WO2014077266A1 - 電力供給制御装置 - Google Patents

Abstract

電源１１と負荷１２との間に設けられ、電源１１から負荷１２への電力供給を制御する電力供給制御装置１０であって、電源１１から負荷１２へ供給される電力の通断電を行うパワーＭＯＳＦＥＴ１７と、グランド電位と電気的に接続された導電路としてのグランドラインＧＬに接続されるとともに、グランドラインＧＬがグランド電位にないときにパワーＭＯＳＦＥＴ１７の通電を遮断する通電遮断回路１９と、通電遮断回路１９に接続されたグランドラインＧＬから電源１１側の導電路に向かう方向を順方向としてグランドラインＧＬと電源１１側の導電路との間に接続された第１整流回路２１とを備える。

Description

電力供給制御装置

　本発明は、電力供給制御装置に関する。

　従来より電源から負荷に供給する電力を制御する電力供給制御装置が知られている。
　この種の電力供給制御装置には、電源と負荷との間にＦＥＴ（Field Effect Transistor）を配し、グランド電位を基準としたＦＥＴのゲートの電位を制御することで、ＦＥＴをオンオフするものがある。

　このようにグランド電位を基準としてＦＥＴをオンオフする場合には、断線等によりグランド電位が確定されていない状態、いわゆるグランド浮きが生じた場合には、ＦＥＴを正常に動作させることができない。

　特許文献１の電力供給制御装置は、負荷への電力の供給を制御するＭＯＳＦＥＴと、グランド端子が正規に接地されていない場合にＭＯＳＦＥＴを強制遮断状態とする強制遮断回路とを備えており、グランド浮きが生じた場合には、ＭＯＳＦＥＴによる電力の供給が遮断されるようになっている。

特開２００７－２０１７２３号公報

　ところで、この種の電力供給制御装置を電源側に接続するに際して、電力供給制御装置の端子と電源側の端子の極性（正負）を逆に接続すると、電源からの電力の供給を制御するＦＥＴを介して負荷に連なる経路に対して、ＦＥＴがオフされていても、ＦＥＴのボディダイオード（寄生ダイオード）を通って負荷側から電源側に電流が逆流する場合がある。この場合、逆流した電流がボディダイオードの容量を超えてしまいＦＥＴの損傷等を生じることが懸念される。そのため、電力供給制御装置がグランド浮きによる不具合を防止するだけでなく、電源側の端子の極性を逆に接続したことによるＦＥＴの損傷等を防止することができれば望ましい。

　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、グランド浮きによる不具合及び電源側の極性を逆に接続したことによるＦＥＴの損傷を防止することが可能な電力供給制御装置を提供することを目的とする。

　本発明は、電源と負荷との間に設けられ、前記電源から前記負荷への電力供給を制御する電力供給制御装置であって、前記電源から前記負荷へ供給される電力の通断電を行うＦＥＴと、グランド電位と電気的に接続された導電路としてのグランドラインに接続されるとともに、前記グランドラインがグランド電位にないときに前記ＦＥＴの通電を遮断する通電遮断回路と、前記通電遮断回路に接続された前記グランドラインから前記電源側の導電路に向かう方向を順方向として前記グランドラインと前記電源側の導電路との間に接続された第１整流回路と、を備える。

　本構成によれば、断線等によりグランド浮きが生じ、グランドラインがグランド電位にないときには、通電遮断回路により、ＦＥＴの通電が遮断されるため、グランド浮きによる不具合を防止できる。

　ここで、電源の正負の極性を逆にして接続した場合には、グランドラインが高電位となり、電源側がグランド電位となるが、この場合は、第１整流回路により、高電位となったグランドラインからグランド電位となった電源側に電流が流れることで、通電遮断回路をオフし、ＦＥＴを通電させることができる。このように、電源側の極性を逆にして接続した際にＦＥＴが通電していれば、逆方向に流れる電流が、例えば、ＦＥＴに形成されるボディダイオード（寄生ダイオード）の容量を超えることによるＦＥＴの損傷等を防止することが可能になる。
　これにより、グランド浮きによる不具合及び電源側の極性を逆に接続したことによるＦＥＴの損傷を防止することが可能となる。
　上記構成の実施態様として以下の構成を有すれば好ましい。
・前記第１整流回路は、ダイオードである。
　このようにすれば、第１整流回路の構成を簡素化することができる。

・前記ＦＥＴには、前記電力の通断電を制御する制御信号が導電路としての制御ラインを通って与えられ、前記グランドラインから前記制御ラインに向かう方向を順方向として前記グランドラインと前記制御ラインの間に接続された第２整流回路を備える。
　このようにすれば、電源側の極性を逆に接続した際に、第２整流回路により、ＦＥＴを確実に動作させることが可能になる。

　本発明によれば、電力供給制御装置について、グランド浮きによる不具合及び電源側の極性を逆に接続したことによるＦＥＴの損傷を防止することが可能となる。

実施形態１の電力供給制御装置の電気的構成を示す図 図１に対して電源側の極性を逆にして電力供給制御装置に接続した状態の電気的構成を示す図 比較例としてグランド浮きによる不具合を防止する通電遮断回路を備えた電力供給制御装置の電気的構成を示す図 比較例として電源側の端子の極性を逆に接続したことによるパワーＭＯＳＦＥＴの損傷を防止する整流回路を備えた電力供給制御装置の電気的構成を示す図 図４の電源側の端子の極性を逆に接続して電力供給制御装置に接続した状態の電気的構成を示す図 比較例としてグランド浮きによる不具合を防止する回路、及び、電源側の端子の極性を逆にして接続したことによるパワーＭＯＳＦＥＴの損傷を防止する回路を組み合わせた状態の電力供給制御装置の電気的構成を示す図 図６の電源の極性を逆にして電力供給制御装置に接続した状態の電気的構成を示す図

　＜実施形態１＞
　実施形態１の電力供給制御装置１０を図１ないし図７を参照しつつ説明する。
　電力供給制御装置１０は図示しない自動車等の車両に搭載され、電源１１から負荷１２への電力供給制御を行うために使用される。

　電源１１は、バッテリやオルタネータ等からなり、正負の一対の極性を有する端子を備え、正極側が電力供給制御装置１０の電源側端子１４に接続され、負極側が車両のグランドに接続される。
　負荷１２は、例えば車両用のランプ、クーリングファン用モータ、ワイパー用モータやデフォッガー用ヒータなどの電装品から構成され、一方の端子が電力供給制御装置１０の負荷側端子１５に接続され、他方の端子が車両のグランドに接続される。
　本実施形態の電力供給制御装置１０は、電源１１の正極と負荷１２との間に配されるハイサイドドライバとして使用されている。

　電力供給制御装置１０は、ＩＣ（Integrated Circuit）１３からの制御信号に応じて電源１１から負荷１２へ供給される電力の通断電を行うパワーＭＯＳＦＥＴ１７（本発明の構成である「ＦＥＴ」の一例）と、車両のグランドと電気的に接続されるグランドラインＧＬがグランド電位にあるときにパワーＭＯＳＦＥＴ１７の通電を可能とし、グランドラインＧＬがグランド電位にないときに、パワーＭＯＳＦＥＴ１７の通電を遮断する通電遮断回路１９と、通電遮断回路１９に接続されたグランドラインＧＬから電源１１の正極に電気的に接続される導電路に順方向に接続された第１整流回路２１と、グランドラインＧＬから制御信号が送信される制御ラインＣＬに順方向に接続された第２整流回路２２を備える。

　ＩＣ１３は、負荷１２に供給される電力の通断電を制御する制御部として用いられており、パワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲートに定電圧信号、或いは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）制御信号などの制御信号を与えてオンオフ動作させることで、電源１１から負荷１２への電力供給を制御する。

　このＩＣ１３は、パワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲートと制御ラインＣＬを介して接続されるとともに、電源１１の正極側と接続される電源側端子１４と、車両のグランドに接続（車体に接地）されるグランド端子１６とに接続される。

　パワーＭＯＳＦＥＴ１７は、Ｎチャネル型であって、そのゲートが制御ラインＣＬ（導電路）の抵抗１８を介してＩＣ１３と接続され、ドレインが電源側端子１４に接続され、ソースが負荷側端子１５に接続されている。

　通電遮断回路１９は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴからなり、そのゲートがグランドラインＧＬ（導電路）の抵抗２０を介してグランド端子１６に接続され、ドレインがパワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲートに接続され、ソースが負荷側端子１５に接続される。

　第１整流回路２１は、通電遮断回路１９のゲートとパワーＭＯＳＦＥＴ１７のドレインとの間に電気的に接続されたダイオードであり、通電遮断回路１９のゲートからパワーＭＯＳＦＥＴ１７のドレインに向かう方向が順方向とされている。

　第２整流回路２２は、ダイオードであって、一端側がグランドラインＧＬに接続されるとともに、他端側が制御ラインＣＬに接続されており、グランドラインＧＬから制御ラインＣＬに向かう方向が順方向とされている。
　なお、制御ラインＣＬにおける第２整流回路２２とパワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲートとの間には、抵抗１８が配されており、グランドラインＧＬにおける第１整流回路２１と第２整流回路２２との間には、抵抗２０が配されている。

　次に、電力供給制御装置１０におけるグランド浮きによる不具合及び電源１１側の極性が逆に接続された場合のパワーＭＯＳＦＥＴ１７の損傷を防止する構成について、比較例を用いて説明する。
　図３は、比較例としてグランド浮きによる不具合を防止する回路（電源の逆接によるパワーＭＯＳＦＥＴ１７の損傷を防止する回路は備えていない）を備えた電力供給制御装置２３の構成を示し、図４は、比較例として電源１１側の極性が逆に接続された場合のパワーＭＯＳＦＥＴ１７の損傷を防止する回路（グランド浮きによる不具合を防止する回路は備えていない）を備えた電力供給制御装置２４の構成を示す。

　図３の電力供給制御装置２３は、電源１１と負荷１２との間にドレイン－ソースが接続され、ＩＣ１３に連なる制御ラインＣＬにゲートが接続されたパワーＭＯＳＦＥＴ１７と、パワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲート－ソース間にドレイン－ソースが接続され、グランド端子１６にゲートが接続された通電遮断回路１９とを備える（実施形態１の第１整流回路２１及び第２整流回路２２を備えない）。

　この電力供給制御装置２３によれば、グランドラインＧＬにグランド浮きが生じた場合には、グランドラインＧＬの電位が通電遮断回路１９をオン状態とするゲート－ソース間の閾値電圧よりも高い電圧になる。これにより、通電遮断回路１９がオンするとともに、パワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲートの電位が下がって（ゲート－ソース間の電圧が下がり）パワーＭＯＳＦＥＴ１７がオフするため、グランド浮きが生じた場合には、電源１１から負荷１２への電力の供給を遮断することができる。

　図４の電力供給制御装置２４は、電源１１と負荷１２との間にドレイン－ソースが接続され、ＩＣ１３に連なる制御ラインＣＬにゲートが接続されたパワーＭＯＳＦＥＴ１７と、グランド端子１６に接続された導電路から制御ラインＣＬに順方向に接続された整流回路２２を備える（実施形態１の通電遮断回路１９及び第１整流回路２１を備えない）。

　この回路では、電源１１の正負の極性を逆にして電力供給制御装置２４の端子（電源側端子１４及び負荷側端子１５）に接続した場合には、パワーＭＯＳＦＥＴ１７がオフされていると、パワーＭＯＳＦＥＴ１７に本来的に備わっているボディダイオード２５（寄生ダイオード）に負荷１２から電源１１に向けて電流が流れる（図５参照）。このボディダイオード２５は、電流容量が大きくないため、パワーＭＯＳＦＥＴ１７のオフ時に負荷１２側から電源１１側に流れる電流により、パワーＭＯＳＦＥＴ１７（のボディダイオード２５）に損傷が生じるおそれがある。

　一方、図５の電力供給制御装置２４は、グランド端子１６から制御ラインＣＬに向けて順方向に整流回路２２が接続されているため、電源１１を逆接した場合には、電源１１から整流回路２２を介してパワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲートに電流Ｉａが供給される。これにより、電源１１の逆接時には、パワーＭＯＳＦＥＴ１７がオンし、電源１１の逆接時に負荷１２側から電源１１側に流れる電流Ｉｂは、ボディダイオード２５ではなく、パワーＭＯＳＦＥＴ１７のオン時における通常の通電経路を通る。パワーＭＯＳＦＥＴ１７のオン時の通電経路は、所定の電流容量が確保されているため、パワーＭＯＳＦＥＴ１７を損傷させることがないように構成されている。

　次に、上記したグランド浮きによる不具合を防止する回路（図３）、及び、電源１１の極性を逆に接続した場合のパワーＭＯＳＦＥＴ１７の損傷を防止する回路（図４）を組み合わせた仮想的な電力供給制御装置２６を図６に示す。

　図６の電力供給制御装置２６では、電源１１と負荷１２との間にドレイン－ソースが接続され、ＩＣ１３に連なる制御ラインＣＬにゲートが接続されたパワーＭＯＳＦＥＴ１７と、パワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲート－ソース間にドレイン－ソースが接続され、グランド端子１６に連なるグランドラインＧＬにゲートが接続された通電遮断回路１９と、グランドラインＧＬから制御ラインＣＬに順方向に接続された整流回路２２を備える。

　電力供給制御装置２６では、グランド浮きが生じた場合には、図３の電力供給制御装置２３と同様に、グランドラインＧＬのグランド電位が通電遮断回路１９をオンさせる通電遮断回路１９のゲート－ソース間の閾値電圧よりも高くなる。これにより、通電遮断回路１９がオンするとともに、パワーＭＯＳＦＥＴ１７がオフするため、グランド浮きが生じた際には、負荷１２への電力の供給が遮断される。

　一方、図７に示すように、電源１１の極性を逆にして電力供給制御装置２６に接続された場合には、通電遮断回路１９がオンされることになるが、このとき、整流回路２２を通った電流はパワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲートに供給されず、通電遮断回路１９のドレインーソース間に流れるため、パワーＭＯＳＦＥＴ１７はオフされた状態となる。このように、パワーＭＯＳＦＥＴ１７がオフされた状態であると、負荷１２側から電源１１側に流れる電流が、パワーＭＯＳＦＥＴ１７のボディダイオード２５の所定容量以上流れてパワーＭＯＳＦＥＴ１７（のボディダイオード２５）に損傷が生じるおそれがあるため望ましくない。

　一方、図１に示す実施形態１では、図６の回路と比較して、通電遮断回路１９のゲートと、パワーＭＯＳＦＥＴ１７のドレイン（電源１１の正極に接続された導電路）との間に、通電遮断回路１９のゲートからパワーＭＯＳＦＥＴ１７のドレインに向かう方向を順方向とする第１整流回路２１が接続されている。

　これにより、断線やグランド端子１６の接触不良等によりグランド浮きが生じた場合には図６と同様にパワーＭＯＳＦＥＴ１７をオフできる。一方、電源１１の極性が逆に接続されている場合には、図２に示すように、第１整流回路２１は、通電遮断回路１９のゲートとパワーＭＯＳＦＥＴ１７のドレインとの間に接続されるとともに、通電遮断回路１９のゲートからパワーＭＯＳＦＥＴ１７のドレインに向けて順方向に接続されているため、通電遮断回路１９のゲート側の電位を、グランド電位となった電源１１側の電位に応じた電位に下げる（通電遮断回路１９のゲート側の電位を、電源１１側のグランド電位に対して順方向電圧分だけ高い電圧に下げる）ことになり、通電遮断回路１９は、オフされる。

　通電遮断回路１９がオフされると、パワーＭＯＳＦＥＴ１７がオンされるため、電源１１の逆接時に負荷１２側から流れる電流は、ボディダイオード２５ではなく、パワーＭＯＳＦＥＴ１７の本来的な通電経路を通る。パワーＭＯＳＦＥＴ１７の本来的な通電経路は、所定の電流容量が確保されているため、パワーＭＯＳＦＥＴ１７を損傷させることがない。

　本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
　本実施形態によれば、断線等によりグランド浮きが生じ、グランドラインＧＬがグランド電位にないときには、通電遮断回路１９により、パワーＭＯＳＦＥＴ１７の通電が遮断されるため、グランド浮きによる不具合を防止できる。

　ここで、電源１１の正負の極性を逆にして接続した場合には、グランドラインＧＬが高電位となり、電源１１側がグランド電位となるが、この場合は、第１整流回路２１により、高電位となったグランドラインＧＬからグランド電位となった電源１１側に電流が流れることで、通電遮断回路１９のゲート側の電位を下げて、通電遮断回路１９をオフし、パワーＭＯＳＦＥＴ１７を通電させることができる。

　このように、電源１１側の極性を逆にして接続した際にパワーＭＯＳＦＥＴ１７が通電していれば、逆方向に流れる電流が、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ１７に形成されるボディダイオードの容量を超えることによるパワーＭＯＳＦＥＴ１７の損傷を防止することが可能になる。
　これにより、グランド浮きによる不具合及び電源１１側の極性を逆に接続したことによるパワーＭＯＳＦＥＴ１７の損傷等を防止することが可能となる。

　また、第１整流回路２１は、ダイオードである。
　このようにすれば、第１整流回路２１の構成を簡素化することができる。

　さらに、パワーＭＯＳＦＥＴ１７には、電力の通断電を制御する制御信号が導電路としての制御ラインＣＬを通って与えられ、グランドラインＧＬから制御ラインＣＬに向かう方向を順方向としてグランドラインＧＬと制御ラインＣＬの間に接続された第２整流回路２２を備える。
　このようにすれば、電源１１側の極性を逆に接続した際には、第２整流回路２２により、パワーＭＯＳＦＥＴ１７を確実に動作させることが可能になる。

　＜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）上記実施形態では、通電遮断回路１９は、ＭＯＳＦＥＴからなる構成としたが、これに限られない。例えば、バイポーラトランジスタを用いて通電遮断回路を構成してもよい。

　（２）上記実施形態では、電力供給制御装置１０は、第２整流回路２２を備えていたが、第２整流回路２２を備えない電力供給制御装置としてもよい。

１０，２３，２４，２６…電力供給制御装置
１１…電源
１２…負荷
１３…ＩＣ
１４…電源側端子
１５…負荷側端子
１６…グランド端子
１７…パワーＭＯＳＦＥＴ（ＦＥＴ）
１９…通電遮断回路
２１…第１整流回路
２２…第２整流回路
２５…ボディダイオード
ＣＬ…制御ライン
ＧＬ…グランドライン

Claims (3)

1. 電源と負荷との間に設けられ、前記電源から前記負荷への電力供給を制御する電力供給制御装置であって、
   　前記電源から前記負荷へ供給される電力の通断電を行うＦＥＴと、
   　グランド電位と電気的に接続された導電路としてのグランドラインに接続されるとともに、前記グランドラインがグランド電位にないときに前記ＦＥＴの通電を遮断する通電遮断回路と、
   　前記通電遮断回路に接続された前記グランドラインから前記電源側の導電路に向かう方向を順方向として前記グランドラインと前記電源側の導電路との間に接続された第１整流回路と、を備える電力供給制御装置。
2. 前記第１整流回路は、ダイオードである請求項１に記載の電力供給制御装置。
3. 前記ＦＥＴには、前記電力の通断電を制御する制御信号が導電路としての制御ラインを通って与えられ、
   　前記グランドラインから前記制御ラインに向かう方向を順方向として前記グランドラインと前記制御ラインの間に接続された第２整流回路を備える請求項１又は請求項２に記載の電力供給制御装置。

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