JP6740709B2 - 給電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体スイッチを介した給電を制御する給電制御装置に関する。

車両には、バッテリから負荷への給電を制御する給電制御装置が搭載されている。特許文献１には、バッテリに代表される直流電源から負荷への給電を制御する給電制御装置が開示されている。

特許文献１に記載の給電制御装置では、直流電源が負荷を給電する給電経路の中途に半導体スイッチが配置されている。半導体スイッチがオンである場合、給電経路に電流が流れ、半導体スイッチがオフである場合、給電経路に電流が流れることはない。半導体スイッチをオン又はオフに切替えることによって、直流電源から負荷への給電を制御する。

特許文献１に記載の給電制御装置では、直流電源は、スイッチを介して半導体スイッチの制御端に接続されている。半導体スイッチをオフからオンに切替える場合、スイッチをオフからオンに切替える。直流電源から、制御端に一端が接続されている寄生容量に電力が供給される。

寄生容量に蓄えられる電力の上昇と共に制御端の電圧が上昇する。制御端の電圧がオン閾値以上となった場合、半導体スイッチはオフからオンに切替わる。バッテリは、長期間、大きな電力を寄生容量に供給し続けることが可能である。このため、特許文献１に記載の給電制御装置では、半導体スイッチを素早くオフからオンに切替えることができる。

特許第４２５２０９１号公報

半導体スイッチのオフからオンへの切替え速度に応じて、スイッチング損失の大きさと、切替えによって発生する電磁波の周波数帯域とが異なる。バッテリから負荷への給電を制御する給電制御装置では、スイッチング損失の大きさ、及び、電磁波の周波数帯域夫々が所定の範囲内に収まるように、切替え速度を調整する。切替え速度は、装置内に用いられる抵抗又はキャパシタ等の素子を、定数が適当な素子に変更することによって調整される。

また、給電を制御するために用いる半導体スイッチのサイズは、負荷に供給すべき電流の大きさに応じて異なる。例えば、負荷に供給すべき電流が大きい程、サイズが大きい半導体スイッチが用いられる。半導体スイッチのサイズに応じて、寄生容量の容量は異なる。

特許文献１に記載の給電制御装置では、寄生容量の容量に応じて半導体スイッチがオフからオンへの切替え速度が異なる。このため、半導体スイッチのサイズを変更する都度、スイッチング損失の大きさ、及び、電磁波の周波数帯域夫々が所定範囲内に収まるように、抵抗又はキャパシタ等の素子を変更し、切替え速度を調整しなければならない。

車両には、複数の負荷が搭載されている。通常、これらの負荷夫々に供給すべき電流の大きさは同じではない。このため、複数の負荷夫々への給電を制御する給電制御装置として、特許文献１に記載の給電制御装置を用いた場合、負荷に応じて、抵抗及びキャパシタ等の素子を選定しなければならず、開発コストが高い。

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、寄生容量の容量に無関係にオフからオンへの切替え速度を略一定にすることが可能な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、給電経路の中途に配置され、制御端の電圧が閾値以上である場合にオンである半導体スイッチを備える給電制御装置において、前記給電経路の中途における前記半導体スイッチの上流側に配置され、制御端の電圧が第２の閾値以上である場合にオンである第２の半導体スイッチと、前記給電経路の電流入力側の一端と該第２の半導体スイッチの制御端との間に接続される抵抗と、アノードが前記半導体スイッチの制御端に接続され、カソードが前記第２の半導体スイッチの制御端に接続されるダイオードと、電圧を出力する電圧出力部と、前記給電経路の前記一端と前記半導体スイッチの制御端との間に接続されるスイッチと、前記電圧出力部が電圧を出力する出力端、及び、前記半導体スイッチの前記制御端間に接続される第２の抵抗とを備え、前記スイッチは、前記電圧出力部が出力している出力電圧から前記半導体スイッチの制御端の電圧を減算した差分電圧が所定電圧以上である場合にオンであり、該差分電圧が前記所定電圧未満である場合にオフであり、前記半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチそれぞれの制御端に寄生容量が接続されており、前記半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチをオンに切替える場合、前記電圧出力部は出力端の電圧を上昇させ、前記電圧出力部が前記第２の抵抗を介して前記半導体スイッチの寄生容量を充電する期間は、前記スイッチを介して前記半導体スイッチの寄生容量が充電される期間よりも短いことを特徴とする。

本発明にあっては、例えば、バッテリが負荷に給電する給電経路の中途に半導体スイッチが配置されている。給電経路における電流入力側の一端、即ち、バッテリの正極と半導体スイッチの制御端との間に接続されるスイッチを介して、バッテリから、半導体スイッチの制御端に接続されている寄生容量に電力を供給し、制御端の電圧を上昇させる。半導体スイッチをオンに切替える場合、電圧出力部が出力している出力電圧を上昇させる。電圧出力部の出力電圧から制御端の電圧を減算した差分電圧が所定電圧以上となるまで、電圧出力部が第２の抵抗を介して半導体スイッチの寄生容量を充電する。スイッチは、電圧出力部の出力電圧から制御端の電圧を減算した差分電圧が所定電圧以上である場合にオンであり、差分電圧が所定電圧未満である場合にオフである。このため、差分電圧が所定電圧以上となった場合、制御端の電圧は、電圧出力部の出力電圧から所定電圧を減算した電圧以下に制限される。このため、バッテリが半導体スイッチの制御端の電圧を、電圧出力部の出力電圧の上昇速度よりも速い速度で上昇させることが可能に構成されている限り、半導体スイッチの制御端の電圧の上昇速度は、寄生容量の容量と無関係に電圧出力部の出力電圧の上昇速度と略同一となる。電圧出力部が第２の抵抗を介して半導体スイッチの寄生容量を充電する期間は、スイッチを介して半導体スイッチの寄生容量が充電される期間よりも短い。従って、バッテリが前述したように構成されている場合、半導体スイッチのオフからオンへの切替え速度は、寄生容量の容量に無関係に略一定である。
また、給電経路の中途において、半導体の上流側に第２の半導体スイッチが配置されている。第２の半導体スイッチは、制御端の電圧が第２の閾値以上である場合にオンである。更に、給電経路の電流入力側の一端と第２の半導体スイッチの制御端の間に抵抗が接続される。半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの制御端間にダイオードが接続される。ここで、ダイオードについて、アノードは半導体スイッチの制御端に接続され、カソードは第２の半導体スイッチの制御端に接続される。第２の半導体スイッチの制御端にも寄生容量が接続されている。電力出力部が出力端の電圧を上昇させることによって、半導体スイッチだけではなく、第２の半導体スイッチもオンに切替える。

半導体スイッチがオンに切替えられた後、電圧出力部は、第２の抵抗を介して、電圧を出力し続け、半導体スイッチをオンに維持する。

本発明に係る給電制御装置は、前記給電経路の前記一端と前記半導体スイッチの電流出力端との間に接続されるキャパシタを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、例えば、給電経路における電流入力側の一端にバッテリの正極が接続され、半導体スイッチの電流出力端に負荷の一端が接続される。半導体スイッチがオフである場合、バッテリはキャパシタを充電する。このとき、キャパシタの両端間の電圧はバッテリの出力電圧と略一致している。

半導体スイッチをオンに切替えるために、電圧出力部の出力電圧を上昇させた場合、半導体スイッチの制御端に接続されている寄生容量が充電され、制御端の電圧が上昇し、半導体スイッチの電流入力端及び電流出力端の抵抗値が低下する。これにより、負荷に電流が流れ、電流出力端の電圧が上昇する。キャパシタの両端間の電圧はバッテリの出力電圧に略一致しているため、電流出力端の電圧の上昇と共に、給電経路における電流入力側の一端の電圧が上昇し、バッテリの出力電圧を超える。これにより、半導体スイッチの制御端の電圧を、電圧出力部の出力電圧の上昇速度よりも確実に速い速度で上昇させることが可能である。

本発明に係る給電制御装置は、前記第２の半導体スイッチは、前記給電経路の他端の電位を基準として該給電経路の前記一端に負の電圧が印加された場合にオフに切替わることを特徴とする。

本発明にあっては、例えば、誤ってバッテリを、正極及び負極夫々が給電経路の他端及び一端に接続した場合、第２の半導体スイッチはオフに切替わるので、給電経路を電流が逆流することが確実に防止される。

本発明によれば、寄生容量の容量に無関係にオフからオンへの切替え速度を略一定にすることが可能である。

実施の形態１における電源システムの回路図である。 半導体スイッチのオフからオンへの切替えの説明図である。 実施の形態２における電源システムの回路図である。 実施の形態３における電源システムの回路図である。 半導体スイッチのオフからオンへの切替えの説明図である。

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。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における電源システム１の回路図である。電源システム１は、車両に好適に搭載されており、給電制御装置１０、負荷１１、導体１２及びバッテリ１３を備える。給電制御装置１０は、負荷１１の一端、及び、正極端子Ｔ１に各別に接続されている。負荷１１の他端、及び、負極端子Ｔ２は導体１２に接続されている。導体１２は、例えば車両のボディである。バッテリ１３の正極及び負極夫々は、正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２に接続される。

バッテリ１３は、給電制御装置１０を介して、負荷１１に給電する。電源システム１では、電流が正極端子Ｔ１から給電制御装置１０、負荷１１及び導体１２の順に流れて負極端子Ｔ２に戻る給電経路が形成されている。給電経路における電流入力側の一端には正極端子Ｔ１が設けられており、給電経路の他端には負極端子Ｔ２が設けられている。

負荷１１は、車両に搭載された電気機器である。バッテリ１３から負荷１１に給電されている場合、負荷１１は作動する。バッテリ１３から負荷１１への給電が停止した場合、負荷１１は動作を停止する。給電制御装置１０は、バッテリ１３から負荷１１への給電を制御する。

給電制御装置１０は、半導体スイッチ２０、第１スイッチ２１、第２スイッチ２２、充電回路２３、放電回路２４、キャパシタＣ１、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３及び抵抗Ｒ１，Ｒ２を有する。半導体スイッチ２０はＮチャネル型のＦＥＴ(Field Effect Transistor)である。第１スイッチ２１はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。第２スイッチ２２はＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。

半導体スイッチ２０の製造時に、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１及び寄生ダイオードＤｐ１が形成される。従って、給電制御装置１０は寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１及び寄生ダイオードＤｐ１を更に有する。寄生容量Ｃｄ１は半導体スイッチ２０のドレイン及びゲート間に接続される。寄生容量Ｃｓ１は半導体スイッチ２０のソース及びゲート間に接続される。寄生ダイオードＤｐ１のカソード及びアノード夫々は半導体スイッチ２０のドレイン及びソースに接続される。

半導体スイッチ２０のドレインは正極端子Ｔ１に接続されている。半導体スイッチ２０のソースは負荷１１の一端に接続されている。正極端子Ｔ１には、更に、ダイオードＤ１のアノードが接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、キャパシタＣ１の一端と、ダイオードＤ２のアノードとに接続されている。キャパシタＣ１の他端は半導体スイッチ２０のソースに接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、第１スイッチ２１のコレクタに接続されている。

半導体スイッチ２０のゲートは、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２夫々のエミッタと、抵抗Ｒ１の一端とに接続されている。第２スイッチ２２のコレクタは、ダイオードＤ３のアノードに接続されている。ダイオードＤ３のカソードは抵抗Ｒ２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は半導体スイッチ２０のソースに接続されている。第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２夫々のベースと、抵抗Ｒ１の他端とは、充電回路２３の出力端と、放電回路２４の入力端とに接続されている。

以上のように、第１スイッチ２１において、コレクタはダイオードＤ１，Ｄ２を介して正極端子Ｔ１に接続され、エミッタは半導体スイッチ２０のゲートに接続されている。従って、第１スイッチは、給電経路の電流入力側の一端と、半導体スイッチ２０のゲートとの間に接続されている。また、キャパシタＣ１の一端は、ダイオードＤ１を介して正極端子Ｔ１に接続され、キャパシタＣ１の他端は、半導体スイッチ２０のソースに接続されている。従って、キャパシタＣ１は、給電経路の電流入力側の一端と、半導体スイッチ２０のソースとの間に接続されている。

半導体スイッチ２０に関して、導体１２の電位を基準としたゲートの電圧（以下、ゲート電圧という）Ｖｇから、導体１２の電位を基準としたソースの電圧（以下、ソース電圧という）Ｖｓを減算した差分電圧がオン閾値以上である場合、ドレイン及びソース間の抵抗値が略ゼロΩである。このとき、半導体スイッチ２０はオンである。
半導体スイッチ２０がオンである場合、ソース電圧はバッテリ１３の出力電圧Ｖｔと略一致する。従って、半導体スイッチ２０は、ゲート電圧Ｖｇが、バッテリ１３の出力電圧にオン閾値を加算した閾値以上である場合にオンである。

また、半導体スイッチ２０に関して、ゲート電圧Ｖｇからソース電圧Ｖｓを減算した差分電圧がオフ閾値未満である場合、ドレイン及びソース間の抵抗値が十分に大きく、電流がドレイン及びソース間を流れることはない。このとき、半導体スイッチ２０はオフである。オフ閾値は、正であり、オン閾値未満である。
半導体スイッチ２０のゲートは制御端として機能する。

充電回路２３は、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電するために用いられる。充電回路２３は、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電する場合、出力端から、導体１２を基準とした電圧を出力し、出力している出力電圧、即ち、導体１２の電位を基準とした第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２夫々のベースの電圧（以下ではベース電圧という）Ｖｂを目標電圧Ｖｍ（図２参照）まで上昇させる。充電回路２３は電圧出力部として機能する。

寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１が充電された場合、ゲート電圧Ｖｇが上昇し、半導体スイッチ２０がオフからオンに切替わる。半導体スイッチ２０がオンである場合、ソース電圧Ｖｓはバッテリ１３の出力電圧Ｖｔと略一致している。このため、目標電圧Ｖｍ（図２参照）は、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔよりも高い電圧である。

半導体スイッチ２０がオンである場合、半導体スイッチ２０を介して、バッテリ１３から負荷１１に給電され、負荷１１が作動する。このように、半導体スイッチ２０は、バッテリ１３が負荷１１を給電する給電経路の中途に配置されている。充電回路２３は、内部で出力端を開放することによって、電圧の出力を停止する。これにより、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１の充電が停止される。
半導体スイッチ２０がオンである場合、電流は半導体スイッチ２０のドレイン及びソースの順に流れる。従って、半導体スイッチ２０のドレイン及びソース夫々は電流入力端及び電流出力端として機能する。

放電回路２４は、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１に放電を行わせるために用いられる。放電回路２４は、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１に放電を行わせる場合、入力端を、図示しない内部抵抗を介して、導体１２に接続させる。寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１が放電した場合、ゲート電圧Ｖｇが低下し、半導体スイッチ２０がオンからオフに切替わる。半導体スイッチ２０がオフである場合、バッテリ１３から負荷１１への給電が停止し、負荷１１は動作を停止する。放電回路２４は、内部で入力端を開放することによって、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１の放電を停止する。

第１スイッチ２１に関して、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧以上である場合、電流がコレクタ及びエミッタ間を流れることが可能である。このとき、第１スイッチ２１はオンである。また、第１スイッチ２１に関して、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧未満である場合、電流がコレクタ及びエミッタ間を流れることはない。このとき、第１スイッチ２１はオフである。第１基準電圧は、正の一定電圧である。

第２スイッチ２２に関して、ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧が第２基準電圧以上である場合、電流がエミッタ及びコレクタ間を流れることが可能である。このとき、第２スイッチ２２はオンである。また、第２スイッチ２２に関して、ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧が第２基準電圧未満である場合、電流がエミッタ及びコレクタ間を流れることはない。このとき、第２スイッチ２２はオフである。第２基準電圧は、正の一定電圧である。

充電回路２３が充電を停止している状態で放電回路２４が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１の放電を完了している場合、ゲート電圧Ｖｇ及びベース電圧Ｖｂは略ゼロＶである。このとき、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧は第１基準電圧未満であり、ゲート電圧Ｖｇがベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧は第２基準電圧未満である。従って、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２はオフである。また、寄生容量Ｃｓ１の放電が完了しているため、ゲート電圧Ｖｇからソース電圧Ｖｓを減算した差分電圧は、略ゼロＶであり、オフ閾値未満である。従って、半導体スイッチ２０もオフである。

半導体スイッチ２０、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２がオフである場合、バッテリ１３の正極から、ダイオードＤ１を介してキャパシタＣ１に流れ、キャパシタＣ１が充電されている。キャパシタＣ１は、キャパシタＣ１の両端間の電圧がバッテリ１３の出力電圧Ｖｔと略一致するまで充電されている。

図２は、半導体スイッチ２０のオフからオンへの切替えの説明図である。図２では、ベース電圧Ｖｂ、ゲート電圧Ｖｇ及びソース電圧Ｖｓ夫々の推移が太い実線、細い実線及び一点鎖線によって示されている。横軸は時間軸である。ベース電圧Ｖｂ、ゲート電圧Ｖｇ及びソース電圧Ｖｓが重なっている部分と、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇが重なる部分とには太い実線が描かれている。

以下では、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２がオフである状態で開始される半導体スイッチ２０のオンへの切替えを説明する。まず、放電回路２４は入力端を開放し、充電回路２３はベース電圧Ｖｂを上昇させる。
充電回路２３が電圧を出力している場合、ベース電圧Ｖｂはゲート電圧Ｖｇ以上であるため、ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧が第２基準電圧未満であり、第２スイッチ２２はオフである。

充電回路２３がベース電圧Ｖｂを上昇させた場合、最初、充電回路２３の出力端から、抵抗Ｒ１を介して電流が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１夫々に流れ、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１が充電され、ゲート電圧Ｖｇが上昇する。ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧未満である間、第１スイッチ２１はオフであるので、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１は、充電回路２３によって充電される。

ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧以上となった場合、第１スイッチ２１はオンに切替わる。バッテリ１３の出力電圧は、充電回路２３の出力電圧、即ち、ベース電圧Ｖｂよりも十分に高い。従って、第１スイッチ２１がオンに切替わった場合、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１はバッテリ１３によって急速に充電される。

前述したように、第１スイッチ２１は、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧以上である場合にオンであり、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧未満である場合にオフである。このため、ゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂから第１基準電圧を減算した電圧以下に制限される。

バッテリ１３は、ゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも速い速度で上昇させることが可能に構成されている。このため、ゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂの上昇速度と略同じ速度で上昇する。

ゲート電圧Ｖｇからソース電圧Ｖｓを減算した差分電圧が半導体スイッチ２０のオフ閾値以上となった場合、電流が、バッテリ１３の正極から半導体スイッチ２０のドレイン及びソースを介して負荷１１に流れ、負荷１１の両端間に電圧が発生する。ゲート電圧Ｖｇが上昇した場合、半導体スイッチ２０のドレイン及びソース間の抵抗値が減少し、負荷１１に流れる電流が上昇し、負荷１１の両端間の電圧が上昇する。これにより、ソース電圧Ｖｓが上昇する。ソース電圧Ｖｓは、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに到達するまで、ゲート電圧Ｖｇ及びソース電圧Ｖｓの差がオフ閾値に維持された状態で上昇する。

キャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端における電圧は、導体１２の電位を基準として、ソース電圧ＶｓにキャパシタＣ１の両端間の電圧を加算した電圧である。キャパシタＣ１の両端間の電圧は、前述したように、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔと略一致している。このため、ソース電圧Ｖｓが上昇した場合、キャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端における電圧も上昇し、この電圧はバッテリ１３の出力電圧Ｖｔを超える。

従って、ソース電圧Ｖｓが上昇した場合、キャパシタＣ１から、バッテリ１３よりも高い電圧がダイオードＤ２を介して出力され、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１が充電される。ダイオードＤ１は、キャパシタＣ１からバッテリ１３に電流が流れることを防止する。

キャパシタＣ１も、ゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも速い速度で上昇させることが可能に構成されている。このため、キャパシタＣ１が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電している間も、ゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂの上昇速度と略同じ速度で上昇する。
ソース電圧Ｖｓは、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに到達した後、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに維持される。

前述したように、充電回路２３の目標電圧Ｖｍはバッテリ１３の出力電圧Ｖｔよりも高く、キャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端における電圧はバッテリ１３の出力電圧Ｖｔよりも高い。このため、ソース電圧Ｖｓがバッテリ１３の出力電圧Ｖｔに到達した後においても、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇの差が第１基準電圧に維持された状態で上昇する。

ゲート電圧Ｖｇからソース電圧Ｖｓを減算した差分電圧がオン閾値以上となった場合、半導体スイッチ２０はオンに切替わる。目標電圧Ｖｍは、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに、半導体スイッチ２０のオン閾値と、第１スイッチ２１の第１基準電圧とを加算した電圧よりも高い。このため、半導体スイッチ２０は、バッテリ１３又はキャパシタＣ１が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電している間にオンに切替わる。

充電回路２３の出力電圧、即ち、ベース電圧Ｖｂが目標電圧Ｖｍに到達した場合、充電回路２３は目標電圧Ｖｍを出力し続ける。ベース電圧Ｖｂが目標電圧Ｖｍに到達した後、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧未満となるため、第１スイッチ２１はオフに切替わり、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１は充電回路２３によって充電される。これにより、ゲート電圧Ｖｇは、目標電圧Ｖｍに維持されているベース電圧Ｖｂまで徐々に上昇する。ゲート電圧Ｖｇがベース電圧Ｖｂに到達した後においては、充電回路２３が目標電圧Ｖｍを出力している限り、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇは目標電圧Ｖｍに維持される。充電回路２３は、目標電圧Ｖｍを出力し続けることによって、半導体スイッチ２０をオンに維持する。

以上のように、給電制御装置１０では、半導体スイッチ２０がオフからオンに切替わる期間の中で充電回路２３が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電する期間を除く他の期間では、ゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂの上昇速度と略同じ速度で上昇する。半導体スイッチ２０がオフからオンに切替わる期間の中で、充電回路２３が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電する期間が占める割合は非常に小さい。このため、バッテリ１３及びキャパシタＣ１夫々がゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも速い速度で上昇させることが可能に構成されている限り、半導体スイッチ２０のオフからオンへの切替え速度は、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１の容量に無関係に略一定である。

また、半導体スイッチ２０がオンに切替えられた後においては、充電回路２３は、抵抗Ｒ１を介して、目標電圧Ｖｍを出力し続け、半導体スイッチ２０をオンに維持する。
更に、前述したように、ソース電圧Ｖｓが上昇した場合にキャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端における電圧も上昇するので、ゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも確実に速い速度で上昇させることができる。

次に、半導体スイッチ２０のオンからオフへの切替えを説明する。充電回路２３が目標電圧Ｖｍを出力し、かつ、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇが目標電圧Ｖｍに維持されている場合における半導体スイッチ２０のオフへの切替えを説明する。
ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇが目標電圧Ｖｍである場合、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧未満であり、ゲート電圧Ｖｇがベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧が第２基準電圧未満であるので、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２はオフである。

充電回路２３が電圧の出力を停止し、かつ、放電回路２４が入力端を、内部抵抗を介して導体１２に接続することによって、半導体スイッチ２０のオフへの切替えを開始する。充電回路２３が電圧の出力を停止し、かつ、放電回路２４が入力端を、内部抵抗を介して導体１２に接続した場合、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１のゲート側の一端から、電流が抵抗Ｒ１、及び、放電回路２４の内部抵抗の順に流れ、抵抗Ｒ１と、放電回路２４の内部抵抗とはゲート電圧Ｖｇを分圧する。ベース電圧Ｖｂは、抵抗Ｒ１と、放電回路２４の内部抵抗とが分圧した電圧である。

抵抗Ｒ１、及び、放電回路２４の内部抵抗夫々の抵抗値は一定である。このため、ベース電圧Ｖｂは、ゲート電圧Ｖｇの所定数分の１である。例えば、抵抗Ｒ１、及び、放電回路２４の内部抵抗夫々の抵抗値が同一である場合、ベース電圧Ｖｂは、ゲート電圧Ｖｇの２分の１である。
放電回路２４が、入力端を、内部抵抗を介して導体１２に接続している場合、ゲート電圧Ｖｇはベース電圧Ｖｂ以上であるため、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧は第１基準電圧未満であり、第１スイッチ２１はオフである。

当然のことながら、ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧は、ゲート電圧Ｖｇが高い程、大きい。所定数が３である場合において、ゲート電圧Ｖｇが３０Ｖであるとき、ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧は２０Ｖ（＝３０−（３０／３））である。同様の場合において、ゲート電圧Ｖｇが１５Ｖであるとき、ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧は、１０Ｖ（＝１５−（１５／３））である。

放電回路２４が、入力端を、内部抵抗を介して導体１２に接続した時点においては、ゲート電圧Ｖｇは、目標電圧Ｖｍであり、最も高い。このため、ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧は、第２基準電圧以上であり、第２スイッチ２２はオンに切替わる。

第２スイッチ２２がオンである場合、電流が、寄生容量Ｃｓ１のゲート側の一端から、ダイオードＤ３及び抵抗Ｒ２の順に流れ、寄生容量Ｃｓ１のソース側の一端に戻り、寄生容量Ｃｓ１は放電する。第２スイッチ２２がオンである場合、更に、電流が、寄生容量Ｃｄ１のゲート側の一端から、ダイオードＤ３、抵抗Ｒ２及び寄生ダイオードＤｐ１の順に流れ、寄生容量Ｃｄ１も放電する。抵抗Ｒ２の抵抗値は、抵抗Ｒ１、及び、放電回路２４の内部抵抗夫々の抵抗値の和よりも十分に小さい。このため、第２スイッチ２２がオンである場合、寄生容量Ｃｓ１，Ｃｄ１夫々が放出する電力が大きく、ゲート電圧Ｖｇは急速に低下する。

ゲート電圧Ｖｇが低下した場合、前述したように、ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧も低下する。ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧が第２基準電圧未満となった場合、第２スイッチ２２はオフに切替わる。第２スイッチ２２がオフに切替わった後において、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１は、ゲート電圧Ｖｇ及びベース電圧Ｖｂが略ゼロＶとなるまで、抵抗Ｒ１、及び、放電回路２４の内部抵抗を介して放電する。

ゲート電圧Ｖｇが低下した場合、半導体スイッチ２０のドレイン及びソース間の抵抗値が上昇し、負荷１１に流れる電流が低下する。これにより、ソース電圧Ｖｓも低下する。ゲート電圧Ｖｇからソース電圧Ｖｓを減算した差分電圧がオフ閾値未満となった場合、負荷１１に電流が流れず、半導体スイッチ２０はオフに切替わり、ソース電圧ＶｓはゼロＶとなる。

キャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端における電圧は、ソース電圧Ｖｓの低下と共に低下する。この電圧がバッテリ１３の出力電圧Ｖｔよりも低くなった場合、バッテリ１３はキャパシタＣ１を再び充電する。ソース電圧Ｖｓは前述したようにゼロＶとなるので、バッテリ１３は、キャパシタＣ１の両端間の電圧がバッテリ１３の出力電圧Ｖｔとなるまで、キャパシタＣ１を充電する。

給電制御装置１０では、ゲート電圧Ｖｇからベース電圧Ｖｂを減算した差分電圧が第２基準電圧以上である場合、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１は、ダイオードＤ３及び抵抗Ｒ２を介して放電するので、急速にゲート電圧Ｖｇが低下する。このため、半導体スイッチ２０がオンからオフに切替わる速度が速い。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における電源システム１の回路図である。
以下では、実施の形態２について、実施の形態１と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施の形態１と共通しているため、実施の形態１と共通する構成部には実施の形態１と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

実施の形態２における電源システム１については、実施の形態１における電源システム１と比較して、給電制御装置１０の構成が異なる。実施の形態２における給電制御装置１０は、実施の形態１における給電制御装置１０の構成部の全てを有し、これらは、半導体スイッチ２０のドレインの接続先を除いて、実施の形態１と同様に接続されている。

実施の形態２における給電制御装置１０は、更に、半導体スイッチ３０、第３スイッチ３１、ダイオードＤ４及び抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５を有する。半導体スイッチ３０はＮチャネル型のＦＥＴである。第３スイッチ３１はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。

半導体スイッチ３０の製造時に、寄生容量Ｃｄ２，Ｃｓ２及び寄生ダイオードＤｐ２が形成される。従って、実施の形態２における給電制御装置１０は、更に、寄生容量Ｃｄ２，Ｃｓ２及び寄生ダイオードＤｐ２を有する。寄生容量Ｃｄ２は半導体スイッチ３０のドレイン及びゲート間に接続される。寄生容量Ｃｓ２は半導体スイッチ３０のソース及びゲート間に接続される。寄生ダイオードＤｐ２のカソード及びアノード夫々は半導体スイッチ３０のドレイン及びソースに接続される。

半導体スイッチ３０のソースは正極端子Ｔ１に接続されている。半導体スイッチ３０のドレインは、半導体スイッチ２０のドレインに接続されている。半導体スイッチ３０のソースには、更に、第３スイッチ３１のエミッタと、抵抗Ｒ３，Ｒ４夫々の一端とが接続されている。半導体スイッチ３０のゲートには、第３スイッチ３１のコレクタと、ダイオードＤ５のカソードと、抵抗Ｒ３の他端とが接続されている。ダイオードＤ５のアノードは半導体スイッチ２０のゲートに接続されている。従って、半導体スイッチ３０のゲートは、ダイオードＤ５を介して、半導体スイッチ２０のゲートと接続されている。

第３スイッチ３１のベースは、抵抗Ｒ４の他端と、抵抗Ｒ５の一端とに接続されている。抵抗Ｒ５の他端はダイオードＤ４のカソードに接続されている。ダイオードＤ４のアノードは導体１２に接続されている。

半導体スイッチ３０に関して、導体１２の電位を基準としたゲートの電圧から、導体１２の電位を基準としたソースの電圧を減算した差分電圧が第２のオン閾値以上である場合、ドレイン及びソース間の抵抗値が略ゼロΩである。このとき、半導体スイッチ３０はオンである。
また、半導体スイッチ３０に関して、導体１２の電位を基準としたゲートの電圧から、導体１２の電位を基準としたソースの電圧を減算した差分電圧が第２のオフ閾値未満である場合、ドレイン及びソース間の抵抗値が十分に大きく、電流がソース及びドレイン間を流れることはない。このとき、半導体スイッチ３０はオフである。第２のオフ閾値は、正であり、第２のオン閾値未満である。

第３スイッチ３１に関して、エミッタの電位を基準としたベースの電圧が第３基準電圧以上である場合、電流がコレクタ及びエミッタ間を流れることが可能である。このとき、第３スイッチ３１はオンである。また、第３スイッチ３１に関して、エミッタの電位を基準としたベースの電圧が第３基準電圧未満である場合、電流がコレクタ及びエミッタ間を流れることはない。このとき、第３スイッチ３１はオフである。第３基準電圧は、正の一定電圧である。

導体１２の電位を基準とした半導体スイッチ３０のソースの電圧は、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに固定されている。このため、第３スイッチ３１がオフである場合において、導体１２の電位を基準とした半導体スイッチ３０のゲートの電圧が、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに第２のオン閾値を加算した閾値以上であるとき、半導体スイッチ３０はオンである。この閾値は第２の閾値に相当する。更に、第３スイッチ３１がオフである場合において、導体１２の電位を基準とした半導体スイッチ３０のゲートの電圧が、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに第２のオフ閾値を加算した閾値未満である場合、半導体スイッチ３０はオフである。

以上のように、第３スイッチ３１がオフである場合においては、導体１２の電位を基準とした半導体スイッチ３０のゲートの電圧を調整することによって、半導体スイッチ３０をオン又はオフに切替えることができる。半導体スイッチ３０のゲートも制御端として機能する。
第３スイッチ３１がオンである場合、半導体スイッチ３０において、ソースの電位を基準としたゲートの電圧は略ゼロＶであり、第２のオフ閾値未満である。従って、第３スイッチ３１がオンである場合、半導体スイッチ３０はオフである。

バッテリ１３は、正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に着脱可能に接続される。バッテリ１３の正常な接続状態は、バッテリ１３の正極及び負極夫々が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２に接続されている状態である。バッテリ１３の誤った接続状態は、バッテリ１３の正極及び負極夫々が負極端子Ｔ２及び正極端子Ｔ１に接続されている状態である。

バッテリ１３の接続が正常である場合、ダイオードＤ４の作用により、抵抗Ｒ４，Ｒ５に電流が流れることない。このとき、第３スイッチ３１において、エミッタの電位を基準としたベースの電圧は、略ゼロＶであり、第３基準電圧未満であり、第３スイッチ３１はオフである。第３スイッチ３１がオフである場合、前述したように、半導体スイッチ３０は、導体１２の電位を基準としたゲートの電圧に応じてオン又はオフに切替わる。

バッテリ１３が正常に接続されている場合において、半導体スイッチ２０，３０がオンであるとき、バッテリ１３は負荷１１に給電し、負荷１１は作動する。同様の場合において、半導体スイッチ２０，３０がオフであるとき、バッテリ１３から負荷１１への給電は停止し、負荷１１は動作を停止する。

実施の形態２においても、バッテリ１３から負荷１１への給電経路における電流入力側の一端には正極端子Ｔ１が設けられており、給電経路の他端には負極端子Ｔ２が設けられている。また、半導体スイッチ２０，３０がオンである場合、電流が半導体スイッチ３０，２０の順に流れるので、半導体スイッチ３０は、給電経路の中途において、半導体スイッチ２０の上流側に配置されている。半導体スイッチ３０は第２の半導体スイッチとして機能する。

バッテリ１３の接続を誤った場合、即ち、給電経路の他端の電位を基準として給電経路の一端に負の電圧が印加された場合、電流が、負極端子Ｔ２から、導体１２、ダイオードＤ４及び抵抗Ｒ５，Ｒ４の順に流れ、正極端子Ｔ１に戻る。このとき、抵抗Ｒ４で電圧降下が生じ、第３スイッチ３１において、エミッタの電位を基準としたベースの電圧が第３閾値以上となる。結果、第３スイッチ３１はオンに切替わり、半導体スイッチ３０はオフに切替わる。前述したように、寄生ダイオードＤｐ２のアノードは正極端子Ｔ１に接続されている。従って、バッテリ１３の接続を誤っている場合において、半導体スイッチ３０がオフである限り、半導体スイッチ２０がオンであるか否かに無関係に、電流が負極端子Ｔ２から負荷１１を介して正極端子Ｔ１に流れることはない。また、半導体スイッチ２０，３０がオンである状態でバッテリ１３の接続を誤った場合であっても、強制的に半導体スイッチ３０がオフに切替わるので、電流が負極端子Ｔ２から負荷１１を介して正極端子Ｔ１に流れることは確実に防止される。

以下では、バッテリ１３が正常に接続されている場合における給電制御装置１０を説明する。給電制御装置１０において、充電回路２３が内部で出力端を開放し、放電回路２４が、入力端を、内部抵抗を介して、導体１２に接続している場合、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１は実施の形態１と同様に放電する。同様の場合において、寄生容量Ｃｄ２，Ｃｓ２夫々は抵抗Ｒ３を介して放電する。寄生容量Ｃｄ２，Ｃｓ２が放電を完了した場合、半導体スイッチ３０のソース、ドレイン及びゲート夫々の電圧はバッテリ１３の出力電圧Ｖｔと略一致している。説明を簡単にするため、寄生ダイオードＤｐ２の順方向の電圧降下を略ゼロＶとみなしている。

放電回路２４が入力端を開放し、かつ、充電回路２３がベース電圧Ｖｂを上昇させることによって、半導体スイッチ２０，３０夫々はオンに切替わる。充電回路２３がベース電圧Ｖｂの上昇を開始した時点では、導体１２の電位を基準とした半導体スイッチ３０のゲートの電圧はバッテリ１３の出力電圧Ｖｔに略一致している。このため、半導体スイッチ２０のゲート電圧Ｖｇがバッテリ１３の出力電圧Ｖｔを超えるまで、導体１２の電位を基準とした半導体スイッチ３０のゲートの電圧はバッテリ１３の出力電圧Ｖｔに維持される。

充電回路２３がベース電圧Ｖｂを上昇させた場合、最初、充電回路２３の出力端から、抵抗Ｒ１を介して電流が寄生容量Ｃｓ１に流れ、寄生容量Ｃｓ１が充電され、半導体スイッチ２０のゲート電圧Ｖｇが上昇する。ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧未満である間、第１スイッチ２１はオフであるので、寄生容量Ｃｓ１は、充電回路２３によって充電される。
充電回路２３が電圧を出力している場合、実施の形態１と同様に、第２スイッチ２２はオフである。

ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧以上となった場合、第１スイッチ２１はオンに切替わり、実施の形態１と同様に、寄生容量Ｃｓ１はバッテリ１３によって急速に充電される。実施の形態２においても、バッテリ１３は、ゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも速い速度で上昇させることが可能に構成されている。このため、ゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂの上昇速度と略同じ速度で上昇する。

ゲート電圧Ｖｇからソース電圧Ｖｓを減算した差分電圧が半導体スイッチ２０のオフ閾値以上となった場合、実施の形態１と同様に、負荷１１に電流が始め、ゲート電圧Ｖｇの上昇と共にソース電圧Ｖｓも上昇する。ソース電圧Ｖｓは、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに到達するまで、ゲート電圧Ｖｇ及びソース電圧Ｖｓの差がオフ閾値に維持された状態で上昇する。ソース電圧Ｖｓが上昇した場合、実施の形態１と同様に、キャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端における電圧も上昇し、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔよりも高くなる。

ソース電圧Ｖｓが上昇した場合において、ゲート電圧Ｖｇがバッテリ１３の出力電圧Ｖｔ未満であるとき、キャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端から、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔよりも高い電圧がダイオードＤ２を介して出力され、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１が充電される。同様の場合において、ゲート電圧Ｖｇがバッテリ１３の出力電圧Ｖｔ以上であるとき、キャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端から、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔよりも高い電圧がダイオードＤ２を介して出力され、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１，Ｃｄ２，Ｃｓ２が充電される。ダイオードＤ１は、キャパシタＣ１からバッテリ１３に電流が流れることを防止する。

キャパシタＣ１も、ゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも速い速度で上昇させることが可能に構成されている。このため、キャパシタＣ１が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１、又は、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１，Ｃｄ２，Ｃｓ２を充電している間も、ゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂの上昇速度と略同じ速度で上昇する。ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧以上となった後、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇの差が第１基準電圧に維持された状態で上昇する。

ソース電圧Ｖｓは、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに到達した後、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに維持される。ソース電圧Ｖｓがバッテリ１３の出力電圧Ｖｔに到達した後においても、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇの差が第１基準電圧に維持された状態で上昇する。

実施の形態１と同様に、ゲート電圧Ｖｇからソース電圧Ｖｓを減算した差分電圧がオン閾値以上となった場合、半導体スイッチ２０はオンに切替わる。目標電圧Ｖｍは、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに、半導体スイッチ２０のオン閾値と、第１スイッチ２１の第１基準電圧とを加算した電圧よりも高い。このため、半導体スイッチ２０は、バッテリ１３又はキャパシタＣ１が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１，Ｃｄ２，Ｃｓ２を充電している間にオンに切替わる。

また、半導体スイッチ３０において、ゲートの電圧からソースの電圧を減算した差分電圧が第２のオン閾値以上となった場合、半導体スイッチ３０はオンに切替わる。目標電圧Ｖｍは、バッテリ１３の出力電圧Ｖｔに、半導体スイッチ３０の第２のオン閾値と、第１スイッチ２１の第１基準電圧とを加算した電圧よりも高い。このため、半導体スイッチ３０も、バッテリ１３又はキャパシタＣ１が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１，Ｃｄ２，Ｃｓ２を充電している間にオンに切替わる。

充電回路２３の出力電圧、即ち、ベース電圧Ｖｂが目標電圧Ｖｍに到達した場合、実施の形態１と同様に、充電回路２３は目標電圧Ｖｍを出力し続ける。ベース電圧Ｖｂが目標電圧Ｖｍに到達した後、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧未満となるため、第１スイッチ２１はオフに切替わり、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１，Ｃｄ２，Ｃｓ２は充電回路２３によって充電される。これにより、半導体スイッチ２０のゲート電圧Ｖｇ、及び、半導体スイッチ３０のゲートの電圧夫々は、目標電圧Ｖｍに維持されているベース電圧Ｖｂまで徐々に上昇する。説明を簡単にするため、ダイオードＤ５の順方向の電圧降下を略ゼロＶとみなしている。

半導体スイッチ２０のゲート電圧Ｖｇ、及び、半導体スイッチ３０のゲートの電圧夫々がベース電圧Ｖｂに到達した後においては、充電回路２３が目標電圧Ｖｍを出力している限り、ベース電圧Ｖｂ、半導体スイッチ２０のゲート電圧Ｖｇ及び半導体スイッチ３０のゲートの電圧夫々は目標電圧Ｖｍに維持される。充電回路２３は、目標電圧Ｖｍを出力し続けることによって、半導体スイッチ２０，３０をオンに維持する。

以上のように、給電制御装置１０では、半導体スイッチ２０，３０がオフからオンに切替わる期間の中で充電回路２３が寄生容量Ｃｓ１を充電する期間を除く他の期間では、半導体スイッチ２０のゲート電圧Ｖｇ、及び、半導体スイッチ３０のゲートの電圧夫々は、ベース電圧Ｖｂの上昇速度と略同じ速度で上昇する。

半導体スイッチ２０がオフからオンに切替わる期間の中で、充電回路２３が寄生容量Ｃｓ１を充電する期間が占める割合は非常に小さい。このため、バッテリ１３及びキャパシタＣ１夫々が、半導体スイッチ２０のゲート電圧Ｖｇ、及び、半導体スイッチ３０のゲートの電圧をベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも速い速度で上昇させることが可能に構成されている限り、半導体スイッチ２０，３０のオフからオンへの切替え速度は、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１，Ｃｄ２，Ｃｓ２の容量に無関係に略一定である。

また、半導体スイッチ２０，３０がオンに切替えられた後においては、充電回路２３は、抵抗Ｒ１を介して、目標電圧Ｖｍを出力し続け、半導体スイッチ２０，３０をオンに維持する。
更に、ソース電圧Ｖｓが上昇した場合にキャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端における電圧も上昇するので、実施の形態１と同様に、ゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも確実に速い速度で上昇させることができる。

次に、充電回路２３が目標電圧Ｖｍを出力し、かつ、ベース電圧Ｖｂ、半導体スイッチ２０のゲート電圧Ｖｇ、及び、半導体スイッチ３０のゲートの電圧が目標電圧Ｖｍに維持されている場合における半導体スイッチ２０，３０のオフへの切替えを説明する。

ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇが目標電圧Ｖｍである場合、実施の形態１で述べたように、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２はオフである。
実施の形態２においても、充電回路２３が電圧の出力を停止し、かつ、放電回路２４が入力端を、内部抵抗を介して導体１２に接続することによって、半導体スイッチ２０，３０のオフへの切替えを開始する。

寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１は実施の形態１と同様に放電し、半導体スイッチ２０は、急速にオフに切替わる。寄生容量Ｃｄ２は抵抗Ｒ３及び寄生ダイオードＤｐ２を介して放電し、寄生容量Ｃｓ２は抵抗Ｒ３を介して放電する。これにより、半導体スイッチ３０のソース及びゲート夫々の電圧がバッテリ１３の出力電圧Ｖｔとなり、半導体スイッチ３０はオフに切替わる。

なお、実施の形態２において、第３スイッチ３１は、バッテリ１３が正常に接続されている場合にオンであり、バッテリ１３の接続を誤った場合にオフであるスイッチであればよい。このため、第３スイッチ３１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタに限定されず、例えば、Ｎチャネル型のＦＥＴであってもよい。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３における電源システム１の回路図である。
以下では、実施の形態３について、実施の形態１と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施の形態１と共通しているため、実施の形態１と共通する構成部には実施の形態１と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

実施の形態３における電源システム１では、正極端子Ｔ１は負荷１１の一端に接続されている。負極端子Ｔ２は、実施の形態１と同様に、導体１２に接続されている。給電制御装置１０は、正極端子Ｔ１と、負荷１１の他端と、導体１２とに各別に接続されている。実施の形態３においても、バッテリ１３は負荷１１を給電する。実施の形態３における電源システム１では、電流が正極端子Ｔ１から負荷１１、給電制御装置１０及び導体１２の順に流れて負極端子Ｔ２に戻る給電経路が形成されている。給電経路における電流入力側の一端には正極端子Ｔ１が設けられており、給電経路の他端には負極端子Ｔ２が設けられている。給電制御装置１０はバッテリ１３から負荷１１への給電を制御する。

実施の形態３における給電制御装置１０は、実施の形態１における給電制御装置１０と同様に、半導体スイッチ２０、第１スイッチ２１、第２スイッチ２２、充電回路２３、放電回路２４、寄生容量Ｃｓ１，Ｃｄ１、ダイオードＤ２，Ｄ３、寄生ダイオードＤｐ１及び抵抗Ｒ１，Ｒ２を有する。これらは、半導体スイッチ２０のドレイン及びソース、並びに、ダイオードＤ２のアノードの接続先を除いて実施の形態１と同様に接続されている。半導体スイッチ２０のドレインは負荷１１の他端に接続されている。半導体スイッチ２０のソースは導体１２に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは正極端子Ｔ１に接続されている。

実施の形態３における給電制御装置１０では、ソース電圧Ｖｓは、略ゼロＶに固定されており、上昇することはない。このため、ゲート電圧Ｖｇがバッテリ１３の出力電圧Ｖｔ未満であっても、半導体スイッチ２０をオンに維持することができる。

図５は、半導体スイッチ２０のオフからオンへの切替えの説明図である。図５では、ベース電圧Ｖｂ、ゲート電圧Ｖｇ及びソース電圧Ｖｓ夫々の推移が太い実線、細い実線及び一点鎖線によって示されている。横軸は時間軸である。ベース電圧Ｖｂ、ゲート電圧Ｖｇ及びソース電圧Ｖｓが重なっている部分と、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇが重なる部分とには太い実線が描かれている。ソース電圧Ｖｓは前述したように常に略ゼロＶである。

放電回路２４が、入力端を、内部抵抗を介して導体１２に接続させており、かつ、充電回路２３が出力端を内部で開放している場合において、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１が放電を完了しているとき、実施の形態１と同様に、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇは略ゼロＶであり、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２はオフである。

半導体スイッチ２０をオフからオンに切替える場合、実施の形態１と同様に、放電回路２４は入力端を開放し、充電回路２３はベース電圧Ｖｂを上昇させる。実施の形態１と同様に、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１スイッチ２１の第１基準電圧未満である間、第１スイッチ２１はオフであり、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１は充電回路２３によって充電される。充電回路２３が電圧を出力している場合、実施の形態１と同様に、第２スイッチ２２はオフである。

ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧以上となった場合、第１スイッチ２１はオンに切替わり、バッテリ１３はダイオードＤ２及び第１スイッチ２１を介して寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電する。実施の形態１と同様に、バッテリ１３は、ゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも速い速度で上昇させることが可能に構成されているので、ゲート電圧Ｖｇは、ゲート電圧Ｖｇ及びベース電圧Ｖｂの差が第１基準電圧に維持された状態で、ベース電圧Ｖｂの上昇速度と略同じ速度で上昇する。

ゲート電圧Ｖｇがオン閾値以上となった場合、半導体スイッチ２０はオンに切替わる。目標電圧Ｖｍは、半導体スイッチ２０のオン閾値に第１スイッチ２１の第１基準電圧を加算した電圧よりも高い。このため、半導体スイッチ２０は、バッテリ１３が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電している間にオンに切替わる。

充電回路２３の出力電圧、即ち、ベース電圧Ｖｂが目標電圧Ｖｍに到達した場合、充電回路２３は目標電圧Ｖｍを出力し続ける。ベース電圧Ｖｂが目標電圧Ｖｍに到達した後、ベース電圧Ｖｂからゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧未満となるため、第１スイッチ２１はオフに切替わり、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１は充電回路２３によって充電される。これにより、ゲート電圧Ｖｇは、目標電圧Ｖｍに維持されているベース電圧Ｖｂまで徐々に上昇する。ゲート電圧Ｖｇがベース電圧Ｖｂに到達した後においては、充電回路２３が目標電圧Ｖｍを出力している限り、ベース電圧Ｖｂ及びゲート電圧Ｖｇは目標電圧Ｖｍに維持される。充電回路２３は、目標電圧Ｖｍを出力し続けることによって、半導体スイッチ２０をオンに維持する。

以上のように、給電制御装置１０では、半導体スイッチ２０がオフからオンに切替わる期間の中で充電回路２３が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電する期間を除く他の期間では、ゲート電圧Ｖｇは、ベース電圧Ｖｂの上昇速度と略同じ速度で上昇する。半導体スイッチ２０がオフからオンに切替わる期間の中で、充電回路２３が寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１を充電する期間が占める割合は非常に小さい。このため、バッテリ１３及びキャパシタＣ１夫々がゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも速い速度で上昇させることが可能に構成されている限り、半導体スイッチ２０のオフからオンへの切替え速度は、寄生容量Ｃｄ１，Ｃｓ１の容量に無関係に略一定である。

また、半導体スイッチ２０がオンに切替えられた後においては、充電回路２３は、抵抗Ｒ１を介して、目標電圧Ｖｍを出力し続け、半導体スイッチ２０をオンに維持する。
更に、ソース電圧Ｖｓが上昇した場合にキャパシタＣ１のダイオードＤ２側の一端における電圧も上昇するので、ゲート電圧Ｖｇをベース電圧Ｖｂの上昇速度よりも確実に速い速度で上昇させることができる。

実施の形態３における給電制御装置１０では、充電回路２３が電圧の出力を停止し、かつ、放電回路２４が入力端を、内部抵抗を介して導体１２に接続することによって、実施の形態１と同様に、半導体スイッチ２０をオンからオフに切替える。このとき、ベース電圧Ｖｂ、ゲート電圧Ｖｇ、並びに、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２夫々のオンオフ状態夫々は実施の形態１と同様に推移する。

なお、実施の形態１〜３において、第１スイッチ２１は、充電回路２３の出力端の電圧からゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧以上である場合にオンであり、充電回路２３の出力端の電圧からゲート電圧Ｖｇを減算した差分電圧が第１基準電圧未満である場合にオフであるスイッチであればよい。このため、第１スイッチ２１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタに限定されず、例えば、Ｎチャネル型のＦＥＴであってもよい。

また、第２スイッチ２２は、ゲート電圧Ｖｇから、放電回路２４の入力端の電圧を減算した差分電圧が第２基準電圧以上である場合にオンであり、ゲート電圧Ｖｇから、放電回路２４の入力端の電圧を減算した差分電圧が第２基準電圧未満である場合にオフであるスイッチであればよい。このため、第２スイッチ２２は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタに限定されず、Ｐチャネル型のＦＥＴであってもよい。

開示された実施の形態１〜３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て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。

１０ 給電制御装置
２０ 半導体スイッチ
２１ 第１スイッチ
２３ 充電回路（電圧出力部）
３０ 半導体スイッチ（第２の半導体スイッチ）
Ｃ１ キャパシタ
Ｒ１ 抵抗

Claims (3)

1. 給電経路の中途に配置され、制御端の電圧が閾値以上である場合にオンである半導体スイッチを備える給電制御装置において、
   前記給電経路の中途における前記半導体スイッチの上流側に配置され、制御端の電圧が第２の閾値以上である場合にオンである第２の半導体スイッチと、
   前記給電経路の電流入力側の一端と該第２の半導体スイッチの制御端との間に接続される抵抗と、
   アノードが前記半導体スイッチの制御端に接続され、カソードが前記第２の半導体スイッチの制御端に接続されるダイオードと、
   電圧を出力する電圧出力部と、
   前記給電経路の前記一端と前記半導体スイッチの制御端との間に接続されるスイッチと、
   前記電圧出力部が電圧を出力する出力端、及び、前記半導体スイッチの前記制御端間に接続される第２の抵抗と
   を備え、
   前記スイッチは、前記電圧出力部が出力している出力電圧から前記半導体スイッチの制御端の電圧を減算した差分電圧が所定電圧以上である場合にオンであり、該差分電圧が前記所定電圧未満である場合にオフであり、
   前記半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチそれぞれの制御端に寄生容量が接続されており、
   前記半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチをオンに切替える場合、前記電圧出力部は出力端の電圧を上昇させ、
   前記電圧出力部が前記第２の抵抗を介して前記半導体スイッチの寄生容量を充電する期間は、前記スイッチを介して前記半導体スイッチの寄生容量が充電される期間よりも短いこと
   を特徴とする給電制御装置。
2. 前記給電経路の前記一端と前記半導体スイッチの電流出力端との間に接続されるキャパシタを備えること
   を特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。
3. 前記第２の半導体スイッチは、前記給電経路の他端の電位を基準として該給電経路の前記一端に負の電圧が印加された場合にオフに切替わること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の給電制御装置。

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