JPH10117133A - スイッチング装置及びインテリジェントパワースイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インテリジェントパワースイッチでの異常発
生後に不用意にインテリジェントパワースイッチの異常
状態保持動作が解除されることを防止するスイッチ装置
を提案する。 【解決手段】 オフ状態保持手段２３、２４のオフ状態
保持動作を解除するための専用の保持動作解除手段４
０、５２、Ｔ５を設けると共に、オフ状態保持手段２
３、２４のオフ状態保持動作の解除を保持動作解除手段
４０、５２、Ｔ５でのみ行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスイッチング装置及
びインテリジェントパワースイッチに関し、特に車両用
の電源供給装置等に用いられる自己保護機能付きのスイ
ッチング装置に適用し得る。

【０００２】

【従来の技術】従来自動車においては、イグニッション
キースイッチ、ライトスイッチ、オーディオスイッチ等
の操作スイッチの操作に応じてバッテリからの電源を選
択的に各電気部品（以下、この電気部品を負荷と呼ぶ）
に供給するために、電源線上に多数のスイッチが設けら
れている。

【０００３】図３はその概略を示すもので、車両には複
数のジャンクションボックス２，３,……が搭載されて
おり、バッテリやオルタネータ等でなる電源部１の電源
がこのジャンクションボックス２，３，……を介して各
負荷４Ａ，４Ｂ，……,５Ａ，５Ｂ，……に選択的に供
給される。

【０００４】ここでジャンクションボックス２,３内に
は各負荷４Ａ，４Ｂ，……,４Ｘ,５Ａ，５Ｂ，……,５
Ｙに対応した電源線開閉スイッチ６Ａ，６Ｂ，……,６
Ｘ,７Ａ，７Ｂ，……,７Ｙが設けられており、これらが
ＣＰＵ（中央処理ユニット）８，９により開閉制御され
る。

【０００５】ここでＣＰＵ８は例えば運転席の近傍に配
設された操作スイッチ１０Ａ，１０Ｂ，……，１０Ｍか
らの操作信号を入力し、ＣＰＵ９は例えばイグニッショ
ンスイッチ１１や後部座席の近傍に配設された操作スイ
ッチ１２Ａ，……，１２Ｎからの操作信号を入力するよ
うになされている。

【０００６】またＣＰＵ８，９,……は多重信号線１３
によって互いに接続されており、他のジャンクションボ
ックスに関わる操作信号が自分のところに入力された場
合にはこれを多重信号線１３を介してそのジャンクショ
ンボックスのＣＰＵに送信する。かくしてＣＰＵ８，９
は自分の受け持ちの負荷の対する操作信号の入力に応じ
てその負荷に対応する電源線開閉スイッチ６Ａ，６Ｂ，
……,６Ｘ,７Ａ，７Ｂ，……,７Ｙをオンオフ制御する
ための制御信号を電源線開閉スイッチ６Ａ，６Ｂ，…
…,６Ｘ,７Ａ，７Ｂ，……,７Ｙに送出する。

【０００７】ところで、近年における半導体製造技術の
進歩に伴って、性能が良くかつ安価な半導体スイッチが
容易に手に入るようになったことにより、上述した電源
線開閉スイッチ６Ａ，６Ｂ，……,６Ｘ,７Ａ，７Ｂ，…
…,７Ｙとして半導体スイッチを用いた車両が多くなり
つつある。

【０００８】この種の電源線開閉スイッチは、一般に半
導体スイッチを過電流や過熱から保護する自己保護機能
を持っており、半導体スイッチに規定以上の電流が流れ
るような場合または半導体スイッチが規定以上の温度ま
で上昇した場合に、半導体スイッチングを強制的にオフ
制御することにより半導体スイッチを過電流や過熱から
保護するようになされている。このような自己保護機能
付きの電源線開閉スイッチは、過電流や過熱が発生した
場合にそれを異常として外部に異常信号を出力するため
の異常出力端子を有することから一般にインテリジェン
トパワースイッチ（以下、これをＩＰＳと呼ぶ）と呼ば
れている。

【０００９】図４に、このＩＰＳの一例を示す。ＩＰＳ
２０は大きく分けて、メインの半導体スイッチとしてｎ
チャンネルパワーＭＯＳ ＦＥＴ２１（以下、これを単
にＭＯＳ ＦＥＴ２１と呼ぶ）と当該ＭＯＳ ＦＥＴ２１
を過電流や過熱から保護するための保護回路部２２とか
ら構成されており、保護回路部２２はＭＯＳ ＦＥＴ２
１に流れる電流値又はＭＯＳ ＦＥＴ２１から発生する
熱が所定値以上になった場合にＭＯＳ ＦＥＴ２１を強
制的にオフ動作させることによりＭＯＳ ＦＥＴ２１を
保護する。なおＩＰＳ２０は１チップ構成となってい
る。

【００１０】ＩＰＳ２０は電源入力端子Ｔ１から電源部
１からの電源を入力すると共に制御信号入力端子Ｔ２か
らＣＰＵ４０からの制御信号Ｓ１を入力する。ここでＩ
ＰＳ２０は、制御信号入力端子Ｔ２からスイッチオンを
指令する制御信号Ｓ１が入れられると（制御信号入力端
子Ｔ２に例えば信号レベルが５〔Ｖ〕の制御信号Ｓ１が
印加されると）、ＲＳフリップフロップ２３のＳ入力が
「High」になりＱ出力が「High」になることによりＦＥ
Ｔ２４がオン状態となる。

【００１１】この結果ＭＯＳ ＦＥＴ２１のゲートには
ＭＯＳ ＦＥＴ２１がオン動作するのに十分な電圧が印
加されることになるのでＭＯＳ ＦＥＴ２１はオン状態
となり、負荷４には出力端子Ｔ３を介して電源部１の電
源が供給されるようになる。

【００１２】ところで、このオン状態で例えば負荷４が
故障等により短絡した場合や出力端子Ｔ２と負荷４とを
繋ぐ電源線が短絡した場合または電源電圧が過電圧とな
った場合等には、ＭＯＳ ＦＥＴ２１に過電流が流れる
ためＭＯＳ ＦＥＴ２１が損傷するおそれが生じる。ま
たＭＯＳ ＦＥＴ２１自体が過熱した場合にもＭＯＳ Ｆ
ＥＴ２１が熱破壊するおそれがある。

【００１３】このためＩＰＳ２０においては、コンパレ
ータ２５及び２６においてＭＯＳＦＥＴ２１に流れる電
流値及びＭＯＳ ＦＥＴ２１の温度が所定値以上になっ
たか否か監視し、所定値以上になった場合には強制的に
ＭＯＳ ＦＥＴ２１をオフ動作させることでＭＯＳ ＦＥ
Ｔ２１の損傷を未然に回避するようになされている。

【００１４】具体的に説明すると、コンパレータ２５の
非反転入力端にはＭＯＳ ＦＥＴ２１のソース電圧（抵
抗Ｒ１によりソース電流に比例した電圧値に電圧変換さ
れたもの）が入力されていると共に反転入力端にはバイ
アス発生回路２７により発生された基準電圧Ｖrefが入
力され、基準電圧Ｖrefよりもソース電圧が高い場合に
は正論理を出力する。

【００１５】またコンパレータ２６の非反転入力端には
ＭＯＳ ＦＥＴ２１の近傍に設けられた温度センサ（図
示せず）から温度に比例した電圧値Ｖtが入力されてい
ると共に反転入力端には基準電圧Ｖrefが入力され、基
準電圧Ｖrefよりも温度電圧値Ｖtが高い場合には正論理
を出力する。これにより論理和回路２８からはＭＯＳＦ
ＥＴ２１に過電流が流れた場合又はＭＯＳ ＦＥＴ２１
が過熱した場合に正論理の論理値が出力される。

【００１６】この正論理の信号は異常信号Ｓ２として異
常信号出力端子Ｔ４を介してＣＰＵ４０に送出される。
ＣＰＵ４０はこの異常信号Ｓ２を入力すると、ＩＰＳ２
０に異常があったことを多重信号線を介して異常表示部
に送出することにより異常表示を行ったり、他のＣＰＵ
に当該異常情報を伝送する。

【００１７】また論理和回路２８から正論理の論理値が
出力されると、フリップフロップ２３はＲ入力に正論理
の信号が入力されるので、Ｑ出力として負論理を、反転
Ｑ出力として正論理を出力する。この結果ＦＥＴ２４が
オフ動作されると共にＦＥＴ２９がオン動作されること
により、ＭＯＳ ＦＥＴ２１のゲートには制御信号Ｓ１
に応じたハイレベルの制御電圧が印加されなくなりＭＯ
Ｓ ＦＥＴ２１はオフ状態とされる。また過電圧の場
合、電源電圧はツェナダイオード３０及びダイオード３
１を介して電圧降下されてＭＯＳ ＦＥＴ２１のゲート
に印加され、電流はＭＯＳ ＦＥＴ２１のゲートを経て
ソースに流れるようになる。

【００１８】なおＭＯＳ ＦＥＴ２１に設けられたツェ
ナダイオード２１ＡはＭＯＳ ＦＥＴ２１の寄生のダイ
オードを表し、制御信号入力端子Ｔ２と出力端子Ｔ３と
の間に設けられたツェナダイオード３２は制御信号Ｓ１
の信号レベルが所定値以上になった場合にはこれをバイ
パスさせるためのものである。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＩ
ＰＳ２０においては、保護回路部２２にフリップフロッ
プ２３を設けることにより、一旦過電流や過熱等の異常
が発生すると、次に制御信号Ｓ１の信号レベルが負論理
から正論理に立ち上がるまでＭＯＳ ＦＥＴ２１のゲー
トに電圧を印加しない状態を保持する（すなわちＭＯＳ
ＦＥＴ２１をオフ制御し続ける）ようになされてい
る。

【００２０】ここでこのようにフリップフロップ２３を
設けて異常があったときにはスイッチオフ状態を保持す
るようにしたのは次の理由による。すなわちＭＯＳ Ｆ
ＥＴ２１の過熱を考えた場合、フリップフロップ２３を
設けずにコンパレータ２６による温度検出に基づき実時
間でＭＯＳ−ＦＥＴ２１のオンオフを制御しようとする
と、ＭＯＳ−ＦＥＴ２１が所定温度以上になりＭＯＳ−
ＦＥＴ２１をオフ制御すると間もなくＭＯＳ−ＦＥＴ２
１の温度が下がるのでＭＯＳ−ＦＥＴ２１がオン制御さ
れる。そして再びＭＯＳ−ＦＥＴ２１の温度が上昇する
とＭＯＳ−ＦＥＴ２１がオフ制御される。そしてこのよ
うなオンオフが短時間で何度も繰り返されるようになる
と負荷４に対して不安定な電源が供給されることになる
ため、フリップフロップ２３を設けて、制御信号Ｓ１が
一旦負論理とされ再び正論理とされたときに初めてＭＯ
Ｓ−ＦＥＴ２１をオン状態に復帰させるようにしている
のである。

【００２１】ところで、制御信号Ｓ１はＣＰＵ４０に入
力されるイグニッションスイッチのポジション情報Ｓ３
や負荷４に対応した操作スイッチからの操作信号Ｓ４に
基づきＣＰＵ４０により形成される。具体的には、負荷
４に対応した操作スイッチがオンされている状態でイグ
ニッションスイッチがオフポジションからオンポジショ
ンに操作されときに制御信号Ｓ１は負論理から正論理に
立ち上がる。またイグニッションスイッチがオンポジシ
ョンの状態で負荷４に対応した操作スイッチがオンされ
たときに制御信号Ｓ１は負論理から正論理に立ち上が
る。

【００２２】このように従来のＩＰＳ２０では、過電流
や過熱等の異常が発生したときにイグニッションスイッ
チや負荷４に対応した操作スイッチがオンオフ操作され
るまではＭＯＳ ＦＥＴ２１をオフ制御し続けることが
できるが、イグニッションスイッチや負荷４に対応した
操作スイッチがオンオフ操作されるとフリップフロップ
２３の異常保持が解除されてしまい、ＭＯＳ ＦＥＴ２
１がオン制御されることになる。

【００２３】この結果、過電流や過熱の原因となってい
る箇所の修理が行われていない状態で異常保持が解除さ
れるとその箇所の異常状態が一段と悪化したり、さらに
はその異常箇所が基で重大な事故が発生するおそれもあ
る。

【００２４】またこれとは逆に例えばイグニッションス
イッチや負荷４に対応した操作スイッチをオンオフ操作
しないとフリップフロップ２３の異常保持を解除でき
ず、例えば異常箇所の修理後に、ＩＰＳ２０のみを動作
させて点検を行う場合などに非常に不都合であった。

【００２５】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、インテリジェントパワースイッチでの異常発生後に
不用意にインテリジェントパワースイッチの異常状態保
持動作が解除されることを防止すると共に、異常箇所の
修理作業を簡単化できるスイッチング装置及びインテリ
ジェントパワースイッチを提案しようとするものであ
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明により成された請求項１に記載のスイッチング
装置は、図１の基本構成図に示すように、制御信号入力
端子への制御信号Ｓ１の入力に応じてオンされて電源１
を出力端子に接続された負荷４に供給する半導体スイッ
チ２１と、当該半導体スイッチ２１に過電流が流れたこ
と及び又は当該半導体スイッチ２１が過熱したことを検
出する異常検出手段２５〜２８と、当該異常検出手段２
５〜２８により過電流や過熱等の異常が検出された後制
御信号Ｓ１の信号レベルを強制的に降下させ続けること
により半導体スイッチ２１をオフ状態に保持するオフ状
態保持手段２３、２４とを有するスイッチング装置にお
いて、オフ状態保持手段２３、２４のオフ状態保持動作
を解除するための専用の保持動作解除手段４０、５２、
Ｔ５を設けると共に、オフ状態保持手段２３、２４のオ
フ状態保持動作の解除を保持動作解除手段４０、５２、
Ｔ５でのみ行うようにした。

【００２７】以上の構成において、オフ状態保持手段２
３、２４のオフ状態保持動作の解除は、例えばイグニッ
ションスイッチ等の操作によっては行われず、専用の保
持動作解除手段４０、５２、Ｔ５でのみ行われるように
なるため、異常発生後に不用意に異常状態保持動作が解
除されることが防止される。

【００２８】また本発明により成された請求項２に記載
のスイッチング装置は、図１の基本構成図に示すよう
に、保持動作解除手段４０、５２、Ｔ５は、オフ状態保
持手段２３、２４のオフ状態保持動作を解除すると共
に、半導体スイッチ２１の制御信号入力端子に制御信号
Ｓ６を出力して半導体スイッチ２１をオンさせるように
した。

【００２９】以上の構成において、保持動作解除手段４
０、５２、Ｔ５により、オフ状態保持手段２３、２４の
オフ状態保持動作が解除されるのに加えて、イグニッシ
ョンスイッチ等のスイッチの操作をしなくても半導体ス
イッチ２１がオンされるので、例えば異常箇所を修理し
た後に半導体スイッチ２１をオン制御して点検を行う場
合などの作業性が向上する。

【００３０】また本発明により成された請求項３に記載
のインテリジェントパワースイッチは、制御信号入力端
子への制御信号の入力に応じてオンされて電源を出力端
子に接続された負荷に供給する半導体スイッチと、当該
半導体スイッチに過電流が流れたこと及び又は当該半導
体スイッチが過熱したことを検出する異常検出手段と、
当該異常検出手段により過電流や過熱等の異常が検出さ
れた後制御信号の信号レベルを強制的に降下させ続ける
ことにより半導体スイッチをオフ状態に保持するオフ状
態保持手段とが１チップ上に形成されたインテリジェン
トパワースイッチにおいて、半導体スイッチに電源を入
力するための電源入力端子と、半導体スイッチの出力を
外部に出力するための外部出力端子と、制御信号を入力
するための制御信号入力端子と、異常検出手段により検
出された異常信号を外部に出力するための異常信号出力
端子と、オフ状態保持手段のオフ状態保持動作を解除す
るためのリセット信号を入力するためのリセット信号入
力端子とを設けるようにした。

【００３１】以上の構成において、リセット信号入力端
子を設けたことにより、イグニッションスイッチ等の操
作により形成される制御信号に拘わらずオフ状態保持手
段のオフ状態保持動作を解除できるようになる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の具体
例を図面を参照して説明する。図４との対応部分に同一
符号を付して示す図２は、本発明によるスイッチング装
置の一実施の形態を示す。ここでＩＰＳ５０はリセット
信号入力端子Ｔ５を有し、このリセット信号入力端子Ｔ
５はフリップフロップ２３のＳ入力端に接続されている
と共にダイオード５１を介してＦＥＴ２４のドレインに
接続されている。

【００３３】リセット信号入力端子Ｔ５にはＣＰＵ４０
からのリセット制御信号Ｓ６が与えられる。ＣＰＵ４０
はこのリセット制御信号Ｓ６をリセットスイッチ５２の
操作に応じたリセット操作信号Ｓ５に基づいて形成す
る。すなわちＣＰＵ４０はリセットスイッチ５２が操作
されたことを表すリセット操作信号Ｓ５を入力すると、
ハイレベル（例えば５〔Ｖ〕）のリセット制御信号Ｓ６
を出力し、リセットスイッチ５２が操作されていないこ
とを表すリセット操作信号Ｓ５を入力すると、ローレベ
ル（例えば０〔Ｖ〕）のリセット制御信号Ｓ６を出力す
る。

【００３４】これによりＩＰＳ５０では、フリップフロ
ップ２３が異常状態を保持している状態で、リセットス
イッチ５２が操作されハイレベルのリセット制御信号Ｓ
６が入力されるとフリップフロップ２３の異常保持動作
が解除されると共にＭＯＳＦＥＴ２１がオン動作される
ようになる。

【００３５】またＩＰＳ５０では、フリップフロップ２
３が異常状態を保持している状態で、イグニッションス
イッチや負荷４に対応した操作スイッチがオフからオン
に切り換えられた場合でも、ダイオード５１によってフ
リップフロップ２３のＳ入力端には制御信号Ｓ１は入力
されないのでフリップフロップ２３の異常保持は解除さ
れない。

【００３６】このようにこの実施形態のスイッチング装
置においては、フリップフロップ２３の異常保持動作の
解除をイグニッションスイッチや負荷４に対応した操作
スイッチのオンオフ操作によらずに、専用のリセットス
イッチ５２の操作により行うようにしたことにより、イ
グニッションスイッチや負荷４に対応した操作スイッチ
がオンオフ操作された場合でもフリップフロップ２３の
異常保持が解除されることはないので、過電流や過熱の
原因となっている箇所の修理が行われていない状態で不
用意に異常保持が解除されることがなくなる。

【００３７】またこの実施形態のスイッチング装置にお
いては、リセット制御信号Ｓ６をフリップフロップ２３
のＳ入力端に加えてＦＥＴ２４のドレインにも与えるよ
うにしているので、例えば異常箇所の修理後にイグニッ
ションスイッチや負荷４に対応した操作スイッチを操作
しなくても、リセットスイッチ５２の操作によりＩＰＳ
５０を単独で動作させて修理がうまくできたかの点検を
することができる。

【００３８】なお上述の実施形態においては、オフ状態
保持手段としてＲＳフリップフロップ２３及びＦＥＴ２
４が用いられている場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、オフ状態保持手段としてＲＳフリップフロ
ップ２３に代えて例えばＪＫフリップフロップ等の他の
フリップフロップが用いらた場合でも本発明を適用で
き、オフ状態保持手段は異常検出手段により過電流や過
熱等の異常が検出された後制御信号Ｓ１の信号レベルを
強制的に降下させ続けることにより半導体スイッチをオ
フ状態に保持するようなものであればよい。

【００３９】また上述の実施形態においては、半導体ス
イッチとしてＭＯＳ ＦＥＴ２１が用いられている場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、当然他の半
導体スイッチが用いられている場合でも適用することが
できる。

【００４０】さらに上述の実施形態においては、車両に
設けられたインテリジェントパワースイッチに本発明を
適用した場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、他の電子機器に設けられたインテリジェントパワー
スイッチに本発明を適用した場合でも上述の実施形態と
同様の効果を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】上述のように請求項１に記載の発明によ
れば、オフ状態保持手段のオフ状態保持動作を解除する
ための専用の保持動作解除手段を設け、オフ状態保持手
段のオフ状態保持動作の解除を当該保持動作解除手段で
のみ行うようにしたことにより、異常発生後に不用意に
異常状態保持動作が解除されることが防止され、この結
果異常箇所の異常状態が一段と悪化したり、さらにはそ
の異常箇所が基で重大な事故が発生することが回避し得
るスイッチング装置を実現できる。

【００４２】また請求項２に記載の発明によれば、保持
動作解除手段によって、オフ状態保持手段のオフ状態保
持動作を解除するのに加えて半導体スイッチをオンさせ
るようにしたことにより、異常箇所を修理した後に半導
体スイッチをオン制御して点検を行う場合などの作業性
を向上し得る。

【００４３】さらに請求項３に記載の発明によれば、リ
セット信号入力端子を設けたことにより、制御信号に拘
わらずオフ状態保持手段のオフ状態保持動作を解除でき
るよなインテリジェントパワースイッチを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスイッチング装置の基本構成を示
すブロック図である。

【図２】実施形態のスイッチング装置の構成を示す接続
図である。

【図３】車両用電源供給装置の構成を示す接続図であ
る。

【図４】従来のスイッチング装置を示す接続図である。

【符号の説明】 １ 電源（電源部） ４ 負荷 ２１ 半導体スイッチ（パワーＭＯＳ Ｆ
ＥＴ） ２３、２４ オフ状態保持手段（フリップフロッ
プ、ＦＥＴ） ２５〜２８ 異常検出手段（コンパレータ、バイ
アス発生回路、論理和回路） ４０、５２、Ｔ５ 保持動作解除手段（ＣＰＵ、リセッ
トスイッチ、リセット信号入力端子） Ｓ１、Ｓ６ 制御信号（制御信号、リセット制御
信号）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御信号入力端子への制御信号の入力に
   応じてオンされて電源を出力端子に接続された負荷に供
   給する半導体スイッチと、当該半導体スイッチに過電流
   が流れたこと及び又は当該半導体スイッチが過熱したこ
   とを検出する異常検出手段と、当該異常検出手段により
   前記過電流や過熱等の異常が検出された後前記制御信号
   の信号レベルを強制的に降下させ続けることにより前記
   半導体スイッチをオフ状態に保持するオフ状態保持手段
   とを有するスイッチング装置において、 前記オフ状態保持手段の前記オフ状態保持動作を解除す
   るための専用の保持動作解除手段を具えると共に、前記
   オフ状態保持手段の前記オフ状態保持動作の解除を当該
   保持動作解除手段でのみ行うようにしたことを特徴とす
   るスイッチング装置。
2. 【請求項２】 前記保持動作解除手段は、前記オフ状態
   保持手段の前記オフ状態保持動作を解除すると共に、前
   記半導体スイッチの制御信号入力端子に制御信号を出力
   して前記半導体スイッチをオンさせることを特徴とする
   請求項１に記載のスイッチング装置。
3. 【請求項３】 制御信号入力端子への制御信号の入力に
   応じてオンされて電源を出力端子に接続された負荷に供
   給する半導体スイッチと、当該半導体スイッチに過電流
   が流れたこと及び又は当該半導体スイッチが過熱したこ
   とを検出する異常検出手段と、当該異常検出手段により
   前記過電流や過熱等の異常が検出された後前記制御信号
   の信号レベルを強制的に降下させ続けることにより前記
   半導体スイッチをオフ状態に保持するオフ状態保持手段
   とが１チップ上に形成されたインテリジェントパワース
   イッチにおいて、 前記半導体スイッチに前記電源を入力するための電源入
   力端子と、 前記半導体スイッチの出力を外部に出力するための外部
   出力端子と、 前記制御信号を入力するための制御信号入力端子と、 前記異常検出手段により検出された異常信号を外部に出
   力するための異常信号出力端子と、 前記オフ状態保持手段の前記オフ状態保持動作を解除す
   るためのリセット信号を入力するためのリセット信号入
   力端子とを具えることを特徴とするインテリジェントパ
   ワースイッチ。