(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷を接続する回路に半導体スイッチを設け、該半導体スイッチのオン、オフを切り替えることにより、前記負荷の駆動、停止を制御する負荷駆動回路の、過電流を検出する過電流検出装置において、
互いに直列接続される第１の抵抗、第２の抵抗、及びツェナーダイオードを有し、前記第１の抵抗の一端が前記半導体スイッチと前記負荷との接続点に接続され、前記ツェナーダイオードの一端がグランドに接地される電圧重畳回路と、
前記半導体スイッチと前記直流電源との接続点に生じる電圧に基づいて、過電流の判定電圧を設定する判定電圧設定手段と、
前記判定電圧と、前記第１の抵抗と第２の抵抗との接続点に生じる測定電圧とを比較し、前記測定電圧が前記判定電圧を上回った場合に、過電流判定信号を出力する比較手段と、
駆動指令に応じて、前記半導体スイッチのオン、オフを制御すると共に、前記過電流判定信号が出力された際に、前記半導体スイッチをオフとする制御手段と、
を備えたことを特徴とする過電流検出装置。
【請求項２】
前記直流電源は、車両に搭載されるバッテリであり、
前記負荷は、印加される電圧の変化に対して負荷電流が直線的に変化しないランプ負荷であることを特徴とする請求項１に記載の過電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷駆動回路に流れる過電流を検出する技術に係り、特に、負荷の電流特性に適した過電流判定値を設定して過電流を検出する過電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両に搭載されるランプ等の負荷は、バッテリ（直流電源）と各負荷との間にＦＥＴ（半導体スイッチ）を設け、各ＦＥＴのオン、オフを切り替えることにより、各負荷の駆動、停止を制御している。このような負荷駆動回路では、短絡事故等に起因して過電流が流れた場合には、いち早くＦＥＴを遮断して、該半導体スイッチ、負荷、及びこれらを接続する電線を過熱から保護する必要がある。
【０００３】
そこで、従来よりＦＥＴの両端の電圧であるドレイン・ソース間電圧Ｖds（以下、「電圧Ｖds」という）と、予め設定した過電流判定値に対応する判定電圧を比較器（コンパレータ）で比較し、電圧Ｖdsが判定電圧を上回った場合には、過電流が発生したものと判断して、ＦＥＴを遮断するようにした過電流検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図５は、従来における過電流検出装置が搭載された負荷駆動回路を示す説明図であり、バッテリＶＢと負荷ＲＬとの間にＦＥＴ（Ｔ１）が設けられている。そして、ＦＥＴ（Ｔ１）のドレインはレジスタ１３に接続され、該レジスタ１３にてバッテリ出力電圧Ｖ１に応じた判定電圧が設定され、比較器ＣＭＰ１のプラス側入力端子に供給される。また、比較器ＣＭＰ１のマイナス側入力端子にはＦＥＴ（Ｔ１）のソース電圧Ｖ２が供給される。
【０００５】
そして、スイッチＳＷ１がオンとされ、ドライバ１２の入力電圧が「Ｌ」になると、該ドライバ１２はチャージポンプ１１の出力電圧をＦＥＴ（Ｔ１）のゲートに印加し、該ＦＥＴ（Ｔ１）をオンとする。これにより、負荷ＲＬを駆動させることができる。
【０００６】
負荷ＲＬに通常電流が流れている場合には、ＦＥＴ（Ｔ１）のオン抵抗Ｒonによる電圧降下（即ち、電圧Ｖds）は小さいので、ソース電圧Ｖ２（＝Ｖ１−Ｖds）は大きい値となり、比較器ＣＭＰ１の出力信号は「Ｌ」となる。また、負荷ＲＬに過電流が流れると、電圧Ｖdsが大きくなり、ソース電圧Ｖ２が低下するので比較器ＣＭＰ１の出力信号が「Ｈ」に反転し、過電流が検出される。ドライバ１２は、過電流が検出された場合には、ＦＥＴ（Ｔ１）を遮断して、負荷駆動回路全体を保護する。
【０００７】
図５に示した過電流保護装置において、レジスタ１３に設定する判定電圧は、バッテリＶＢの出力電圧Ｖ１を分圧して設定しているので、電圧Ｖ１が変動して負荷電流が変化した場合であっても、この電圧変動に応じて判定電圧が変化することになり、過電流の発生を高精度に検出できる。
【０００８】
例えば、バッテリＶＢの出力電圧Ｖ１が増大し、通常時において電圧Ｖdsが増加した場合であっても、これに伴って判定電圧が増加するので、相対的には電圧Ｖdsが判定電圧を超えることはなく、通常電流を過電流として誤検出することを防止できる。これとは反対に、バッテリＶＢの出力電圧Ｖ１が減少し、過電流発生時における電圧Ｖdsが減少した場合であっても、これに伴って判定電圧が減少するので、過電流が発生した場合には、相対的に電圧Ｖdsが判定電圧を超えることになり、過電流を検出することができる。
【０００９】
ところが、例えばＨＩＤランプ（High Intensity Discharge lamp；高輝度放電ランプ）のように、バッテリＶＢの出力電圧Ｖ１の増加に対して、負荷電流が直線的に増加しない特性を有する負荷、より詳細には、出力電圧Ｖ１がある一定の電圧となったときに電流値がピークとなり、出力電圧Ｖ１が更に増大した場合に、ピーク値以上の電流が流れない特性を有する負荷（以下、「特殊負荷」という）を駆動する場合には、バッテリＶＢの出力電圧Ｖ１が増大した場合に、負荷電流が増大せず、電圧Ｖdsが増加しないことがある。
【００１０】
このような場合には、電圧Ｖdsが増加していないにも関わらず、判定電圧は増加するので、電圧Ｖdsと判定電圧との差分が大きくなってしまう。換言すれば、通常時の負荷電流と、遮断電流（過電流判定値）との差分が大きくなるので、過電流が流れてＦＥＴが遮断されるまでに長時間を要してしまい、ＦＥＴや負荷、及びこれらを接続する電線が過熱するという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１９７７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、従来における過電流検出装置では、ＨＩＤランプのように、バッテリの出力電圧の変化応じて負荷電流が直線的に変動しない特性を有する負荷を駆動する場合には、負荷駆動回路を構成する電線、ＦＥＴ等の素子が過熱することがあり、このため、電線径を太くする等の対応が必要になり、装置の大型化、高コスト化を招くという欠点があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、供給電圧に対して負荷電流が直線的に変化しない特性の負荷を駆動する駆動回路であっても、高精度に過電流の発生を検出することが可能な過電流検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、直流電源（例えば、バッテリＶＢ）と負荷を接続する回路に半導体スイッチ（例えば、ＦＥＴ）を設け、該半導体スイッチのオン、オフを切り替えることにより、前記負荷の駆動、停止を制御する負荷駆動回路の、過電流を検出する過電流検出装置において、互いに直列接続される第１の抵抗（例えば、Ｒ１）、第２の抵抗（例えば、Ｒ２）、及びツェナーダイオード（例えば、ＺＤ１）を有し、前記第１の抵抗の一端が前記半導体スイッチと前記負荷との接続点に接続され、前記ツェナーダイオードの一端がグランドに接地される電圧重畳回路（例えば、電圧重畳回路１４）と、前記半導体スイッチと前記直流電源との接続点に生じる電圧（Ｖ１）に基づいて、過電流の判定電圧を設定する判定電圧設定手段（例えば、レジスタ１３）と、前記判定電圧と、前記第１の抵抗と第２の抵抗との接続点に生じる測定電圧とを比較し、前記測定電圧が前記判定電圧を上回った場合に、過電流判定信号を出力する比較手段（例えば、比較器ＣＭＰ１）と、駆動指令に応じて、前記半導体スイッチのオン、オフを制御すると共に、前記過電流判定信号が出力された際に、前記半導体スイッチをオフとする制御手段（例えば、ドライバ１２）と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記直流電源は、車両に搭載されるバッテリであり、前記負荷は、印加される電圧の変化に対して負荷電流が直線的に変化しないランプ負荷（例えば、ＨＩＤランプ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る過電流検出装置では、半導体スイッチと負荷との接続点と、グランドとの間に電圧重畳回路が設けられ、該電圧重畳回路に含まれるツェナーダイオードの両端電圧がツェナー電圧を超えると、電圧重畳回路に電流が流れ、第１の抵抗に電圧降下が発生する。そして、この電圧降下分が重畳電圧となって半導体スイッチの両端電圧に加算され、加算後の電圧と判定電圧との比較により、過電流が検出される。従って、直流電源の出力電圧の増加に対して、負荷電流が直線的に増加しない特性を有する負荷（例えば、ＨＩＤランプ）を駆動する場合であっても、高精度に過電流の発生を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る過電流検出装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る過電流検出装置の、バッテリ出力電圧Ｖ１と遮断電流Ｉthとの関係を示す特性図である。
【図３】電圧重畳回路を設けない場合の、判定電圧と遮断電流との関係を模式的に示す説明図である。
【図４】電圧重畳回路を設けた場合の、判定電圧と遮断電流との関係を模式的に示す説明図である。
【図５】従来における過電流検出装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る過電流検出装置が搭載された負荷駆動回路の構成を示す回路図である。図１に示すように、負荷駆動回路は、バッテリ（直流電源）ＶＢと、ＦＥＴ（Ｔ１；半導体スイッチ）、及び負荷ＲＬを備えており、ＦＥＴ（Ｔ１）のオン、オフを切り替えることにより、負荷ＲＬの駆動、停止を制御することができる。即ち、バッテリＶＢのプラス端子はＦＥＴ（Ｔ１）のドレインに接続され、該ＦＥＴ（Ｔ１）のソースは、負荷ＲＬの一端に接続され、負荷ＲＬの他端はグランドに接地されている。なお、負荷ＲＬは、例えば、ＨＩＤランプ等の、バッテリＶＢの出力電圧Ｖ１の増加に対して、負荷電流が直線的に増加しない特性を有する負荷（以下、これを「特殊負荷」と称する）である。
【００１９】
また、過電流検出装置は、ドライバ１２と、チャージポンプ１１と、比較器（比較手段）ＣＭＰ１と、レジスタ（判定電圧設定手段）１３、及び電圧重畳回路１４を備えている。更に、抵抗Ｒ３，Ｒ４、スイッチＳＷ１を備えている。
【００２０】
ドライバ（制御手段）１２は、チャージポンプ１１に接続され、スイッチＳＷ１がオンとされて、入力信号が「Ｈ」から「Ｌ」に切り替えられると、抵抗Ｒ４を経由してＦＥＴ（Ｔ１）のゲートに駆動信号を印加する。これにより、ＦＥＴ（Ｔ１）をオンとすることができる。
【００２１】
レジスタ１３は、ＦＥＴ（Ｔ１）のドレインに接続され、該ドレインに生じる電圧Ｖ１（バッテリＶＢの出力電圧）を所定の比率で分圧し、分圧した電圧を判定電圧ＶＭとして、比較器ＣＭＰ１のプラス側入力端子に供給する。
【００２２】
電圧重畳回路１４は、抵抗Ｒ１とＲ２、及びツェナーダイオードＺＤ１を有しており、抵抗Ｒ１の一端はＦＥＴ（Ｔ１）のソースに接続され、他端は２系統に分岐され、一つ目の分岐線は、抵抗Ｒ２及びツェナーダイオードＺＤ１を介してグランドに接地されている。また、二つ目の分岐線は、比較器ＣＭＰ１のマイナス側入力端子に接続されている。即ち、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点に生じる電圧（測定電圧）が、比較器ＣＭＰ１のマイナス側入力端子に供給される。なお、本実施形態では、抵抗Ｒ１とＲ２の比率は、｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝＝０．００４となるように設定している。
【００２３】
更に、本実施形態では、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧（降伏電圧）を１０Ｖに設定している。また、負荷ＲＬは、印加される電圧が１２Ｖ程度のときに、負荷電流がピーク値の１０Ａとなり、１２Ｖよりも電圧が低くなると、直線的に負荷電流が減少する。また、１２Ｖよりも電圧が高くなると、負荷電流が直線的に若干量減少する。即ち、負荷ＲＬとして、ＨＩＤランプを用いた場合には、負荷電流Ｉ１は、図２の曲線Ｓ１に示すように、Ｖ１＝８ＶのときにＩ１＝４Ａ（負荷抵抗２Ω）、Ｖ１＝１２ＶのときにＩ１＝１０Ａ（負荷抵抗１．２Ω）、そして、Ｖ１＝１６ＶのときにＩ１＝８（負荷抵抗２Ω）となるように変化する特性を有する。
【００２４】
次に、本実施形態に係る過電流検出装置の作用について説明する。図２は、バッテリＶＢの出力電圧Ｖ１と、負荷ＲＬに流れる負荷電流Ｉ１（図中Ｓ１）、及び遮断電流Ｉth（図中Ｓ２）との関係を示す特性図であり、曲線Ｓ２ａは電圧重畳回路１４を設けた場合、Ｓ２ｂは電圧重畳回路１４を設けない場合の特性を示している。また、図３は、電圧重畳回路１４を設けない場合（従来の場合）におけるＶ１＝８Ｖ，１２Ｖ，１６Ｖのときの、判定電圧ＶＭと遮断電流Ｉthとの関係を模式的に示す説明図であり、図４は、電圧重畳回路１４を設けた場合（本実施形態の場合）におけるＶ１＝８Ｖ，１２Ｖ，１６Ｖのときの、判定電圧ＶＭと遮断電流Ｉthとの関係を模式的に示す説明図である。
【００２５】
図１に示すスイッチＳＷ１をオンとすると、ドライバ１２に供給される信号が「Ｈ」から「Ｌ」に切り替わるので、該ドライバ１２は、チャージポンプ１１の出力電圧を抵抗Ｒ４を経由してＦＥＴ（Ｔ１）のゲートに供給する。これにより、ＦＥＴ（Ｔ１）がオンとなって、負荷ＲＬが駆動する。
【００２６】
ここで、ＦＥＴ（Ｔ１）のオン抵抗Ｒonを５ｍΩとし、レジスタ１３より出力される判定電圧ＶＭは電圧Ｖ１に対して「０．００５１８／１」の比率で設定されるものとする。従って、例えば、負荷電流Ｉ１が４Ａの場合には、ＦＥＴ（Ｔ１）のドレイン・ソース間電圧Ｖdsは２０ｍＶとなる。また、電圧Ｖ１が８Ｖの場合には、判定電圧ＶＭは４１．５ｍＶとなる。
【００２７】
以下、負荷ＲＬが抵抗系の負荷、即ち、電圧の上昇に伴って直線的に負荷電流が増加する負荷；以下、「通常負荷」という）である場合と、ＨＩＤランプ等の特殊負荷である場合を比較して、出力電圧Ｖ１と遮断電流Ｉthとの関係について説明する。
【００２８】
［通常負荷の場合］
図１に示す負荷ＲＬが通常負荷（抵抗値１Ω）である場合には、電圧重畳回路１４を設けない。従って、図２の曲線Ｓ２，Ｓ２ｂに示すように、出力電圧Ｖ１の変化に対して、遮断電流Ｉthが直線的に変化することになる。即ち、図３（ａ）に示すように、Ｖ１が８Ｖの場合には、判定電圧ＶＭ＝４１．５ｍＶとなり、負荷電流Ｉ１が８Ａとなるので、電圧Ｖdsは４０ｍＶとなる。そして、遮断電流Ｉthは、８．３Ａ（４１．５／５＝８．３）となる。
【００２９】
また、図３（ｂ）に示すように、Ｖ１が１２Ｖの場合には、判定電圧ＶＭは６２ｍＶとなり、負荷電流Ｉ１が１２Ａとなるので、電圧Ｖdsは６０ｍＶとなる。そして、遮断電流Ｉthは、１２．４Ａ（６２／５＝１２．４）となる。
【００３０】
更に、図３（ｃ）に示すように、Ｖ１が１６Ｖの場合には、判定電圧ＶＭは８３ｍＶとなり、負荷電流Ｉ１が１６Ａとなるので、電圧Ｖdsは８０ｍＶとなる。そして、遮断電流Ｉthは、１６．６Ａ（８３／５＝１６．６）となる。
【００３１】
上述のように、負荷ＲＬが通常負荷の場合には、電圧重畳回路１４を設けることなく、バッテリＶＢの出力電圧Ｖ１の変動に応じた遮断電流Ｉthが設定され、過電流を検出することができる。
【００３２】
［特殊負荷の場合］
次に、本実施形態の特徴である負荷ＲＬがＨＩＤランプ等の特殊負荷である場合の、出力電圧Ｖ１と遮断電流Ｉthとの関係について説明する。特殊負荷を用いる場合には、図１に示すように、電圧重畳回路１４を設ける。
【００３３】
そして、特殊負荷を用いた場合には、図２の曲線Ｓ１に示すように、バッテリＶＢの出力電圧Ｖ１が８Ｖである場合には、負荷ＲＬの抵抗が２Ωとなり、負荷電流Ｉ１は４Ａとなる。そして、図４（ａ）に示すように、出力電圧Ｖ１が８Ｖであるから、判定電圧ＶＭは４１．５ｍＶとなり、遮断電流Ｉthは８．３Ａ（＝４１．５／５）となる。また、曲線Ｓ２に示すように、電圧Ｖ１が増加するに連れて、遮断電流Ｉthが直線的に増加する。更に、電圧重畳回路１４が設けられているので、出力電圧Ｖ１が１０Ｖに達すると、図１に示すＦＥＴ（Ｔ１）のソース電圧Ｖ２はほぼ１０Ｖとなり、ツェナーダイオードＺＤ１の逆電圧がツェナー電圧に達し、ツェナーダイオードＺＤ１に逆方向の電流が流れる。即ち、Ｔ１のソース→Ｒ１→Ｒ２→ＺＤ１→グランドの経路に電流Ｉ２が流れる。従って、抵抗Ｒ１には、「Ｉ２＊Ｒ１」で示される電圧降下が発生し、この電圧（以下、重畳電圧Ｖｇという）が電圧Ｖdsに重畳されることになる。従って、遮断電流Ｉthは、図２の曲線Ｓ２ａのように変化する。そして、判定電圧ＶＭと、Ｖds＋Ｖｇとの比較により、過電流が検出されることになる。
【００３４】
そして、出力電圧Ｖ１が１２Ｖとなった場合には、ツェナー電圧１０Ｖとの差分が２Ｖであり、また、上述したように｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝＝０．００４であるから、抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧は８ｍＶとなる。従って、図４（ｂ）に示すように、電圧Ｖdsに重畳電圧Ｖｇが加算され、これは、判定電圧ＶＭが６２ｍＶから（６２−８）＝５４ｍＶまで縮小されたことに等しくなる。従って、遮断電流Ｉthは、５４／５＝１０．８Ａとなる。
【００３５】
また、仮に電圧重畳回路１４が設けられていない場合には、抵抗Ｒ１による電圧降下８ｍＶが存在しないので、遮断電流Ｉthは、６２／５＝１２．４Ａとなる。つまり、電圧重畳回路１４を設けたことにより、遮断電流Ｉthが１２．４Ａから１０．８Ａに縮小されたことになる。これは、過電流が発生した場合には、より速くＦＥＴ（Ｔ１）を遮断して、負荷駆動回路全体を過熱から保護することを意味する。
【００３６】
次に、出力電圧Ｖ１が１６Ｖとなった場合には、ツェナー電圧１０Ｖとの差分が６Ｖであるから、抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧は、６＊０．００４＝２４ｍＶとなる。従って、図４（ｃ）に示すように、判定電圧ＶＭは、８３ｍＶから（８３−２４）＝５９ｍＶまで縮小されたことに等しくなり、遮断電流Ｉthは、５９／５＝１１．８Ａとなる。
【００３７】
仮に電圧重畳回路１４が設けられていない場合には、抵抗Ｒ１による電圧降下２４ｍＶが存在しないので、遮断電流Ｉthは、８３／５＝１６．６Ａとなる。つまり、電圧重畳回路１４を設けたことにより、遮断電流Ｉthが１６．６Ａから１１．８Ａに縮小されたことになる。従って、過電流が発生した場合には、より速くＦＥＴ（Ｔ１）を遮断して、負荷駆動回路全体を過熱から保護することができる。
【００３８】
このようにして、本実施形態に係る過電流保護装置では、電圧重畳回路１４を設けることにより、ツェナーダイオードＺＤ１に印加される逆電圧がツェナー電圧に達すると、該ツェナーダイオードＺＤ１に一定の電流が流れ、抵抗Ｒ１に電圧降下（重畳電圧Ｖｇ）を発生させる。従って、比較器ＣＭＰ１では、電圧Ｖdsに重畳電圧Ｖｇを加算した電圧と、判定電圧ＶＭとが比較されることなり、判定電圧ＶＭが重畳電圧Ｖｇだけ減少したことに等しくなる。その結果、ＨＩＤランプ等の特殊負荷に対して、適切な遮断電流Ｉthを設定することができる。
【００３９】
従って、従来のように、電線径を太くすることや、大型のＦＥＴを用いる等の対応を採る必要が無くなり、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００４０】
以上、本発明の過電流検出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、ＨＩＤランプのような電流特性を有する負荷を過電流から保護することに利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１１  チャージポンプ
１２  ドライバ
１３  レジスタ
ＣＭＰ１  比較器（比較手段）
ＶＢ  バッテリ（直流電源）
ＲＬ  負荷
Ｔ１  ＦＥＴ（半導体スイッチ）
Ｒ１  抵抗（第１の抵抗）
Ｒ２  抵抗（第２の抵抗）
ＺＤ１  ツェナーダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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