JP7060388B2 - Power semiconductor devices and vehicle power supply systems equipped with the power semiconductor devices - Google Patents

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Description

本発明は、自動車などの車両に搭載され、電源線の短絡又は開放を切り替えるパワー半導体デバイス、及びこのパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システムに関する。 The present invention relates to a power semiconductor device mounted on a vehicle such as an automobile and switching between short-circuiting or opening of a power line, and a power supply system for a vehicle including the power semiconductor device.

自動車などの車両に搭載される車両用電源供給システムとしては、電源と負荷との間に回路保護機構（ヒューズ）として開閉スイッチを設け、この開閉スイッチを、例えば従来リレー回路に代えてパワーＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子からなるパワー半導体デバイスで設けるものが知られる（例えば、特許文献１参照）。このパワー半導体デバイスは、並列して接続された複数の半導体素子から構成される。このように、車両の電装においてパワー半導体デバイスを採用することにより、電源箱などの高機能化や軽量化が期待されている。 As a vehicle power supply system mounted on a vehicle such as an automobile, an open / close switch is provided as a circuit protection mechanism (fuse) between the power supply and the load, and this open / close switch can be replaced with, for example, a power MOSFET in place of a conventional relay circuit. A power semiconductor device made of the above-mentioned semiconductor element is known (see, for example, Patent Document 1). This power semiconductor device is composed of a plurality of semiconductor elements connected in parallel. As described above, by adopting a power semiconductor device in the electrical equipment of a vehicle, it is expected that the power supply box and the like have higher functionality and lighter weight.

特開２０１７－１１４３０３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-114303

その一方で、この種のパワー半導体デバイスの車両への採用については、ＩＳＯ２６２６２（機能安全）を考慮しなければならない。すなわち、採用するシステムによっては、当該ＩＳＯの機能安全の要件を満たすためにシステムの冗長性に配慮した設計を行う必要がある。 On the other hand, ISO26262 (functional safety) must be considered for the adoption of this type of power semiconductor device in vehicles. That is, depending on the system to be adopted, it is necessary to design in consideration of system redundancy in order to satisfy the functional safety requirements of the ISO.

ここで、図６を参照して、従来の、回路保護機構にパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム（以下、従来例とも言う。）６０について説明する。図６は、従来の車両用電源供給システム６０を説明する回路概略図である。
なお、図６では、模式的にパワーＭＯＳＦＥＴ７３，８３，８５，９１Ａ，９１Ｂ，９２Ａ，９２Ｂ，９３Ａ，９３Ｂを表現して示しているが、制御ユニット（不図示）からそれぞれオンオフ制御可能なように、これらパワーＭＯＳＦＥＴ７３，８３，８５，９１Ａ，９１Ｂ，９２Ａ，９２Ｂ，９３Ａ，９３Ｂそれぞれに所定の電圧を印加するための所定の電気回路（不図示）も設けられている。 Here, with reference to FIG. 6, a conventional vehicle power supply system (hereinafter, also referred to as a conventional example) 60 including a power semiconductor device in the circuit protection mechanism will be described. FIG. 6 is a schematic circuit diagram illustrating a conventional vehicle power supply system 60.
Although the power MOSFETs 73, 83, 85, 91A, 91B, 92A, 92B, 93A, and 93B are schematically shown in FIG. 6, they can be turned on and off from the control unit (not shown). A predetermined electric circuit (not shown) for applying a predetermined voltage to each of these power MOSFETs 73, 83, 85, 91A, 91B, 92A, 92B, 93A, 93B is also provided.

図６に示すように、従来例の車両用電源供給システム６０は、第１の負荷回路系７０と、第２の負荷回路系８０と、パワー半導体モジュール９０と、を有する。 As shown in FIG. 6, the vehicle power supply system 60 of the conventional example includes a first load circuit system 70, a second load circuit system 80, and a power semiconductor module 90.

第１の負荷回路系７０は、オルタネータなどの発電機７１を電源として含み、また負荷として発電機やエンジンなどの付設されるファンなどの負荷７２を有し、さらに電源線として発電機７１と当該負荷７２とを接続するための電源線Ｗ７１を有する。第１の負荷回路系７０では、発電機７１の下流回路に当該負荷７２が接続され、電源線Ｗ７１を介して発電機７１から当該負荷７２に電気が供給される。 The first load circuit system 70 includes a generator 71 such as an alternator as a power source, has a load 72 such as an attached fan such as a generator or an engine as a load, and further has a generator 71 and the said as a power line. It has a power line W71 for connecting to the load 72. In the first load circuit system 70, the load 72 is connected to the downstream circuit of the generator 71, and electricity is supplied from the generator 71 to the load 72 via the power supply line W71.

第２の負荷回路系８０は、鉛バッテリなどの蓄電池８１を電源として含み、また負荷としてアンチロック・ブレーキ・システムなどの第１の負荷８２と、車内エアコンなどの第２の負荷８４と、を有し、さらに電源線として蓄電池８１と第１及び第２の負荷８２，８４とを接続する第１及び第２の電源線Ｗ８１，Ｗ８２を有する。第２の負荷回路系８０では、蓄電池８１又は発電機７１の下流回路に第１及び第２の負荷８２，８４が接続され、第１又は第２の電源線Ｗ８１，Ｗ８２を介して蓄電池８１又は発電機７１から第１及び第２の負荷８２，８４に電気が供給される。また、第１及び第２の電源線Ｗ８１，Ｗ８２は蓄電池８１又は発電機７１に対し並列に配置される。 The second load circuit system 80 includes a storage battery 81 such as a lead battery as a power source, and has a first load 82 such as an anti-lock brake system and a second load 84 such as an in-vehicle air conditioner as loads. Further, as a power supply line, it has first and second power supply lines W81 and W82 for connecting the storage battery 81 and the first and second loads 82 and 84. In the second load circuit system 80, the first and second loads 82, 84 are connected to the downstream circuit of the storage battery 81 or the generator 71, and the storage battery 81 or the storage battery 81 or is connected via the first or second power line W81, W82. Electricity is supplied from the generator 71 to the first and second loads 82, 84. Further, the first and second power lines W81 and W82 are arranged in parallel with the storage battery 81 or the generator 71.

そして、第１の負荷回路系７０の電源線Ｗ７１、及び第２の負荷回路系８０の第１及び第２の電源線Ｗ８１，Ｗ８２には、逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ７３，８３，８５がそれぞれ配設される。これら逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ７３，８３，８５は、電源７１，８１から供給される電源電圧に対してオン状態のときに逆方向バイアス状態となる。すなわち、逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ７３，８３，８５は、スイッチング素子として機能し、制御ユニットによりオンオフ制御されてオン状態のときに短絡して、電源７１，８１から流れる電気を通電させる。 Reverse power MOSFETs 73, 83, and 85 are arranged in the power supply lines W71 of the first load circuit system 70 and the first and second power supply lines W81 and W82 of the second load circuit system 80, respectively. To. These reverse power MOSFETs 73, 83, 85 are in a reverse bias state when they are on with respect to the power supply voltage supplied from the power supplies 71, 81. That is, the reverse power MOSFETs 73, 83, 85 function as switching elements, are controlled on and off by the control unit, and are short-circuited when in the on state to energize the electricity flowing from the power supplies 71, 81.

また、パワー半導体モジュール９０は、３つの回路体９１，９２，９３が３列に並列に接続されて構成される。各回路体９１，９２，９３は、直列に接続された順方向パワーＭＯＳＦＥＴ９１Ｂ，９２Ｂ，９３Ｂ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ９１Ａ，９２Ａ，９３Ａをそれぞれ一組（１ユニット）にして構成される。そのため、パワー半導体モジュール９０は、回路保護機構として電源７１，８１からの供給される大電流から第１又は第２の負荷回路系７０，８０を保護する機能を有することになる。 Further, the power semiconductor module 90 is configured by connecting three circuit bodies 91, 92, 93 in parallel in three rows. Each circuit body 91, 92, 93 is configured by forming a set (1 unit) of forward power MOSFETs 91B, 92B, 93B and reverse power MOSFETs 91A, 92A, 93A connected in series. Therefore, the power semiconductor module 90 has a function of protecting the first or second load circuit system 70, 80 from the large current supplied from the power supplies 71, 81 as a circuit protection mechanism.

ところで、このように半導体素子、パワー半導体デバイスを含んで構成される車両用電源供給システム６０に対し、機能安全性を向上させるため冗長設計をしようとすると、別経路を設け、さらに当該経路にも半導体素子を配設することになる。例えば、機能安全性を要求する第２の負荷回路系８０の第１の負荷８２に関し、電気回路の一部故障に備えて別経路でも電気供給可能としようとする場合には、通常使用する第３の電源線を新たに設け、当該第３の電源線に一対のパワーＭＯＳＦＥＴを有する回路体をさらに設けることがまず検討される。 By the way, if a redundant design is attempted to improve the functional safety of the vehicle power supply system 60 including the semiconductor element and the power semiconductor device in this way, another route is provided, and further, the route is also provided. A semiconductor element will be arranged. For example, regarding the first load 82 of the second load circuit system 80 that requires functional safety, when it is intended to be able to supply electricity through another route in preparation for a partial failure of the electric circuit, a second load circuit system normally used is used. First, it is considered to newly provide the power supply line of No. 3 and further provide a circuit body having a pair of power MOSFETs in the third power supply line.

しかしながら、このような検討はシステムの冗長性を実現できるものの、半導体素子などの部品点数が増える可能性がある。また、近年、自動運転システムなどの実装が進展しており、機能安全性を要求する装置や機器（負荷）が増大傾向にあり、これら負荷の機能安全性の確保を踏まえると、かかる半導体素子の部品点数の増加傾向は顕著である。 However, although such an examination can realize system redundancy, there is a possibility that the number of parts such as semiconductor elements will increase. In recent years, the implementation of automatic operation systems and the like has progressed, and the number of devices and devices (loads) that require functional safety is increasing. Considering the assurance of functional safety of these loads, such semiconductor elements The increasing tendency of the number of parts is remarkable.

そこで、本発明者らは、かかる状況において半導体素子の部品点数を削減すべく鋭意検討を行った。その結果、本発明者らは、回路保護機構として設けられるパワー半導体モジュールに着目し、当該モジュールに内装されるパワーＭＯＳＦＥＴを活用して部品点数を削減できる可能性を見出したのである。 Therefore, the present inventors have diligently studied to reduce the number of parts of the semiconductor element in such a situation. As a result, the present inventors have focused on a power semiconductor module provided as a circuit protection mechanism, and have found the possibility of reducing the number of parts by utilizing the power MOSFET built in the module.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、システムの電源冗長性を向上させながらも、半導体素子の部品点数を削減することができるパワー半導体デバイス、及びそのパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a power semiconductor device capable of reducing the number of parts of a semiconductor element while improving the power supply redundancy of a system, and a power semiconductor thereof. The purpose is to provide a vehicle power supply system equipped with a device.

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 直列に接続された単一の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ及び単一の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴを一組とする回路体が複数並列に接続された、上流側の電源から供給される大電流から回路を保護する半導体ヒューズとして機能するパワー半導体モジュールと、
一端が前記回路体のうちのいずれか１つにおける前記順方向パワーＭＯＳＦＥＴと前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴとの間に接続され、他端が電源供給される下流側の負荷に接続されて、前記パワー半導体モジュールを介して、前記負荷と前記電源とを接続する第１の電源線と、
前記第１の電源線に設けられた、前記電源から供給される電源電圧に対してオン状態のときに逆方向バイアス状態になる第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴと、
一端が前記パワー半導体モジュールの下流側端に接続され、他端が前記負荷に接続されて、前記パワー半導体モジュールを介して、前記負荷と前記電源とを接続する第２の電源線と、
前記第２の電源線に設けられた、前記電源から供給される電源電圧に対してオン状態のときに逆方向バイアス状態になる第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴと、
を備え、
前記電源から前記第１の電源線を経由して前記負荷に電源供給される経路において、前記回路体における前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴと、前記第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴと、が直列に接続されており、
前記順方向パワーＭＯＳＦＥＴは、オン状態のときに上流側から下流側へ流れる電流を通電し且つ下流側から上流側へ流れる電流を通電し、オフ状態のときに上流側から下流側へ流れる電流を通電し且つ下流側から上流側へ流れる電流を遮断する、ように機能し、
前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ、前記第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ、及び、前記第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴは、オン状態のときに上流側から下流側へ流れる電流を通電し且つ下流側から上流側へ流れる電流を通電し、オフ状態のときに上流側から下流側へ流れる電流を遮断し且つ下流側から上流側へ流れる電流を通電する、ように機能する
ことを特徴とするパワー半導体デバイス。
（２） 前記回路体の前記順方向パワーＭＯＳＦＥＴ又は前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ、前記第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ、又は前記第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴの何れかが故障した場合に、検知されたその故障状況に応じて、故障したパワーＭＯＳＦＥＴ以外のパワーＭＯＳＦＥＴをそれぞれオンオフ制御する制御部をさらに有する
ことを特徴とする（１）に記載のパワー半導体デバイス。
（３） 上記（１）又は（２）に記載のパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム。 The above object of the present invention is achieved by the following configuration.
(1) A circuit from a large current supplied from an upstream power source in which a plurality of circuits consisting of a single forward power MOSFET and a single reverse power MOSFET connected in series are connected in parallel. A power semiconductor module that functions as a semiconductor fuse to protect the
One end is connected between the forward power MOSFET and the reverse power MOSFET in any one of the circuits, and the other end is connected to a load on the downstream side to which power is supplied, so that the power semiconductor is used. A first power line connecting the load and the power supply via a module,
A first reverse power MOSFET provided in the first power supply line, which is in a reverse bias state when the power supply voltage supplied from the power supply is on, and a reverse power MOSFET.
A second power line , one end of which is connected to the downstream end of the power semiconductor module and the other end of which is connected to the load to connect the load and the power source via the power semiconductor module.
A second reverse power MOSFET provided in the second power supply line, which is in a reverse bias state when it is on with respect to the power supply voltage supplied from the power supply, and a second reverse power MOSFET.
Equipped with
In a path in which power is supplied from the power source to the load via the first power supply line, the reverse power MOSFET in the circuit body and the first reverse power MOSFET are connected in series. Ori,
The forward power MOSFET energizes the current flowing from the upstream side to the downstream side in the on state, energizes the current flowing from the downstream side to the upstream side, and energizes the current flowing from the upstream side to the downstream side in the off state. It functions to energize and cut off the current flowing from the downstream side to the upstream side.
The reverse power MOSFET, the first reverse power MOSFET, and the second reverse power MOSFET carry a current flowing from the upstream side to the downstream side when in the ON state, and the current flows from the downstream side to the upstream side. It functions to energize the flowing current, cut off the current flowing from the upstream side to the downstream side when it is off, and energize the current flowing from the downstream side to the upstream side.
A power semiconductor device characterized by that.
(2) When any of the forward power MOSFET or the reverse power MOSFET, the first reverse power MOSFET, or the second reverse power MOSFET of the circuit body fails, the detection thereof is detected. The power semiconductor device according to (1), further comprising a control unit that controls on / off of each power MOSFET other than the failed power MOSFET according to the failure situation.
(3) A vehicle power supply system including the power semiconductor device according to (1) or (2) above.

上記（１）のパワー半導体デバイスの構成によれば、システムの電源冗長性を向上させながらも、半導体素子の部品点数を削減することができる。
上記（２）のパワー半導体デバイスの構成によれば、複数のパワーＭＯＳＦＥＴのうち一部が故障して通常の電源線から電気供給が不能になっても、別経路から電気を迅速且つ適切に供給することができる。
上記（３）の車両用電源供給システムの構成によれば、システムの電源冗長性を向上させながらも、半導体素子の部品点数を削減することができる車両用電源供給システムを提供することができる。 According to the configuration of the power semiconductor device of (1) above, it is possible to reduce the number of parts of the semiconductor element while improving the power supply redundancy of the system.
According to the configuration of the power semiconductor device of (2) above, even if a part of a plurality of power MOSFETs fails and electricity cannot be supplied from a normal power line, electricity is quickly and appropriately supplied from another path. can do.
According to the configuration of the vehicle power supply system according to the above (3), it is possible to provide a vehicle power supply system capable of reducing the number of parts of semiconductor elements while improving the power supply redundancy of the system.

本発明のパワー半導体デバイス、及びそのパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システムによれば、複数の回路体のうち１つの逆方向パワーＭＯＳＦＥＴを活用（流用）して、第１の電源線を含む通常使用の電気経路にスイッチング機能を実現することができる。これにより、システムの電源冗長性を向上させながらも、半導体素子の部品点数を削減することができる。 According to the power semiconductor device of the present invention and the power supply system for a vehicle including the power semiconductor device, the reverse power MOSFET of one of a plurality of circuits is utilized (diverted) to include a first power supply line. A switching function can be realized in a normally used electric path. As a result, the number of parts of the semiconductor element can be reduced while improving the power supply redundancy of the system.

以上、本発明について簡潔に説明した。さらに、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細はさらに明確化されるだろう。 The present invention has been briefly described above. Further, the details of the present invention will be further clarified by reading through the embodiments described below (hereinafter referred to as "embodiments") with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の実施形態に係る車両用電源供給システムを説明する概略回路構成図である。FIG. 1 is a schematic circuit configuration diagram illustrating a vehicle power supply system according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示す第２の負荷回路系の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴにおいてオン状態で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。FIG. 2 is a schematic circuit configuration diagram illustrating an electric path when a failure occurs in the ON state in the first reverse power MOSFET of the second load circuit system shown in FIG. 1. 図３は、図１に示す第２の負荷回路系の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴにおいてオフ状態で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。FIG. 3 is a schematic circuit configuration diagram illustrating an electric path when a failure occurs in the off state in the first reverse power MOSFET of the second load circuit system shown in FIG. 1. 図４は、図１に示す第３の回路体の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴの両方においてオン状態で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。FIG. 4 is a schematic circuit configuration diagram illustrating an electric path when a failure occurs in both the forward power MOSFET and the reverse power MOSFET of the third circuit body shown in FIG. 1 in the on state. 図５は、図１に示す第３の回路体の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴの両方においてオフ状態で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。FIG. 5 is a schematic circuit configuration diagram illustrating an electric path when a failure occurs in both the forward power MOSFET and the reverse power MOSFET of the third circuit body shown in FIG. 1 in the off state. 図６は、従来の車両用電源供給システムを説明する概略回路構成図である。FIG. 6 is a schematic circuit configuration diagram illustrating a conventional vehicle power supply system.

本発明の車両用電源供給システムに関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。 A specific embodiment of the vehicle power supply system of the present invention will be described below with reference to each figure.

＜車両用電源供給システムの回路構成について＞
図１を参照して、本実施形態の車両用電源供給システム１０の回路構成について説明する。図１は、本実施形態に係る車両用電源供給システム１０を説明する概略回路構成図である。
なお、図１では、模式的にパワーＭＯＳＦＥＴ２３，３３，３４，３６，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂを表現して示しているが、制御ユニット（制御部）５０からそれぞれオンオフ制御可能なように、パワーＭＯＳＦＥＴ２３，３３，３４，３６，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂに所定の電圧を印加するための所定の電気回路（不図示）も設けられている。図２～図５についても同様である。また、図１～図５中の白抜きの矢印は、第１の負荷回路系２０の発電機（電源）２１からの電気の経路（流れ）を意味している。 <Circuit configuration of vehicle power supply system>
The circuit configuration of the vehicle power supply system 10 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. FIG. 1 is a schematic circuit configuration diagram illustrating a vehicle power supply system 10 according to the present embodiment.
Although the power MOSFETs 23, 33, 34, 36, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, and 43B are schematically shown in FIG. 1, they can be turned on and off from the control unit (control unit) 50, respectively. As described above, a predetermined electric circuit (not shown) for applying a predetermined voltage to the power MOSFETs 23, 33, 34, 36, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, 43B is also provided. The same applies to FIGS. 2 to 5. Further, the white arrows in FIGS. 1 to 5 mean the electric path (flow) from the generator (power source) 21 of the first load circuit system 20.

図１に示すように、本実施形態の車両用電源供給システム１０は、第１の負荷回路系２０と、第２の負荷回路系３０と、パワー半導体モジュール４０と、制御ユニット５０と、を有する。 As shown in FIG. 1, the vehicle power supply system 10 of the present embodiment includes a first load circuit system 20, a second load circuit system 30, a power semiconductor module 40, and a control unit 50. ..

第１の負荷回路系２０は、オルタネータなどの発電機２１を電源として含み、また負荷として発電機やエンジンなどの付設されるファンなどの負荷２２と、発電機２１と当該負荷２２とを接続するための電源線Ｗ２１と、を有する。第１の負荷回路系２０では、発電機２１の下流回路に当該負荷２２が接続され、電源線Ｗ２１を介して発電機２１から当該負荷２２に電気が供給される。
なお、第１の負荷回路系の負荷２２は、ファンの他に発電機２１関連の電気を要する装置や機器などが該当する。また、発電機２１及び負荷２２はその負極側で接地（グランド）される。 The first load circuit system 20 includes a generator 21 such as an alternator as a power source, and also connects a load 22 such as an attached fan such as a generator or an engine as a load, and the generator 21 and the load 22. It has a power line W21 for the purpose. In the first load circuit system 20, the load 22 is connected to the downstream circuit of the generator 21, and electricity is supplied from the generator 21 to the load 22 via the power supply line W21.
The load 22 of the first load circuit system corresponds to a device or device that requires electricity related to the generator 21 in addition to the fan. Further, the generator 21 and the load 22 are grounded on the negative electrode side thereof.

第２の負荷回路系３０は、鉛バッテリなどの蓄電池３１を電源として含み、また負荷としてアンチロック・ブレーキ・システムなどの第１の負荷３２と、車内エアコンなどの第２の負荷３５と、を有する。
なお、第２の負荷回路系３０の第１の負荷３２は、アンチロック・ブレーキ・システムの他に機能安全性の要求が高いシステム、例えばエンジン系負荷であるインジェクタ・システムなどが該当する。また、第２の負荷回路系３０の第２の負荷３５は、車内エアコンの他、蓄電池３１関連の安全機能性の要求が低いシステム、ＡＣ／ＤＣコンバータ、空調ファンなどが該当する。 The second load circuit system 30 includes a storage battery 31 such as a lead battery as a power source, and has a first load 32 such as an anti-lock brake system and a second load 35 such as an in-vehicle air conditioner as loads. Have.
The first load 32 of the second load circuit system 30 corresponds to a system having a high demand for functional safety, for example, an injector system which is an engine system load, in addition to the antilock brake system. Further, the second load 35 of the second load circuit system 30 corresponds to an in-vehicle air conditioner, a system having a low requirement for safety functionality related to the storage battery 31, an AC / DC converter, an air conditioning fan, and the like.

蓄電池３１は、バッテリ容量が低下しないように、オルタネータなどの発電機２１により充電される。また、蓄電池３１、第１及び第２の負荷３２，３５はその負極側で接地（グランド）される。
なお、本実施形態では、第２の負荷回路系３０の電源として鉛バッテリの蓄電池３１を用いるが、電源の機能を有するものであれば、発電機などの電源や、リチウムイオンバッテリなどの蓄電池などを適宜用いることが可能である。 The storage battery 31 is charged by a generator 21 such as an alternator so that the battery capacity does not decrease. Further, the storage battery 31, the first and second loads 32, 35 are grounded on the negative electrode side thereof.
In the present embodiment, the lead battery storage battery 31 is used as the power source for the second load circuit system 30, but if it has a power source function, it may be a power source such as a generator or a storage battery such as a lithium ion battery. Can be used as appropriate.

さらに、第２の負荷回路系３０は、電源線として、第１、第２及び第３の電源線Ｗ３１，Ｗ３２，Ｗ３３を有する。第１、第２及び第３の電源線Ｗ３１，Ｗ３２，Ｗ３３は、蓄電池３１又は第１の負荷回路系２０の発電機２１に対して並列に配置される。 Further, the second load circuit system 30 has first, second and third power lines W31, W32 and W33 as power lines. The first, second, and third power lines W31, W32, and W33 are arranged in parallel with the storage battery 31 or the generator 21 of the first load circuit system 20.

第２の負荷回路系３０の第１の電源線Ｗ３１は、パワー半導体モジュール４０を介して第１の負荷３２と第１の負荷回路系２０の発電機２１とを接続する。また、当該第１の電源線Ｗ３１の下流端は、第１の負荷３２の正極側に接続される。 The first power supply line W31 of the second load circuit system 30 connects the first load 32 and the generator 21 of the first load circuit system 20 via the power semiconductor module 40. Further, the downstream end of the first power supply line W31 is connected to the positive electrode side of the first load 32.

第２の負荷回路系３０の第２の電源線Ｗ３２は、パワー半導体モジュール４０を介して第１の負荷３２と第１の負荷回路系２０の発電機２１とを接続すると共に、第１の負荷３２と蓄電池３１とを直接接続する。すなわち、当該第２の電源線Ｗ３２の上流端は、蓄電池３１の正極側及びパワー半導体モジュール４０の他端（図１中、左側端）に接続される。また、その下流端は、第１の負荷３２の正極側に接続される。 The second power supply line W32 of the second load circuit system 30 connects the first load 32 and the generator 21 of the first load circuit system 20 via the power semiconductor module 40, and also connects the first load. The 32 and the storage battery 31 are directly connected. That is, the upstream end of the second power supply line W32 is connected to the positive electrode side of the storage battery 31 and the other end of the power semiconductor module 40 (the left end in FIG. 1). Further, the downstream end thereof is connected to the positive electrode side of the first load 32.

第２の負荷回路系３０の第３の電源線Ｗ３３は、第２の電源線Ｗ３２と同様に、パワー半導体モジュール４０を介して第２の負荷３５と第１の負荷回路系２０の発電機２１とを接続すると共に、第２の負荷３５と蓄電池３１とを直接接続する。すなわち、当該第３の電源線Ｗ３３の上流端は、蓄電池３１の正極側及びパワー半導体モジュール４０の他端に接続される。また、その下流端は、第２の負荷３５の正極側に接続される。 The third power supply line W33 of the second load circuit system 30 is the generator 21 of the second load 35 and the first load circuit system 20 via the power semiconductor module 40, similarly to the second power supply line W32. And directly connect the second load 35 and the storage battery 31. That is, the upstream end of the third power supply line W33 is connected to the positive electrode side of the storage battery 31 and the other end of the power semiconductor module 40. Further, the downstream end thereof is connected to the positive electrode side of the second load 35.

このように第２の負荷回路系３０では、蓄電池３１又は第１の負荷回路系２０の発電機２１の下流回路に第１及び第２の負荷３２，３５が接続され、第１、第２又は第３の電源線Ｗ３１，Ｗ３２，Ｗ３３を介して蓄電池３１又は発電機２１から第１及び第２の負荷３２，３５に電気が供給される。 In this way, in the second load circuit system 30, the first and second loads 32, 35 are connected to the downstream circuit of the generator 21 of the storage battery 31 or the first load circuit system 20, and the first, second, or Electricity is supplied to the first and second loads 32 and 35 from the storage battery 31 or the generator 21 via the third power line W31, W32, W33.

そして、第１の負荷回路系２０の電源線Ｗ２１には、負荷２２の上流側に逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ２３が配設される。第２の負荷回路系３０の第１、第２及び第３の電源線Ｗ３１，Ｗ３２，Ｗ３３にも同様に、各負荷３２，３５の上流側に第１、第２及び第３の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３，３４，３６がそれぞれ配設される。すなわち、第１の電源線Ｗ３１には第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３、第２の電源線Ｗ３２には第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４、そして第３の電源線Ｗ３３には第３の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３６が設けられる。 Then, in the power supply line W21 of the first load circuit system 20, a reverse power MOSFET 23 is arranged on the upstream side of the load 22. Similarly, for the first, second and third power lines W31, W32 and W33 of the second load circuit system 30, the first, second and third reverse powers are on the upstream side of the respective loads 32 and 35. MOSFETs 33, 34, and 36 are arranged, respectively. That is, the first power line W31 has a first reverse power MOSFET 33, the second power line W32 has a second reverse power MOSFET 34, and the third power line W33 has a third reverse power MOSFET 36. Is provided.

これら逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ２３，３３，３４，３６は、電源２１，３１から供給される電源電圧に対してオン状態のときに逆方向バイアス状態となる。すなわち、逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ２３，３３，３４，３６は、スイッチング素子として機能し、後述する制御ユニット５０によりオンオフ制御されてオン状態のときに短絡して、電源２１，３１から流れる電気を通電させる。 These reverse power MOSFETs 23, 33, 34, 36 are in a reverse bias state when they are on with respect to the power supply voltage supplied from the power supplies 21 and 31. That is, the reverse power MOSFETs 23, 33, 34, 36 function as switching elements, are controlled on and off by the control unit 50 described later, are short-circuited when in the on state, and energize the electricity flowing from the power supplies 21 and 31.

また、本実施形態では、第２の負荷回路系３０において、第１の電源線Ｗ３１が通常状態で使用されるメインの電気経路を構成する。その一方で、第２の電源線Ｗ３２が、後述するパワーＭＯＳＦＥＴ２３，３３，３４，３６，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂの何れかに故障が発生した場合にバックアップ的に使用されるサブの電気経路を構成する。 Further, in the present embodiment, in the second load circuit system 30, the first power line W31 constitutes a main electric path used in a normal state. On the other hand, the second power supply line W32 is used as a backup when a failure occurs in any of the power MOSFETs 23, 33, 34, 36, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, 43B described later. It constitutes a sub-electrical path.

パワー半導体モジュール４０は、第１及び第２の負荷回路系２０，３０の間に配設されており、一方端で第１の負荷回路系２０、他方端で第２の負荷回路系３０に接続する。そして、パワー半導体モジュール４０は、複数（本実施形態では３つ）の回路体４１，４２，４３が並列に接続されて構成される。第１、第２及び第３の回路体４１，４２，４３は、直列に接続された順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ａ，４２Ａ，４３Ａをそれぞれ一組（１ユニット）にして構成される。そのため、パワー半導体モジュール４０は、回路保護機構として電源２１，３１からの供給される大電流から第１又は第２の負荷回路系２０，３０を保護する機能を有することになる。
なお、各回路体４１，４２，４３において、逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ａ，４２Ａ，４３Ａは第１の負荷回路系２０側に配置される。順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂは、第２の負荷回路系３０側に配置される。
なお、本実施形態では、回路体４１，４２，４３を３つとしたが、これに限定されない。そのユニット数はパワー半導体モジュール４０にかかる負荷容量に応じて適宜選択される。 The power semiconductor module 40 is arranged between the first and second load circuit systems 20 and 30, and is connected to the first load circuit system 20 at one end and the second load circuit system 30 at the other end. do. The power semiconductor module 40 is configured by connecting a plurality of (three in this embodiment) circuit bodies 41, 42, and 43 in parallel. In the first, second and third circuit bodies 41, 42, 43, the forward power MOSFETs 41B, 42B, 43B and the reverse power MOSFETs 41A, 42A, 43A connected in series are made into a set (1 unit), respectively. It is composed. Therefore, the power semiconductor module 40 has a function of protecting the first or second load circuit systems 20 and 30 from the large current supplied from the power supplies 21 and 31 as a circuit protection mechanism.
In each circuit body 41, 42, 43, the reverse power MOSFETs 41A, 42A, 43A are arranged on the first load circuit system 20 side. The forward power MOSFETs 41B, 42B, and 43B are arranged on the second load circuit system 30 side.
In the present embodiment, the number of circuit bodies 41, 42, and 43 is three, but the present invention is not limited to this. The number of units is appropriately selected according to the load capacity applied to the power semiconductor module 40.

また、順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂは、オン状態のときに順方向バイアスとなる素子である。すなわち、パワー半導体モジュール４０の回路体４１，４２，４３は、両方のパワーＭＯＳＦＥＴ４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂを直列で有することで、制御ユニット５０により両方がオフの状態にされれば電流を上下流共に遮断し、その一方で両方がオンの状態にされれば、電流を上下流共に通電する。結果的に、パワー半導体モジュール４０の回路体４１，４２，４３それぞれは、全体としてスイッチング回路として機能する。 Further, the forward power MOSFETs 41B, 42B, and 43B are elements that have a forward bias when in the ON state. That is, if the circuit bodies 41, 42, 43 of the power semiconductor module 40 have both power MOSFETs 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, 43B in series, and both are turned off by the control unit 50. If the current is cut off both upstream and downstream, while both are turned on, the current is energized both upstream and downstream. As a result, each of the circuit bodies 41, 42, and 43 of the power semiconductor module 40 functions as a switching circuit as a whole.

ここで、本実施形態では、第２の負荷回路系３０の第１の電源線Ｗ３１の上流端が、パワー半導体モジュール４０の第３の回路体４３において、その順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ｂと逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａの間に接続される。これにより、第１の負荷回路系２０の発電機２１から第２の負荷回路系３０の第１の電源線Ｗ３１を経由して第１の負荷３２に電源供給される経路において、第３の回路体４３の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａと、第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３と、が直列に接続されることになる。 Here, in the present embodiment, the upstream end of the first power supply line W31 of the second load circuit system 30 is the forward power MOSFET 43B and the reverse power MOSFET 43A in the third circuit body 43 of the power semiconductor module 40. Is connected between. As a result, in the path where power is supplied from the generator 21 of the first load circuit system 20 to the first load 32 via the first power supply line W31 of the second load circuit system 30, the third circuit The reverse power MOSFET 43A of the body 43 and the first reverse power MOSFET 33 are connected in series.

制御ユニット５０は、ハードウェアとして演算回路、インタフェース回路及びメモリ回路などを含むコンピュータシステムで構成され、パワーＭＯＳＦＥＴ２３，３３，３４，３６，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂをそれぞれオンオフ制御する。また、制御ユニット５０には、車両用電源供給システムの異常を検知するための各種センサ（不図示）からの検知信号が入力される。この検知信号には、回路体４１，４２，４３の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂ又は逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ、第１の負荷回路系２０の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ２３、又は第２の負荷回路系３０の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３，３４，３６の何れかが故障したかを報知する信号も含まれる。制御ユニット５０は、当該検知信号に応じて、故障したパワーＭＯＳＦＥＴ２３，３３，３４，３６，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ以外のパワーＭＯＳＦＥＴ２３，３３，３４，３６，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂをそれぞれオンオフ制御する。 The control unit 50 is composed of a computer system including an arithmetic circuit, an interface circuit, a memory circuit, and the like as hardware, and controls the power MOSFETs 23, 33, 34, 36, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, and 43B, respectively. .. Further, detection signals from various sensors (not shown) for detecting an abnormality in the vehicle power supply system are input to the control unit 50. This detection signal includes the forward power MOSFETs 41B, 42B, 43B of the circuits 41, 42, 43 or the reverse power MOSFETs 41A, 42A, 43A, the reverse power MOSFET 23 of the first load circuit system 20, or the second load. A signal for notifying whether any of the reverse power MOSFETs 33, 34, and 36 of the circuit system 30 has failed is also included. The control unit 50 responds to the detection signal and has power MOSFETs 23, 33, 34, 36, 41A, 41B, 42A other than the failed power MOSFETs 23, 33, 34, 36, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, 43B. , 42B, 43A, 43B are controlled on and off, respectively.

何れのパワーＭＯＳＦＥＴ３，３３，３４，３６，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂも故障してない通常状態では、制御ユニット５０は、第２の負荷回路系３０の第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４を常時オフ状態に設定して、その機能を停止する。そして、制御ユニット５０は、それ以外のパワーＭＯＳＦＥＴ２３，３３，３６，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂをオン状態に設定する。このときには、第２の負荷回路系３０の第１の負荷３２に供給される電気は、パワー半導体モジュール４０の第３の回路体４３の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａから第２の負荷回路系３０の第１の電源線Ｗ３１及び第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３をメイン（通常）の経路として供給される。また、第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４がオフ状態であるため、第２の電源線Ｗ３２には電気が一切通電されない。 Under normal conditions in which none of the power MOSFETs 3, 33, 34, 36, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, 43B have failed, the control unit 50 has a second reverse power of the second load circuit system 30. The MOSFET 34 is always set to the off state to stop its function. Then, the control unit 50 sets the other power MOSFETs 23, 33, 36, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, 43B to the ON state. At this time, the electricity supplied to the first load 32 of the second load circuit system 30 is the first of the second load circuit system 30 from the reverse power MOSFET 43A of the third circuit body 43 of the power semiconductor module 40. The power supply line W31 and the first reverse power MOSFET 33 are supplied as a main (normal) path. Further, since the second reverse power MOSFET 34 is in the off state, no electricity is supplied to the second power supply line W32.

＜制御ユニットのオンオフ制御による電気の経路について＞
次に図２～図４を参照して、回路体４１，４２，４３の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂ又は逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ、第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３、又は第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４の何れかが故障した場合の電気の経路について説明する。図２は、第２の負荷回路系３０の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３においてオン状態で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。図３は、図１に示す第２の負荷回路系３０の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３においてオフ状態で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。図４は、第３の回路体４３の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ｂ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａの両方においてオン状態で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。図５は、第３の回路体４３の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ｂ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａの両方においてオフ状態で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。 <About the electric path by on / off control of the control unit>
Next, with reference to FIGS. 2 to 4, the forward power MOSFETs 41B, 42B, 43B or the reverse power MOSFETs 41A, 42A, 43A of the circuit bodies 41, 42, 43, the first reverse power MOSFET 33, or the second reverse power MOSFET 33, or the second. The electric path when any of the reverse power MOSFETs 34 fails will be described. FIG. 2 is a schematic circuit configuration diagram illustrating an electric path when a failure occurs in the on state of the first reverse power MOSFET 33 of the second load circuit system 30. FIG. 3 is a schematic circuit configuration diagram illustrating an electric path when a failure occurs in the off state in the first reverse power MOSFET 33 of the second load circuit system 30 shown in FIG. 1. FIG. 4 is a schematic circuit configuration diagram illustrating an electric path when a failure occurs in both the forward power MOSFET 43B and the reverse power MOSFET 43A of the third circuit body 43 in the on state. FIG. 5 is a schematic circuit configuration diagram illustrating an electric path when a failure occurs in both the forward power MOSFET 43B and the reverse power MOSFET 43A of the third circuit body 43 in the off state.

図２に示す回路構成図では、第２の負荷回路系３０の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３においてオン状態で故障が発生している。この場合には、第１の電源線Ｗ３１には第１の負荷回路系２０の発電機２１から常時電気が供給されることになり、不要時にも第２の負荷回路系３０の第１の負荷３２が駆動することになり、機能安全を害してしまう可能性がある。 In the circuit configuration diagram shown in FIG. 2, a failure has occurred in the first reverse power MOSFET 33 of the second load circuit system 30 in the ON state. In this case, electricity is always supplied to the first power supply line W31 from the generator 21 of the first load circuit system 20, and the first load of the second load circuit system 30 is supplied even when it is not needed. 32 will be driven, which may impair functional safety.

そこで、制御ユニット５０は、センサ（不図示）により検知された第２の負荷回路系３０の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３のかかる故障状況に応じて、第３の回路体４３の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ｂ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａを常時オフ状態となるようにオフ制御する。それと同時に、制御ユニット５０は、第２の負荷回路系３０の第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４をオン状態に切り替える。これにより、第２の負荷回路系３０の第１の負荷３２には、第２の電源線Ｗ３２及び第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４を通じて電気が正常に供給されることになる。
なお、このときには、第３の回路体４３の機能が停止されるので、パワー半導体モジュール４０の負荷容量が減少する結果となる。そのため、制御ユニットは、機能安全の要求が低い第２の負荷３５への電気の供給を停止すべく、第２の負荷回路系３０の第３の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３６をオフ状態となるようにオフ制御しても良い。 Therefore, the control unit 50 receives the forward power MOSFET 43B of the third circuit body 43 according to the failure situation of the first reverse power MOSFET 33 of the second load circuit system 30 detected by the sensor (not shown). And the reverse power MOSFET 43A is turned off so that it is always off. At the same time, the control unit 50 switches the second reverse power MOSFET 34 of the second load circuit system 30 to the ON state. As a result, electricity is normally supplied to the first load 32 of the second load circuit system 30 through the second power supply line W32 and the second reverse power MOSFET 34.
At this time, the function of the third circuit body 43 is stopped, which results in a decrease in the load capacity of the power semiconductor module 40. Therefore, the control unit turns off the third reverse power MOSFET 36 of the second load circuit system 30 in order to stop the supply of electricity to the second load 35, which has a low demand for functional safety. You may control it.

また、図３に示す回路構成図では、第２の負荷回路系３０の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３においてオフ状態で故障が発生している。この場合には、第１の電源線Ｗ３１には第１の負荷回路系２０の発電機２１から電気が供給されないので、そのままでは機能安全性を害してしまう可能性がある。 Further, in the circuit configuration diagram shown in FIG. 3, a failure has occurred in the first reverse power MOSFET 33 of the second load circuit system 30 in the off state. In this case, since electricity is not supplied to the first power supply line W31 from the generator 21 of the first load circuit system 20, there is a possibility that the functional safety will be impaired as it is.

そこで、制御ユニット５０は、センサにより検知された第２の負荷回路系３０の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４のかかる故障状況に応じて、第２の負荷回路系３０の第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４をオン状態に切り替える。これにより、第２の負荷回路系３０の第１の負荷３２には、第２の電源線Ｗ３２及び第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４を通じて正常に電気が供給されることになる。 Therefore, the control unit 50 receives the second reverse power MOSFET 34 of the second load circuit system 30 according to the failure situation of the first reverse power MOSFET 34 of the second load circuit system 30 detected by the sensor. To switch to the on state. As a result, electricity is normally supplied to the first load 32 of the second load circuit system 30 through the second power supply line W32 and the second reverse power MOSFET 34.

また、図４に示す回路構成図では、第３の回路体４３の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ｂ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａの両方においてオン状態で故障が発生している。ただし、この場合には、制御ユニット５０は、第２の負荷回路系３０の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３をオンオフ制御することで一応の対応は可能である。 Further, in the circuit configuration diagram shown in FIG. 4, a failure has occurred in both the forward power MOSFET 43B and the reverse power MOSFET 43A of the third circuit body 43 in the ON state. However, in this case, the control unit 50 can take measures by controlling the on / off control of the first reverse power MOSFET 33 of the second load circuit system 30.

しかしながら、システムの電源冗長性に関して安全側に考え、制御ユニット５０は、センサにより検知された第３の回路体４３のかかる故障状況に応じて、第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３を常時オフ状態となるようにオフ制御する。これにより、第１の電源線Ｗ３１を経由する電気の供給を停止する。それと同時に、制御ユニット５０は、第２の負荷回路系３０の第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４をオン状態に切り替える。これにより、第２の負荷回路系３０の第１の負荷３２には、第２の電源線Ｗ３２及び第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４を通じて正常に電気が供給されることになる。 However, considering the power redundancy of the system on the safety side, the control unit 50 always turns off the first reverse power MOSFET 33 according to the failure situation of the third circuit body 43 detected by the sensor. To control off. As a result, the supply of electricity via the first power supply line W31 is stopped. At the same time, the control unit 50 switches the second reverse power MOSFET 34 of the second load circuit system 30 to the ON state. As a result, electricity is normally supplied to the first load 32 of the second load circuit system 30 through the second power supply line W32 and the second reverse power MOSFET 34.

また、図５に示す回路構成図では、第３の回路体４３の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ｂ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａの両方においてオフ状態で故障が発生している。この場合には、第１の電源線Ｗ３１には第１の負荷回路系２０の発電機２１から電気が供給されないので、そのままでは機能安全性を害してしまう可能性がある。 Further, in the circuit configuration diagram shown in FIG. 5, a failure has occurred in both the forward power MOSFET 43B and the reverse power MOSFET 43A of the third circuit body 43 in the off state. In this case, since electricity is not supplied to the first power supply line W31 from the generator 21 of the first load circuit system 20, there is a possibility that the functional safety will be impaired as it is.

そこで、制御ユニット５０は、センサにより検知された第３の回路体４３の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ｂ及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａのかかる故障状況に応じて、第２の負荷回路系３０の第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４をオン状態に切り替える。これにより、第２の負荷回路系３０の第１の負荷３２には、第２の電源線Ｗ３２及び第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４を通じて正常に電気が供給されることになる。
なお、このときにはかかる故障により、第２の負荷回路系３０の第１の電源線Ｗ３１には電気が通電しなくなるので、制御ユニット５０は第２の負荷回路系３０の第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３を常時オフ状態となるようにオフ制御しても良い。 Therefore, the control unit 50 receives the second reverse power of the second load circuit system 30 according to the failure situation of the forward power MOSFET 43B and the reverse power MOSFET 43A of the third circuit body 43 detected by the sensor. Switch the MOSFET 34 to the on state. As a result, electricity is normally supplied to the first load 32 of the second load circuit system 30 through the second power supply line W32 and the second reverse power MOSFET 34.
At this time, due to such a failure, electricity is not energized to the first power supply line W31 of the second load circuit system 30, so that the control unit 50 is the first reverse power MOSFET 33 of the second load circuit system 30. May be turned off so that the power is always off.

＜本実施形態の車両用電源供給システムの利点について＞
本実施形態の車両用電源供給システム１０によれば、第２の負荷回路系３０の第１の電源線（第１の電源線）Ｗ３１が、上流端（一端）が第３の回路体（回路体のうちのいずれか１つ）４３における、順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ｂと逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａの間に接続され、下流端（他端）が第２の負荷回路系３０の第１の負荷（負荷）３２に接続され、第１の負荷回路系２０の発電機（電源）２１から第２の負荷回路系３０の第１の電源線（第１の電源線）Ｗ３１を経由して第１の負荷回路系２０の発電機（電源）２１に電源供給される経路において、回路体４３における逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａと、第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３と、が直列に接続される。このため、複数の回路体４１，４２，４３のうち１つの逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４３Ａを活用（流用）して、第１の電源線Ｗ３１を含む通常使用の電気経路にスイッチング機能を実現することができる。これにより、システムの電源冗長性を向上させながらも、半導体素子の部品点数を削減することができる。 <Advantages of the vehicle power supply system of this embodiment>
According to the vehicle power supply system 10 of the present embodiment, the first power supply line (first power supply line) W31 of the second load circuit system 30 has a third circuit body (circuit) at the upstream end (one end). In any one of the bodies) 43, it is connected between the forward power MOSFET 43B and the reverse power MOSFET 43A, and the downstream end (the other end) is the first load (load) 32 of the second load circuit system 30. The first load circuit system is connected to the generator (power supply) 21 of the first load circuit system 20 via the first power supply line (first power supply line) W31 of the second load circuit system 30. In the path where power is supplied to the generator (power source) 21 of 20, the reverse power MOSFET 43A in the circuit body 43 and the first reverse power MOSFET 33 are connected in series. Therefore, by utilizing (diverting) the reverse power MOSFET 43A of one of the plurality of circuits 41, 42, 43, it is possible to realize the switching function in the normally used electric path including the first power supply line W31. .. As a result, the number of parts of the semiconductor element can be reduced while improving the power supply redundancy of the system.

また、本実施形態の車両用電源供給システム１０によれば、回路体４１，４２，４３の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂ又は逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ、第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３３、又は第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ３４の何れかが故障した場合に、検知されたその故障状況に応じて、故障したパワーＭＯＳＦＥＴ３３，３４，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ以外のパワーＭＯＳＦＥＴ３３，３４，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂをそれぞれオンオフ制御する制御ユニット（制御部）５０をさらに有する。このため、複数のパワーＭＯＳＦＥＴ３３，３４，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂのうち一部が故障して通常の電源線Ｗ３１，Ｗ３２，Ｗ３３から電気供給が不能になっても、別経路から電気を迅速且つ適切に供給することができる。 Further, according to the vehicle power supply system 10 of the present embodiment, the forward power MOSFETs 41B, 42B, 43B of the circuit bodies 41, 42, 43 or the reverse power MOSFETs 41A, 42A, 43A, the first reverse power MOSFET 33, Or, when any of the second reverse power MOSFETs 34 fails, the failed power MOSFETs 33, 34, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, 43B, depending on the detected failure status, Further, it has a control unit (control unit) 50 that controls on / off of 34, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, and 43B, respectively. Therefore, even if a part of the plurality of power MOSFETs 33, 34, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, 43B fails and electricity cannot be supplied from the normal power supply lines W31, W32, W33, another route is used. Electricity can be supplied quickly and appropriately.

また、本実施形態の車両用電源供給システム１０における回路構成をパワー半導体デバイスとして車両用に限らず、様々な分野で使用される電源供給システムに広く適用することができる。上述した車両用電源供給システム１０と同様な作用効果を得ることができる。 Further, the circuit configuration in the vehicle power supply system 10 of the present embodiment can be widely applied not only to vehicles as a power semiconductor device but also to power supply systems used in various fields. It is possible to obtain the same effect as that of the vehicle power supply system 10 described above.

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良などが可能である。 Although the description of the specific embodiment is completed above, the embodiment of the present invention is not limited to these embodiments, and modifications and improvements can be made as appropriate.

ここで、上述した本発明に係るパワー半導体デバイス、及びそのパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム１０の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［３］に簡潔に纏めて列記する。
［１］直列に接続された順方向パワーＭＯＳＦＥＴ（４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂ）及び逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ（４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ）を一組とする回路体（４１，４２，４３）が複数並列に接続された、電源（第１の負荷回路系２０の発電機、２１）から供給される大電流から回路を保護する半導体ヒューズとして機能するパワー半導体モジュール（４０）と、
前記パワー半導体モジュール（４０）を介して、電源供給される負荷（第２の負荷回路系３０の第１の負荷、３２）と前記電源（第１の負荷回路系２０の発電機、２１）とを接続する第１の電源線（Ｗ３１）と、
前記第１の電源線（Ｗ３１）に設けられた、前記電源（第１の負荷回路系２０の発電機、２１）から供給される電源電圧に対してオン状態のときに逆方向バイアス状態になる第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ（３３）と、
前記パワー半導体モジュール（４０）を介して、前記負荷（第２の負荷回路系３０の第１の負荷、３２）と前記電源（第１の負荷回路系２０の発電機、２１）とを接続する第２の電源線（Ｗ３２）と、
前記第２の電源線（Ｗ３２）に設けられた、前記電源（第１の負荷回路系２０の発電機、２１）から供給される電源電圧に対してオン状態のときに逆方向バイアス状態になる第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ（３４）と、
を備え、
前記第１の電源線（Ｗ３１）が、一端が前記回路体（４１，４２，４３）のうちのいずれか１つにおける、前記順方向パワーＭＯＳＦＥＴ（４３Ｂ）と前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ（４３Ａ）の間に接続され、他端が前記負荷（第２の負荷回路系３０の第１の負荷、３２）に接続され、
前記電源（第１の負荷回路系２０の発電機、２１）から前記第１の電源線（Ｗ３１）を経由して前記負荷（第１の負荷回路系２０の発電機、２１）に電源供給される経路において、前記回路体（４３）における前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ（４３Ａ）と、前記第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ（３３）と、が直列に接続される
ことを特徴とするパワー半導体デバイス。
［２］前記回路体（４１，４２，４３）の前記順方向パワーＭＯＳＦＥＴ（４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂ）又は前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ（４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ）、前記第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ（３３）、又は前記第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ（３４）の何れかが故障した場合に、検知されたその故障状況に応じて、故障したパワーＭＯＳＦＥＴ（３３，３４，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ）以外のパワーＭＯＳＦＥＴ（３３，３４，４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ）をそれぞれオンオフ制御する制御部をさらに有する
ことを特徴とする［１］に記載のパワー半導体デバイス。
［３］［１］又は［２］に記載のパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム（１０）。 Here, the features of the above-mentioned power semiconductor device according to the present invention and the embodiment of the vehicle power supply system 10 including the power semiconductor device are briefly summarized and listed below in [1] to [3], respectively.
[1] A plurality of circuits (41, 42, 43) including a forward power MOSFET (41B, 42B, 43B) and a reverse power MOSFET (41A, 42A, 43A) connected in series are connected in parallel. A power semiconductor module (40) that functions as a semiconductor fuse that protects the circuit from a large current supplied from a power source (generator, 21 of the first load circuit system 20).
A load supplied with power via the power semiconductor module (40) (first load of the second load circuit system 30, 32) and the power source (generator of the first load circuit system 20, 21). The first power line (W31) to connect to
When the power supply voltage supplied from the power supply (generator, 21 of the first load circuit system 20) provided in the first power supply line (W31) is on, a reverse bias state is established. The first reverse power MOSFET (33) and
The load (first load of the second load circuit system 30, 32) and the power supply (generator of the first load circuit system 20, 21) are connected via the power semiconductor module (40). The second power line (W32) and
When the power supply voltage supplied from the power supply (generator, 21 of the first load circuit system 20) provided in the second power supply line (W32) is on, a reverse bias state is established. The second reverse power MOSFET (34) and
Equipped with
The first power line (W31) is the forward power MOSFET (43B) and the reverse power MOSFET (43A) in any one of the circuit bodies (41, 42, 43) at one end. The other end is connected to the load (first load, 32 of the second load circuit system 30).
Power is supplied from the power source (generator of the first load circuit system 20, 21) to the load (generator of the first load circuit system 20, 21) via the first power supply line (W31). A power semiconductor device, characterized in that the reverse power MOSFET (43A) in the circuit body (43) and the first reverse power MOSFET (33) are connected in series in the same path.
[2] The forward power MOSFET (41B, 42B, 43B) or the reverse power MOSFET (41A, 42A, 43A) of the circuit body (41, 42, 43), the first reverse power MOSFET (33). ) Or the failed power MOSFET (33, 34, 41A, 41B, 42A, 42B, depending on the detected failure status when any of the second reverse power MOSFETs (34) fails. The power semiconductor device according to [1], further comprising a control unit for on / off control of power MOSFETs (33, 34, 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, 43B) other than 43A, 43B).
[3] A vehicle power supply system (10) including the power semiconductor device according to [1] or [2].

１０ 車両用電源供給システム
２０ 第１の負荷回路系
２１ 発電機（電源）
２２ 負荷
２３ 逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
３０ 第２の負荷回路系
３１ 蓄電池
３２ 第１の負荷（負荷）
３３ 第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
３４ 第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
３５ 第２の負荷
３６ 第３の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
４０ パワー半導体モジュール
４１ 第１の回路体
４１Ａ 逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
４２Ｂ 順方向パワーＭＯＳＦＥＴ
４２ 第２の回路体
４２Ａ 逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
４２Ｂ 順方向パワーＭＯＳＦＥＴ
４３ 第３の回路体
４３Ａ 逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
４３Ｂ 順方向パワーＭＯＳＦＥＴ
５０ 制御ユニット（制御部）
６０ 車両用電源供給システム
７０ 第１の負荷回路系
７１ 発電機
７２ 負荷
７３ 逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
８０ 第２の負荷回路系
８１ 蓄電池
８２ 第１の負荷
８３ 第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
８４ 第２の負荷
８５ 第３の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
９０ パワー半導体モジュール
９１ 第１の回路体
９１Ａ 逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
９２Ｂ 順方向パワーＭＯＳＦＥＴ
９２ 第２の回路体
９２Ａ 逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
９２Ｂ 順方向パワーＭＯＳＦＥＴ
９３ 第３の回路体
９３Ａ 逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ
９３Ｂ 順方向パワーＭＯＳＦＥＴ
Ｗ２１ 電源線
Ｗ３１ 第１の電源線
Ｗ３２ 第２の電源線
Ｗ３３ 第３の電源線
Ｗ７１ 電源線
Ｗ８１ 第１の電源線
Ｗ８２ 第２の電源線 10 Vehicle power supply system 20 First load circuit system 21 Generator (power supply)
22 Load 23 Reverse power MOSFET
30 Second load circuit system 31 Storage battery 32 First load (load)
33 First reverse power MOSFET
34 Second reverse power MOSFET
35 Second load 36 Third reverse power MOSFET
40 Power semiconductor module 41 First circuit body 41A Reverse power MOSFET
42B forward power MOSFET
42 Second circuit body 42A Reverse power MOSFET
42B forward power MOSFET
43 Third circuit body 43A Reverse power MOSFET
43B forward power MOSFET
50 Control unit (control unit)
60 Vehicle power supply system 70 First load circuit system 71 Generator 72 Load 73 Reverse power MOSFET
80 Second load circuit system 81 Storage battery 82 First load 83 First reverse power MOSFET
84 Second load 85 Third reverse power MOSFET
90 Power Semiconductor Module 91 First Circuit 91A Reverse Power MOSFET
92B forward power MOSFET
92 Second circuit body 92A Reverse power MOSFET
92B forward power MOSFET
93 Third circuit body 93A Reverse power MOSFET
93B forward power MOSFET
W21 power line W31 first power line W32 second power line W33 third power line W71 power line W81 first power line W82 second power line

Claims (3)

直列に接続された単一の順方向パワーＭＯＳＦＥＴ及び単一の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴを一組とする回路体が複数並列に接続された、上流側の電源から供給される大電流から回路を保護する半導体ヒューズとして機能するパワー半導体モジュールと、
一端が前記回路体のうちのいずれか１つにおける前記順方向パワーＭＯＳＦＥＴと前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴとの間に接続され、他端が電源供給される下流側の負荷に接続されて、前記パワー半導体モジュールを介して、前記負荷と前記電源とを接続する第１の電源線と、
前記第１の電源線に設けられた、前記電源から供給される電源電圧に対してオン状態のときに逆方向バイアス状態になる第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴと、
一端が前記パワー半導体モジュールの下流側端に接続され、他端が前記負荷に接続されて、前記パワー半導体モジュールを介して、前記負荷と前記電源とを接続する第２の電源線と、
前記第２の電源線に設けられた、前記電源から供給される電源電圧に対してオン状態のときに逆方向バイアス状態になる第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴと、
を備え、
前記電源から前記第１の電源線を経由して前記負荷に電源供給される経路において、前記回路体における前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴと、前記第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴと、が直列に接続されており、
前記順方向パワーＭＯＳＦＥＴは、オン状態のときに上流側から下流側へ流れる電流を通電し且つ下流側から上流側へ流れる電流を通電し、オフ状態のときに上流側から下流側へ流れる電流を通電し且つ下流側から上流側へ流れる電流を遮断する、ように機能し、
前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ、前記第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ、及び、前記第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴは、オン状態のときに上流側から下流側へ流れる電流を通電し且つ下流側から上流側へ流れる電流を通電し、オフ状態のときに上流側から下流側へ流れる電流を遮断し且つ下流側から上流側へ流れる電流を通電する、ように機能する
ことを特徴とするパワー半導体デバイス。 A circuit body consisting of a single forward power MOSFET and a single reverse power MOSFET connected in series is connected in parallel to protect the circuit from a large current supplied from an upstream power supply. A power semiconductor module that functions as a semiconductor fuse,
One end is connected between the forward power MOSFET and the reverse power MOSFET in any one of the circuits, and the other end is connected to a load on the downstream side to which power is supplied, so that the power semiconductor is used. A first power line connecting the load and the power supply via a module,
A first reverse power MOSFET provided in the first power supply line, which is in a reverse bias state when the power supply voltage supplied from the power supply is on, and a reverse power MOSFET.
A second power supply line , one end of which is connected to the downstream end of the power semiconductor module and the other end of which is connected to the load to connect the load and the power source via the power semiconductor module.
A second reverse power MOSFET provided in the second power line, which is in a reverse bias state when it is on with respect to the power supply voltage supplied from the power supply, and a second reverse power MOSFET.
Equipped with
In a path in which power is supplied from the power source to the load via the first power supply line, the reverse power MOSFET in the circuit body and the first reverse power MOSFET are connected in series. Ori,
The forward power MOSFET energizes the current flowing from the upstream side to the downstream side in the on state, energizes the current flowing from the downstream side to the upstream side, and energizes the current flowing from the upstream side to the downstream side in the off state. It functions to energize and cut off the current flowing from the downstream side to the upstream side.
The reverse power MOSFET, the first reverse power MOSFET, and the second reverse power MOSFET carry a current flowing from the upstream side to the downstream side when in the ON state, and the current flows from the downstream side to the upstream side. It functions to energize the flowing current, cut off the current flowing from the upstream side to the downstream side when it is off, and energize the current flowing from the downstream side to the upstream side.
A power semiconductor device characterized by that. 前記回路体の前記順方向パワーＭＯＳＦＥＴ又は前記逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ、前記第１の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴ、又は前記第２の逆方向パワーＭＯＳＦＥＴの何れかが故障した場合に、検知されたその故障状況に応じて、故障したパワーＭＯＳＦＥＴ以外のパワーＭＯＳＦＥＴをそれぞれオンオフ制御する制御部をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体デバイス。 When any of the forward power MOSFET or the reverse power MOSFET, the first reverse power MOSFET, or the second reverse power MOSFET of the circuit body fails, the failure status detected is detected. The power semiconductor device according to claim 1, further comprising a control unit for on / off control of each power MOSFET other than the failed power MOSFET. 請求項１又は２に記載のパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム。 A vehicle power supply system comprising the power semiconductor device according to claim 1 or 2.
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