WO2010074175A1 - 負荷回路の保護装置 - Google Patents

負荷回路の保護装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2010074175A1
WO2010074175A1 PCT/JP2009/071490 JP2009071490W WO2010074175A1 WO 2010074175 A1 WO2010074175 A1 WO 2010074175A1 JP 2009071490 W JP2009071490 W JP 2009071490W WO 2010074175 A1 WO2010074175 A1 WO 2010074175A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
current
semiconductor switch
threshold current
load circuit
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/071490
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
圭祐 上田
晃則 丸山
中村 吉秀
Original Assignee
矢崎総業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 矢崎総業株式会社 filed Critical 矢崎総業株式会社
Priority to EP09834973.1A priority Critical patent/EP2372856A4/en
Priority to US13/139,356 priority patent/US8760832B2/en
Priority to CN200980152175.1A priority patent/CN102265475B/zh
Publication of WO2010074175A1 publication Critical patent/WO2010074175A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/04Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks

Definitions

  • the present invention relates to a load circuit protection device that protects a load circuit that controls driving and stopping of a load from an overcurrent by using a semiconductor switch provided between a DC power supply and the load.
  • a power window driving motor mounted on a vehicle or a load such as a lamp is controlled to be driven and stopped by turning on and off a semiconductor switch such as a MOSFET with a DC voltage supplied from a battery.
  • a threshold current is set, and when the load current exceeds the threshold current, a protection device that cuts off the semiconductor switch is provided. Is provided. Further, when the inrush current generated immediately after turning on the semiconductor switch reaches the threshold current, there is a possibility that the semiconductor switch may be erroneously cut off.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-51983 has been known. As disclosed in (Patent Document 1), it has been proposed to prevent the semiconductor switch from being erroneously cut off by setting the threshold current high immediately after the semiconductor switch is turned on.
  • a shunt resistor is provided in the load circuit, and a voltage generated in the shunt resistor is compared with a preset threshold voltage (voltage corresponding to the threshold current), and the voltage generated in the shunt resistor exceeds the threshold voltage.
  • a preset threshold voltage voltage corresponding to the threshold current
  • the threshold voltage is set higher than usual by adding the voltage accumulated in the capacitor to the threshold voltage, thereby preventing the semiconductor switch from being erroneously cut off due to the inrush current. ing.
  • the threshold voltage is set high immediately after the semiconductor switch is turned on, so that the voltage generated in the shunt resistor exceeds the threshold voltage. It is possible to prevent the semiconductor switch from being erroneously cut off.
  • Patent Document 1 can prevent an erroneous interruption due to an inrush current that occurs immediately after the semiconductor switch is turned on, a dead short occurs immediately after the semiconductor switch is turned on, resulting in an overcurrent. Occurs, the semiconductor switch cannot be immediately shut off. That is, immediately after the semiconductor switch is turned on, the threshold voltage (threshold current) is set higher than usual, so the time required to determine an overcurrent becomes longer. The problem of overheating of circuit components such as the above occurs.
  • a plurality of loads may be provided on the downstream side of the semiconductor switch, and individual switches may be provided for each load. In such a case, even if the semiconductor switch is turned on and the current is stabilized after a lapse of time, if the switch provided on the downstream side of the semiconductor switch is turned on, the semiconductor switch enters again. When a current flows and this inrush current exceeds a threshold current, a problem that the semiconductor switch is erroneously cut off occurs.
  • Patent Document 1 prevents the semiconductor switch from being erroneously cut off due to the inrush current by setting the threshold current high immediately after the semiconductor switch is turned on. If an overcurrent caused by a dead short or the like occurs immediately after the semiconductor switch is turned on, there is a problem that it takes a long time to determine that the overcurrent is present.
  • the present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to drive a semiconductor switch or a plurality of loads provided on the downstream side of the semiconductor switch.
  • Load circuit protection that distinguishes inrush current when the switch is turned on from overcurrent generated in the load, and can immediately shut off the semiconductor switch and protect the load circuit only when an overcurrent occurs to provide an apparatus.
  • the present invention provides a load circuit protection device for protecting a load circuit including a DC power supply, a semiconductor switch, and a load, a current detection means for detecting a current flowing through the semiconductor switch, and the DC power supply.
  • a voltage detection means for detecting a voltage generated in the electric wire connecting the semiconductor switch, and a threshold current for determining whether an overcurrent has flowed into the load circuit is adjusted according to the voltage detected by the voltage detection means
  • a threshold current adjusting means that determines whether the detected current detected by the current detecting means has reached the threshold current, and if it is determined that the detected current has reached the threshold current
  • An on / off control means for outputting and switching on and off of the semiconductor switch based on an external input signal, and when the cut off signal is supplied, the semiconductor switch And drive control means for disconnection, and further comprising a.
  • the threshold current adjusting means reduces the threshold current according to a decrease in the voltage detected by the voltage detecting means when the voltage detected by the voltage detecting means is reduced. To do.
  • the threshold current adjusting unit sets an upper limit voltage and a lower limit voltage of the voltage detected by the voltage detection unit, and the threshold current is expressed by a linear function in a voltage region between the lower limit voltage and the upper limit voltage. And the threshold current is held at a constant value in a voltage region below the lower limit voltage and above the upper limit voltage.
  • the current flowing through the semiconductor switch is detected by the current detection means, and when the detected current reaches a preset threshold current, the semiconductor switch is shut off to prevent the load circuit from overheating.
  • the voltage on the electric wire connecting the DC power source and the semiconductor switch is detected, and the threshold current is adjusted according to this voltage. For example, the threshold current is decreased when the detected voltage decreases. Therefore, when a dead short occurs in the load circuit, the detected current increases rapidly, and the threshold current decreases due to the generation of a counter electromotive force in the electric wire connecting the DC power source and the semiconductor switch. At that time, the detected current reaches the threshold current, and the semiconductor switch can be shut off.
  • the threshold current is decreased, but the amount of decrease is small, so that the detected current never reaches the threshold current. Therefore, it is possible to prevent the semiconductor switch from being erroneously cut off due to an inrush current resulting from a switch operation that is turned on and off irregularly.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a load circuit to which a load circuit protection device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the load circuit 1 is a circuit for controlling the driving of loads 12a to 12c such as lamps and motors mounted on a vehicle, for example, and a battery (DC power supply) VB mounted on the vehicle.
  • a semiconductor switch 11 such as a MOSFET is provided between each of the loads 12a to 12c. By controlling on / off of the semiconductor switch 11, driving and stopping of each of the loads 12a to 12c are controlled.
  • switches 13a and 13b are provided on the upstream side of the loads 12a and 12b, and the driving and stopping of the loads 12a and 12b can be individually operated.
  • the voltmeter 14 (voltage detection part) for detecting the voltage of the point on this electric wire is provided on the electric wire which connects the battery VB and the semiconductor switch 11.
  • FIG. An ammeter 15 (current detection unit) for detecting a current flowing through the semiconductor switch 11 is provided on the electric wire connecting the semiconductor switch 11 and the loads 12a to 12c. The voltage signal detected by the voltmeter 14 and the current signal detected by the ammeter 15 are output to the control circuit 17.
  • the control circuit 17 includes a threshold current adjusting unit 21 that determines a threshold current (denoted as Iref) for determining whether the current is an overcurrent based on the voltage signal output from the voltmeter 14, and the threshold Comparator CMP1 (cut-off control unit) that compares the threshold current Iref determined by the current adjustment unit 21 and the detected current detected by the ammeter 15 (this is referred to as I1), an output signal of the comparator CMP1, and a semiconductor switch 11 is provided with a logic circuit AND1 to which an external signal for switching on and off is input.
  • a threshold current denoted as Iref
  • I1 cut-off control unit
  • the ammeter 15 detects the current flowing through the semiconductor switch 11 using a current sensor or a shunt resistor. When a semiconductor switch having a current sensing function is used, a current signal may be directly extracted from the semiconductor switch.
  • the output signal of the logic circuit AND1 is output to a drive circuit (drive control unit) 16 that performs on / off switching control of the semiconductor switch 11.
  • the threshold current Iref is supplied to the plus side input terminal, and the detection current I1 is supplied to the minus side input terminal.
  • the output signal of the comparator CMP1 switches from H level to L level.
  • the threshold current adjusting unit 21 adjusts the threshold current Iref based on the voltage detected by the voltmeter 14 (this is Vd).
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of the threshold current adjusting unit 21. As shown in FIG. 2, the threshold current adjusting unit 21 includes a series connection circuit of a resistor R1, a diode D1, and resistors R2 and R3. A voltage Vd is supplied to a point p1 which is one end of the resistor R1, and the resistor R3 One end is connected to the ground.
  • the point p4 which is a connection point between the diode D1 and the resistor R2, is connected to the point p2 where the lower limit voltage Vmin is output via the diode D2, and further the point p4 is connected to the ground via the Zener diode ZD1. .
  • a connection point between the resistors R2 and R3 is an output point p3 of the threshold current signal.
  • the voltage at the point p4 is dominated by the lower limit voltage Vmin, so that the voltage at the point p4 becomes a constant value Vmin.
  • the voltage at the point p3 becomes a constant value of 4 [V], for example.
  • the voltage 4 [V] is associated with the threshold current 30 [A], and the minimum threshold current is 30 [A] (region g1 in FIG. 3).
  • the voltage at the point p4 becomes larger than the lower limit voltage Vmin, so that the voltage generated at the point p3 increases. That is, as the voltage Vd increases, the voltage generated at the point p3 increases in a linear function (region g2 in FIG. 3).
  • the voltage Vd reaches the upper limit voltage Vmax (for example, 20 [V]) that is the set voltage of the Zener diode ZD1
  • the voltage at the point p4 becomes a constant value at the upper limit voltage Vmax.
  • the voltage at the point p3 becomes a constant value of 16 [V], for example.
  • the voltage 16 [V] is associated with the threshold current 90 [A], and the maximum threshold current is 90 [A] (region g3 in FIG. 3).
  • the threshold current adjusting unit 21 can vary the threshold current in the range of 30 to 90 [A] based on the voltage Vd detected by the voltmeter 14.
  • the threshold current Iref to a constant value when the voltage Vd becomes equal to or lower than the lower limit voltage Vmin, it is possible to prevent erroneous interruption of the semiconductor switch 11 due to normal voltage fluctuations and noise.
  • the upper limit voltage Vmax to a voltage not higher than the tolerance of the semiconductor switch 11, the semiconductor switch 11 can be protected when a dead short circuit occurs.
  • the threshold current adjusting unit 21 has the circuit configuration shown in FIG. 2 .
  • the present invention is not limited to this, and is implemented in software using a microcomputer or an IC (Integrated Circuit). It is also possible to configure the threshold current adjusting unit 21.
  • a curve S1 is a characteristic diagram showing a change in the current flowing through the semiconductor switch 11, that is, a current I1 detected by the ammeter 15, and a curve S2 shows a change in the voltage Vd detected by the voltmeter 14. It is a characteristic diagram, and a curve S3 is a characteristic diagram showing a change in the threshold current Iref set by the threshold current adjusting unit 21. Curve S4 is a characteristic diagram showing a change in threshold current when the conventional technique is employed.
  • the threshold current Iref (curve S3) decreases.
  • the amount of decrease in the threshold current Iref does not increase so much, the detection current I1 does not exceed the threshold current Iref, and the output signal of the comparator CMP1 maintains the H level. That is, the on state of the semiconductor switch 11 is maintained.
  • the detection current I1 shown in the curve S1 decreases to the normal current, and the voltage Vd also increases to the normal voltage. Accordingly, the threshold current Iref returns to a normal value.
  • the detection current I1 (curve S1) rises rapidly, and this current increase As a result, an excessive back electromotive force is generated, so that the voltage Vd (curve S2) rapidly decreases and the threshold current Iref (curve S3) also decreases rapidly.
  • the detection current I1 exceeds the threshold current Iref at time t3, and the signal supplied to the negative input terminal of the comparator CMP1 shown in FIG. 1 exceeds the signal supplied to the positive input terminal.
  • the output signal of the comparator CMP1 changes to L level.
  • the output signal of the logic circuit AND1 is switched to the L level, and the drive circuit 16 shuts off the semiconductor switch 11. Therefore, when a dead short occurs in the load circuit 1, the semiconductor switch 11 can be shut off at the time t3, and the semiconductor switch 11 constituting the load circuit 1 and various components such as electric wires are prevented from overheating. Can be protected.
  • the semiconductor switch 11 can be shut off at an earlier time when a dead short circuit occurs.
  • a curve S11 is a characteristic diagram showing a change in the current flowing through the semiconductor switch 11, that is, a current I1 detected by the ammeter 15, and a curve S12 shows a change in the voltage Vd detected by the voltmeter 14. It is a characteristic diagram, and a curve S13 is a characteristic diagram showing a change in the threshold current Iref set by the threshold current adjusting unit 21.
  • a curve S14 is a characteristic diagram showing a change in threshold current when the conventional technique is employed.
  • the inrush current again appears as indicated by reference numeral q11. Occurs and the detection current I1 (curve S11) rises. However, as in the case where the semiconductor switch 11 is turned on, the threshold current Iref (curve S13) decreases, but the detection current I1 does not exceed the threshold current Iref, and the on state of the semiconductor switch 11 is maintained. The That is, when the semiconductor switch 11 is turned on and the switch 13a provided on the downstream side of the semiconductor switch 11 is turned on, the semiconductor switch 11 can be prevented from being erroneously cut off.
  • the threshold current gradually decreases from the time t10 when the semiconductor switch 11 is turned on as shown in the curve S14. Therefore, it falls below the detection current I1 at the time indicated by the symbol q11. Therefore, when the switch 13a provided on the downstream side of the semiconductor switch 11 is turned on, the semiconductor switch 11 is erroneously cut off due to the inrush current. That is, by adopting the protection device according to the present embodiment, it is possible to reliably prevent the semiconductor switch 11 from being erroneously cut off by operating a switch provided on the downstream side of the semiconductor switch 11.
  • the voltage Vd generated at an arbitrary point on the electric wire between the battery VB and the semiconductor switch 11 is detected, and the threshold current Iref is determined according to the voltage Vd.
  • the detection current I1 exceeds the threshold current Iref
  • the semiconductor switch 11 is cut off.
  • an excessive back electromotive force is generated, so that the voltage Vd is greatly reduced, and the threshold current Iref is greatly reduced accordingly. Therefore, the semiconductor switch 11 is shut off at an earlier time point. be able to.
  • the semiconductor switch 11 immediately after the semiconductor switch 11 is turned on, a counter electromotive force is generated due to the inrush current, but the amount of decrease in the threshold current Iref is not so large, and the detection current I1 does not exceed the threshold current Iref. For this reason, it is possible to prevent the semiconductor switch 11 from being erroneously interrupted by an inrush current. Further, when a dead short circuit occurs immediately after the semiconductor switch 11 is turned on, the semiconductor switch 11 can be shut off immediately.
  • the load circuit protection device of the present invention has been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is an arbitrary configuration having the same function. Can be replaced.
  • the protection device for protecting the load circuit mounted on the vehicle has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the case where the three loads 12a to 12c are provided on the downstream side of the semiconductor switch 11 has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the number of loads is one. Two, four or more cases may be used.

Abstract

 半導体スイッチ、或いは該半導体スイッチの下流側に設けられるスイッチをオンとした場合の突入電流と、負荷に生じる過電流とを区別し、過電流が発生した場合にのみ半導体スイッチを遮断して負荷回路を保護できる負荷回路の保護装置を提供する。電流計15で検出された検出電流I1と、予め設定した閾値電流IrefをコンパレータCMP1で比較し、検出電流I1が閾値電流Irefに達した場合に、半導体スイッチ11を遮断して負荷回路を保護する。また、バッテリVBと半導体スイッチ11を接続する電線上の電圧Vdを測定し、逆起電力が発生して電圧Vdが低下した場合に、これに伴って閾値電流Irefを低下させる。従って、デッドショート発生時には、いち早く検出電流I1が閾値電流Irefに達して半導体スイッチ11を遮断することができ、突入電流が発生した場合には、検出電流I1が閾値電流に達しないので、誤遮断の発生を防止できる。

Description

負荷回路の保護装置
 本発明は、直流電源と負荷との間に設けられる半導体スイッチを用いて負荷の駆動、停止を制御する負荷回路を、過電流から保護する負荷回路の保護装置に関する。
 例えば、車両に搭載されるパワーウィンド駆動用モータ、或いはランプ等の負荷は、バッテリより供給される直流電圧をMOSFET等の半導体スイッチをオン、オフ操作することによりその駆動、停止が制御される。
 このような負荷回路において、過電流が発生した場合に負荷回路を保護するために、閾値電流を設定しておき、負荷電流がこの閾値電流を超えた場合に、半導体スイッチを遮断する保護装置が設けられている。また、半導体スイッチをオンとした直後に発生する突入電流が閾値電流に達した場合に、半導体スイッチの誤遮断が発生することがあり得るので、従来より、例えば日本国特開平11-51983号公報(特許文献1)に開示されているように、半導体スイッチをオンとした直後において、閾値電流を高く設定することにより半導体スイッチの誤遮断を防止することが提案されている。
 上記の特許文献1では、負荷回路にシャント抵抗を設け、該シャント抵抗に生じる電圧と予め設定した閾値電圧(閾値電流に対応する電圧)とを対比し、シャント抵抗に生じる電圧が閾値電圧を上回った場合に過電流であるものと判定して半導体スイッチを遮断する。更に、半導体スイッチをオンとした直後において、コンデンサに蓄積した電圧を閾値電圧に加算することにより、閾値電圧を通常よりも高く設定し、突入電流による半導体スイッチの誤遮断を防止することが示されている。つまり、突入電流が発生してシャント抵抗に生じる電圧が上昇した場合でも、半導体スイッチがオンとされた直後には閾値電圧が高く設定されているので、シャント抵抗に生じる電圧が閾値電圧を超えることを防止でき、半導体スイッチの誤遮断を防止することができる。
 しかしながら、特許文献1に記載された技術では、半導体スイッチをオンとした直後に生じる突入電流による誤遮断を防止することができるものの、半導体スイッチをオンとした直後にデッドショートが発生して過電流が流れた場合に、該半導体スイッチを即時に遮断することができないという問題が発生する。即ち、半導体スイッチをオンとした直後においては、閾値電圧(閾値電流)が通常よりも高く設定されているので、過電流と判定するまでの所要時間が長くなってしまい、この間に電線、半導体スイッチ等の回路部品が過熱するという問題が生じる。
 また、半導体スイッチの下流側には、複数の負荷が設けられることがあり、更に、各負荷に個別のスイッチが設けられる場合がある。このような場合には、半導体スイッチがオンとされ、その後時間が経過して電流が安定した場合であっても、半導体スイッチの下流側に設けられるスイッチがオンとされた場合には、再度突入電流が流れることになり、この突入電流が閾値電流を上回った場合には、半導体スイッチが誤遮断するという問題が発生する。
日本国特開平11-51983号公報
 上述したように、特許文献1に開示された従来例は、半導体スイッチをオンとした直後において、閾値電流を高く設定することにより突入電流による半導体スイッチの誤遮断を防止するようにしているので、半導体スイッチをオンとした直後にデッドショート等に起因する過電流が発生した場合には、過電流と判定するまでに長時間を要してしまうという問題が生じる。
 更に、半導体スイッチの下流側に複数の負荷が設けられ、更に、これらの負荷を駆動するためのスイッチが設けられる場合には、このスイッチがオンとされることにより半導体スイッチに突入電流が流れ、この突入電流により半導体スイッチが誤遮断するという問題が発生する。
 本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、半導体スイッチ、或いは該半導体スイッチの下流側に設けられた複数の負荷を駆動するためのスイッチをオンとした場合の突入電流と、負荷に生じる過電流とを区別し、過電流が発生した場合にのみ即時に半導体スイッチを遮断して負荷回路を保護することが可能な負荷回路の保護装置を提供することにある。
 上記目的を達成するため、本発明は、直流電源、半導体スイッチ及び負荷を備えた負荷回路を保護する負荷回路の保護装置において、前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記直流電源と前記半導体スイッチとを接続する電線に生じる電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出される電圧に応じて、過電流が負荷回路に流れたかを判断するための閾値電流を調整する閾値電流調整手段と、前記電流検出手段によって検出される検出電流が前記閾値電流に達したか否かを判定し、前記検出電流が前記閾値電流に達したと判定した場合に、遮断信号を出力する遮断制御手段と、外部入力信号に基づいて前記半導体スイッチのオン、オフを切り換え、前記遮断信号が供給された際に、前記半導体スイッチを遮断する駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする。
 好適には、前記閾値電流調整手段は、前記電圧検出手段で検出される電圧が低下した場合に、前記電圧検出手段で検出される電圧の低下に応じて前記閾値電流を低下させることを特徴とする。
 好適には、前記閾値電流調整手段は、前記電圧検出手段で検出される電圧の上限電圧及び下限電圧を設定し、前記下限電圧と上限電圧との間の電圧領域では前記閾値電流を一次関数的に変化させると共に、前記下限電圧以下、及び上限電圧以上の電圧領域では前記閾値電流を一定値に保持することを特徴とする。
 本発明に係る負荷回路の保護装置では、電流検出手段により半導体スイッチに流れる電流を検出し、この検出電流が予め設定した閾値電流に達した場合に、半導体スイッチを遮断して負荷回路を過熱から保護する。また、直流電源と半導体スイッチを接続する電線上の電圧を検出し、この電圧に応じて閾値電流を調整する。例えば、検出した電圧が低下した場合に閾値電流を低下させる。従って、負荷回路にデッドショートが発生した場合に、検出電流が急激に上昇すると共に、直流電源と半導体スイッチとを接続する電線に逆起電力が発生することにより閾値電流が低下するので、より早い時点で検出電流が閾値電流に達して半導体スイッチを遮断することができる。
 また、半導体スイッチがオンとされたり、該半導体スイッチの下流側に設けられるスイッチがオンとされて突入電流が発生した場合には、閾値電流が低下するものの、この低下量は少ないので、検出電流が閾値電流に達することはない。従って、不定期でオン、オフが操作されるスイッチ操作に起因する突入電流による半導体スイッチの誤遮断を防止することができる。
本発明の一実施形態に係る保護装置が適用された負荷回路の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置に用いられる閾値電流調整部の構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置に用いられる閾値電流調整部で設定される電圧と閾値電流との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置の、検出電流及び閾値電流を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置の、検出電流及び閾値電流を示す特性図である。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置が適用された負荷回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、この負荷回路1は、例えば車両に搭載されるランプ、モータ等の負荷12a~12cの駆動を制御するための回路であり、車両に搭載されるバッテリ(直流電源)VBと各負荷12a~12cとの間にMOSFET等の半導体スイッチ11が設けられ、該半導体スイッチ11のオン、オフを制御することにより、各負荷12a~12cの駆動、停止が制御される。更に、負荷12a,12bの上流側には、スイッチ13a,13bが設けられており、負荷12a,12bの駆動、停止を個別に操作することができる。
 バッテリVBと半導体スイッチ11を接続する電線上には、該電線上の点の電圧を検出するための電圧計14(電圧検出部)が設けられている。また、半導体スイッチ11と各負荷12a~12cを接続する電線上には半導体スイッチ11に流れる電流を検出するための電流計15(電流検出部)が設けられている。そして、電圧計14で検出される電圧信号、及び電流計15で検出される電流信号は、制御回路17に出力される。
 制御回路17は、電圧計14より出力される電圧信号に基づいて過電流であるか否かを判定するための閾値電流(これをIrefとする)を決定する閾値電流調整部21と、該閾値電流調整部21で決定した閾値電流Irefと電流計15で検出される検出電流(これをI1とする)とを比較するコンパレータCMP1(遮断制御部)と、該コンパレータCMP1の出力信号、及び半導体スイッチ11のオン、オフを切り換える外部信号が入力される論理回路AND1を備えている。
 電流計15は、電流センサやシャント抵抗を用いて半導体スイッチ11に流れる電流を検出する。また、電流センス機能を備える半導体スイッチを用いる場合には、半導体スイッチから電流信号を直接取り出しても良い。
 論理回路AND1の出力信号は、半導体スイッチ11のオン、オフの切り換え制御を行う駆動回路(駆動制御部)16に出力される。
 コンパレータCMP1は、プラス側入力端子に閾値電流Irefが供給され、マイナス側入力端子に検出電流I1が供給される。そして、検出電流I1が閾値電流Irefを上回った場合に、コンパレータCMP1の出力信号はHレベルからLレベルに切り替わる。
 閾値電流調整部21は、電圧計14で検出される電圧(これをVdとする)に基づいて、閾値電流Irefを調整する。図2は、閾値電流調整部21の構成を示す回路図である。図2に示すように、閾値電流調整部21は、抵抗R1、ダイオードD1、抵抗R2、R3の直列接続回路を備え、抵抗R1の一端である点p1には電圧Vdが供給され、抵抗R3の一端はグランドに接続されている。また、ダイオードD1と抵抗R2の接続点である点p4はダイオードD2を介して下限電圧Vminが出力される点p2に接続され、更に、点p4はツェナーダイオードZD1を介してグランドに接続されている。また、抵抗R2とR3の接続点が閾値電流信号の出力点p3とされている。
 このような構成により、図2に示す点p1に電圧Vdが供給され、点p2には電圧の下限値を決める下限電圧Vmin(例えば、5[V])が供給されると、点p3に生じる電圧が閾値電流信号として生成され、この閾値電流信号が図1に示すコンパレータCMP1に出力される。以下、図3に示す特性図を参照して詳細に説明する。
 いま、電圧Vdが下限電圧Vmin以下である場合には、点p4の電圧は下限電圧Vminに支配されるので、点p4の電圧は一定値Vminとなる。その結果、点p3の電圧は例えば4[V]の一定値となる。そして、電圧4[V]は閾値電流30[A]に対応付けられており、最小の閾値電流は30[A]となる(図3のg1の領域)。
 また、電圧Vdが下限電圧Vminよりも大きくなると、点p4の電圧は下限電圧Vminよりも大きくなるので、点p3に生じる電圧は上昇する。即ち、電圧Vdの上昇に伴って点p3に生じる電圧は一次関数的に増加する(図3のg2の領域)。そして、電圧VdがツェナーダイオードZD1の設定電圧である上限電圧Vmax(例えば20[V])に達すると、点p4の電圧は上限電圧Vmaxで一定値となる。その結果、点p3の電圧は例えば16[V]の一定値となる。そして、電圧16[V]は閾値電流90[A]に対応付けられており、最大の閾値電流は90[A]となる(図3のg3の領域)。
 上記のことから、閾値電流調整部21では、電圧計14で検出される電圧Vdに基づいて、30~90[A]の範囲で閾値電流を変動させることができる。ここで、電圧Vdが下限電圧Vmin以下となった場合に閾値電流Irefを一定値とすることにより、通常時の電圧変動やノイズによる半導体スイッチ11の誤遮断を防止できる。また、上限電圧Vmaxを半導体スイッチ11の耐性以下の電圧に設定することにより、デッドショート発生時に半導体スイッチ11を保護することができる。
 なお、上記では閾値電流調整部21が図2に示す回路構成を備える例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、マイクロコンピュータやIC(Integrated Circuit)を用いてソフトウェア的に閾値電流調整部21を構成することも可能である。
 次に、図4に示す特性図を参照して、本実施形態に係る負荷回路の保護装置の動作について説明する。図4において、曲線S1は半導体スイッチ11に流れる電流、即ち、電流計15で検出される電流I1の変化を示す特性図であり、曲線S2は電圧計14で検出される電圧Vdの変化を示す特性図であり、曲線S3は閾値電流調整部21で設定される閾値電流Irefの変化を示す特性図である。また、曲線S4は、従来技術を採用した場合の閾値電流の変化を示す特性図である。
 いま、図1に示すスイッチ13a,13bが共にオフとされている状態で、制御回路17にオン信号が入力されると、コンパレータCMP1の出力はHレベルであるから論理回路AND1の出力がHレベルとなる。このHレベル信号を受けて、駆動回路16は半導体スイッチ11をオンとする。そして、図4に示す時刻t0において半導体スイッチ11がオンとされると、負荷12cに電流が流れる。この際、突入電流が発生し、図4の符号q1に示すように検出電流I1(曲線S1)が急激に上昇する。この電流上昇に伴って、半導体スイッチ11とバッテリVBとの間の電線には、該電線に存在するインダクタンス成分により逆起電力が発生することになり、電圧Vd(曲線S2)が減少する。これに伴って、閾値電流Iref(曲線S3)は低下する。この場合において、閾値電流Irefの低下量はそれほど大きくならず、検出電流I1は閾値電流Irefを上回ることはなく、コンパレータCMP1の出力信号はHレベルを維持する。即ち、半導体スイッチ11のオン状態が維持される。その後、曲線S1に示す検出電流I1は通常電流まで低下し、これに伴って電圧Vdも通常電圧まで上昇するので、閾値電流Irefは通常の数値に戻る。
 その後、時刻t1にて負荷回路1にデッドショート(バッテリVBとグランドが直接短絡するような事故)が発生した場合には、検出電流I1(曲線S1)は急激に上昇し、更に、この電流増加に伴って過大な逆起電力が発生するので、電圧Vd(曲線S2)は急激に低下し、閾値電流Iref(曲線S3)も同様に急激に低下する。その結果、時刻t3にて検出電流I1が閾値電流Irefを上回ることになり、図1に示すコンパレータCMP1のマイナス側入力端子に供給される信号がプラス側入力端子に供給される信号を上回るので、コンパレータCMP1の出力信号がLレベルに変化する。
 その結果、論理回路AND1の出力信号がLレベルに切り替わり、駆動回路16は半導体スイッチ11を遮断する。従って、負荷回路1にデッドショートが発生した場合には、時刻t3の時点で半導体スイッチ11を遮断することができ、負荷回路1を構成する半導体スイッチ11、及び電線等の各種構成要素を過熱から保護することができる。
 また、従来例で示した曲線S4に示す閾値電流と対比すると、従来例の場合では、時刻t4で検出電流I1が曲線S4に示す閾値電流を上回る。しかし、本実施形態に係る負荷回路の保護装置を採用することにより、デッドショート発生時にはより早い時点で半導体スイッチ11を遮断することができることが理解される。
 次に、図5に示す特性図を参照して、半導体スイッチ11がオンとされ、突入電流が収まって通常電流となった後に、スイッチ13aまたは13bがオンとされた場合の動作を説明する。図5において、曲線S11は半導体スイッチ11に流れる電流、即ち、電流計15で検出される電流I1の変化を示す特性図であり、曲線S12は電圧計14で検出される電圧Vdの変化を示す特性図であり、曲線S13は閾値電流調整部21で設定される閾値電流Irefの変化を示す特性図である。また、曲線S14は、従来技術を採用した場合の閾値電流の変化を示す特性図である。
 図5に示すように、時刻t10で半導体スイッチ11がオンとされ、電流が通常電流まで低下した後、時刻t11でスイッチ13aがオンとされると、符号q11に示すように、再度突入電流が発生し、検出電流I1(曲線S11)が上昇する。しかし、前述した半導体スイッチ11をオンとした場合と同様に、閾値電流Iref(曲線S13)が低下するものの、検出電流I1が閾値電流Irefを上回ることはなく、半導体スイッチ11のオン状態が維持される。即ち、半導体スイッチ11がオンとされているときに、該半導体スイッチ11の下流側に設けられているスイッチ13aがオンとされた場合に、半導体スイッチ11が誤遮断することを防止できる。
 これに対して、従来例で示した曲線S14に示す閾値電流と対比すると、従来例の場合では、曲線S14に示すように閾値電流は半導体スイッチ11がオンとされた時刻t10から徐々に下降しており、符号q11に示す時点で検出電流I1を下回ることになる。従って、半導体スイッチ11の下流側に設けられているスイッチ13aがオンとされた場合に、突入電流により半導体スイッチ11が誤遮断してしまうことになる。即ち、本実施形態に係る保護装置を採用することにより、半導体スイッチ11の下流側に設けられているスイッチを操作することによる半導体スイッチ11の誤遮断を確実に防止できる。
 このようにして、本実施形態に係る負荷回路の保護装置では、バッテリVBと半導体スイッチ11との間の電線上の任意の点に生じる電圧Vdを検出し、この電圧Vdに応じて閾値電流Irefを調整し、検出電流I1が閾値電流Irefを上回った場合に、半導体スイッチ11を遮断する。そして、デッドショートが発生した場合には過大な逆起電力が発生するので、電圧Vdが大きく低下し、これに伴って閾値電流Irefが大きく低下するので、より早い時点で半導体スイッチ11を遮断することができる。
 また、半導体スイッチ11をオンとした直後には、突入電流により逆起電力が発生するものの、閾値電流Irefの低下量はそれほど大きくなく、検出電流I1が閾値電流Irefを上回ることはない。このため、突入電流による半導体スイッチ11の誤遮断を防止できる。更に、半導体スイッチ11をオンとした直後にデッドショートが発生した場合には、即時に半導体スイッチ11を遮断することができる。
 また、半導体スイッチ11をオンとし、電流が安定した後に下流側のスイッチ13a,13bがオンとされた場合であっても、この際に生じる突入電流は閾値電流Irefを上回ることはなく、半導体スイッチ11が誤遮断することを回避することができる。
 以上、本発明の負荷回路の保護装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
 例えば、上記した実施形態では、車両に搭載される負荷回路を保護するための保護装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、上記した実施形態では、半導体スイッチ11の下流側に3個の負荷12a~12cが設けられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、負荷の個数が1個、2個、4個以上の場合でも良い。
 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明してきたが、本発明の精神、範囲または意図の範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
 本発明は、2008年12月26日出願の日本特許出願(特願2008-334807)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 負荷回路にデッドショートが発生した場合に、即時に半導体スイッチを遮断して回路を過熱から保護する上で極めて有用である。
 1 負荷回路
 11 半導体スイッチ
 12a~12c 負荷
 13a,13b スイッチ
 14 電圧計
 15 電流計
 16 駆動回路
 17 制御回路
 21 閾値電流調整部
 AND1 論理回路
 CMP1 コンパレータ

Claims (3)

  1.  直流電源、半導体スイッチ及び負荷を備えた負荷回路を保護する負荷回路の保護装置において、
     前記半導体スイッチに流れる電流を検出する電流検出手段と、
     前記直流電源と前記半導体スイッチとを接続する電線に生じる電圧を検出する電圧検出手段と、
     前記電圧検出手段で検出される電圧に応じて、過電流が負荷回路に流れたかを判断するための閾値電流を調整する閾値電流調整手段と、
     前記電流検出手段によって検出される検出電流が前記閾値電流に達したか否かを判定し、前記検出電流が前記閾値電流に達したと判定した場合に、遮断信号を出力する遮断制御手段と、
     外部入力信号に基づいて前記半導体スイッチのオン、オフを切り換え、前記遮断信号が供給された際に、前記半導体スイッチを遮断する駆動制御手段と、
     を備えたことを特徴とする負荷回路の保護装置。
  2.  前記閾値電流調整手段は、前記電圧検出手段で検出される電圧が低下した場合に、前記電圧検出手段で検出される電圧の低下に応じて前記閾値電流を低下させることを特徴とする請求項1に記載の負荷回路の保護装置。
  3.  前記閾値電流調整手段は、前記電圧検出手段で検出される電圧の上限電圧及び下限電圧を設定し、前記下限電圧と上限電圧との間の電圧領域では前記閾値電流を一次関数的に変化させると共に、前記下限電圧以下、及び上限電圧以上の電圧領域では前記閾値電流を一定値に保持することを特徴とする請求項2に記載の負荷回路の保護装置。
PCT/JP2009/071490 2008-12-26 2009-12-24 負荷回路の保護装置 WO2010074175A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09834973.1A EP2372856A4 (en) 2008-12-26 2009-12-24 LOAD CIRCUIT PROTECTION DEVICE
US13/139,356 US8760832B2 (en) 2008-12-26 2009-12-24 Load circuit protection device
CN200980152175.1A CN102265475B (zh) 2008-12-26 2009-12-24 负载电路保护装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008334807A JP2010158109A (ja) 2008-12-26 2008-12-26 負荷回路の保護装置
JP2008-334807 2008-12-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010074175A1 true WO2010074175A1 (ja) 2010-07-01

Family

ID=42287782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/071490 WO2010074175A1 (ja) 2008-12-26 2009-12-24 負荷回路の保護装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8760832B2 (ja)
EP (1) EP2372856A4 (ja)
JP (1) JP2010158109A (ja)
CN (1) CN102265475B (ja)
WO (1) WO2010074175A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012146619A1 (fr) * 2011-04-26 2012-11-01 Ge Energy Products France Snc Système de protection et de supervision d'un circuit de distribution d'énergie électrique à courant continu

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012112066A1 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Freescale Semiconductor, Inc. Overcurrent protection device and method of operating a power switch
JP5682761B2 (ja) * 2011-09-01 2015-03-11 三菱自動車工業株式会社 通信情報伝達装置
JP5820740B2 (ja) * 2012-02-22 2015-11-24 株式会社Nttファシリティーズ 半導体遮断器、直流給電システム、及び直流給電方法
CN102723699B (zh) * 2012-06-15 2016-06-08 北京鼎汉技术股份有限公司 一种直流电源模块保护方法和装置
EP2712083B1 (en) * 2012-09-20 2015-02-25 Infineon Technologies AG Semiconductor device including short-circuit protection depending on an under-voltage detection
DE102013204534A1 (de) * 2013-03-15 2014-09-18 Robert Bosch Gmbh Batteriezelleinrichtung mit Kurzschlusssicherheitsfunktion und Verfahren zum Überwachen einer Batteriezelle
JP6244110B2 (ja) * 2013-05-31 2017-12-06 日本電産エレシス株式会社 電子制御装置
KR102320399B1 (ko) 2014-08-26 2021-11-03 삼성전자주식회사 전원 관리 칩, 그것을 포함하는 모바일 장치 및 그것의 클록 조절 방법
DE102014012828A1 (de) * 2014-08-28 2016-03-03 Ellenberger & Poensgen Gmbh Elektronischer Schutzschalter
TWI661631B (zh) * 2014-11-20 2019-06-01 力智電子股份有限公司 電池保護裝置與其操作方法
CN105811942B (zh) * 2014-12-30 2019-07-12 国家电网公司 一种带有过流保护功能的mosfet驱动电路及其应用方法
DE102015104623A1 (de) * 2015-03-26 2016-09-29 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Schutzanordnung
JP6597358B2 (ja) * 2016-02-10 2019-10-30 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載電源用のスイッチ装置及び電源装置
JP2017152923A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 株式会社デンソー 負荷駆動装置
JP6339617B2 (ja) * 2016-03-28 2018-06-06 矢崎総業株式会社 電源遮断装置
JP6838879B2 (ja) * 2016-07-13 2021-03-03 ローム株式会社 受電装置およびその制御回路、電子機器、給電システムの動作方法
JP6837842B2 (ja) 2017-01-11 2021-03-03 矢崎総業株式会社 半導体スイッチ制御装置
EP3604950B1 (en) * 2017-03-22 2023-10-25 Mitsubishi Electric Corporation Reception device and communication system
WO2019183744A1 (en) * 2018-03-26 2019-10-03 Industrial Connections & Solutions LLC Electrical power distribution systems including switch devices and lock assemblies
ES2929540T3 (es) * 2019-02-22 2022-11-30 Future Systems Besitz Gmbh Aparato para la conmutación y protección de una carga
SE544134C2 (en) * 2019-09-05 2022-01-11 Scania Cv Ab An electronic circuit breaker with self-triggering protection for a vehicle, and a method therefor
JP7455700B2 (ja) * 2020-08-17 2024-03-26 矢崎総業株式会社 スイッチング素子駆動装置
DE102021113589A1 (de) 2021-05-26 2022-12-01 Lisa Dräxlmaier GmbH Elektronischer stromverteiler
WO2023006808A1 (de) * 2021-07-30 2023-02-02 Hkr Automotive Gmbh Verfahren und vorrichtung zum schützen einer oder mehrerer elektrischer lasten bei einem kurzschluss

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01301432A (ja) * 1988-05-27 1989-12-05 Hitachi Ltd 自動車電装品用インテリジェントパワーic
JPH1151983A (ja) 1997-08-08 1999-02-26 Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk 過電流検知回路
JPH11108969A (ja) * 1997-08-08 1999-04-23 Harness Syst Tech Res Ltd 過電流検知回路
JP2007134780A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Yazaki Corp 自己診断機能を備えた負荷駆動装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06121589A (ja) 1992-10-03 1994-04-28 Mita Ind Co Ltd モータ駆動制御回路
JPH10243544A (ja) * 1997-02-27 1998-09-11 Toshiba Corp 過電流保護回路と過電流保護回路の過電流保護方法
US6061259A (en) * 1999-08-30 2000-05-09 Demichele; Glenn Protected transformerless AC to DC power converter
JP2004032903A (ja) 2002-06-26 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd 電動車両のリレー故障判定装置
US7111180B2 (en) * 2003-08-29 2006-09-19 Dell Products L.P. Information handling system interrupting current to external module if current exceeds different current limits when handling system receives current from battery and alternating current source

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01301432A (ja) * 1988-05-27 1989-12-05 Hitachi Ltd 自動車電装品用インテリジェントパワーic
JPH1151983A (ja) 1997-08-08 1999-02-26 Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk 過電流検知回路
JPH11108969A (ja) * 1997-08-08 1999-04-23 Harness Syst Tech Res Ltd 過電流検知回路
JP2007134780A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Yazaki Corp 自己診断機能を備えた負荷駆動装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012146619A1 (fr) * 2011-04-26 2012-11-01 Ge Energy Products France Snc Système de protection et de supervision d'un circuit de distribution d'énergie électrique à courant continu
FR2974684A1 (fr) * 2011-04-26 2012-11-02 Ge Energy Products France Snc Systeme de protection et de supervision d'un circuit de distribution d'energie electrique a courant continu

Also Published As

Publication number Publication date
EP2372856A4 (en) 2015-03-11
CN102265475A (zh) 2011-11-30
US20110242716A1 (en) 2011-10-06
CN102265475B (zh) 2014-03-05
EP2372856A1 (en) 2011-10-05
US8760832B2 (en) 2014-06-24
JP2010158109A (ja) 2010-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010074175A1 (ja) 負荷回路の保護装置
JP3914004B2 (ja) 半導体素子の過電流検出・保護装置
US7933103B2 (en) Overcurrent detection device
AU2008301236B2 (en) Overcurrent protection in a dimmer circuit
KR100715567B1 (ko) 반도체 스위치의 제어장치
US7405916B2 (en) Control apparatus of semiconductor switch
JP4158754B2 (ja) 過電流検知方法および検知回路
JP2008283641A (ja) 過電流保護装置
JPH10150354A (ja) 電力fet及び短絡認識部を有するスイツチ装置
JP6876844B2 (ja) ソフトスタート及び保護を備える電源装置
JP4051182B2 (ja) 過電流検出装置
KR100689328B1 (ko) 인버터 보호 장치
JP2009296826A (ja) リレー制御装置
US20060226799A1 (en) Motor unit including a controller that protects a motor of the motor unit from burnout
JP2009296263A (ja) 負荷回路の過電流保護装置
JP2010110092A (ja) 駆動装置
KR20190015906A (ko) 고장 전류 제한기 및 고장 전류 제한 방법
KR20090097038A (ko) 전자접촉기의 코일 구동회로
JP5530306B2 (ja) 過電流検出装置
KR100625171B1 (ko) 과전류 방지 장치
KR0122890Y1 (ko) 모터 제어용 복합차단회로
KR100641784B1 (ko) 카메라 보호 회로
KR200321222Y1 (ko) 과전류 방지 장치
JP4645430B2 (ja) 検出システム
JP2003179472A (ja) インテリジェントパワースイッチ

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980152175.1

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09834973

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13139356

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009834973

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE