を開通した状態のとき、電流検出器の検出電流に基づいて、第１のスイッチング素子に故障が発生しているか否かを診断する。

本発明によれば、故障診断精度を向上させることができる。

車両の電動パワーステアリングシステムの一例を示す概要図である。電源装置の一例を示す概要図である。故障が発生していない電源装置の作用の説明図である。バッテリ極性が逆接続された電源装置の作用の説明図である。負荷に短絡が発生した電源装置の作用の説明図である。第１のスイッチング素子の断線を診断する方法の説明図である。第１のスイッチング素子の短絡を診断する方法の説明図である。第２のスイッチング素子の断線を診断する方法の説明図である。第２のスイッチング素子の短絡を診断する方法の説明図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、車両の電動パワーステアリングシステムＥＰＳの一例を示す。

電動パワーステアリングシステムＥＰＳが適用されるステアリング装置は、操作機構，ギヤ機構及びリンク機構を有している。

操作機構は、ステアリングホイールＳＷとステアリングシャフト（コラムシャフト）ＳＳとを有している。ステアリングシャフトＳＳは、第１シャフトＳ１と第２シャフトＳ２（中間シャフト）を含む。

ギヤ機構はラック＆ピニオン型であり、ラックＲとピニオンＰとを有している。ピニオンＰは、第２シャフトＳ２に連結されたピニオンシャフトＰＳの先端に設けられており、ラックＲと噛み合っている。

リンク機構は、ラックＲに連結されたタイロッドＴＲと、タイロッドＴＲに連結された転舵輪ＦＬ，ＦＲと、を有している。

電動パワーステアリングシステムＥＰＳは、電動モータＭＴＲがギヤを直接駆動して補助力を発生する電動直結式であり、ピニオンシャフトＰＳに取り付けられてピニオンシャフトＰＳの回転に対して補助動力を与えるピニオンアシスト式である。

電動パワーステアリングシステムＥＰＳは、図示しない電源装置及びパワーサプライを介して、直流電源としてのバッテリＢＡＴＴから供給される直流電圧により駆動される電動モータＭＴＲと、電動モータＭＴＲの回転を減速する減速ギヤ機構ＧＥＲと、操舵トルクを検出するトルクセンサＴＳと、電動モータＭＴＲの回転（回転角又は回転位置）を検出する図示しないレゾルバと、これらセンサ類からの信号により電動モータＭＴＲを制御する電子制御装置ＥＣＵと、を有している。これらの構成部品は、同一のハウジングＨＳＧの内部に収容されており、電動パワーステアリングシステムＥＰＳは機電一体型のユニットとして構成されている。

これはピニオン型の電動パワーステアリングシステムの一例で、他に、デュアルピニオン型，ラック型，コラム型の電動パワーステアリングシステムなどがある。

図２は、このような電動パワーステアリングシステムＥＰＳなどに使用される、電源装置１００の一例を示す。

電源装置１００は、例えば、アクチュエータを制御する制御装置（図示せず）の指令に応答して、直流電源の一例として挙げられるバッテリ２００から、アクチュエータのパワーサプライなどの負荷３００へと直流電圧を供給する。電源装置１００には、バッテリ２００の極性が逆接続されたときに、例えば、半導体デバイスなどを保護する逆接保護回路と、バッテリ２００から負荷３００へと直流電圧を供給する電路を遮断又は導通させる駆動回路と、が内蔵されている。

バッテリ２００のプラス端子２０２は、フェールセーフ用の第１のスイッチング素子１１０、逆接保護用の第２のスイッチング素子１２０、及び、駆動回路の一部を形成する第３のスイッチング素子１３０がこの順番で直列接続された電路１４０を介して、負荷３００に接続されている。また、バッテリ２００のマイナス端子２０４は、グラウンドＧＮＤの一例として、例えば、自動車の車体に接続されている。このため、負荷３００は、電源装置１００を介してバッテリ２００のプラス端子２０２に接続されると共に、グラウンドＧＮＤとしての車体を介してバッテリ２００のマイナス端子２０４に接続されている。なお、第１のスイッチング素子１１０及び第２のスイッチング素子１２０並びにこれらの駆動系を含んで、逆接保護回路が形成されている。

第１のスイッチング素子１１０は、例えば、負荷３００に短絡などの故障が発生したときに、電路１４０を遮断するフェールセーフ動作を行う。具体的には、第１のスイッチング素子１１０は、例えば、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor、以下「ＦＥＴ」という）からなり、負荷３００からバッテリ２００に向けて電流を流すことができる寄生ダイオード１１２を有している。そして、第１のスイッチング素子１１０は、ＦＥＴのソースＳがバッテリ２００側に接続され、ＦＥＴのドレインＤ側が負荷３００側に接続されている。なお、第１のスイッチング素子１１０としては、Ｐチャネル型のＦＥＴに限らず、Ｎチャネル型のＦＥＴ，ＮＰＮトランジスタ，ＰＮＰトランジスタなど、各種の半導体スイッチング素子を使用することができる（以下同様）。

第１のスイッチング素子１１０のゲートＧは、ＦＥＴの挙動を安定させる抵抗Ｒ１を介して、ＦＥＴ駆動素子の一例として挙げられるＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１のコレクタＣに接続されている。また、第１のスイッチング素子１１０のゲートＧとソースＳとは、ＦＥＴの挙動を安定させる抵抗Ｒ２を介して相互に接続されている。トランジスタＴｒ１のエミッタＥは、グラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタＴｒ１のベースＢは、入力電圧を電流に変換して挙動を安定させる、直列に接続された抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４を介して、マイクロコンピュータ１５０の信号出力ポート１５０Ａに接続されている。さらに、トランジスタＴｒ１のベースＢとエミッタＥとは、遮断電流対策用の抵抗Ｒ５を介して相互に接続されている。

従って、マイクロコンピュータ１５０が、信号出力ポート１５０ＡからトランジスタＴｒ１のベースＢに所定電圧のＨｉ信号を出力すると、トランジスタＴｒ１がＯＮになって、そのコレクタＣとエミッタＥとが導通する。すると、第１のスイッチング素子１１０のゲートＧの電位がグラウンドＧＮＤとなるため、ソースＳの電位Ｖ_ＳがゲートＧの電位Ｖ_Ｇより高くなり（Ｖ_ｓ＞Ｖ_Ｇ）、ＯＮ（作動状態）になってソースＳとドレインＤとの間に電流が流れるようになる。

第２のスイッチング素子１２０は、例えば、バッテリ２００の交換時に人的ミスにより極性が逆接続されたときに、ＯＦＦ（非作動状態）になって電路１４０を遮断することで、通常とは逆方向の電流が流れないようにして、半導体デバイスなどに障害などが発生することを抑制する。具体的には、第２のスイッチング素子１２０は、例えば、Ｐチャネル型のＦＥＴからなり、第１のスイッチング素子１１０とは異なり、バッテリ２００から負荷３００に向けて電流を流すことができる寄生ダイオード１２２を有している。即ち、第２のスイッチング素子１２０は、寄生ダイオード１２２の向きを第１のスイッチング素子１１０の寄生ダイオード１１２と逆にすることで、電路１４０に通常とは逆方向の電流が流れることを抑制する。そして、第２のスイッチング素子１２０は、ＦＥＴのドレインＤがバッテリ２００側に接続され、ＦＥＴのソースＳが負荷３００側に接続されている。

第２のスイッチング素子１１０のゲートＧは、ＦＥＴの挙動を安定させる抵抗Ｒ１を介して、ＦＥＴ駆動素子の一例として挙げられるＮＰＮ型のトランジスタＴｒ２のコレクタＣに接続されている。また、第２のスイッチング素子１２０のゲートＧとソースＳとは、ＦＥＴの挙動を安定させる抵抗Ｒ２を介して相互に接続されている。トランジスタＴｒ２のエミッタＥは、グラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタＴｒ２のベースＢは、入力電圧を電流に変換して挙動を安定させる抵抗Ｒ６を介して、マイクロコンピュータ１５０の信号出力ポート１５０Ｂに接続されている。ここで、抵抗Ｒ６は、抵抗Ｒ３＋抵抗Ｒ４と同一の抵抗値を有している。さらに、トランジスタＴｒ２のベースＢとエミッタＥとは、遮断電流対策用の抵抗Ｒ５を介して相互に接続されている。

従って、マイクロコンピュータ１５０が、信号出力ポート１５０ＢからトランジスタＴｒ２のベースＢに所定電圧のＨｉ信号を出力すると、トランジスタＴｒ２がＯＮになって、そのコレクタＣとエミッタＥとが導通する。すると、第２のスイッチング素子１２０のゲートＧの電位がグラウンドＧＮＤとなるため、ソースＳの電位Ｖ_ＳがゲートＧの電位Ｖ_Ｇより高くなり（Ｖ_ｓ＞Ｖ_Ｇ）、ＯＮ（作動状態）になってソースＳとドレインＤとの間に電流が流れるようになる。

第３のスイッチング素子１３０は、マイクロコンピュータ１５０から出力される信号に応じて、バッテリ２００から負荷３００に直流電圧を供給し、負荷３００によってアクチュエータを駆動できるようにする。具体的には、第３のスイッチング素子１３０は、例えば、Ｐチャネル型のＦＥＴからなり、負荷３００からバッテリ２００に向けて電流を流すことができる寄生ダイオード１３２を有している。そして、第３のスイッチング素子１３０は、ＦＥＴのソースＳがバッテリ２００側に接続され、ＦＥＴのドレインＤが負荷３００側に接続されている。

第３のスイッチング素子１３０のゲートＧは、ＦＥＴの挙動を安定させる抵抗Ｒ１を介して、ＦＥＴ駆動素子の一例として挙げられるＮＰＮ型のトランジスタＴｒ３のコレクタＣに接続されている。また、第３のスイッチング素子１３０のゲートＧとソースＳとは、ＦＥＴの挙動を安定させる抵抗Ｒ２を介して相互に接続されている。トランジスタＴｒ３のエミッタＥは、グラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタＴｒ３のベースＢは、入力電圧を電流に変換して挙動を安定させる抵抗Ｒ６を介して、マイクロコンピュータ１５０の信号出力ポート１５０Ｃに接続されている。さらに、トランジスタＴｒ３のベースＢとエミッタＥとは、遮断電流対策用の抵抗Ｒ５を介して相互に接続されている。

従って、マイクロコンピュータ１５０が、信号出力ポート１５０ＣからトランジスタＴｒ３のベースＢに所定電圧のＨｉ信号を出力すると、トランジスタＴｒ３がＯＮになって、そのコレクタＣとエミッタＥとが導通する。すると、第３のスイッチング素子１３０のゲートＧの電位がグラウンドＧＮＤとなるため、ソースＳの電位Ｖ_ＳがゲートＧの電位Ｖ_Ｇより高くなり（Ｖ_ｓ＞Ｖ_Ｇ）、ＯＮ（作動状態）になってソースＳとドレインＤとの間に電流が流れるようになる。

第１のスイッチング素子１１０と第２のスイッチング素子１２０との間に位置する電路１４０には、電路１４０を流れる電流に応じた診断電流を出力する電流検出器１６０が配設されている。電流検出器１６０としては、例えば、診断機構を備えたパワーデバイスの一例であるＩＰＤ（Intelligent Power Device）などを使用することができる。

電流検出器１６０の診断電流出力ポート１６２は、電流を電圧に変換するための抵抗Ｒ７を介してグラウンドＧＮＤに接続されると共に、電圧比較器１７０の一方の入力端子Ｖinpに接続されている。電圧比較器１７０の他方の入力端子Ｖinnには、バッテリ２００の直流電圧ＶＢを抵抗Ｒ８及び抵抗Ｒ９で分圧した基準電圧が入力されている。そして、電圧比較器１７０は、入力端子Ｖinpの電圧が入力端子Ｖinnの電圧より高ければ電圧ＶＢを出力し、入力端子Ｖinpの電圧が入力端子Ｖinnの電圧より低ければ０Ｖを出力する。ここで、電圧比較器１７０の入力端子Ｖinnに入力される基準電圧は、抵抗Ｒ８及び抵抗Ｒ９の抵抗値を適宜変更することで、任意に設定することができる。

電圧比較器１７０の出力端子Ｖoutは、入力電圧を電流に変換して挙動を安定させる抵抗Ｒ１０を介して、強制スイッチング素子の一例として挙げられるＮＰＮ型のトランジスタＴｒ４のベースＢに接続されている。トランジスタＴｒ４のエミッタＥは、グラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタＴｒ４のベースＢとエミッタＥとは、遮断電流対策用の抵抗Ｒ１１を介して相互に接続されている。また、トランジスタＴｒ４のコレクタＣは、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間に位置する電路に接続されている。ここで、電圧比較器１７０が、診断手段の一例として挙げられる。

従って、例えば、負荷３００に短絡（ソフトショートを含む）が発生して電路１４０に過度な電流が流れると、その電流に応じた診断電流が抵抗Ｒ７によって電圧に変換され、その電圧が電圧比較器１７０の一方の入力端子Ｖinpに入力される。電圧比較器１７０の他方の入力端子Ｖinnには基準電圧が入力されているので、基準電圧を適切に設定することで、負荷３００が短絡したときに電圧比較器１７０の出力端子Ｖoutから電圧ＶＢを出力させることができる。そして、電圧比較器１７０の出力端子Ｖoutから出力された電圧ＶＢは、トランジスタＴＲ４をＯＮさせて、そのコレクタＣとエミッタＥとを導通させる。トランジスタＴｒ４のコレクタＣとエミッタＥとが導通すると、マイクロコンピュータ１５０の信号出力ポート１５０Ａから出力されているＨｉ信号は、抵抗Ｒ３より抵抗値が小さいトランジスタＴｒ４を経てグラウンドＧＮＤへと流れる。このため、トランジスタＴｒ１へのＨｉ信号の供給が遮断され、トランジスタＴｒ１がＯＦＦになって、そのコレクタＣとエミッタＥとが遮断される。トランジスタＴｒ１のコレクタＣとエミッタＥとが遮断されると、第１のスイッチング素子１１０のゲートＧの電位がＶＢとなるため、ソースＳの電位Ｖ_Ｓ＝ゲートＧの電位Ｖ_Ｇとなって、ソースＳとドレインＤとの間に電流が流れなくなる。

このように、バッテリ２００と負荷３００とを接続する電路１４０に過度な電流が流れると、ハードウエア回路によって第１のスイッチング素子１１０が強制的にＯＦＦになるので、半導体子デバイスなどを保護することができる。この機能は、マイクロコンピュータ１５０の制御が介在しないので、負荷３００の短絡発生から極短時間で行われることとなる。また、短絡発生は、電圧ベースではなく、電流ベースで診断されるため、例えば、抵抗値を持った短絡であっても診断することができる。

マイクロコンピュータ１５０は、以下に説明する回路を使用して、負荷３００の短絡、第１のスイッチング素子１１０の断線又は短絡、第２のスイッチング素子１２０の断線又は短絡を診断することができる。

電源装置１００には、電圧比較器１７０の一方の入力端子Ｖinpに入力される電圧を測定する電圧測定器１８０と、電圧比較器１７０の出力端子Ｖoutから出力される電圧を測定する電圧測定器１８２と、が取り付けられている。電圧測定器１８０及び１８２で測定された電圧は、図示しない信号伝達経路を介して、マイクロコンピュータ１５０に入力されている。

また、バッテリ２００と第１のスイッチング素子１１０との間に位置する電路１４０は、第２のスイッチング素子１２０に逆バイアス電圧を印加する印加回路１９０を介して、第２のスイッチング素子１２０と第３のスイッチング素子１３０との間に位置する電路１４０に接続されている。具体的には、バッテリ２００と第１のスイッチング素子１１０との間に位置する電路１４０は、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ５のエミッタＥに接続されている。トランジスタＴｒ５のコレクタＣは、プルアップ抵抗Ｒ１２を介して、第２のスイッチング素子１２０と第３のスイッチング素子１３０との間に位置する電路１４０に接続されている。

トランジスタＴｒ５のベースＢとエミッタＥとは、遮断電流対策用の抵抗Ｒ１３を介して相互に接続されている。また、トランジスタＴｒ５のベースＢは、入力電圧を電流に変換して挙動を安定させる抵抗Ｒ１４を介して、ＮＰＮ型のトランジスタＴｒ６のコレクタＣに接続されている。トランジスタＴｒ６のエミッタＥは、グラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタＴｒ６のベースＢは、入力電圧を電流に変換して挙動を安定させる抵抗１５を介して、マイクロコンピュータ１５０の信号出力ポート１５０Ｄに接続されている。さらに、トランジスタＴｒ６のベースＢとエミッタＥとは、遮断電流対策用の抵抗Ｒ１６を介して相互に接続されている。

第１のスイッチング素子１１０と電流検出器１６０との間に位置する電路１４０は、プルアップ抵抗Ｒ１７を介して、ＮＰＮ型のトランジスタＴｒ７のコレクタＣに接続されている。トランジスタＴｒ７のエミッタＥは、グラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタＴｒ７のベースＢは、入力電圧を電流に変換して挙動を安定させる抵抗Ｒ１８を介して、マイクロコンピュータ１５０の信号出力ポート１５０Ｅに接続されている。また、トランジスタＴｒ７のベースＢとエミッタＥとは、遮断電流対策用の抵抗Ｒ１９を介して相互に接続されている。なお、トランジスタＴｒ７が、第５のスイッチング素子の一例として挙げられる。

電流検出器１６０と第２のスイッチング素子１２０との間に位置する電路１４０は、プルアップ抵抗Ｒ１７を介して、ＮＰＮ型のトランジスタＴｒ８のコレクタＣに接続されている。トランジスタＴｒ８のエミッタＥは、グラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタＴｒ８のベースＢは、入力電圧を電流に変換して挙動を安定させる抵抗Ｒ１８を介して、マイクロコンピュータ１５０の信号出力ポート１５０Ｆに接続されている。また、トランジスタＴｒ８のベースＢとエミッタＥとは、遮断電流対策用の抵抗Ｒ１９を介して相互に接続されている。なお、トランジスタＴｒ８が、第４のスイッチング素子の一例として挙げられる。

故障が発生していない通常の動作状態では、マイクロコンピュータ１５０は、外部の制御装置からの指令に応答して、信号出力ポート１５０Ａ，１５０Ｂ及び１５０ＣからＨｉ信号を出力する。すると、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２及びＴｒ３がＯＮになって、第１のスイッチング素子１１０，第２のスイッチング素子１２０及び第３のスイッチング素子１３０がＯＮになる。第１のスイッチング素子１１０，第２のスイッチング素子１２０及び第３のスイッチング素子１３０がＯＮになると、図３において太線で示すように、バッテリ２００から負荷３００へと直流電圧ＶＢを供給する経路が形成される。そして、負荷３００は、例えば、外部の制御装置の指令に応答してアクチュエータを駆動する。

バッテリ２００の極性が逆接続されると、マイクロコンピュータ１５０が作動できないため、その信号出力ポート１５０Ａ〜１５０ＦからＨｉ信号を出力することができない。このため、トランジスタＴｒ２がＯＦＦになって、第２のスイッチング素子１２０もＯＦＦになっている。この状態では、第１のスイッチング素子１１０の寄生ダイオード１１２及び第３のスイッチング素子１３０の寄生ダイオード１３２を経由して、負荷３００からバッテリ２００の方向に電流が流れようとしても、図４に示すように、第２のスイッチング素子１２０の寄生ダイオード１２２によって電流経路が遮断される。従って、作業ミスなどによってバッテリ２００の極性を逆接続してしまっても、半導体デバイスなどを保護することができる。

負荷３００に短絡が発生すると、バッテリ２００と負荷３００とを接続する電路１４０に通常以上の電流が流れる。この場合、マイクロコンピュータ１５０は、電圧測定器１８０の出力が所定値以上であるか否かを介して、電路１４０に過度な電流が流れているか否かを判定できる。ここで、所定値としては、例えば、負荷３００に短絡が発生していないときの最大電圧よりも若干高い電圧とすることができる。そして、マイクロコンピュータ１５０は、電路１４０に過度な電流が流れていると判定すれば、信号出力ポート１５０ＡからＨｉ信号を出力することを中止し、トランジスタＴｒ１をＯＦＦにすることで、第１のスイッチング素子１１０をＯＦＦにする。このようにすれば、図５において太線で示すように、電路１４０は、第１のスイッチング素子１１０がＯＦＦになることで遮断されるので、電路１４０に過度な電流が流れないようにする、フェールセーフ動作を行うことができる。なお、第１のスイッチング素子１１０は、前述したように、ハードウエア回路によってＯＦＦになるため、マイクロコンピュータ１５０による処理を行わないようにしてもよい。

第１のスイッチング素子１１０の故障を診断する場合には、マイクロコンピュータ１５０は、信号出力ポート１５０Ａ及び１５０ＦからＨｉ信号を出力し、トランジスタＴｒ１及びＴｒ８をＯＮにさせる。トランジスタＴｒ１がＯＮになると、第１のスイッチング素子１１０もＯＮになる。この状態では、図６において太線で示すように、バッテリ２００のプラス端子２０２を、第１のスイッチング素子１１０、電流検出器１６０及びトランジスタＴｒ８を介してグラウンドＧＮＤに接続する経路が形成される。このとき、第１のスイッチング素子１１０に断線が発生していなければ、電流検出器１６０に電流が流れる。このため、マイクロコンピュータ１５０は、例えば、電圧検出器１８０の出力信号が所定電圧未満である場合、第１のスイッチング素子１１０に断線が発生していると診断することができる。

また、マイクロコンピュータ１５０は、信号出力ポート１５０ＦからＨｉ信号を出力し、トランジスタＴｒ８をＯＮさせる。この状態では、第１のスイッチング素子１１０がＯＦＦになっているため、図７において太線で示すように、バッテリ２００のプラス端子２０２を、第１のスイッチング素子１１０、電流検出器１６０及びトランジスタＴｒ８を介してグラウンドＧＮＤに接続する経路が遮断される。このとき、第１のスイッチング素子１１０が短絡していなければ、電流検出器１６０に電流が流れない。このため、マイクロコンピュータ１５０は、例えば、電圧検出器１８０の出力信号が所定電圧以上である場合、第１のスイッチング素子１１０に短絡が発生していると診断することができる。

第２のスイッチング素子１２０の故障を診断する場合には、マイクロコンピュータ１５０は、信号出力ポート１５０Ｂ，１５０Ｄ及び１５０ＥからＨｉ信号を出力し、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ６及びＴｒ７を夫々ＯＮにする。トランジスタＴｒ２がＯＮになると、第２のスイッチング素子１２０もＯＮになる。また、トランジスタＴｒ６がＯＮになると、そのコレクタＣとエミッタＥとが導通し、トランジスタＴｒ５のベースＢの電位がグラウンドＧＮＤとなる。そして、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ５がＯＮになって、そのエミッタＥとコレクタＣとが導通する。このため、図８において太線で示すように、バッテリ２００のプラス端子２０２を、トランジスタＴｒ５，第２のスイッチング素子１２０，電流検出器１６０及びトランジスタＴｒ７を経由して、グラウンドＧＮＤに接続することで、第２のスイッチング素子１２０に逆バイアス電圧を印加する経路が形成される。このとき、第２のスイッチング素子１２０に断線が発生していなければ、電流検出器１６０に電流が流れるので、マイクロコンピュータ１５０は、電圧検出器１８０の出力信号が所定電圧未満であれば、第２のスイッチング素子１２０に断線が発生していると診断することができる。

また、マイクロコンピュータ１５０は、信号出力ポート１５０Ｄ及び１５０ＥからＨｉ信号を出力し、トランジスタＴｒ６及びＴｒ７を夫々ＯＮさせる。トランジスタＴｒ６がＯＮになると、前述したように、トランジスタＴｒ５がＯＮになって、図９において太線で示すように、第２のスイッチング素子１２０に逆バイアス電圧を印加する経路が形成される。このとき、第２のスイッチング素子１２０に短絡が発生していなければ、電流検出器１６０に電流が流れないので、マイクロコンピュータ１５０は、電圧検出器１８０の出力信号が所定電圧以上であれば、第２のスイッチング素子１２０に短絡が発生していると診断することができる。

以上のように、マイクロコンピュータ１５０は、所定の手順に従って、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３，Ｔｒ６〜Ｔｒ７を選択的にＯＮにすることで、第１のスイッチング素子１１０及び第２のスイッチング素子１２０に故障が発生しているか否かを診断することができる。そして、マイクロコンピュータ１５０は、第１のスイッチング素子１１０及び第２のスイッチング素子１２０の少なくとも一方に故障が発生していると診断した場合、例えば、トランジスタＴｒ１をＯＦＦにすることで第１のスイッチング素子１１０をＯＦＦにし、電路１２０を遮断すればよい。このようにすれば、電路１４０に過度な電流が流れることがなく、半導体デバイスなどを保護する、フェールセーフ動作を行うことができる。

１００電源装置（逆接保護回路）
１１０第１のスイッチング素子
１１２寄生ダイオード
１２０第２のスイッチング素子
１２２寄生ダイオード
１４０電路
１５０マイクロコンピュータ
１６０電流検出器（診断手段）
１７０電圧比較器
２００バッテリ（直流電源）
３００負荷
Ｔｒ４トランジスタ（強制スイッチング素子）

Claims

直流電源と負荷とを接続する電路に配設され、前記負荷から前記直流電源に向けて電流を流すことができる寄生ダイオードを有する第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と前記負荷との間に位置する前記電路に配設され、前記直流電源から前記負荷に向けて電流を流すことができる寄生ダイオードを有する第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間に位置する前記電路に配設された電流検出器と、
前記第２のスイッチング素子と前記負荷との間に位置する前記電路に配設され、前記負荷から前記直流電源に向けて電流を流すことができる寄生ダイオードを有する第３のスイッチング素子と、
前記電流検出器と前記第２のスイッチング素子との間に位置する前記電路から分岐してグラウンドに接続された第１の分岐電路に配設された第４のスイッチング素子と、
前記第３のスイッチング素子によって前記直流電源から前記負荷に向けての電流を遮断し、かつ、前記第４のスイッチング素子によって前記第１の分岐電路を開通した状態のとき、前記電流検出器の検出電流に基づいて、前記第１のスイッチング素子に故障が発生しているか否かを診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする逆接保護回路。
前記診断手段は、前記電流検出器の検出電流に応じた電圧と基準電圧とを比較する電圧比較器からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の逆接保護回路。
前記電圧比較器の出力端子に接続され、前記電圧比較器の出力電圧に応じて、前記第１のスイッチング素子を強制的にＯＦＦにする強制スイッチング素子を更に備えた、
ことを特徴とする請求項２に記載の逆接保護回路。
前記第１のスイッチング素子と前記電流検出器との間に位置する前記電路から分岐して前記グラウンドに接続された第２の分岐電路に配設された第５のスイッチング素子と、
前記直流電源と前記第１のスイッチング素子との間に位置する前記電路から分岐して、前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子との間に位置する前記電路に接続された逆バイアス電圧印加電路に配設され、前記第２のスイッチング素子に逆バイアス電圧を印加することができる印加回路と、
を更に備え、
前記診断手段は、前記第１のスイッチング素子の診断に加え、前記第３のスイッチング素子によって前記直流電源から前記負荷に向けての電流を遮断し、前記第５のスイッチング素子によって前記第２の分岐電路を開通し、かつ、前記印加回路によって前記第２のスイッチング素子に逆バイアス電圧を印加した状態のとき、前記電流検出器の検出電流に基づいて、前記第２のスイッチング素子に故障が発生しているか否かを診断する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の逆接保護回路。
マイクロコンピュータを更に備え、
前記マイクロコンピュータの指示に基づいて、前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、前記第３のスイッチング素子及び前記第４のスイッチング素子が駆動制御されて、前記第１のスイッチング素子の故障診断に対応する経路が形成される、
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の逆接保護回路。
前記マイクロコンピュータが、前記第１のスイッチング素子をＯＮ、前記第２のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第３のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第４のスイッチング素子をＯＮにして、前記電流検出器に電流を流す経路を形成した状態において、当該電流検出器の検出電流が出力されないときに、前記第１のスイッチング素子に故障が発生していると診断する、
ことを特徴とする請求項５に記載の逆接保護回路。
前記マイクロコンピュータが、前記第１のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第２のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第３のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第４のスイッチング素子をＯＮにして、前記電流検出器に電流を流す経路を遮断した状態において、当該電流検出器の検出電流が出力されたときに、前記第１のスイッチング素子に故障が発生していると診断する、
ことを特徴とする請求項５に記載の逆接保護回路。
マイクロコンピュータを更に備え、
前記マイクロコンピュータの指示に基づいて、前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、前記第３のスイッチング素子、前記第４のスイッチング素子及び前記第５のスイッチング素子が駆動制御されて、前記第２のスイッチング素子の故障診断に対応する経路が形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の逆接保護回路。
前記マイクロコンピュータが、前記第１のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第２のスイッチング素子をＯＮ、前記第３のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第４のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第５のスイッチング素子をＯＮにして、前記第２のスイッチング素子に逆バイアス電圧を印加する経路を形成した状態において、前記電流検出器の検出電流が出力されないときに、前記第２のスイッチング素子に故障が発生していると診断する、
ことを特徴とする請求項８に記載の逆接保護回路。
前記マイクロコンピュータが、前記第１のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第２のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第３のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第４のスイッチング素子をＯＦＦ、前記第５のスイッチング素子をＯＮにして、前記第２のスイッチング素子に逆バイアス電圧を印加する経路を形成した状態において、前記電流検出器の検出電流が出力されたときに、前記第２のスイッチング素子に故障が発生していると診断する、
ことを特徴とする請求項８に記載の逆接保護回路。
直流電源と負荷とを接続する電路に、前記負荷から前記直流電源に向けて電流を流すことができる寄生ダイオードを有する第１のスイッチング素子と、電流検出器と、前記直流電源から前記負荷に向けて電流を流すことができる寄生ダイオードを有する第２のスイッチング素子と、前記負荷から前記直流電源に向けて電流を流すことができる寄生ダイオードを有する第３のスイッチング素子と、をこの順番に配設し、
前記電流検出器と前記第２のスイッチング素子との間に位置する前記電路から分岐してグラウンドに接続された第１の分岐電路に第４のスイッチング素子を配設し、
前記第１のスイッチング素子と前記電流検出器との間に位置する前記電路から分岐して前記グラウンドに接続された第２の分岐電路に第５のスイッチング素子を配設し、
前記直流電源と前記第１のスイッチング素子との間に位置する前記電路から分岐して、前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子との間に位置する前記電路に接続された逆バイアス電圧印加電路に、前記第２のスイッチング素子に逆バイアス電圧を印加することができる印加回路を配設し、
前記第３のスイッチング素子によって前記直流電源から前記負荷に向けての電流を遮断し、かつ、前記第４のスイッチング素子によって前記第１の分岐電路を開通した状態のとき、前記電流検出器の検出電流に基づいて、前記第１のスイッチング素子に故障が発生しているか否かを診断し、
前記第３のスイッチング素子によって前記直流電源から前記負荷に向けての電流を遮断し、前記第５のスイッチング素子によって前記第２の分岐電路を開通し、かつ、前記印加回路によって前記第２のスイッチング素子に逆バイアス電圧を印加した状態のとき、前記電流検出器の検出電流に基づいて、前記第２のスイッチング素子に故障が発生しているか否かを診断する、
ことを特徴とする逆接保護方法。