WO2011037170A1 - 電力供給制御装置 - Google Patents

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豊 樋口
成治 高橋
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
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    • H02P29/0241—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/68—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive based on the temperature of a drive component or a semiconductor component

Definitions

  • the present invention relates to a power supply control device, and more particularly to a technique for restoring power supply after power supply to a load is interrupted.
  • a high-power semiconductor switch element such as a power MOSFET is provided in an energization path connecting a power source and a load, and the current supply to the load is controlled by turning on and off the semiconductor switch element.
  • a power supply control device that protects an energization path to an overcurrent from overcurrent.
  • a device that controls the potential of the control terminal of the semiconductor switch element by a control circuit to turn off the semiconductor switch element to cut off the current supply (references) 1).
  • the present invention has been completed based on the above situation, and the power supply control device according to the present invention is connected to an energization path for supplying power from a power source to a load, and power from the power source to the load.
  • a power supply control device for controlling supply wherein the switch circuit is provided between the power source and the energization path and switches between energization and de-energization from the power source to the load, and start of energization to the load or
  • the switch circuit is controlled in accordance with an energization instruction signal for instructing termination, and the temperature of the energization path is calculated.
  • the switch circuit An energization path protection circuit that prohibits energization of the energization path and protects the energization path, and the energization path protection circuit has a predetermined threshold when the energization of the switch circuit is inhibited. If decreases to a value temperature, it cancels the prohibition of energizing of the switching circuit.
  • the power supply is restored after the power supply is interrupted based on the temperature of the energization path (electric wire) without using the timer circuit for timing the energization prohibition (interruption) period. For this reason, it is possible to easily restore the power supply after the power supply is cut off while reliably protecting the energization path.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a power supply control device according to an embodiment of the present invention.
  • the time chart which shows roughly the time transition of each signal which concerns on embodiment Time chart schematically showing the time transition of each signal related to motor lock
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a power supply control device 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a time chart showing a time transition of each signal according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a time chart showing a time transition of each signal according to the present embodiment when the load is a motor.
  • the power supply control device 10 is connected between a power supply Ba and a load 50, and is connected to an energization path 51 that supplies power from the power supply Ba to the load 50, and from the power supply Ba to the load 50. Control power supply.
  • the power supply control device 10 mainly includes a SW (switch) input detection circuit 40, a switch circuit 30, and an energization path protection circuit 20.
  • the power supply control device 10 is formed on the printed circuit board 11, and the energization path 51 is a wiring section 51 ⁇ / b> A formed on the printed circuit board 11, and a wire section (hereinafter simply referred to as “wire” 51B).
  • the power supply control apparatus 10 shows the example arrange
  • the power source Ba is a battery, and an example in which, for example, a fan motor as the load 50 is driven and controlled by the power supply control device 10 via the energization path 51 is shown.
  • the battery voltage Vb is directly applied to the switch circuit 30, but the battery voltage Vb is applied to the energizing path protection circuit 20 and the SW input detection circuit 40 via a voltage converter (not shown). Is converted into a predetermined voltage and applied.
  • the power supply control device of the present invention is not limited to this embodiment, and can be applied to any power supply control device used for controlling power supply to a load and protecting a power feeding path.
  • the load is not limited to the motor.
  • the SW input detection circuit 40 is connected to the input switch SW.
  • the SW input detection circuit 40 receives an input signal (energization instruction signal) Sin instructing the start of energization of the load 50 and generates an output instruction signal (energization instruction signal) Stn. That is, in the present embodiment, an instruction to start energization of the load 50 is performed by turning on the input switch SW.
  • the SW input detection circuit 40 receives an input signal Sin instructing the end of energization of the load 50.
  • the switch circuit 30 is provided between the battery Ba and the energization path 51, and switches between energization and de-energization from the battery Ba to the load 50 in accordance with the energization control signal Scn from the energization path protection circuit 20.
  • the switch circuit 30 is configured as a semiconductor switch, and includes a main switch 31 that supplies power to the load 50 and a sense transistor (current detection means) 32 for detecting a load current (energization current) I.
  • the main switch 31 and the sense transistor 32 are configured by, for example, an N-channel FET (field effect transistor) as shown in FIG.
  • the energization path protection circuit 20 includes an energization determination control circuit 21, an electric wire temperature calculation circuit 22, a current detection circuit (current detection means) 23, and an environmental temperature sensor (temperature detection means) 24, and a switch circuit according to the energization instruction signal Stn. 30 is permitted, and when the temperature Tw of the energization path 51 (hereinafter referred to as “wire temperature”) reaches a predetermined upper limit value Tsm, energization of the switch circuit 30 is prohibited to protect the energization path 51.
  • the energization path protection circuit 20 protects at least one of the wiring portion 51A and the electric wire 51B. In this embodiment, although the example which protects the electric wire 51B is shown, it is not limited to this.
  • the wiring part 51A may be protected by the energization path protection circuit 20, or both the wiring part 51A and the electric wire 51B may be protected.
  • the energization path protection circuit 20 cancels the prohibition of energization of the switch circuit 30 when the energization of the switch circuit 30 is inhibited (cut off) and the wire temperature Tw decreases to a predetermined threshold temperature Tth. . That is, in this embodiment, the return of the power supply after the power supply is cut off is performed based on the wire temperature Tw.
  • the current detection means includes a current detection circuit 23 and a sense transistor 32, and detects a load current I flowing through the electric wire 51B via the switch circuit 30.
  • the current detection circuit 23 multiplies the sense current detected by the sense transistor 32 by a predetermined amount to convert it into a load current (energization current) I. Information on the energization current I is provided to the wire temperature calculation circuit 22.
  • the environmental temperature sensor 24 is provided, for example, in the vicinity of the electric wire temperature calculation circuit 22, and here, for example, detects the environmental temperature Ta in the engine room of the automobile. Information on the detected ambient temperature Ta is provided to the wire temperature calculation circuit 22.
  • the environmental temperature Ta is not limited to the temperature in the engine room.
  • the wire temperature calculation circuit 22 calculates and estimates the wire rising temperature ⁇ Tw from the environmental temperature Ta based on the difference between the heat generation of the wire 51B due to the energization current I and the heat dissipation of the wire 51B. Then, the wire temperature calculation circuit 22 adds the calculated wire rising temperature ⁇ Tw to the environmental temperature Ta to calculate the wire temperature Tw.
  • the electric wire temperature calculation circuit 22 provides information on the calculated electric wire rise temperature ⁇ Tw and electric wire temperature Tw to the energization determination control circuit 21.
  • the wire temperature calculation circuit 22 samples the energization current I every predetermined time ⁇ t, and substitutes the value of each energization current I into the following equation (1) to calculate the wire rise temperature ⁇ Tw.
  • ⁇ Tw (n) ⁇ Tw (n ⁇ 1) ⁇ exp ( ⁇ t / ⁇ w) + Rthw ⁇ Rw (n ⁇ 1) ⁇ I (n ⁇ 1) 2 ⁇ (1-exp ( ⁇ t / ⁇ w)) (1)
  • ⁇ Tw (n) Wire rise temperature at the time of detection n times (° C)
  • Rw (n) Rw (0) ⁇ (1 + ⁇ w ⁇ (Tw ⁇ To)) : Wire resistance at detection n times ( ⁇ )
  • Rw (0) Wire resistance ( ⁇ ) at a predetermined reference temperature
  • the energization determination control circuit 21 controls energization and de-energization of the switch circuit 30 according to the energization instruction signal Stn from the SW input detection circuit 40.
  • the switch circuit 30 Prohibit energization of.
  • the upper limit value Tsm of the wire temperature Tw is the wire smoke temperature. That is, when the electric wire temperature Tw reaches the electric wire smoke generation temperature Tsm, the energization determination control circuit 21 turns off the main switch 31 of the switch circuit 30 and prohibits the energization of the load 50 in order to protect the electric wire 51B. . Therefore, smoke generation of the electric wire 51B can be suitably prevented, and energization can be allowed up to around the smoke generation temperature Tsm.
  • the energization determination control circuit 21 cancels the prohibition of energization of the switch circuit 30 when the electric wire temperature Tw drops to a predetermined threshold temperature Tth when the switch circuit 30 is turned off and the energization is interrupted. .
  • the SW input detection circuit 40 supplies an output instruction signal (energization instruction signal) Stn to the energization determination control circuit 21.
  • the energization determination control circuit 21 generates an energization control signal Scn that turns on the main switch 31 of the switch circuit 30 in response to the output instruction signal Stn, and turns on the main switch 31. Then, the energization current I is supplied from the battery Ba to the load 50, and the wire temperature Tw rises from the environmental temperature Ta.
  • the sense transistor 32 and the current detection circuit 23 detect the load current I, and the environmental temperature sensor 24 detects the environmental temperature Ta. Further, the wire temperature calculation circuit 22 calculates the wire rising temperature ⁇ Tw from the environmental temperature Ta based on the equation 1, and adds the wire rising temperature ⁇ Tw to the environmental temperature Ta to calculate the wire temperature Tw.
  • the value of the energization current I shows the short-circuit current Is when a short circuit occurs in the electric wire 51B and the normal current In that normally flows. That is, FIG. 2 shows a case where a short circuit has occurred in the electric wire 51B at time t0.
  • the SW input detection circuit 40 supplies an output instruction signal Stn for stopping the energization current I to the energization determination control circuit 21.
  • the energization determination control circuit 21 generates an energization control signal Scn that prohibits energization of the main switch 31 according to the output instruction signal Stn, and the main switch 31 is turned off by the energization control signal Scn. Then, the energization current I to the load 50 is interrupted, and the calculated wire temperature Tw decreases.
  • the input detection circuit 40 supplies the output instruction signal Stn for flowing the energization current I to the energization determination control circuit 21 as at time t0. .
  • the energization determination control circuit 21 turns on the main switch 31 in response to the output instruction signal Stn. Then, the electric wire temperature Tw calculated according to the energization current I rises from the temperature at that time.
  • the energization determination control circuit 21 connects the electric wire 51B.
  • the main switch 31 is turned off (shut off), and energization to the load 50 is prohibited.
  • the electric wire temperature Tw is lowered, and the electric wire 51B does not cause smoke but is appropriately protected.
  • the switch circuit 30 After time t5, the switch circuit 30 is brought into a latch (prohibition of energization) state, and the wire temperature Tw decreases. In the latch state, the switch circuit 30 is turned off regardless of whether the input switch SW is turned on or off. Therefore, even when the input switch SW is repeatedly turned on and off after time t6 in FIG. 2, energization of the load 50 is not permitted in this embodiment, and the wire temperature Tw further decreases.
  • the wire temperature Tw decreases to a predetermined threshold temperature Tth or less, and the wire rising temperature ⁇ Tw becomes equal to or less than the determination increase amount (corresponding to the “predetermined temperature value” in the present invention) ⁇ T_lower.
  • the energization determination control circuit 21 turns on the main switch 31 and resumes energization to the load 50. That is, the power supply to the load 50 is restored at time t7 when the power supply is cut off at time t5 in FIG. 2 and the electric wire temperature Tw is lowered to a predetermined threshold temperature Tth or less.
  • the threshold temperature Tth is set as a value obtained by adding a predetermined temperature value (determination increase amount ⁇ T_lower) to the environmental temperature Ta. Therefore, by appropriately setting a predetermined temperature value ⁇ T_lower according to the installation state of the power supply control device 10, the timing for returning the power supply to the load 50, that is, the balance between the return time and the reliability of the wire protection Can be adjusted as appropriate.
  • the threshold temperature Tth may be set to a temperature close to the environmental temperature Ta. That is, the predetermined addition temperature (determination increase amount ⁇ T_lower) may be small, for example, between 3 ° C. and 0.1 ° C.
  • the input switch SW is turned on to start energization of the fan motor 50 at time t10 in FIG. 3 when the fan motor 50 is locked by a twig or the like.
  • the energization determination control circuit 21 generates an energization control signal Scn for turning on the main switch 31 of the switch circuit 30 in response to turning on of the input switch SW as in the case of FIG.
  • the energization current I which is the lock current Ick, is supplied from the battery Ba to the load 50, and the wire temperature Tw suddenly rises from the environmental temperature Ta.
  • the energization determination control circuit 21 protects the electric wire 51B. Therefore, the main switch 31 is turned off (shut off), and the energization of the fan motor 50 is prohibited. By prohibiting energization, the electric wire temperature Tw is lowered, and the electric wire 51B does not cause smoke but is appropriately protected. Then, the main switch 31 is brought into a latched state, and then the electric wire temperature Tw is lowered.
  • the energization determination control circuit 21 switches the main switch 31. Is turned on to resume energization of the load 50. That is, the power supply to the fan motor 50 is restored at time t12 in FIG.
  • the lock current Ick again flows and the wire temperature Tw rises.
  • the energization determination control circuit 21 turns off the main switch 31 in order to protect the wire 51B even if the input switch SW is in the on state again. And energization of the fan motor 50 is prohibited. When the energization is prohibited, the wire temperature Tw decreases.
  • the motor lock is released at time t14.
  • the energization determination control circuit 21 turns on the main switch 31 and starts energizing the load 50. That is, the power supply to the fan motor 50 is restored again at time t15 in FIG. At that time, an inrush current flows, but thereafter, the current becomes the normal current In, and thus the wire temperature Tw becomes the normal temperature.
  • the timer circuit for measuring the cutoff period is not used, and the return of the power supply after the power supply cutoff is performed based on the wire temperature Tw. Therefore, the power supply can be easily restored after the power supply is cut off while reliably protecting the electric wire 51B. At this time, safe re-energization can be ensured by setting the threshold temperature Tth, that is, the determination increase amount ⁇ T_lower to a temperature at which a sufficient cooling period of the electric wire 51B can be ensured.
  • the power supply control device 10 of the present invention when the power supply control device 10 of the present invention is applied to the fan motor 50 or the like that locks, even when the lock current Ick flows, it is possible to have a safe return condition (sufficient cooling of the electric wire 51B). It becomes. Therefore, it becomes possible to use the electric wire 51B thinner than the conventional electric wire. As a result, when the power supply control device 10 is mounted on a vehicle, the wire harness of the vehicle can be reduced in weight, and thus the vehicle can be reduced in weight.
  • a condition (latch release condition) for canceling the energization inhibition of the switch circuit 30 is as follows:
  • the input switch SW may be turned off a predetermined number of times, for example, 3, 5, or 10 times. That is, the energization path protection circuit 20 may receive the energization instruction signal Stn for instructing the end of energization to the load a predetermined number of times.
  • the vehicle ignition (IG) switch may be turned off. That is, the SW input detection circuit 40 receives a signal from the IG switch (see FIG. 1) and generates an energization instruction signal Stn in response to the vehicle IG switch being turned off. Then, the energization path protection circuit 20 may cancel the prohibition of energization of the switch circuit 30 by the energization instruction signal Stn when the ignition switch is turned off.
  • the operation mode of the power supply control device may be waked up from the sleep mode. That is, the energization path protection circuit 20 may cancel the prohibition of energization of the switch circuit 30 when the energization of the switch circuit 30 is prohibited and when the energization path is waked up from the sleep mode.
  • the sleep mode refers to a state in which the function of the power supply control device is stopped except for the function of canceling the sleep mode in order to suppress the current consumption of the power supply control device.
  • the SW input detection circuit 40 receives an input signal (wake-up signal) Sin
  • the power supply control device is woken up to be in a normal operation state.
  • the wakeup signal is not limited to the input signal Sin.
  • latch release condition for canceling the prohibition of energization of the switch circuit 30 and limiting the latch release
  • the threshold temperature Tth is set as a value obtained by adding a predetermined temperature value (determination increase amount ⁇ T_lower) to the environmental temperature Ta, but is not limited thereto.
  • the threshold temperature Tth may be set as a predetermined constant temperature that does not depend on the environmental temperature Ta. Even in this case, the reliability of wire protection can be ensured.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the detection of the energization current may be performed using, for example, a shunt resistor, or may be performed based on the drain-source voltage Vds of the main switch (N channel FET).
  • each circuit of the power supply control device 10 is configured as an individual circuit
  • the present invention is not limited thereto.
  • the energization path protection circuit 20 excluding the environmental temperature sensor 24 and the SW input detection circuit 40 may be configured by an ASIC (application-specific integrated circuit).

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Abstract

電力供給制御装置は、電源と通電路との間に設けられ、電源から負荷への通電および非通電を切替えるスイッチ回路および通電路保護回路を備える。通電路保護回路は、負荷への通電の開始または終了を指示する通電指示信号（入力ＳＷ信号）に応じてスイッチ回路の切替を制御するとともに、通電路の温度Ｔｗを算出し、算出された通電路の温度Ｔｗが所定の上限値Ｔｓｍに達した場合、スイッチ回路の通電を禁止する。また、スイッチ回路の通電を禁止した場合において、通電路の温度が所定のしきい値温度ｔｈまで低下した場合、スイッチ回路の通電の禁止を解除する。

Description

電力供給制御装置
　本発明は、電力供給制御装置に関し、特に、負荷への電力供給が遮断された後に電力供給を復帰する技術に関する。
　従来、電源と負荷とを接続する通電路内に、例えばパワーＭＯＳＦＥＴなどの大電力用半導体スイッチ素子を設け、この半導体スイッチ素子をオン・オフさせることにより負荷への電流供給を制御するとともに、負荷への通電路を過電流から保護するようにした電力供給制御装置が提供されている。このような電力供給制御装置では、過電流が流れると上記半導体スイッチ素子の制御端子の電位を制御回路によって制御して当該半導体スイッチ素子をオフにして通電を遮断するものが知られている（文献１参照）。また、同文献において、遮断された通電を復帰させるために、所定の遮断期間を計時する遮断期間カウンタ（タイマ回路）を設け、タイマ回路がタイムアップしたことを条件に通電を復帰させる技術が示されている。
特開２００７－１７４４９０号公報
（発明が解決しようとする課題）
　しかしながら、上記タイマ回路を用いて通電を復帰させようとする場合、遮断期間が長い場合には、計時時間の増大に伴ってタイマ回路の規模が大きくなる。そのため、電力供給制御装置によって複数の負荷の通電制御を行う場合、タイマ回路の大型化は、装置の小型化にとって不都合となっていた。また、通電路の保護に関連して遮断期間を変更する場合には、タイマ回路による計時時間を設定変更する必要があった。そのため、通電路を確実に保護しつつ、電力供給遮断後の電力供給の復帰を簡易に行うことのできる電力供給制御装置が所望されていた。
（課題を解決するための手段）
　本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、本発明に係る電力供給制御装置は、電源から負荷へ電力を供給する通電路に接続され、前記電源から前記負荷へ電力供給を制御する電力供給制御装置であって、前記電源と前記通電路との間に設けられ、前記電源から前記負荷への通電および非通電を切替えるスイッチ回路と、前記負荷への通電の開始または終了を指示する通電指示信号に応じて前記スイッチ回路の切替を制御するとともに、前記通電路の温度を算出し、前記算出された通電路の温度が所定の上限値に達した場合、前記スイッチ回路の通電を禁止して前記通電路の保護を行う通電路保護回路と、を備え、通電路保護回路は、前記スイッチ回路の通電を禁止した場合において、前記通電路の前記温度が所定のしきい値温度まで低下した場合、前記スイッチ回路の通電の禁止を解除する。
　本構成によれば、通電の禁止（遮断）期間を計時するためのタイマ回路を用いず、電力供給遮断後の電力供給の復帰は、通電路（電線）の温度に基づいて行われる。そのため、通電路を確実に保護しつつ、電力供給遮断後の電力供給の復帰を簡易に行うことができる。
本発明の一実施形態に係る電力供給制御装置の概略的なブロック図 実施形態に係る各信号の時間推移を概略的に示すタイムチャート モータロック時に係る各信号の時間推移を概略的に示すタイムチャート
　１０...電力供給制御装置
　１１...プリント基板
　２０...通電路保護回路
　２１...通電判断制御回路
　２２...電線温度演算回路
　２３...電流検出回路（電流検出手段）
　２４...環境温度センサ（温度検出手段）
　３０...スイッチ回路
　３１...メインスイッチ（スイッチ回路）
　３２...センストランジスタ（電流検出手段）
　５０...ファンモータ（負荷）
　５１...通電路
　５１Ａ...配線線部（通電路）
　５１Ｂ...電線部（通電路）
　Ｉ...通電電流
　Ｔａ...環境温度
　Ｔｔｈ...しきい値温度
　Ｔｗ...電線温度（通電路の温度）
　ΔＴｗ...電線上昇温度（通電路の上昇温度）
　ΔＴ_lower...判定上昇量（所定の温度値）
　＜実施形態＞
　本発明の実施形態について図１から図３を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電力供給制御装置１０の概略的なブロック図である。図２は、本実施形態に係る各信号の時間推移を示すタイムチャートである。図３は、負荷がモータである場合の本実施形態に係る各信号の時間推移を示すタイムチャートである。
　１．回路構成
　電力供給制御装置１０は、図１に示されるように、電源Ｂａと負荷５０との間において、電源Ｂａから負荷５０へ電力を供給する通電路５１に接続され、電源Ｂａから負荷５０へ電力供給を制御する。
　電力供給制御装置１０は、大きくは、ＳＷ（スイッチ）入力検出回路４０、スイッチ回路３０、および通電路保護回路２０とを含む。電力供給制御装置１０はプリント基板１１上に形成され、通電路５１は、プリント基板上１１に形成される配線部５１Ａと、配線部５１Ａと負荷５０とを接続する電線部（以下、単に「電線」という）５１Ｂとを含む。
　なお、本実施形態においては、電力供給制御装置１０は、自動車のエンジンルーム内に配置される例を示す。電源Ｂａはバッテリであり、負荷５０として例えばファンモータが、通電路５１を介して電力供給制御装置１０によって駆動制御される例が示される。また、図１において、スイッチ回路３０にはバッテリ電圧Ｖｂが直接印加されるが、通電路保護回路２０およびＳＷ入力検出回路４０には、電圧変換器（図示せず）を介して、バッテリ電圧Ｖｂが、所定の電圧に変換されて印加される。
　また、本発明の電力供給制御装置は、本実施形態に限られず、負荷への電力供給を制御するとともに給電路を保護するために用いられる、あらゆる電力供給制御装置に適用可能である。負荷もモータに限られない。
　ＳＷ入力検出回路４０は入力スイッチＳＷに接続される。ＳＷ入力検出回路４０は、入力スイッチＳＷがオンされると、負荷５０への通電の開始を指示する入力信号（通電指示信号）Ｓｉｎを受け取って出力指示信号（通電指示信号）Ｓｔｎを生成する。すなわち、本実施形態においては、負荷５０への通電開始の指示は、入力スイッチＳＷがオンされることによって行われる。
　また、ＳＷ入力検出回路４０は、入力スイッチＳＷがオフされた場合、負荷５０への通電の終了を指示する入力信号Ｓｉｎを受け取る。
　スイッチ回路３０は、バッテリＢａと通電路５１との間に設けられ、バッテリＢａから負荷５０への通電および非通電を、通電路保護回路２０からの通電制御信号Ｓｃｎに応じて切替える。ここで、スイッチ回路３０は半導体スイッチとして構成され、負荷５０に電力を供給するメインスイッチ３１と負荷電流（通電電流）Ｉを検出するためのセンストランジスタ（電流検出手段）３２とを含む。メインスイッチ３１およびセンストランジスタ３２は、例えば、図１に示されるように、ＮチャネルＦＥＴ（電界効果トランジスタ）によって構成される。
　通電路保護回路２０は、通電判断制御回路２１、電線温度演算回路２２、電流検出回路（電流検出手段）２３、および環境温度センサ（温度検出手段）２４を含み、通電指示信号Ｓｔｎにしたがってスイッチ回路３０の通電を許可するとともに、通電路５１の温度（以下「電線温度」という）Ｔｗが所定の上限値Ｔｓｍに達した場合、スイッチ回路３０の通電を禁止して通電路５１を保護する。
　なお、通電路保護回路２０は、配線部５１Ａおよび電線５１Ｂの少なくとも一方の保護を行う。本実施形態では、電線５１Ｂの保護を行う例が示されるが、これに限定されない。例えば、通電路保護回路２０によって配線部５１Ａの保護が行われるようにしてもよいし、配線部５１Ａおよび電線５１Ｂの両方の保護が行われるようにしてもよい。
　また、通電路保護回路２０は、スイッチ回路３０の通電を禁止（遮断）した場合において、電線温度Ｔｗが所定のしきい値温度Ｔｔｈまで低下した場合に、スイッチ回路３０の通電の禁止を解除する。すなわち、本実施形態においては、電力供給遮断後の電力供給の復帰は、電線温度Ｔｗに基づいて行われる。
　電流検出手段は、電流検出回路２３およびセンストランジスタ３２を含み、スイッチ回路３０を介して電線５１Ｂに流れる負荷電流Ｉを検出する。電流検出回路２３は、センストランジスタ３２によって検出されるセンス電流を所定倍して負荷電流（通電電流）Ｉに換算する。通電電流Ｉの情報は、電線温度演算回路２２に提供される。
　環境温度センサ２４は、例えば、電線温度演算回路２２の近傍に設けられ、ここでは、例えば、自動車のエンジンルーム内の環境温度Ｔａを検出する。検出された環境温度Ｔａの情報は、電線温度演算回路２２に提供される。なお、環境温度Ｔａは、エンジンルーム内の温度に限られない。
　電線温度演算回路２２は、通電電流Ｉによる電線５１Ｂの発熱と、電線５１Ｂの放熱との差に基づいて、環境温度Ｔａからの電線上昇温度ΔＴｗを算出して、推定する。そして、電線温度演算回路２２は、環境温度Ｔａに、算出された電線上昇温度ΔＴｗを加算して、電線温度Ｔｗを算出する。電線温度演算回路２２は、算出した電線上昇温度ΔＴｗおよび電線温度Ｔｗの情報を通電判断制御回路２１に提供する。
　ここで、電線温度演算回路２２は、例えば、所定時間Δｔ毎に通電電流Ｉをサンプリングし、各通電電流Ｉの値を下式（１）に代入して、電線上昇温度ΔＴｗを算出する。
ΔＴｗ（ｎ）＝ΔＴｗ（ｎ－１）×ｅｘｐ（－Δｔ／τｗ）＋Ｒｔｈｗ
　×Ｒｗ（ｎ－１）×Ｉ（ｎ－１）２×（１－ｅｘｐ（－Δｔ／τｗ））　......（１）
ここで、Ｉ（ｎ）：検出ｎ（１以上の整数）回目の検出通電電流値（Ａ）
　　ΔＴｗ（ｎ）：検出ｎ回時での電線上昇温度（℃）
　　　Ｒｗ（ｎ）＝Ｒｗ（０）×（１＋κｗ×（Ｔｗ－Ｔｏ））
　　　　　　　　：検出ｎ回時の電線抵抗（Ω）
　　　Ｒｗ（０）：所定基準温度Ｔｏでの電線抵抗（Ω）
　　　　Ｒｔｈｗ：電線熱抵抗（℃／Ｗ）
　　　　　　τｗ：電線放熱時定数（ｓ）
　　　　　　κｗ：電線抵抗温度係数（／℃）
なお、式（１）において、通電電流Ｉが含まれない第１項が電線５１Ｂの放熱を示し、通電電流Ｉを含む第２項が通電電流Ｉによる電線５１Ｂの発熱を示している。すなわち、負荷５０への通電が遮断されて通電電流Ｉが無い場合は、電線５１Ｂの放熱によって、電線温度Ｔｗが決定される。
　通電判断制御回路２１は、ＳＷ入力検出回路４０からの通電指示信号Ｓｔｎにしたがってスイッチ回路３０の通電および非通電を制御するとともに、電線温度Ｔｗが所定の上限値Ｔｓｍに達した場合、スイッチ回路３０の通電を禁止する。なお、ここで電線温度Ｔｗの上限値Ｔｓｍは、電線発煙温度とされる。すなわち、通電判断制御回路２１は、電線温度Ｔｗが電線発煙温度Ｔｓｍに達した場合、電線５１Ｂを保護するために、スイッチ回路３０のメインスイッチ３１をオフして、負荷５０への通電を禁止する。そのため、電線５１Ｂの発煙を好適に防止できるとともに、発煙温度Ｔｓｍ近辺まで通電を許容できる。
　また、通電判断制御回路２１は、スイッチ回路３０をオフして通電を遮断した場合において、電線温度Ｔｗが所定のしきい値温度Ｔｔｈまで低下した場合に、スイッチ回路３０の通電の禁止を解除する。
　２．電力供給制御装置の基本動作
　次に、まず図２のタイムチャートを参照して、本実施形態における電力供給制御装置１０の基本動作を説明する。なお、図２の最下段には、比較のために、本実施形態と異なり、電線温度Ｔｗに基づいて、通電復帰されない例を示す。
　今、負荷５０が停止状態である、図２の時刻ｔ０において、負荷５０への通電を開始させるために入力スイッチＳＷがオンされたとする。すると、入力スイッチＳＷのオンに応じて、ＳＷ入力検出回路４０は、出力指示信号（通電指示信号）Ｓｔｎを通電判断制御回路２１に供給する。
　通電判断制御回路２１は出力指示信号Ｓｔｎに応じてスイッチ回路３０のメインスイッチ３１をオンする通電制御信号Ｓｃｎを生成して、メインスイッチ３１をオンさせる。すると、通電電流ＩがバッテリＢａから負荷５０に供給され、電線温度Ｔｗが環境温度Ｔａから上昇する。
　すなわち、負荷５０への通電指令に応じて、センストランジスタ３２および電流検出回路２３は負荷電流Ｉを検出し、環境温度センサ２４は環境温度Ｔａを検出する。また、電線温度演算回路２２は、式１に基づいて、環境温度Ｔａからの電線上昇温度ΔＴｗを算出して、環境温度Ｔａに電線上昇温度ΔＴｗを加算して、電線温度Ｔｗを算出する。
　なお、図２には、通電電流Ｉの値として、電線５１Ｂにショートが発生した場合のショート電流Ｉｓと通常時に流れる通常電流Ｉｎとが示される。すなわち、図２には、時刻ｔ０において電線５１Ｂにショートが発生している場合が示されている。
　図２の時刻ｔ１において、電線５１Ｂのショートが一旦解除されると、通電電流Ｉがショート電流Ｉｓから通常電流Ｉｎに減少する。このとき、通電電流Ｉによる発熱よりも電線５１Ｂの放熱のほうが大きくなるため、算出される電線温度Ｔｗは低下する。
　次いで、図２の時刻ｔ２において通電電流Ｉが再び通常電流Ｉｎからショート電流Ｉｓに増加すると、電線温度Ｔｗも増加する。そして、図２の時刻ｔ３において入力スイッチＳＷがオフされると、ＳＷ入力検出回路４０は、通電電流Ｉを停止するための出力指示信号Ｓｔｎを通電判断制御回路２１に供給する。通電判断制御回路２１は、出力指示信号Ｓｔｎに応じてメインスイッチ３１の通電を禁止する通電制御信号Ｓｃｎを生成して、メインスイッチ３１は通電制御信号Ｓｃｎによってオフさせる。すると、負荷５０への通電電流Ｉは遮断され、算出される電線温度Ｔｗは低下する。
　次いで、図２の時刻ｔ４において再び入力スイッチＳＷがオンされたとすると、時刻ｔ０と同様に、入力検出回路４０は、通電電流Ｉを流すための出力指示信号Ｓｔｎを通電判断制御回路２１に供給する。通電判断制御回路２１は出力指示信号Ｓｔｎに応じてメインスイッチ３１をオンさせる。すると、通電電流Ｉに応じて算出される電線温度Ｔｗは、その時の温度から上昇する。
　そして、例えば、図２の時刻ｔ５において電線温度Ｔｗが電線発煙温度Ｔｓｍに達した場合、本実施形態においては、入力スイッチＳＷがオン状態であっても、通電判断制御回路２１は、電線５１Ｂを保護するために、メインスイッチ３１をオフ（遮断）して、負荷５０への通電を禁止する。通電が禁止されることによって電線温度Ｔｗは低下し、電線５１Ｂは発煙に至らず、適切に保護される。
　時刻ｔ５以降、スイッチ回路３０は、ラッチ（通電の禁止）状態とされ、電線温度Ｔｗは低下する。ラッチ状態において、スイッチ回路３０は、入力スイッチＳＷのオン・オフにかかわらずオフ状態とされる。そのため、図２の時刻ｔ６以降において、入力スイッチＳＷのオン・オフが繰り替えされた場合においても、本実施形態においては負荷５０への通電は許可されず、電線温度Ｔｗはさらに低下する。
　そして、図２の時刻ｔ７において、電線温度Ｔｗが所定のしきい値温度Ｔｔｈ以下まで低下し、電線上昇温度ΔＴｗが判定上昇量（本発明における「所定の温度値」に相当）ΔＴ_lower以下となった場合、通電判断制御回路２１は、メインスイッチ３１をオンして、負荷５０への通電を再開する。すなわち、図２の時刻ｔ５において電力供給が遮断され、電線温度Ｔｗが所定のしきい値温度Ｔｔｈ以下まで低下した時刻ｔ７において、負荷５０への電力供給が復帰される。
　ここで、しきい値温度Ｔｔｈは、環境温度Ｔａに所定の温度値（判定上昇量ΔＴ_lower）を加算したものとして設定される。そのため、電力供給制御装置１０の設置状況に応じて、所定の温度値ΔＴ_lowerを適宜設定することによって、負荷５０への電力供給を復帰するタイミング、すなわち、復帰時間と電線保護の信頼性とのバランスを適宜調整することができる。例えば、電線保護の信頼性を重きが置かれる場合は、しきい値温度Ｔｔｈを環境温度Ｔａに近い温度に設定するようにすればよい。すなわち、所定の加算温度（判定上昇量ΔＴ_lower）を小さく、例えば、３℃から０．１℃の間とするようにすればよい。
　なお、図２の最下段の比較例においては、時刻ｔ５において電線温度Ｔｗが電線発煙温度Ｔｓｍに達した場合、本実施形態と異なり、スイッチ回路３０がラッチ状態とされない。そのため、時刻ｔ５において、負荷５０への通電が遮断されるものの、図２の時刻ｔ６以降において、入力スイッチＳＷのオン・オフに応じてメインスイッチ３１がオン・オフされる。それに応じて、通電電流Ｉが流れ、電線温度Ｔｗは、電線発煙温度Ｔｓｍ近辺で上下動を繰り返すこととなる。そのため、この場合、電線が長時間、発煙温度付近にさらされることとなり、劣化する虞がある。
　３．負荷がモータの場合
　次に、図３のタイムチャートを参照して、特に、負荷であるファンモータ５０がロックする場合における、上記基本動作を有する電力供給制御装置１０の動作を説明する。なお、本実施形態においては、電線５１Ｂとして、ファンモータ５０の電力供給に使用される通常の電線よりも細い電線が使用される。また、図３の最下段には、比較のために、電線５１Ｂとして、想定される期間のロック電流Ｉｃｋに耐えることのできる通常の電線（本実施形態よりも太い電線）が使用される例を示す。
　今、ファンモータ５０が小枝等によってロック状態にある、図３の時刻ｔ１０において、ファンモータ５０への通電を開始させるために入力スイッチＳＷがオンされたとする。すると、図２の場合と同様に入力スイッチＳＷのオンに応じて、通電判断制御回路２１はスイッチ回路３０のメインスイッチ３１をオンする通電制御信号Ｓｃｎを生成して、メインスイッチ３１をオンさせる。すると、ここでは、ロック電流Ｉｃｋである通電電流ＩがバッテリＢａから負荷５０に供給され、電線温度Ｔｗが環境温度Ｔａから急に上昇する。
　そして、図３の時刻ｔ１１において、電線温度Ｔｗが電線発煙温度Ｔｓｍに達した場合、本実施形態においては、入力スイッチＳＷがオン状態であっても、通電判断制御回路２１は、電線５１Ｂを保護するために、メインスイッチ３１をオフ（遮断）して、ファンモータ５０への通電を禁止する。通電が禁止されることによって電線温度Ｔｗは低下し、電線５１Ｂは発煙に至らず、適切に保護される。そして、メインスイッチ３１はラッチ状態とされ、その後、電線温度Ｔｗは低下する。
　一方、通常の電線を使用する場合には、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１においては、電線温度Ｔｗは電線発煙温度Ｔｓｍに達しない。そのため、図３の太い破線で示されるように、ロック電流Ｉｃｋは遮断されず、継続して流れる。
　次いで、図３の時刻ｔ１２において、電線温度Ｔｗが所定のしきい値温度Ｔｔｈ以下まで低下し、電線上昇温度ΔＴｗが判定上昇量ΔＴ_lower以下となった場合、通電判断制御回路２１は、メインスイッチ３１をオンして、負荷５０への通電を再開する。すなわち、図３の時刻ｔ１２において、ファンモータ５０への電力供給が復帰される。
　すると、再び、ロック電流Ｉｃｋが流れて電線温度Ｔｗが上昇する。時刻ｔ１３において電線温度Ｔｗが電線発煙温度Ｔｓｍに達した場合、再び、入力スイッチＳＷがオン状態であっても、通電判断制御回路２１は、電線５１Ｂを保護するために、メインスイッチ３１をオフ（遮断）して、ファンモータ５０への通電を禁止する。通電が禁止されることによって電線温度Ｔｗは低下する。
　一方、通常の電線を使用する場合には、電線温度Ｔｗが上昇するものの、いまだ、電線発煙温度Ｔｓｍに達しない。そのため、ロック電流Ｉｃｋはさらに継続して流れる。
　次いで、時刻ｔ１４において、モータロックが解除されたとする。そして、時刻ｔ１５において、電線温度Ｔｗが所定のしきい値温度Ｔｔｈ以下まで再び低下した場合、通電判断制御回路２１は、メインスイッチ３１をオンして、負荷５０への通電を開始する。すなわち、図３の時刻ｔ１５において、ファンモータ５０への電力供給が再び復帰される。そのとき、突入電流が流れるが、その後は通常電流Ｉｎとなるため、電線温度Ｔｗは通常温度となる。
　一方、通常の電線を使用する場合には、時刻ｔ１４においてモータロックが解除されたため、その後、電線温度Ｔｗが低下する。
　４．本実施形態の効果、
　上記したように、本実施形態においては、遮断期間を計時するためのタイマ回路を用いず、電力供給遮断後の電力供給の復帰は、電線温度Ｔｗに基づいて行われる。そのため、電線５１Ｂを確実に保護しつつ、電力供給遮断後の電力供給の復帰を簡易に行うことができる。その際、しきい値温度Ｔｔｈ、すなわち、判定上昇量ΔＴ_lowerを、電線５１Ｂの十分な冷却期間を確保できる温度に設定することによって、安全な再通電を確保できる。
　また、本発明の電力供給制御装置１０をロックするファンモータ５０等に適用した場合、ロック電流Ｉｃｋが流れた場合においても、安全な復帰条件（電線５１Ｂの十分な冷却）を持たせることが可能となる。そのため、従来の電線よりも細い電線５１Ｂを使用することが可能になる。その結果、電力供給制御装置１０が車両に搭載される場合、車両のワイヤーハーネスを軽量化でき、ひいては車両を軽量化することができる。
　＜他の実施形態＞
　本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
　（１）本実施形態においては、電線温度Ｔｗが所定のしきい値温度Ｔｔｈまで低下したことを条件に通電が復帰する例を示したがこれに限られない。さらに、スイッチ回路３０の通電を禁止した場合において、負荷５０への通電の終了を指示する通電指示信号Ｓｔｎを受けた場合にスイッチ回路３０の通電の禁止を解除（ラッチ解除）するようにしてもよい。この場合、単に、電線温度Ｔｗが所定のしきい値温度Ｔｔｈまで低下したことのみによって通電が自動復帰すると不都合が生じる場合、例えば、通電路の温度上昇の原因が不明で再度温度上昇を繰り返す場合、原因を取り除いた後に、安全に通電を復帰させることができる。
　また、スイッチ回路３０の通電を禁止した場合において、負荷５０への通電の終了を指示する通電指示信号Ｓｔｎを受けた場合にスイッチ回路３０の通電の禁止を解除する条件（ラッチ解除条件）として、以下のものが考える。
　例えば、入力スイッチＳＷが所定回数、例えば、３回、５回あるいは１０回、オフされた場合としてもよい。すなわち、通電路保護回路２０が、負荷への通電の終了を指示する通電指示信号Ｓｔｎを所定の回数受けた場合としてもよい。
　あるいは、電力供給制御装置が車両に搭載される場合、車両のイグニッション（ＩＧ）スイッチが、オフされた場合としてもよい。すなわち、ＳＷ入力検出回路４０はＩＧスイッチからの信号を受け取り（図１参照）、車両のＩＧスイッチがオフされたことに応じて通電指示信号Ｓｔｎを生成する。そして、通電路保護回路２０は、イグニッションスイッチがオフされた場合の通電指示信号Ｓｔｎによって、スイッチ回路３０の通電の禁止を解除するようにしてもよい。
　また、電力供給制御装置が、スリープモードから起動状態とする機能（Ｗａｋｅ－ｕｐ（ウェイクアップ）機能）を有する場合、電力供給制御装置の動作モードがスリープモードからウェイクアップされた場合としてもよい。すなわち、通電路保護回路２０は、スイッチ回路３０の通電を禁止した場合において、スリープモードからウェイクアップされた場合に、スイッチ回路３０の通電の禁止を解除するようにしてもよい。
　なお、ここで、スリープモードとは、電力供給制御装置の消費電流を抑制するために、電力供給制御装置の機能が、スリープモードを解除する機能を除いて、停止されている状態をいう。スリープモードにおいて、例えば、ＳＷ入力検出回路４０が入力信号（ウェイクアップ信号）Ｓｉｎを受け取ることによって、電力供給制御装置はウェイクアップされ、通常動作状態とされる。なお、ウェイクアップ信号は入力信号Ｓｉｎに限られない。
　このようにスイッチ回路３０の通電の禁止を解除する条件（ラッチ解除条件）を追加してラッチ解除に制限を設けることによって、ラッチ解除の回数を減少させ、通電路５１の劣化を緩和することができる。
　（２）本実施形態においては、しきい値温度Ｔｔｈが、環境温度Ｔａに所定の温度値（判定上昇量ΔＴ_lower）を加算したものとして設定される例を示したが、これに限定されない。しきい値温度Ｔｔｈを環境温度Ｔａに依存しない、所定の一定温度として設定するようにしてもよい。この場合であっても、電線保護の信頼性を確保することができる。
　（３）上記実施形態では、電流検出手段を、電流検出回路２３およびセンストランジスタ３２によって構成する例を示したが、これに限られない。通電電流の検出を、例えば、シャント抵抗を用いて行うようにしてもよいし、あるいはメインスイッチ（ＮチャネルＦＥＴ）のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓに基づいて行うようにしてもよい。
　（４）上記実施形態において、電力供給制御装置１０の各回路を個別の回路として構成する例を示したが、これに限れない。例えば、環境温度センサ２４を除く通電路保護回路２０とＳＷ入力検出回路４０とを、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって構成するようにしてもよい。

Claims (10)

  1. 　電源から負荷へ電力を供給する通電路に接続され、前記電源から前記負荷へ電力供給を制御する電力供給制御装置であって、
    　前記電源と前記通電路との間に設けられ、前記電源から前記負荷への通電および非通電を切替えるスイッチ回路と、
    　前記負荷への通電の開始または終了を指示する通電指示信号に応じて前記スイッチ回路の切替を制御するとともに、前記通電路の温度を算出し、前記算出された通電路の温度が所定の上限値に達した場合、前記スイッチ回路の通電を禁止して前記通電路の保護を行う通電路保護回路と、を備え、
    　通電路保護回路は、前記スイッチ回路の通電を禁止した場合において、前記通電路の前記温度が所定のしきい値温度まで低下した場合、前記スイッチ回路の通電の禁止を解除する、電力供給制御装置。
  2. 　前記通電路保護回路は、
    　前記負荷に流れる通電電流を検出する電流検出手段と、
    　環境温度を検出する温度検出手段と、
    　前記通電路の前記環境温度からの上昇温度を、前記通電路に流れる通電電流による前記通電路の発熱と、前記通電路の放熱との差に基づいて算出し、前記通電路の温度を、前記環境温度に前記通電路の前記上昇温度を加算して算出する電線温度演算回路と、
    　前記通電指示信号にしたがって前記スイッチ回路の通電および非通電を制御するとともに、前記通電路の温度が所定の上限値に達した場合、前記スイッチ回路の通電を禁止する通電判断制御回路とを含む、請求の範囲第１項に記載の電力供給制御装置。
  3. 　前記しきい値温度は、環境温度に所定の温度値を加算した温度である、請求の範囲第１項または第２項に記載の電力供給制御装置。
  4. 　前記所定の上限値は、前記通電路の発煙温度である、請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の電力供給制御装置。
  5. 　前記電力供給制御装置は、前記負荷としてモータへの電力供給を制御する、請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の電力供給制御装置。
  6. 　前記通電路保護回路は、前記スイッチ回路の通電を禁止した場合において、前記負荷への通電の終了を指示する通電指示信号を受けた場合に前記スイッチ回路の通電の禁止を解除する、請求の範囲第１項から第５項のいずれか一項に記載の電力供給制御装置。
  7. 　前記通電路保護回路は、前記スイッチ回路の通電を禁止した場合において、前記負荷への通電の終了を指示する通電指示信号を所定の回数受けた場合に、前記スイッチ回路の通電の禁止を解除する、請求の範囲第６項に記載の電力供給制御装置。
  8. 　該電力供給制御装置は車両に設けられ、
    　前記通電路保護回路は、前記スイッチ回路の通電を禁止した場合において、前記車両のイグニッションスイッチがオフされた場合に、前記スイッチ回路の通電の禁止を解除する、請求の範囲第６項に記載の電力供給制御装置。
  9. 　該電力供給制御装置は、省電力動作状態のスリープモードと、前記スリープモードから通常動作状態に起動させるウェイクアップ機能とを有し、
    　前記通電路保護回路は、前記スイッチ回路の通電を禁止した場合において、前記スリープモードからウェイクアップされた場合に、前記スイッチ回路の通電の禁止を解除する、請求の範囲第１項から第５項のいずれか一項に記載の電力供給制御装置。
  10. 　該電力供給制御装置はプリント基板上に形成され、
    　前記通電路は、前記プリント基板上に形成される配線部と、前記配線部と前記負荷とを接続する電線部とを含み、
    　前記通電路保護回路は、前記配線部および前記電線部の少なくとも一方の保護を行う、請求の範囲第１項から第９項のいずれか一項に記載の電力供給制御装置。
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