JPS592525A

JPS592525A - 回路保護方式

Info

Publication number: JPS592525A
Application number: JP10954282A
Authority: JP
Inventors: 功雄一色
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1982-06-25
Filing date: 1982-06-25
Publication date: 1984-01-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、部位別に分けた負荷群に対し、過電流検知
回路を設け、過電流が流れると、以後、過電流の原因と
なった負荷に通電しないようにした回路保護方式にかか
る。

自動車内の各電装品間の配線（ワイヤハーネス）の保護
には、フユーズやサーキットブレーカが用いられている
。

フユーズ、サーキットブレーカなどの保護機構は、電装
品或はワイヤハーネスに於て短絡事故が発生した場合、
溶断或は作動して、電気回路を瞬時に遮断する。こうし
て、電装品、ワイヤハーネスが焼損し、あるいは火災事
故となるのを防止している。

カーエレクトロニクスの進展、電装品の増加にともない
、フユーズ、サーキットブレーカの数が増大してきた。

フユーズは溶断すると取替えなければならない。

サーキットブレーカはいったん遮断されると、リセット
しなければならない。

取替え作業、リセット作業を必要とするので、フユーズ
、サーキットブレーカの自動車内での設置場所は、おの
ずと定まってしまう。これが、ワイヤハーネスの肥大化
、複雑化をおし進める大きい要因となっている。

自動車の従来の配線方式を第９図に示す。

従来、負荷たる電装品の分類は、ワイパ系統、テール系
統、・・・・・・等と系統別になっていた。系統別にま
とめて、フユーズなどの保護機構を設ける。

バッテリー３０から、フユージブルリンク３１を経て、
系統別のフユーズＦ１．　Ｆ２　、　Ｆ３　、・・・・
・・・・、又はサーキットブレーカＣＢＩ、・・・・・
・などの保護機構を介し、各系統内の負荷Ｌ１．　Ｌ２
　、　Ｌ３・・・・・・・・へ電力が供給される。

負荷のオン、オフは、運転席の近くに設けられた操作ス
イッチＳｌ　、　Ｓ２　、　Ｓｓ・・・・・・・・によ
って行う。

負荷は自動車内の様々な場所に分散しているが、フユー
ズ、サーキットブレーカのような保護機構は、取替作業
、リセット作業に便利な位置に集中して設けなければな
らない。

操作スイッチも同様で、運転席の前に集中して設けられ
ることが多い。

分散された負荷と、保護機構、操作スイッチを接続する
ために、各負荷ごとに長いワイヤハーネスが必要であっ
た。

ワイヤハーネスの量が増大すると、配線コストが上昇す
るし、車体の重量も増して好ましくない。

また、ワイヤハーネスを設けるためのスペースにも限り
がある。

このような難点を解決する有力な配線方式として、多重
伝送ハーネスシステムが提案されている。

多重伝送ハーネスシステムは、制御信号線と電力線とを
分離する。負荷の開閉動作を指示する制御信号は、スイ
ッチ操作盤から、末端のターミナルまで多重信号で情報
を伝達する。

多重信号は、末端で、並列信号に変換され、その系統に
含まれる複数個の負荷のオン・オフを指示する。

電力線は各系統別に１本ずつの配線でよい。

制御信号線も、多重信号を用いるので、各系統別に１本
ずつで足る。

多重伝送ハーネスシステムはワイヤハーネスの数を大幅
千削減する事ができるはすである。

しかし、保護機構の点で難点があった。

多重伝送ハーネスシステムにしても、各負荷ごとにフユ
ーズ、サーキットブレーカなど保護機構を設けるのが望
ましい。

末端のターミナルで、電力線から、各負荷へ分かれるの
であるから、保護機構は各ターミナルに設けなければな
らないことになる。

フユーズ、サーキットブレーカを分散配置すると、取替
作業、リセット作業などが著しく困難になる。電気回路
の保守が容易でない。

従来どおり、フユーズ、サーキットブレーカを、集中し
て、点検容易な場所に設けるとすれば、末端のターミナ
ルに属する全ての負荷群をひとつの保護機構で保護する
ことになる。きめこまかな、負荷、配線の保護ができな
い、という欠点がある。

このような理由で、多重伝送ノ＼−ネスシステムは、未
だ実用的でなかった。

本発明は、このような難点を解決する事を目的とする。

本発明の回路保護方式は、（１）　　部位別に複数個の負荷をまとめて、一本の電
力線により、各負荷に給電する事とし、（２）電力線に
過電流検知素子を介装し、その部位の負荷群に過電流が
流れた場合、これを検出する事とする。

（３）　　Ｊ２Ｊ、後、負荷、配線が補修されるまで、
過電流の原因となった負荷の駆動を禁止する事、とした
ものである。

フユーズ、サーキットブレーカが回路を遮断するより前
に、過電流検知素子で、すばやく短絡事故の前兆たる過
電流を検出し、疑わしい負荷の連動を禁止する。

フユーズ、サーキットブレーカが働く前に、短絡事故の
原因となるものを排除している。従って、フユーズ、サ
ーキットブレーカは殆ど必要でないようになる。末端の
ターミナルには設けなくてよい。

ワイヤハーネスの配線数を削減でき、配線の自由度も増
える。多重伝送ハーネスシステムを採用する上で、妨げ
となっていた難点を除くととができる。

以下、実施例を示す図面によって、本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の実施例に係る回路保護方式の全体回路
図である。

従来の回路保護の分類は、系統別であったが、本発明で
は、エンジンルーム内、車室内、トランクルーム内とい
うふうに部位別の分類とする。

各部位を、さらに細く、系統別に細分することもできる
。

゛部位別に分類するのは、電力線を、各負荷に対し共通
化するためである。

第１図に於て、バッテリー１は、フユージブルリンク２
を経て、部位別の負荷へ接続される。

各部位には、１或は２以上の過電流検出回路３゜３と、
ひとつの制御回路４が設けられる。

この部位には、負荷Ｌｌ、、　Ｌｚ　、・・・・・・・
・、　Ｌｅ　カ例えば存在する、とする。

負荷は、運転席に設けられた操作スイッチＳ１゜Ｓ２　
、・・・・・・、　Ｓｓによって駆動されるが、第９図
の従来例のように、直接、操作スイッチＳｌ、・・・・
・・。

Ｓ６　に接続されているのではない。

操作スイッチＳｔ　、・・・・・・・・は、制御回路４
を介【７、スイッチ素子Ｒｒ、・・・・・・・・を開閉
することにより、負荷を操作する。

スイッチ素子Ｒｉ　は、電磁的リレー、又は半導体リレ
ーなどで、対応する負荷Ｌｉ　と直列につながれている
。

電力線７は、バッテリー１から分岐し、各部位ごとに１
本設けられ、各部位に於て、分かれて、スイッチ素子、
負荷へとつながる。

負荷はさらに、いくつかに分けられ、過電流検出回路３
を直列に接続するようになっている。

この例では、負荷Ｌ１〜Ｌ３と、Ｌ４〜Ｌ６ニ分ケ、そ
れぞれ過電流検出回路３．３を設けている。

過電流検出回路３は、過大な電流が流れた事を検出し、
制御回路４へ過電流信号を送る。

ひとつの部位に、制御回路４、電力線７はひとつあれば
良い。過電流検出回路３も、ひとつあれば十分である事
がある。しかし、２Ｊ２１．上に分けた方が良い場合も
ある。

負荷ＬＸ　、・・・・・・・・は、最大定格が異なる。

従って、過電流といっても、一定値に定められない場合
がある。そこで、最大定格電流が接近した値をとる負荷
どおしを集める。

過電流検出素子の臨界電流値Ｉｃは、負荷群Ｌ１％　Ｌ
３又はＬ４〜Ｌ６の最大定格などを考慮して、決定する
必要がある。負荷の定格電流が異なれば、これに接続さ
れた配線の直径なども異なるから、過電流の臨界値Ｉｃ
の決定には、注意を払わなけれは゛ならない。

このように、負荷の最大定格電流が多様である時、２以
上の過電流検出回路３を、ひとつの部位について必要と
する。

制御回路４の機能について述べる。

運転席にある操作スイッチＳｌ　、・・・・・・・・と
、各部位にある制御回路４とは、制御信号線８によって
連絡される。

この例では、制御信号線８は、負荷の数だけ、独立に、
設けられている。

しかし、操作スイッチの開閉状態を多重化信号で伝送す
る多重化伝送ハーネスシステムを採用することとすれば
、制御信号線を、各部位ごとに１本に減すことができる
。

操作スイッチＳｉが閉じられたとする。平常時は、制御
回路４をそのまま通り、対応するスイッチ素子Ｒｉ　を
閉じるよう制御回路４は機能する。

平常時、操作スイッチＳｉを投入すると、対応する負荷
Ｌｉが駆動されるわけである。

過電流が流れた時は、過電流検出回路３が働いて、過電
流信号を制御回路４へ送る。

制御回路４は、過電流を検出した過電流検出回路に関係
していた負荷Ｌｋを記憶し、以後、この負荷Ｌｋの駆動
を禁止する。操作スイッチＳｋが再び投入されても、ス
イッチ素子Ｒｋは閉じない。

ここで過電流検出回路に［関係していた負荷Ｌｋ　Ｊの
意味をさらに説明する。

いくつかの段階がありうる。

第１図に於て、負荷Ｌ１〜Ｌ３の方の過電流検出回路３
が過電流を検出したとする。関係していた負荷Ｌｋを、（１）　　その過電流検出回路３と直列につながれてい
る全ての負荷を指すものとする。Ｌｌ、　Ｌ２　。

Ｌ３の全てである。最も単純である。

（２）過電流が流れた時に、現にオン状態にあった負荷
のみを指す。例えば、オン状態にあったのがＬｌ、　Ｌ
ｚとすると、このＬｔ　、　Ｌ２のみを［関係していた
負荷Ｌｋ　Ｊ　　とする。

過電流の原因となったのは、オン状態にあった負荷に限
られるからである。オン状態の負荷は、操作スイッチＳ
ｉの開閉状態を見ることによって、容易に検出できる。

（１）より合理的である。駆動されている負荷が、殆ど
１個である場合なら、最適であるといえよう。

しかし、駆動されている負荷が２以上ある場合、常に最
良であるということができない。

オン状態にあった負荷がＬｌ、　Ｌ２の２らで、過大電
流が発生したとする。

この場合、いずれの負荷にもなんらかの故障があって、
過大電流が流れたとは考えにくい。いずれか一方が短絡
等の故障を起した、考えるほうが確率的に正しい。

すると、駆動中の負荷を全て、以後駆動禁止する事とす
るのは、最良の制御法ではない。

故障したひとつの負荷のみを駆動禁止するのが望ましい
。

（３）過電流が流れた直前にオンされた負荷だけを指す
。

例えば、負荷Ｌ２　、　Ｌｌの順でオンされた後、過電
流が検出されたとする。負荷Ｌ１だけを以後駆動禁止す
る。

負荷Ｌｌが過電流の原因として、最も疑わしいからであ
る。

制御回路４は、上記の（１）〜（３）のいずれかの段階
で過電流関係負荷Ｌｋを決定し、以後、その負荷の駆動
を禁止する。

過電流検出回路について説明する。

過電流検出素子として、半導体素子だけで構成すること
もできる。

ここでは、磁性体コアを用いた過電流検出素子を一例と
してあげる。

第２図は過電流検出素子の回路側図である。

フェライトコアなどの強磁性体のコア１０に、負荷巻線
１１と、検出巻線１２が巻回しである。

検出巻線１２には、高周波発振器１３、抵抗１４が接続
しである。

抵抗１４と検出巻線１２の接続点１５の電圧ｅを測定す
る。

第３図は磁性体コア１０のＢＨ凸曲線示す。

磁性体のＢＨ凸曲線カーブは、Ｈが小さい時に、勾配が
大きい。Ｈが大きくなると、勾配が小さくなり、やがて
飽和する。

検出巻線１２の自己インダクタンスＬａは、磁性体の透
磁率に比例する。微分透磁率は、バイアスとして与えら
れる直流電流による磁場Ｈａの函数とみる事ができる。

Ｈａが大きくなると、微分透磁率は減少し、自己インタ
リタンスＬａは減少する。

磁場Ｈａは、負荷巻線１１の巻数と、負荷電流の積とし
て与えられる。

正常な状態で、負荷電流が小さい時、第３図中のＰＩ点
にバイアス点がある。Ｈａを中心として、大きい勾配の
ヒステリシスループを描き、微分透磁率は大きい。自己
インダクタンスＬａ　も大きい。

負荷に過電流が流れると磁場Ｈａが急増し、１２点にバ
イアスが移る。１２点では、飽和に近いので、微分透磁
率が小さい。自己インダクタンスＬａ　　も小さくなる
。

検出巻線１２のリアクタンスは、高周波発振器１３の発
振角周波数ωと、自己インダクタンスＬａの積で与えら
れる。

負荷巻線１１に、過電流が流れると、検出巻線１２のリ
アクタンスが下るから、接続点１５の検出電圧ｅも下る
。

結局、負荷の過電流状態は、検出電圧ｅの振幅の低下に
より、検出できる。

第４図は過電流検出回路３のみの回路図である。

第１図に対応し、２以上の過電流検出回路３，３゜・・
・・・・を設けである。

磁性体コア１０の負荷巻線１１は、バッテリー１と、負
荷Ｌｉにつながるスイッチ素子Ｒｉの間に接続しである
。

抵抗１４と、検出巻線１２の間から、検出電圧ｅａ　。

ｅｂ　、・・・・・・・・をとり出す。

検出電圧ｅａ　、　ｅｂ　、・・・・・・は、発振器１
３の発振周波数を有する交流である。ｅａ　、　ｅｂ　
、・・・・・・から、過電流信号を取出す回路が必要で
ある。

検出電圧ｅａ　、　ｅｂは、第５図ｆａｌに示すような
、振幅の変動する交流波形をとる。振幅の大きい領域は
、負荷電流の値が正常である状態に対応する。

振幅の小さい領域は、過電流である事を示す。

しかし、一過的な過電流と、真の過電流状態を区別しな
ければならない。

負荷のラッシュカレントによる一過的な過電流状態Ｗｃ
は除かなければならない。持続する真の過電流状態Ｕｃ
のみを検出するようにしなければならない。

第６図に於て、検出電圧ｅａ　、　ｅｂは、二値化処理
回路２０、低域フィルタ２１、二値処理回路２２によっ
て処理される。

二値化処理回路２０は、検出電圧ｅａ　、　ｅｂを一定
電圧と比較し、その電圧以上であれば１に、以下であれ
ばＯに対応させる。第５図ｆｂｌに示すパルス波形に変
換される。

パルスの存在する部分は、正常電流状態に対応する。

パルスを欠く部分は、過電流状態に対応する。

一過性の過電流状態Ｗｃと、真の過電流状態Ｕｃとを区
別しなければならない。

低域フィルタ２１はこのために設けられる。低域フィル
タ２１は積分回路として機能する。第５図ｆｃｌは低域
フィルタ２１の出力波形図である。

入力パルスが持続している間、低域フィルタ２１の出力
は一定のレベルを保つ。入力パルスが速断えると、出力
電圧は低下しはじめる。低域フィルタの時定数より長い
時間、入力パルスが存在しない時、図中の状態Ｕｃに対
応する時、出力電圧は０に降下する。

入力パルスが一時的に欠けただけの、一過性過電流状態
Ｗｃの時は、低域フィルタの出力電圧は降下し切らない
内に、再びパルスが到来する。出力電圧は再び一定のレ
ベルに達する。

二値化処理回路２２は、低域フィルタ２１の出力を、一
定電圧で上下に分け、パルス整形する。第５図（ｄｌは
二値化処理回路２２の出力波形を示す。

正常電流状態に対応する部分は′１′′に、真の過電流
状態に対応する部分は′０″になる。一過性過電流状態
は正常電流状態に含まれる。ＷｃとＵｃを区別できたわ
けである。

二値化処理回路２２の出力で、記憶回路２３をセットす
る。

過電流状態Ｕｃになると、記憶回路２３の出力ＱはＩＩ
　Ｉ　１１になる。記憶回路の出力Ｑａ　＋　Ｑｂ　＋
・・・・・・で論理和をとり、警告ランプ５を点灯する
。ゲート２４は、論理和演算を行う。

第７図は制御回路４の内部を示す回路図である。

負荷Ｌｉを駆動するためのパワーリレーなどのスイッチ
素子Ｒｉには、それぞれゲートＧｉが接続されている。

ゲー）Ｇｉの入力の内、１本は　対応する操作スイッチ
Ｓｉ　に接続される。

ゲートＧｉ　の他の入力は、駆動禁止選択回路２５につ
ながっている。

駆動禁止選択回路２５は、第６図の過電流検出信号Ｑａ
　ｌ　Ｑｂ　＋・・・・・・を受けて、ゲートＧｉを制
御する。

過電流検出信号Ｑａ　ｌ　Ｑｂ　＋・・・・・・がＯで
あれば、つまり正常状態であれば、ゲートは開いており
、操作スイッチＳｉ　を投入すると、スイッチ素子Ｒｉ
　は閉じる。

万一、過電流信号Ｑａが°′１″であるとする。

対応する過電流検出器３ａの関係する負荷がＬｌ。

Ｌｌ　、　Ｌａであったとする。この場合、駆動禁止選
択回路２５は、ゲートＧｌ、　Ｇ２　、　Ｇ３を遮断す
る。

操作スイッチＳｌ、　Ｓ２　、５３を投入しても、負荷
は駆動されない。

この例では、負荷Ｌｌ　−Ｒ３に対し、ひとつの過電流
検出素子が設けられ、これが過電流状態を検出すると、
全ての関係負荷Ｌ１〜Ｌ３を、駆動禁止することとして
いる。

すでに述べた、「過電流検出回路に関係していた負荷Ｌ
ｋ　　Ｊというものを最も広く解釈するものである。（
１）のケースに対応する。

しかし、駆動禁止選択回路２５を工夫すれば、より詳細
に過電流関係負荷Ｌｋを限定する事ができる。（２）の
ように、過電流になった瞬間にオン状態にあった負荷の
みを駆動禁止することもできる。

（３）のように、直前にオンした負荷のみを駆動禁止す
ることもできる。

（２）のケースのようにする為には、制御回路４は、操
作スイッチＳ１．・・・・・・・・の内、どれが投入さ
れているかを刻々記憶し、過電流信号を受けた時に投入
されているスイッチＳｋを検出し、以後スイッチ素子Ｒ
ｋを閉じることのないように保つ。

（３）のケースのようにする為には、操作スイッチの内
、最後に投入されたものがどれであるかを制御回路が記
憶しておく。過電流信号が発生した時、直前にオン操作
されたスイッチＳｋを検出し、これを記憶する。以後負
荷Ｌｋの駆動を禁止する。

負荷を新しいものに取替え、補修がなされると、記憶リ
セット用スイッチ６を押し、制御回路４の記憶をリセッ
トする。

以上、詳しく説明したように、負荷に過−大な電流が流
れると、過電流を検出する素子に関係する負荷の駆動を
禁止する事によって、回路保護ができる。

自動車の正常な走行がなされている場合、以上の回路保
護方式で十分である。

自動車が衝突事故を起した場合、これらの電気回路系も
同時に故障する惧れがある。

衝突時の火災防止のため、最終的な回路保護を行う必要
がある。

このため、プリント基板上の回路導体をフユーズに等価
なものとして設けておく。

第８図はそのような例を示すプリント基板パターンの一
部平面図である。

導体パターン２７はバッテリー１につながり、過電流検
出回路３に接続される。

導体パターン２８　、２９はスイッチ素子Ｒ１，・・・
・・・、。

Ｒ４・・・・・・・につながるパターンで、過電流検出
回路３の他端か接続される。

バッテリー側導体パターン２７又は負荷側の導体パター
ン２８　、２９の一部を細＜シて、パターンフユーズ２
６としている。ここでは負荷側の導体パターン２８　、
２９にパターンフユーズ２６を設けている。

効果を述へる。

（１）各負荷ことに、サーキットブレーカ、フユーズを
直列に接続する必要かない。過電流を検出すると、自動
的に、過電流の原因となった負荷を駆動停止するからで
ある。

（２）電力線と制御信号線とを分離する事かできる。径
の太い電力線は、部位ことにまとめられた負荷群″につ
いて１本で済む。

ワイヤハーネスの数、重量を減することかできる。

（３）−一キットブレーカ、フユーズか各負荷ことに必
要でなく、かつ電力線と制御信号線とを分離できるから
、多重伝送ハーネスシステムを実現する事かできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る回路保護方式の全体回路
図。第２図は磁性体コアを用いた過電流検出素子の回路図。第３図は磁性体コアのＢＨ曲線図。第４図は過電流検出回路図。第５図は検出巻線の波形を整形し、過電流検出信号Ｑを
得るまでの波形図。ｆａ＋は検出巻線の圧力電圧ｅの波
形、ｌｂｌはこれを二値化処理したものの波形、（ＣＩ
は低域フィルタを通した後の波形、ｊｄｉは二値化処理
したものの波形、ｉｅ）は記憶回路の出力波形を示す。これか過電流検出信号Ｑである。第６図は検出巻線の電圧ｅａ　、　ｅｂを整形して、過
電流検出信号Ｑａ　、　Ｑｂを得るだめの電気回路のブ
ロック叉。第７父は′＝１！狸回路の具体例を示す回路又ユ第８図
はパターンフユーズを設けたプリント基板上の導体パタ
ーン一部拡大平面図。第９図は従来例に係る回路保護方式の略回路図。１・・・・・・バッテリー２・・・・・・フユージブルリンク３・・・・・・過電流検出回路４・・・・・・制御回路５・・・・・・警告ランプ６・・・・・・記憶リセット用スイッチ７・・・・・・
電　力　線８・・・・・・制御信号線１０・・・・・・磁性体コア１１・・・・・・負荷巻線１２・・・・・・検出巻線１３・・・・・・発　振　器１４・・・・・・抵　　抗１５・・・・・・抵抗と検出巻線の接続点２０・・・・
・・二値化処理回路２１・・・・・・低域フィルタ２２・・・・・・二値化処理回路２３・・・・・・・記憶回路２５・・・・・・駆動禁止選択回路２６・曲・パターンフユーズＬ１〜　・・・・・・負　　　荷Ｒ１〜　・・・団スイッチ素子５１〜　・・・閉操作スイッチ０１〜　旧・・・ゲ　−　トＷｃ・・・・・・一過性過電流状態Ｕｃ・・・・・・真の過電流状態発　　明　　者　　　　　　　　−色　　功　　雄特許
出願人　　住友電気工業株式会社出願代理人　弁理士　川　瀬　茂　樹第２図３第３図第４図１〜第７図第６図ｅａｅｂ第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）部位別に分けられた各部位の複数個の負荷に対し
て１或は１以上設けられる過電流検出回路と、過電流検
出回路が過電流を検出すると、以後該過電流検出回路に
関係する負荷を駆動禁止選択回路とより成る事を特徴と
する回路保護方式。
（２）過電流を検出した後、駆動禁止選択回路がリセッ
トされるまで警告ランプを点灯する仁ととした特許請求
の範囲第（１７項記載の回路保護方式。
（３）過電流検知回路は、磁性体コアに負荷巻線と検出
巻線とを巻回し、検出巻線には抵抗を介して高周波発振
器を接続し、負荷巻線は、バッテリーと負荷とに接続し
たものである特許請求の範囲第（１）項記載の回路保護
方式。