(57)【要約】【課題】低消費電力で故障診断が可能な電源制御装置を提供する。【解決手段】電源制御装置１は、電源装置２の正端子２Ａが接続された時は導通状態となり、負端子２Ｂが接続された時は非導通状態となる第１ダイオード１１、及び第１ダイオード１１と並列に設けられる第１スイッチ１２を有する第１スイッチ部１０と、第１スイッチ部１０と負荷Ｌとの間に設けられ、電源装置２からの電力を遮断可能な第２スイッチ２２、及び第２スイッチ２２と並列に接続され、第１スイッチ１２にカソード端子が接続される第２ダイオード２１を有する第２スイッチ部２０と、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２が開状態である時に、電源装置２から出力される電圧の電圧値と電圧印加部３０により印加される電圧の電圧値とに基づいて、第１スイッチ１２が故障しているか否かを判定する判定部４０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置の正端子が接続された時は導通状態となり、前記電源装置の負端子が接続された時は非導通状態となる第１ダイオード、及び前記第１ダイオードと並列に接続して設けられる第１スイッチを有する第１スイッチ部と、
前記第１スイッチ部と前記電源装置から供給される電力によって駆動する負荷との間に設けられ、前記電源装置からの電力を遮断可能な第２スイッチ、及び前記第２スイッチと並列に接続して設けられ、前記第１スイッチにカソード端子が接続される第２ダイオードを有する第２スイッチ部と、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの双方が開状態である時に、前記電源装置から出力される電圧の電圧値よりも高い電圧値の電圧を前記第２ダイオードのカソード端子に印加する電圧印加部と、
前記電源装置から出力される電圧の電圧値と前記電圧印加部により印加される電圧の電圧値とに基づいて、前記第１スイッチが故障しているか否かを判定する判定部と、
を備える電源制御装置。
【請求項２】
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがＮチャネル型の電界効果トランジスタである請求項１に記載の電源制御装置。
【請求項３】
前記負荷がモータであって、
前記電圧印加部は、前記モータを流れる電流を制御するインバータが有するＮチャネル型の電界効果トランジスタを駆動する駆動電圧を前記第２ダイオードのカソード端子に印加する請求項１又は２に記載の電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置と当該電源装置から出力される電力が供給される負荷との間に設けられる電源制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源装置と負荷との間に、電源装置から出力される電力の供給と遮断とを切り替え可能とする電源制御装置が使用されてきた。このような電源制御装置には、電源装置の正端子及び負端子が夫々逆に接続された場合に、負荷を保護する機能を備えたものもある（例えば特許文献１及び２）。
【０００３】
特許文献１には、車載システムが開示されている。この車載システムは、バッテリとインバータとの間に、直列に接続された電源リレーと逆接リレーとが設けられる。電源リレーはバッテリ側に設けられ、逆接リレーは負荷側に設けられ、夫々、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタが用いられる。
【０００４】
特許文献２には、モータ制御装置が開示されている。このモータ制御装置は、バッテリとモータとの間を接続又は遮断するスイッチング素子と、バッテリが順接続されたときは導通状態となり、バッテリが逆接続されたときは非導通状態となって電流の逆流を防止する逆流防止素子とを有する逆接保護手段と、逆接保護手段のスイッチング素子によりバッテリとモータとの間が遮断されているときの逆接保護手段の上流側と下流側の電位差である遮断電位差と、バッテリとモータとの間が接続されているときの逆接保護手段の上流側と下流側の電位差である接続電位差との差分に基づいて逆接保護手段の故障診断を行う故障診断手段とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−２０８０号公報
【特許文献２】特開２０１２−６５４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、バッテリの出力電圧が低下している時に、逆接リレーよりも負荷側に設けられ、バッテリの出力電圧が低下していない時に充電したコンデンサの電荷がバッテリへ逆流することを防止している。しかしながら、逆接リレーがショートモードで故障しているか否かを診断することまで想定されていない。
【０００７】
また、特許文献２に記載の技術は、逆接保護手段の故障診断が可能であるが、この故障診断は実際に逆接保護手段のスイッチング素子を閉状態にするように制御しなければならない。このため、故障診断のために電力損失が生じたり、仮に下流側の装置（例えばモータ）が故障している場合には、故障診断に係る電流が当該装置に流れ、装置が損傷する可能性がある。
【０００８】
そこで、下流側の装置の損傷を防止しつつ、低消費電力で故障診断が可能な電源制御装置が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電源制御装置の特徴構成は、電源装置の正端子が接続された時は導通状態となり、前記電源装置の負端子が接続された時は非導通状態となる第１ダイオード、及び前記第１ダイオードと並列に接続して設けられる第１スイッチを有する第１スイッチ部と、前記第１スイッチ部と前記電源装置から供給される電力によって駆動する負荷との間に設けられ、前記電源装置からの電力を遮断可能な第２スイッチ、及び前記第２スイッチと並列に接続して設けられ、前記第１スイッチにカソード端子が接続される第２ダイオードを有する第２スイッチ部と、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの双方が開状態である時に、前記電源装置から出力される電圧の電圧値よりも高い電圧値の電圧を前記第２ダイオードのカソード端子に印加する電圧印加部と、前記電源装置から出力される電圧の電圧値と前記電圧印加部により印加される電圧の電圧値とに基づいて、前記第１スイッチが故障しているか否かを判定する判定部と、を備えている点にある。
【００１０】
第１スイッチ及び第２スイッチの双方が開状態である時に、電源装置から出力される電圧の電圧値よりも高い電圧値の電圧を第２ダイオードのカソード端子に印加した場合、第１スイッチ及び第２スイッチの双方が故障していない場合と、第１スイッチが故障している場合とで、第２ダイオードのカソード端子の電位を互いに異ならせることができる。また、故障診断を行うにあたり、電源装置の電力を用いないので低消費電力で故障診断を行うことができる。したがって、本特徴構成によれば、下流側の装置の損傷を防止しつつ、低消費電力で、第１スイッチが故障しているか否かを適切に判定することが可能となる。
【００１１】
また、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがＮチャネル型の電界効果トランジスタであると好適である。
【００１２】
Ｎチャネル型の電界効果トランジスタには、ソース端子からドレーン端子に向けて寄生ダイオードが形成される。したがって、このような構成とすれば、第１ダイオードや第２ダイオードとして、寄生ダイオードを利用できるので低コストで電源制御装置を実現できる。
【００１３】
また、前記電圧印加部は、前記モータを流れる電流を制御するインバータが有するＮチャネル型の電界効果トランジスタを駆動する駆動電圧を前記第２ダイオードのカソード端子に印加すると好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、故障診断用に電源装置から出力される電圧の電圧値よりも高い電圧値の電圧を生成する電圧生成装置（例えばコンバータ等）を設ける必要がないので、低コストで電源制御装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電源制御装置の構成を示す図である。
【図２】判定部による判定についての概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る電源制御装置は、電源装置の正負一対の端子を逆に接続した場合であっても下流側の装置を保護可能であって、当該下流側の装置に対して影響を与えることなく保護機能の故障診断を行うことができるように構成される。以下、本実施形態の電源制御装置１について説明する。
【００１７】
図１は、電源制御装置１の構成を模式的に示した図である。電源制御装置１は、第１スイッチ部１０、第２スイッチ部２０、電圧印加部３０、判定部４０を備えて構成される。特に電圧印加部３０及び判定部４０は上述した故障診断に係る処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。
【００１８】
第１スイッチ部１０は、第１ダイオード１１と第１スイッチ１２とを有する。第１ダイオード１１は、電源装置２の正端子２Ａが接続された時は導通状態となり、電源装置２の負端子２Ｂが接続された時は非導通状態となる。電源装置２は、本電源制御装置１を介して負荷Ｌに供給される電力を出力する。具体的にはバッテリが相当する。このような電源装置２は、正端子２Ａと負端子２Ｂとが設けられる。負端子２Ｂは接地され、正端子２Ａは第１ダイオード１１のアノード端子に接続される。第１ダイオード１１のカソード端子は後述する第２スイッチ２２の上流側の端子に接続される。このため、第２スイッチ２２が閉状態である時は、第１ダイオード１１は順方向電流が流れる導通状態となる。一方、仮に第１ダイオード１１のアノード端子に電源装置２の負端子２Ｂが接続された時には、第２スイッチ２２が閉状態であるか否かに拘らず、第１ダイオード１１は順方向電流が流れない非導通状態となる。
【００１９】
第１スイッチ１２は第１ダイオード１１と並列に接続して設けられる。第１スイッチ１２は、第１ダイオード１１のアノード端子に上流側の端子が接続され、第１ダイオード１１のカソード端子に下流側の端子が接続される。本実施形態では、第１スイッチ１２は、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタ（以下「Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ」とする）が用いられ、第１スイッチ１２のソース端子に第１ダイオード１１のアノード端子が接続され、第１スイッチ１２のドレーン端子に第１ダイオード１１のカソード端子が接続される。第１スイッチ１２は、電源装置２の正端子２Ａが適切にソース端子に接続されたことが確認された場合に、ソース端子に対するゲート端子の電位を閾値電圧以上とすることで、閉状態とされる。この場合には、電源装置２から出力される電力は、第１スイッチ１２を介して下流側に供給される。
【００２０】
第２スイッチ部２０は、第２ダイオード２１、及び第２スイッチ２２を有する。第２スイッチ２２は、第１スイッチ部１０と電源装置２から供給される電力によって駆動する負荷Ｌとの間に設けられ、電源装置２からの電力が遮断可能である。第２スイッチ２２は、第１スイッチ１２のドレーン端子に上流側の端子が接続され、負荷Ｌの一例であるモータＭを流れる電流を制御するインバータＩＮＶを介してモータＭに下流側の端子が接続される。本実施形態では、第２スイッチ２２も、第１スイッチ１２と同様に、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタ（以下「Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ」とする）が用いられ、第２スイッチ２２のドレーン端子に第１スイッチ１２のドレーン端子が接続され、第２スイッチ２２のソース端子にインバータＩＮＶが接続される。第２スイッチ２２は、電源装置２からの電力をモータＭに供給する場合に、ソース端子に対するゲート端子の電位を閾値電圧以上とすることで、閉状態とされる。これにより、電源装置２から出力される電力は、第２スイッチ２２及びインバータＩＮＶを介してモータＭに供給される。一方、第２スイッチ２２のソース端子に対するゲート端子の電位を閾値電圧未満にすることで、第２スイッチ２２は開状態となり、電源装置２から出力される電力は遮断される。
【００２１】
第２ダイオード２１は、第２スイッチ２２と並列に接続して設けられ、第１スイッチ１２にカソード端子が接続される。本実施形態では、第２スイッチ２２は、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴが用いられる。第２ダイオード２１のカソード端子は、第２スイッチ２２のドレーン端子に接続され、第２ダイオード２１のアノード端子は第２スイッチ２２のソース端子に接続される。
【００２２】
電圧印加部３０は、第１スイッチ１２の故障判定を行うに際し、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２の双方が開状態である時に、電源装置２から出力される電圧の電圧値よりも高い電圧値の電圧を第２ダイオード２１のカソード端子に印加する。ここで、理解を容易にするために、第２ダイオード２１のカソード端子が繋がる配線をノードＡとすると、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２が開状態である場合には、電源装置２から出力される電力は第１スイッチ１２ではなく第１ダイオード１１を介してノードＡに供給される。
【００２３】
電圧印加部３０は、ノードＡに対して電源装置２から出力される電圧の電圧値よりも高い電圧値の電圧を印加する。したがって、電源装置２から出力される電圧は、第１ダイオード１１を介して印加されず、電源装置２から出力される電流もノードＡには流れない。また、第１スイッチ１２の故障判定を行う場合には、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２は開状態とされるため、インバータＩＮＶ側から第２ダイオード２１を介しても電圧の印加も電流の流れ込みもない。
【００２４】
本実施形態では、電圧印加部３０は、インバータＩＮＶが有するＮ−ＭＯＳＦＥＴを駆動する駆動電圧を第２ダイオード２１のカソード端子、すなわちノードＡに印加する。インバータＩＮＶは公知であるので、詳細な説明は省略するが、電源装置２から出力される直流電力をモータＭの駆動に適した交流電力に周波数変換を行う。このような周波数変換を行うために、インバータＩＮＶは複数のスイッチング素子を備えて構成される。このスイッチング素子は、上述したＮ−ＭＯＳＦＥＴ及びＰ−ＭＯＳＦＥＴ（Ｐチャネル型電界効果トランジスタ）の少なくともいずれか一方を用いて構成される。
【００２５】
本実施形態では、インバータＩＮＶは上述したようなＮ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成される。そこで、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴを駆動するために、プリドライバ５０から夫々のＮ−ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に駆動電圧が印加される。この駆動電圧は、電源装置２から出力される電圧の電圧値よりも高い電圧値のものが利用される。電圧印加部３０は、このような電源装置２から出力される電圧の電圧値よりも高い電圧値の電圧を取得し、ノードＡに印加する。
【００２６】
判定部４０は、電源装置２から出力される電圧の電圧値と電圧印加部３０により印加される電圧の電圧値とに基づいて、第１スイッチ１２が故障しているか否かを判定する。判定部４０は、電源装置２から出力される電圧の電圧値を示す情報（以下「第１情報」とする）と、ノードＡの電位の電圧値を示す情報（以下「第２情報」とする）とを取得する。判定部４０は、これらの各電圧値及び電位差に基づいて、第１スイッチ１２が故障しているか否かを判定する。また、この時、第２ダイオード２１のアノード端子の電位を示す情報（以下「第３情報」とする）も取得するように構成すると良い。これにより、第２スイッチ２２が故障しているか否かも判定することが可能となる。
【００２７】
図２には、判定部４０による判定についての概要図が示される。第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２が共に開状態である場合であって、且つ、電圧印加部３０による電圧の印加が無い場合には、第１スイッチ部１０及び第２スイッチ部２０が故障していないとき（図２では「期待値」として示す）は、第１情報で示される電圧値はＶ１（電源装置２の出力電圧の電圧値）、第２情報で示される電圧値はＶ１−Ｖｆ（Ｖｆは第１ダイオード１１の順方向電圧である）、第３情報で示される電圧値は０となる。
【００２８】
しかしながら、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２が共に開状態である場合であって、且つ、電圧印加部３０による電圧の印加が無い場合に、第２情報で示される電圧値がＶ１−Ｖｆでないときは、第１ダイオード１１を介して電源装置２から出力される電圧が伝達されないことに起因するため、判定部４０は第１スイッチ部１０がオープン状態で故障していると判定する。
【００２９】
一方、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２が共に開状態である場合であって、且つ、電圧印加部３０による電圧の印加が無い場合に、第３情報で示される電圧値がＶ１−Ｖｆであるときは、第２ダイオード２１或いは第２スイッチ２２を介して電源装置２から出力される電圧が伝達されることに起因するため、判定部４０は第２スイッチ部２０がショート状態で故障していると判定する。
【００３０】
次に、第１スイッチ１２が開状態で、第２スイッチ２２が閉状態である場合であって、且つ、電圧印加部３０による電圧の印加が無い場合には、第１スイッチ部１０及び第２スイッチ部２０が故障していないときは、第１情報で示される電圧値はＶ１、第２情報で示される電圧値はＶ１−Ｖｆ、第３情報で示される電圧値はＶ１−Ｖｆとなる。
【００３１】
しかしながら、第１スイッチ１２が開状態で、第２スイッチ２２が閉状態である場合であって、且つ、電圧印加部３０による電圧の印加が無い場合に、第３情報で示される電圧値が０であるときは、第２スイッチ２２を介してノードＡにおける電圧が伝達されないことに起因するため、判定部４０は第２スイッチ部２０がオープン状態で故障していると判定する。
【００３２】
更に、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２が共に開状態である場合であって、且つ、電圧印加部３０による電圧の印加が有る場合には、第１スイッチ部１０及び第２スイッチ部２０が故障していないときは、第１情報で示される電圧値はＶ１、第２情報で示される電圧値はＶ２（Ｖ２は電圧印加部３０により印加される電圧の電圧値であって、Ｖ１＜Ｖ２である）、第３情報で示される電圧値は０となる。
【００３３】
しかしながら、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２が共に開状態である場合であって、且つ、電圧印加部３０による電圧の印加が有る場合に、第１スイッチ部１０がショート状態で故障しているときには、第２情報で示される電圧値はＶ２より低下する。これは、電圧印加部３０による電圧印加の供給能力は電源装置２よりも十分に小さいため、第１スイッチ部１０を介して電源装置２側に電流が流れるからである。このため、第２情報で示される電圧値はＶ２より低下している場合には、判定部４０は第１スイッチ部１０がショート状態で故障していると判定する。なお、第２スイッチ部２０がショート状態で故障しているときにも、第２情報で示される電圧値がＶ２より低下するが、第２スイッチ部２０のショート状態での故障の有無は上述した別の条件で判定することができる。したがって、図２の上から下へ順に判定することで、故障個所及び故障モードを区別することができる。本実施形態によれば、第１スイッチ部１０（逆接保護スイッチ）のショート状態での故障の有無を判定することができる。
【００３４】
以上のように電源制御装置１は構成され、適切に故障診断を行うことが可能である。
【００３５】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２がＮ−ＭＯＳＦＥＴであるとして説明したが、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２は、少なくともいずれか一方がＮ−ＭＯＳＦＥＴとして構成しても良いし、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２は、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチを用いて構成することも可能である。
【００３６】
上記実施形態では、負荷ＬがモータＭであるとして説明したが、負荷ＬはモータＭ以外であっても良い。
【００３７】
上記実施形態では、電圧印加部３０は、モータＭを流れる電流を制御するインバータＩＮＶが有するＮ−ＭＯＳＦＥＴを駆動する駆動電圧を第２ダイオード２１のカソード端子に印加するとして説明したが、電圧印加部３０は電源装置２から出力される電圧の電圧値より高い電圧値の電圧であれば、インバータＩＮＶが有するＮ−ＭＯＳＦＥＴを駆動する駆動電圧とは異なる電圧を印加するように構成することも可能である。
【００３８】
本発明は、電源装置と当該電源装置から出力される電力が供給される負荷との間に設けられる電源制御装置に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１：電源制御装置
２：電源装置
２Ａ：正端子
２Ｂ：負端子
１０：第１スイッチ部
１１：第１ダイオード
１２：第１スイッチ
２０：第２スイッチ部
２１：第２ダイオード
２２：第２スイッチ
３０：電圧印加部
４０：判定部
ＩＮＶ：インバータ
Ｌ：負荷
Ｍ：モータ
【図１】
2020096439.tif 000003
【図２】
2020096439.tif 000004