(57)【要約】      （修正有）【課題】複雑な熱量演算式を用いることなく、電力供給線を保護する電力供給装置を提供する。【解決手段】電源１の電力を負荷回路２に供給する電力供給装置１００は、電源からの電力を負荷回路に供給する電力供給線４に接続されている半導体スイッチ１１と、電力供給線に流れる電流を検出するセンサ１２と、半導体スイッチのオン、オフを制御するコントローラ３０と、を備える。コントローラは、センサを用いて、半導体スイッチがターンオンされてから所定期間までの過渡期間中に、電力供給線に流れる第１電流を検出し、過渡期間を経過した時点からの定常期間中に、電力供給線に流れる第２電流を検出し、第１電流が第１電流閾値より高い場合、及び、第２電流が第２電流閾値より高い場合の少なくともいずれか一方を満たす場合には、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の電力を負荷回路に供給する電力供給装置であって、
前記電源からの電力を前記負荷回路に供給する電力供給線に接続されている半導体スイッチと、
前記電力供給線に流れる電流を検出するセンサと、
前記半導体スイッチのオン、オフを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記センサを用いて、前記半導体スイッチがターンオンされてから所定期間までの過渡期間中に、前記電力供給線に流れる第１電流を検出し、前記過渡期間を経過した時点からの定常期間中に、前記電力供給線に流れる第２電流を検出し、
前記第１電流と第１電流閾値とを比較し、
前記第２電流と、前記第１電流閾値より低い第２電流閾値とを比較し、
前記第１電流が前記第１電流閾値より高い場合、及び、前記第２電流が前記第２電流閾値より高い場合の少なくともいずれか一方を満たす場合には、前記電力供給線を保護するための保護動作を実行する電力供給装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力供給装置であって、
前記第１電流は、前記過渡期間中、第１周期で検出され、
前記第２電流は、前記定常期間中、前記第１周期よりも長い第２周期で検出される電力供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電力供給装置であって、
前記コントローラは、
前記第１電流が前記第１電流閾値より高い状態が複数回、連続で検出された場合、及び、前記第２電流が前記第２電流閾値より高い状態が複数回、連続で検出された場合の少なくともいずれか一方を満たす場合には、前記保護動作を実行する電力供給装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力供給装置であって、
温度を検出する温度検出部を備え、
前記コントローラは、前記温度検出部により検出された温度に応じて、前記第１電流閾値及び前記第２電流閾値の少なくともいずれか一方の閾値を設定する電力供給装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力供給装置であって、
前記コントローラは、
ユーザへの警告、及び、前記半導体スイッチを強制的にターンオフさせる制御を、前記保護動作として実行する電力供給装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力供給装置であって、
前記コントローラは、前記警告を行った後に、前記半導体スイッチを強制的にターンオフさせる電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源の電力を負荷に供給する電力供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源から負荷へ電力を供給するために用いられる電線を保護する方法であって、負荷への通電電流を所定時間毎に検出する工程と、検出された通電電流を用いて電線の所定時間当たりの温度変化を算出する工程と、電線の所定時間当たりの温度変化を用いて電線の上昇温度を算出し、該電線の上昇温度を基準温度に加算して電線の温度を推定する工程と、推定された電線の温度が所定の上限温度未満かどうかを判定し、推定された電線の温度が所定の上限温度以上であると判定された場合、電源から負荷への電力の供給を停止する工程とを含む方法が知られている。この方法では、電線の温度を推定する工程において、検出ｎ−１回時の検出通電電流値、検出ｎ−１回時での電線上昇温度、検出ｎ−１回時での電線抵抗、電線熱抵抗、及び、所定時間及び電線放熱時定数により定まる指数関数を含む演算式を用いて、電線の上昇温度を算出している（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記電線保護方法では、電線温度を推定するために用いられる、上記の熱量演算式が複雑なため、電線保護方法を実行するＣＰＵにおいて、リソースが不足するという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、複雑な熱量演算式を用いることなく、電力供給線を保護する電力供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係る電力供給装置は、電源からの電力を負荷回路に供給する電力供給線に接続されている半導体スイッチと、電力供給線に流れる電流を検出するセンサと、半導体スイッチのオン、オフを制御するコントローラとを備え、コントローラは、センサを用いて、半導体スイッチがターンオンされてから所定期間までの過渡期間中に、電力供給線に流れる第１電流を検出し、過渡期間を経過した時点からの定常期間中に、電力供給線に流れる第２電流を検出し、第１電流と第１電流閾値とを比較し、第２電流と、第１電流閾値より低い第２電流閾値とを比較し、第１電流が第１電流閾値より高い場合、及び、第２電流が第２電流閾値より高い場合の少なくともいずれか一方を満たす場合には、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。
［２］上記発明において、第１電流は、過渡期間中、第１周期で検出され、第２電流は、定常期間中、第１周期よりも長い第２周期で検出されてもよい。
［３］上記発明において、コントローラは、第１電流が第１電流閾値より高い状態が複数回、連続で検出された場合、及び、第２電流が第２電流閾値より高い状態が複数回、連続で検出された場合の少なくともいずれか一方を満たす場合には、保護動作を実行してもよい。
［４］上記発明において、温度を検出する温度検出部を備え、コントローラは、温度検出部により検出された温度に応じて、第１電流閾値及び第２電流閾値の少なくともいずれか一方の閾値を設定してもよい。
［５］上記発明において、コントローラは、ユーザへの警告、及び、半導体スイッチを強制的にターンオフさせる制御を保護動作として実行してもよい。
［６］上記発明において、コントローラは、警告を行った後に、半導体スイッチを強制的にターンオフさせてよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コントローラにおいて複雑な計算が不要になり、少ないリソースで電力供給線を保護できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る電力供給システムを示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る電力供給システムにおいて、半導体スイッチ１１をターンオンさせた時点からの電流特性を示すグラフである。を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係る電力供給システムにおいて、電流閾値の時間的な推移を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の他の実施の形態に係る電力供給システムにおいて、電流閾値の時間的な推移を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の他の実施の形態に係る電力供給システムにおいて、電流閾値の時間的な推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１は本実施形態における電力供給システムを示すブロック図である。本実施形態における電力供給システムは、バッテリなどの電源から出力される電力を、負荷回路に供給するシステムである。電力供給システムは、例えば電気自動車等の車両に搭載されており、車両に設けられたバッテリの電力を、ランプ、パワーウィンド、ナビゲーションシステム、又は、エアーコンデョナ等の負荷回路に供給する。この電力供給システムは、図１に示すように、電源１、負荷回路２、ハーネス３、電力線４、上位コントローラ５、及び電力供給装置１００を備えている。
【００１１】
電源１は、例えば、車両に搭載される直流電源である、このような電源１としては、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の２次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタ等を用いることができる。
【００１２】
電源１は、ハーネス３及び電力線４を介して負荷回路２に対して電力を供給している。負荷回路２は、等価的に電気抵抗成分と電気容量成分とを含んで構成されている。本実施形態の負荷回路２は、インダクティブ成分ＬとしてインダクタンスＬを有し、抵抗成分として抵抗Ｒを有し、容量成分としてキャパシタＣを有している。また負荷回路２は、ハーネス３を介して電力供給装置１００に接続されている。電源１と電力供給装置１００との間は、電力線４で接続されている。すなわち、ハーネス３及び電力線４が、電源１からの電力を負荷回路２に供給するための電力供給線に相当する。なお、以下の説明では、ハーネス３及び電力線４により、電源１から負荷回路２に接続される配線を、電力供給線とも称している。負荷回路２は、スイッチングデバイス１０より下流側に接続された回路である。
【００１３】
抵抗Ｒは、ランプ等の灯火系、ワイパ、ウォッシャ、又はその他ＥＣＵ等の車載機器である。この抵抗Ｒは、一端がハーネス３及びスイッチングデバイス１０を介して電源１に接続されており、他端が接地されている。キャパシタＣは、たとえば、電源１から供給される直流電流を平滑化する平滑キャパシタ、又は、ノイズ吸収用キャパシタである。このキャパシタＣは、一端がハーネス３及びスイッチングデバイス１０を介して電源１に接続されており、他端が接地されている。電源１に対して、抵抗ＲとキャパシタＣは、並列に接続されている。なお、負荷回路２と電源１との間には、ハーネス３，電力線４やスイッチングデバイス１０以外の構成要素が介在していてもよい。また、本実施形態では、抵抗ＲやキャパシタＣの他端は、いずれも接地されているが、特に上述に限定されない。等価的に示した回路モデルにおいて、インタラクティブ成分、抵抗成分と容量成分とが存在していれば、各成分の接続先は特に限定されない。
【００１４】
電力線４は、電源１と、電力供給装置１００に含まれる半導体スイッチ１１との間に接続されている。ハーネス３は、負荷回路２と、電力供給装置１００に含まれる半導体スイッチ１１との間に接続されている。電力線４及びハーネス３の形状（主に配線径）は、電源供給システムにおいて許容される許容電流値に応じて設計されている。ここで、電力線４及びハーネス３の配線径について説明する。本実施形態とは異なり、負荷回路２を保護するためには、ヒューズを電力線４に接続することが考えられる。ヒューズは、大電流の導通により配線が切れることで、電流を遮断する。そのため、ヒューズと電気的に接続されている電力線４及びハーネス３は、少なくとも、ヒューズ配線が切れるまでの電流を導通させる必要があるため、電力線４及びハーネス３には、配線径の大きな配線を用いる必要がある。一方、本実施形態では、後述するように、ヒューズが電力線に接続されていないため、従来と比較して、配線径の小さい電力線４及びハーネス３を用いることができる。
【００１５】
上位コントローラ５は、車両全体を制御するコントローラである。上位コントローラ５は、ＣＡＮなどの通信網により、電力供給装置１００に設けられたコントローラ３０とつながっている。
【００１６】
電力供給装置１００は、電源１と負荷回路２との間の電気的な導通と遮断とを切り替えるスイッチング機能（ドライブ機能）と、スイッチングデバイス１０の状態を診断する自己診断機能と、負荷回路２を保護する負荷保護機能を有している。
【００１７】
電力供給装置１００は、図１に示すように、スイッチングデバイス１０、電源レギュレータ２０、コントローラ３０、及び電圧保持回路７０を備えている。スイッチングデバイス１０、電源レギュレータ２０、及びコントローラ３０は弱電用の配線により接続されており、電源レギュレータ２０の出力電流が、コントローラ３０を介して、スイッチングデバイス１０に流れるように、配線網又は配線パターンが形成されている。コントローラ３０は、スイッチングデバイス１０に含まれる各センサ１２と、信号線又は配線パターンで接続されている。
【００１８】
電力線４には、スイッチングデバイス１０が接続されている。スイッチングデバイス１０は、半導体スイッチ１１とセンサ１２とを単一のチップでモジュール化したデバイスである。
【００１９】
半導体スイッチ１１には、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子を用いることができる。本実施形態では、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いているが、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴでもよい。
【００２０】
半導体スイッチ１１は、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極とを有している。半導体スイッチ１１のドレイン電極は、電力線４を介して電源１と接続されている。半導体スイッチ１１のソース電極は、センサ１２を介して、電力供給装置１００の出力端子に接続されている。半導体スイッチ１１のゲート電極は、配線を介してコントローラ３０の駆動部３１に接続されている。この半導体スイッチ１１は、駆動部３１からゲート電極に出力されるスイッチング信号（駆動電圧）によりオンとオフの切り替えが可能となっている。
【００２１】
ゲート電極に、ハイレベルの駆動電圧が入力されると、半導体スイッチ１１は、ドレイン電極とソース電極との間が導通するオン状態となる。これにより、電源１と負荷回路２との間が導通し、電源１の電力が負荷回路２に供給される。一方、ゲート電極に、ローレベルの駆動電圧が入力されると、半導体スイッチ１１は、ドレイン電極とソース電極との間が遮断するオフ状態となる。これにより、電源１と負荷回路２との間が遮断し、電源１から負荷回路２への電力供給が停止する。また半導体スイッチ１１は、電源レギュレータ２０を介して電源１から動作電圧を得ている。
【００２２】
センサ１２は、半導体スイッチ１１の状態を検出するセンサである。センサ１２には、例えば電流センサが用いられる。センサ１２は、半導体スイッチ１１のソース電極に接続されており、半導体スイッチ１１のドレイン−ソース間に流れる電流を検出し、信号線を介して検出値をコントローラ３０に出力する。なお、センサ１２には、電流センサに加えて温度センサを用いてもよく、半導体スイッチ１１の各温度を検出することで、半導体スイッチ１１の状態を検出してもよい。
【００２３】
なお、スイッチングデバイス１０の接続部分に、スイッチングデバイス１０の代わりに、機械的に遮断するヒューズを接続することも考えられる。このようなヒューズは、大電流の導通等により溶断されると、復帰することが容易ではない。本実施形態における電力供給装置は、半導体スイッチ１１を用いているため、電源１と負荷回路２との間を遮断した後に、電源１と負荷回路２を導通させることができる。
【００２４】
なお、スイッチングデバイス１０は、半導体スイッチ１１及びセンサ１２の他に、制御回路（図示しない）を含みつつ、ＩＰＤ（Intelligent Power Device）等のＩＣにより構成されてもよい。ＩＰＤに含まれる制御回路は、センサの１１ｂの検出結果から、半導体スイッチ１１の異常を検知した場合には、半導体スイッチ１１をオフする機能を有している。すなわち、ＩＰＤで構成されるスイッチングデバイス１０は、自己診断機能を有している。
【００２５】
電源レギュレータ２０は、昇圧回路等の電圧変換回路を有している。電源レギュレータ２０は電力線４に接続されている。電源レギュレータ２０は、電源１から出力電圧を、コントローラ３０を動作するための弱電用の動作電圧に変換する。また電源レギュレータ２０は、電源１からの出力電圧を、半導体スイッチ１１の動作電圧に変換する。
【００２６】
コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器予備入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータから構成されている。またコントローラ３０は、マイクロコンピュータを１チップで集積化されている。
【００２７】
コントローラ３０は、駆動部３１、制御部３２、及びメモリ３３を有している。駆動部３１は、半導体スイッチ１１の各ゲート端子に対してゲート電圧を印加する駆動回路を有している。駆動部３１は、昇圧回路を用いて、電源レギュレータ２０から出力される電圧を昇圧させて、ゲート電圧を生成する。
【００２８】
駆動部３１には、制御部３２から駆動要求信号が入力される。駆動要求信号が駆動部３１に入力されると、駆動部３１は、半導体スイッチ１１のオン、オフを切り替えるためのスイッチング信号を半導体スイッチ１１のゲート電極に出力することで、半導体スイッチ１１の駆動電圧を設定する。
【００２９】
制御部３２は、上位コントローラ５からの外部要求信号に応じて、半導体スイッチ１１のオン状態とオフ状態を切り替えるための駆動要求信号を、駆動部３１に出力する。また、制御部３２は、センサ１２を用いて、半導体スイッチ１１、１３аの自己診断制御を実行する。例えば、制御部３２は、半導体スイッチ１１をオンにするための駆動要求信号を出力している状態で、センサ１２の検出電流がゼロ又はゼロに近い値である場合には、半導体スイッチ１１のオープン故障が発生している可能性がある。制御部３２は、センサ１２の検出値から、半導体スイッチ１１が駆動要求信号で示される指令どおりに動作しているか否かを判定する。そして、半導体スイッチ１１が指令どおりに動作していない場合には、制御部３２は、半導体スイッチ１１に異常が生じていると判定する。
【００３０】
なお、制御部３２による自己診断方法は、上記の診断方法に限らず他の診断方法でもよい。制御部３２は、半導体スイッチ１１の短絡等の異常を診断してもよい。具体的な一例として、制御部３２は、センサ１２の検出電流から、半導体スイッチ１１がターンオンしてからの電流特性を測定する。ターンオンさせるための駆動電圧が半導体スイッチ１１のゲート電極に印加されたにもかかわらず、半導体スイッチ１１のドレインソース間の電圧が上昇しない場合には、半導体スイッチ１１の内部で短絡が発生している可能性がある。制御部３２は、半導体スイッチ１１のターンオン動作後に、電圧が上昇しない場合には、半導体スイッチ１１の内部短絡等により、半導体スイッチ１１に異常が生じていると判定する。
【００３１】
また制御部３２は、半導体スイッチ１１の過熱による異常を診断してもよい。温度センサがセンサ１２に使用される場合には、制御部３２はセンサ１２の検出温度に基づき、半導体スイッチ１１が過熱された状態であるか否かを診断する。制御部３２が、半導体スイッチ１１の温度を管理し、過熱による半導体スイッチ１１の異常を診断することで、半導体スイッチ１１を保護することができる。
【００３２】
制御部３２は、異常が生じていると判定した場合には、駆動部３１に対して、半導体スイッチ１１をオフにするための駆動要求信号（オフ信号）を出力する。制御部３２は、半導体スイッチ１１のうち、異常ありと判定した半導体スイッチをオフにするように、オフ信号を出力する。駆動部３１は、当該オフ信号を受信し、半導体スイッチ１１のゲート電圧を低くして、半導体スイッチ１１をオンからオフに切り換える。制御部３２は、自己診断の結果を上位コントローラ５に出力する。
【００３３】
制御部３２は、上記の自己診断制御に加えて、複数の電流領域に応じた電流閾値を用いて保護動作を実行している。
【００３４】
図２は、半導体スイッチ１１をターンオンさせた時点（ｔ０）からの電流特性を示すグラフである。図２に示すように、半導体スイッチ１１がオフ状態からオン状態に切り替わると、電流の過渡特性により、電力供給線に流れる電流は、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間で急激に上昇する。半導体スイッチ１１に流れる電流は、時刻ｔ１でピークになり、時刻ｔ１から時刻ｔ５の間で徐々に減少する。そして、電力供給線に流れる電流は、時刻ｔ５で安定し、時刻ｔ５以降、一定の電流値で推移する。
【００３５】
すなわち、電力供給線に流れる電流特性は、過渡的に推移する過渡期間と、安定的に推移する定常期間で異なる。図２の例では、時刻ｔ０から時刻ｔ５までの領域が過渡期間となり、時刻ｔ５以降の領域が定常期間となる。制御部３２は、半導体スイッチ１１をターンオンさせる時点からの経過時間に応じて電流閾値を設定し、センサ１２の検出電流と電流閾値を比較し、その比較結果に応じて、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。
【００３６】
過渡期間用の電流閾値と定常期間用の電流閾値について、図３を用いて説明する。図３は、制御部３２により設定される電流閾値の時間的な推移を示すグラフである。
【００３７】
ハーネス３及び電力線４には、電線に使用される導体の抵抗値などに応じた許容電流が予め設定されている。許容電流（許容定常電流）は、一定時間、電線に流すことができる電流の上限値を示している。許容電流は、電線の回路を設計する場合に、温度による電線の絶縁劣化特性、電線の寿命等を鑑みて、実用上の正常な仕様に影響を及ぼすことなく通電できる電流の上限値である。本実施形態では、周囲温度、電源１からの出力電力、使用される負荷の定格、負荷の試用期間等に応じて、電力供給線に流れる定常電流が許容電流より高くならないように、電線が選択される。許容電流は、一定期間、定常状態で流れる電流に対して設定される。許容電流値は、図３のグラフаに示すように、一定の電流値で推移する平行な特性で表される。
【００３８】
半導体スイッチ１１がターンオンされた時点（ｔ０）から所定期間までの時間（ｔа）が過渡期間であり、過渡時間を経過した時点（ｔа）以降の時間が定常時間である。定常期間は、電力供給線に流れる電流が安定して、電流特性が許容電流値に対して平行になる期間を表している。そして、過渡期間は、半導体スイッチ１１がターンオンされた時点から定常期間が始まる時点までの期間を表しており、電力供給線に流れる電流が過渡的に変化する期間である。過渡期間の長さは、突入電流の大きさ、収束時間等に応じて予め設定されている。突入電流は、半導体スイッチ１１をターンオンさせてから電力供給線に最初に流れる電流である。収束時間は、突入電流の変化量が所定値以下となる時間である。なお、突入電流の大きさ、収束時間は周囲温度や電力供給装置に接続される負荷に応じて変わるため、制御部３２は、周囲温度、電源１から電流が供給される負荷の種類等に応じて、過渡期間の長さを調整してもよい。
【００３９】
制御部３２には、過渡期間中に使用される第１電流閾値と、定常期間中に使用される第２電流閾値が予め設定されている。図３のグラフｂは、電流閾値の時間的な推移を示すグラフである。半導体スイッチ１１をターンオンさせた直後は、突入電流が急峻に高くなるため、この期間の電流値は、保護動作の実行の有無を判定するための値には適していない。本実施形態では、突入電流がピーク値になる時間を基準時間として設定している。図２の例では時間ｔ１が基準時間となり、図３ではｔｐが基準時間となる。
【００４０】
図３に示すように、第１電流閾値は、基準時間（ｔｐ）の時点で最も高く、時間の経過と共に低くなり、過渡期間の終点で最も低くなる。第１電流閾値は、電力供給線に許容される突入電流（過電流）の制限値に応じて設定されている。第１電流閾値は、突入電流の制限値より所定値（マージン相当）低くした値に設定されている。第２電流閾値は、第１電流閾値よりも低く、上記の許容電流より所定値（マージン相当）低くした値に設定されている。第２電流閾値は一定値である。
【００４１】
制御部３２は、半導体スイッチ１１をターンオンさせた時点からの経過時間（以下、ターンオン経過時間とも称す）が基準時間より短い場合には、センサ１２で検出された検出電流と電流閾値とを比較せず、保護動作を実行しない。ターンオン経過時間が基準時間より長くなった後、制御部３２は以下の制御を実行する。
【００４２】
センサ１２は、ターンオン経過時間が過渡期間中である場合には、第１周期（Ｔ１）で電流を周期的に検出する。制御部３２は、センサ１２で検出された検出電流と第１電流閾値とを比較する。そして、センサ１２で検出された検出電流が第１電流閾値より高い場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。保護動作は、例えば、半導体スイッチ１１を強制的にオフにする、あるいは、負荷２を制御するコントローラに対して、負荷２の出力を下げるための指令を出力する等である。センサ１２で検出された検出電流が第１電流閾値以下である場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行しない。
【００４３】
センサ１２は、ターンオン経過時間が定常期間中である場合には、第２周期（Ｔ２）で電流を周期的に検出する。制御部３２は、センサ１２で検出された検出電流と第２電流閾値とを比較する。第２周期（Ｔ２）は第１周期（Ｔ１）よりも長い時間に設定されている。そして、センサ１２で検出された検出電流が第２電流閾値より高い場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。一方、センサ１２で検出された検出電流が第２電流閾値以下である場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行しない。
【００４４】
すなわち、電流の時間的な変化が大きい過渡期間中では、制御部３２は、センサ１２を用いて、電力供給線に流れる電流を短い周期（Ｔ１）で検出し、センサ１２の検出電流が第１電流閾値より高いか否かを周期的に判定している。一方、電流が安定している定常期間中では、制御部３２は、センサ１２を用いて、電力供給線に流れる電流を長い周期（Ｔ２）で検出し、センサ１２の検出電流が第２電流閾値より高いか否かを周期的に判定している。これにより、過渡期間中には検出回数及び判定回数を多くして安全性を高め、定常期間中に検出回数及び判定回数を少なくしてＣＰＵの処理回数を低減させている。
【００４５】
本実施形態では、制御部３２（コントローラ３０）は、センサ１２を用いて、過渡期間中に電力供給線に流れる第１電流を検出し、過渡期間を経過した時点からの定常期間中に電力供給線に流れる第２電流を検出し、第１電流と第１電流閾値とを比較し、第２電流と第２電流閾値とを比較し、第１電流が第１電流閾値より高い場合、及び、第２電流が第２電流閾値より高い場合の少なくともいずれか一方を満たす場合には、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。これにより、電流値のモニタリングで電力供給線を保護できるため、コントローラ３０に含まれるＣＰＵでは複雑な計算が不要になる。その結果として、少ないリソースで電力供給線を保護できる。
【００４６】
また本実施形態では、第１電流は過渡期間中に第１周期（Ｔ１）で検出され、第２電流は定常期間中に第２周期（Ｔ２）で検出される。これにより、過渡期間中では検出回数及び判定回数を多くして安全性を高め、定常期間中では検出回数及び判定回数を少なくしてＣＰＵの処理回数を低減させている。
【００４７】
なお本実施形態では、センサ１２の検出周期を、第１周期（Ｔ１）と第２周期（Ｔ２）との間で切り替えることで、電力供給線に流れる電流の検出周期を変更したが、センサ１２の検出周期を一定にして、制御部３２がセンサ１２から検出電流を読み込む周期を変えることで、電流の検出周期を変えてもよい。
【００４８】
また本実施形態において、スイッチングデバイス１０に接続される負荷回路２は１つに限らず、複数でもよい。電源１に対して、複数の負荷回路２を接続する場合には、１つのスイッチングデバイス１０に対して複数の負荷回路２を接続してもよく、あるいは、スイッチングデバイス１０と負荷回路２を対応させつつ直列に接続し、スイッチングデバイス１０と負荷回路２を含む複数の直列回路を電源１に接続してもよい。
【００４９】
また本実施形態において、突入電流の制限値及び許容電流の制限値は、周囲温度に応じて変化するため、温度に応じて第１電流閾値及び第２電流閾値を設定してもよく、又は、電力供給装置が設定される環境において、想定される温度の上限値又は下限値に応じて第１電流閾値及び第２電流閾値を設定してもよい。
【００５０】
また本実施形態では、センサ１２を、スイッチングデバイス１０の内部に設けたが、センサ１２は、スイッチングデバイス１０の外部センサでもよく、図１において、外部センサは、例えば電源１の正極からスイッチングデバイス１０との間は、又は、スイッチングデバイス１０と負荷回路２との間に接続されればよい。
【００５１】
また本実施形態では、電力供給装置１００に接続される負荷回路２に応じて、過渡期間の長さを調整してもよい。例えば、負荷回路２に含まれる電線の特性として、突入電流が短時間で流れて、その後、電流が定常状態になる場合には、過渡期間を短くして、過渡期間から定常期間に遷移するタイミングを早める。これにより、電流特性に応じた電流閾値を設定できる。
【００５２】
本実施形態における「ハーネス３」及び「電力線４」が本発明における「電力供給線」の一例に相当する。
【００５３】
＜第２実施形態＞
本発明の他の実施形態を説明する。本実施形態では第１実施形態に対して、制御部３２による制御の一部が異なる。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。また電力供給装置の具体的構成は、第１実施形態と同じ構成である。
【００５４】
制御部３２は、半導体スイッチ１１をターンオンさせた時点からの経過時間（以下、ターンオン経過時間とも称す）が基準時間より短い場合には、センサ１２で検出された検出電流と電流閾値とを比較せず、保護動作を実行しない。ターンオン経過時間が基準時間より長くなった後、制御部３２は以下の制御を実行する。
【００５５】
制御部３２は、ターンオン経過時間が過渡期間中である場合には、センサ１２を用いて所定の周期で、電力供給線に流れる電流を検出し、検出された検出電流と第１電流閾値とを比較する。制御部３２は、検出された電流が第１電流閾値より高くなった回数をカウントしている。具体的には、センサ１２で検出された検出電流が第１電流閾値より高い場合には、制御部３２はカウンタ値をカウントアップする。一方、センサ１２で検出された検出電流が第１電流閾値以下である場合には、制御部３２はカウンタ値をリセットする。そして、カウンタ値が所定回数以上になった場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。カウンタ値は、２以上の値に設定されている。
【００５６】
制御部３２は、ターンオン経過時間が定常期間中である場合には、センサ１２を用いて所定の周期で、電力供給線に流れる電流を検出し、検出された検出電流と第２電流閾値とを比較する。制御部３２は、検出された電流が第２電流閾値より高くなった回数をカウントしている。具体的には、センサ１２で検出された検出電流が第２電流閾値より高い場合には、制御部３２はカウンタ値をカウントアップする。一方、センサ１２で検出された検出電流が第２電流閾値以下である場合には、制御部３２はカウンタ値をリセットする。そして、カウンタ値が所定回数以上になった場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。カウンタ値は、２以上の値に設定されている。
【００５７】
例えば、ノイズ等によりセンサ１２の検出値が瞬時に高くなった場合には、センサ１２の検出電流が第１電流閾値より高くなるが、カウンタ値が所定回数未満のため、保護動作は実行されない。これにより、ノイズ等の発生により、保護動作が頻繁に実行されることを防止できる。
【００５８】
上記のように本実施形態では、過渡期間中にセンサ１２により検出される第１電流が第１電流閾値より高い状態が複数回、連続で検出された場合、及び、定常期間中にセンサ１２により検出される第２電流が第２電流閾値より高い状態が複数回、連続で検出された場合の少なくともいずれか一方を満たす場合には、保護動作を実行する。これにより、ノイズ等の発生により、保護動作が頻繁に実行されることを防止できる。
【００５９】
＜第３実施形態＞
本発明の他の実施形態を説明する。本実施形態では第１実施形態に対して、制御部３２による制御の一部が異なる。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。また電力供給装置の具体的構成は、第１実施形態又は第２実施形態と同じ構成である。ただし、センサ１２は、電流に加えて温度を検出している。
【００６０】
図４は、制御部３２により設定される電流閾値の時間的な推移を示すグラフである。グラフаは、検出温度が所定温度より高い場合に、電力供給線に流すことができる電流（突入電流、許容電流）の上限値を示している。グラフｂは、検出温度が所定温度以下である場合に、電力供給線に流すことができる電流（突入電流、許容電流）の上限値を示している。
【００６１】
電力供給線の特性として、電力供給装置の周囲温度が低い場合には、突入電流の制限値及び許容電流の制限値は高くなる。例えば、電力供給装置の環境として最も温度が高くなる条件（例えば８０度）下で、第１電流閾値及び第２電流閾値を設定した場合には、第１電流閾値及び第２電流閾値は、グラフаに近い特性となり、低い値に設定される。しかしながら、実際の電力供給装置の環境が想定される温度よりも低い場合には、周囲温度が高い場合と比較して、突入電流の制限値及び許容電流の制限値は高くなるが、第１電流閾値及び第２電流閾値が低い値に設定されているため、電力供給線に流す電流の大きさが制限され、負荷回路２の電流として使用領域が狭くなる。本実施形態では、以下に説明するように、センサ１２の検出温度に応じて第１電流閾値及び第２電流閾値を設定し、保護動作を動作させる電流領域を変化させている。
【００６２】
制御部３２には、低温用の第１電流閾値（ＴＬ１）、低温用の第２電流閾値（ＴＬ２）、高温用の第１電流閾値（ＴＨ１）及び高温用の第２電流閾値（ＴＨ２）がそれぞれ設定されている。第１電流閾値（ＴＨ１）及び第１電流閾値（ＴＬ２）は、過渡期間中に使用される電流閾値であって、半導体スイッチ１１をターンオンさせた時点からの経過時間（以下、ターンオン経過時間とも称す）に応じて減少する。第２電流閾値（ＴＨ２）及び第２電流閾値（ＴＬ２）は、定常期間中に使用される電流閾値であって、一定値で推移する。第１電流閾値（ＴＨ１）は第１電流閾値（ＴＬ２）より低く、第２電流閾値（ＴＨ２）は第２電流閾値（ＴＬ２）より低い。
【００６３】
制御部３２は、センサ１２の検出温度に応じて、第１電流閾値（ＴＬ１、ＴＨ１）及び第２電流閾値（ＴＬ２、ＴＨ２）をそれぞれ設定する。具体的には、センサ１２の検出温度が所定の温度閾値より高い場合には、制御部３２は、ＴＨ１を第１電流閾値に、ＴＨ２を第２電流閾値に設定する。一方、センサ１２の検出温度が所定の温度閾値以下である場合には、制御部３２は、ＴＬ１を第１電流閾値に、ＴＬ２を第２電流閾値に設定する。
【００６４】
制御部３２は、ターンオン経過時間が過渡期間中である場合には、センサ１２を用いて所定の周期で、電力供給線に流れる電流を検出し、検出された検出電流と第１電流閾値（ＴＬ１、ＴＨ１）とを比較する。そして、センサ１２で検出された検出電流が第１電流閾値（ＴＬ１、ＴＨ１）より高い場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。センサ１２で検出された検出電流が第１電流閾値（ＴＬ１、ＴＨ１）以下である場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行しない。
【００６５】
制御部３２は、ターンオン経過時間が定常期間中である場合には、センサ１２を用いて所定の周期で、電力供給線に流れる電流を検出し、検出された検出電流と第２電流閾値（ＴＬ２、ＴＨ２）とを比較する。そして、センサ１２で検出された検出電流が第２電流閾値（ＴＬ２、ＴＨ２）より高い場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行する。センサ１２で検出された検出電流が第２電流閾値（ＴＬ２、ＴＨ２）以下である場合には、制御部３２は、電力供給線を保護するための保護動作を実行しない。
【００６６】
上記のように本実施形態では、センサ１２により検出された温度に応じて、第１電流閾値及び第２電流閾値の少なくともいずれか一方の閾値を設定する。これにより、電力供給線に流す電流の大きさが温度に応じて変化するため、負荷回路２の電流として使用領域を広げることができる。
【００６７】
なお本実施形態では、センサ１２の検出温度に応じて、第１電流閾値及び第２電流閾値の両方を設定したが、第１電流閾値及び第２電流閾値の少なくともいずれか一方の閾値をセンサ１２の検出温度に応じて設定してもよい。
【００６８】
また本実施形態では、温度検出用のセンサ１２を、スイッチングデバイス１０の内部に設けたが、温度検出用のセンサ１２は、スイッチングデバイス１０の外部に設けたセンサでもよい。
【００６９】
本実施形態における「センサ１２」が本発明における「温度検出部」の一例に相当する。
【００７０】
＜第４実施形態＞
本発明の他の実施形態を説明する。本実施形態では第１実施形態に対して、制御部３２による制御の一部が異なる。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。また電力供給装置の具体的構成は、第１実施形態又は第２実施形態と同じ構成である。
【００７１】
本実施形態において、制御部３２は、保護動作として、電力供給線に流れる電流制御に加えて、ユーザに対して警告を出力する制御を行っている。制御部３２には、保護動作を段階的に実行するために、複数の第１電流閾値（Ｔ１＿ｐ、Ｔ１＿ｓ）及び複数の第２電流閾値（Ｔ２＿ｐ、Ｔ２＿ｓ）が設定されている。第１電流閾値（Ｔ１＿ｐ）及び第２電流閾値（Ｔ２＿ｐ）は警告出力用の電流閾値である。第１電流閾値（Ｔ１＿ｓ）及び第２電流閾値（Ｔ２＿ｓ）は電流制御用の電流閾値である。
【００７２】
図５は、制御部３２により設定される電流閾値の時間的な推移を示すグラフである。グラフаは、電力供給線に流すことができる電流（突入電流、許容電流）の上限値を示している。第１電流閾値（Ｔ１＿ｓ）は突入電流の上限値より所定値（マージン相当）低くした値に設定されている。第２電流閾値（Ｔ２＿ｓ）は、第１電流閾値よりも低く、許容電流より所定値（マージン相当）低くした値に設定されている。また、第１電流閾値（Ｔ１＿ｓ）は第１電流閾値（Ｔ１＿ｓ）より低い値に設定され、第２電流閾値（Ｔ２＿ｓ）は第２電流閾値（Ｔ２＿ｓ）より低い値に設定されている。
【００７３】
制御部３２は、半導体スイッチ１１をターンオンさせた時点からの経過時間（以下、ターンオン経過時間とも称す）が基準時間より短い場合には、センサ１２で検出された検出電流と電流閾値とを比較せず、保護動作を実行しない。ターンオン経過時間が基準時間より長くなった後、制御部３２は以下の制御を実行する。
【００７４】
制御部３２は、ターンオン経過時間が過渡期間中である場合には、センサ１２を用いて所定の周期で、電力供給線に流れる電流を検出し、検出された検出電流と第１電流閾値（Ｔ１＿ｐ、Ｔ１＿ｓ）とを比較する。検出された検出電流が第１電流閾値（Ｔ１＿ｐ）以下である場合には、制御部３２は保護動作を実行しない。検出された検出電流が第１電流閾値（Ｔ１＿ｐ）より高く、第１電流閾値（Ｔ１＿ｓ）以下である場合には、制御部３２はユーザに対して警告を出力する。警告は、ランプなどの表示器、又は、スピーカ等の音出力器等で行われる。検出された検出電流が第１電流閾値（Ｔ１＿ｓ）より高い場合には、制御部３２は、半導体スイッチ１１を強制的にオフにする。すなわち、突入電流の値が上昇すると、ユーザに対して警告が出力される。そして警告を出力した後、突入電流がさらに上昇すると、半導体スイッチ１１が強制的にオフになる。
【００７５】
制御部３２は、ターンオン経過時間が定常期間中である場合には、センサ１２を用いて所定の周期で、電力供給線に流れる電流を検出し、検出された検出電流と第２電流閾値（Ｔ２＿ｐ、Ｔ２＿ｓ）とを比較する。検出された検出電流が第２電流閾値（Ｔ２＿ｐ）以下である場合には、制御部３２は保護動作を実行しない。検出された検出電流が第２電流閾値（Ｔ２＿ｐ）より高く、第２電流閾値（Ｔ２＿ｓ）以下である場合には、制御部３２はユーザに対して警告を出力する。警告は、ランプなどの表示器、又は、スピーカ等の音出力器等で行われる。検出された検出電流が第２電流閾値（Ｔ２＿ｓ）より高い場合には、制御部３２は、半導体スイッチ１１を強制的にオフにする。すなわち、定常電流の値が上昇すると、ユーザに対して警告が出力される。そして警告を出力した後、定常電流がさらに上昇すると、半導体スイッチ１１が強制的にオフになる。
【００７６】
上記のように本実施形態では、ユーザへの警告、及び、半導体スイッチ１１を強制的にターンオフさせる制御を、保護動作として実行する。これにより、ユーザは、警告を確認することで、過電流が流れていることを認知できる。
【００７７】
また本実施形態では、警告を行った後に、半導体スイッチ１１を強制的にターンオフさせる。これにより、警告が出力された時点で、ユーザは、負荷の動作をオフにする操作等を行うことができる。
【００７８】
また本実施形態とは異なり、警告の出力が保護動作に含まれず、電力供給線に流れる電流が電流閾値より高くなる否かで、半導体スイッチ１１のオン、オフを繰り返すようなアルゴリズムを用いた場合には、例えば定常電流が一時的に上昇し、電流閾値より高くなると、半導体スイッチ１１が強制的にオフ状態になった後、定常電流の低下により、半導体スイッチ１１がオフ状態からオン状態に切り替わる。すなわち、スイッチングデバイス１１の遮断と復帰が繰り返される。本実施形態では、半導体スイッチ１１を強制的にオフにする前に、警告が出力されるため、スイッチングデバイス１１の遮断と復帰が繰り返されるような状態を防止できる。
【００７９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００８０】
１…電源
２…負荷回路
３…ハーネス
４…電力線
５…上位コントローラ
１１、１２…スイッチングデバイス
１１ａ、１２а…半導体スイッチ
１１ｂ、１２ｂ…電流センサ
２０…電源レギュレータ
３０…コントローラ
３１…駆動部
３２…制御部
３３…メモリ
７０…電圧保持回路
１００…電力供給装置
Ｃ…キャパシタ
Ｒ…抵抗
【図１】
2020156292.tif 000003
【図２】
2020156292.tif 000004
【図３】
2020156292.tif 000005
【図４】
2020156292.tif 000006
【図５】
2020156292.tif 000007