(57)【要約】      （修正有）【課題】入力電源又は入力電源と負荷装置との間で発生した異常に対する保護装置、車載電源装置を提供する。【解決手段】入力電源２００と負荷装置３００との間に配設される保護装置１００であって、入力電源と負荷装置の接続ライン中に接続されたヒューズ１０と、入力電源から流入するサージ電圧を吸収するサージ電圧吸収ユニット２０と、入力電源から流入するサージ電圧を抑制するサージ電圧抑制ユニット３０と、負荷装置側から入力電源側に向かう電流を阻止する逆流防止ユニット４０と、入力電源から負荷装置に向かう電流を低減し、入力電源と負荷装置間の電圧を抑制する電流低減ユニット５０と、入力電源から供給される直流電力に含まれるノイズを低減するフィルタユニット６０と、を備える。各ユニットは、入力電源側から負荷装置側に向かって、上記の順で接続されている。【選択図】図１
2020167807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を供給する入力電源と、当該入力電源から動作電力を受電する負荷装置と、の間に配設される保護装置であって、
前記入力電源と前記負荷装置とを接続する接続ライン中に直列に接続されたヒューズと、
前記入力電源から流入するサージ電圧を吸収するサージ電圧吸収ユニットと、
前記入力電源から流入するサージ電圧を抑制するサージ電圧抑制ユニットと、
前記負荷装置側から前記入力電源側に向かう電流を阻止する逆流防止ユニットと、
前記入力電源から前記負荷装置に向かう電流を低減する電流低減ユニットと、
前記入力電源から供給される前記直流電力に含まれるノイズを低減するフィルタユニットと、
を備え、
前記ヒューズ、前記サージ電圧吸収ユニット、前記サージ電圧抑制ユニット、前記逆流防止ユニット、前記電流低減ユニット、及び、前記フィルタユニットが、前記入力電源側から前記負荷装置側に向かって、この順で接続されている、
保護装置。
【請求項２】
前記接続ライン中に直列に接続され、前記入力電源から供給される前記直流電力に含まれるノイズを吸収するノイズ吸収ユニットを更に備える、
請求項１に記載の保護装置。
【請求項３】
前記電流低減ユニットは、前記接続ラインのハイサイドラインとローサイドラインの間に接続されたサージ吸収素子と、前記接続ライン中に直列に接続された抵抗器と、を有する、
請求項１又は２に記載の保護装置。
【請求項４】
前記抵抗器は、ＰＴＣサーミスタである、
請求項３に記載の保護装置。
【請求項５】
前記抵抗器は、ＰＴＣサーミスタとＮＴＣサーミスタの直列接続したものである、
請求項３に記載の保護装置。
【請求項６】
前記サージ電圧吸収ユニットは、前記接続ラインのハイサイドラインとローサイドラインとの間に接続された高圧吸収コンデンサを有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の保護装置。
【請求項７】
前記高圧吸収コンデンサは、セラミックコンデンサである、
請求項６に記載の保護装置。
【請求項８】
前記高圧吸収コンデンサは、フィルムコンデンサである、
請求項６に記載の保護装置。
【請求項９】
前記サージ電圧吸収ユニットは、前記接続ラインのハイサイドラインとローサイドラインとの間に接続されたバリスタ素子を有する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の保護装置。
【請求項１０】
前記バリスタ素子は、酸化亜鉛バリスタ素子である、
請求項９に記載の保護装置。
【請求項１１】
前記逆流防止ユニットは、前記接続ライン中に直列に接続され、逆方向の電流の通流を阻止する整流素子を有する、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の保護装置。
【請求項１２】
前記サージ電圧抑制ユニットは、前記接続ラインのハイサイドラインとローサイドラインとの間に接続されたサージ吸収素子を有する、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の保護装置。
【請求項１３】
前記サージ吸収素子は、ツェナーダイオードである、
請求項１２に記載の保護装置。
【請求項１４】
前記サージ電圧抑制ユニットは、前記接続ラインのハイサイドラインとローサイドラインとの間に接続されたヒューズを有する、
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の保護装置。
【請求項１５】
前記フィルタユニットは、前記接続ラインのハイサイドラインとローサイドラインとの間に接続されたコンデンサを有する、
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の保護装置。
【請求項１６】
前記コンデンサは、電解コンデンサ、フィルムコンデンサ又はセラミックコンデンサである、
請求項１５に記載の保護装置。
【請求項１７】
前記フィルタユニットは、前記接続ライン中に直列に接続されたコモンモードチョークコイルを有する、
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の保護装置。
【請求項１８】
前記入力電源と、当該入力電源から供給される前記直流電力を電力変換して前記負荷装置に対して送出するインバータ回路と、の間に配設される、
請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の保護装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の保護装置を備える車載電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、保護装置、及び車載電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリからの電力を利用して、車載モータ等の負荷装置を動作させる電源装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０１９５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の電源装置においては、後段の回路における短絡事故及び入力電源（例えば、バッテリ）における異常電圧等が生じる場合がある。そのため、近年の電源装置においては、かかる異常が発生した場合にも、入力電源及び／又は負荷装置を保護したり、安全を確保し得るように、入力電源と負荷装置との間に保護装置を配設する要請が生じている。
【０００５】
本開示は、入力電源又は当該入力電源と負荷装置との間において発生した異常に対して対処し得る保護装置、及び車載電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決する主たる本開示は、
直流電力を供給する入力電源と、当該入力電源から動作電力を受電する負荷装置と、の間に配設される保護装置であって、
前記入力電源と前記負荷装置とを接続する接続ライン中に直列に接続されたヒューズと、
前記入力電源から流入するサージ電圧を吸収するサージ電圧吸収ユニットと、
前記入力電源から流入するサージ電圧を抑制するサージ電圧抑制ユニットと、
前記負荷装置側から前記入力電源側に向かう電流を阻止する逆流防止ユニットと、
前記入力電源から前記負荷装置に向かう電流を低減する電流低減ユニットと、
前記入力電源から供給される前記直流電力に含まれるノイズを低減すフィルタユニットと、
を備え、
前記入力電源側から前記負荷装置側に向かって、前記ヒューズ、前記サージ電圧吸収ユニット、前記サージ電圧抑制ユニット、前記逆流防止ユニット、前記電流低減ユニット、及び、前記フィルタユニットが、前記入力電源側から前記負荷装置側に向かって、この順で接続されている、
保護装置である。
【０００７】
又、他の局面では、
上記保護装置を備える車載電源装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る保護装置によれば、入力電源又は当該入力電源と負荷装置との間において異常が発生した場合でも、入力電源及び負荷装置等を保護することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る保護装置の構成を示す回路図
【図２】一実施形態に係る抵抗器の抵抗特定を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１１】
以下、図１〜図２を参照して、一実施形態に係る保護装置の構成の一例について説明する。本実施形態では、車載電源装置に適用された保護装置の態様について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る保護装置１００の構成を示す回路図である。
【００１３】
保護装置１００は、入力電源２００、負荷装置３００、及び、インバータ装置４００と共に車載されている。そして、保護装置１００は、入力電源２００と負荷装置３００との間（より詳細には、入力電源２００とインバータ装置４００との間）に接続されている。保護装置１００は、入力電源２００から直流電力を受電し、インバータ装置４００に当該直流電力を送出する。そして、当該直流電力は、インバータ装置４００にて、電力変換されて、負荷装置３００に送出される。なお、保護装置１００は、入力電源２００とインバータ装置４００との間に接続される構成に限られず、入力電源２００と他の電力変換器との間に接続される構成でもよい。電力変換器としては例えば、ＤＣＤＣコンバータ等がある。
【００１４】
ここで、入力電源２００は、直流電力を供給する電力源であり、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池又は電気二重層キャパシタ等のバッテリである。本実施形態に係る入力電源２００としては、２４［Ｖ］／５０［Ｗ］のバッテリが用いられている。尚、入力電源２００は、例えば、商用外部電源又はオルタネータ（図示せず）に接続され、当該商用外部電源又はオルタネータを用いて充電可能に構成されてもよい。
【００１５】
又、負荷装置３００は、例えば、入力電源２００から供給される電力を動作電力とする車両の駆動モータである。ここでは、負荷装置３００は、入力電源２００から供給される直流電力が、インバータ装置４００を介して交流電力に電力変換されたものを利用して動作する。但し、負荷装置３００としては、駆動モータの他、駆動モータを制御する制御回路であってもよい。また、車両に搭載された音響機器やカーナビゲーション装置等であってもよい。
【００１６】
保護装置１００は、ヒューズ１０、サージ電圧吸収ユニット２０、サージ電圧抑制ユニット３０、逆流防止ユニット４０、電流低減ユニット５０、ノイズ吸収ユニット６０、及び、フィルタユニット７０を備えている。そして、保護装置１００においては、ヒューズ１０、サージ電圧吸収ユニット２０、サージ電圧抑制ユニット３０、逆流防止ユニット４０、電流低減ユニット５０、ノイズ吸収ユニット６０、及び、フィルタユニット７０が、入力電源２００側から負荷装置３００側に向かって、この順で設けられている。
【００１７】
ヒューズ１０は、ハイサイドラインＬ１中に直列に接続され、自身よりも後段（即ち、負荷装置３００側）の回路が短絡した場合に溶断する。ヒューズ１０は、これにより、入力電源２００からの電力供給を遮断し、インバータ装置４００及び入力電源２００の破損を防止する。なお、ヒューズ１０は、何らかの異常によって電気回路に定格以上の電流が流れると回路を保護する電子部品のことである。
【００１８】
サージ電圧吸収ユニット２０は、入力電源２００から流入したサージ電圧を吸収する。サージ電圧吸収ユニット２０は、例えば、ハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に接続された高圧吸収コンデンサ２１を含んで構成される。高圧吸収コンデンサ２１としては、例えば、フィルムコンデンサ、又はセラミックコンデンサが用いられる。
【００１９】
又、サージ電圧吸収ユニット２０は、ハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に、酸化亜鉛バリスタ等のバリスタ素子を有していてもよい。このようにサージ電圧吸収ユニット２０を設けることで、入力電源２００から流入したサージ電圧を吸収し大幅に抑制することができる。
【００２０】
サージ電圧抑制ユニット３０は、入力電源２００から流入したサージ電圧を抑制する。サージ電圧抑制ユニット３０は、ハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に接続された、サージ吸収素子３１とヒューズ３２とを直列に接続した直列接続体を含んで構成される。尚、本実施形態に係るサージ吸収素子３１としては、双方向ツェナーダイオードが用いられている。サージ吸収素子３１は、例えば、入力電圧が３０［Ｖ］を超えた場合に作動する。
【００２１】
尚、サージ電圧吸収ユニット２０及びサージ電圧抑制ユニット３０が対処すべきサージ電圧としては、例えば、入力電源２００に接続された外部電源（例えば、商用外部電源）（図示せず）から入力されるサージ電圧、又は、入力電源２００に接続された車両のオルタネータ（図示せず）におけるロードダンプ現象により発生するサージ電圧等が挙げられる。サージ電圧抑制ユニット３０を設けることで、入力電源２００から流入したサージ電圧がサージ電圧吸収ユニット２０により吸収しきれなかったとしても、サージ電圧抑制ユニット３０によりサージ電圧を低減することができる。ここで、サージ電圧とはハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に加わる過渡的な高電圧のことをいう。例えば落雷などによりハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間にサージ電圧が加わる場合がある。
【００２２】
逆流防止ユニット４０は、負荷装置３００側から入力電源２００側に向かう電流を阻止する。逆流防止ユニット４０は、特に、入力電源２００の正極端子と負極端子が逆接続された場合における、電流の逆流を防止する。逆流防止ユニット４０は、例えば、保護装置１００の入出力間に直列に接続された整流素子（例えば、整流ダイオード）４１、４２を含んで構成される。尚、整流素子４１と整流素子４２は、それぞれ、ハイサイドラインＬ１中において、アノードが入力電源２００側に接続され、且つ、カソードが負荷装置３００側に接続されるようにして、並列に配設されている。
【００２３】
電流低減ユニット５０は、回路中に流れる電流を低減する。電流低減ユニット５０は、ハイサイドラインＬ１中に直列に接続された抵抗器５１により構成される。このように構成することで、ハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２の間に大きな電圧差が生じた場合に発生する突入電流にも対応できる。特に、入力電源２００が予めフィルタユニット７０のコンデンサ７２、７３、７４、７５、７６、７７に電荷を貯める場合には、入力電源２００とコンデンサ７２、７３、７４、７５、７６、７７との間に電圧差が生じるため、電圧差により生じる突入電流を低減する目的で抵抗器５１が必要になる。また、電流低減ユニット５０は、抵抗器５１に加えて電圧安定化素子５２を有していてもよい。電圧安定化素子５２は、ハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２の間に接続される。ここでは、電圧安定化素子５２としては、例えば、カソードがハイサイドラインＬ１に接続され、且つ、アノードがローサイドラインＬ２に接続されたツェナーダイオードが用いられている。ツェナーダイオードを用いることにより、瞬時的な過電圧だけではなく定常的な過電圧が生じた場合にも対応できるため、回路に流れる電流および電圧の安定化が図れる。
【００２４】
抵抗器５１は、例えばＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ５１ａにより構成される。ＰＴＣサーミスタ５１ａは温度が上昇した場合に抵抗値が大きくなる性質を有する。したがって、抵抗器５１に過電流が生じた場合に抵抗器５１の温度上昇により抵抗値を大きくすることができる。これにより、抵抗器５１に過電流が生じた場合に効果的に電流値を低減することができる。また、抵抗器５１は、例えば、ＰＴＣサーミスタ５１ａとＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ５１ｂとを直列に接続した直列接続体によって構成されるようにしてもよい。このように構成すれば、ＮＴＣサーミスタ５１ｂによりＰＴＣサーミスタ５１ａを補完することができる。特に上述した突入電流が発生する場合において有効である。突入電流は短時間に発生するため抵抗器５１の温度が十分に上昇しない。そのため抵抗器５１がＰＴＣサーミスタ５１ａのみであると抵抗値が大きくならない。ＮＴＣサーミスタ５１ｂは、温度が上昇した場合に抵抗値が小さくなる性質を有する。そこで、ＮＴＣサーミスタ５１ｂをＰＴＣサーミスタ５１ａに直列接続することで、突入電流のように短時間に過電流が流れる場合にも抵抗値を大きくできるようになる。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る抵抗器５１の抵抗特定を示す図である。
【００２６】
繰り返しになるが、ＰＴＣサーミスタ５１ａは、低温時には、抵抗値が低く、温度が上昇した際に、抵抗値が増大する特定を有する（図２のグラフＲ１を参照）。ＮＴＣサーミスタ５１ｂは、高温時には、抵抗値が低く、温度が低下した際に、抵抗値が増大する特定を有する（図２のグラフＲ２を参照）。従って、これらＰＴＣサーミスタ５１ａとＮＴＣサーミスタ５１ｂとを直列接続することによって、低温時及び高温時には高い抵抗値を有し、その間の温度の時には低い抵抗値を有する抵抗特性を実現することができる（図２のグラフＲａｌｌを参照）。
【００２７】
本実施形態に係る抵抗器５１は、入力電源２００からの受電を開始する前の温度状態の時（図２中のＴ１）、及び、過電圧又は過電流が発生した際の温度状態の時（図２中のＴ３）には、高抵抗素子として機能し、入力電源２００からの受電を継続して実行している温度状態の時（図２中のＴ２）には、低抵抗素子として機能するように、ＰＴＣサーミスタ５１ａ及びＮＴＣサーミスタ５１ｂの抵抗特性が設定されている。
【００２８】
本実施形態に係る抵抗器５１は、かかる構成によって、入力電源２００からの受電を開始した時に発生する突入電流を抑制すると共に、過電流が発生した際の電流レベルを抑制する。又、これによって、通常使用時には、抵抗器５１に起因した電圧降下及び電力損失を抑制する。
【００２９】
ノイズ吸収ユニット６０は、入力電源２００から出力される直流電力に含まれるノイズ成分を吸収する。ノイズ吸収ユニット６０は、例えば、ハイサイドラインＬ１中に配設されたフェライトビーズ６１、６２を含んで構成される。フェライトビーズ６１、６２は、ハイサイドラインＬ１を通流する電流により発生する環状の磁界に作用してインダクタンスを形成し、当該ハイサイドラインＬ１を通流する電流に含まれるノイズ成分を抑制する。又、高周波領域では電流のエネルギーがフェライトにおける損失（磁気損失）となって失われるため、フェライトビーズ６１、６２は、当該ハイサイドラインＬ１を通流する電流に含まれるノイズ成分を吸収し除去することができる。ここで、ノイズとは、ハイサイドラインＬ１またはローサイドラインＬ２に流れる信号のうち、負荷装置３００へ本来伝播する必要が無い信号のことである。
【００３０】
尚、ノイズ吸収ユニット６０は、並列に接続された２つのフェライトビーズ６１とフェライトビーズ６２により、上記の動作を実行する。これにより、個々のフェライトビーズ６１、６２に通流する電流の電流レベルの低減を図っている。
【００３１】
フィルタユニット７０は、入力電源２００から出力される直流電力に含まれる高周波のノイズ成分を除去する。また、入力電源２００から出力される直流電力の電圧を安定化する機能も有する。フィルタユニット７０は、入力電源２００から受電した直流電力を、後段に送出する際に、電荷を蓄積し、電圧の安定化を行う。そして、フィルタユニット７０は、入力電源２００の電圧が下がると、自身に蓄積された電荷をリリースし、次の回路に補充する。
【００３２】
フィルタユニット７０は、例えば、保護装置１００の入出力間に直列に接続されたコモンモードチョークコイル７１と、コモンモードチョークコイル７１の前段側でハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に接続されたコンデンサ７２、７３、７４と、コモンモードチョークコイル７１の後段側でハイサイドラインＬ１とローサイドラインＬ２との間に接続されたコンデンサ７５、７６、７７とを含んで構成される。
【００３３】
尚、コンデンサ７２、７３、７４、７５、７６、７７は、例えば、電解コンデンサ、フィルムコンデンサ又はセラミックコンデンサである。
【００３４】
以上、本実施形態に係る保護装置１００によれば、入力電源２００又は当該入力電源２００と負荷装置３００との間において異常（例えば、短絡、サージ電圧、又は、異常電圧等）が発生した場合でも、負荷装置３００、インバータ装置４００、及び、入力電源２００等を保護することが可能である。又、これによって、安全を確保することが可能である。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本開示に係る保護装置によれば、入力電源又は当該入力電源と負荷装置との間において異常が発生した場合でも、負荷装置及び入力電源等を保護することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  保護装置
１０  ヒューズ
２０  サージ電圧吸収ユニット
２１  高圧吸収コンデンサ
３０  サージ電圧抑制ユニット
３１  サージ吸収素子
３２  ヒューズ
４０  逆流防止ユニット
４１、４２  整流素子
５０  電流低減ユニット
５１  抵抗器
５１ａ  ＰＴＣサーミスタ
５１ｂ  ＮＴＣサーミスタ
５２  電圧安定化素子
６０  ノイズ吸収ユニット
６１、６２  フェライトビーズ
７０  フィルタユニット
７１  コモンモードチョークコイル
７２、７３、７４、７５、７６、７７  コンデンサ
２００  入力電源
３００  負荷装置
４００  インバータ装置
Ｌ１  ハイサイドライン
Ｌ２  ローサイドライン
【図１】
2020167807.tif 000003
【図２】
2020167807.tif 000004