WO2018147103A1 - スイッチ制御装置、スイッチ切替え方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

スイッチ制御装置、スイッチ切替え方法及びコンピュータプログラム Download PDF

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WO2018147103A1
WO2018147103A1 PCT/JP2018/002618 JP2018002618W WO2018147103A1 WO 2018147103 A1 WO2018147103 A1 WO 2018147103A1 JP 2018002618 W JP2018002618 W JP 2018002618W WO 2018147103 A1 WO2018147103 A1 WO 2018147103A1
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semiconductor switches
switch
semiconductor
temperature
failure
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PCT/JP2018/002618
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English (en)
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佳佑 若園
克馬 塚本
Original Assignee
株式会社オートネットワーク技術研究所
住友電装株式会社
住友電気工業株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C19/00Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/28Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/003Modifications for increasing the reliability for protection

Definitions

  • the present invention relates to a switch control device, a switch switching method, and a computer program.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-23388 filed on Feb. 10, 2017, and incorporates all the description content described in the above Japanese application.
  • Patent Document 1 discloses a power supply system in which an FET (Field Effect Transistor) functioning as a semiconductor switch is arranged in a power supply path from a battery to a load. In this power supply system, current flows from the battery to the load via the drain terminal and the source terminal of the FET.
  • FET Field Effect Transistor
  • the FET driver adjusts the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET by adjusting the voltage of the gate terminal of the FET.
  • the FET driver adjusts the voltage of the gate terminal of the FET so that the FET is turned on, that is, the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET becomes a sufficiently small value.
  • the FET driver adjusts the voltage at the gate terminal of the FET so that the FET is turned off, that is, the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET becomes a sufficiently large value.
  • the FET is off, no current flows from the battery to the load via the drain terminal and the source terminal of the FET, and no power is supplied to the load.
  • a switch control device performs an on operation for switching on a plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel.
  • the switch switching method performs an on operation for switching on the plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. And a step of performing an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after the on operation is performed.
  • the computer program performs an on operation for switching on the plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. Instructing the computer to execute an instructing step and an instruction to perform an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after instructing to perform the on operation.
  • the present invention can be realized not only as a switch control device including such a characteristic processing unit, but also as a switch switching method using such characteristic processing as a step, It can be realized as a computer program for execution. Further, the present invention can be realized as a semiconductor integrated circuit that realizes part or all of the switch control device, or as a switch control system including the switch control device.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of a power supply system according to Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing of installation of a semiconductor switch. It is sectional drawing of a semiconductor switch. It is a flowchart which shows the procedure of a switching process. It is a flowchart which shows the procedure of a switching process. It is explanatory drawing of the effect of a switch control apparatus. It is a block diagram which shows the principal part structure of the power supply system in Embodiment 2.
  • FIG. It is a flowchart which shows the procedure of a switching process. It is a flowchart which shows the procedure of a switching process. It is explanatory drawing of the effect of a switch control apparatus.
  • a failure that occurs in the FET is a half-on failure.
  • the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET is not sufficiently small, and the off operation for turning off the FET is performed.
  • this is a phenomenon in which the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET does not become a sufficiently large value.
  • the resistance value between the drain terminal and the source terminal is not a sufficiently large value, so that a current flows through the drain terminal and the source terminal.
  • the amount of heat generated from the FET when a current flows through the FET increases as the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET increases.
  • the resistance value between the drain terminal and the source terminal of the FET in which the half-on failure has occurred is not a sufficiently small value. For this reason, when a current flows through an FET in which a half-on failure has occurred, the amount of heat generated from the FET is large, and the temperature of the FET rises rapidly. When the temperature of the FET is high, an element disposed around the FET is overheated, and the performance of the element may be deteriorated.
  • a power supply system in which a plurality of FETs are connected in parallel is conceivable as a power supply system that prevents the temperature of the FET in which a half-on failure has occurred.
  • this power supply system when a half-on failure is detected for at least one of the plurality of FETs, a normal FET among the plurality of FETs is switched on, and the normal FET is kept on. As a result, almost all of the current flowing from the battery to the load passes through the normal FET, so that no current flows through the FET where the half-on failure has occurred, and the temperature rise of the FET is prevented.
  • the elements arranged around the plurality of FETs may be overheated.
  • the performance of the element is degraded. For this reason, it is necessary to open the drain and source terminals of all FETs before the element is overheated.
  • an object is to provide a switch control device, a switch switching method, and a computer program that can open both terminals of all semiconductor switches including a semiconductor switch in which a failure has occurred.
  • a switch control device provides an on-state for switching on a plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel.
  • a first switching unit that performs an operation; and a second switching unit that performs an off operation to switch off the plurality of semiconductor switches after the first switching unit performs the on operation.
  • the first switching unit performs the ON operation when a switch temperature that rises with the temperature of the plurality of semiconductor switches becomes equal to or higher than a predetermined temperature.
  • the first switching unit has a current that flows through the plurality of semiconductor switches equal to or higher than a reference current, even though the OFF operation is performed. In some cases, the ON operation is performed.
  • the second switching unit has a switch temperature that rises with a temperature of the plurality of semiconductor switches after the first switching unit performs the ON operation.
  • the off operation is performed when the temperature becomes equal to or higher than the threshold temperature.
  • the second switching unit is configured such that a current flowing through the plurality of semiconductor switches after the first switching unit performs the ON operation is a threshold current. The off operation is performed when the above is reached.
  • each of the plurality of semiconductor switches includes a terminal, a semiconductor switch body, and a wire connecting the terminal and the semiconductor switch main end.
  • a current flows through the semiconductor switch body, wires and terminals.
  • a switch switching method for turning on a plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. And a step of performing an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after the on operation is performed.
  • a computer program provides an on operation for turning on the plurality of semiconductor switches when a failure is detected in at least one of the plurality of semiconductor switches connected in parallel. And instructing the computer to execute an off operation for switching off the plurality of semiconductor switches after instructing to perform the on operation.
  • the switch control device the switch switching method, and the computer program according to the above aspect, for example, when a half-on failure is detected for at least one of the plurality of semiconductor switches, the plurality of semiconductor switches are switched on. For the on operation. As a result, a normal semiconductor switch is switched on, so that the temperature rise of the semiconductor switch in which a failure has occurred is prevented, and current is supplied through the plurality of semiconductor switches.
  • an off operation for switching the plurality of semiconductor switches off is performed.
  • a normal semiconductor switch is switched off, so that a large current flows through the semiconductor switch in which the failure has occurred, a disconnection has occurred in the semiconductor switch in which the failure has occurred, and the semiconductor in which the failure has occurred Both terminals of the switch are opened.
  • a normal semiconductor switch is off. As a result, both terminals of all semiconductor switches including the semiconductor switch in which the failure has occurred are opened.
  • the switch-on device when the switch temperature becomes equal to or higher than the predetermined temperature, the switch-on device performs the on operation on the assumption that a failure has been detected in at least one of the plurality of semiconductor switches.
  • the switch temperature is a temperature that increases as the temperature of the plurality of semiconductor switches increases.
  • the switch control device when the current flowing through the plurality of semiconductor switches is equal to or higher than the reference current even though the off operation for switching off the plurality of semiconductor switches is performed.
  • the on operation is performed.
  • the switch control device when the switch temperature is equal to or higher than the threshold temperature after performing the ON operation, the current supply through the plurality of semiconductor switches should be stopped. Turn off. As a result, both terminals of the plurality of semiconductor switches including the semiconductor switch in which the failure has occurred are opened, and the temperature of the entire plurality of semiconductor switches decreases.
  • the switch control device if the current flowing through the plurality of semiconductor switches is equal to or higher than the threshold current after the on operation is performed, the current supply through the plurality of semiconductor switches is stopped. It should be turned off. As a result, both terminals of the plurality of semiconductor switches including the semiconductor switch in which the failure has occurred are opened, and the current supply through the plurality of semiconductor switches is stopped.
  • the terminal and the semiconductor switch body are connected by a wire. Since the wire is thin, the resistance value of the wire is large. For this reason, it is easy to break the wire by passing a current through the wire to raise the temperature of the wire. As a result, it is possible to easily open both terminals of a plurality of semiconductor switches including a semiconductor switch in which a failure has occurred.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of a power supply system 1 according to the first embodiment.
  • the power supply system 1 is preferably mounted on a vehicle, and includes a battery 10, a load 11, a switch control device 12, a temperature detection unit 13, and n (n: an integer of 2 or more) semiconductor switches K1, K2,. , Kn.
  • n an integer of 2 or more semiconductor switches K1, K2,. , Kn.
  • Each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn is an N-channel FET, and includes a semiconductor switch body 20, a drain terminal 21, a source terminal 22, and a gate terminal 23. In each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the drain terminal 21, the source terminal 22, and the gate terminal 23 are connected to the semiconductor switch body 20.
  • N semiconductor switches K1, K2,..., Kn are connected in parallel.
  • the drain terminal 21 is connected to the positive electrode of the battery 10
  • the source terminal 22 is connected to one end of the load 11.
  • the negative electrode of the battery 10 and the other end of the load 11 are grounded.
  • the gate terminals 23 of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are connected to the gate terminals 23 of other semiconductor switches and to the switch control device 12.
  • the switch control device 12 is connected to a temperature detection unit 13 and an external device 30.
  • the parallel which concerns on n semiconductor switch K1, K2, ..., Kn does not mean exact parallel, but means substantial parallel. Therefore, for example, in a state where the series circuit of the semiconductor switch K1 and the resistor is connected between the drain terminal 21 and the source terminal 22 of another semiconductor switch, the n semiconductor switches K1, K2,. It is in a state of being connected in parallel.
  • the semiconductor switches K1, K2,..., Kn when the voltage of the gate terminal 23 with respect to the potential of the source terminal 22 is equal to or higher than a certain voltage, the resistance value between the drain terminal 21 and the source terminal 22 is sufficiently high. A small current flows through the drain terminal 21 and the source terminal 22. At this time, the semiconductor switches K1, K2,..., Kn are each turned on.
  • each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn when the voltage of the gate terminal 23 with respect to the potential of the source terminal 22 is less than a certain voltage, the resistance value between the drain terminal 21 and the source terminal 22 is sufficiently high. The current does not flow through the drain terminal 21 and the source terminal 22. At this time, each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn is off.
  • the switch control device 12 performs an on operation for switching on the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the ON operation is an operation of increasing the gate voltage, which is the voltage of the gate terminal 23 with respect to the ground potential, for each of the semiconductor switches K1, K2,.
  • the voltage of the gate terminal 23 with respect to the potential of the source terminal 22 increases, and the resistance value between the drain terminal 21 and the source terminal 22 is sufficiently large.
  • the switch control device 12 performs an off operation for switching off the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn.
  • the off operation is an operation of lowering the gate voltage for each of the semiconductor switches K1, K2,.
  • the voltage of the gate terminal 23 increases with respect to the potential of the source terminal 22, and the resistance value between the drain terminal 21 and the source terminal 22 is sufficiently small. Become.
  • switch control device 12 When the switch control device 12 is turned on, normal semiconductor switches among the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are turned on substantially simultaneously. Similarly, when the switch control device 12 performs an off operation, normal semiconductor switches among n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are turned off substantially simultaneously.
  • the temperature detector 13 detects the switch temperature.
  • the switch temperature is a temperature around n semiconductor switches K1, K2,.
  • the temperature detection unit 13 outputs temperature information indicating the detected switch temperature to the switch control device 12.
  • the external device 30 also instructs the switch control device 12 to turn on the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, and the n semiconductor switches K1, K2,. And an off signal for instructing to turn off.
  • the switch control device 12 performs an on operation or an off operation based on the signal input from the external device 30 and the switch temperature indicated by the temperature information input from the temperature detection unit 13.
  • n semiconductor switches K1, K2,..., Kn When n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are switched on, current flows from the battery 10 to the load 11 via the n semiconductor switches K1, K2,. The power is supplied to the load 11. When the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are turned off, the current supply through the n semiconductor switches K1, K2,. The power supply to is stopped.
  • a half-on failure may occur in each of the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the ON operation is performed, the resistance value between the drain terminal 21 and the source terminal 22 does not decrease to a sufficiently small value, and the OFF operation is performed. This is a phenomenon in which the resistance value between the drain terminal 21 and the source terminal 22 does not increase to a sufficiently large value.
  • the resistance value between the drain terminal 21 and the source terminal 22 of the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred is not a sufficiently small value, it is generated in a unit time from the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred.
  • the amount of heat to be generated is large, and the temperature of the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred rapidly rises. As a result, the switch temperature also rises rapidly.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the installation of the semiconductor switches K1, K2, and K3.
  • FIG. 2 shows an example where n is 3.
  • the power supply system 1 further includes two conductive plates 14 and 15 and a circuit board 16. Each of the conductive plates 14 and 15 is a so-called bus bar.
  • the direction perpendicular to the plate surface of the conductive plate 14 is substantially the same as the direction perpendicular to the plate surface of the conductive plate 15.
  • the end face of the conductive plate 14 is opposed to the end face of the conductive plate 15 with a certain interval.
  • a common circuit board 16 is disposed on the plate surfaces of the conductive plates 14 and 15.
  • a through hole 16a is provided at a location corresponding to a portion where the end faces of the conductive plates 14 and 15 face each other, and three semiconductor switches K1, K2, and K3 are provided in the through hole 16a. is set up.
  • the drain terminal 21 is connected to the conductive plate 14, and the source terminal 22 is connected to the conductive plate 15. Yes. Therefore, for each of the semiconductor switches K1, K2, and K3, the drain terminal 21 is connected to the positive electrode of the battery 10 via the conductive plate 14, and the source terminal 22 is connected to one end of the load 11 via the conductive plate 15. Has been.
  • the gate terminals 23 of the semiconductor switches K1, K2, and K3 are connected to the circuit board 16. For each of the semiconductor switches K1, K2, and K3, the circuit board 16 is disposed between the gate terminal 23 and the conductive plate 15, and no current flows between the gate terminal 23 and the conductive plate 15.
  • n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are installed in the same manner as in the case where n is 3. That is, for each of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the drain terminal 21 is connected to the conductive plate 14, the source terminal 22 is connected to the conductive plate 15, and the gate terminal 23 is connected to the circuit board 16. Is done.
  • the temperature detector 13 is installed on the circuit board 16. As described above, the temperature detector 13 detects the switch temperature. The switch temperature rises by heat conducted from the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn to the temperature detection unit 13 through the air, and further, the n semiconductor switches K1, K2,. , Kn from the conductive plates 14, 15 and the circuit board 16, the temperature rises due to the heat conducted to the temperature detection unit 13. Therefore, the switch temperature rises with the temperature of the entire n semiconductor switches K1, K2,.
  • An element (not shown) is arranged on the circuit board 16.
  • the temperature of the element rises by heat conducted from the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn to the element through the air, and from the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the element performance may be deteriorated.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor switch K1.
  • One plate surface of the drain terminal 21 is connected to the conductive plate 14 by solder (not shown).
  • the other plate surface of the drain terminal 21 is connected to one plate surface of the semiconductor switch body 20 having a plate shape by solder (not shown).
  • the semiconductor switch K1 further includes a wire 24 and a resin 25.
  • the wire 24 connects the other plate surface of the semiconductor switch body 20 and the source terminal 22.
  • the source terminal 22 is further connected to the conductive plate 15.
  • the semiconductor switch body 20, a part of the drain terminal 21, a part of the source terminal 22, and the wire 24 are covered with a resin 25.
  • the current flows in the order of the conductive plate 14, the drain terminal 21, the semiconductor switch body 20, the wire 24, the source terminal 22, and the conductive plate 15.
  • the drain terminal 21 and the source terminal 22 are opened. Since the wire 24 is thin, the resistance value of the wire 24 is large. For this reason, it is easy to cause a current to flow through the wire 24 to raise the temperature of the wire 24 and disconnect the wire 24. Therefore, the drain terminal 21 and the source terminal 22 of the semiconductor switch K1 can be easily opened.
  • each of the semiconductor switches K2, K3,..., Kn is configured in the same manner as the semiconductor switch K1. Therefore, each of the semiconductor switches K2, K3,..., Kn further includes the wire 24 and the resin 25, and has the same effect as the semiconductor switch K1.
  • the switch control device 12 includes a drive circuit 40 and a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 41.
  • the microcomputer 41 includes a control unit 50, a storage unit 51, input units 52 and 53, and an output unit 54. These are connected to the bus 55 separately.
  • the input unit 52 is further connected to the temperature detection unit 13.
  • the input unit 53 is further connected to the external device 30.
  • the output unit 54 is further connected to an input terminal of the drive circuit 40.
  • the output terminal of the drive circuit 40 is connected to the gate terminals 23 of the n semiconductor switches K1, K2,.
  • Temperature information is input from the temperature detection unit 13 to the input unit 52.
  • the control unit 50 acquires temperature information from the input unit 52.
  • the switch temperature indicated by the temperature information acquired by the control unit 50 from the input unit 52 substantially matches the switch temperature detected by the temperature detection unit 13 at the time of acquisition.
  • An ON signal and an OFF signal are input from the external device 30 to the input unit 53. When the on signal or the off signal is input, the input unit 53 notifies the control unit 50 of the input signal.
  • the output unit 54 outputs a high level voltage or a low level voltage to the drive circuit 40.
  • the control unit 50 instructs the output unit 54 to switch on or off the semiconductor switches K1, K2,.
  • the control unit 50 instructs the output unit 54 to switch on
  • the output unit 54 switches the output voltage output to the drive circuit 40 to a high level voltage.
  • the drive circuit 40 performs an on operation for turning on the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the ON operation is an operation of increasing the gate voltages of the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the output unit 54 switches the output voltage to a low level voltage.
  • the drive circuit 40 performs an off operation for turning off the n semiconductor switches K1, K2,. As described above, the off operation is an operation of lowering the gate voltages of the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the storage unit 51 is, for example, a nonvolatile memory.
  • the storage unit 51 stores a computer program P1.
  • the control unit 50 has a CPU (Central Processing Unit) (not shown).
  • the CPU of the control unit 50 executes a computer program P1 to execute a switching process for switching the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the computer program P1 is used for causing the CPU to execute the switching process.
  • the computer program P1 may be stored in the storage medium A1 so that the computer can read it.
  • the computer program P1 read from the storage medium A1 by a reading device (not shown) is stored in the storage unit 51.
  • the storage medium A1 is an optical disk, a flexible disk, a magnetic disk, a magnetic optical disk, a semiconductor memory, or the like.
  • the optical disc is a CD (Compact Disc) -ROM (Read Only Memory), a DVD (Digital Versatile Disc) -ROM, or a BD (Blu-ray (registered trademark) Disc).
  • the magnetic disk is, for example, a hard disk.
  • the computer program P1 may be downloaded from an external device (not shown) connected to a communication network (not shown), and the downloaded computer program P1 may be stored in the storage unit 51.
  • the storage unit 51 stores flag values.
  • the value of the flag is zero, 1 or 2.
  • a flag value of zero means that the operations of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are normal.
  • a flag value of 1 means that a half-on failure has occurred in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,.
  • a flag value of 2 means that the drain terminal 21 and the source terminal 22 of the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred are opened. The value of the flag is changed by the control unit 50.
  • control unit 50 periodically performs the switching process.
  • the control unit 50 determines whether or not the flag value is zero (step S1).
  • the controller 50 determines whether or not an ON signal is input from the external device 30 to the input unit 53 (step S2).
  • the control unit 50 instructs the output unit 54 to turn on the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn (step S3). .
  • the output unit 54 switches the output voltage to the high level voltage, and the drive circuit 40 performs the ON operation.
  • the drive circuit 40 performs the ON operation.
  • normal semiconductor switches in the semiconductor switches K1, K2,..., Kn are switched on.
  • control unit 50 determines whether an OFF signal is input from the external device 30 to the input unit 53 (step S4). When it is determined that the off signal is input (S4: YES), the control unit 50 instructs the output unit 54 to switch off the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn (step S5). .
  • the output unit 54 switches the output voltage to the low level voltage, and the drive circuit 40 performs the off operation.
  • normal semiconductor switches in the semiconductor switches K1, K2,..., Kn are switched off.
  • the n semiconductor switches K1, K2,. , K2,..., Kn are stopped, and power supply to the load 11 is stopped.
  • step S5 When a half-on failure has occurred in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the control unit 50 executes step S5, whereby the n semiconductor switches K1, K2 are executed. ,..., Kn, the semiconductor switches other than the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred are turned off. Therefore, the current continues to flow from the battery 10 to the load 11 via the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred, and the temperature of the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred rapidly increases.
  • the control unit 50 After executing one of steps S3 and S5 or when it is determined that the off signal is not input (S4: NO), the control unit 50 outputs the output voltage output from the output unit 54 as a low level voltage. It is determined whether or not there is (step S6). When it is determined that the output voltage is a low level voltage (S6: YES), the control unit 50 acquires temperature information from the input unit 52 (step S7), and n based on the switch temperature indicated by the acquired temperature information. It is determined whether or not a half-on failure has occurred in at least one of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn (step S8).
  • step S8 the control unit 50 determines that a half-on failure has occurred when the switch temperature is equal to or higher than the reference temperature. If the switch temperature is lower than the reference temperature, the half-on failure has not occurred. judge.
  • the reference temperature is a constant value and is set in advance.
  • the output unit 54 is instructed to turn on the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn (step S9).
  • the output unit 54 switches the output voltage to the high level voltage, and the drive circuit 40 performs the ON operation.
  • a normal semiconductor switch is turned on among the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn.
  • the instruction to switch on that is performed by the control unit 50 in step S9 corresponds to an instruction to execute the on operation to the drive circuit 40, and the drive circuit 40 functions as a first switching unit.
  • step S9 the control unit 50 changes the value of the flag from zero to 1 (step S10).
  • step S10 the control unit 50 determines that the output voltage is not a low level voltage (S6: NO), when it is determined that a half-on failure has not occurred (S8: NO), or after executing Step S10, The switching process ends.
  • the control unit 50 determines whether or not the flag value is 1 (step S11). When determining that the value of the flag is 1 (S11: YES), the control unit 50 acquires temperature information from the input unit 52 (step S12), and the switch temperature indicated by the acquired temperature information is equal to or higher than the threshold temperature. Whether or not (step S13).
  • the threshold temperature is also a constant value and is set in advance. The threshold temperature is higher than the reference temperature.
  • the controller 50 determines that the switch temperature is equal to or higher than the threshold temperature (S13: YES)
  • the controller 50 is arranged on the circuit board 16 by heat conducted from the n semiconductor switches K1, K2,. Since there is a possibility that the element is overheated, the output unit 54 is instructed to switch off the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn (step S14).
  • step S13 and S14 when the value of the flag is 1, that is, a half-on failure is detected in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,. It is executed after the on operation is performed.
  • the instruction for switching off performed by the control unit 50 in step S14 corresponds to an instruction for executing the off operation to the driving circuit 40, and the driving circuit 40 also functions as a second switching unit.
  • step S14 the control unit 50 changes the flag value to 2 (step S15).
  • step S15 the controller 50 determines that the value of the flag is not 1 (S11: NO), when it is determined that the switch temperature is lower than the threshold temperature (S13: NO), or after executing Step S15, the controller 50 performs switching. The process ends.
  • the flag value is changed to 2 while the normal semiconductor switch is OFF. Further, in the switching process, when the flag value is 2, the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are not switched on. Therefore, no current flows through the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn after step S15 is executed.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of the effect of the switch control device 12.
  • FIG. 6 shows the transition of the switch temperature and the transition of the output voltage output from the output unit 54.
  • “H” indicates a high level voltage
  • “L” indicates a low level voltage.
  • the horizontal axis of each transition shows time.
  • the reference temperature is described as Tr and the threshold temperature is described as Tth.
  • Tc is a disconnection temperature at which disconnection occurs in a semiconductor switch in which a half-on failure occurs when an off operation is performed.
  • Td is an overheating temperature at which the elements arranged on the circuit board 16 are overheated.
  • n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are normal semiconductor switches
  • the output unit 54 outputs a high level voltage to the drive circuit 40
  • the n semiconductor switches K1, K2 are output.
  • ,..., Kn are on, and a current flows through the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the heat dissipation amount and the heat generation amount per unit time are substantially the same, so that the switch temperature is stable at a temperature lower than the reference temperature Tr. .
  • the external device 30 In the state in which the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred is included in the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the external device 30 outputs an off signal and the output unit 54 outputs the output voltage. Is switched to a low level voltage, the drive circuit 40 performs an off operation. As a result, a normal semiconductor switch is switched off, so that current flows from the battery 10 to the load 11 via the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred. As a result, the temperature of the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred rises rapidly, and the switch temperature also rises rapidly as the temperature rises.
  • the control unit 50 detects a half-on failure and instructs the output unit 54 to turn on the n semiconductor switches K1, K2,. , Change the value of the flag from zero to one.
  • the control unit 50 instructs the output unit 54 to turn on the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn
  • the output unit 54 switches the output voltage from the low level voltage to the high level voltage
  • the drive circuit 40 performs an on operation.
  • the drive circuit 40 performs an on operation, a normal semiconductor switch is switched on among the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn. The flowing current becomes approximately zero A again. As a result, the temperature rise of the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred is prevented, and current is supplied through the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn continue to have a state in which the amount of heat generated per unit time exceeds the amount of heat released per unit time.
  • the switch temperature rises with time.
  • the control unit 50 includes n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are instructed to be turned off, and the flag value is changed from 1 to 2.
  • the control unit 50 instructs the output unit 54 to switch off the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn
  • the output unit 54 switches the output voltage from the high level voltage to the low level voltage
  • the drive circuit 40 performs an off operation.
  • a normal semiconductor switch is switched off, so that a large current flows through the semiconductor switch in which a half-on failure has occurred.
  • the wire 24 is disconnected and the drain terminal 21 and the source terminal 22 are opened. Since the normal semiconductor switch is off, the drain terminal 21 and the source terminal 22 of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn including the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred are opened.
  • the threshold temperature Tth exceeds the disconnection temperature Tc, the period from when the output unit 54 switches the output voltage to the low level voltage until the disconnection occurs is short. Note that the switch temperature rises while a current flows through the semiconductor switch in which the half-on failure occurs.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a main configuration of the power supply system 1 according to the second embodiment.
  • the second embodiment will be described while referring to differences from the first embodiment. Since the configuration other than the configuration described below is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals as those of the first embodiment are given to the components common to the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the power supply system 1 according to the second embodiment includes other components other than the temperature detection unit 13 among the components included in the power supply system 1 according to the first embodiment.
  • the power supply system 1 according to the second embodiment includes a current detection unit 60 and a resistor R1 instead of the temperature detection unit 13.
  • the source terminals 22 of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are connected to one end of the resistor R1, and the other end of the resistor R1 is connected to one end of the load 11.
  • the current detection unit 60 is connected to both ends of the resistor R1 and the input unit 52 of the microcomputer 41 separately.
  • the current flows to the load 11 through the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn and the resistor R1.
  • the resistance value of the resistor R1 is constant.
  • the load current flowing through the load 11 via the resistor R1 is proportional to the voltage across the resistor R1.
  • the current detection unit 60 detects the voltage across the resistor R1 and outputs current information indicating the load current to the input unit 52. Specifically, the load current indicated by the current information is the magnitude of the load current.
  • the control unit 50 acquires current information from the input unit 52.
  • the load current indicated by the current information acquired from the input unit 52 substantially matches the load current flowing through the resistor R1 at the time of acquisition.
  • Steps S21 to S26, S29 to S31, S34, and S35 of the switching process executed by the control unit 50 in the second embodiment are respectively steps S1 to S6 and S9 to S11 of the switching process executed by the control unit 50 in the first embodiment. It is the same as S14 and S15. Therefore, detailed description of steps S21 to S26, S29 to S31, S34, and S35 is omitted.
  • the control unit 50 acquires current information from the input unit 52 (step S27), and the acquired current information is Based on the indicated load current, it is determined whether or not a half-on failure has occurred in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn (step S28).
  • the fact that the output voltage is a low level voltage means that the drive circuit 40 is performing an off operation.
  • the drive circuit 40 is performing an off operation, when all of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are normal semiconductor switches, the load current is substantially zero A.
  • n semiconductor switches K1, K2,..., Kn include a semiconductor switch in which a half-on failure has occurred
  • the semiconductor switches through which the half-on failure has occurred are included. Therefore, the load current is greater than the reference current.
  • the reference current is a constant value and exceeds zero.
  • step S28 when the load current indicated by the current information acquired in step S27 is greater than or equal to the reference current, the control unit 50 is half-on with at least one of the n semiconductor switches K1, K2,. It is determined that a failure has occurred. As described above, the control unit 50 detects a half-on failure when the load current is equal to or higher than the reference current despite the drive circuit 40 performing the off operation.
  • the reference current is set in advance.
  • step S28 when the load current indicated by the current information acquired in step S27 is less than the reference current, the control unit 50 determines that a half-on failure has not occurred.
  • step S29 is executed, and the drive circuit 40 performs an ON operation.
  • the control unit 50 ends the switching process.
  • the control part 50 acquires electric current information from the input part 52 (step S32), and the load current which the acquired electric current information shows is more than threshold current. It is determined whether or not (step S33).
  • the threshold current is also a constant value and is set in advance. The threshold current is larger than the reference current.
  • step S34 When it is determined that the load current is equal to or greater than the threshold current (S33: YES), the control unit 50 may cause an overcurrent to flow to the load 11 via the n semiconductor switches K1, K2,. As a result, step S34 is executed. In step S34, the drain terminal 21 and the source terminal 22 of the semiconductor switch in which the half-on failure has occurred are opened.
  • steps S33 and S34 when the value of the flag is 1, that is, a half-on failure is detected in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,. It is executed after the on operation is performed.
  • the control unit 50 executes Step S34, the drive circuit 40 performs an off operation. As a result, the drain terminal 21 and the source terminal 22 of the n semiconductor switches K1, K2,.
  • the control unit 50 ends the switching process.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of the effect of the switch control device 12.
  • FIG. 10 shows the transition of the output voltage output from the output unit 54.
  • “H” indicates a high level voltage
  • “L” indicates a low level voltage.
  • Time is shown on the horizontal axis of the transition of the output voltage.
  • the external device 30 In a state where a half-on failure has occurred in at least one of the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the external device 30 outputs an off signal and the output unit 54 sets the output voltage to a low level.
  • the drive circuit 40 When the voltage is switched, the drive circuit 40 performs an off operation, and a normal semiconductor switch is switched off. At this time, since the semiconductor switches in which the half-on failure has occurred are included in the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn, the load current is equal to or higher than the reference current.
  • the control unit 50 detects a half-on failure, and the output unit 54 includes n semiconductor switches K1. , K2,..., Kn are turned on, and the flag value is changed from zero to one.
  • the control unit 50 instructs the output unit 54 to turn on the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn
  • the output unit 54 switches the output voltage from the low level voltage to the high level voltage
  • the drive circuit 40 performs an on operation.
  • the driving circuit 40 performs the on operation, normal semiconductor switches among the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are switched on.
  • the control unit 50 instructs the output unit 54 to switch off the n semiconductor switches K1, K2,. Change the value of the flag from 1 to 2.
  • the control unit 50 instructs the output unit 54 to switch off the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn
  • the output unit 54 switches the output voltage from the high level voltage to the low level voltage
  • the drive circuit 40 performs an off operation.
  • the drive circuit 40 performs an off operation, normal semiconductor switches among the n semiconductor switches K1, K2,..., Kn are switched off.
  • the power supply system 1 in Embodiment 1 further includes a current detection unit 60 and a resistor R1.
  • the control unit 50 acquires temperature information and current information from the input unit 52.
  • the control unit 50 determines whether the switch temperature is equal to or higher than the threshold temperature when the flag value is 1. In addition, as in the second embodiment, it may be determined whether the load current is equal to or greater than the threshold current. When it is determined that the switch temperature is the threshold temperature or the load current is equal to or higher than the threshold current, the control unit 50 determines the drain terminals 21 of the n semiconductor switches K1, K2,. And the source terminal 22 is opened.
  • the power supply system 1 according to the second embodiment, further includes a temperature detection unit 13.
  • the control unit 50 acquires temperature information and current information from the input unit 52.
  • the number of source terminals 22 and wires 24 included in each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn may be two or more.
  • the plurality of source terminals 22, 22,... 22 are connected to the semiconductor switch body 20 by wires 24.
  • each of the semiconductor switches K1, K2,..., Kn is not limited to the N channel type FET, but may be a P channel type FET or a bipolar transistor.
  • the on operation is an operation for decreasing the gate voltage
  • the off operation is an operation for increasing the gate voltage.
  • the switch control device 12 may be configured using hardware such as an AND circuit, an OR circuit, and a comparator.

Abstract

n(n:2以上の整数)個の半導体スイッチ(K1,K2,・・・,Kn)は並列に接続されている。スイッチ制御装置(12)が有する駆動回路(40)は、n個の半導体スイッチ(K1,K2,・・・,Kn)中の少なくとも1つについて故障が検知された場合、n個の半導体スイッチ(K1,K2,・・・,Kn)をオンに切替えるためのオン動作を行う。その後、駆動回路(40)は、所定の条件が満たされた場合、n個の半導体スイッチ(K1,K2,・・・,Kn)をオフに切替えるためのオフ動作を行う。

Description

スイッチ制御装置、スイッチ切替え方法及びコンピュータプログラム
 本発明は、スイッチ制御装置、スイッチ切替え方法及びコンピュータプログラムに関する。
 本出願は、2017年2月10日出願の日本出願第2017-23388号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
 特許文献1には、バッテリから負荷への給電経路に、半導体スイッチとして機能するFET(Field Effect Transistor)が配置された電源システムが開示されている。この電源システムでは、電流が、バッテリから、FETのドレイン端子及びソース端子を介して負荷に流れる。
 FETドライバは、FETのゲート端子の電圧を調整することによって、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値を調整する。FETドライバは、FETがオンとなる、即ち、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が十分に小さな値となるように、FETのゲート端子の電圧を調整する。FETがオンである場合、電流が、バッテリから、FETのドレイン端子及びソース端子を介して負荷に電流が流れ、負荷に電力が供給される。
 また、FETドライバは、FETがオフとなる、即ち、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が十分に大きな値となるようにFETのゲート端子の電圧を調整する。FETがオフである場合、FETのドレイン端子及びソース端子を介して、バッテリから負荷に電流が流れず、負荷に電力が供給されることはない。
特開2016-163051号公報
 本発明の一態様に係るスイッチ制御装置は、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、該複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行う第1切替え部と、該第1切替え部が前記オン動作を行った後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行う第2切替え部とを備える。
 本発明の一態様に係るスイッチ切替え方法は、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行うステップと、該オン動作が行われた後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行うステップとを含む。
 本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作の実行を指示するステップと、該オン動作を行うことを指示した後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作の実行を指示するステップとをコンピュータに実行させる。
 なお、本発明を、このような特徴的な処理部を備えるスイッチ制御装置として実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理をステップとするスイッチ切替え方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムとして実現したりすることができる。また、本発明を、スイッチ制御装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、スイッチ制御装置を含むスイッチ制御システムとして実現したりすることができる。
実施形態1における電源システムの要部構成を示すブロック図である。 半導体スイッチの設置の説明図である。 半導体スイッチの断面図である。 切替え処理の手順を示すフローチャートである。 切替え処理の手順を示すフローチャートである。 スイッチ制御装置の効果の説明図である。 実施形態2における電源システムの要部構成を示すブロック図である。 切替え処理の手順を示すフローチャートである。 切替え処理の手順を示すフローチャートである。 スイッチ制御装置の効果の説明図である。
[本開示が解決しようとする課題]
 FETで発生する故障として、半オン故障がある。半オン故障は、FETをオンにするためのオン動作を行っても、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が十分に小さな値にならず、FETをオフにするためのオフ動作を行っても、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が十分に大きな値とならない現象である。半オン故障が発生しているFETでは、ドレイン端子及びソース端子間の抵抗値は十分に大きな値ではないため、ドレイン端子及びソース端子を介して電流が流れる。
 FETに電流が流れた場合にFETから発生する熱量は、FETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値が大きい程大きい。前述したように、半オン故障が発生しているFETのドレイン端子及びソース端子間の抵抗値は十分に小さな値ではない。このため、半オン故障が発生しているFETに電流が流れた場合、FETから発生する熱量は大きく、FETの温度が急速に上昇する。FETの温度が高い場合、FETの周辺に配置されている素子が過熱され、素子の性能が低下する虞がある。
 半オン故障が発生しているFETの温度上昇を防止する電源システムとして、複数のFETが並列に接続されている電源システムが考えられる。この電源システムでは、複数のFET中の少なくとも1つについて半オン故障が検知された場合、複数のFETの中で正常なFETをオンに切替え、正常なFETのオンを維持する。これにより、バッテリから負荷へ流れる電流の略全てが正常なFETを通過するので、半オン故障が発生しているFETに電流が流れず、このFETの温度上昇が防止される。
 しかしながら、正常なFETをオンに維持している場合において、種々の原因で複数のFETの温度が上昇し続けたとき、複数のFETの周辺に配置されている素子が過熱される可能性ある。前述したように、素子が過熱された場合、素子の性能が低下する。このため、素子が過熱される前に全てのFETのドレイン端子及びソース端子を開放する必要がある。
 また、正常なFETをオンに維持している場合において、種々の原因で複数のFETを介して過電流が流れて負荷が故障する可能性がある。負荷の故障を防止するためには、複数のFETを介して過電流が流れる前に全てのFETのドレイン端子及びソース端子を開放する必要がある。
 そこで、故障が発生している半導体スイッチを含む全ての半導体スイッチ夫々の両端子を開放させることができるスイッチ制御装置、スイッチ切替え方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
[本開示の効果]
 本開示によれば、故障が発生している半導体スイッチを含む全ての半導体スイッチ夫々の両端子を開放させることができる。
[本発明の実施形態の説明]
 最初に本発明の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
(1)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置は、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、該複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行う第1切替え部と、該第1切替え部が前記オン動作を行った後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行う第2切替え部とを備える。
(2)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記第1切替え部は、前記複数の半導体スイッチの温度と共に上昇するスイッチ温度が所定温度以上となった場合に、前記オン動作を行う。
(3)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記第1切替え部は、前記オフ動作が行われているにも関わらず、該複数の半導体スイッチを介して流れる電流が基準電流以上である場合に、前記オン動作を行う。
(4)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記第2切替え部は、前記第1切替え部が前記オン動作を行った後にて、該複数の半導体スイッチの温度と共に上昇するスイッチ温度が閾値温度以上となった場合に前記オフ動作を行う。
(5)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記第2切替え部は、前記第1切替え部が前記オン動作を行った後にて、該複数の半導体スイッチを介して流れる電流が閾値電流以上となった場合に前記オフ動作を行う。
(6)本発明の一態様に係るスイッチ制御装置では、前記複数の半導体スイッチ夫々は、端子と、半導体スイッチ本体と、前記端子及び半導体スイッチ本端を接続するワイヤとを有し、前記複数の半導体スイッチ夫々では、電流が前記半導体スイッチ本体、ワイヤ及び端子を流れる。
(7)本発明の一態様に係るスイッチ切替え方法は、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行うステップと、該オン動作が行われた後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行うステップとを含む。
(8)本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作の実行を指示するステップと、該オン動作を行うことを指示した後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作の実行を指示するステップとをコンピュータに実行させる。
 上記の一態様に係るスイッチ制御装置、スイッチ切替え方法及びコンピュータプログラムにあっては、複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて、例えば半オン故障が検知された場合、複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行う。これにより、正常な半導体スイッチがオンに切替わるので、故障が発生している半導体スイッチの温度上昇が防止され、複数の半導体スイッチを介した電流供給が行われる。
 オン動作を行った後において、複数の半導体スイッチを介した電流供給を停止すべきであると判定した場合、複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行う。これにより、正常な半導体スイッチがオフに切替わるので、故障が発生している半導体スイッチに大きな電流が流れ、故障が発生している半導体スイッチ内で断線が発生し、故障が発生している半導体スイッチの両端子が開放される。また、正常な半導体スイッチはオフである。結果、故障が発生している半導体スイッチを含む全ての半導体スイッチの両端子が開放される。
 上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、スイッチ温度が所定温度以上となった場合に、複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知されたとして、オン動作を行う。スイッチ温度は、複数の半導体スイッチの温度上昇と共に上昇する温度である。
 上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、複数の半導体スイッチをオフに切替えるオフ動作が行われているにも関わらず、複数の半導体スイッチを介して流れる電流が基準電流以上である場合、複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知されたとして、オン動作を行う。
 上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、オン動作を行った後において、スイッチ温度が閾値温度以上となった場合、複数の半導体スイッチを介した電流供給を停止すべきであるとして、オフ動作を行う。これにより、故障が発生している半導体スイッチを含む複数の半導体スイッチの両端子が開放され、複数の半導体スイッチ全体の温度は低下する。
 上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、オン動作を行った後において、複数の半導体スイッチを介して流れる電流が閾値電流以上である場合、複数の半導体スイッチを介した電流供給を停止すべきであるとして、オフ動作を行う。これにより、故障が発生している半導体スイッチを含む複数の半導体スイッチの両端子が開放され、複数の半導体スイッチを介した電流供給が停止する。
 上記の一態様に係るスイッチ制御装置にあっては、複数の半導体スイッチ夫々では、端子と半導体スイッチ本体とがワイヤによって接続されている。ワイヤは細いため、ワイヤの抵抗値は大きい。このため、ワイヤに電流を流してワイヤの温度を上昇させることによって、ワイヤを断線させることは容易である。結果、故障が発生した半導体スイッチを含む複数の半導体スイッチの両端子を容易に開放させることが可能である。
[本発明の実施形態の詳細]
 本発明の実施形態に係るスイッチ制御装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(実施形態1)
 図1は、実施形態1における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、好適に車両に搭載されており、バッテリ10、負荷11、スイッチ制御装置12、温度検出部13及びn(n:2以上の整数)個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを備える。半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々は、Nチャネル型のFETであり、半導体スイッチ本体20、ドレイン端子21、ソース端子22及びゲート端子23を有する。半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々において、ドレイン端子21、ソース端子22及びゲート端子23は、半導体スイッチ本体20に接続されている。
 n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knは並列に接続されている。半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ドレイン端子21はバッテリ10の正極に接続され、ソース端子22は負荷11の一端に接続されている。バッテリ10の負極と、負荷11の他端とは接地されている。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々のゲート端子23は、他の半導体スイッチのゲート端子23に接続されていると共に、スイッチ制御装置12に接続されている。スイッチ制御装置12には、温度検出部13と、外部装置30とに接続されている。
 なお、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knに係る並列は、厳密な並列を意味せず、実質的な並列を意味する。従って、例えば、半導体スイッチK1及び抵抗の直列回路が、他の半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22間に接続されている状態も、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knが並列に接続されている状態である。
 半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ソース端子22の電位を基準としたゲート端子23の電圧が一定電圧以上である場合、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に小さく、ドレイン端子21及びソース端子22を介して電流が流れる。このとき、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々はオンである。
 半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ソース端子22の電位を基準としたゲート端子23の電圧が一定電圧未満である場合、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に大きく、ドレイン端子21及びソース端子22を介して電流が流れることはない。このとき、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々はオフである。
 スイッチ制御装置12は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオンに切替えるためのオン動作を行う。オン動作は、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、接地電位を基準としたゲート端子23の電圧であるゲート電圧を上昇させる動作である。これにより、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ソース端子22の電位を基準としたゲート端子23の電圧が上昇し、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に大きくなる。
 また、スイッチ制御装置12は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオフに切替えるためのオフ動作を行う。オフ動作は、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ゲート電圧を低下させる動作である。これにより、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ソース端子22の電位を基準としたゲート端子23の電圧が上昇し、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に小さくなる。
 スイッチ制御装置12がオン動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で正常な半導体スイッチが略同時にオンに切替わる。同様に、スイッチ制御装置12がオフ動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で正常な半導体スイッチが略同時にオフに切替わる。
 温度検出部13はスイッチ温度を検出する。スイッチ温度は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn周辺の温度である。温度検出部13は、検出したスイッチ温度を示す温度情報をスイッチ制御装置12に出力する。
 また、外部装置30は、スイッチ制御装置12に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンを指示するオン信号と、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフを指示するオフ信号とを出力する。
 スイッチ制御装置12は、外部装置30から入力された信号と、温度検出部13から入力された温度情報が示すスイッチ温度とに基づいて、オン動作又はオフ動作を行う。
 n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオンに切替わった場合、電流が、バッテリ10から、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して負荷11に流れ、負荷11に電力が供給される。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオフに切替わった場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が停止し、バッテリ10から負荷11への電力供給が停止する。
 n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、半オン故障が発生する可能性がある。半オン故障は、オン動作が行われているにも関わらず、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に小さな値に低下せず、更に、オフ動作が行われているにも関わらず、ドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に大きな値に上昇しない現象である。
 n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生した場合、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値が十分に大きな値ではないため、バッテリ10から負荷11への電流供給を停止することができない。従って、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチの全てがオフである場合、半オン故障が発生している半導体スイッチを介して電流が流れる。
 このとき、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22間の抵抗値は十分に小さな値ではないため、半オン故障が発生している半導体スイッチから、単位時間に発生する熱量は大きく、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度が急速に上昇する。結果、スイッチ温度も急速に上昇する。
 図2は半導体スイッチK1,K2,K3の設置の説明図である。図2には、nが3である場合の例が示されている。以下では、3個の半導体スイッチK1,K2,K3の設置を説明する。電源システム1は、更に、2つの導電板14,15と回路基板16とを備える。導電板14,15夫々は、所謂バスバーである。
 導電板14の板面に垂直な方向は導電板15の板面に垂直な方向と略同じである。導電板14の端面は、一定の間隔を隔てて、導電板15の端面と対向している。導電板14,15の板面上に共通の回路基板16が配置されている。回路基板16において、導電板14,15の端面が互いに対向している部分に対応する場所に、貫通孔16aが設けられており、貫通孔16a内に3個の半導体スイッチK1,K2,K3が設置されている。
 半導体スイッチK1,K2,K3夫々について、ドレイン端子21、ソース端子22及びゲート端子23夫々は板状をなし、ドレイン端子21は導電板14に接続され、ソース端子22は導電板15に接続されている。従って、半導体スイッチK1,K2,K3夫々について、ドレイン端子21は、導電板14を介して、バッテリ10の正極に接続され、ソース端子22は、導電板15を介して、負荷11の一端に接続されている。半導体スイッチK1,K2,K3夫々のゲート端子23は、回路基板16に接続されている。半導体スイッチK1,K2,K3夫々について、ゲート端子23と導電板15との間に回路基板16が配置されており、ゲート端子23及び導電板15間を電流が流れることはない。
 nが2又は4以上である場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knは、nが3である場合の例と同様に設置される。即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々について、ドレイン端子21は導電板14に接続され、ソース端子22は導電板15に接続され、ゲート端子23は回路基板16に接続される。
 温度検出部13は回路基板16上に設置されている。前述したように、温度検出部13はスイッチ温度を検出する。スイッチ温度は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから、空気を介して温度検出部13に伝導した熱によって上昇し、更に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから、導電板14,15中の一方と、回路基板16とを介して温度検出部13に伝導した熱によって上昇する。従って、スイッチ温度は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn全体の温度と共に上昇する。
 回路基板16には、図示しない素子が配置されている。素子の温度は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから、空気を介して素子に伝導した熱によって上昇し、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから、導電板14,15中の一方と、回路基板16とを介して素子に伝導した熱によって上昇する。従って、回路基板16に配置されている素子の温度は、スイッチ温度と同様に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn全体の温度と共に上昇する。素子の温度が上昇して素子が過熱された場合、素子の性能が低下する可能性がある。
 図3は半導体スイッチK1の断面図である。ドレイン端子21の一方の板面は、図示しない半田によって、導電板14に接続されている。ドレイン端子21の他方の板面は、図示しない半田によって、板状をなす半導体スイッチ本体20の一方の板面に接続されている。
 半導体スイッチK1は、更に、ワイヤ24及び樹脂25を有する。ワイヤ24は、半導体スイッチ本体20の他方の板面と、ソース端子22とを接続している。前述したように、ソース端子22は、導電板15に更に接続されている。半導体スイッチ本体20と、ドレイン端子21の一部分と、ソース端子22の一部分と、ワイヤ24とは、樹脂25によって覆われている。半導体スイッチK1について、電流は、導電板14、ドレイン端子21、半導体スイッチ本体20、ワイヤ24、ソース端子22及び導電板15の順に流れる。
 半導体スイッチK1において、ワイヤ24が断線した場合、ドレイン端子21及びソース端子22は開放される。ワイヤ24は細いため、ワイヤ24の抵抗値は大きい。このため、ワイヤ24に電流を流してワイヤ24の温度を上昇させ、ワイヤ24を断線させることは容易である。従って、半導体スイッチK1のドレイン端子21及びソース端子22を容易に開放させることができる。
 半導体スイッチK2,K3,・・・,Kn夫々は半導体スイッチK1と同様に構成されている。従って、半導体スイッチK2,K3,・・・,Kn夫々は、ワイヤ24及び樹脂25を更に有し、半導体スイッチK1と同様の効果を奏する。
 図1に示すように、スイッチ制御装置12は、駆動回路40及びマイクロコンピュータ(以下、マイコンという)41を有する。マイコン41は、制御部50、記憶部51、入力部52,53及び出力部54を有する。これらはバス55に各別に接続されている。入力部52は、更に、温度検出部13に接続されている。入力部53は、更に、外部装置30に接続されている。出力部54は、更に、駆動回路40の入力端子に接続されている。駆動回路40の出力端子は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々のゲート端子23に接続されている。
 温度検出部13から入力部52に温度情報が入力される。制御部50は、入力部52から温度情報を取得する。制御部50が入力部52から取得した温度情報が示すスイッチ温度は、取得時点に温度検出部13が検出したスイッチ温度と略一致する。
 外部装置30から入力部53にオン信号及びオフ信号が入力される。入力部53は、オン信号又はオフ信号が入力された場合、入力された信号を制御部50に通知する。
 出力部54は、ハイレベル電圧又はローレベル電圧を駆動回路40に出力している。制御部50は、出力部54に、半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオン又はオフへの切替えを指示する。
 制御部50が出力部54にオンへの切替えを指示した場合、出力部54は駆動回路40に出力している出力電圧をハイレベル電圧に切替える。駆動回路40は、出力部54の出力電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切替わった場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオンにするためのオン動作を行う。オン動作は、前述したように、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのゲート電圧を上昇させる動作である。
 制御部50が出力部54にオフへの切替えを指示した場合、出力部54は出力電圧をローレベル電圧に切替える。駆動回路40は、出力部54の出力電圧がハイレベル電圧からローレベル電圧に切替わった場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオフにするためのオフ動作を行う。オフ動作は、前述したように、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのゲート電圧を低下させる動作である。
 記憶部51は、例えば不揮発性メモリである。記憶部51には、コンピュータプログラムP1が記憶されている。制御部50は図示しないCPU(Central Processing Unit)を有する。制御部50のCPUは、コンピュータプログラムP1を実行することによって、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knをオン又はオフに切替える切替え処理を実行する。コンピュータプログラムP1は、切替え処理をCPUに実行させるために用いられる。
 なお、コンピュータプログラムP1は、コンピュータが読み取り可能に、記憶媒体A1に記憶されていてもよい。この場合、図示しない読み出し装置によって記憶媒体A1から読み出されたコンピュータプログラムP1が記憶部51に記憶される。記憶媒体A1は、光ディスク、フレキシブルディスク、磁気ディスク、磁気光ディスク又は半導体メモリ等である。光ディスクは、CD(Compact Disc)-ROM(Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)-ROM、又は、BD(Blu-ray(登録商標) Disc)等である。磁気ディスクは、例えばハードディスクである。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部装置からコンピュータプログラムP1をダウンロードし、ダウンロードしたコンピュータプログラムP1を記憶部51に記憶してもよい。
 記憶部51には、コンピュータプログラムP1の他に、フラグの値が記憶されている。フラグの値は、ゼロ、1又は2である。フラグの値がゼロであることは、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの動作が正常であることを意味する。フラグの値が1であることは、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生していることを意味する。フラグの値が2であることは、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22を開放させたことを意味する。フラグの値は制御部50によって変更される。
 図4及び図5は切替え処理の手順を示すフローチャートである。制御部50は切替え処理を周期的に実行する。まず、制御部50は、フラグの値がゼロであるか否かを判定する(ステップS1)。制御部50は、フラグの値がゼロであると判定した場合(S1:YES)、外部装置30から入力部53にオン信号が入力されたか否かを判定する(ステップS2)。制御部50は、オン信号が入力されたと判定した場合(S2:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを出力部54に指示する(ステップS3)。
 これにより、出力部54は出力電圧をハイレベル電圧に切替え、駆動回路40はオン動作を行う。これにより、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチはオンに切替わる。結果、電流が、バッテリ10の正極から、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して負荷11に流れ、負荷11に電力が供給される。
 制御部50は、オン信号が入力されていないと判定した場合(S2:NO)、外部装置30から入力部53にオフ信号が入力されたか否かを判定する(ステップS4)。制御部50は、オフ信号が入力されたと判定した場合(S4:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを出力部54に指示する(ステップS5)。
 これにより、出力部54は出力電圧をローレベル電圧に切替え、駆動回路40はオフ動作を行う。これにより、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチはオフに切替わる。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knが正常な半導体スイッチである場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオフに切替わるので、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が停止し、負荷11への電力供給が停止する。
 n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つに半オン故障が発生している場合、制御部50がステップS5を実行することによって、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で、半オン故障が発生している半導体スイッチを除く他の半導体スイッチがオフに切替わる。このため、電流は、バッテリ10から、半オン故障が発生している半導体スイッチを介して負荷11に流れ続け、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度が急速に上昇する。
 制御部50は、ステップS3,S5の一方を実行した後、又は、オフ信号が入力されていないと判定した場合(S4:NO)、出力部54が出力している出力電圧がローレベル電圧であるか否かを判定する(ステップS6)。制御部50は、出力電圧がローレベル電圧であると判定した場合(S6:YES)、入力部52から温度情報を取得し(ステップS7)、取得した温度情報が示すスイッチ温度に基づいて、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生しているか否かを判定する(ステップS8)。
 出力電圧がローレベル電圧である場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で全ての正常な半導体スイッチがオフである場合、半オン故障が発生している半導体スイッチに電流が流れ、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度が急速に上昇する。これにより、スイッチ温度も急速に上昇する。ステップS8では、制御部50は、スイッチ温度が基準温度以上である場合、半オン故障が発生していると判定し、スイッチ温度が基準温度未満である場合、半オン故障が発生していないと判定する。基準温度は、一定値であり、予め設定されている。
 制御部50は、半オン故障が発生していると判定した場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つについて半オン故障を検知した場合(S8:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを出力部54に指示する(ステップS9)。
 これにより、出力部54は出力電圧をハイレベル電圧に切替え、駆動回路40はオン動作を行う。これにより、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で正常な半導体スイッチがオンに切替わる。ステップS9で制御部50が行うオンへの切替えの指示は、駆動回路40へのオン動作の実行の指示に相当し、駆動回路40は第1切替え部として機能する。
 制御部50は、ステップS9を実行した後、フラグの値をゼロから1に変更する(ステップS10)。制御部50は、出力電圧がローレベル電圧ではないと判定した場合(S6:NO)、半オン故障が発生していないと判定した場合(S8:NO)、又は、ステップS10を実行した後、切替え処理を終了する。
 制御部50は、フラグの値がゼロではないと判定した場合(S1:NO)、フラグの値が1であるか否かを判定する(ステップS11)。制御部50は、フラグの値が1であると判定した場合(S11:YES)、入力部52から温度情報を取得し(ステップS12)、取得した温度情報が示すスイッチ温度が閾値温度以上であるか否かを判定する(ステップS13)。閾値温度も、一定値であり、予め設定されている。閾値温度は基準温度よりも高い。
 制御部50は、スイッチ温度が閾値温度以上であると判定した場合(S13:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knから伝導した熱によって、回路基板16に配置された素子が過熱される虞があるとして、出力部54に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを出力部54に指示する(ステップS14)。
 これにより、出力部54は出力電圧をローレベル電圧に切替え、駆動回路40はオフ動作を行う。ステップS13,S14は、フラグの値が1である場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中の少なくとも1つについて半オン故障が検知されて、駆動回路40がオン動作を行った後に実行される。
 ステップS14で制御部50が行ったオフへの切替えの指示は、駆動回路40へのオフ動作の実行の指示に相当し、駆動回路40は第2切替え部としても機能する。
 制御部50がステップS14を実行することによって、駆動回路40がオフ動作を行った場合、正常な半導体スイッチがオフに切替わるので、半オン故障が発生している半導体スイッチ内では、ワイヤ24に大きな電流が流れ、ワイヤ24が断線し、ドレイン端子21及びソース端子22が開放される。半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22が開放された場合、正常な半導体スイッチはオフに維持されているため、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して電流が流れず、バッテリ10から負荷11への電力供給が停止する。
 制御部50は、ステップS14を実行した後、フラグの値を2に変更する(ステップS15)。制御部50は、フラグの値が1ではないと判定した場合(S11:NO)、スイッチ温度が閾値温度未満であると判定した場合(S13:NO)、又は、ステップS15を実行した後、切替え処理を終了する。
 前述したように、正常な半導体スイッチがオフである状態でフラグの値は2に変更される。更に、切替え処理では、フラグの値が2である場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオンに切替えられることはない。従って、ステップS15が実行された後において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して電流が流れることはない。
 図6は、スイッチ制御装置12の効果の説明図である。図6には、スイッチ温度の推移と、出力部54が出力している出力電圧の推移とが示されている。図6では、「H」はハイレベル電圧を示し、「L」はローレベル電圧を示す。各推移の横軸には時間が示されている。
 また、図6では、基準温度をTrと記載し、閾値温度をTthと記載している。Tcは、オフ動作が行われた場合に、半オン故障が発生している半導体スイッチ内で断線が発生する断線温度である。Tdは、回路基板16に配置されている素子が過熱される過熱温度である。
 n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knが正常な半導体スイッチである場合において、出力部54が駆動回路40にハイレベル電圧を出力しているとき、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオンであり、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して電流が流れている。通常、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knでは、単位時間の放熱量及び発熱量が略一致しているため、スイッチ温度は、基準温度Trよりも低い温度で安定している。
 n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knがオンである間に、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生したと仮定する。このとき、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22の抵抗値は、正常な半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22の抵抗値よりも大きいので、負荷11に供給される略全ての電流が正常な半導体スイッチを流れる。従って、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22を介して流れる電流は略ゼロAであるため、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度は殆ど上昇することはない。
 ただし、並列に接続されているn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生した場合、正常な半導体スイッチの数が減少するので、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの合成抵抗が上昇する。これにより、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knが発する熱量が増加するため、スイッチ温度が上昇する。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して電流供給は継続される。
 n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中に半オン故障が発生している半導体スイッチが含まれている状態で、外部装置30がオフ信号を出力して出力部54が出力電圧をローレベル電圧に切替えた場合、駆動回路40はオフ動作を行う。これにより、正常な半導体スイッチがオフに切替わるので、電流が、バッテリ10から、半オン故障が発生している半導体スイッチを介して負荷11に流れる。これにより、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度が急速に上昇し、この温度上昇に伴ってスイッチ温度も急速に上昇する。
 スイッチ温度が基準温度Tr以上となった場合、制御部50は、半オン故障を検知し、出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを指示し、フラグの値をゼロから1に変更する。制御部50が出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを指示した場合、出力部54は、出力電圧をローレベル電圧からハイレベル電圧に切替え、駆動回路40はオン動作を行う。駆動回路40がオン動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中で正常な半導体スイッチがオンに切替わるので、半オン故障が発生している半導体スイッチに流れる電流は、再び、略ゼロAとなる。結果、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度上昇が防止され、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が行われる。
 その後、種々の原因で、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knでは、単位時間の発熱量が単位時間の放熱量を超えている状態が続いたと仮定する。この場合、時間の経過と共にスイッチ温度が上昇する。スイッチ温度が基準温度Tr以上となって駆動回路40がオン動作を行った後において、スイッチ温度が閾値温度Tth以上となった場合、制御部50は、出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを指示し、フラグの値を1から2に変更する。制御部50が出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを指示した場合、出力部54は、出力電圧をハイレベル電圧からローレベル電圧に切替え、駆動回路40はオフ動作を行う。
 駆動回路40がオフ動作を行った場合、正常な半導体スイッチがオフに切替わるので、半オン故障が発生している半導体スイッチに大きな電流が流れる。これにより、半オン故障が発生している半導体スイッチ内では、ワイヤ24が断線され、ドレイン端子21及びソース端子22が開放される。正常な半導体スイッチはオフであるので、半オン故障が発生している半導体スイッチを含むn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのドレイン端子21及びソース端子22が開放される。
 前述したように、閾値温度Tthは断線温度Tcを超えているので、出力部54が出力電圧をローレベル電圧に切替えてから断線が発生するまでの期間は短い。
 なお、半オン故障が発生している半導体スイッチに電流が流れている間、スイッチ温度は上昇する。
 半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22が開放された場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が停止されるので、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knは発熱を停止する。結果、スイッチ温度は、時間の経過と共に低下する。
(実施形態2)
 図7は、実施形態2における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。
 以下では、実施形態2について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通しているため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
 実施形態2における電源システム1は、実施形態1における電源システム1が備える構成部の中で、温度検出部13を除く他の構成部を備える。実施形態2における電源システム1は、温度検出部13の代わりに、電流検出部60及び抵抗R1を備える。n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々のソース端子22は、抵抗R1の一端に接続され、抵抗R1の他端は負荷11の一端に接続されている。電流検出部60は、抵抗R1の両端と、マイコン41の入力部52とに各別に接続されている。
 電流は、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn及び抵抗R1を介して負荷11に流れる。ここで、抵抗R1の抵抗値は一定である。このため、オームの法則により、抵抗R1を介して負荷11に流れる負荷電流は抵抗R1の両端間の電圧に比例する。電流検出部60は、抵抗R1の両端間の電圧を検出し、負荷電流を示す電流情報を入力部52に出力する。電流情報が示す負荷電流は、具体的には、負荷電流の大きさである。
 制御部50は、入力部52から電流情報を取得する。入力部52から取得した電流情報が示す負荷電流は、取得時に抵抗R1を流れる負荷電流と略一致する。
 図8及び図9は切替え処理の手順を示すフローチャートである。実施形態2における制御部50が実行する切替え処理のステップS21~S26,S29~S31,S34,S35夫々は、実施形態1における制御部50が実行する切替え処理のステップS1~S6,S9~S11,S14,S15と同様である。このため、ステップS21~S26,S29~S31,S34,S35の詳細な説明を省略する。
 制御部50は、出力部54が出力している出力電圧がローレベル電圧であると判定した場合(S26:YES)、入力部52から電流情報を取得し(ステップS27)、取得した電流情報が示す負荷電流に基づいて、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生しているか否かを判定する(ステップS28)。
 出力電圧がローレベル電圧であることは、駆動回路40がオフ動作を行っていることを意味する。駆動回路40がオフ動作を行っている場合において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの全てが正常な半導体スイッチであるとき、負荷電流は略ゼロAである。
 同様の場合において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knに、半オン故障が発生している半導体スイッチが含まれている場合、半オン故障が発生している半導体スイッチを介して負荷電流が流れるので、負荷電流は基準電流以上である。基準電流は、一定値であり、ゼロを超えている。
 ステップS28において、制御部50は、ステップS27で取得した電流情報が示す負荷電流が基準電流以上である場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生していると判定する。以上のように、制御部50は、駆動回路40がオフ動作を行っているにも関わらず、負荷電流が基準電流以上である場合、半オン故障を検知する。基準電流は予め設定されている。
 また、ステップS28において、制御部50は、ステップS27で取得した電流情報が示す負荷電流が基準電流未満である場合、半オン故障が発生していないと判定する。
 制御部50は、半オン故障が発生していると判定した場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つについて半オン故障を検知した場合(S28:YES)、ステップS29を実行し、駆動回路40はオン動作を行う。制御部50は、半オン故障が発生していないと判定した場合(S28:NO)、切替え処理を終了する。
 また、制御部50は、フラグの値が1であると判定した場合(S31:YES)、入力部52から電流情報を取得し(ステップS32)、取得した電流情報が示す負荷電流が閾値電流以上であるか否かを判定する(ステップS33)。閾値電流も、一定値であり、予め設定されている。閾値電流は基準電流よりも大きい。
 制御部50は、負荷電流が閾値電流以上であると判定した場合(S33:YES)、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介して負荷11に過電流が流れる虞があるとして、ステップS34を実行する。ステップS34では、半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22を開放させる。
 ステップS33,S34は、フラグの値が1である場合、即ち、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knの中の少なくとも1つについて半オン故障が検知されて、駆動回路40がオン動作を行った後に実行される。制御部50がステップS34を実行した場合、駆動回路40はオフ動作を行う。これにより、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのドレイン端子21及びソース端子22が開放される。
 制御部50は、負荷電流が閾値電流未満であると判定した場合(S33:NO)、切替え処理を終了する。
 図10は、スイッチ制御装置12の効果の説明図である。図10には、出力部54が出力している出力電圧の推移が示されている。図10では、「H」はハイレベル電圧を示し、「L」はローレベル電圧を示す。出力電圧の推移の横軸には時間が示されている。
 n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つで半オン故障が発生している状態で、外部装置30がオフ信号を出力して出力部54が出力電圧をローレベル電圧に切替えた場合、駆動回路40はオフ動作を行い、正常な半導体スイッチがオフに切替わる。このとき、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中に半オン故障が発生している半導体スイッチが含まれているので、負荷電流は基準電流以上である。
 出力部54が出力している出力電圧がローレベル電圧である状態で負荷電流が基準電流以上である場合、制御部50は、半オン故障を検知し、出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを指示し、フラグの値をゼロから1に変更する。制御部50が出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオンへの切替えを指示した場合、出力部54は、出力電圧をローレベル電圧からハイレベル電圧に切替え、駆動回路40はオン動作を行う。駆動回路40がオン動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチがオンに切替わる。これにより、半オン故障が発生している半導体スイッチに流れる電流は、再び、略ゼロAとなる。結果、半オン故障が発生している半導体スイッチの温度上昇が防止され、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が行われる。
 その後、種々の原因で、負荷電流が閾値電流以上となった場合、制御部50は、出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを指示し、フラグの値を1から2に変更する。制御部50が出力部54にn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのオフへの切替えを指示した場合、出力部54は、出力電圧をハイレベル電圧からローレベル電圧に切替え、駆動回路40はオフ動作を行う。駆動回路40がオフ動作を行った場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の正常な半導体スイッチがオフに切替わる。
 正常な半導体スイッチがオフに切替わった場合、半オン故障が発生している半導体スイッチに大きな電流が流れる。これにより、半オン故障が発生している半導体スイッチ内では、ワイヤ24が断線され、ドレイン端子21及びソース端子22が開放される。正常な半導体スイッチはオフであるので、半オン故障が発生している半導体スイッチを含むn個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのドレイン端子21及びソース端子22が開放される。
 半オン故障が発生している半導体スイッチのドレイン端子21及びソース端子22が開放された場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knを介した電流供給が停止され、負荷11に過電流が流れることが防止される。
 なお、実施形態1において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つについて半オン故障が発生しているか否かを、スイッチ温度ではなく、実施形態2と同様に、負荷電流に基づいて行ってもよい。この場合、実施形態1における電源システム1は、電流検出部60及び抵抗R1を更に備える。制御部50は、入力部52から温度情報及び電流情報を取得する。
 また、実施形態1における電源システム1が電流検出部60及び抵抗R1を更に備える場合、制御部50は、フラグの値が1である場合において、スイッチ温度が閾値温度以上であるか否かを判定すると共に、実施形態2と同様に、負荷電流が閾値電流以上であるかを判定してもよい。制御部50は、スイッチ温度が閾値温度であると判定したか、又は、負荷電流が閾値電流以上であると判定した場合、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Knのドレイン端子21及びソース端子22を開放させる。
 更に、実施形態2において、n個の半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn中の少なくとも1つについて半オン故障が発生しているか否かを、負荷電流ではなく、実施形態1と同様に、スイッチ温度に基づいて行ってもよい。この場合、実施形態2における電源システム1は、温度検出部13を更に備える。制御部50は、入力部52から温度情報及び電流情報を取得する。
 また、実施形態1,2において、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々が有するソース端子22及びワイヤ24の数は2以上であってもよい。複数のソース端子22,22,・・・,22夫々は、ワイヤ24によって半導体スイッチ本体20に接続される。
 更に、半導体スイッチK1,K2,・・・,Kn夫々は、Nチャネル型のFETに限定されず、Pチャネル型のFET又はバイポーラトランジスタ等であってもよい。半導体スイッチK1,K2,・・・,KnがPチャネル型のFETである場合、オン動作はゲート電圧を低下させる動作であり、オフ動作はゲート電圧を上昇させる動作である。
 また、マイコン41の代わりに、AND回路、OR回路及びコンパレータ等のハードウェアを用いてスイッチ制御装置12を構成してもよい。
 開示された実施形態1,2はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1 電源システム
 10 バッテリ
 11 負荷
 12 スイッチ制御装置
 13 温度検出部
 14,15 導電板
 16 回路基板
 20 半導体スイッチ本体
 21 ドレイン端子
 22 ソース端子
 23 ゲート端子
 24 ワイヤ
 25 樹脂
 30 外部装置
 40 駆動回路(第1切替え部、第2切替え部)
 50 制御部
 51 記憶部
 52,53 入力部
 54 出力部
 55 バス
 60 電流検出部
 A1 記憶媒体
 K1,K2,・・・,Kn 半導体スイッチ
 P1 コンピュータプログラム
 R1 抵抗

Claims (8)

  1.  並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、該複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行う第1切替え部と、
     該第1切替え部が前記オン動作を行った後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行う第2切替え部と
     を備えるスイッチ制御装置。
  2.  前記第1切替え部は、前記複数の半導体スイッチの温度と共に上昇するスイッチ温度が所定温度以上となった場合に、前記オン動作を行う
     請求項1に記載のスイッチ制御装置。
  3.  前記第1切替え部は、前記オフ動作が行われているにも関わらず、該複数の半導体スイッチを介して流れる電流が基準電流以上である場合に、前記オン動作を行う
     請求項1に記載のスイッチ制御装置。
  4.  前記第2切替え部は、前記第1切替え部が前記オン動作を行った後にて、該複数の半導体スイッチの温度と共に上昇するスイッチ温度が閾値温度以上となった場合に前記オフ動作を行う
     請求項1から請求項3のいずれか1つに記載のスイッチ制御装置。
  5.  前記第2切替え部は、前記第1切替え部が前記オン動作を行った後にて、該複数の半導体スイッチを介して流れる電流が閾値電流以上となった場合に前記オフ動作を行う
     請求項1から請求項3のいずれか1つに記載のスイッチ制御装置。
  6.  前記複数の半導体スイッチ夫々は、
     端子と、
     半導体スイッチ本体と、
     前記端子及び半導体スイッチ本端を接続するワイヤと
     を有し、
     前記複数の半導体スイッチ夫々では、電流が前記半導体スイッチ本体、ワイヤ及び端子を流れる
     請求項1から請求項5のいずれか1つに記載のスイッチ制御装置。
  7.  並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作を行うステップと、
     該オン動作が行われた後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作を行うステップと
     を含むスイッチ切替え方法。
  8.  並列に接続された複数の半導体スイッチ中の少なくとも1つについて故障が検知された場合に、前記複数の半導体スイッチをオンに切替えるためのオン動作の実行を指示するステップと、
     該オン動作を行うことを指示した後に、前記複数の半導体スイッチをオフに切替えるためのオフ動作の実行を指示するステップと
     をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
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