WO2019107107A1 - 電力供給装置 - Google Patents

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WO2019107107A1
WO2019107107A1 PCT/JP2018/041507 JP2018041507W WO2019107107A1 WO 2019107107 A1 WO2019107107 A1 WO 2019107107A1 JP 2018041507 W JP2018041507 W JP 2018041507W WO 2019107107 A1 WO2019107107 A1 WO 2019107107A1
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power supply
voltage
field effect
effect transistor
fet
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PCT/JP2018/041507
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Inventor
佳佑 若園
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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Publication date
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    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric 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
    • B60R16/02—Electric 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic 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
    • H03K17/687—Electronic 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

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-228224 filed on Nov. 28, 2017, and incorporates all the contents described in the aforementioned Japanese application.
  • the vehicle is equipped with two power supplies connected in parallel via a semiconductor switch, with one power supply connected to a cell motor, and the other power supply connected to another vehicle load.
  • An apparatus is known (for example, patent document 1).
  • the power supply device described in Patent Document 1 turns off the semiconductor switch to cut off the connection between one power supply and the other power supply in order to avoid the influence on other vehicle loads when the cell motor is started. It is made to do.
  • the semiconductor switch uses an n-channel FET (field effect transistor), when current flows through the parasitic diode of the n-channel FET when the n-channel FET is off, Joule heat is generated by the resistance, and the temperature of the n-channel FET rises.
  • the power supply device described in Patent Document 1 includes a control unit that turns on an n-channel FET when the temperature is detected and reaches a predetermined temperature or more.
  • the on-resistance value of the n-channel FET is extremely small compared to the resistance value of the parasitic diode, the combined resistance of the on-resistance of the n-channel FET and the resistance of the parasitic diode can be reduced to suppress generation of Joule heat. The temperature rise of the n-channel FET can be avoided.
  • a forward direction of a parasitic diode is from the first power supply to the second power supply between a first power supply and a second power supply that supply power to an on-vehicle load.
  • the field effect transistor is turned off
  • a control unit that turns on the field effect transistor when the voltage value on the first power supply side is higher than the voltage value on the second power supply side by a predetermined threshold voltage value or more.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power supply system according to a first embodiment. It is explanatory drawing when the electric potential by the side of a 2nd power supply is higher than the 1st power supply side (Vdrop ⁇ Vref2). It is explanatory drawing when the electric potential by the side of a 2nd power supply is higher than the 1st power supply side (Vdrop> Vref2). It is explanatory drawing when the electric potential by the side of a 1st power supply is higher than the 2nd power supply side (BAT1-BAT2 ⁇ Vref1). It is explanatory drawing when the electric potential by the side of a 1st power supply is higher than the 2nd power supply side (BAT1-BAT2> Vref1). It is an explanatory view showing an output etc. of a comparator. It is an explanatory view showing the state of a field effect transistor. It is a flowchart which shows the process of the abnormality detection by MPU of a stop part.
  • An object of the present disclosure is to provide a power supply device capable of suppressing current flow in a parasitic diode when the field effect transistor is off.
  • a power supply device including: a first power supply that supplies power to a vehicle load; And the voltage value on the second power supply side is higher than the voltage value on the first power supply side based on the voltage of the both ends of the field effect transistor, and the field effect transistor. And a control unit that turns on the field effect transistor when the transistor is turned off and the voltage value on the first power supply side is higher than the voltage value on the second power supply side by a predetermined threshold voltage value or more.
  • the field effect transistor when the voltage value on the second power supply side becomes higher than the voltage value on the first power supply side in the on state of the field effect transistor, the field effect transistor is turned off to It is possible to suppress the flow of current from the power supply side to the first power supply side. Therefore, the current flowing from the second power supply to the on-vehicle load connected to the first power supply can be cut off, and the power of the second power supply can be efficiently supplied to the on-vehicle load connected to the second power supply.
  • the parasitic diode is turned on by turning on the field effect transistor. Can suppress the heat generation of
  • the threshold voltage value is preferably smaller than a diode forward voltage value of the parasitic diode.
  • the threshold voltage value is smaller than the diode forward voltage value of the parasitic diode
  • the voltage on the anode side of the parasitic diode is higher than the voltage on the cathode side when the field effect transistor is off. Even before the current flows to the parasitic diode, the field effect transistor can be turned on. Therefore, it is possible to suppress current flow and heat generation in the parasitic diode.
  • the control unit includes a comparator having a non-inverted input terminal connected to the anode side of the parasitic diode and an inverted input terminal connected to the cathode side of the parasitic diode, and the non-inverted input terminal and the parasitic
  • a first voltage drop unit provided between the anode terminal of the diode and lowering the threshold voltage value from the anode side voltage of the parasitic diode, and provided between the inverting input terminal and the cathode terminal of the parasitic diode
  • a second voltage drop unit for dropping a second voltage value from the cathode side voltage of the parasitic diode, and turning on the first voltage drop unit based on an output from the comparator; It is preferable to include a switching unit that switches between a state in which the first voltage drop unit is turned off and a state in which the second voltage drop unit is turned on.
  • the switching unit turns on the first voltage drop unit and turns off the second voltage drop unit, and turns on the first voltage drop unit and turns on the second voltage drop unit. Is switched.
  • the voltage in the ON state is input. Therefore, when the magnitude relation of the voltage input to each input terminal of the comparator is reversed, hysteresis can be provided to suppress the transmission operation.
  • the second voltage value dropped by the second voltage drop unit is preferably smaller than the threshold voltage value dropped by the first voltage drop unit.
  • the second voltage value dropped by the second voltage drop unit is smaller than the threshold voltage value dropped by the first voltage drop unit. (1) It is possible to efficiently suppress the flow of current to the power supply side.
  • control unit be stopped to include a stop unit that turns on the field effect transistor.
  • the stopping unit stops the driving of the control unit and turns on the field effect transistor, thereby causing the current from the anode side to the cathode side of the parasitic diode. Can suppress the power loss due to the flow of current and maintain the safe state.
  • the stopping unit stops the control unit and turns on the field effect transistor when the control unit turns on the field effect transistor even after the field effect transistor is turned off. It is preferable to maintain the state of
  • the stopping unit stops the control unit and turns on the field effect transistor. Therefore, the control unit fixed to the on side can be stopped, and the field effect transistor can be stably turned on to maintain the safe state.
  • the stop unit may turn on the field effect transistor even after the field effect transistor is turned off, or may turn off the field effect transistor for a predetermined time or more.
  • a configuration that outputs a predetermined signal is preferable.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power supply system S according to the first embodiment.
  • the power supply system S includes, for example, a first power supply 20, a second power supply 23, and a power supply device 1 provided between the first power supply 20 and the second power supply 23 mounted on a vehicle (not shown), It controls the supply and disconnection of power between the 1 power source 20 side and the 2nd power source 23 side.
  • the first power supply 20 and the second power supply 23 are secondary batteries such as a lead battery or a lithium ion battery, and function as, for example, a constant voltage power supply having an output voltage value of 12.6V.
  • the on-vehicle load 21 and the on-vehicle load 22 are connected in parallel to the first power supply 20 on the side of the first power supply 20, and the first power supply 20 supplies power to the on-vehicle load 21.
  • the on-vehicle load 21 starts the engine (not shown) of the vehicle by the power supplied from the first power source 20.
  • the on-vehicle load 22 generates electric power in conjunction with the engine or generates regenerative electric power in conjunction with the braking operation of the vehicle.
  • the on-vehicle load 22 includes a rectifier (not shown) to rectify the generated power into, for example, a DC voltage of 14V.
  • the in-vehicle load 24 is, for example, an in-vehicle device such as an in-vehicle light using a light emitting element such as an LED or a door lock mechanism using a DC motor.
  • a DC voltage rectified by the on-vehicle load 22 is supplied to the on-vehicle load 24, the first power supply 20 and the second power supply 23.
  • the power supply device 1 includes a field effect transistor 11 (hereinafter, FET 11 (field effect transistor)), an FET driver 12, a comparator 13 (control unit), a first voltage drop unit 15, a second voltage drop unit 16, and a switching unit 14. , And the stop unit 17.
  • the FET 11 is an n-channel MOSFET 11 and has a parasitic diode.
  • the drain of the FET 11 is connected to the second power supply 23 side, and the source is connected to the first power supply 20 side. Therefore, in the FET 11, the anode side of the parasitic diode is connected to the first power supply 20 side, and the cathode side is connected to the second power supply 23 side. That is, the FET 11 is connected between the first power supply 20 and the second power supply 23 so that the forward direction of the parasitic diode is from the first power supply 20 to the second power supply 23.
  • An FET driver 12 is connected to the gate of the FET 11.
  • the FET driver 12 applies a gate voltage to the gate of the FET 11 in order to turn on the FET 11, that is, to cause a current to flow through the FET 11.
  • Power is supplied to the FET driver 12 from the first power supply 20 or the second power supply 23, and a gate voltage for turning on the FET 11 is generated by boosting the supplied voltage.
  • the FET driver 12 is connected to a comparator 13 described later, and turns on the FET 11 when the output from the comparator 13 is high, and turns off the FET 11 when the output from the comparator 13 is low.
  • the FET driver 12 is configured to be in a steady state in which the FET 11 is always on, and when there is no output from the comparator 13, the FET driver 12 turns on the FET 11.
  • the comparator 13 has a non-inverted input terminal (Vin (+)) and an inverted input terminal (Vin ( ⁇ )) as input terminals, and an output terminal (Vout).
  • the non-inverting input terminal is connected to the side of the first power supply 20, and the voltage on the anode (source of FET 11) side of the parasitic diode is input.
  • the inverting input terminal is connected to the second power supply 23 side, and the voltage on the cathode (drain of the FET 11) side of the parasitic diode is input.
  • the wiring from the output terminal is branched into three, and the respective wirings branched from the output terminal are connected to the FET driver 12, the switching unit 14 and the stopping unit 17 described later.
  • the comparator 13 compares the voltage input to the noninverting input terminal with the voltage input to the inverting input terminal, and the voltage input to the noninverting input terminal is higher than the voltage input to the inverting input terminal In the case (Vin (+)> Vin (-)), high is output from the output terminal.
  • the comparator 13 outputs Low from the output terminal when the voltage input to the non-inverting input terminal is lower than the voltage input to the inverting input terminal (Vin (+) ⁇ Vin ( ⁇ )).
  • the first voltage drop unit 15 includes a first resistor 151, a first switch 153, and a first constant current circuit 152.
  • the second voltage drop unit 16 includes a second resistor 161, a second switch 163 and a second constant current circuit 162.
  • the switching unit 14 is connected to the output terminal of the comparator 13 and switches the first switch 153 and the second switch 163 on or off based on the output from the comparator 13.
  • the switching unit 14 is configured to turn off the first switch 153 and turn on the second switch 163 when the output from the comparator 13 is high.
  • the switching unit 14 is configured to turn on the first switch 153 and turn off the second switch 163 when the output from the comparator 13 is low.
  • the switching unit 14 bifurcates the output from the comparator 13 using, for example, an inverter (NOT gate), outputs one of the branched ones to the first switch 153, and inverts the other by the inverter to generate the second switch 163. , And the first switch 153 and the second switch 163 may be switched on or off.
  • NOT gate inverter
  • the non-inverted input terminal of the comparator 13 is connected to a wire connecting the first resistor 151 and the first switch 153. That is, the non-inverted input terminal of the comparator 13 is connected to the wiring connecting the source of the FET 11 and the first power supply 20 via the first resistor 151.
  • the first voltage drop unit 15 performs a constant voltage drop (Vref1). Therefore, when the first switch 153 is turned on by the switching unit 14, the voltage of the source of the FET 11 (potential) is dropped by the first voltage dropping unit 15 to the non-inverting input terminal of the comparator 13. A voltage is input.
  • the first switch 153 is turned off by the switching unit 14, the voltage of the source of the FET 11 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 13.
  • the inverting input terminal of the comparator 13 is connected to a wire connecting the second resistor 161 and the second switch 163. That is, the inverting input terminal of the comparator 13 is connected to the wiring connecting the drain of the FET 11 and the second power supply 23 through the second resistor 161.
  • the second voltage drop unit 16 performs a constant voltage drop (Vref2) when the second switch 163 is turned on by the switching unit 14. Therefore, when the second switch 163 is turned on by the switching unit 14, a voltage dropped by the second voltage drop unit 16 from the voltage value (potential) of the drain of the FET 11 to the inverting input terminal of the comparator 13 Is input.
  • the second switch 163 is turned off by the switching unit 14, the voltage of the drain of the FET 11 is input to the inverting input terminal of the comparator 13.
  • the switching unit 14 when the comparator 13 outputs high, the switching unit 14 turns off the first switch 153 and turns on the second switch 163.
  • the FET driver 12 applies a gate voltage to the gate of the FET 11, and the FET 11 is turned on.
  • the switching unit 14 turns on the first switch 153 and turns off the second switch 163.
  • the FET driver 12 stops applying the gate voltage, and the FET 11 is turned off.
  • the voltage drop (Vref1) by the first voltage drop unit 15 is set as the threshold voltage value for turning on the FET 11 from the off state, and the threshold voltage value (Vref1) is the diode forward voltage value (Vf) of the parasitic diode. (Vref1 ⁇ Vf) smaller than.
  • a current value (Ids) acceptable as a current flowing from the second power supply 23 to the first power supply 20 is appropriately determined based on power supply characteristics such as the storage capacity of the second power supply.
  • the stop unit 17 is, for example, a microcomputer including a storage unit such as an MPU 171 (Micro-processing unit), a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory), and a communication function.
  • the wiring branched from the output terminal of the comparator 13 is connected to the stop unit 17.
  • the stop unit 17 is configured to change the voltage input to any input terminal of the comparator 13 so that the output from the output terminal of the comparator 13 can be made high or low.
  • the stop unit 17 disconnects the comparator 13 from the FET driver 12 by, for example, shutting off the driving power supply of the comparator 13 when detecting an abnormality to be described later, so that the FET driver 12 can maintain the FET 11 in the on state. It is configured.
  • the stop unit 17 detects an abnormality, the stop unit 17 outputs a failure notification including the detection result to the ECU 30 (Electronic Control Unit) connected via the in-vehicle LAN.
  • ECU 30 Electronic Control Unit
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the case where the potential of the second power supply 23 side is higher than the first power supply 20 side (Vdrop ⁇ Vref2). Since the on-vehicle load 21 is connected to the first power supply 20 side, when a large current flows from the first power supply 20 to the on-vehicle load 21 when the on-vehicle load 21 is activated, the output voltage of the first power supply 20 is Go down. In such a case, the potential on the second power supply 23 side is higher than that on the first power supply 20 side.
  • the voltage obtained by subtracting the value of the voltage drop (I ⁇ Ron) of the FET 11 from the output voltage of the second power supply 23 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 13.
  • a voltage obtained by subtracting the value of the voltage drop (Vref2) by the second voltage drop unit 16 from the output voltage of the second power supply 23 is input to the inverting input terminal of the comparator 13.
  • the value of the voltage drop (Vref2) by the second constant current circuit 162 is a voltage (Ids) acceptable as a current value flowing from the second power supply 23 to the first power supply 20 multiplied by the on resistance (Ron) of the FET 11
  • the voltage is set to be smaller than Vdrop.
  • the comparator 13 outputs high. Accordingly, the second switch 163 is turned on, the first switch 153 is turned off, and the FET 11 is turned on.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the case where the potential of the second power supply 23 side is higher than the first power supply 20 side (Vdrop> vref2). Similar to FIG. 2, the potential on the second power supply 23 side is higher than that on the first power supply 20 side.
  • the voltage obtained by subtracting the value of the voltage drop of the FET 11 from the output voltage of the second power supply 23 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 13.
  • a voltage obtained by subtracting the value of the voltage drop (Vref2) by the second voltage drop unit 16 from the output voltage of the second power supply 23 is input to the inverting input terminal of the comparator 13.
  • the value of the voltage drop (Vref2) by the second constant current circuit 162 is a voltage (Ids) acceptable as a current value flowing from the second power supply 23 to the first power supply 20 multiplied by the on resistance (Ron) of the FET 11 It is set to be smaller than Vdrop). Therefore, when the current (I) flowing to the FET 11 is larger than the allowable current value (Ids) as the current value flowing from the second power supply 23 to the first power supply 20, the comparator 13 outputs low.
  • the comparator 13 When the comparator 13 outputs low, the second switch 163 is switched off and the first switch 153 is switched on, and the FET 11 is turned off.
  • the FET 11 When the FET 11 is turned off, the current from the second power supply 23 to the first power supply 20 is cut off, and power is stably supplied from the second power supply 23 to the on-vehicle load 24 connected to the second power supply 23. Can.
  • the comparator 13 it is possible to perform control to turn off the FET 11 with good response.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram (BAT1-BAT2 ⁇ Vref1) in the case where the potential of the first power supply 20 side is higher than the second power supply 23 side.
  • the in-vehicle load 22 is connected to the first power supply 20 side, and the voltage output by the in-vehicle load 22 is higher than the output voltage of the first power supply 20 and the second power supply 23.
  • the second power source 23 is charged by the on-vehicle load 22. Therefore, when the in-vehicle load 22 is operating or when the output voltage of the second power supply 23 is decreased, the potential of the first power supply 20 side becomes higher than that of the second power supply 23 side.
  • a voltage obtained by subtracting the value (Vref1) of the voltage drop by the first voltage drop unit 15, which is a threshold voltage, from the output voltage of the first power supply 20 is input to the non-inverted input terminal of the comparator 13.
  • the output voltage of the second power supply 23 is input to the inverting input terminal of the comparator 13.
  • the second switch 163 is off, the first switch 153 is on, and the FET 11 is off.
  • the value (Vref1) of the voltage drop by the first voltage drop unit 15 is set smaller than the diode forward voltage value (Vf) of the parasitic diode. Therefore, the difference between the output voltage of the first power supply 20 and the output voltage of the second power supply 23, that is, the value obtained by subtracting the output voltage (BAT2) of the second power supply 23 from the output voltage (BAT1) of the first power supply 20 is the threshold value. If the voltage drop (Vref1-BAT2 ⁇ Vref1), which is a voltage, is smaller than the value (Vref1) of the voltage drop by the first voltage drop unit 15, the comparator 13 outputs a low.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the case where the potential on the side of the first power supply 20 is higher than that on the side of the second power supply 23 (BAT1-BAT2> Vref1). Similar to FIG. 4, the potential on the first power supply 20 side is higher than that on the second power supply 23 side. As shown in FIG. 4, even if the potential of the first power supply 20 side is higher than that of the second power supply 23, the difference between the output voltage of the first power supply 20 and the output voltage of the second power supply 23, ie, the first If the value obtained by subtracting the output voltage of the second power supply 23 from the output voltage of the power supply 20 is smaller than the value (Vref1) of the voltage drop by the first voltage drop unit 15 which is the threshold voltage, the comparator 13 goes low. The FET 11 is turned off.
  • the comparator 13 When the value obtained by subtracting the output voltage of the second power supply 23 from the output voltage of the first power supply 20 is larger than the threshold voltage which is the value (Vref1) of the voltage drop by the first voltage drop unit 15 (BAT1-BAT2> The magnitude relation between the non-inverted input terminal and the inverted input terminal is inverted in Vref1), and the comparator 13 outputs high.
  • the comparator 13 When the comparator 13 outputs high, the FET 11 is turned on, the first switch 153 is turned off, and the second switch 163 is turned on.
  • the FET 11 When the FET 11 is turned on, the current flowing from the second power supply 23 side to the first power supply 20 side flows from the source to the drain of the FET 11.
  • the threshold voltage (Vref1) is smaller than the diode forward voltage value (Vf) of the parasitic diode, power loss and heat generation in the parasitic diode can be achieved by turning on the FET 11 before current flows in the parasitic diode. Can be suppressed.
  • the reason that the potential on the first power supply 20 side is higher than that on the second power supply 23 side is not limited to the state in which the output voltage of the first power supply 20 is higher than the output voltage of the second power supply 23.
  • a state in which the output voltage from the on-vehicle load 22 connected to the one power supply 20 side is higher than the output voltage of the second power supply 23 is included.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing the output of the comparator 13 and the like.
  • the states of the comparator 13, the FET 11, the first switch 153, and the second switch 163 are described in the form of a table with respect to the potential difference between both ends of the FET 11 shown in FIG. 2 to FIG.
  • the voltage drop (Vdrop) due to the current flowing from the drain to the source of the FET 11 is When the voltage drop (Vref2 / second voltage value) by the second voltage drop unit 16 is smaller, the output of the comparator 13 is high, the FET 11 is on, the first switch 153 is off, and the second switch 163 is on. .
  • the voltage drop (Vdrop) due to the current flowing from the drain to the source of the FET 11 is When the voltage drop (Vref2 / second voltage value) by the second voltage drop unit 16 is larger, the output of the comparator 13 is low, the FET 11 is off, the first switch 153 is on, and the second switch 163 is off. .
  • the output voltage of the second power supply 23 is calculated from the output voltage of the first power supply 20
  • the subtracted value is smaller than the voltage drop value (Vref1) by the first voltage drop unit 15 which is the threshold voltage
  • the output of the comparator 13 is low
  • the FET 11 is off
  • the first switch 153 is on
  • the second The switch 163 is turned off.
  • the output voltage of the second power supply 23 is calculated from the output voltage of the first power supply 20
  • the subtracted value is larger than the voltage drop value (Vref1) by the first voltage drop unit 15 which is the threshold voltage
  • the output of the comparator 13 is high
  • the FET 11 is on
  • the first switch 153 is off and the second The switch 163 is turned on.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing the state of the field effect transistor 11.
  • the horizontal axis indicates the potential difference across the FET 11 (the potential difference obtained by subtracting the potential on the second power supply 23 from the potential on the first power supply 20 side), and the vertical axis indicates the on or off state of the FET 11.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a process of detecting an abnormality by the MPU of the stop unit.
  • the MPU 171 of the stopping unit 17 constantly executes the processing procedure described below.
  • the MPU 171 obtains the output from the comparator 13 (S11).
  • the MPU 171 determines whether the output from the comparator 13 is low for a predetermined time or more (S12).
  • the predetermined time is appropriately determined according to the characteristics or specifications of the FET 11, and is set to, for example, 3 seconds.
  • the MPU 171 determines that the failure is due to low-side sticking (S13).
  • the MPU 171 maintains the output from the FET driver 12 in the ON state (S14).
  • the FET driver 12 is configured to be in a steady state in which the FET 11 is always on. Therefore, the MPU 171 can maintain the output from the FET driver 12 in the ON state by, for example, shutting off the power supplied to the comparator 13.
  • the MPU 171 outputs a predetermined signal related to the failure due to the low-side sticking to the ECU 30 via the in-vehicle LAN (S15).
  • the MPU 171 If it is not low for a predetermined time or more (S12: NO), the MPU 171 outputs a signal to forcibly turn off the FET 11 (S21).
  • the MPU 171 outputs a voltage higher than that of the non-inverted input terminal to, for example, the inverted input terminal of the comparator 13, thereby forcibly setting the output from the output terminal to low and forcibly turning off the FET 11.
  • the MPU 171 obtains the output from the comparator 13 (S22). The MPU 171 determines whether the output from the comparator 13 is low (S23). If it is low (S23: YES), the MPU 171 ends the processing related to the abnormality detection, and shifts to the normal operation (S24).
  • the MPU 171 determines that the failure is due to sticking on the high side (S231).
  • the MPU 171 maintains the output from the FET driver 12 in the ON state, as in the process of S14 (S232).
  • the MPU 171 outputs a predetermined signal related to the failure due to the high-side sticking to the ECU 30 via the in-vehicle LAN (S233).
  • the MPU 171 of the stopping unit 17 outputs a predetermined signal relating to the failure to the ECU 30, whereby the ECU 30 can appropriately control the entire vehicle based on the acquired signal.
  • the FET 11 is described as the n-channel MOSFET 11, the invention is not limited to this, and the p-channel MOSFET 11 may be used.
  • the stop unit 17 is described as a microcomputer, but is not limited to this, and may be an electronic device or a field-programmable gate array (FPGA) having a control function such as a CPU.
  • FPGA field-programmable gate array

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Abstract

電力供給装置は、車載負荷に電力を供給する第１電源と第２電源との間に、寄生ダイオードの順方向が該第１電源から該第２電源となるように設けられた電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタの両端の電圧に基づいて、前記第２電源側の電圧値が前記第１電源側の電圧値よりも高くなった場合、前記電界効果トランジスタをオフにし、前記第１電源側の電圧値が前記第２電源側の電圧値よりも所定の閾値電圧値以上高くなった場合、前記電界効果トランジスタをオンにする制御部とを備える。

Description

電力供給装置
　本発明は、電力供給装置に関する。
　本出願は、２０１７年１１月２８日出願の日本出願第２０１７－２２８２２４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。
　車両には、半導体スイッチを介し、並列に接続された２つの電源を備え、一方の電源側にはセルモーターを接続し、他方の電源側には、他の車載負荷を接続してある電力供給装置が知られている（例えば、特許文献１）。
　特許文献１に記載の電力供給装置は、セルモーターを起動する際に、他の車載負荷への影響を回避するため、半導体スイッチをオフにして、一の電源と他の電源との接続を遮断するようにしてある。また、半導体スイッチは、ｎチャネル型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を使用しているため、ｎチャネル型ＦＥＴがオフの時、ｎチャネル型ＦＥＴの寄生ダイオードを介して電流が流れた場合、寄生ダイオードの抵抗によるジュール熱が発生しｎチャネル型ＦＥＴの温度が上昇する。特許文献１に記載の電力供給装置は、当該温度を検出し所定温度以上となった場合、ｎチャネル型ＦＥＴをオンにさせる制御部を備えている。ｎチャネル型ＦＥＴのオン抵抗値は、寄生ダイオードの抵抗値に比較し極めて小さいため、ｎチャネル型ＦＥＴのオン抵抗と寄生ダイオードの抵抗との合成抵抗を小さくでき、ジュール熱の発生を抑制し、ｎチャネル型ＦＥＴの温度上昇を回避することができる。
特開２０１７－６９７１６号公報
　本開示の一態様に係る電力供給装置は、車載負荷に電力を供給する第１電源と第２電源との間に、寄生ダイオードの順方向が該第１電源から該第２電源となるように設けられた電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタの両端の電圧に基づいて、前記第２電源側の電圧値が前記第１電源側の電圧値よりも高くなった場合、前記電界効果トランジスタをオフにし、前記第１電源側の電圧値が前記第２電源側の電圧値よりも所定の閾値電圧値以上高くなった場合、前記電界効果トランジスタをオンにする制御部とを備える。
実施形態１に係る電源システムのブロック図である。 第１電源側よりも第２電源側の電位が高い場合（Vdrop<Vref2）の説明図である。 第１電源側よりも第２電源側の電位が高い場合（Vdrop>Vref2）の説明図である。 第２電源側よりも第１電源側の電位が高い場合（BAT1-BAT2<Vref1）の説明図である。 第２電源側よりも第１電源側の電位が高い場合（BAT1-BAT2>Vref1）の説明図である。 比較器の出力等を示す説明図である。 電界効果トランジスタの状態を示す説明図である。 停止部のＭＰＵによる異常検出の処理を示すフローチャートである。
［本開示が解決しようとする課題］
　寄生ダイオードに電流が流れ、ｎチャネル型ＦＥＴの温度が所定温度以上になるまでの間は、ｎチャネル型ＦＥＴはオフの状態である。従ってこの間は、寄生ダイオードによる電圧降下がなされ、電力損失が大きくなるという問題点がある。
　本開示の目的は、電界効果トランジスタがオフの状態において、寄生ダイオードに電流が流れることを抑制することができる電力供給装置を提供する。
［本開示の効果］
　本開示によれば、電界効果トランジスタがオフの状態において、寄生ダイオードに電流が流れることを抑制することができる電力供給装置を提供することができる。
［本発明の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。また、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）本開示の一態様に係る電力供給装置は、車載負荷に電力を供給する第１電源と第２電源との間に、寄生ダイオードの順方向が該第１電源から該第２電源となるように設けられた電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタの両端の電圧に基づいて、前記第２電源側の電圧値が前記第１電源側の電圧値よりも高くなった場合、前記電界効果トランジスタをオフにし、前記第１電源側の電圧値が前記第２電源側の電圧値よりも所定の閾値電圧値以上高くなった場合、前記電界効果トランジスタをオンにする制御部とを備える。
　本態様にあっては、電界効果トランジスタのオン状態において、第２電源側の電圧値が、前記第１電源側の電圧値よりも高くなった場合、前記電界効果トランジスタをオフすることで、第２電源側から第１電源側に電流が流れることを抑制することができる。従って、第２電源から、第１電源側に接続された車載負荷に流れる電流を遮断し、第２電源の電力を効率的に第２電源側に接続された車載負荷に供給することができる。電界効果トランジスタをオフの状態において、第１電源側の電圧値が、前記第２電源側の電圧値よりも所定の閾値電圧値以上高くなった場合、電界効果トランジスタをオンさせることで、寄生ダイオードの発熱を抑制することができる。
（２）前記閾値電圧値は、前記寄生ダイオードのダイオード順電圧値よりも小さい構成が好ましい。
　本態様にあっては、閾値電圧値は、寄生ダイオードのダイオード順電圧値よりも小さいので、電界効果トランジスタがオフの状態において、寄生ダイオードのアノード側の電圧が、カソード側の電圧よりも高くなっても、寄生ダイオードに電流が流れる前に、電界効果トランジスタをオンにすることができる。従って、寄生ダイオードに電流が流れ発熱することを抑制することができる。
（３）前記制御部は、非反転入力端子が前記寄生ダイオードのアノード側に接続され、反転入力端子が前記寄生ダイオードのカソード側に接続された比較器を含み、前記非反転入力端子と前記寄生ダイオードのアノード端子との間に設けられ、前記寄生ダイオードのアノード側電圧から前記閾値電圧値を電圧降下させる第１電圧降下部と、前記反転入力端子と前記寄生ダイオードのカソード端子との間に設けられ、前記寄生ダイオードのカソード側電圧から第２電圧値を電圧降下させる第２電圧降下部と、前記比較器からの出力に基づいて、前記第１電圧降下部をオンにし前記第２電圧降下部をオフにした状態と、前記第１電圧降下部をオフにし前記第２電圧降下部をオンにした状態とに切り換える切換部とを備える構成が好ましい。
　本態様にあっては、切換部は、第１電圧降下部をオンにし第２電圧降下部をオフにした状態と、第１電圧降下部をオフにし第２電圧降下部をオンにした状態とを切り換えるようにしてある。このように切り換えることによって、比較器の夫々の入力端子には、１電圧降下部をオンにし第２電圧降下部をオフにした状態、又は第１電圧降下部をオフにし第２電圧降下部をオンにした状態の電圧が入力される。従って、比較器の入力端子夫々に入力される電圧の大小関係が逆転するにあたってヒステリシスを設け、発信動作を抑制することができる。
（４）前記第２電圧降下部により電圧降下される前記第２電圧値は、前記第１電圧降下部により電圧降下される前記閾値電圧値よりも小さい構成が好ましい。
　本態様にあっては、第２電圧降下部により電圧降下される第２電圧値は、第１電圧降下部により電圧降下される閾値電圧値よりも小さくしてあるので、第２電源側から第１電源側に電流が流れることを効率的に抑制することができる。
（５）前記電界効果トランジスタが所定時間以上オフである場合、前記制御部を停止させ、前記電界効果トランジスタをオンにする停止部を備える構成が好ましい。
　本態様にあっては、停止部は、電界効果トランジスタが所定時間以上オフである場合、制御部の駆動を停止し電界効果トランジスタをオンにすることで、寄生ダイオードのアノード側からカソード側に電流が流れることによる電力損失を抑制し、安全状態を維持することができる。
（６）前記停止部は、前記電界効果トランジスタをオフにした後であっても、前記制御部が前記電界効果トランジスタをオンにしている場合、前記制御部を停止させ、前記電界効果トランジスタをオンの状態に維持する構成が好ましい。
　本態様にあっては、停止部は、電界効果トランジスタをオフにした後であっても、制御部が電界効果トランジスタをオンにしている場合、制御部を停止し電界効果トランジスタをオンにする。従って、オン側に固着した制御部を停止させ、電界効果トランジスタを安定的にオンにして安全状態を維持することができる。
（７）前記停止部は、前記電界効果トランジスタをオフした後であっても、前記制御部が前記電界効果トランジスタをオンにしている場合、又は前記電界効果トランジスタが所定時間以上オフである場合、所定の信号を出力する構成が好ましい。
　本態様にあっては、前記停止部は、電界効果トランジスタをオフにした後であっても、制御部が電界効果トランジスタをオンにしている場合、又は電界効果トランジスタが所定時間以上オフである場合、所定の信号を出力する。従って、出力された信号を取得したＥＣＵ等によって、当該信号を車両の全体制御に適切に反映することができる。
[本発明の実施形態の詳細]
　本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。本開示の実施形態に係る電力供給装置１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。
（実施形態１）
　以下、実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る電源システムＳのブロック図である。電源システムＳは、例えば車両（図示せず）に搭載され、第１電源２０、第２電源２３及び第１電源２０と第２電源２３との間に設けられた電力供給装置１を備え、第１電源２０側と第２電源２３側との間での電力の給断を制御する。
　第１電源２０及び第２電源２３は、鉛バッテリ又はリチウムイオンバッテリ等の二次電池であり、例えば、出力する電圧値が１２．６Ｖの定電圧電源として機能する。第１電源２０側には、車載負荷２１、車載負荷２２の夫々が、第１電源２０に対し並列に接続され、第１電源２０は車載負荷２１に電力を供給する。車載負荷２１は、第１電源２０から供給される電力によって、車両のエンジン（不図示）を始動させる。車載負荷２２は、エンジンと連動して電力を発生し、あるいは車両の制動動作と連動して回生電力を発生する。車載負荷２２は、整流器（不図示）を備え、発生した電力を、例えば１４Ｖの直流電圧に整流する。車載負荷２４は、例えば、ＬＥＤ等の発光素子を用いた車内灯又はＤＣモータを用いたドアロック機構等の車載装置である。車載負荷２４、第１電源２０及び第２電源２３には、車載負荷２２によって整流された直流電圧が供給される。
　電力供給装置１は、電界効果トランジスタ１１（以降、ＦＥＴ１１（Field effect transistor））、ＦＥＴドライバ１２、比較器１３（制御部）、第１電圧降下部１５、第２電圧降下部１６、切換部１４、及び停止部１７を含む。ＦＥＴ１１は、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１１であり、寄生ダイオードを有する。ＦＥＴ１１のドレインは第２電源２３側に接続し、ソースは第１電源２０側に接続してある。従って、ＦＥＴ１１は、寄生ダイオードのアノード側を第１電源２０側に接続し、カソード側を第２電源２３側に接続してある。すなわち、寄生ダイオードの順方向が第１電源２０から第２電源２３となるように、ＦＥＴ１１は、第１電源２０と第２電源２３との間に接続されている。
　ＦＥＴ１１のゲートには、ＦＥＴドライバ１２が接続してある。ＦＥＴドライバ１２は、ＦＥＴ１１をオン、すなわちＦＥＴ１１を介して電流が流れるようにするため、ＦＥＴ１１のゲートにゲート電圧を印加する。ＦＥＴドライバ１２には、第１電源２０又は第２電源２３から電力が供給され、供給された電圧を昇圧することによって、ＦＥＴ１１をオンするためのゲート電圧を生成する。ＦＥＴドライバ１２は、後述する比較器１３に接続されており、比較器１３からの出力がハイの場合はＦＥＴ１１をオンにし、比較器１３からの出力がローの場合はＦＥＴ１１をオフにする。ＦＥＴドライバ１２はＦＥＴ１１を常時オンとする状態を定常として構成されており、比較器１３からの出力がない場合、ＦＥＴドライバ１２はＦＥＴ１１をオンにする。
　比較器１３は、入力端子としての非反転入力端子（Vin(+)）と反転入力端子（Vin(-)）、及び出力端子（Vout）を有する。非反転入力端子は、第１電源２０側に接続され、寄生ダイオードのアノード（ＦＥＴ１１のソース）側の電圧が入力される。反転入力端子は、第２電源２３側に接続され、寄生ダイオードのカソード（ＦＥＴ１１のドレイン）側の電圧が入力される。出力端子からの配線は３分岐され、出力端子から分岐された夫々の配線は、ＦＥＴドライバ１２、後述する切換部１４及び停止部１７に接続してある。比較器１３は、非反転入力端子に入力された電圧と、反転入力端子に入力された電圧とを比較し、非反転入力端子に入力された電圧が反転入力端子に入力された電圧よりも高い場合（Vin(+)＞Vin(-)）はハイ（High）を出力端子から出力する。比較器１３は、非反転入力端子に入力された電圧が反転入力端子に入力された電圧よりも低い場合（Vin(+)＜Vin(-)）はロー（Low）を出力端子から出力する。
　第１電圧降下部１５は、第１抵抗１５１、第１スイッチ１５３及び第１定電流回路１５２を含む。第１抵抗１５１の一端は、第１電源２０とＦＥＴ１１のソースとの間に接続され、他端には第１スイッチ１５３を介して第１定電流回路１５２が接続してある。第１抵抗１５１の抵抗値（Ref1）及び第１定電流回路１５２による電流（Iref1）は一定であるため、第１スイッチ１５３をオンにすることによって、一定の電圧降下(Vref1=Ref1×Iref1)が発生するようにしてある。
　第２電圧降下部１６は、第２抵抗１６１、第２スイッチ１６３及び第２定電流回路１６２を含む。第２抵抗１６１の一端は、第２電源２３とＦＥＴ１１のドレインとの間に接続され、他端には第２スイッチ１６３を介して第２定電流回路１６２が接続してある。第２抵抗１６１の抵抗値（Ref2）及び第２定電流回路１６２による電流（Iref2）は一定であるため、第２スイッチ１６３をオンにすることによって、一定の電圧降下(Vref2=Ref2×Iref2)が発生するようにしてある。
　切換部１４は、比較器１３の出力端子と接続してあり、比較器１３からの出力に基づいて、第１スイッチ１５３及び第２スイッチ１６３をオン又はオフに切り換える。切換部１４は、比較器１３からの出力がハイの場合、第１スイッチ１５３をオフにし、第２スイッチ１６３をオンにするように構成してある。切換部１４は、比較器１３からの出力がローの場合、第１スイッチ１５３をオンにし、第２スイッチ１６３をオフにするように構成してある。切換部１４は、例えばインバータ（ＮＯＴゲート）を用いて、比較器１３からの出力を２つ分岐させ、分岐した一方を第１スイッチ１５３に出力し、他方はインバータによって反転させて第２スイッチ１６３に出力して、第１スイッチ１５３及び第２スイッチ１６３をオン又はオフに切り換えるようにしてあってもよい。
　図１に示すごとく、比較器１３の非反転入力端子は、第１抵抗１５１と第１スイッチ１５３とを接続する配線に接続されている。すなわち、比較器１３の非反転入力端子は、第１抵抗１５１を介して、ＦＥＴ１１のソースと第１電源２０とを接続する配線に接続されている。第１電圧降下部１５は、切換部１４によって第１スイッチ１５３がオンとなった場合、一定の電圧降下(Vref1)を行う。従って、切換部１４によって第１スイッチ１５３がオンとなった場合、比較器１３の非反転入力端子には、ＦＥＴ１１のソースの電圧値（電位）から、第１電圧降下部１５により電圧降下された電圧が、入力される。切換部１４によって第１スイッチ１５３がオフとなった場合、比較器１３の非反転入力端子には、ＦＥＴ１１のソースの電圧が入力される。
　比較器１３の反転入力端子は、第２抵抗１６１と第２スイッチ１６３とを接続する配線に接続されている。すなわち、比較器１３の反転入力端子は、第２抵抗１６１を介して、ＦＥＴ１１のドレインと第２電源２３とを接続する配線に接続されている。第２電圧降下部１６は、切換部１４によって第２スイッチ１６３がオンとなった場合、一定の電圧降下(Vref2)を行う。従って、切換部１４によって第２スイッチ１６３がオンとなった場合、比較器１３の反転入力端子には、ＦＥＴ１１のドレインの電圧値（電位）から、第２電圧降下部１６により電圧降下された電圧が、入力される。切換部１４によって第２スイッチ１６３がオフとなった場合、比較器１３の反転入力端子には、ＦＥＴ１１のドレインの電圧が入力される。
　このように構成された電力供給装置１では、比較器１３がハイを出力した場合、切換部１４は、第１スイッチ１５３をオフにし、第２スイッチ１６３をオンにする。ＦＥＴドライバ１２は、ゲート電圧をＦＥＴ１１のゲートに印加し、ＦＥＴ１１はオンとなる。比較器１３がローを出力した場合、切換部１４は、第１スイッチ１５３をオンにし、第２スイッチ１６３をオフにする。ＦＥＴドライバ１２は、ゲート電圧の印加を停止し、ＦＥＴ１１はオフとなる。
　第１電圧降下部１５による電圧降下(Vref1)は、ＦＥＴ１１がオフからオンとなるための閾値電圧値として設定しており、当該閾値電圧値（Vref1）は、寄生ダイオードのダイオード順電圧値（Vf）よりも小さく（Vref1<Vf）してある。第２電圧降下部１６による電圧降下(Vref2／第２電圧値)は、第１電圧降下部１５による電圧降下(Vref1=Ref1×Iref1)、すなわち閾値電圧値（Vref1）よりも小さく（Vref2<Vref1）してある。
　第２電圧降下部１６による電圧降下（Vref2）は、第２電源２３から第１電源２０に流れる電流として許容できる電流値（Ids）にＦＥＴ１１のオン抵抗（Ron）を乗算した電圧降下（Vdrop=Ron×Ids）よりも小さく（Vref2<Vdrop）してある。第２電源２３から第１電源２０に流れる電流として許容できる電流値（Ids）は、第２電源の蓄電容量等の電源特性に基づいて、適宜決定される。
　停止部１７は、例えば、ＭＰＵ１７１（Micro-processing unit）、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部、及び通信機能を備えたマイクロコンピュータである。停止部１７には、比較器１３の出力端子から分岐された配線が接続される。停止部１７は、比較器１３のいずれかの入力端子に入力される電圧を変更させ、比較器１３の出力端子からの出力をハイ又はローとできるように構成してある。停止部１７は、後述する異常を検知した場合、比較器１３の駆動電源を遮断等することによってＦＥＴドライバ１２から比較器１３を切り離し、ＦＥＴドライバ１２がＦＥＴ１１をオン状態することを維持できるように構成してある。停止部１７は、異常を検知した場合、検知結果を含む故障通知を、車載ＬＡＮを介して接続されているＥＣＵ３０（ElectronicControl Unit）に出力する。
　図２は、第１電源２０側よりも第２電源２３側の電位が高い場合（Vdrop<Vref2）の説明図である。第１電源２０側には、車載負荷２１が接続されているため、車載負荷２１を起動する際、第１電源２０から大電流が車載負荷２１に流れた場合、第１電源２０の出力電圧が降下する。このような場合、第１電源２０側よりも第２電源２３側の電位が高くなる。
　比較器１３の非反転入力端子には、第２電源２３の出力電圧から、ＦＥＴ１１による電圧降下(I×Ron)の値を減算した電圧が入力される。比較器１３の反転入力端子には、第２電源２３の出力電圧から、第２電圧降下部１６による電圧降下（Vref2）の値を減算した電圧が入力される。第２定電流回路１６２による電圧降下(Vref2）の値は、第２電源２３から第１電源２０に流れる電流値として許容できる電流値（Ids）にＦＥＴ１１のオン抵抗（Ron）を乗算した電圧（Vdrop）よりも小さくなるように設定してあるので、ＦＥＴ１１に流れている電流（I）が、第２電源２３から第１電源２０に流れる電流値として許容できる電流値（Ids）よりも小さい場合は、比較器１３は、ハイを出力する。従って、第２スイッチ１６３がオン、第１スイッチ１５３がオフの状態となり、ＦＥＴ１１はオンとなる。
　図３は、第１電源２０側よりも第２電源２３側の電位が高い場合（Vdrop>vref2）の説明図である。図２と同様に第１電源２０側よりも第２電源２３側の電位が高い状態である。比較器１３の非反転入力端子には、第２電源２３の出力電圧から、ＦＥＴ１１による電圧降下の値を減算した電圧が入力される。比較器１３の反転入力端子には、第２電源２３の出力電圧から、第２電圧降下部１６による電圧降下（Vref2）の値を減算した電圧が入力される。
　第２定電流回路１６２による電圧降下(Vref2）の値は、第２電源２３から第１電源２０に流れる電流値として許容できる電流値（Ids）にＦＥＴ１１のオン抵抗（Ron）を乗算した電圧（Vdrop）よりも小さくなるように設定してある。従って、ＦＥＴ１１に流れている電流（I）が、第２電源２３から第１電源２０に流れる電流値として許容できる電流値（Ids）よりも大きい場合は、比較器１３は、ローを出力する。
　比較器１３がローを出力することによって、第２スイッチ１６３がオフ、第１スイッチ１５３がオンの状態に切り換えられ、ＦＥＴ１１はオフとなる。ＦＥＴ１１がオフとなることによって、第２電源２３から第１電源２０への電流は遮断され、第２電源２３に接続されている車載負荷２４に第２電源２３から安定して電力を供給することができる。比較器１３を用いることによって、レスポンスよくＦＥＴ１１をオフにする制御を行うことができる。
　図４は、第２電源２３側よりも第１電源２０側の電位が高い場合の説明図（BAT1-BAT2<Vref1）である。第１電源２０側には、車載負荷２２が接続されており、車載負荷２２が出力する電圧は、第１電源２０及び第２電源２３の出力電圧よりも高くしてあり、第１電源２０及び第２電源２３は車載負荷２２によって充電される。従って、車載負荷２２が作動している場合、又は第２電源２３の出力電圧が低下している場合等において、第２電源２３側よりも第１電源２０側の電位が高くなる。
　比較器１３の非反転入力端子には、第１電源２０の出力電圧から、閾値電圧である第１電圧降下部１５による電圧降下の値（Vref1）が減算された電圧が入力される。比較器１３の反転入力端子には、第２電源２３の出力電圧が入力される。第２スイッチ１６３がオフ、第１スイッチ１５３がオンの状態であり、ＦＥＴ１１はオフとなっている。
　第１電圧降下部１５による電圧降下の値（Vref1）の値は、寄生ダイオードのダイオード順電圧値（Vf）よりも小さく設定してある。従って、第１電源２０の出力電圧と第２電源２３の出力電圧との差異、すなわち第１電源２０の出力電圧（BAT1）から第２電源２３の出力電圧（BAT2）を減算した値が、閾値電圧である第１電圧降下部１５による電圧降下の値（Vref1）よりも小さい場合（BAT1-BAT2<Vref1）は、比較器１３は、ローを出力する。第１電源２０の出力電圧と第２電源２３の出力電圧との差異は、寄生ダイオードのダイオード順電圧値よりも小さいので、寄生ダイオードには電流が流れないため、寄生ダイオードによる電力損失が発生しないようにすることができる。
　図５は、第２電源２３側よりも第１電源２０側の電位が高い場合（BAT1-BAT2>Vref1）の説明図である。図４と同様に第２電源２３側よりも第１電源２０側の電位が高い状態である。図４に示すごとく、第２電源２３側よりも第１電源２０側の電位が高い状態であっても、第１電源２０の出力電圧と第２電源２３の出力電圧との差異、すなわち第１電源２０の出力電圧から第２電源２３の出力電圧を減算した値が、閾値電圧である第１電圧降下部１５による電圧降下の値（Vref1）よりも小さい場合は、比較器１３は、ローを出力し、ＦＥＴ１１はオフとなっている。
　第１電源２０の出力電圧から第２電源２３の出力電圧を減算した値が、第１電圧降下部１５による電圧降下の値（Vref1）である閾値電圧よりも大きくなった場合（BAT1-BAT2>Vref1）は、非反転入力端子と反転入力端子との大小関係が逆転し、比較器１３は、ハイを出力する。比較器１３がハイを出力することによって、ＦＥＴ１１はオンとなり、第１スイッチ１５３はオフ、第２スイッチ１６３はオンに切り換えられる。ＦＥＴ１１がオンとなることによって、第２電源２３側から第１電源２０側に流れる電流は、ＦＥＴ１１のソースからドレインに流れる。閾値電圧（Vref1）は、寄生ダイオードのダイオード順電圧値（Vf）よりも小さくしてあるので、寄生ダイオードに電流が流れるよりも前にＦＥＴ１１をオンにすることによって、寄生ダイオードにおける電力損失及び発熱を抑制することができる。
　なお、第２電源２３側よりも第１電源２０側の電位が高い状態となるのは、第１電源２０の出力電圧が第２電源２３の出力電圧よりも高い状態に限定されず、例えば第１電源２０側に接続された車載負荷２２からの出力電圧が、第２電源２３の出力電圧より高い状態を含む。
　図６は、比較器１３の出力等を示す説明図である。図２から図５に示したＦＥＴ１１の両端電位差等に対し、比較器１３、ＦＥＴ１１、第１スイッチ１５３及び第２スイッチ１６３の状態について表形式で記載してある。
　第１電源２０側よりも第２電源２３側の電位が高い場合（第１電源２０側＜第２電源２３側）であって、ＦＥＴ１１のドレインからソースに流れる電流による電圧降下（Vdrop）が、第２電圧降下部１６による電圧降下（Vref2／第２電圧値）よりも小さい場合は、比較器１３の出力はハイ、ＦＥＴ１１はオン、第１スイッチ１５３はオフ及び第２スイッチ１６３はオンとなる。
　第１電源２０側よりも第２電源２３側の電位が高い場合（第１電源２０側＜第２電源２３側）であって、ＦＥＴ１１のドレインからソースに流れる電流による電圧降下（Vdrop）が、第２電圧降下部１６による電圧降下（Vref2／第２電圧値）よりも大きい場合は、比較器１３の出力はロー、ＦＥＴ１１はオフ、第１スイッチ１５３はオン及び第２スイッチ１６３はオフとなる。
　第２電源２３側よりも第１電源２０側の電位が高い場合（第１電源２０側＞第２電源２３側）であって、第１電源２０の出力電圧から第２電源２３の出力電圧を減算した値が、閾値電圧である第１電圧降下部１５による電圧降下の値（Vref1）よりも小さい場合は、比較器１３の出力はロー、ＦＥＴ１１はオフ、第１スイッチ１５３はオン及び第２スイッチ１６３はオフとなる。
　第２電源２３側よりも第１電源２０側の電位が高い場合（第１電源２０側＞第２電源２３側）であって、第１電源２０の出力電圧から第２電源２３の出力電圧を減算した値が、閾値電圧である第１電圧降下部１５による電圧降下の値（Vref1）よりも大きい場合は、比較器１３の出力はハイ、ＦＥＴ１１はオン、第１スイッチ１５３はオフ及び第２スイッチ１６３はオンとなる。
　図７は、電界効果トランジスタ１１の状態を示す説明図である。図７において、横軸はＦＥＴ１１の両端電位差（第１電源２０側の電位から第２電源２３側の電位を減算した電位差）を示し、縦軸はＦＥＴ１１のオン又はオフの状態を示している。
　ＦＥＴ１１がオフの状態において、第１電源２０の出力電圧から第２電源２３の出力電圧を減算した値が、閾値電圧である第１電圧降下部１５による電圧降下の値（Vref1）よりも大きくなると、ＦＥＴ１１はオンとなる。ＦＥＴ１１がオンの状態において、第１電源２０の出力電圧から第２電源２３の出力電圧を減算した値が、０Ｖ以下となり更に第１電源２０の出力電圧が低下することによって、第２電圧降下部１６による電圧降下の値（Vref2）に－１を乗算した値より小さくなるとＦＥＴ１１はオフとなる。
　この様にＦＥＴ１１がオフからオンになる条件とオンからオフになる条件とを異なる条件とすることによって、ＦＥＴ１１のオン及びオフの切り換えにおいてヒステリシスを持たせ、ＦＥＴ１１の発信動作、チャタリングを抑制することができる。
　図８は、停止部のＭＰＵによる異常検出の処理を示すフローチャートである。停止部１７のＭＰＵ１７１は、以下に示す処理手順を常時的に実行する。
　ＭＰＵ１７１は、比較器１３からの出力を取得する（Ｓ１１）。ＭＰＵ１７１は、比較器１３からの出力が所定時間以上、ローであるか否かを判定する（Ｓ１２）。所定時間は、ＦＥＴ１１の特性又は仕様等によって適宜決定され、例えば３秒と設定してある。
　所定時間以上、ローである場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＭＰＵ１７１は、ロー側の固着による故障であると判定する（Ｓ１３）。ＭＰＵ１７１は、ＦＥＴドライバ１２からの出力をオン状態に維持する（Ｓ１４）。ＦＥＴドライバ１２は、ＦＥＴ１１を常時オンとする状態を定常とするように構成されている。従って、ＭＰＵ１７１は、例えば比較器１３に供給している電源を遮断することによって、ＦＥＴドライバ１２からの出力をオン状態に維持することができる。ＭＰＵ１７１は、ロー側の固着による故障に関する所定の信号を、車載ＬＡＮを介してＥＣＵ３０に出力する（Ｓ１５）。
　所定時間以上、ローでない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ＭＰＵ１７１は、ＦＥＴ１１を強制的にオフする信号を出力する（Ｓ２１）。ＭＰＵ１７１は、例えば比較器１３の反転入力端子に、非反転入力端子よりも高い電圧を出力することによって、出力端子からの出力を強制的にローとし、ＦＥＴ１１を強制的にオフする。
　ＭＰＵ１７１は、比較器１３からの出力を取得する（Ｓ２２）。ＭＰＵ１７１は、比較器１３からの出力がローであるか否かを判定する（Ｓ２３）。ローである場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ＭＰＵ１７１は、異常検出に関す処理を終了し、通常動作に移行する（Ｓ２４）。
　ローでない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ＭＰＵ１７１は、ハイ側の固着による故障であると判定する（Ｓ２３１）。ＭＰＵ１７１は、Ｓ１４の処理と同様に、ＦＥＴドライバ１２からの出力をオン状態に維持する（Ｓ２３２）。ＭＰＵ１７１は、ハイ側の固着による故障に関する所定の信号を、車載ＬＡＮを介してＥＣＵ３０に出力する（Ｓ２３３）。
　このように構成された停止部１７のＭＰＵ１７１の処理によって、電力供給装置１に故障が生じた場合であっても、これを検知し、ＦＥＴ１１をオン状態に維持することができる。停止部１７のＭＰＵ１７１は、故障に関する所定の信号をＥＣＵ３０に出力することによって、ＥＣＵ３０は、取得した当該信号に基づいて車両全体の制御を適切に行うことができる。
　ＦＥＴ１１はｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１１として記載しているが、これに限定されず、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１１であってもよい。停止部１７はマイクロコンピュータとして記載してあるが、これに限定されずＣＰＵ等の制御機能を有した電子デバイス又はＦＰＧＡ（field-programmable gate array）であってもよい。
　今回開示された実施形態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、上記した意味ではなく、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。
　Ｓ　電源システム
　１　電力供給装置
　１１　電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
　１２　ＦＥＴドライバ
　１３　比較器（制御部）
　１４　切換部
　１５　第１電圧降下部
　１５１　第１抵抗
　１５２　第１定電流回路
　１５３　第１スイッチ
　１６　第２電圧降下部
　１６１　第２抵抗
　１６２　第２定電流回路
　１６３　第２スイッチ
　１７　停止部
　１７１　ＭＰＵ
　２０　第１電源
　２１　車載負荷
　２２　車載負荷
　２３　第２電源
　２４　車載負荷
　３０　ＥＣＵ

Claims (7)

  1. 　車載負荷に電力を供給する第１電源と第２電源との間に、寄生ダイオードの順方向が該第１電源から該第２電源となるように設けられた電界効果トランジスタと、
    　前記電界効果トランジスタの両端の電圧に基づいて、前記第２電源側の電圧値が前記第１電源側の電圧値よりも高くなった場合、前記電界効果トランジスタをオフにし、前記第１電源側の電圧値が前記第２電源側の電圧値よりも所定の閾値電圧値以上高くなった場合、前記電界効果トランジスタをオンにする制御部と
    　を備える電力供給装置。
  2. 　前記閾値電圧値は、前記寄生ダイオードのダイオード順電圧値よりも小さい
    　請求項１に記載の電力供給装置。
  3. 　前記制御部は、非反転入力端子が前記寄生ダイオードのアノード側に接続され、反転入力端子が前記寄生ダイオードのカソード側に接続された比較器を含み、
    　前記非反転入力端子と前記寄生ダイオードのアノード端子との間に設けられ、前記寄生ダイオードのアノード側電圧から前記閾値電圧値を電圧降下させる第１電圧降下部と、
    　前記反転入力端子と前記寄生ダイオードのカソード端子との間に設けられ、前記寄生ダイオードのカソード側電圧から第２電圧値を電圧降下させる第２電圧降下部と、
    　前記比較器からの出力に基づいて、前記第１電圧降下部をオンにし前記第２電圧降下部をオフにした状態と、前記第１電圧降下部をオフにし前記第２電圧降下部をオンにした状態とに切り換える切換部と
    　を備える請求項１又は請求項２に記載の電力供給装置。
  4. 　前記第２電圧降下部により電圧降下される前記第２電圧値は、前記第１電圧降下部により電圧降下される前記閾値電圧値よりも小さい
    　請求項３に記載の電力供給装置。
  5. 　前記電界効果トランジスタが所定時間以上オフである場合、前記制御部を停止させ、前記電界効果トランジスタをオンにする停止部
    　を備える請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の電力供給装置。
  6. 　前記停止部は、前記電界効果トランジスタをオフにした後であっても、前記制御部が前記電界効果トランジスタをオンにしている場合、前記制御部を停止させ、前記電界効果トランジスタをオンの状態に維持する
    　請求項５に記載の電力供給装置。
  7. 　前記停止部は、前記電界効果トランジスタをオフした後であっても、前記制御部が前記電界効果トランジスタをオンにしている場合、又は前記電界効果トランジスタが所定時間以上オフである場合、所定の信号を出力する
    　請求項５又は請求項６に記載の電力供給装置。
     
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JP2011230618A (ja) * 2010-04-27 2011-11-17 Denso Corp 電源装置

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