(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチをオン又はオフに切替えることによって、前記半導体スイッチを介した給電を制御する車両用の給電制御装置であって、
ヒューズと、
前記半導体スイッチ及びヒューズが取り付けられる回路基板と
を備え、
前記ヒューズは、
一列に並べられている長板状の複数の端子と、
前記複数の端子中の２つの端子に接続される溶断部と、
前記複数の端子の一部及び前記溶断部を覆うハウジングと
を有し、
前記半導体スイッチを介して流れる電流の電流経路に、前記複数の端子中の２つが配置され、
電流は前記溶断部を介して流れ、
前記溶断部は、前記溶断部の温度が所定温度を超えた場合に溶断され、
前記ハウジングは耐熱性を有し、
前記複数の端子それぞれは、
一部が前記ハウジングによって覆われている長板状の第１板部分と、
前記第１板部分に連結している第２板部分と
を有し、
前記複数の端子それぞれについて、前記第１板部分の一方の端部は前記ハウジングの共通の一面から突出しており、
前記第２板部分は、前記ハウジングから突出している前記第１板部分の先端面の一部分から突出しており、
前記回路基板は複数の貫通孔を有し、
前記複数の端子それぞれの前記第２板部分は前記複数の貫通孔に挿入され、
前記複数の端子それぞれの前記第１板部分は前記回路基板に当たっている
給電制御装置。
【請求項２】
前記ハウジングは、３００度以上の耐熱性を有する
請求項１に記載の給電制御装置。
【請求項３】
前記電流経路に配置される前記ヒューズの２つの端子間の電圧値を検出する検出部を備える
請求項１又は請求項２に記載の給電制御装置。
【請求項４】
前記回路基板は、
絶縁基板と、
前記絶縁基板を覆う複数の基板メッキと
を有し、
前記複数の貫通孔は前記絶縁基板を貫通し、
前記ヒューズが有する複数の端子それぞれは、複数の貫通孔に挿入されており、半田によって前記複数の基板メッキに接続されている
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の給電制御装置。
【請求項５】
各端子は、
金属体と、
前記金属体の表面を覆う錫製の端子メッキと
を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の給電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は給電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載機器には、電気機器に過電流が流れることを防止するためのヒューズが配置されている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載のヒューズは、所謂、ブレード型のヒューズである。ブレード型のヒューズでは２つの端子は長板状をなす。２つの端子は溶断部に接続されている。２つの端子の一部と溶断部とはハウジングによって覆われている。電流は、一方の端子、溶断部及び他方の端子の順に流れる。溶断部が溶断されることによって、過電流の通流が防止される。
【０００３】
特許文献１では、回路基板上にブレード型のヒューズが挿入されるヒューズホルダが取り付けられている。ヒューズの溶断部が溶断された場合、ヒューズをヒューズホルダから取り外し、新たなヒューズをヒューズホルダに挿入する。
【０００４】
ヒューズを備える車載機器として、バッテリから負荷への給電を制御する給電制御装置が挙げられる（特許文献２を参照）。特許文献２に記載の給電制御装置では、バッテリから負荷に流れる電流の電流経路にヒューズ及び半導体スイッチが配置されている。半導体スイッチをオン又はオフに切替えることによって、負荷への給電を制御する。ヒューズを介して流れる電流の電流値が一定値以上の電流値となった場合、ヒューズは溶断される。負荷に過電流が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２０１１−７６７７２号公報
【特許文献２】特開２０１９−４１５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車載機器として、特許文献１に記載のヒューズホルダを備える給電制御装置が挙げられる。この構成では、ヒューズホルダにブレード型のヒューズを挿入することによって給電制御装置が実現される。この給電制御装置の構成は、ヒューズホルダが回路基板上に取り付けられている構成であるため、サイズが大きいという問題がある。車両内では、限られた領域に多数の機器を配置するため、給電制御装置のサイズは小さいことが好ましい。
【０００７】
小型の給電制御装置を実現する方法として、ブレード型のヒューズを半田で基板に直接取り付ける方法がある。通常、回路基板には、ヒューズとは異なる多くの部品が半田で取り付けられている。半田で部品を取り付ける方式としてリフロー方式がある。リフロー方式では、回路基板を覆う基板メッキ上にペースト状の半田を塗布し、半田の上に部品の電極を配置する。この状態で、熱風の吹き付け又は赤外線の照射を行う。これにより、半田が溶け、部品の電極と基板メッキとが半田によって接続される。
【０００８】
ヒューズ以外の部品がリフロー方式で回路基板に取り付けられる場合、全ての部品を回路基板に取り付ける工程を安価に実現するためには、ブレード型のヒューズもリフロー方式で回路基板に取り付けられることが好ましい。しかしながら、ブレード型のヒューズは、ヒューズホルダに挿入することを前提として製造されている。このため、ブレード型のヒューズは、現状、リフロー方式での取り付けに適した部品ではない。
【０００９】
本開示は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リフロー方式での回路基板への取り付けに適したヒューズを備える給電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様に係る給電制御装置は、半導体スイッチをオン又はオフに切替えることによって、前記半導体スイッチを介した給電を制御する車両用の給電制御装置であって、ヒューズと、前記半導体スイッチ及びヒューズが取り付けられる回路基板とを備え、前記ヒューズは、一列に並べられている長板状の複数の端子と、前記複数の端子中の２つの端子に接続される溶断部と、前記複数の端子の一部及び前記溶断部を覆うハウジングとを有し、前記半導体スイッチを介して流れる電流の電流経路に、前記複数の端子中の２つが配置され、電流は前記溶断部を介して流れ、前記溶断部は、前記溶断部の温度が所定温度を超えた場合に溶断され、前記ハウジングは耐熱性を有し、前記複数の端子それぞれは、一部が前記ハウジングによって覆われている長板状の第１板部分と、前記第１板部分に連結している第２板部分とを有し、前記複数の端子それぞれについて、前記第１板部分の一方の端部は前記ハウジングの共通の一面から突出しており、前記第２板部分は、前記ハウジングから突出している前記第１板部分の先端面の一部分から突出しており、前記回路基板は複数の貫通孔を有し、前記複数の端子それぞれの前記第２板部分は前記複数の貫通孔に挿入され、前記複数の端子それぞれの前記第１板部分は前記回路基板に当たっている。
【発明の効果】
【００１１】
上記の態様によれば、ヒューズはリフロー方式での回路基板への取り付けに適している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１における電源システムの要部構成を示すブロック図である。
【図２】給電制御装置の回路構成の説明図である。
【図３】ヒューズの正面図である。
【図４】ヒューズの側面図である。
【図５】端子の断面図である。
【図６】ヒューズの断面図である。
【図７】図３の上側から見た端子及び溶断部の状態の説明図である。
【図８】ヒューズが回路基板に取り付けられた状態を示す説明図である。
【図９】ヒューズが回路基板に取り付けられた状態を示す他の説明図である。
【図１０】実施形態２における給電制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１１】実施形態３における給電制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【００１４】
（１）本開示の一態様に係る給電制御装置は、半導体スイッチをオン又はオフに切替えることによって、前記半導体スイッチを介した給電を制御する車両用の給電制御装置であって、ヒューズと、前記半導体スイッチ及びヒューズが取り付けられる回路基板とを備え、前記ヒューズは、一列に並べられている長板状の複数の端子と、前記複数の端子中の２つの端子に接続される溶断部と、前記複数の端子の一部及び前記溶断部を覆うハウジングとを有し、前記半導体スイッチを介して流れる電流の電流経路に、前記複数の端子中の２つが配置され、電流は前記溶断部を介して流れ、前記溶断部は、前記溶断部の温度が所定温度を超えた場合に溶断され、前記ハウジングは耐熱性を有する。
【００１５】
上記の態様にあっては、リフロー方式で回路基板への取り付けを行う場合、熱風がハウジングに吹き付けられるか、又は、赤外線がハウジングに照射される。これにより、ハウジングの温度が上昇する。ハウジングの温度がＸ度以下である場合、ハウジングにおいて変形又は溶融は発生することはない。ここで、Ｘは正の実数である。ハウジングにおいて変形又は溶融が発生しない場合、ハウジングの形状が維持される。耐熱性は、Ｘが２５０以上であることを意味する。ハウジングは耐熱性を有する。このため、ハウジングにおいては、熱風の吹き付け又は赤外線の照射によって、溶融又は変形が生じることはない。結果、ヒューズは、リフロー方式での回路基板への取り付けに適している。
【００１６】
（２）本開示の一態様に係る給電制御装置では、前記ハウジングは、３００度以上の耐熱性を有する。
【００１７】
上記の態様にあっては、ハウジングは３００度以上の耐熱性を有する。従って、前述したＸは３００度以上である。このため、ヒューズは、リフロー方式での回路基板への取り付けにより適している。
【００１８】
（３）本開示の一態様に係る給電制御装置は、前記電流経路に配置される前記ヒューズの２つの端子間の電圧値を検出する検出部を備える。
【００１９】
上記の態様にあっては、ヒューズの溶断部は、ヒューズの電圧値を検出するための抵抗として用いられる。
【００２０】
（４）本開示の一態様に係る給電制御装置では、前記回路基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板を貫通する複数の貫通孔と、前記絶縁基板を覆う複数の基板メッキとを有し、前記ヒューズが有する複数の端子それぞれは、複数の貫通孔に挿入されており、半田によって前記複数の基板メッキに接続されている。
【００２１】
上記の態様にあっては、ヒューズが有する複数の端子を複数の貫通孔に挿入する。複数の端子それぞれを、半田によって、複数の基板メッキに接続する。これにより、ヒューズが回路基板に取り付けられる。
【００２２】
（５）本開示の一態様に係る給電制御装置では、各端子は、金属体と、前記金属体の表面を覆う錫製の端子メッキとを有する。
【００２３】
上記の態様にあっては、各端子では、金属体の表面が錫製の端子メッキで覆われている。半田には、通常、錫成分が含まれている。従って、錫製の端子メッキを有する端子に関して、半田の馴染み易さ、所謂、濡れ性が高い。このため、半田が端子に強力に接着する。
【００２４】
（６）本開示の一態様に係る給電制御装置では、各端子は、一部が前記ハウジングによって覆われている長板状の第１板部分と、前記第１板部分に連結している第２板部分とを有し、前記複数の端子それぞれについて、前記第１板部分の一方の端部は前記ハウジングの共通の一面から突出しており、前記第２板部分は、前記ハウジングから突出している前記第１板部分の先端面の一部分から突出しており、前記第２板部分の断面積は前記第１板部分の断面積よりも小さい。
【００２５】
上記の態様にあっては、ハウジングから突出している第１板部分の先端面から第２板部分が突出しており、段差構造が実現されている。回路基板では、絶縁基板に貫通孔が設けられており、絶縁基板において、貫通孔の内面と、貫通孔の周縁部とを基板メッキが覆っている。例えば、面積が第２板部分の断面積よりも若干大きい貫通孔が設けられる。この場合において、第２板部分が貫通孔に挿入されたとき、第１板部分は、貫通孔を通らず、貫通孔の周縁部を覆っている基板メッキに当たる。このとき、ハウジングは、第１板部分によって回路基板から離れている。この場合においては、半田で端子を回路基板に取り付けたときに、フィレット形状の半田が形成され易い。フィレット形状の半田が形成されることは、良好な取り付けが実現されていることを意味する。
【００２６】
また、基板メッキ上にペースト状の半田を塗布した状態で貫通孔に端子が挿入される。前述したように段差構造が実現されているため、貫通孔に端子が挿入された場合、ハウジングがペースト状の半田に接触することはない。このため、リフロー方式で半田を溶かした場合に、ボール状の半田が形成される可能性は低い。
【００２７】
更に、第２板部分の断面積が第１板状部分の断面積よりも小さく、第２板部分は細い。このため、第２板部分を挿入する貫通孔として、面積が小さい貫通孔を用いることができる。この場合においては、第２板部分と貫通孔との間の隙間が小さい。このため、例えば、ハウジングに熱風が吹き付けられた場合であっても、第２板部分、即ち、ヒューズが大きく傾くことがなく、ハウジングは回路基板の板面に対して略垂直に立っている。結果、リフロー方式で実装を行う場合に、治具によってハウジングを、略垂直に立っている状態で固定する必要がなく、安価な実装を実現することができる。
【００２８】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る電源システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２９】
（実施形態１）
＜電源システムの構成＞
図１は、実施形態１における電源システム１の要部構成を示すブロック図である。電源システム１は車両Ｃに搭載されている。電源システム１は、給電制御装置１０、直流電源１１及び負荷１２を備える。直流電源１１は例えばバッテリである。給電制御装置１０は、直流電源１１の正極に接続されている。給電制御装置１０は負荷１２の一端に接続されている。直流電源１１の負極と、負荷１２の他端とは接地されている。
【００３０】
直流電源１１は、給電制御装置１０を介して負荷１２に電力を供給する。負荷１２は電気機器である。負荷１２に電力が供給された場合、負荷１２は作動する。負荷１２の給電が停止した場合、負荷１２は動作を停止する。給電制御装置１０は、直流電源１１から負荷１２への給電を制御する。
【００３１】
＜給電制御装置１０の構成＞
給電制御装置１０は、半導体スイッチ２０、ヒューズ２１、駆動回路２２を有する。半導体スイッチ２０は、Ｎチャネル型のＦＥＴ(Field Effect Transistor)である。ヒューズ２１は、２つの端子３１及び溶断部３２を有する。２つの端子３１は溶断部３２によって接続されている。
【００３２】
ヒューズ２１の一方の端子３１は、直流電源１１の正極に接続されている。ヒューズ２１の他方の端子３１は、半導体スイッチ２０のドレインに接続されている。半導体スイッチ２０のソースは負荷１２の一端に接続されている。半導体スイッチ２０のゲートは駆動回路２２に接続されている。
【００３３】
半導体スイッチ２０において、基準電位がソースの電位であるゲートの電圧値が一定電圧値以上である場合、半導体スイッチ２０はオンである。半導体スイッチ２０がオンである場合、半導体スイッチ２０のドレイン及びソースを介して電流が流れることが可能である。半導体スイッチ２０において、基準電位がソースの電位であるゲートの電圧値が一定値未満である場合、半導体スイッチ２０はオフである。半導体スイッチ２０がオフである場合、半導体スイッチ２０のドレイン及びソースを介して電流が流れることはない。
【００３４】
駆動回路２２には、ハイレベル電圧及びローレベル電圧によって構成される制御信号が入力される。制御信号の電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切替わった場合、駆動回路２２は、基準電位が接地電位であるゲートの電圧を上昇させる。これにより、基準電位がソースの電位であるゲートの電圧値が一定電圧値以上の電圧値に上昇し、半導体スイッチ２０がオンに切替わる。半導体スイッチ２０がオンに切替わった場合、電流が、直流電源１１の正極から、半導体スイッチ２０、ヒューズ２１及び負荷１２の順に流れ、負荷１２に電力が供給される。これにより、負荷１２は作動する。
【００３５】
ヒューズ２１では、電流は、端子３１、溶断部３２及び端子３１の順に流れる。従って、ヒューズ２１が有する２つの端子３１は、半導体スイッチ２０を介して流れる電流経路に配置されている。
【００３６】
制御信号の電圧がハイレベル電圧からローレベル電圧に切替わった場合、駆動回路２２は、基準電位が接地電位であるゲートの電圧を低下させる。これにより、基準電位がソースの電位であるゲートの電圧値が一定電圧値未満の電圧値に低下し、半導体スイッチ２０がオフに切替わる。半導体スイッチ２０がオフに切替わった場合、直流電源１１から負荷１２への電流の通流が停止し、負荷１２への給電が停止する。これにより、負荷１２は動作を停止する。
【００３７】
以上のように、駆動回路２２は、制御信号の電圧に応じて半導体スイッチ２０をオン又はオフに切替える。駆動回路２２が半導体スイッチ２０をオン又はオフに切替えることによって、半導体スイッチ２０を介した負荷１２への給電が制御される。
【００３８】
半導体スイッチ２０がオンである場合、電流は、ヒューズ２１の溶断部３２を介して負荷１２に流れる。溶断部３２を介して電流が流れた場合、溶断部３２は発熱する。溶断部３２を介して流れる電流の電流値が大きい程、溶断部３２の発熱量は大きい。ヒューズ２１の溶断部３２に関して、単位時間当たりの発熱量が単位時間当たりの放熱量よりも大きい場合、溶断部３２の温度は上昇する。溶断部３２の温度が所定温度、例えば４２０度を超えた場合、溶断部３２が溶断される。
【００３９】
溶断部３２が溶断された場合、直流電源１１から負荷１２への電流の通流が停止し、負荷１２への給電が停止する。負荷１２に流れる電流の電流値が一定の基準電流値以上である場合、溶断部３２の温度が所定温度を超え、溶断部３２は溶断される。このため、半導体スイッチ２０を介して負荷１２に過電流が流れることが防止される。
【００４０】
＜給電制御装置１０の回路構成＞
図２は給電制御装置１０の回路構成の説明図である。給電制御装置１０は、矩形板状をなす回路基板２３を更に有する。図２には、回路基板２３の平面が示されている。回路基板２３の板面には、半導体スイッチ２０、ヒューズ２１及び駆動回路２２が取り付けられている。板面は、板の幅広面である。
なお、駆動回路２２は、回路基板２３とは異なる回路基板に取り付けられていてもよい。
以下では、ヒューズ２１の構成と、ヒューズ２１が回路基板２３に取り付けられた状態とを説明する。
【００４１】
＜ヒューズ２１の構成＞
図３はヒューズ２１の正面図である。図４はヒューズ２１の側面図である。ヒューズ２１は、樹脂製のハウジング３０を有する。図３及び図４に示すように、ヒューズ２１では、２つの端子３１が、ハウジング３０の共通の一面から突出している。各端子３１は導電性を有する。
【００４２】
図５は端子３１の断面図である。各端子３１は長板状の金属体５０を有する。各端子３１では、金属体５０の両側の板面は錫（Ｓｎ）製の端子メッキ５１によって覆われている。前述したように、板面は板の幅広面である。各端子３１の側面では、金属体５０が露出している。金属体５０及び端子メッキ５１は導電性を有する。金属体５０は、例えば、亜鉛合金を用いて製造される。図５以外の図面では、金属体５０及び端子メッキ５１の記載を省略している。
なお、端子メッキ５１は、板面とは異なる金属体５０の面、例えば側面を覆ってもよい。
【００４３】
図６はヒューズ２１の断面図である。図３、図４及び図６に示すように、ハウジング３０は一面が開放された箱体状をなす。２つの端子３１それぞれの一部は、ハウジング３０によって覆われている。前述したように、ハウジング３０の共通の一面から２つの端子３１が突出している。ここで、共通の一面は、開放面であり、図３、図４及び図６の下側に位置する。図６に示すように、ハウジング３０の内部において、２つの端子３１は一列に並べられている。溶断部３２は棒状をなす。前述したように、溶断部３２は２つの端子３１を接続している。溶断部３２は導電性を有する。溶断部３２もハウジング３０によって覆われている。
【００４４】
図７は、図３の上側から見た２つの端子３１及び溶断部３２の状態の説明図である。図６及び図７に示すように、各端子３１は長板状をなす。２つの端子３１の板面は揃っており、図６では２つの端子３１の板面が示されている。２つの端子３１それぞれについて、一方の端部はハウジング３０の共通の一面（開放面）から、図６の下側に向けて突出している。
なお、２つの端子３１の板面は同一平面上に位置していることが好ましい。
【００４５】
前述したように、各端子３１が長板状をなしているので、ヒューズ２１はブレード型のヒューズである。一般的に、ブレード型のヒューズの端子の断面積は、チップ型のヒューズの端子の断面積よりも大きい。このため、ブレード型のヒューズは、状態が正常である場合に大電流が流れる回路のヒューズとして用いることができる。
【００４６】
各端子３１では、長板状の第１板部分４０の端部に長板状の第２板部分４１の端部が連結している。第１板部分４０の一部はハウジング３０によって覆われている。第１板部分４０の第１端部は、前述したハウジング３０の共通の一面から、図６の下側に向けて突出している。ハウジング３０の共通の一面と、第１板部分４０の第１端部の先端面は平行である。また、２つの端子３１について、２つの第１板部分４０の第１端部の先端面は同一平面上に位置する。
【００４７】
なお、共通の一面及び先端面の平行は、完全な平行のみを意味せず、実質的な平行であればよい。従って、共通の一面及び先端面が平行である状態には、共通の一面及び先端面がなす角度が設計上の誤差範囲内の値である状態も含まれる。また、２つの先端面が同一平面上に位置することは、２つの先端面の段差が実質的にないことを意味する。従って、２つの先端面の段差が設計上の誤差範囲内の値である場合、２つの先端面は同一平面上に位置する。
【００４８】
各端子３１では、第１板部分４０の第１端部の先端面の一部分から、第１板部分４０の長さ方向に沿って、第２板部分４１が突出している。第２板部分４１の断面積は第１板部分４０の断面積よりも小さく、第２板部分４１は第１板部分４０よりも細い。第１板部分４０及び第２板部分４１の厚みは一致しており、第１板部分４０及び第２板部分４１の板面は連続している。第１板部分４０及び第２板部分４１の長さ方向は、一致しており、図３、図４及び図６の上下方向である。第１板部分４０及び第２板部分４１の断面積は、第１板部分４０及び第２板部分４１の幅方向、即ち、図３、図４及び図６の左右方向に沿った切断によって得られる断面の面積である。
【００４９】
なお、第１板部分４０及び第２板部分４１の厚みの一致は、完全な一致のみを意味せず、実質的な一致であればよい。従って、第１板部分４０及び第２板部分４１の厚みが一致している状態には、２つの厚みの差が誤差範囲である状態も含まれる。また、２つの長さ方向の一致は、完全な一致のみを意味せず、実質的な一致であればよい。従って、２つの長さ方向が一致している状態には、２つの長さ方向がなす角度が誤差範囲内である状態も含まれる。
【００５０】
２つの端子３１それぞれについて、第２板部分４１は、第１板部分４０の第１端部の先端面において、２つの端子３１の並び方向の中央部分から突出している。並び方向は図６の左右方向である。図３及び図４に示すように、第２板部分４１の先端部分は角錐台状をなし、第２板部分４１について、ハウジング３０に近い部分の断面積は大きく、ハウジング３０から遠い部分の断面積は小さい。
【００５１】
図６及び図７に示すように、棒状の溶断部３２は、２つの端子３１の第１板部分４０間に配置されている。溶断部３２の一方の端部は、一方の端子３１の第１板部分４０の側面に接続されている。溶断部３２の他方の端部は、他方の端子３１の第１板部分４０の側面に接続されている。溶断部３２が接続している２つの側面は互いに対向している。溶断部３２は、曲がっており、全体としてＶ字状をなす。図６の例では、溶断部３２は、図６の上側に曲がっている。
なお、溶断部３２の形状は、Ｖ字状に限定されず、例えば、Ｓ字状であってもよい。
【００５２】
図６及び図７に示すように、ハウジング３０について、前述した共通の一面の反対側に位置する一面、即ち、図６の上側の一面には、２つの開口６０が設けられている。２つの端子３１の第１板部分４０の第２端部それぞれは、２つの開口６０と対向している。ヒューズ２１の使用者は、例えば、テスターを用いて、２つの端子３１間の抵抗値を測定する。使用者は、測定した抵抗値に基づいて、溶断部３２が溶断しているか否かを確認することができる。
【００５３】
＜ヒューズ２１の取り付け状態＞
図８は、ヒューズ２１が回路基板２３に取り付けられた状態を示す説明図である。図９は、ヒューズ２１が回路基板２３に取り付けられた状態を示す他の説明図である。回路基板２３は、所謂、プリント基板である。ヒューズ２１は、半田Ｈによって回路基板２３に取り付けられる。図８及び図９は、ヒューズ２１が半田Ｈによって回路基板２３に取り付けられた後の状態を示している。図８及び図９には、回路基板２３の断面が示されている。図８及び図９に示すように、回路基板２３は絶縁基板７０を有する。絶縁基板７０では、表側板面から裏側板面まで貫通する２つの貫通孔７０ａが設けられている。貫通孔７０ａの数は、ヒューズ２１の端子３１の数以上である。貫通孔７０ａの開口は円形状をなす。絶縁基板７０について、図８及び図９では、上側の板面が表側板面であり、下側の板面が裏側板面である。
【００５４】
絶縁基板７０の表側板面上には、導電性を有する複数の配線パターン７２が配置されている。絶縁基板７０の裏側板面上にも、複数の配線パターン７２が配置されている。回路基板２３では、各貫通孔７０ａの内面は基板メッキ７１によって覆われている。基板メッキ７１は導電性を有する。表側板面及び裏側板面それぞれにおける貫通孔７０ａの周縁部は配線パターン７２によって覆われている。各基板メッキ７１は、貫通孔７０ａの内面に加えて、表側板面及び裏側板面それぞれにおける貫通孔７０ａの周縁部を、配線パターン７２を介して覆っている。図８においては、基板メッキ７１は、配線パターン７２の上側から貫通孔７０ａの周縁部を覆うとともに、配線パターン７２の下側から貫通孔７０ａの周縁部を覆っている。
【００５５】
基板メッキ７１は例えば錫成分を含む。配線パターン７２は、例えば銅製である。基板メッキ７１は、配線パターン７２に接触しており、配線パターン７２と導通している。基板メッキ７１において、貫通孔７０ａの内面及び周縁部を除く他の部分は、絶縁性を有するレジスト７３によって覆われている。
【００５６】
貫通孔７０ａの面積は、端子３１の第２板部分４１の断面積よりも若干大きい。このため、端子３１の第２板部分４１を貫通孔７０ａに挿入することができる。第１板部分４０の幅は十分に長いので、第２板部分４１を貫通孔７０ａに挿入した場合、端子３１の第１板部分４０は、貫通孔７０ａを通らず、貫通孔７０ａの周縁部を覆っている基板メッキ７１に当たる。２つの第１板部分４０の第１端部の先端面は同一平面上に位置するので、ヒューズ２１は、安定した状態で回路基板２３によって支持される。
【００５７】
ヒューズ２１を回路基板２３に取り付ける場合、絶縁基板７０の表側板面を覆っている基板メッキ７１上にペースト状の半田Ｈを塗布する。基板メッキ７１上に半田Ｈが塗布されている状態で、２つの端子３１の第２板部分４１それぞれを、絶縁基板７０の表側から、即ち、図８及び図９の上側から、２つの貫通孔７０ａに挿入する。このとき、２つの端子３１の第１板部分４０は、表側板面を覆っている基板メッキ７１によって支持される。第２板部分４１の一部は、回路基板２３の裏側板面から露出している。
【００５８】
この状態で、ヒューズ２１及び回路基板２３はリフロー炉に通される。リフロー炉内では、ヒューズ２１及び回路基板２３に熱風が吹き付けられるか、又は、ヒューズ２１及び回路基板２３に赤外線が照射される。これにより、ペースト状の半田Ｈが溶け、半田Ｈは端子３１及び基板メッキ７１を接続する。具体的には、図８及び図９に示すように、半田Ｈの一部は、第１板部分４０の軸回りに沿って、ハウジング３０から露出している端子３１の第１板部分４０の板面及び端面に接着するとともに、絶縁基板７０の表側板面を覆っている基板メッキ７１に接着する。
【００５９】
更に、溶けた半田Ｈの一部は、貫通孔７０ａ内に入り込み、貫通孔７０ａの内面を覆っている基板メッキ７１と、端子３１の第２板部分４１の板面及び端面とに接着する。半田Ｈは導電性を有する。半田Ｈによって、端子３１及び基板メッキ７１は導通する。ヒューズ２１が有する２つの端子３１それぞれを半田Ｈによって、回路基板２３が有する２つの基板メッキ７１に接続する。
【００６０】
以上のように、給電制御装置１０では、ヒューズ２１が回路基板２３に取付けられている。２つの端子３１それぞれは、２つの貫通孔７０ａに挿入されている。２つの端子３１それぞれは、半田Ｈによって２つの基板メッキ７１に接続されている。
【００６１】
リフロー方式の一例では、ヒューズ２１が挿入された回路基板２３は、リフロー炉内において、第１領域及び第２領域の順に通過する。第１領域の温度は１７０度から１９０度までの範囲内の温度である。回路基板２３は、８０秒から１４０秒の間、第１領域内に位置している。第２領域の温度は、２３０度から２５０度までの範囲内の温度である。回路基板２３は、６０秒から９０秒の間、第２領域内に位置している。
【００６２】
リフロー方式でヒューズ２１を回路基板２３に取り付ける場合、熱風がハウジング３０に吹き付けられるか、又は、赤外線がハウジング３０に照射される。このとき、ハウジング３０の温度は上昇する。ハウジング３０の温度がＸ度以下である場合、ハウジング３０において変形又は溶融が発生することはない。ここで、Ｘは正の実数である。ハウジング３０において変形又は溶融が発生しない場合、ハウジング３０の形状が維持される。ハウジング３０に関して耐熱性は、Ｘが２５０以上であることを意味する。ヒューズ２１のハウジング３０は耐熱性を有する。従って、ハウジング３０の温度が２５０度以下である場合、ハウジング３０において変形又は溶融が生じずにハウジング３０の形状が維持される。このため、ハウジング３０では、熱風の吹き付け又は赤外線の照射によって、溶融又は変形が生じることはない。ヒューズ２１の構成は、リフロー方式での回路基板２３への取り付けに適した構成である。
【００６３】
ヒューズ２１の温度がＹ度以下である場合、ヒューズ２１に関しては、溶断特性が実質的に変化せず、かつ、長期信頼性が実質的に低下しない。ヒューズ２１に関して、耐熱性はＹが２５０以上であることを意味する。ハウジング３０だけではなく、ヒューズ２１も耐熱性を有する。従って、ヒューズ２１の温度が２５０度以下である場合、溶断特性は実質的に変化せず、かつ、長期信頼性は実質的に低下しない。溶断特性は、ヒューズ２１を介して流れる電流と、電流が流れてから溶断部３２の溶断が発生するまでの溶断時間との関係を示す。溶断特性では、種々の電流の溶断時間が示されている。長期信頼性は、ヒューズ２１が仕様書の規格通りに正常に機能する寿命である。リフロー方式で取り付けを行うことによって、ヒューズ２１の寿命が低下することは好ましくない。
ハウジング３０の製造に用いられる耐熱性の樹脂として例えばナイロン樹脂が挙げられる。
【００６４】
なお、ハウジング３０は、３００度以上の耐熱性を有することが好ましい。ハウジング３０に関して、３００度以上の耐熱性は、前述したＸが３００以上であることを意味する。ハウジング３０が３００度以上の耐熱性を有する場合、ヒューズ２１の構成は、リフロー方式での回路基板２３への取り付けにより適した構成である。
また、ヒューズ２１も、３００度以上の耐熱性を有することが好ましい。ヒューズ２１に関して、３００度以上の耐熱性は、前述したＹが３００以上であることを意味する。
【００６５】
前述したように、各端子３１では、金属体５０の表面が錫製の端子メッキ５１で覆われている。半田Ｈには、通常、錫成分が含まれている。従って、錫製の端子メッキ５１を有する端子３１に関して、半田Ｈの馴染み易さ、所謂、濡れ性が高い。このため、半田Ｈが端子３１に強力に接着する。
なお、端子メッキ５１は、錫製に限定されず、例えば、錫成分を含む合金製であってもよい。
【００６６】
前述したように、各端子３１では、第１板部分４０の先端面から第２板部分４１が突出しており、段差構造が実現されている。第１板部分４０は貫通孔７０ａを通らず、絶縁基板７０上の基板メッキ７１に当たっている。このため、ハウジング３０は、回路基板２３から離れている。この場合においては、半田Ｈで端子３１を回路基板２３に取り付けたときに、フィレット形状の半田Ｈが形成され易い。フィレット形状の半田Ｈが形成されることは、良好な取り付けが実現されていることを意味する。
【００６７】
また、基板メッキ７１上にペースト状の半田Ｈを塗布した状態で貫通孔７０ａに端子３１が挿入される。前述したように段差構造が実現されているため、貫通孔７０ａに端子３１が挿入された場合、ハウジング３０がペースト状の半田Ｈに接触することはない。このため、リフロー方式で半田Ｈを溶かした場合に、ボール状の半田Ｈが形成される可能性は低い。
【００６８】
前述したように、端子３１について、第２板部分４１の断面積は第１板部分４０の断面積よりも小さく、第２板部分４１は細い。このため、貫通孔７０ａとして、面積が小さい貫通孔を用いることができる。この場合において、第２板部分４１と貫通孔７０ａとの間の隙間が小さい。このため、例えば、ハウジング３０に熱風が吹き付けられた場合であっても、第２板部分４１、即ち、ヒューズ２１が大きく傾くことはなく、ハウジング３０は、回路基板２３の板面に対して略垂直に立っている。結果、リフロー方式で実装を行う場合に、治具によってハウジング３０を、略垂直に立っている状態で固定する必要がなく、安価な実装を実現することができる。
【００６９】
（実施形態２）
実施形態１においては、直流電源１１の正極から負荷１２の一端に流れる電流の電流経路において、ヒューズ２１は半導体スイッチ２０の上流側に配置されている。しかしながら、ヒューズ２１が配置される場所は、半導体スイッチ２０の上流側に限定されない。
以下では、実施形態２について、実施形態１と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態１と共通している。このため、実施形態１と共通する構成部には実施形態１と同一の参照符号を付し、その構成部の説明を省略する。
【００７０】
＜給電制御装置１０の構成＞
図１０は、実施形態２における給電制御装置１０の要部構成を示すブロック図である。実施形態２における給電制御装置１０を、実施形態１における給電制御装置１０と比較した場合、ヒューズ２１が配置されている場所が異なる。実施形態２において、半導体スイッチ２０及び駆動回路２２は実施形態１と同様に接続されている。
【００７１】
半導体スイッチ２０のドレインは直流電源１１の正極に接続されている。ヒューズ２１が有する一方の端子３１は半導体スイッチ２０のソースに接続されている。ヒューズ２１が有する他方の端子３１は負荷１２の一端に接続されている。
【００７２】
駆動回路２２が半導体スイッチ２０をオンに切替えた場合、電流は、直流電源１１の正極から、半導体スイッチ２０、ヒューズ２１及び負荷１２の順に流れ、負荷１２に電力が供給される。ヒューズ２１では、電流は、実施形態１と同様に、端子３１、溶断部３２及び端子３１の順に流れる。駆動回路２２が半導体スイッチ２０をオフに切替えた場合、半導体スイッチ２０及びヒューズ２１を介した電流の通流が停止し、負荷１２への給電が停止する。
【００７３】
以上のように、実施形態２における給電制御装置１０では、直流電源１１の正極から負荷１２に流れる電流の電流経路において、ヒューズ２１は半導体スイッチ２０の下流側に配置されている。実施形態２における給電制御装置１０は、実施形態１における給電制御装置１０が奏する効果を同様に奏する。
【００７４】
（実施形態３）
実施形態２における給電制御装置１０は電流を検出する機能を有していてもよい。
以下では、実施形態３について、実施形態２と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態２と共通している。このため、実施形態２と共通する構成部には実施形態２と同一の参照符号を付し、その構成部の説明を省略する。
【００７５】
＜給電制御装置１０の構成＞
図１１は、実施形態３における給電制御装置１０の要部構成を示すブロック図である。実施形態３における電源システム１を、実施形態２における電源システム１と比較した場合、給電制御装置１０の構成が異なる。実施形態３における給電制御装置１０は、実施形態２における給電制御装置１０が有する構成部を同様に有する。実施形態３における給電制御装置１０は、差動増幅器２４を更に有する。差動増幅器２４は、プラス端、マイナス端及び出力端を有する。
【００７６】
差動増幅器２４のプラス端には、半導体スイッチ２０及びヒューズ２１間の接続ノードが接続されている。差動増幅器２４のマイナス端には、半導体スイッチ２０及び負荷１２間の接続ノードが接続されている。差動増幅器２４の出力端は駆動回路２２に接続されている。
【００７７】
ヒューズ２１の溶断部３２は抵抗成分を有する。このため、ヒューズ２１を介して電流が流れた場合、ヒューズ２１において電圧降下が生ずる。差動増幅器２４は、ヒューズ２１が有する２つの端子３１間の電圧値を増幅し、増幅した電流値を駆動回路２２に出力する。以下では、ヒューズ２１が有する２つの端子３１間の電圧値をヒューズ電圧値と記載する。差動増幅器２４の増幅率は一定値である。差動増幅器２４が出力する電圧値は、ヒューズ電圧値と増幅率との積で表される。差動増幅器２４が出力する電圧値は、ヒューズ電圧値が高い程、高い。従って、差動増幅器２４が出力する電圧値はヒューズ電圧値を示す。差動増幅器２４は、ヒューズ電圧値を検出する検出部として機能する。ヒューズ２１の溶断部３２はヒューズ電圧値を検出するための抵抗として用いられる。
【００７８】
電流は、半導体スイッチ２０及びヒューズ２１を介して流れる。以下では、半導体スイッチ２０を介して流れる電流の電流値をスイッチ電流値と記載する。ヒューズ電圧値は、溶断部３２の抵抗値と、スイッチ電流値との積によって表される。
【００７９】
従って、差動増幅器２４の出力電圧値は、スイッチ電流値と、溶断部３２の抵抗値と、差動増幅器２４の増幅率との積で表される。差動増幅器２４の出力電圧値は、スイッチ電流値が大きい程、高い。従って、差動増幅器２４の出力電圧値はスイッチ電流値を示す。ヒューズ２１は、スイッチ電流値を検出するためのシャント抵抗としても機能する。
【００８０】
駆動回路２２は、差動増幅器２４の出力電圧値が一定の基準電圧値未満である場合、実施形態２と同様に、制御信号の電圧に応じて半導体スイッチ２０をオン又はオフに切替える。駆動回路２２は、差動増幅器２４の出力電圧値が基準電圧値以上の電圧値となった場合、制御信号の電圧に無関係に半導体スイッチ２０をオフに切替える。その後、駆動回路２２は、半導体スイッチ２０のオフを維持する。
【００８１】
差動増幅器２４の出力電圧値が基準電圧値である場合、スイッチ電流値は、（基準電圧値）／（（溶断部３２の抵抗値）・（差動増幅器２４の増幅率）で表される。ここで「・」は積を表す。差動増幅器２４の出力電圧値が基準電圧値である場合のスイッチ電流値を電流閾値と記載する。前述したように、駆動回路２２は、差動増幅器２４の出力電圧値が基準電圧値以上の電流となった場合、半導体スイッチ２０をオフに切替える。このため、スイッチ電流値が電流閾値以上の値となることはない。結果、半導体スイッチ２０を介して過電流が流れることが防止される。従って、実施形態３における給電制御装置１０では、ヒューズ２１及び駆動回路２２それぞれが過電流の通流を防止する。
【００８２】
実施形態３における給電制御装置１０は、実施形態２における給電制御装置１０が奏する効果を同様に奏する。
なお、ヒューズ２１が配置される場所は、半導体スイッチ２０の下流側に限定されず、半導体スイッチ２０の上流側であってもよい。この構成は、実施形態１における給電制御装置１０において、差動増幅器２４を更に配置した構成である。ヒューズ２１が半導体スイッチ２０の上流側に配置されている場合、差動増幅器２４のプラス端は直流電源１１及びヒューズ２１間の接続ノードに接続される。差動増幅器２４のマイナス端は、ヒューズ２１及び半導体スイッチ２０間の接続ノードに接続される。
【００８３】
＜変形例＞
実施形態１〜３において、ヒューズ２１が有する端子３１の数は、２に限定されず、３以上であってもよい。例えば、ヒューズ２１が３つの端子３１を有する場合、３つの端子３１は、板面が揃っている状態で、左右方向に一列に並べられる。左側の端子３１及び中央の端子３１に１つの溶断部３２が接続される。中央の端子３１及び右側の端子３１に他の溶断部３２が接続される。中央の端子３１に直流電源１１の正極が接続される。ヒューズ２１が３つの端子３１を有する場合、電源システム１は２つの負荷１２を有する。給電制御装置１０は、２つの半導体スイッチ２０及び２つの駆動回路２２を有する。
【００８４】
ヒューズ２１の中央の端子３１は直流電源１１の正極に接続される。一方の半導体スイッチ２０のドレイン、ソース及びゲートそれぞれは、ヒューズ２１の左側の端子３１、一方の負荷１２の一端及び一方の駆動回路２２に接続される。他方の半導体スイッチ２０のドレイン、ソース及びゲートそれぞれは、ヒューズ２１の右側の端子３１、他方の負荷１２の一端及び他方の駆動回路２２に接続される。２つの負荷１２の他端は接地される。
【００８５】
一方の半導体スイッチ２０がオンである場合、電流は、直流電源１１の正極から、ヒューズ２１の一方の溶断部３２、半導体スイッチ２０及び負荷１２の順に流れる。他方の半導体スイッチ２０がオンである場合、電流は、直流電源１１の正極から、ヒューズ２１の他方の溶断部３２、半導体スイッチ２０及び負荷１２の順に流れる。２つの駆動回路２２それぞれは、制御信号の指示に応じて、２つの半導体スイッチ２０をオン又はオフに切替える。これにより、２つの負荷１２への給電が各別に制御される。
【００８６】
実施形態３においてヒューズ２１が３つの端子３１を有する場合、給電制御装置１０は２つの差動増幅器２４を有する。一方の差動増幅器２４のプラス端、マイナス端及び出力端それぞれは、中央の端子３１、左側の端子３１及び一方の駆動回路２２に接続される。他方の差動増幅器２４のプラス端、マイナス端及び出力端それぞれは、中央の端子３１、右側の端子３１及び他方の駆動回路２２に接続される。各駆動回路２２は、差動増幅器２４の出力電圧値に応じて、実施形態３と同様に、半導体スイッチ２０をオフに切替える。
【００８７】
実施形態３において、差動増幅器２４が検出したヒューズ電圧値は、ヒューズ２１を介して流れる電流の電流経路に配置された電線の電線温度の算出に用いられてもよい。この場合、例えば、ヒューズ電圧値はマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）に入力される。マイコンは、ヒューズ電圧値からスイッチ電流値を算出し、算出したスイッチ電流値に基づいて電線温度を算出する。電線温度が高い場合、マイコンは、半導体スイッチ２０のオフへの切替えを駆動回路２２に指示する。
【００８８】
実施形態１〜３において、端子３１の構成は、第１板部分４０の先端面から第２板部分４１が突出している構成に限定されない。端子３１は、十分に長い第１板部分４０によって構成されてもよい。この場合、貫通孔７０ａの開口は矩形状をなし、第１板部分４０を回路基板２３の貫通孔７０ａに挿入する。第１板部分４０は、半田Ｈによって基板メッキ７１に接続される。
【００８９】
実施形態１〜３において、半導体スイッチ２０は、Ｎチャネル型のＦＥＴに限定されず、例えば、Ｐチャネル型のＦＥＴ、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はバイポーラトランジスタ等であってもよい。また、半導体スイッチ２０及び駆動回路２２の代わりに、ＩＰＤ(Intelligent Power Device)を用いてもよい。この場合、ＩＰＤが回路基板２３の板面に取り付けられる。
【００９０】
開示された実施形態１〜３はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９１】
１  電源システム
１０  給電制御装置
１１  直流電源
１２  負荷
２０  半導体スイッチ
２１  ヒューズ
２２  駆動回路
２３  回路基板
２４  差動増幅器（検出部）
３０  ハウジング
３１  端子
３２  溶断部
４０  第１板部分
４１  第２板部分
５０  金属体
５１  端子メッキ
６０  開口
７０  絶縁基板
７０ａ  貫通孔
７１  基板メッキ
７２  配線パターン
７３  レジスト
Ｃ  車両
Ｈ  半田
【要約】
【課題】リフロー方式での回路基板への取り付けに適したヒューズを備える給電制御装置を提供する。
【解決手段】給電制御装置１０は車両Ｃに搭載される。給電制御装置１０は、半導体スイッチ２０をオン又はオフに切替えることによって、半導体スイッチ２０及びヒューズ２１を介した給電を制御する。半導体スイッチ２０及びヒューズ２１は回路基板に取り付けられている。ヒューズ２１では、長板状の２つの端子３１が一列に並べられている。２つの端子３１の一部及び溶断部３２は、耐熱性を有するハウジングによって覆われている。半導体スイッチ２０を介して流れる電流の電流経路には、２つの端子３１が配置されている。電流は、溶断部３２を介して流れる。溶断部３２の温度が所定温度を超えた場合、溶断部３２は溶断される。
【選択図】図１【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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