(57)【要約】【課題】  バッテリ及び発電装置を含む電源装置において、バッテリの逆接続時に逆電流が負荷を流れることを確実に防止するとともに、ロードダンプサージに対する耐性を高める。【解決手段】  電源装置は、電源部１０と、第１〜第３のＮチャンネルＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３、抵抗Ｒ１、及びダイオードＤ１を有する出力切換部２０と、出力切換部２０へ切換制御信号ＳＤＧを供給する制御部３０とを備える。電源部１０の出力は第１及び第２のＦＥＴＱ１，Ｑ２を介して電気負荷４０に供給される。バッテリの逆接続時には、第３のＦＥＴＱ３がオンして第２のＦＥＴＱ２がオフ状態に維持され、逆電流が防止される。第１のＦＥＴＱ１のドレインが電源部１０に接続されるため、ロードダンプサージは第１のＦＥＴＱ１のドレイン−ゲート間に印加されるが、耐電圧が高いため、故障することがない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、当該バッテリを充電可能な発電機とを有する電源部を備え、当該電源部から電気負荷に電力を供給する電源装置において、
前記電気負荷への電力供給のオン／オフを制御するための切換制御信号を出力する制御部と、
前記切換制御信号が供給され、前記電気負荷への電力供給のオン／オフ切換を行う出力切換部とを備え、
前記出力切換部は、
第１、第２及び第３のＮチャンネル電界効果トランジスタ及び抵抗を有し、
前記第１のＮチャンネル電界効果トランジスタのドレイン、ソース、及びゲートは、それぞれ前記電源部、前記第２のＮチャンネル電界効果トランジスタのソース、及び前記制御部に接続され、
前記第２のＮチャンネル電界効果トランジスタのドレインは前記電気負荷に接続され、前記第２のＮチャンネル電界効果トランジスタのゲートは、前記第３のＮチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続されるとともに、前記抵抗を介して前記制御部に接続され、
前記第３のＮチャンネル電界効果トランジスタのソース及びゲートは、それぞれ前記電源部及びアースに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記第３のＮチャンネル電界効果トランジスタのソースは、ダイオードを介して前記電源部に接続されており、前記ダイオードのアノード及びカソードが、それぞれ前記第３のＮチャンネル電界効果トランジスタのソース及び前記電源部に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ及びそのバッテリを充電可能な発電機を備える電源装置に関し、特にバッテリの誤接続などに対する保護機能を有する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、図４に示すような電源装置が示されている。この電源装置は、負荷３６０に電力を供給するものであり、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）３２０，３２１，３４０と、昇圧回路３７０と、駆動回路３１０と、バッテリが接続される端子３００，３０１とを備えている。
【０００３】
この電源装置によれば、バッテリが正常に接続（端子３００にバッテリの正極が接続）された状態では、昇圧回路３７０が作動してＦＥＴ３２０がオンし、駆動回路３１０を介して供給される制御信号に応じてＦＥＴ３２１をオン／オフすることにより、負荷３６０への電力供給がオン／オフされる。
【０００４】
また、バッテリが逆接続（端子３００にバッテリの負極が接続）された状態では、ＦＥＴ３４０がオンし、ＦＥＴ３２０がオフ状態に維持される。これにより、逆電流が負荷３６０に流れることが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２４１３５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に示される電源装置では、保護用のＦＥＴ３２０のソースが端子３００（バッテリの正極に接続される端子）に接続されているため、バッテリを充電するための発電機の出力がバッテリの正極に接続されるような車両用電源装置では、以下のような課題がある。
【０００７】
一般に、ＦＥＴのゲート・ソース間の電圧耐圧ＶＧＳＳは、比較的低く、例えば２０〜３０Ｖ程度である。このため、例えば発電機作動中に発電機出力とバッテリとの接続線が断線し、いわゆるロードダンプサージが発生して端子３００に入力されると、ＦＥＴ３２０のゲート・ソース間には最大１００Ｖ程度の電圧が印加され、ＦＥＴ３２０の電圧耐圧ＶＧＳＳを超えてＦＥＴ３２０が故障するおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、バッテリの逆接続時に逆電流が負荷を流れることを確実に防止するとともに、ロードダンプサージに対する耐性を高めることができる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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、バッテリ１と、バッテリ１を充電可能な発電機２とを有する電源部１０を備え、電源部１０から電気負荷４０に電力を供給する電源装置において、電気負荷４０への電力供給のオン／オフを制御するための切換制御信号ＳＤＧを出力する制御部３０と、切換制御信号ＳＤＧが供給され、電気負荷４０への電力供給のオン／オフ切換を行う出力切換部２０とを備え、出力切換部２０は、第１、第２及び第３のＮチャンネル電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３及び抵抗Ｒ１を有し、第１のＮチャンネル電界効果トランジスタＱ１のドレイン、ソース、及びゲートは、それぞれ電源部１０、第２のＮチャンネル電界効果トランジスタＱ２のソース、及び制御部３０に接続され、第２のＮチャンネル電界効果トランジスタＱ２のドレインは電気負荷４０に接続され、第２のＮチャンネル電界効果トランジスタＱ２のゲートは、第３のＮチャンネル電界効果トランジスタＱ３のドレインに接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介して制御部３０に接続され、第３のＮチャンネル電界効果トランジスタＱ３のソース及びゲートは、それぞれ電源部１０及びアースに接続されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、バッテリが正常に接続された状態では、第３のＮチャンネル電界効果トランジスタはオフ状態を維持しており、第１及び第２のＮチャンネル電界効果トランジスタをオンさせる切換制御信号が供給されると、電気負荷に電力が供給される。バッテリが逆接続されたときは、第３のＮチャンネル電界効果トランジスタがオンし、第２のＮチャンネル電界効果トランジスタのゲート電圧が逆接続された負のバッテリ電圧とほぼ等しくなってソース電圧より低くなり、第２のＮチャンネル電界効果トランジスタはオフ状態を維持する。したがって、電気負荷に逆電圧が印加されること（逆方向電流が流れること）が確実に防止される。
【００１１】
さらに、電源部に接続されるのは第１のＮチャンネル電界効果トランジスタのドレインであるため、特許文献１に示される電源装置における課題を解決することができる。すなわち、ゲート・ドレイン間の電圧耐圧は、ゲート・ソース間の電圧耐圧ＶＧＳＳより高く（一般には耐圧の規定がない）、ドレイン・ソース間の電圧耐圧ＶＤＳＳ及びゲート・ソース間の電圧耐圧ＶＧＳＳを超えない範囲で使用すれば、１００Ｖ程度のロードダンプサージが印加されるような事態が発生しても故障することはない。したがって、本発明によれば、バッテリの逆接続時において逆電流が電気負荷を流れることを確実に防止するとともに、ロードダンプサージに対する耐性を高めることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電源装置において、第３のＮチャンネル電界効果トランジスタ（Ｑ３）のソースは、ダイオードＤ１を介して電源部１０に接続されており、ダイオードＤ１のアノード及びカソードが、それぞれ第３のＮチャンネル電界効果トランジスタＱ３のソース及び電源部１０に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、上記ロードダンプサージが発生したときに、第３のＮチャンネル電界効果トランジスタ、またはこれに接続された抵抗及び第２のＮチャンネル電界効果トランジスタに過大が電圧が印加されることを防止することができる。ロードダンプサージが発生したときに、第３のＮチャンネル電界効果トランジスタ、またはこれに接続された抵抗及び第２のＮチャンネル電界効果トランジスタに過大が電圧が印加されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源装置の構成を示す図である。
【図２】ロードダンプサージを説明するための図である。
【図３】図１に示す装置の変形例を示す図である。
【図４】従来の電源装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車両（図示せず）に搭載される電源装置の構成を示す。この電源装置は、バッテリ１及びバッテリ１を充電可能な発電機２を有する電源部１０と、第１〜第３のＭＯＳ型Ｎチャンネル電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という））Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３、抵抗Ｒ１、及びダイオードＤ１を有する出力切換部２０と、ゲート駆動回路３、ダイオードＤ２、及びイグニッションスイッチ（図示せず）などを有する制御部３０とを備えており、出力端子１２を介して接続された車載電気機器（各種アクチュエータ、電子制御ユニットなど）によって構成される電気負荷４０へ電力を供給する。
【００１６】
発電機２は、当該車両を駆動する内燃機関（図示せず）によって駆動され、発電を行っているときは、バッテリ１の通常の出力電圧ＶＢと同程度の直流電圧を出力する。
【００１７】
出力切換部２０の第１のＦＥＴＱ１のドレイン、ソース、及びゲートは、それぞれ電源部１０の出力端子１１、第２のＦＥＴＱ２のソース、及び制御部３０の出力端子１３に接続されている。第２のＦＥＴＱ２のドレインは、出力端子１２を介して電気負荷４０に接続され、第２のＦＥＴのゲートは、第３のＦＥＴＱ３のドレインに接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介して制御部３０の出力端子１３に接続されている。第３のＦＥＴＱ３のソースは、ダイオードＤ１を介して電源部１０の出力端子１１に接続され、ゲートはアースに接続されている。ダイオードＤ１のアノード及びカソードは、それぞれ第３のＦＥＴＱ３のソース及び電源部出力端子１１に接続されている。
【００１８】
制御部３０のゲート駆動回路３には、ダイオードＤ２を介して電源部出力端子１１から電源電圧が供給されるとともに、イグニッションスイッチのオン／オフ状態を示す制御信号ＳＣＴＬが入力される。したがって、ゲート駆動回路３は、制御信号ＳＣＴＬに応じて高レベル及び低レベルに変化する切換制御信号ＳＤＧを出力する。
【００１９】
なお、図１には、図４に示す従来例と同様に、ＦＥＴＱ１〜Ｑ３に付随する寄生ダイオードが示されている。
【００２０】
図１に示す構成において、バッテリ１が図示のように正常に接続された状態では、第３のＦＥＴＱ３はオフ状態を維持しており、切換制御信号ＳＤＧが低レベルであるときは、第１及び第２のＦＥＴＱ１，Ｑ２はともにオフ状態となって、電気負荷４０への電力供給が遮断される（電源オフ状態となる）。切換制御信号ＳＤＧが高レベルに変化すると、第１及び第２のＦＥＴＱ１，Ｑ２はともにオン状態となり、電源部１０から出力される電力が電気負荷４０へ供給される（電源オン状態となる）。
【００２１】
また、バッテリ１が逆接続（図示した状態と逆極性で接続）されたときは、第３のＦＥＴＱ３のソースに負のバッテリ電圧（−ＶＢ）が印加され、ゲート電圧が「０」Ｖであることから、第３のＦＥＴＱ３がオンする。その結果、第２のＦＥＴＱ２のゲート電圧が負のバッテリ電圧（−ＶＢ）とほぼ等しくなってソース電圧より低くなり、切換制御信号ＳＤＧのレベルにかかわらず、第２のＦＥＴＱ２はオフ状態を維持する。したがって、電気負荷４０に逆電圧が印加されること（逆方向電流が流れること）が確実に防止される。なお、抵抗Ｒ１は、バッテリ１が逆接続されたときに、第３のＦＥＴＱ３及びゲート駆動回路３に過大な電流が流れることを防止するために挿入されている。
【００２２】
また、発電機２による発電を実行し、バッテリ１への充電を行っている状態で、図２に示す回路点Ｐ０で断線（ワイヤ外れ）が発生すると、出力端子１１にいわゆるロードダンプサージＬＤＳが発生するので、車載の電源装置ではロードダンプサージＬＤＳに対する耐性を確保することが必要とされる。
【００２３】
本実施形態では、電源部出力端子１１に接続されるのは第１のＦＥＴＱ１のドレインであるため、電源部出力端子１１にロードダンプサージＬＤＳが印加されるような事態が発生しても、第１のＦＥＴＱ１が故障することはない。すなわち、一般にゲート・ドレイン間の電圧耐圧は、ゲート・ソース間の電圧耐圧ＶＧＳＳより高く、ドレイン・ソース間の電圧耐圧ＶＤＳＳ及びゲート・ソース間の電圧耐圧ＶＧＳＳを超えない範囲で使用すれば、１００Ｖ程度のロードダンプサージＬＤＳが印加されるような事態が発生しても、特に問題はないからである。
【００２４】
さらに、本実施形態では、ダイオードＤ１が第３のＦＥＴＱ３と電源部出力端子１１との間に挿入され、ダイオードＤ１のアノード及びカソードが、それぞれ第３のＦＥＴのソース及び出力端子１１に接続されているので、ロードダンプサージＬＤＳが発生したときに、第３のＦＥＴＱ３又はこれに接続された抵抗Ｒ１及び第２のＦＥＴＱ２に過大な電圧が印加されることを、防止することができる。
【００２５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限られず、種々の変形が可能である。例えば、図１に示す電源装置は、図３に示すように、出力切換部２０ａ及び制御部３０ａを備えるように変形してもよい。制御部３０ａでは、第１のＦＥＴＱ１をオン／オフする制御信号ＳＣＴＬ１と、第２のＦＥＴＱ２をオン／オフする制御信号ＳＣＴＬ２とが異なっており、ゲート駆動回路４がさらに設けられている。また、出力切換部２０ａの抵抗Ｒ１は、ゲート駆動回路４に接続された出力端子１４と、第２のＦＥＴＱ２のゲートとの間に配置されている。この変形例においても、図１に示す電源装置と同様の動作を実現することができる。
【００２６】
なお、この変形例では、制御信号ＳＣＴＬ１及びＳＣＴＬ２に対応する切換制御信号ＳＤＧ１及びＳＤＧ２がともに高レベルとなる期間において、電気負荷４０に電力が供給される電源オン状態となる。
【００２７】
また、上述した実施形態では、車両に搭載される電源装置の例を示したが、本発明は、これに限られず、バッテリ及びバッテリを充電可能な発電機を電源部として備える電源装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  バッテリ
２  発電機
３  ゲート駆動回路
１０  電源部
２０  出力切換部
３０  制御部
４０  電気負荷
Ｑ１〜Ｑ３  ＭＯＳ型Ｎチャンネル電界効果トランジスタ
Ｄ１  ダイオード
Ｒ１  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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