WO2025004701A1

WO2025004701A1 - 電力供給装置

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Publication number: WO2025004701A1
Application number: PCT/JP2024/020201
Authority: WO
Inventors: 直人横山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2023-06-29
Filing date: 2024-06-03
Publication date: 2025-01-02
Anticipated expiration: 2025-12-29
Also published as: JP2025006369A; US20260118898A1

Abstract

駆動用電源ＶＢよりＦＥＴ４ａを介して負荷１に電流を供給する際に、Ｉ／Ｖ変換回路６は、その電流に基づいた電流を、検出用抵抗に通電することで電圧に変換する。Ａ／Ｄ変換器１２は、Ｉ／Ｖ変換回路６により変換された電圧をデータ値に変換する。出力制御部１５は、そのデータ値を元にした演算値が閾値を超えると、ＦＥＴ４ａによる負荷１への電流供給を停止させる保護動作を行なう。シンク側電流源部１６を、検出用抵抗に通電される電流に対するオフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔを、多段階で重畳可能に構成する。

Description

電力供給装置

関連出願の相互参照

　本出願は、２０２３年６月２９日に出願された日本出願番号２０２３－１０７１２０号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、駆動用電源より負荷に電流を供給するパワーデバイスを備える電力供給装置に関する。

　例えば特許文献１，２には、ワイヤハーネスや負荷の保護のため、半導体スイッチを用いてヒューズ機能を実現する手法が提案されている。以下では、このような保護機能をｅＦｕｓｅ制御と称する場合がある。ｅＦｕｓｅ制御を実現するためには、ワイヤハーネスの熱的時定数により大電流時には短時間で遮断が必要な一方で、ハーネスの細線化によるコスト低減を図るには、ハーネスに定常的に流せる限界電流付近における電流検出精度を向上させる必要がある。

特許第４６２４４００号公報特許第４７６２０４４号公報

　電流検出精度を向上させるため、半導体スイッチに流れる電流をモニタするための出力に対して、Ｉ／Ｖ変換用の抵抗を２種類用意し、電流範囲に応じて切り替える手法がある。この場合、高抵抗から低抵抗に切り替えて測定が必要となる電流領域では、電流の測定分解能が低下し、理想的な溶断特性よりも早い時間で遮断するように保護動作させる必要が生じる。また、高抵抗側について、ハーネスに定常的に流せる電流付近での電流検出精度が確保できる抵抗値を選定する必要があり、負荷電流が小さい領域での測定分解能低下とＡ／Ｄ変換誤差とにより、負荷の良否判定やウェイクアップ／スリープ等の負荷の状態の把握が難しい。その対策として、抵抗値の種類を増やすとコストが嵩んでしまうという問題があった。

　本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストの上昇を抑制しながら、電流検出の分解能を向上させることができる電力供給装置を提供することにある。

　本開示の電力供給装置によれば、駆動用電源（ＶＢ）よりパワーデバイスを介して負荷に電流を供給する際に、Ｉ／Ｖ変換回路は、前記電流に基づいた電流を、検出用抵抗に通電することで電圧に変換する。尚、パワーデバイスとは、例えばインバータのような電力変換回路を構成する、比較的大きな電力をスイッチングするのに対応した半導体素子である。データ変換器は、Ｉ／Ｖ変換回路により変換された電圧を、所定の特性に基づいたデータ値に変換する。保護動作部は、そのデータ値を元にした演算値が閾値を超えると、パワーデバイスによる負荷への電流供給を停止させる保護動作を行なう。複数のシンク側電流源は、検出用抵抗に通電される電流に対するオフセット値を、多段階で重畳可能に構成される。

　このように構成すれば、複数のシンク側電流源により、検出用抵抗に通電される電流に付与するオフセット値を変化させれば、データ変換器に入力される電圧をより低下させることができる。これにより、データ変換器におけるデータ変換の分解能を疑似的に向上させることが可能になる。

　また、本開示の電力供給装置によれば、複数のシンク側電流源を、オフセット値を切り替える境界において、切替え前後でＩ／Ｖ変換回路により変換された電圧が、データ変換器の入力範囲内に収まるように設定する。これにより、オフセット値を付与することで、Ｉ／Ｖ変換回路により変換された電圧が小さい領域で、シンク側電流源の出力特性が非線形となる場合にはオフセット値を少ない側に切替え、シンク側電流源の出力特性が線形となるようにすれば、出力特性を全体に亘って線形にすることができる。

　また、本開示の電力供給装置によれば、記憶部に、複数のシンク側電流源を切り替える際の前記データ値の差を予め記憶する。制御部は、複数のシンク側電流源を切り替える際に、対応する差の値を記憶部より読み出して減算する。これにより、使用するシンク側電流源を切り替える際の演算処理が簡単になる。

　また、本開示の電力供給装置によれば、Ｉ／Ｖ変換回路を、抵抗値が異なる２個以上の検出用抵抗への通電が切り替え可能に構成する。先ず、オフセット値を付与せずに、最も低抵抗値の検出用抵抗に通電した状態で第１データ変換を行うと、次に、第１データ変換の結果に応じて選択された、前記の検出抵抗よりも高抵抗値の検出用抵抗に通電した状態で第２データ変換を行う際に、前１データ変換の結果に応じて重畳するオフセット値を決定する。これにより、多くとも２回のデータ変換によって、電流検出を高精度で行うことができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態において、電力供給装置の構成を示す図であり、図２は、スイッチＳＷ１～ＳＷ４のオンオフ状態に応じて付与されるオフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔを示す図であり、図３は、Ｉ／Ｖ変換回路の抵抗値が低抵抗だけの場合の負荷電流とＡ／Ｄ変換値との関係を示す図であり、図４は、Ｉ／Ｖ変換回路の抵抗値が、低抵抗と高抵抗との切替え可能な場合の負荷電流とＡ／Ｄ変換値との関係を示す図であり、図５は、Ｉ／Ｖ変換回路の抵抗値を切替えると共に、オフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔの値を切り替えた場合の負荷電流とＡ／Ｄ変換値との関係を示す図であり、図６は、第２実施形態において、電力供給装置の構成を示す図であり、図７は、スイッチｓｗ１～ｓｗ４のオンオフ状態に応じて付与されるオフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔを示す図であり、図８は、第３実施形態において、電力供給装置の構成を示す図であり、図９は、定電流回路を介した負荷電流とＡ／Ｄ変換値との関係を示す図であり、図１０は、Ｉ／Ｖ変換回路の抵抗値を切替えると共に、オフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔの値を切り替えた場合の負荷電流とＡ／Ｄ変換値との関係を示す図であり、図１１は、第４実施形態において、制御部の処理内容を示すフローチャートであり、図１２は、Ｉ／Ｖ変換回路の抵抗値を切替えると共に、オフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔの値を切り替えた場合の負荷電流とＡ／Ｄ変換値との関係を示す図であり、図１３は、第５実施形態において、電力供給装置の構成を示す図であり、図１４は、センスＭＯＳに正のオフセット電流が重畳されている場合の負荷電流とＡ／Ｄ変換値との関係を示す図であり、図１５は、センスＭＯＳに負のオフセット電流が重畳されている場合の負荷電流とＡ／Ｄ変換値との関係を示す図であり、図１６は、Ｉ／Ｖ変換回路の抵抗値を切替えると共に、オフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔの値を切り替えた場合の負荷電流とＡ／Ｄ変換値との関係を示す図であり、図１７は、第６実施形態において、電力供給装置の構成を示す図（その１）であり、図１８は、同電力供給装置の構成を示す図（その２）であり、図１９は、制御部の処理内容を示すフローチャートであり、図２０は、第７実施形態において、電力供給装置の構成を示す図（その１）であり、図２１は、制御部の処理内容を示すフローチャートであり、図２２は、ＩＰＤの種類を判別するために使用するテーブルの一例を示す図であり、図２３は、電力供給装置の構成を示す図（その２）であり、図２４は、第８実施形態において、制御部の処理内容を示すフローチャートであり、図２５は、Ａ／Ｄ変換結果に１次関数を適用して補正する処理を説明する図であり、図２６は、第９実施形態において、電力供給装置の構成を示す図であり、図２７は、制御部の処理内容を示すフローチャートである。

　　（第１実施形態）
　図１に示すように、本実施形態の電力供給装置は、一端がグランドに接続されている負荷１に対し、電源ＶＢよりＩＰＤ２及びハーネス３を介して通電を行なう。ＩＰＤ２は、ドレインが電源ＶＢに接続され、ゲートが共通に接続されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４ａ，４ｂを備えている。パワーデバイスの一例であるＦＥＴ４ａのソースは、ハーネス３を介して負荷１に接続され、ＦＥＴ４ｂのソースは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ５及びＩ／Ｖ変換回路６を介してグランドに接続されている。また、ＦＥＴ４ｂのソースは、ＦＥＴ５のソースと共にオペアンプ７の反転入力端子に接続されており、同非反転入力端子はＦＥＴ４ａのソースに接続されている。ＦＥＴ４ａ及び４ｂは、トランジスタ対４を構成する。ＦＥＴ４ｂは所謂センスＭＯＳであり、ＦＥＴ４ｂ及び５、並びにオペアンプ７は、電流出力回路８を構成する。

　Ｉ／Ｖ変換回路６は、それぞれ抵抗値Ｒの検出用抵抗である７つの抵抗素子と、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ９との組み合わせで構成されている。ＦＥＴ４ｂのソースとグランドとの間には、２つの抵抗素子Ｒの直列回路が接続されている。この直列回路には、２つの抵抗素子Ｒ及びＭＯＳＦＥＴ９の直列回路が並列に接続されている。また、上記の２つの抵抗素子Ｒには、３本の抵抗素子Ｒが並列に接続されている。トランジスタ対４及びＦＥＴ９のゲートは、制御部１１により駆動される。Ｉ／Ｖ変換回路６の抵抗値は、ＦＥＴ９がオフであれば２Ｒであり、ＦＥＴ９がオンすればＲ／４になる。以下では、前者を「高抵抗」、後者を「低抵抗」と称する場合がある。ｔ）

　制御部１１の内部では、Ａ／Ｄ変換器１２、ｅＦｕｓｅ（Ｉ^２，ｔ）特性用演算部１３、遮断判定部１４、及び出力制御部１５がシリアルに接続されている。データ変換器の一例であるＡ／Ｄ変換器１２の入力端子は、ＩＰＤ２及びＩ／Ｖ変換回路６の共通接続点に接続されている。Ａ／Ｄ変換器１２により変換されたデータは、ｅＦｕｓｅ（Ｉ^２，ｔ）特性用演算部１３に入力される。演算部１３が演算した結果は遮断判定部１４に入力され、遮断判定部１４の判定結果は、出力制御部１５に入力される。

　ｅＦｕｓｅ（Ｉ^２，ｔ）特性用演算部１３は、例えば特開２０２３－１８９５７号公報の図１に示す「乗算回路２００」のように、Ａ／Ｄ変換器１２により変換されたデータについて、検出した電流の２乗に比例したデータを元に演算して出力する。これは、同公報中に記載されているように、ハーネス３の発煙時間ｔが、通電される電流の２乗に依存した特性を備えることに基づいている。

　遮断判定部１４は、上記のように演算されたデータを閾値と比較することで、遮断指示を行うか否かを判定する。出力制御部１５は、図示しない上位の制御装置から入力される出力指示に応じて、ＩＰＤ２のトランジスタ対４のゲートを駆動する。また、遮断判定部１４より遮断指示が入力されると、保護動作部に相当する出力制御部１５は、トランジスタ対４をオフにする。

　Ａ／Ｄ変換器１２の入力端子とグランドとの間には、シンク側電流源部１６が接続されている。シンク側電流源部１６は、スイッチＳＷ１～ＳＷ４のそれぞれに、シンク側の電流源Ｉを接続した直列回路を備えている。ＦＥＴ９及びスイッチＳＷ１～ＳＷ４のオンオフ制御は、ｅＦｕｓｅ（Ｉ^２，ｔ）特性用演算部１３によって行われる。以上において、ハーネス３及び負荷１を除いた部分が電力供給装置１７を構成する。

　次に、本実施形態の作用について説明する。シンク側電流源部１６において、電流源Ｉの動作によりグランドに流れるオフセット電流をＩｏｆｆｓｅｔとする。電流Ｉｏｆｆｓｅｔは、ＩＰＤ２よりＩ／Ｖ変換回路６を介してグランドに流れる電流を減少させる。図２に示すように、スイッチＳＷ１～ＳＷ４を択一的にオンにすることで、電流Ｉｏｆｆｓｅｔは、－Ｉ～－４Ｉの範囲で変化する。

　図３に示すように、電流Ｉｏｆｆｓｅｔを流さず、Ｉ／Ｖ変換回路６を低抵抗状態にした場合の負荷電流－Ｉ／Ｖ変換特性において、負荷電流値が小さい領域（１）では、Ａ／Ｄ変換による誤差の影響もあるため、負荷の良否判定や、ウェイクアップ／スリープ状態の判定が困難になる。また、領域（２）では、電流の測定分解能が低いため、ＩＰＤ２をハーネス３の理想的な溶断特性よりも早い時間で遮断するように保護動作をさせる必要が生じる。領域（３）は、ハーネス３に定常的に流せる電流値を示す。尚、括弧付きの数字は、図中の丸数字に対応している。

　図３に、Ｉ／Ｖ変換回路６を高抵抗状態にした場合の特性を加えると、図４に示すようになる。このように、高抵抗に切り換えた場合でも、領域（３）の付近での電流検出精度が確保できるように抵抗値を選定する必要がある。

　そして、本実施形態のように電流Ｉｏｆｆｓｅｔを変化させると、負荷電流－Ｉ／Ｖ変換特性は、図５に示すようになる。ここで、負荷電流をＩＬ、Ｉ／Ｖ変換回路６側に流れるモニタ用の電流をＩＳ、Ｉ／Ｖ変換回路６の電流比をＫＩＬＩＳとすると、電流ＩＬ、ＩＳの関係は（ＩＬ＝ＫＩＬＩＳ×ＩＳ）となる。Ｉ／Ｖ変換回路６に生じる電圧をＶｓとすると、Ｉ／Ｖ変換回路６を高抵抗側に選択した場合は、
　Ｖｓ＝（ＩＬ／ＫＩＬＩＳ＋Ｉｏｆｆｓｅｔ）×２Ｒ
Ｉ／Ｖ変換回路６を低抵抗側に選択すると
　Ｖｓ＝（ＩＬ／ＫＩＬＩＳ＋ｏｆｆｓｅｔ）×Ｒ／４
となる。検出の上限電流をＩＬＭＡＸとすると、
　Ｖｓ＝（ＩＬＭＡＸ／ＫＩＬＩＳ）×Ｒ／４＝Ｖ＿ＡＤＭＡＸ
となる。

　オフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔを付加しない場合、負荷電流ＩＬは
　ＩＬ＝０～０．１２５／ＩＬＭＡＸの範囲までしか検出できない。これに対して、本実施形態では、電流源の電流Ｉを（＝Ｖ＿ＡＤＭＡＸ／２Ｒ）に設定し、Ｉ／Ｖ変換回路６を高抵抗側に選択した状態で、オフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔを０から－Ｉ、－２Ｉ、－３Ｉと段階的に増やして行く。

　電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＝－Ｉにすると、負荷電流ＩＬは
　ＩＬ＝０．１２５×ＩＬＭＡＸ～０．２５×ＩＬＭＡＸ
の範囲で検出ができるようになる。更に、電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＝－２Ｉ、－３Ｉにすれば、
　ＩＬ＝０．２５×ＩＬＭＡＸ～０．５×ＩＬＭＡＸ
の範囲が検出可能になり、電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＝－４Ｉにすれば、０．７５×ＩＬＭＡＸ範囲が検出可能になる。すなわち、従来はＩＬ＝０～０．２５×ＩＬＭＡＸの範囲で、低抵抗切替時の４倍の分解能であったものを、本実施形態の手法では、領域（１）～（３）の全てで電流検出分解能を８倍に高めることができ、Ａ／Ｄ変換器１２の誤差の影響を低減することができる。

　以上のように本実施形態によれば、駆動用電源ＶＢよりＦＥＴ４ａ及びハーネス３を介して負荷１に電流を供給する際に、Ｉ／Ｖ変換回路６は、その電流に基づいた電流を、検出用抵抗に通電することで電圧に変換する。Ａ／Ｄ変換器１２は、Ｉ／Ｖ変換回路６により変換された電圧をデータ値に変換する。出力制御部１５は、そのデータ値を元にした演算値が閾値を超えると、ＦＥＴ４ａによる負荷１への電流供給を停止させる保護動作を行なう。そして、シンク側電流源部１６を、検出用抵抗に通電される電流に対するオフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔを、多段階で重畳可能に構成する。

　このように構成すれば、複数の電流源Ｉにより、検出用抵抗に通電される電流に付与する電流Ｉｏｆｆｓｅｔを変化させれば、Ａ／Ｄ変換器１２に入力される電圧をより低下させることができる。これにより、Ａ／Ｄ変換器１２におけるデータ変換の分解能を疑似的に向上させることが可能になる。

　　（第２実施形態）
　以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図６に示すように、第２実施形態の電力供給装置２１は、シンク側電流源部１６に替わるシンク側電流源部２２を備えている。シンク側電流源部２２は、スイッチｓｗ１～ｓｗ４のそれぞれに、シンク側の電流源Ｉ、２Ｉ，４Ｉ及び８Ｉが接続されている。このように構成すれば、図７に示すように、スイッチｓｗ１～ｓｗ４のオンオフを４ビットのデータに対応させて「１～１５」となるように変化させれば、それに応じて電流Ｉｏｆｆｓｅｔを「－Ｉ～－１５Ｉ」の範囲で変化させることができる。

　　（第３実施形態）
　図８に示すように、第３実施形態の電力供給装置２３は、シンク側電流源部１６に替わるシンク側電流源部２４を備えている。シンク側電流源部２４は、定電流値がそれぞれＩδ＝（Ｉ－δ）となる４つの電流源Ｉδで構成されている。ここでδは、ＦＥＴ４ｂのオン抵抗にＩ／Ｖ変換回路６の最小抵抗値を加えて、それらに流れる電流を乗じた電圧をＶｓａｔ，Ｉ／Ｖ変換回路６が接続されているグランドの電位が０Ｖよりも高い方に変位している場合に、その変位電圧をＶｄｉｆｆとすると
　δ＞（Ｖｓａｔ＋Ｖｄｉｆｆ）／（２Ｒ）
に設定する。定電流値Ｉは、第１実施形態と同様の（＝Ｖ＿ＡＤＭＡＸ／２Ｒ）である。

　一般に、電流出力回路８のような定電流回路は、上記のようなトランジスタのオン抵抗や飽和電圧、グランド側の抵抗に発生する電圧によって、図９に示すように、入力される電圧が低い領域では定電流動作ができない。そこで、シンク側電流源部２４の各電流源Ｉδを（Ｉ－δ）に設定し、図１０に示すように、電圧Ｖｓａｔ以下の範囲をオーバーラップさせれば、電流Ｉｏｆｆｓｅｔを０、－Ｉδ，－２Ｉδ，－３Ｉδ，…に切り換えることで、全てが線形となる領域で電圧に変換できるようになる。

　　（第４実施形態）
　図１１に示すように、第４実施形態は、制御部１１における制御内容を示す。処理をスタートすると、Ｉ／Ｖ変換回路６の抵抗値を低い側の（Ｒ／４）に設定し（Ｓ１）、電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＝０でＡ／Ｄ変換を行う（Ｓ２）。これが第１データ変換に相当する。そして、そのＡ／Ｄ変換結果を、図１２に示す各変換値ａｄｌ４以上～ａｄｌ１と比較し、各変換値ａｄｌ４～ａｄｌ１以上か否かを判断する（Ｓ３～Ｓ６）。

　Ａ／Ｄ変換結果が変換値ａｄｌ４以上であれば（Ｓ３；Ｙｅｓ）、図１２に示す電流領域Ｅ（ＩＬ４～ＩＬＭＡＸ）に属することになる。Ｉ／Ｖ変換回路６の低抵抗値と高抵抗値との比をＫＲとすると、Ａ／Ｄ変換結果をＫＲ倍したものを、検出した電流に応じた最終的なデジタル値とする（Ｓ１９）。第４実施形態の場合、ＫＲ＝８である。尚、図中に示す「理想特性の場合」とは、説明を簡単にするため、第３実施形態のように、低電流領域において変換特性が非線形となる場合を無視していることによる。

　Ａ／Ｄ変換結果が変換値ａｄｌ１未満であれば（Ｓ５；Ｎｏ）電流領域Ａ（０～ＩＬ１）に属しており、Ｉ／Ｖ変換回路６の抵抗値を高い側の２Ｒに切り替えて（Ｓ７）、ステップＳ２と同様にＡ／Ｄ変換を行う（Ｓ８）。そして、Ａ／Ｄ変換結果をそのまま最終的なデジタル値とする（Ｓ９）。Ａ／Ｄ変換結果が変換値ａｄｌ２未満で且つ変換値ａｄｌ１以上であれば（Ｓ５；Ｙｅｓ）電流領域Ｂ（ＩＬ１～ＩＬ２）に属しており、ステップＳ７と同様の処理を行い（Ｓ１０）、電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＝－ＩでＡ／Ｄ変換を行う（Ｓ１１）。そして、そのＡ／Ｄ変換結果より、変換値ａｄｌ１に高抵抗値２Ｒの場合に対応する変換値ａｄｈ１を減じたものを最高変換値ＡＤＭＡＸに加えることで、電流領域Ａに連続するデジタル値にする（Ｓ１２）。

　Ａ／Ｄ変換結果が変換値ａｄｌ２以上で且つ変換値ａｄｌ３未満であれば（Ｓ６；Ｎｏ）電流領域Ｃ（ＩＬ２～ＩＬ３）に属しており、ステップＳ７と同様の処理を行い（Ｓ１３）、電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＝－２ＩでＡ／Ｄ変換を行う（Ｓ１４）。そして、そのＡ／Ｄ変換結果より、変換値ａｄｈ１、及び変換値ａｄｌ２に高抵抗値２Ｒの場合に対応する値変換値ａｄｈ２を減じたものを最高変換値ＡＤＭＡＸの２倍値に加えることで、電流領域Ｂに連続するデジタル値にする（Ｓ１５）。

　Ａ／Ｄ変換結果が変換値ａｄｌ４未満で且つ変換値ａｄｌ３以上であれば（Ｓ６；Ｙｅｓ）電流領域Ｄ（ＩＬ３～ＩＬ４）に属しており、ステップＳ７と同様の処理を行い（Ｓ１６）、電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＝－３ＩでＡ／Ｄ変換を行う（Ｓ１７）。そして、そのＡ／Ｄ変換結果より、変換値ａｄｈ１及びａｄｈ２、並びに変換値ａｄｌ３に高抵抗値２Ｒの場合に対応する値変換値ａｄｈ３を減じたものを最高変換値ＡＤＭＡＸの３倍値に加えることで、電流領域Ｃに連続するデジタル値にする（Ｓ１５）。ステップＳ８，Ｓ１１，Ｓ１４Ｓ及びＳ１７は、第２データ変換に相当する。

　尚、ステップＳ１９におけるデジタル値、低抵抗でのＡ／Ｄ変換結果をＫＲ倍したものは、最高変換値ＡＤＭＡＸの４倍値より変換値ａｄｈ１～ａｄｈ３を減じて、更に低抵抗でのＡ／Ｄ変換結果より変換値ａｄｌ１を減じた値をＫＲ倍したものを加えた結果に等しくなる。また、変換値ａｄｈ１～ａｄｈ３は、シンク側電流源部１６により電流Ｉｏｆｆｓｅｔを切り替えて、電流領域Ａ～Ｃの領域間を移行する際におけるＡ／Ｄ変換値の差であり、これらは予め、制御部１１が備える図示しない記憶部１１Ｍに記憶されている。

　以上のように第４実施形態によれば、Ｉ／Ｖ変換回路６を低抵抗値に設定した場合のＡ／Ｄ変換値ａｄｌ１～ａｄｌ４を予め記憶しておき、実際のＡ／Ｄ変換結果をそれらと比較することで電流領域Ａ～Ｅに場合分けし、電流領域Ａ～ＤについてはＩ／Ｖ変換回路６を高抵抗値に切り替えて再度Ａ／Ｄ変換する。また、Ｉ／Ｖ変換回路６を低抵抗値に設定した場合の、Ａ／Ｄ変換値ａｄｌ１～ａｄｌ３に対応した変換値ａｄｈ１～ａｄｈ３も予め記憶しておき、再度のＡ／Ｄ変換結果より、変換値ａｄｈ１～ａｄｈ３を減算する等して最終的なデジタル値を得る。これにより、最大２回のＡ／Ｄ変換により、電流領域Ａ～Ｄにおける変換分解能を疑似的に高めることができる。ここで、ステップＳ１１、ステップＳ１７では例外処理を省略して記載しているが、入力電圧がＡ／Ｄ変換器１２の入力電圧の上限を上回った場合は、ステップＳ１９の方法でデジタル値を得るようにしても良い。

　　（第５実施形態）
　図１３に示すように、第５実施形態の電力供給装置２５は、制御部１１Ｃに補正用電流供給源として、ソース側電流源２６及びシンク側電流源２７を備えている。ソース側電流源２６は、電源ＶＢとＡ／Ｄ変換器１２の入力端子との間に接続され、シンク側電流源２７は、上記の入力端子とグランドとの間に接続されている。電流源２６及び２７は、何れも定電流値が可変に構成されている。その可変制御は、ｅＦｕｓｅ（Ｉ^２，ｔ）特性用演算部１３によって行われる。

　ＩＰＤ２において、センスＭＯＳであるＦＥＴ４ｂに、正のオフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤが重畳されていると、負荷電流ＩＬとモニタ用電流出力ＩＳの関係は、
　ＩＬ＝ＫＩＬＩＳ×ＩＳ＋Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤ
となる。そのため、図１４に破線で示すようにＩ／Ｖ変換回路６の抵抗値が高い２Ｒの場合には、負荷電流ＩＬ＝０Ａの状態で、オフセット電圧（Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤ×２Ｒ）が発生し、ダイナミックレンジが圧迫されてしまう。

　これに対して、定電流値を調整可能なシンク側電流源２７によりシンク電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ｔｒｉｍを（≒－Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤ）になるように調整して流すことでオフセット電圧を低減すれば、ダイナミックレンジを拡大することができる。

　また、ＦＥＴ４ｂに、負のオフセット電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤが重畳されていれば、負荷電流ＩＬとモニタ用電流出力ＩＳの関係は、
　ＩＬ＝ＫＩＬＩＳ×ＩＳ－Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤ
となる。そのため、図１５に破線で示すように、負荷電流ＩＬが０Ａ～Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤの範囲ではＡ／Ｄ変換値がほぼゼロになり、負荷電流ＩＬがそれより大きい領域でも、Ａ／Ｄ変換値が本来の値よりも低い値となる。これはでは、ハーネス３に過電流による焼損が発生することを防止するための保護が、効き難くなる方向にズレてしまう。そこで、定電流値を調整可能なソース側電流源２６によりソース電流Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ｔｒｉｍを（≒－Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤ）になるように調整して流すことで、ハーネス３の保護機能を低下させることなく維持できる。

　また、シンク側電流源部１６の電流値を、－Ｉ,－２Ｉ，…に制御する際に、各電流源Ｉ値にそれぞれ、－Ｉ＋α，－２Ｉ＋β，…といったばらつきが生じる場合には、そのばらつきを吸収できるように、シンク側電流源２７におけるＩｏｆｆｓｅｔ＿ｔｒｉｍの値を－Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤ、－Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤ－α、－Ｉｏｆｆｓｅｔ＿ＩＰＤ－β，…と動的に制御する。これにより、図１６中に（４）で示すように、正しくデジタル値に変換できない領域が発生することを防ぎ、負荷電流ＩＬを高分解能で検出できる電流範囲を拡大できる。尚、シンク側電流源２７と、シンク側電流源部１６とを協働させて調整しても良く、シンク側電流源部１６の調整ステップを細かく設定して対応する等しても良い。

　　（第６実施形態）
　図１７及び図１８に示すように、第６実施形態の電力供給装置２８Ｉ，２８Ｒは、制御部１１Ｉ，１１Ｒに補正用電流供給源として、それぞれソース側電流供給源２９Ｉ，２９Ｒを備えている。ソース側電流供給源２９Ｉは、電源ＶＢとグランドとの間に接続される電流源３０及びスイッチ３１の直列回路で構成され、ソース側電流供給源２９Ｒは、上記の電流源３０を抵抗素子３２に置換えたものである。スイッチ３１のオンオフ制御は、ｅＦｕｓｅ（Ｉ^２，ｔ）特性用演算部１３によって行われる。

　次に、第６実施形態の作用について説明する。図１９に示すように、出力制御部１５がＩＰＤ２をオフさせているか又はスタンバイにしている状態で、セルフチェックを行うモードで処理を開始する。先ず、ソース側電流供給源２９Ｉ又は２９Ｒのスイッチ３１をオンにして、Ｉ／Ｖ変換回路６の抵抗素子に電流を流す（Ｓ２１）。尚、Ｉ／Ｖ変換回路６の抵抗値の設定は、最初に低抵抗値側しておくのが望ましい。そして、Ａ／Ｄ変換器１２によりＡ／Ｄ変換を行い、その変換結果より読み取れる抵抗値を判定する（Ｓ２２）。

　判定した抵抗値が上限閾値以上であれば（Ｓ２３；Ｙｅｓ）、Ｉ／Ｖ変換回路６の接続がオープンとなっているか天絡している疑いがあるので、異常と判定する（Ｓ３０）。そして、例えば上位の制御装置等にダイアグ実行の指令を送信するか、ＩＰＤ２のオフ状態をそのまま維持する（Ｓ３１）。

　判定した抵抗値が下限閾値以下であれば（Ｓ２４；Ｙｅｓ）、Ｉ／Ｖ変換回路６の接続が地絡している疑いがあるので、異常と判定する（Ｓ２８）。そして、ステップＳ３１と同様の処理を行う（Ｓ２９）。一方、判定した抵抗値が下限閾値を超えていれば（Ｓ２４；Ｎｏ）正常と判定する（Ｓ２５）。そして、例えば上位の制御装置からの指令等により起動条件が成立すれば（Ｓ２６；Ｙｅｓ）、ＩＰＤ２をオンにしてｅＦｕｓｅ制御を開始する（Ｓ２７）。

　このように、ＩＰＤ２をオフ等にした状態で、ソース側電流供給源２９を介してＩ／Ｖ変換回路６にソース電流を流した際の抵抗値を判定することで、Ｉ／Ｖ変換回路６の接続が正常か、異常かを判定できる。また、Ｉ／Ｖ変換回路６の抵抗値の設定を最初に低抵抗にして上記の判定を行ない、判定結果が正常であれば、抵抗値の設定を高抵抗に切り替えて同様の判定を行なう。高抵抗に切り替えた後の最初のＡ／Ｄ変換結果を、低抵抗時のＡ／Ｄ変換結果と比較することで、前者のＡ／Ｄ変換結果が適正か否かを判定できる。異常であれば、高抵抗側の接続のみが異常と判定できる。

　　（第７実施形態）
　図２０に示すように、第７実施形態の電力供給装置３３は、第６実施形態の制御部１１ＩとＩ／Ｖ変換回路６Ａとの組み合わせである。Ｉ／Ｖ変換回路６Ａは、検出用抵抗として抵抗Ｒ１とＦＥＴ９と共に接続される抵抗Ｒ２とを備えており、抵抗値をＲ１と、Ｒ１及びＲ２の並列値Ｒ１／／Ｒ２とに切替える構成である。第７実施形態では、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値によって、Ｉ／Ｖ変換回路６Ａに接続されるＩＰＤ２の種類を判別する。

　次に、第７実施形態の作用について説明する。図２１に示すように、第６実施形態と同じ状態で、セルフチェックを行うモードで処理を開始すると、Ｉ／Ｖ変換回路６Ａの抵抗値を高抵抗側のＲ１に切り替える（Ｓ４１）。ソース側電流供給源２９Ｉのスイッチ３１をオンにして、Ｉ／Ｖ変換回路６の抵抗素子に電流を流す（Ｓ４２）。そして、Ａ／Ｄ変換器１２によりＡ／Ｄ変換を行い、その変換結果を抵抗値データＶａｌＲ１として取得する（Ｓ４３）。

　続いて、Ｉ／Ｖ変換回路６Ａの抵抗値を低抵抗側のＲ１／／Ｒ２に切り替えて（Ｓ４４）、Ａ／Ｄ変換器１２によりＡ／Ｄ変換を行い、その変換結果を抵抗値データＶａｌＲ１＿Ｒ２として取得する（Ｓ４５）。そして、抵抗値データＶａｌＲ１と、ＶａｌＲ１＿Ｒ２との組み合わせから、制御パラメータを設定する（Ｓ４６）。

　制御部１１Ｉは、例えば図２２に示すような、ＩＰＤ２の種類を判別するためのデータテーブルを保持している。同図には、ステップＳ４６における判定方法の例も示しているが、例えば抵抗値Ｒ１が６．５５ｋΩ以下であれば、ＩＰＤ２の品番は「１，２」が該当する。また、抵抗値Ｒ１／／Ｒ２が０．９７ｋΩ以下であれば、ＩＰＤ２の品番は「２，３」が該当する。これらの結果より、品番「２」が特定される。品番「２」の抵抗比ＫＩＬＩＳは「１０００」であるから、ｅＦｕｓｅ制御で使用するパラメータとして抵抗比ＫＩＬＩＳ＝１０００を設定する。その他、制御パラメータとしては、例えばワイヤハーネスの太さ、許容電流、遮断特性の時定数や、過電流閾値等がある。

　また、図２１に示す処理を電源投入時に実施し、判別したＩＰＤ２の品番に応じて、起動時にオンさせるか、オフさせるかのデフォルト動作を切り換えても良い。更に、図２３は、制御部１１Ｉにマイコン３４を加えた制御部３５を用いた構成を示す。この場合、マイコン３４に出力制御部１５を監視する機能を持たせて、マイコン３４が異常を検出した際の動作、例えば強制オン若しくは強制オフ、又は直前の動作を維持する等のパラメータを設定しても良い。また、第６実施形態で示したように、ソース側電流供給源２９Ｉに替えてソース側電流供給源２９Ｒを用いても良い。

　　（第８実施形態）
　図２４に示すように、第８実施形態は、第６実施形態と同様にしてＩ／Ｖ変換回路６の接続状態の良否を判定する。そして、ステップＳ２８，Ｓ３０の実行後は、ステップＳ２６と同様に、起動条件が成立しているか否かを判断する（Ｓ３２）。起動条件が成立していれば（Ｙｅｓ）、例えばＡ／Ｄ変換結果に対し１次関数を用いて補正を行う際に、切片；オフセットのパラメータである図２５に示すＢｈを、通常用いる値よりも大きな値に変更する（Ｓ３３）。

　その後、ＩＰＤ２により通電を開始させると、Ａ／Ｄ変換結果の補正値により、実際の負荷電流ＩＬによらず大電流が流れていると認識させることができる。その結果、ｅＦｕｓｅ制御機能又は電力量の監視機能により、電流を遮断する保護が短時間で動作するので、負荷１を安全に守ることが可能になる。

　　（第９実施形態）
　第９実施形態は、第８実施形態のバリエーションである。図２６に示すように、Ａ／Ｄ変換器１２の入力端子とシンク側電流源部１６との間に常閉型のスイッチ３６を挿入し、前記入力端子とスイッチ３６との共通接続点に、第６実施形態のソース側電流源２９Ｉを接続する。スイッチ３６のオンオフ制御は、ｅＦｕｓｅ（Ｉ^２，ｔ）特性用演算部１３によって行われる。
　そして、図２７に示すように、ステップＳ３２で（Ｙｅｓ）と判断すると、スイッチ３６をオフし、ソース側電流源２９Ｉのスイッチ３１をオンにする（Ｓ３４）。

　これにより、その後ＩＰＤ２による通電を開始した場合、第８実施形態と同様に、実際の負荷電流ＩＬによらず大電流が流れていると認識させる。その結果、ｅＦｕｓｅ制御機能又は電力量の監視機能により電流を遮断する保護が短時間で動作するので、負荷１を安全に守ることが可能になる。

　　（その他の実施形態）
　Ｉ／Ｖ変換回路における抵抗値の変化は、３段階以上に設定しても良い。また、必ずしも抵抗値を変化させる必要はない。
　シンク側電流源部に設ける電流源の数は、「３」以下又は「５」以上でも良い。
　Ａ／Ｄ変換器１２とｅＦｕｓｅ（Ｉ^２，ｔ）特性用演算部１３とを統合して、電流の２条特性に応じた変換結果を出力するデータ変換器を構成しても良い。
　例えば第３実施形態を、第２，第４～第９実施形態に適用する等のように、適用可能な実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。

　本件は、特許請求の範囲に記載の発明に加え、以下のような発明を含む。
［１］
　駆動用電源（ＶＢ）より負荷（１）に電流を供給するパワーデバイス（４ａ）と、
　前記電流に基づいた電流を、検出用抵抗（Ｒ，Ｒ１，Ｒ２）に通電することで電圧に変換して検出するＩ／Ｖ変換回路（６，６Ａ）と、
　このＩ／Ｖ変換回路により変換された電圧を、所定の特性に基づいたデータ値に変換するデータ変換器（１２）と、
　前記データ値を元にした演算値が閾値を超えると、前記パワーデバイスによる負荷への電流供給を停止させる保護動作を行なう保護動作部（１３～１５）と、
　前記検出用抵抗に通電される電流に対するオフセット値を、多段階で重畳可能に構成される複数のシンク側電流源（Ｉ，Ｉδ，２Ｉ，３Ｉ，４Ｉ）とを備える電力供給装置。
［２］
　前記複数のシンク側電流源（Ｉδ）は、前記オフセット値を切り替える境界において、切替え前後で前記Ｉ／Ｖ変換回路により変換された電圧が、前記データ変換器の入力範囲内に収まるように設定されている［１］記載の電力供給装置。
［３］
　前記複数のシンク側電流源を切り替える際の前記データ値の差が予め記憶される記憶部（１１Ｍ）と、
　前記複数のシンク側電流源を切り替える際に、対応する差の値を前記記憶部より読み出して減算する制御部（１５）とを備える［１］又は［２］記載の電力供給装置。
［４］
　前記Ｉ／Ｖ変換回路は、抵抗値が異なる２個以上の検出用抵抗への通電が切り替え可能に構成され、
　前記オフセット値を付与せずに、最も低抵抗値の検出用抵抗に通電した状態で第１データ変換を行うと、次に、前記第１データ変換の結果に応じて選択された、前記の検出抵抗よりも高抵抗値の検出用抵抗に通電した状態で第２データ変換を行う際に、前記第１データ変換の結果に応じて前記オフセット値を重畳するオフセット値を決定する［１］から［３］の何れか１つに記載の電力供給装置。
［５］
　前記パワーデバイスを流れる負荷電流に比例した電流を出力する、電流出力回路（８）を有し、
　前記電流出力回路において発生するオフセット電流を補正するための、補正用電流供給源を備える［１］から［４］の何れか１つに記載の電力供給装置。
［６］
　前記パワーデバイスによる前記負荷への通電を停止した状態で、前記検出用抵抗に通電を行うためのソース側電流供給源（２９Ｉ，２９Ｒ）を備え、
　前記制御部は、前記通電に伴うデータ変換の結果に基いて、前記検出用抵抗の異常判定を行う［１］から［５］の何れか１つに記載の電力供給装置。
［７］
　前記制御部は、前記データ変換器の出力データを補正する補正部を有し、
　前記検出用抵抗の異常を判定すると、前記保護動作部がより速く保護動作を開始するように、前記補正部の補正パラメータを設定する［６］記載の電力供給装置。
［８］
　前記制御部は、前記検出用抵抗の異常を判定すると、前記データ変換器の入力電圧が高電位になるように設定する［６］記載の電力供給装置。
［９］
　前記パワーデバイスによる前記負荷への通電を停止した状態で、前記検出用抵抗に通電を行うためのソース側電流供給源（２９Ｉ，２９Ｒ）を備え、
　前記制御部は、前記通電に伴うデータ変換の結果に基いて、接続されているパワーデバイスの種類を判別し、判別した種類に応じて制御パラメータを設定する［１］から［８］の何れか１つに記載の電力供給装置。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　駆動用電源（ＶＢ）より負荷（１）に電流を供給するパワーデバイス（４ａ）と、
　前記電流に基づいた電流を、検出用抵抗（Ｒ，Ｒ１，Ｒ２）に通電することで電圧に変換して検出するＩ／Ｖ変換回路（６，６Ａ）と、
　このＩ／Ｖ変換回路により変換された電圧を、所定の特性に基づいたデータ値に変換するデータ変換器（１２）と、
　前記データ値を元にした演算値が閾値を超えると、前記パワーデバイスによる負荷への電流供給を停止させる保護動作を行なう保護動作部（１３～１５）と、
　前記検出用抵抗に通電される電流に対するオフセット値を、多段階で重畳可能に構成される複数のシンク側電流源（Ｉ，Ｉδ，２Ｉ，３Ｉ，４Ｉ）とを備える電力供給装置。
　前記複数のシンク側電流源（Ｉδ）は、前記オフセット値を切り替える境界において、切替え前後で前記Ｉ／Ｖ変換回路により変換された電圧が、前記データ変換器の入力範囲内に収まるように設定されている請求項１記載の電力供給装置。
　前記複数のシンク側電流源を切り替える際の前記データ値の差が予め記憶される記憶部（１１Ｍ）と、
　前記複数のシンク側電流源を切り替える際に、対応する差の値を前記記憶部より読み出して減算する制御部（１５）とを備える請求項１又は２記載の電力供給装置。
　前記Ｉ／Ｖ変換回路は、抵抗値が異なる２個以上の検出用抵抗への通電が切り替え可能に構成され、
　前記オフセット値を付与せずに、最も低抵抗値の検出用抵抗に通電した状態で第１データ変換を行うと、次に、前記第１データ変換の結果に応じて選択された、前記の検出抵抗よりも高抵抗値の検出用抵抗に通電した状態で第２データ変換を行う際に、前記第１データ変換の結果に応じて前記オフセット値を重畳するオフセット値を決定する請求項１又は２記載の電力供給装置。
　前記パワーデバイスを流れる負荷電流に比例した電流を出力する、電流出力回路（８）を有し、
　前記電流出力回路において発生するオフセット電流を補正するための、補正用電流供給源を備える請求項１又は２記載の電力供給装置。
　前記パワーデバイスによる前記負荷への通電を停止した状態で、前記検出用抵抗に通電を行うためのソース側電流供給源（２９Ｉ，２９Ｒ）を備え、
　前記通電に伴うデータ変換の結果に基いて、前記検出用抵抗の異常判定を行う請求項１又は２記載の電力供給装置。
　前記データ変換器の出力データを補正する補正部を有し、
　前記検出用抵抗の異常を判定すると、前記保護動作部がより速く保護動作を開始するように、前記補正部の補正パラメータを設定する請求項６記載の電力供給装置。
　前記検出用抵抗の異常を判定すると、前記データ変換器の入力電圧が通常の入力範囲よりも高電位になるように設定する請求項６記載の電力供給装置。
　前記パワーデバイスによる前記負荷への通電を停止した状態で、前記検出用抵抗に通電を行うためのソース側電流供給源（２９Ｉ，２９Ｒ）を備え、
　前記制御部は、前記通電に伴うデータ変換の結果に基いて、接続されているパワーデバイスの種類を判別し、判別した種類に応じて制御パラメータを設定する請求項１又は２記載の電力供給装置。