WO2010140474A1

WO2010140474A1 - 負荷回路の保護装置

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Publication number: WO2010140474A1
Application number: PCT/JP2010/058472
Authority: WO
Inventors: 中村　吉秀; 晃則丸山; 圭祐上田
Original assignee: 矢崎総業株式会社
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2010-12-09
Also published as: JP6322536B2; CN102460881B; JP2015035951A; US20120081825A1; JP6068409B2; EP2439828B1; JP2010283977A; JP2015035950A; US8693156B2; JP5768176B2; JP2015037940A; EP2439828A1; CN102460881A; EP2439828A4

Abstract

　フューズの電流・遮断時間特性を模擬したスイッチ回路を用いることにより、電線、及び半導体スイッチの小型化を可能とする負荷回路の保護装置を提供する。　発熱温度演算式、及び放熱温度演算式に用いられる導体抵抗ｒ、及び熱抵抗Ｒをそれぞれ疑似導体抵抗ｒ*、疑似熱抵抗Ｒ*に変更して、電線の発熱量、及び放熱量を算出し、現在の電線温度を推定する。そして、この推定温度が許容温度に達した場合に、電子スイッチＳ１を遮断して、負荷回路を保護する。その結果、負荷回路に用いられる電線、及び半導体スイッチの双方を過熱から保護することができる。

Description

負荷回路の保護装置

　本発明は、負荷回路に過電流が流れて半導体スイッチ、及び電線の温度が上昇した場合に、負荷回路を遮断して回路を保護する負荷回路の保護装置に関する。

　車両に搭載されるバルブやモータ等の負荷に電力を供給する負荷回路は、バッテリと、該バッテリと負荷との間に設けられる半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ等）とが備えられている。そして、バッテリ、半導体スイッチ、及び負荷がそれぞれ電線を含む導体を介して接続されている。更に、負荷回路は、半導体スイッチをオン、オフ操作する制御回路が設けられており、該制御回路より出力される駆動、停止信号により、半導体スイッチがオン、オフ動作して負荷の駆動、停止が切り換えられる。

　このような負荷回路のなかには、負荷に過電流が流れた際に、いち早く回路を遮断して、負荷、電線、半導体スイッチ等を保護するために、フューズが設けられているものがある（例えば、特許文献１参照）。

　図２４は、従来における負荷回路を概略的に示す説明図である。負荷１０１の電源側端子はＥＣＵ（自動車用電子制御ユニット）１０２、及びジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）１０３を介してバッテリＶＢに接続される。

　ＥＣＵ１０２は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチＴｒ１が複数設けられ、制御ＩＣ１０４によりオン、オフが制御される。また、各半導体スイッチＴｒ１の上流側にはフューズＦ１が設けられており、該フューズＦ１により下流側の電線Ｗ１０１を保護している。換言すれば、フューズＦ１の下流側に設けられる電線Ｗ１０１は、フューズＦ１の遮断電流に耐え得る径（断面積）の電線が用いられている。更に、フューズＦ１の下流側に設けられる半導体スイッチＴｒ１は、フューズＦ１の遮断電流に耐え得る特性を備えている。

　同様に、Ｊ／Ｂ１０３には、フューズＦ２が設けられており、該フューズＦ２により下流側の電線Ｗ１０２を保護している。

　ここで、例えば負荷１０１としてバルブが用いられる場合には、バルブのオン時に発生するラッシュ電流及びバルブのオン、オフの繰り返しによりフューズＦ１，Ｆ２が劣化する。このため、フューズＦ１，Ｆ２の経年使用による劣化に起因してフューズＦ１，Ｆ２に誤遮断が発生する場合がある。このようなトラブルの発生を防止するために負荷電流に対して、マージンを考慮したフューズを選定している。即ち、通常よりも遮断電流を若干高くしたフューズを用いている。その結果、マージンを考慮したフューズの特性に適合可能な電線、及び半導体スイッチを用いる必要があるため、負荷回路に用いる電線径の細径化、及び半導体スイッチを小型化することが難しくなっている。

日本国特開２００３－１００１９６号公報

　昨今において、負荷回路に用いる半導体スイッチ及び電線をできるだけ小型化したいという要望が高まっている。一方で、上述したように従来の負荷回路の保護装置は、過電流の発生により電線温度が上昇した際に回路を遮断するフューズが設けられており、該フューズは経年使用による劣化に起因する誤遮断を防止するために、マージンを考慮しているので半導体スイッチ及び電線を小型化、細径化することが難しいという欠点がある。

　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、半導体スイッチ及び電線の小型化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、第１の発明は、電源、半導体スイッチ、及び負荷が電線を介して接続された負荷回路の、前記電線に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいて前記半導体スイッチを遮断する負荷回路の保護装置において、前記電源と負荷の間に設けられるスイッチ手段と、前記電線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電線の発熱量、及び放熱量を算出する演算式に用いられる導体抵抗（ｒ）を、前記負荷回路に用いられる電線を保護するために使用可能なフューズの電流・遮断時間特性を模擬する値が設定された疑似導体抵抗（ｒ*）に変更し、且つ、該演算式に用いられる熱抵抗（Ｒ）を、前記フューズの電流・遮断時間特性を模擬する疑似熱抵抗（Ｒ*）に変更した疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を備え、前記疑似発熱温度演算式、疑似放熱温度演算式、及び前記電流検出手段で検出された電流を用いて、前記電線の温度を推定する温度演算手段と、前記温度演算手段で算出される推定温度が予め設定した許容温度に達した場合に、過電流であると判定する過電流判定手段と、前記過電流判定手段で過電流であると判定された場合に、前記スイッチ手段を遮断する遮断制御手段と、を備えることを特徴とする。

　第２の発明は、前記遮断制御手段は、前記スイッチ手段を遮断した後、前記温度演算手段で推定される電線温度が周囲温度まで低下した場合に、前記スイッチ手段を接続可能状態とすることを特徴とする。

　第３の発明は、前記疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式に基づく電流・遮断時間特性が、前記フューズの最低の電流・遮断時間特性と、最高の電流・遮断時間特性との間となるように、前記疑似導体抵抗（ｒ*）、及び前記疑似熱抵抗（Ｒ*）を設定することを特徴とする。

　第４の発明は、前記電線の発熱量を算出する演算式は下記（１）式であり、前記電線の放熱量を算出する演算式は下記（２）式であることを特徴とする。
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ１²ｒＲ｛１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　…（１）
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ２²ｒＲ｛ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　　　…（２）
　但し、Ｔ１は周囲温度［℃］、Ｔ２は電線の推定温度［℃］、Ｉ１，Ｉ２は通電電流［Ａ］、ｒは電線導体抵抗［Ω］、Ｒは熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｃは熱容量［Ｊ／℃］、ｔは時間［sec］。

　第５の発明は、前記疑似導体抵抗（ｒ*）は電線の導体抵抗（ｒ）よりも大きい値であり、前記疑似熱抵抗（Ｒ*）は電線の熱抵抗（Ｒ）よりも小さい値であることを特徴とする。

　第６の発明は、電源、半導体スイッチ、及び負荷が電線を介して接続された負荷回路の、前記電線に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいて前記半導体スイッチを遮断する負荷回路の保護装置において、前記電源と負荷の間に設けられるスイッチ手段と、前記電線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電線の許容温度を実際よりも低い疑似許容温度に設定し、且つ、前記電線の発熱量、及び放熱量を算出する演算式に用いられる熱抵抗（Ｒ）を、前記負荷回路に用いられる電線を保護するために使用可能なフューズの電流・遮断時間特性を模擬する値が設定された疑似熱抵抗（Ｒ*）に変更した疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を備え、前記疑似発熱温度演算式、疑似放熱温度演算式、及び前記電流検出手段で検出された電流を用いて前記電線の温度を推定する温度演算手段と、前記温度演算手段で算出される推定温度が、前記疑似許容温度に達した場合に、過電流であると判定する過電流判定手段と、前記過電流判定手段で過電流であると判定された場合に、前記スイッチ手段を遮断する遮断制御手段と、を備えることを特徴とする。

　第７の発明は、前記遮断制御手段は、前記スイッチ手段を遮断した後、前記温度演算手段で推定される電線温度が周囲温度まで低下した場合に、前記スイッチ手段を接続可能状態とすることを特徴とする。

　第８の発明は、前記疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式に基づく電流・遮断時間特性が、前記フューズの最低の電流・遮断時間特性と、最高の電流・遮断時間特性との間となるように、前記疑似許容温度、及び前記疑似熱抵抗（Ｒ*）を設定することを特徴とする。

　第９の発明は、前記電線の発熱量を算出する演算式は下記（１）式であり、前記電線の放熱量を算出する演算式は下記（２）式であることを特徴とする。
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ１²ｒＲ｛１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　…（１）
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ２²ｒＲ｛ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　　　…（２）
　但し、Ｔ１は周囲温度［℃］、Ｔ２は電線の推定温度［℃］、Ｉ１，Ｉ２は通電電流［Ａ］、ｒは電線導体抵抗［Ω］、Ｒは熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｃは熱容量［Ｊ／℃］、ｔは時間［sec］。

　第１０の発明は、前記疑似熱抵抗（Ｒ*）は、電線の熱抵抗（Ｒ）よりも小さい値であることを特徴とする。

　第１の発明では、電線の発熱量、及び放熱量を算出する演算式に用いられる導体抵抗（ｒ）を疑似導体抵抗（ｒ*）に変更し、且つ、熱抵抗（Ｒ）を疑似熱抵抗（Ｒ*）に変更して、疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を得る。温度演算手段は、この疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を用いて電線の温度を推定する。そして、この推定温度が許容温度に達した場合に、スイッチ手段を遮断して負荷回路への電流の供給を停止させる。疑似導体抵抗（ｒ*）、及び疑似熱抵抗（Ｒ*）を使用することにより、電線の電流・遮断時間特性をフューズの電流・遮断時間特性に近づけることができるので、フューズと同等の特性で負荷回路を遮断することができ、負荷回路に用いられる電線、及び半導体スイッチの双方を確実に過熱から保護することができる。

　また、従来のフューズのように、ラッシュ電流及び負荷のオン、オフの繰り返しにより劣化することがなく、遮断温度にマージンをとる必要がないので、電線径を細径化することができる。このため、電線及び半導体スイッチの小型、軽量化を図ることができ、ひいては燃費向上の効果を発揮することができる。

　第２の発明では、過電流によりスイッチ手段がオフとされた場合には、その後電線温度が周囲温度まで低下するまで、スイッチ手段のオフ状態が保持されるので、過電流の発生原因が究明されない状態で再度オンとなることを防止でき、電線を発熱から保護することができる。

　第３の発明では、疑似導体抵抗（ｒ*）、及び疑似熱抵抗（Ｒ*）を適宜選択して、電線の電流・遮断時間特性を、フューズの最低の電流・遮断時間特性と最高の電流・遮断時間特性との間となるように設定するので、フューズの特性を模擬した負荷回路の保護が可能となる。

　第４の発明では、上述した（１）、（２）式の導体抵抗（ｒ）を疑似導体抵抗（ｒ*）に変更し、且つ、熱抵抗（Ｒ）を疑似熱抵抗（Ｒ*）に変更して、疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を得ている。これらの（１）、（２）式は通常用いられる一般的な式であるので、パラメータを変更するだけで推定温度の算出を容易に行うことができる。

　第５の発明では、疑似導体抵抗（ｒ*）を実際の導体抵抗（ｒ）よりも大きい値とし、疑似熱抵抗（Ｒ*）を実際の熱抵抗（Ｒ）よりも小さい値として、疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を得るので、電線の電流・遮断時間特性を確実にフューズの電流・遮断時間特性に近づけることができる。

　第６の発明では、電線の許容温度を疑似許容温度に設定し、電線の発熱量、及び放熱量を算出する演算式に用いられる熱抵抗（Ｒ）を疑似熱抵抗（Ｒ*）に変更して、疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を得る。温度演算手段は、この疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を用いて電線の温度を推定する。そして、この推定温度が許容温度に達した場合に、スイッチ手段を遮断して負荷回路への電流の供給を停止させる。疑似許容温度、及び疑似熱抵抗（Ｒ*）を使用することにより、電線の電流・遮断時間特性をフューズの電流・遮断時間特性に近づけることができるので、フューズと同等の特性で負荷回路を遮断することができ、負荷回路に用いられる電線、及び半導体スイッチの双方を確実に過熱から保護することができる。

　第７の発明では、過電流によりスイッチ手段がオフとされた場合には、その後電線温度が周囲温度まで低下するまで、スイッチ手段のオフ状態が保持されるので、過電流の発生原因が究明されない状態で再度オンとなることを防止でき、電線を発熱から保護することができる。

　第８の発明では、疑似許容温度、及び疑似熱抵抗（Ｒ*）を適宜選択して、電線の電流・遮断時間特性を、フューズの最低の電流・遮断時間特性と最高の電流・遮断時間特性との間となるように設定するので、フューズの特性を模擬した負荷回路の保護が可能となる。

　第９の発明では、上述した（１）、（２）式の熱抵抗（Ｒ）を疑似熱抵抗（Ｒ*）に変更し、且つ電線の許容温度を疑似許容温度に変更して、疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を得ている。これらの（１）、（２）式は通常用いられる一般的な式であるので、パラメータを変更するだけで推定温度の算出を容易に行うことができる。

　第１０の発明では、疑似熱抵抗（Ｒ*）を実際の熱抵抗（Ｒ）よりも小さい値として、疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を得るので、電線の電流・遮断時間特性を確実にフューズの電流・遮断時間特性に近づけることができる。

本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置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の、スイッチ回路の詳細な構成を示すブロックである。（ａ）は本発明の第１実施形態に係る負荷回路の保護装置に係り、電線の導体抵抗を変更し２０［Ａ］の電流を流した場合の電線温度の特性を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の“Ａ”部拡大図である。（ａ）は本発明の第１実施形態に係る負荷回路の保護装置に係り、電線の導体抵抗を変更し５０［Ａ］の電流を流した場合の電線温度の特性を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の“Ｂ”部拡大図である。本発明の第１、第２実施形態に係る負荷回路の保護装置に係り、電線の熱抵抗を変更し２０［Ａ］の電流を流した場合の電線温度の特性を示す説明図である。本発明の第１、第２実施形態に係る負荷回路の保護装置に係り、電線の熱抵抗を変更し５０［Ａ］の電流を流した場合の電線温度の特性を示す説明図である。（ａ）は本発明の第２実施形態に係る負荷回路の保護装置に係り、電線の許容温度を変更し２０［Ａ］の電流を流した場合の電線温度の特性を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の“Ｃ”部拡大図である。（ａ）は本発明の第２実施形態に係る負荷回路の保護装置に係り、電線の許容温度を変更し５０［Ａ］の電流を流した場合の電線温度の特性を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の“Ｄ”部拡大図であり、（ｃ）は（ａ）の“Ｅ”部拡大図である。本発明の第１実施形態に係る負荷回路の保護装置の、電流・遮断時間特性を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る負荷回路の保護装置の、電流・遮断時間特性を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る負荷回路の保護装置の、電流・遮断時間特性を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る負荷回路の保護装置の、電流・遮断時間特性を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る負荷回路の保護装置の、電流・遮断時間特性を示す説明図である。本発明の第２実施形態に係る負荷回路の保護装置の、電流・遮断時間特性を示す説明図である。本発明の第２実施形態に係る負荷回路の保護装置の、電流・遮断時間特性を示す説明図である。本発明の第２実施形態に係る負荷回路の保護装置の、電流・遮断時間特性を示す説明図である。本発明の第１、第２実施形態に係る負荷回路の保護装置の、温度推定処理を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置の、発熱による電線温度の算出、及び放熱による電線温度の算出手順を示す説明図であり、（ａ）は一定電流（４０［Ａ］）で電線温度が飽和し、その後電流が遮断されて放熱する場合の、電線の温度変化を示す特性図、（ｂ）は状態変化を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置の、発熱による電線温度の算出、及び放熱による電線温度の算出手順を示す説明図であり、（ａ）は一定電流（４０［Ａ］）で電線温度が上昇し、電線温度が飽和温度Ｔ40maxに達する前の過渡状態で電流が遮断されて放熱する場合の、電線の温度変化を示す特性図、（ｂ）は状態変化を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置の、発熱による電線温度の算出、及び放熱による電線温度の算出手順を示す説明図であり、（ａ）は第１電流（例えば３０［Ａ］）により電線温度が飽和温度に達し、更に、第１電流よりも大きい第２電流（例えば４０［Ａ］）により電線温度が飽和温度に達する場合の、電線の温度変化を示す特性図、（ｂ）は状態変化を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置の、発熱による電線温度の算出、及び放熱による電線温度の算出手順を示す説明図であり、（ａ）は第１電流（例えば３０［Ａ］）により電線温度が上昇し、この第１電流による飽和温度Ｔ30maxに達する前に、第１電流よりも大きい第２電流（例えば４０［Ａ］）に変更されて、この第２電流の飽和温度Ｔ40maxに達する場合の、電線の温度変化を示す特性図、（ｂ）は状態変化を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置の、発熱による電線温度の算出、及び放熱による電線温度の算出手順を示す説明図であり、（ａ）は第１電流（例えば４０［Ａ］）により電線温度が第１電流の飽和温度Ｔ40maxに達し、更に、第１電流よりも小さい第２電流（例えば３０［Ａ］）により電線温度が第２電流の飽和温度Ｔ30maxまで低下する場合の、電線の温度変化を示す特性図、（ｂ）は状態変化を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る負荷回路の保護装置の、発熱による電線温度の算出、及び放熱による電線温度の算出手順を示す説明図であり、（ａ）は第１電流（例えば４０［Ａ］）により電線温度が上昇し、第１電流の飽和温度Ｔ40maxに達する前の温度Ｔｘとなったときに、第１電流よりも小さい第２電流（例えば３０［Ａ］）に変更されて、電線温度が低下して第２電流の飽和温度Ｔ30maxに達する場合の、電線の温度変化を示す特性図、（ｂ）は状態変化を示す説明図である。従来における負荷回路の保護装置の構成を示す回路図である。

［第１実施形態の説明］
　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、本発明の第１実施形態に係る保護装置が適用される負荷回路の構成を示す回路図である。

　図１に示す負荷回路は、例えば、車両に搭載されるバルブ、モータ等の負荷１１に、バッテリＶＢ（電源）より出力される電力を供給して各負荷１１の駆動、停止を制御する回路であり、ＥＣＵ（自動車用電子制御ユニット）１２、及びジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）１３を備えている。

　ＥＣＵ１２は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチＴｒ１を複数備えており、各半導体スイッチＴｒ１の一方の端子は負荷１１に接続され、他方の端子は電線Ｗ１を介してＪ／Ｂ１３に接続されている。また、ＥＣＵ１２は制御ＩＣ１４を備えており、該制御ＩＣ１４により各半導体スイッチＴｒ１のオン、オフが制御され、これに伴って負荷１１の駆動、停止が制御される。

　Ｊ／Ｂ１３は、電線Ｗ１とバッテリＶＢを接続するスイッチ回路１６（図中、「ＩＰＳ」で示す）を複数備えており、該スイッチ回路１６は、制御部１５の制御下で動作する。

　図２は、スイッチ回路１６の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示すように、スイッチ回路１６は、電子スイッチＳ１（スイッチ手段）と、電線Ｗ１に流れる電流を検出する電流計（電流検出手段）１６３と、電流が流れる経過時間を計時するタイマ１６２と、電流計１６３で検出される電流、及びタイマ１６２で計時される時間に基づいて電子スイッチＳ１のオン、オフを制御する制御回路１６１を備えている。制御回路１６１は、温度演算手段、遮断制御手段、及び過電流判定手段としての機能を備えている。

　そして、第１実施形態に係る負荷回路の保護装置では、制御回路１６１により後述する温度演算手法を用いて電線Ｗ１の仮想温度（実際の電線Ｗ１の温度ではなく、疑似演算式で定義される仮想の温度）を推定し、この仮想温度が予め設定した許容温度（例えば、１５０℃に達した場合に、電子スイッチＳ１を遮断して電線Ｗ１の上流側を遮断する。

　ここで、発熱時における電線温度、及び放熱時における電線温度は、下記の（１）式、（２）式で示されることが知られている。

　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ１²ｒＲ｛１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　　…（１）
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ２²ｒＲ｛ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　　　　…（２）
　（１）、（２）式において、Ｔ１は周囲温度［℃］、Ｔ２は電線の推定温度［℃］、Ｉ１は通電電流［Ａ］、ｒは電線の導体抵抗［Ω］、Ｒは熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｃは熱容量［Ｊ／℃］、ｔは時間［sec］である。また、Ｉ２は推定電流であり、電線が発熱から放熱に変更された場合に、この変更直前の電線温度Ｔａと、変更後の検出電流による飽和温度Ｔｂに基づき、これらの差分温度Ｔｃ（＝Ｔａ－Ｔｂ）を求めた場合に、この差分温度Ｔｃを飽和温度とする電流である。詳細については、後述するパターン１～６で説明する。

　従って、（１）式に、周囲温度Ｔ１、電流Ｉ１、時間ｔを代入することにより発熱時における電線Ｗ１の推定温度Ｔ２を求めることができ、（２）式に、周囲温度Ｔ１、電流Ｉ２、時間ｔを代入することにより放熱時における電線Ｗ１の推定温度Ｔ２を求めることができる。

　なお、上記の周囲温度Ｔ１は、回路が設けられる環境に基づく雰囲気温度を代入する方法、または、温度計（図示省略）を設置し、該温度計で検出される温度を代入する方法等を用いることができる。

　以下、第１実施形態で採用する温度演算手法について説明する。この温度演算手法は、疑似導体抵抗及び疑似熱抵抗を用いて推定温度を演算する。

　［疑似導体抵抗を用いた温度演算］
　上述した（１）式、（２）式において、電線の導体抵抗ｒを実際の値よりも大きい値に変更すれば、推定温度Ｔ２が飽和温度に達するまでの所要時間が短くなる。以下、詳細に説明する。

　図３は、許容温度１５０℃の電線（以下、サンプル電線という）を使用し、このサンプル電線に２０［Ａ］の電流（小さめの過電流）を連続して流したときの電線温度の変化を示す特性図であり、（ｂ）は（ａ）に示す“Ａ”部分の拡大図である。また、図３に示す曲線ｓ２１は、（１）式に示す導体抵抗ｒをこのサンプル電線の実際の導体抵抗ｒ＝３２．７［ｍΩ］とした場合の特性曲線であり、曲線ｓ２２は、（１）式に示す導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*＝２．５［Ω］（即ち、ｒ*＞ｒ）とした場合の特性曲線である。

　曲線ｓ２１に示すように、サンプル電線に２０［Ａ］の電流を流すと、電線温度は１５０℃を超え、１７４℃で飽和する。これに対して、曲線ｓ２２に示すように、導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*に変更して２０［Ａ］の電流を流すと、１４１１℃で飽和する。

　図３（ｂ）から理解されるように、導体抵抗ｒを実際の値である３２．７［ｍΩ］とした場合には、約６８［sec］で許容温度である１５０℃に達する。また、導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*に変更した場合には、約０．７５［sec］で許容温度である１５０℃に達する。上記のことから、サンプル電線に２０［Ａ］の電流を継続して流した場合には、導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*に変更することにより、より早い時点で許容温度である１５０℃に達することになる。

　図４は、サンプル電線に５０［Ａ］の電流（大きめの過電流）を連続して流したときの電線温度の変化を示す特性図であり、（ｂ）は（ａ）に示す“Ｂ”部分の拡大図である。また、図４に示す曲線ｓ２３は、（１）式に示す導体抵抗ｒをこのサンプル電線の実際の導体抵抗ｒ＝３２．７［ｍΩ］とした場合の特性曲線であり、曲線ｓ２４は、（１）式に示す導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*＝２．５［Ω］（即ち、ｒ*＞ｒ）とした場合の特性曲線である。

　曲線ｓ２３に示すように、サンプル電線に５０［Ａ］の電流を流すと、電線温度は１５０℃を超えて９５５℃で飽和する。これに対して、曲線ｓ２４に示すように、導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*に変更して５０［Ａ］の電流を流すと、７１１９１℃で飽和する。

　そして、図４（ｂ）から理解されるように、導体抵抗ｒを実際の値である３２．７［ｍΩ］とした場合には、約５．５［sec］で許容温度である１５０℃に達する。また、導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*に変更した場合には、約０．０４［sec］で許容温度である１５０℃に達する。上記のことから、サンプル電線に５０［Ａ］の電流を継続して流した場合についても上述した２０［Ａ］の場合と同様に、疑似導体抵抗ｒ*を用いことにより、より早い時点で許容温度である１５０℃に達することになる。

　上記のことから、（１）、（２）式に用いられる導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*に変更することにより、電線温度が飽和温度に達するまでに要する時間が早まることになり、更に、許容温度に達するまでに要する時間も早まることになる。

　［疑似熱抵抗を用いた温度演算手法］
　上述した（１）式、（２）式において、電線の熱抵抗Ｒを実際の値よりも小さい値に変更すれば、電線の飽和温度を低下させることができる。以下、詳細に説明する。

　図５は、サンプル電線に２０［Ａ］の電流（小さめの過電流）を連続して流したときの電線温度の変化を示す特性図であり、曲線ｓ２５は、（１）式に示す熱抵抗Ｒをこのサンプル電線の実際の熱抵抗Ｒ＝７．５３［℃／Ｗ］とした場合の特性曲線であり、曲線ｓ２６は、（１）式に示す熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*＝３．５［℃／Ｗ］（即ち、Ｒ*＜Ｒ）とした場合の特性曲線である。

　曲線ｓ２５に示すように、サンプル電線に２０［Ａ］の電流を流すと、電線温度は１５０℃を超え、１７４℃で飽和する。これに対して、曲線ｓ２６に示すように、熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更して２０［Ａ］の電流を流すと、電線温度は９４．１７℃で飽和し、１５０℃に達しない。

　上記のことから、サンプル電線に２０［Ａ］の電流を継続して流した場合には、熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更することにより、電線の飽和温度を低減させることができる。

　図６は、サンプル電線に５０［Ａ］の電流（大きめの過電流）を連続して流したときの電線温度の変化を示す特性図であり、曲線ｓ２７は、（１）式に示す熱抵抗Ｒをこのサンプル電線の実際の熱抵抗Ｒ＝７．５３［℃／Ｗ］とした場合の特性曲線であり、曲線ｓ２８は、（１）式に示す熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*＝３．５［℃／Ｗ］（即ち、Ｒ*＜Ｒ）とした場合の特性曲線である。

　曲線ｓ２７に示すように、サンプル電線に２０［Ａ］の電流を流すと、電線温度は１５０℃を超え、９５５℃で飽和する。これに対して、曲線ｓ２８に示すように、熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更して５０［Ａ］の電流を流すと、電線温度は４５７℃飽和する。

　上記のことから、サンプル電線に５０［Ａ］の電流を継続して流した場合についても、上述した２０［Ａ］の場合と同様に、熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更することにより、電線の飽和温度を低減させることができる。

　以上の内容をまとめると、（１）、（２）式に用いられる導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*に変更することにより、電線温度が飽和温度に達するまでに要する時間を早めることができ、ひいては許容温度に達するまでに要する時間も早めることができる。更に、熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更することにより、電線の飽和温度を低下させることができる。

　本実施形態では、上記の（１）式、（２）式に用いられる導体抵抗ｒを疑似導体抵抗ｒ*に変更し、且つ熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更した式、即ち、下記の（１ａ）式、（２ａ）式を設定する。

　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ１²×（ｒ*）×（Ｒ*）×｛１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　…(１ａ)
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ２²×（ｒ*）×（Ｒ*）×｛ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　…(２ａ)
　　　　（ｒ*＝２．５［Ω］、Ｒ*＝０．３［℃／Ｗ］）
　（１ａ）、（２ａ）式において、Ｔ１は周囲温度［℃］、Ｔ２は電線の推定温度［℃］、Ｉ１は通電電流［Ａ］、ｒ*は疑似導体抵抗［Ω］、Ｒは疑似熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｃは熱容量［Ｊ／℃］、ｔは時間［sec］である。また、Ｉ２は推定電流である。

　以下、上記した（１ａ）式、（２ａ）式で用いる疑似導体抵抗ｒ*、及び疑似熱抵抗Ｒ*を設定する手順を図９～図１３に示す特性図を参照して説明する。なお、図９～図１３、及び後述の第２実施形態で用いる図１４～図１６では、縦軸（時間軸）が対数目盛となっている。

　図９に示す曲線ｓ１は、許容温度を１５０℃としたときの、電流・遮断時間特性を示す特性図である。即ち、曲線ｓ１は、上述した（１）式の左辺のＴ２を１５０℃に固定したときの、右辺の電流Ｉ１と経過時間ｔ［sec］との関係を示している。曲線ｓ１から理解されるように、電線の許容温度（過熱により発煙する温度）が１５０℃である場合には、例えば２０［Ａ］の電流が１０秒間流れた場合には、電線温度は１５０℃に達しないが、９０［Ａ］の電流が１０秒間流れた場合には、電線温度は１５０℃に達することを示している。つまり、曲線ｓ１の内側（図中、左下側）の電流で動作すれば、電線温度は許容温度である１５０℃に達することはない。

　また、曲線ｓ２、ｓ３は、許容温度が１５０℃とされた電線の上流側に設けられる、一般的な規格のフューズの電流・遮断時間を示す特性曲線であり、曲線ｓ２は最大値（ＭＡＸ）、曲線ｓ３は最小値（ＭＩＮ）を示している。つまり、このフューズは、曲線ｓ２とｓ３との間の領域となる電流が流れたときに遮断して回路を保護する。よって、このフューズを用いることにより、電線の温度が１５０℃に達する前の時点で確実に回路を遮断することができることになる。従って、図１，図２に示したスイッチ回路１６が、曲線ｓ２とｓ３の間となる電流・遮断時間特性を備える構成とすれば、従来より用いられているフューズの特性を模擬できることになる。

　また、曲線ｓ４は負荷特性を示している。曲線ｓ４は、フューズの電流・遮断時間特性を示す曲線ｓ２，ｓ３よりも内側（左下側）で動作するので、通常動作時に負荷に流れる電流によりフューズが遮断されることはない。

　図１０は、許容温度１５０℃の電線の導体抵抗ｒ（例えば、３２．７［ｍΩ］）を変更したときの、電流・遮断時間特性を示す図であり、曲線ｓ５は疑似導体抵抗ｒ*＝１［Ω］とした場合を示し、曲線ｓ５′は疑似導体抵抗ｒ*＝５［ｍΩ］とした場合を示している。曲線ｓ５，ｓ５′から理解されるように、実際の導体抵抗ｒよりも大きい疑似導体抵抗ｒ*を用いた場合には、電流・遮断時間特性曲線は図１０中の左下側にシフトし、実際の導体抵抗ｒよりも小さい疑似導体抵抗ｒ*を用いた場合には、電流・遮断時間特性曲線は図１０中の右上側にシフトする。

　そこで、図９に示した曲線ｓ１（導体抵抗ｒ＝３２．７ｍΩ）に対して、疑似導体抵抗ｒ*を２．５［Ω］とした場合には、図１１の曲線ｓ８に示す曲線が得られる。

　図１１に示すように、電流が１０［Ａ］を超える領域では、曲線ｓ８は曲線ｓ２とｓ３の間となる特性を有している。しかし、電流が１０［Ａ］以下となる領域では、曲線ｓ８は曲線ｓ３よりも大きく左側にシフトし、更には、負荷特性曲線ｓ４よりも左側にシフトしてる。これは、曲線ｓ８に示す電流・遮断時間特性曲線を用いた場合には、負荷に通常電流が流れた場合に、負荷回路が遮断されることを意味する。

　図１２は、許容温度１５０℃の電線の熱抵抗Ｒ（例えば７．５３［℃／Ｗ］）を変更したときの、電流・遮断時間特性を示す図であり、曲線ｓ６は疑似熱抵抗Ｒ*＝３．５［℃／Ｗ］とした場合を示し、曲線ｓ６′は疑似熱抵抗Ｒ*＝８０［℃／Ｗ］とした場合を示している。曲線ｓ６，ｓ６′から理解されるように、実際の熱抵抗Ｒよりも小さい疑似熱抵抗Ｒ*を用いた場合には、電流・遮断時間特性曲線の左端の値は、図１２中の右側にシフトし、実際の熱抵抗Ｒよりも大きい疑似熱抵抗Ｒ*を用いた場合には、電流・遮断時間特性曲線の左端の値は、図１２中の左側にシフトする。

　そこで、疑似導体抵抗ｒ*を２．５［Ω］に変更した電流・遮断時間特性曲線ｓ８を、更に、疑似熱抵抗Ｒ*を０．３［℃／Ｗ］（即ち、Ｒ*＜Ｒ＝７．５３［℃／Ｗ］）とすることにより、図１３の特性曲線ｓ７に示すように、特性曲線ｓ８の最小電流を右側にシフトさせた特性曲線を得ることができる。そして、特性曲線ｓ７は、特性曲線ｓ２とｓ３の間となる特性を有しているので、フューズを模擬した電流・遮断時間特性を有することになる。

　上記のことから、（１）、（２）式に用いる導体抵抗ｒを、疑似導体抵抗ｒ*（例えば、ｒ*＝２．５［Ω］）に変更し、熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*（例えば、Ｒ*＝０．３［℃／Ｗ］）に変更した前述の（１ａ）式、（２ａ）式を設定し、この（１ａ）式、（２ａ）式を用いて電線の温度を推定し、推定した電線温度が許容温度（例えば、１５０℃）に達した場合に、電子スイッチＳ１（図２参照）を遮断すれば、従来のフューズとほぼ同等の特性を得ることができることになる。なお、この場合の推定温度は、実際の電線温度ではなく、上記の温度演算手法で決められる擬似的な温度であることは言うまでもない。

　次に、上述した（１）式による発熱時の電線温度の算出、及び（２）式による放熱時の電線温度の算出手順についての６通りのパターン、即ち図１８～図２３に示すパターン１～６について説明する。

［パターン１］
　図１８（ａ）は一定電流（４０［Ａ］）で電線温度が飽和し、その後電流が遮断されて放熱する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図１８（ｂ）は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のＴ０で（状態Ｐ１）、電線に４０［Ａ］の電流が流れると、電線温度は、温度Ｔ０から徐々に上昇し（状態Ｐ２）、時刻ｔｘ＝ｔ１で電流４０［Ａ］の飽和温度Ｔ40maxに達する。即ち、上述した（１）式の右辺の周囲温度Ｔ１にＴ０を代入し、電流Ｉ１に４０［Ａ］を代入し、時間ｔにｔ１を代入すると、発熱による電線の推定温度Ｔ２は、図１８（ａ）に示す曲線で上昇して時刻ｔ１で飽和温度Ｔ40maxに達することになる。

　その後、電流が遮断されると、このときの電線温度がＴ40maxであるから、電線温度Ｔ40maxで飽和する電流Ｉ２を逆算出する（状態Ｐ３）。その結果、電流Ｉ２は４０［Ａ］として求められる。そして、（２）式に示すＴ１に周囲温度を代入し、更に求めた電流Ｉ２及び経過時間ｔを代入して、放熱による電線の推定温度Ｔ２が求められる（状態Ｐ４）。

　つまり、電線に４０［Ａ］の電流が流れて電線の温度がこの電流４０［Ａ］の飽和温度Ｔ40maxに達した後、電流を遮断した場合には、（２）式右辺に示される電流Ｉ２に４０［Ａ］を代入して放熱時の電線温度を求める。

［パターン２］
　図１９（ａ）は一定電流（４０［Ａ］）で電線温度が上昇し、電線温度が飽和温度Ｔ40maxに達する前の過渡状態で電流が遮断されて放熱する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図１９（ｂ）は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のＴ０で（状態Ｐ１１）、電線に４０［Ａ］の電流が流れると、電線温度は、温度Ｔ０から徐々に上昇する（状態Ｐ１２）。そして、時刻ｔｘで電流４０［Ａ］の通電を遮断した場合、即ち、４０［Ａ］の通電による飽和温度Ｔ40maxに達する前の過渡温度で電流が遮断された場合には、このときの発熱による温度Ｔｘを求め、この温度Ｔｘが飽和温度となる電流Ｉ２を逆算出する（状態Ｐ１３）。例えば、時刻ｔｘでの電線温度Ｔｘが電流３０［Ａ］が流れたときの飽和温度Ｔ30maxであった場合には、（２）式の右辺の電流Ｉ２に３０［Ａ］を代入し、更に、Ｔ１に周囲温度を代入し、経過時間ｔを代入することにより、放熱による電線の推定温度Ｔ２が求められる（状態Ｐ１４）。

　つまり、４０［Ａ］の電流が流れて電線温度が４０［Ａ］の飽和温度Ｔ40maxに達する前に電流を遮断した場合には、電流を遮断したときの温度で飽和する電流を求め、この電流を（２）式右辺に代入して放熱した場合の電線温度を求める。

［パターン３］
　図２０（ａ）は第１電流（例えば３０［Ａ］）により電線温度が飽和温度に達し、更に、第１電流よりも大きい第２電流（例えば４０［Ａ］）により電線温度が飽和温度に達する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図２０（ｂ）は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のＴ０で（状態Ｐ２１）、電線に３０［Ａ］の電流が流れると、電線温度Ｔｘは、温度Ｔ０から徐々に上昇し（状態Ｐ２２）、時刻ｔ１で飽和温度Ｔ30maxに達する（状態Ｐ２３）。

　この状態で、電流が４０［Ａ］に変化した場合には、当初から４０［Ａ］の電流が流れて電線温度がＴ30maxとなったものと仮定した場合の経過時間ｔ３を逆算する（状態Ｐ２４）。そして、（１）式の右辺の電流Ｉ１に４０［Ａ］を代入し、且つ、時間ｔに前記ｔ３を代入して、時刻ｔ２となるまでの推定温度Ｔ２を求める（再度、状態Ｐ２２）。そして、時刻ｔ２となると電線温度は４０［Ａ］の飽和温度Ｔ40maxに達する（状態Ｐ２５）。

　つまり、３０［Ａ］の電流が流れて電線温度が３０［Ａ］の飽和温度Ｔ30maxに達し、その後、電流が４０［Ａ］に変化した場合には、当初から４０［Ａ］の電流が流れたものと仮定したときの経過時間、即ち、図２０（ａ）に示す時間ｔ３を算出し、この時間ｔ３を（１）式に代入して電線温度を求める。

［パターン４］
　図２１（ａ）は第１電流（例えば３０［Ａ］）により電線温度が上昇し、この第１電流による飽和温度Ｔ30maxに達する前に、第１電流よりも大きい第２電流（例えば４０［Ａ］）に変更されて、この第２電流の飽和温度Ｔ40maxに達する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図２１（ｂ）は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のＴ０で（状態Ｐ３１）、電線に３０［Ａ］の電流が流れると、電線温度Ｔｘは温度Ｔ０から徐々に上昇する（状態Ｐ３２）。そして、時刻ｔｘで電線温度がＴｘとなったときに電流が４０［Ａ］に変更されると、当初から４０［Ａ］の電流が流れて電線温度がＴｘとなったものと仮定した場合の経過時間ｔ３を逆算する（状態Ｐ３３）。そして、（１）式の右辺の電流Ｉ１に４０［Ａ］を代入し、且つ、時間ｔに前記ｔ３を代入して、時刻ｔ２となるまでの推定温度Ｔ２を求める（再度、状態Ｐ３２）。そして、時刻ｔ２となると電線温度は４０［Ａ］の飽和温度Ｔ40maxに達する（状態Ｐ３４）。

　つまり、３０［Ａ］の電流が流れて電線温度が３０［Ａ］の飽和温度に達する前の温度Ｔｘとなった時点で、電流が４０［Ａ］に変化した場合には、当初から４０［Ａ］の電流が流れたものと仮定したときの経過時間、即ち、図２１（ａ）に示す時間ｔ３を算出し、この時間ｔ３を（１）式に代入して電線温度を求める。

［パターン５］
　図２２（ａ）は第１電流（例えば４０［Ａ］）により電線温度が第１電流の飽和温度Ｔ40maxに達し、更に、第１電流よりも小さい第２電流（例えば３０［Ａ］）により電線温度が第２電流の飽和温度Ｔ30maxまで低下する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図２２（ｂ）は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のＴ０で（状態Ｐ４１）、電線に４０［Ａ］の電流が流れると、電線温度Ｔｘは温度Ｔ０から徐々に上昇し（状態Ｐ４２）、時刻ｔ１で飽和温度Ｔ40maxに達する（状態Ｐ４３）。

　この状態で、電流が３０［Ａ］に変化した場合には、４０［Ａ］での飽和温度Ｔ40maxと３０［Ａ］での飽和温度Ｔ30maxとの差分ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ40max－Ｔ30max）を求め、この温度ΔＴで飽和する電流Ｉ２を算出する（状態Ｐ４４）。その結果、例えば、Ｉ２＝７．５［Ａ］となった場合には、（２）式の右辺のＩ２に電流７．５［Ａ］を代入して放熱による電線の推定温度Ｔ２を求める（状態Ｐ４５）。その後、時間ｔ２が経過すると、電線温度は３０［Ａ］の電流が流れたときの飽和温度Ｔ30maxに達する（状態Ｐ４６）。

　つまり、４０［Ａ］の電流が流れて電線温度が４０［Ａ］の飽和温度Ｔ40maxに達し、その後、電流が３０［Ａ］に変化した場合には、各飽和温度の差分ΔＴを求め、この差分温度ΔＴで飽和する電流Ｉ２を算出し、この電流Ｉ２を（２）式に代入することにより、電線温度を求める。

［パターン６］
　図２３（ａ）は第１電流（例えば４０［Ａ］）により電線温度が上昇し、第１電流の飽和温度Ｔ40maxに達する前の温度Ｔｘとなったときに、第１電流よりも小さい第２電流（例えば３０［Ａ］）に変更されて、電線温度が低下して第２電流の飽和温度Ｔ30maxに達する場合の、電線の温度変化を示す特性図、図２３（ｂ）は状態変化を示す説明図である。いま、初期温度が周囲温度のＴ０で（状態Ｐ５１）、電線に４０［Ａ］の電流が流れると、電線温度Ｔｘは温度Ｔ０から徐々に上昇する（状態Ｐ５２）。そして、時刻ｔｘで電線温度がＴｘとなったときに電流が３０［Ａ］に変更されると、温度Ｔｘと３０［Ａ］の電流が流れたときの飽和温度Ｔ30maxとの差分ΔＴ（ΔＴ＝Ｔｘ－Ｔ30max）を求め、この温度ΔＴで飽和する電流Ｉ２を算出する（状態Ｐ５３）。その結果、例えば、Ｉ２＝５［Ａ］となった場合には、（２）式の右辺のＩ２に電流５［Ａ］を代入して放熱による電線の推定温度Ｔ２を求める（状態Ｐ５４）。その後、時間ｔ２が経過すると、電線温度は３０［Ａ］通電時の飽和温度Ｔ30maxに達する（状態Ｐ５５）。

　つまり、４０［Ａ］の電流が流れて電線温度が４０［Ａ］の飽和温度Ｔ40maxに達する前の温度Ｔｘとなった時点で、電流が３０［Ａ］に変化した場合には、温度Ｔｘと３０［Ａ］通電時の飽和温度Ｔ30maxの差分ΔＴを算出し、この差分温度ΔＴで飽和する電流Ｉ２を算出し、この電流Ｉ２を（２）式に代入することにより、電線温度を求める。

［第１実施形態の動作説明］
　次に、図１７に示すフローチャートを参照して、第１実施形態に係る負荷回路の保護装置の処理動作について説明する。なお、図１７示す一連の処理は、所定のサンプリング周期で繰り返して実行される。

　まず、図２に示すスイッチ回路１６の制御回路１６１は、電流計１６３で電流が検出されたか否かを判断する（ステップＳ１１）。電流が検出されない場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１３に処理を移行する。ステップＳ１３では、（２ａ）式による放熱処理を行う。

　電流が検出された場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、制御回路１６１は、前述したパターン１～パターン６に基づいて、（１ａ）式による発熱処理、または（２ａ）式による放熱処理を行う（ステップＳ１２，Ｓ１３）。

　ステップＳ１４において、制御回路１６１は、ステップＳ１２またはＳ１３の処理で求められた発熱温度、または放熱温度に基づいて、現在の電線温度を推定しメモリ（図示省略）等に保存する。

　ステップＳ１５において、制御回路１６１は、ステップＳ１４の処理で求められた推定温度が許容温度以下であるか否かを判断する。ここで、許容温度とは電線及び回路構成要素が耐えられる上限の温度であり、例えば、電線の発煙温度（一例として１５０℃）、或いはこれ以下の温度に設定する。

　制御回路１６１は、現在の推定温度が許容温度以下であると判断した場合には（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１１の処理に戻る。他方、現在の推定温度が許容温度を超えていると判断した場合には（ステップＳ１５でＮＯ）、電子スイッチＳ１（図２参照）を強制オフ状態とする（ステップＳ１６）。この場合には、電子スイッチＳ１の駆動スイッチ（図示省略）を操作しても該電子スイッチＳ１はオンとならない。

　ステップＳ１７において、制御回路１６１は、上述した（２ａ）式に基づき、周囲温度に向けて放熱処理を行う。即ち、電子スイッチＳ１がオフとなって電線に電流が流れないので、ステップＳ１４の処理と同様に、周囲温度に向けて放熱処理を行う。

　ステップＳ１８において、制御回路１６１は、電線の推定温度が周囲温度に達したか否かを判定する。周囲温度に達していない場合には（ステップＳ１８でＮＯ）、ステップＳ１７に処理を戻す。他方、周囲温度に達した場合には（ステップＳ１８でＹＥＳ）、電子スイッチＳ１の強制オフ状態を解除する（ステップＳ１９）。

　つまり、電線の推定温度が周囲温度に達した場合には、負荷回路に再度電流を流しても問題はないので、電子スイッチＳ１の強制オフを解除する。即ち、電子スイッチＳ１をオンとして、負荷１１の電力供給を可能とし、半導体スイッチＴｒ１をオンとすることにより、負荷回路に電流を流すことができる。その後、ステップＳ１１に処理を戻す。こうして、電線温度の推定処理が行われるのである。

　このようにして、第１実施形態に係る負荷回路の保護装置では、（１）式に示した発熱による温度演算式、及び（２）式に示した放熱による温度演算式に用いられる導体抵抗ｒ、及び熱抵抗Ｒをそれぞれ疑似導体抵抗ｒ*、及び疑似熱抵抗Ｒ*に変更している。即ち、実際の導体抵抗ｒよりも大きい疑似導体抵抗ｒ*を設定し、且つ実際の熱抵抗Ｒよりも小さい疑似熱抵抗Ｒ*を設定し、これらに基づいて上述した（１ａ）式、（２ａ）式を得ている。

　そして、これらの（１ａ）、（２ａ）式を用いて電線Ｗ１の温度を推定し、この推定温度が電線の許容温度（例えば、１５０℃）に達した場合には、電子スイッチＳ１を遮断することにより、負荷回路を保護する。従って、負荷１１に過電流が流れ、電線Ｗ１の実際の温度が許容温度（例えば、１５０℃）に達する前の時点で、確実に回路を遮断して電線Ｗ１及びその下流側に設けられる負荷１１を保護することができ、従来のフューズを使用する必要がない。

　更に、従来のフューズのように、ラッシュ電流及び負荷のオン、オフの繰り返しにより劣化することがなく、許容温度にマージンをとる必要がないので、電線径を細径化することができ、電線の小型、軽量化を図ることができ、ひいては燃費向上の効果を発揮することができる。

　また、従来のフューズは５［Ａ］、７．５［Ａ］、１０［Ａ］、１５［Ａ］、２０［Ａ］・・のように決められた電流値が設定されていたが、本実施形態に係る負荷回路の保護装置では、疑似導体抵抗ｒ*、及び疑似熱抵抗Ｒ*を適宜設定することにより、任意の電流値（例えば、６［Ａ］、１２．５［Ａ］等）を設定できるので、電線径の細径化に役立てることができる。

　また、温度推定方式を利用しているため、１つの負荷に対して１つのフューズの構成を備える負荷回路のみならず、下流側に分岐した複数の負荷が接続されるシステムや、ランダムなタイミングで負荷のオン、オフが行われる負荷回路にも適用することができる。

［第２実施形態の説明］
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、（１）式及び（２）式に示した導体抵抗ｒ、及び熱抵抗Ｒをそれぞれ疑似導体抵抗ｒ*、及び疑似熱抵抗Ｒ*に変更する例について説明したが、第２実施形態では、（１）式及び（２）式に示した熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更し、且つ、電線の許容温度を実際の許容温度よりも低い疑似許容温度とすることにより、フューズを模擬した温度特性を得る。以下、第２実施形態で用いる温度演算手法について説明する。

　［疑似許容温度を用いた温度演算］
　上述した（１）式、（２）式において、電線の許容温度を実際の値（例えば、１５０℃）よりも低い値に変更すれば、電線の推定温度Ｔ２が許容温度に達するまでの所要時間が短くなる。以下、詳細に説明する。

　図７は、許容温度１５０℃の電線（以下、サンプル電線という）を使用し、このサンプル電線に２０［Ａ］の電流（小さめの過電流）を連続して流したときの電線温度の変化を示す特性図であり、（ｂ）は（ａ）に示す“Ｃ”部分の拡大図である。また、図７に示す曲線ｓ２９は、時間経過に対する電線温度の変化を示す特性図、曲線ｓ３０は、電線温度が２６℃を示す線、曲線ｓ３１は、電線温度が１５０℃を示す線である。

　そして、図７（ｂ）に示すように、周囲温度が２５℃の環境下で電線に２０［Ａ］の電流が継続して流れた場合には、電線温度は０．３３［sec］で２６℃に達する。即ち、曲線ｓ２９とｓ３０が交差する。また、図７（ａ）に示すように、周囲温度が２５℃の環境下で電線に２０［Ａ］の電流が継続して流れた場合には、電線温度は６８［sec］で１５０℃に達する。即ち、曲線ｓ２９とｓ３１が交差する。従って、電線の許容温度を低い値に変更することにより、電線の推定温度Ｔ２が許容温度に達するまでの所要時間が短くすることができる。

　図８は、サンプル電線に５０［Ａ］の電流（大きめの過電流）を連続して流したときの電線温度の変化を示す特性図であり、（ｂ）は（ａ）に示す“Ｄ”部分の拡大図、（ｃ）は（ａ）に示す“Ｅ”部分の拡大図である。また、図７に示す曲線ｓ３２は、時間経過に対する電線温度の変化を示す特性図、曲線ｓ３３は、電線温度が２６℃を示す線、曲線ｓ３４は、電線温度が１５０℃を示す線である。

　そして、図８（ｃ）に示すように、周囲温度が２５℃の環境下で電線に５０［Ａ］の電流が継続して流れた場合には、電線温度は０．０２８［sec］で２６℃に達する。即ち、曲線ｓ３２とｓ３３が交差する。また、図８（ｂ）に示すように、周囲温度が２５℃の環境下で電線に５０［Ａ］の電流が継続して流れた場合には、電線温度は５．５［sec］で１５０℃に達する。即ち、曲線ｓ３２とｓ３４が交差する。従って、上述した２０［Ａ］の場合と同様に、電線の許容温度を低い値に変更することにより、電線の推定温度Ｔ２が許容温度に達するまでの所要時間が短くすることができる。

　［疑似熱抵抗Ｒ*を用いた温度演算手法］
　また、前述した図５，図６で説明したように、サンプル電線に２０［Ａ］、５０［Ａ］の電流を継続して流した場合には、疑似熱抵抗Ｒ*を用いことにより、飽和温度を低減させることができる。

　以上の内容をまとめると、電線の許容温度を実際の許容温度（例えば、１５０℃）よりも低く設定した疑似許容温度（例えば、２６℃）に変更することにより、電線の推定温度Ｔ２が許容温度に達するまでの所要時間を短くすることができ、更に、上述した（１）、（２）式に用いられる熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更することにより、電線の飽和温度を低下させることができる。

　本実施形態では、電線の許容温度を実際の許容温度よりも低い疑似許容温度に設定し、且つ上記の（１）式、（２）式に用いられる熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更した式、即ち、下記の（１ｂ）式、（２ｂ）式を設定する。

　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ１²×ｒ×（Ｒ*）×｛１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　…（１ｂ）
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ２²×ｒ×（Ｒ*）×｛ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　…（２ｂ）
　　　　（電線の許容温度＝２６［℃］、Ｒ*＝０．３［℃／Ｗ］）
　そして、上記（１ｂ）、（２ｂ）式を用いて、電線の推定温度が疑似許容温度に達した場合に、電子スイッチＳ１を遮断して回路を保護する。

　以下、上記した（１ｂ）式、（２ｂ）式を設定する手順について説明する。

　図１４に示す曲線ｓ１は、許容温度を１５０℃としたときの、電流・遮断時間特性を示す特性図である。即ち、曲線ｓ１は、上述した（１）式の左辺のＴ２を１５０℃に固定したときの、右辺の電流Ｉ１と経過時間ｔ［sec］との関係を示している。

　また、曲線ｓ１１は、許容温度を疑似許容温度（５０℃）に設定したときの、電流・遮断時間特性を示す特性図、曲線ｓ１１′は、許容温度を疑似許容温度（５００℃）に設定したときの、電流・遮断時間特性を示す特性図である。そして、各曲線ｓ１、ｓ１１、ｓ１１′から理解されるように、疑似許容温度を実際の許容温度よりも低い値に変更した場合には、曲線は左下方向に向けてシフトし、実際の許容温度よりも高い値に変更した場合には、曲線は右上方向に向けてシフトする。

　そこで、図９に示した曲線ｓ１（許容温度；１５０℃）に対して、疑似許容温度を２６℃とした場合には、図１５の曲線ｓ１２に示す曲線が得られる。

　図１５に示すように、電流が１０［Ａ］を超える領域では、曲線ｓ１２は曲線ｓ２とｓ３の間となる特性を有している。しかし、電流が１０［Ａ］以下となる領域では、曲線ｓ３よりも大きく左側にシフトし、更には、負荷特性曲線ｓ４よりも左側にシフトしている。これは、負荷に通常電流が流れた場合に、負荷回路が遮断されることを意味する。

　また、図１２に示したように、実際の熱抵抗Ｒよりも小さい疑似熱抵抗Ｒ*を用いた場合には、電流・遮断時間特性曲線の左端の値は、図１２中の右側にシフトし、実際の熱抵抗Ｒよりも大きい疑似熱抵抗Ｒ*を用いた場合には、電流・遮断時間特性曲線の左端の値は、図１２中の左側にシフトする。

　従って、疑似許容温度を２６℃に設定し、且つ、疑似熱抵抗Ｒ*を０．３［℃／Ｗ］（即ち、Ｒ*＜Ｒ＝７．５３［℃／Ｗ］）とすることにより、図１６の特性曲線ｓ１３に示すように、特性曲線ｓ１２の最小電流を右側にシフトさせた特性曲線を得ることができる。そして、特性曲線ｓ１３は、特性曲線ｓ２とｓ３の間となる特性を有しているので、フューズを模擬した電流・遮断時間特性を有することになる。

　上記のことから、電線の許容温度を実際の許容温度である１５０℃から疑似許容温度２６℃に変更し、更に、（１）、（２）式に用いる熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*（例えば、Ｒ*＝０．３［℃／Ｗ］）に変更した（１ｂ）式、（２ｂ）式を設定し、この（１ｂ）式、（２ｂ）式を用いて電線の温度を推定し、推定した電線温度が疑似許容温度（２６℃）に達した場合に、電子スイッチＳ１（図２参照）を遮断すれば、従来のフューズとほぼ同等の特性を得ることができることになる。なお、この場合の推定温度は、実際の電線温度ではなく、上記の温度演算手法で決められる擬似的な温度であることは言うまでもない。

［第２実施形態の動作説明］
　第２実施形態に係る温度推定処理の手順は、前述した図１７に示したフローチャートに記載した（１ａ）式、（２ａ）式を（１ｂ）式、（２ｂ）式に変更するのみであり、それ以外は図１７と同様であるので説明を省略する。

　このようにして、第２実施形態に係る負荷回路の保護装置では、電線の許容温度を２６℃に変更し、（１）式に示した発熱による温度演算式、及び（２）式に示した放熱による温度演算式に用いられる熱抵抗Ｒを疑似熱抵抗Ｒ*に変更して、（１ｂ）式、（１ｂ）式を得ている。

　そして、このこれらの（１ｂ）、（２ｂ）式を用いて電線Ｗ１の温度を推定し、この推定温度が疑似許容温度（例えば、２６℃）に達した場合には、電子スイッチＳ１を遮断することにより、負荷回路を保護する。従って、負荷１１に過電流が流れ、電線Ｗ１の温度が実際の許容温度（例えば、１５０℃）に達する前の時点で、確実に回路を遮断して電線Ｗ１及びその下流側に設けられる負荷１１を保護することができ、従来のフューズを使用する必要がない。

　また、従来のフューズは５［Ａ］、７．５［Ａ］、１０［Ａ］、１５［Ａ］、２０［Ａ］・・のように決められた電流値が設定されていたが、第２実施形態に係る負荷回路の保護装置では、疑似許容温度、及び疑似熱抵抗Ｒ*を適宜設定することにより、任意の電流値（例えば、６［Ａ］、１２．５［Ａ］等）を設定できるので、電線径の細径化に役立てることができる。

　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、本実施形態は、車両に搭載される負荷回路を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の負荷回路にも適用することができる。

　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と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。

　本出願は、2009年6月4日出願の日本特許出願（特願2009－134793）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。

　フューズを使用することなく負荷回路に用いられる電線、及び半導体スイッチを保護する上で極めて有用である。

　１１　負荷
　１２　ＥＣＵ
　１３　Ｊ／Ｂ（ジャンクションボックス）
　１４　制御ＩＣ
　１５　制御部
　１６　スイッチ回路
　１６１　制御回路（温度推定手段、過電流判定手段、遮断制御手段）
　１６２　タイマ
　１６３　電流計（電流検出手段）
　ＶＢ　バッテリ
　Ｓ１　電子スイッチ（スイッチ手段）
　Ｔｒ１　半導体スイッチ

Claims

　電源、半導体スイッチ、及び負荷が電線を介して接続された負荷回路の、前記電線に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいて前記半導体スイッチを遮断する負荷回路の保護装置において、
　前記電源と負荷の間に設けられるスイッチ手段と、
　前記電線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
　前記電線の発熱量、及び放熱量を算出する演算式に用いられる導体抵抗（ｒ）を、前記負荷回路に用いられる電線を保護するために使用可能なフューズの電流・遮断時間特性を模擬する値が設定された疑似導体抵抗（ｒ*）に変更し、且つ、該演算式に用いられる熱抵抗（Ｒ）を、前記フューズの電流・遮断時間特性を模擬する値が設定された疑似熱抵抗（Ｒ*）に変更した疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を備え、前記疑似発熱温度演算式、疑似放熱温度演算式、及び前記電流検出手段で検出された電流を用いて、前記電線の温度を推定する温度演算手段と、
　前記温度演算手段で算出される推定温度が予め設定した許容温度に達した場合に、過電流であると判定する過電流判定手段と、
　前記過電流判定手段で過電流であると判定された場合に、前記スイッチ手段を遮断する遮断制御手段と、
　を備えることを特徴とする負荷回路の保護装置。
　前記遮断制御手段は、前記スイッチ手段を遮断した後、前記温度演算手段で推定される電線温度が周囲温度まで低下した場合に、前記スイッチ手段を接続可能状態とす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。
　前記疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式に基づく電流・遮断時間特性が、前記フューズの最低の電流・遮断時間特性と、最高の電流・遮断時間特性との間となるように、前記疑似導体抵抗（ｒ*）、及び前記疑似熱抵抗（Ｒ*）を設定することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の負荷回路の保護装置。
　前記電線の発熱量を算出する演算式は下記（１）式であり、前記電線の放熱量を算出する演算式は下記（２）式であることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の負荷回路の保護装置。
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ１²ｒＲ｛１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　…（１）
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ２²ｒＲ｛ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　　　…（２）
　但し、Ｔ１は周囲温度［℃］、Ｔ２は電線の推定温度［℃］、Ｉ１，Ｉ２は通電電流［Ａ］、ｒは電線導体抵抗［Ω］、Ｒは熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｃは熱容量［Ｊ／℃］、ｔは時間［sec］。
　前記疑似導体抵抗（ｒ*）は電線の導体抵抗（ｒ）よりも大きい値であり、前記疑似熱抵抗（Ｒ*）は電線の熱抵抗（Ｒ）よりも小さい値であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の負荷回路の保護装置。
　電源、半導体スイッチ、及び負荷が電線を介して接続された負荷回路の、前記電線に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいて前記半導体スイッチを遮断する負荷回路の保護装置において、
　前記電源と負荷の間に設けられるスイッチ手段と、
　前記電線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
　前記電線の許容温度を実際よりも低い疑似許容温度に設定し、且つ、前記電線の発熱量、及び放熱量を算出する演算式に用いられる熱抵抗（Ｒ）を、前記負荷回路に用いられる電線を保護するために使用可能なフューズの電流・遮断時間特性を模擬する値が設定された疑似熱抵抗（Ｒ*）に変更した疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式を備え、前記疑似発熱温度演算式、疑似放熱温度演算式、及び前記電流検出手段で検出された電流を用いて前記電線の温度を推定する温度演算手段と、
　前記温度演算手段で算出される推定温度が、前記疑似許容温度に達した場合に、過電流であると判定する過電流判定手段と、
　前記過電流判定手段で過電流であると判定された場合に、前記スイッチ手段を遮断する遮断制御手段と、
　を備えることを特徴とする負荷回路の保護装置。
　前記遮断制御手段は、前記スイッチ手段を遮断した後、前記温度演算手段で推定される電線温度が周囲温度まで低下した場合に、前記スイッチ手段を接続可能状態とすることを特徴とする請求項６に記載の負荷回路の保護装置。
　前記疑似発熱温度演算式、及び疑似放熱温度演算式に基づく電流・遮断時間特性が、前記フューズの最低の電流・遮断時間特性と、最高の電流・遮断時間特性との間となるように、前記疑似許容温度、及び前記疑似熱抵抗（Ｒ*）を設定することを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の負荷回路の保護装置。
　前記電線の発熱量を算出する演算式は下記（１）式であり、前記電線の放熱量を算出する演算式は下記（２）式であることを特徴とする請求項６～請求項８のいずれか１項に記載の負荷回路の保護装置。
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ１²ｒＲ｛１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　…（１）
　Ｔ２＝Ｔ１＋Ｉ２²ｒＲ｛ｅｘｐ（－ｔ／Ｃ・Ｒ）｝　　　　　…（２）
　但し、Ｔ１は周囲温度［℃］、Ｔ２は電線の推定温度［℃］、Ｉ１，Ｉ２は通電電流［Ａ］、ｒは電線導体抵抗［Ω］、Ｒは熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｃは熱容量［Ｊ／℃］、ｔは時間［sec］。
　前記疑似熱抵抗（Ｒ*）は、電線の熱抵抗（Ｒ）よりも小さい値であることを特徴とする請求項６～請求項９のいずれか１項に記載の負荷回路の保護装置。