(57)【要約】本発明は、如何なる改造もすることなく、種々の車両において使用される電磁リレーの代わりに直接取り付けることができる電子スイッチングモジュールに関する。電子スイッチングモジュール（１５）は、外部環境状態から当該モジュールを保護するプラスチックケース（１）と、電子回路の過熱を防止するアルミニウムブロック（２）と、半導体スイッチング素子トランジスタ（３）と、電子回路素子が配置されるプリント回路カード（４）と、前記プリント回路カードが配置されるカバー（５）と、前記電源回路に対する接続を提供する接点（６）とによって構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
如何なる改造もすることなく、種々の車両において使用される電磁ＤＣリレーの代わりに直接取り付けることができる電子スイッチングモジュールであって、外部環境状態から当該モジュールを保護するプラスチックケース（１）と、電子回路の過熱を防止するアルミニウムブロック（２）と、半導体スイッチング素子トランジスタ（３）と、電子回路素子が配置されているプリント回路カード（４）と、該プリント回路カードが配置されるカバー（５）と、電源回路に対する接続を提供する接点（６）とによって構成されている電子スイッチングモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電子スイッチングモジュールであって、
熱の移動を可能にするための列状の穿孔が設けられているプラスチックケース（１）を特徴とする電子スイッチングモジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子スイッチングモジュールであって、
前記回路内に生じた熱をより迅速に移動させるためにフィンが設けられている角柱状のアルミニウムブロック（２）を特徴とする電子スイッチングモジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一の項に記載の電子スイッチングモジュールであって、
如何なる改造の必要もなく、既に使用されている電磁リレーの接点ガイド内に配置されるようになされている接点（６）を特徴とする電子スイッチングモジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一の項に記載の電子スイッチングモジュールであって、
トリガー用ＤＣ電源（８）、抵抗（Ｒ10）、ＬＯ（１４）、ダイオード（Ｑ10）、第２の抵抗（Ｒ11）（これらは全て前記電源に直列に接続されている）、これら全てに並列に接続されているコンデンサ（Ｃ10）及びシャシ（フレーム）（１３）を含んでいる駆動回路（７）と、入口（ゲート）端（９）が前記駆動回路（７）に接続されているトランジスタ（３）と、前記トランジスタ（３）のＤＣ電源（ドレイン）（１０）端に接続されている抵抗（Ｒ12）と、前記トランジスタのソース端（１１）に接続されている負荷（１２）とからなる電子回路を特徴とする電子スイッチングモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一の項に記載の電子スイッチングモジュールであって、
トリガー用ＤＣ電源に直列に接続されている抵抗（Ｒ20）、互いに並列に接続され次いで前記抵抗に直列に接続されているトランジスタ（Ｔ20）及びダイオード（Ｑ20）、これらを接地するフレーム（１３）並びにこれらに直列に接続されているダイオード（Ｑ21）を含む駆動回路（７）と、互いに並列に接続され次いで前記駆動回路（７）に直列に接続されているダイオード（Ｑ22）、トランジスタ（１０）及び抵抗（Ｒ21）と、前記駆動回路に電力を供給するトリガー用ＤＣ電源（８）と、互いに並列に接続され且つ前記フレーム（１３）に接続されているダイオード（Ｑ23）及び負荷（Ｌ20）と、を含む電子回路を特徴とする電子スイッチングモジュール。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか一の項に記載の電子スイッチングモジュールであって、
互いに並列に接続され次いで前記抵抗に接続されているトランジスタ（１０）及び２つの抵抗（Ｒ31，Ｒ32）と、前記の構成部品を接地するフレーム（１３）とによって構成された電子回路を特徴とする電子スイッチングモジュール。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一の項に記載の電子スイッチングモジュールであって、
前記電源回路においてより高い電流値を得るために、１以上のＬＯと、１以上の同時に作動するトランジスタとが使用されている電子回路を含んでいるプリント回路カード（４）を特徴とする電子スイッチングモジュール。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一の項に記載の電子スイッチングモジュールであって、
並列に接続されることによって起動される同時に作動するＬＯと１以上の電源回路とを含む単一の駆動回路を含む電子回路を特徴とし、スイッチとして使用されることを特徴とする電子スイッチングモジュール。
【請求項１０】
トランジスタを出ていく負荷に並列に接続されている抵抗を含む電子回路を特徴とし、電流に対する制御を提供することによってフューズとして使用される電子スイッチングモジュール。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、如何なる改造もすることなく種々の車両内で使用される電磁ＤＣリレーの代わりに直接取り付けることができる電子スイッチングモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の技術状況においては、車両の電気付属品は直流によって駆動される。例えば、電磁リレー、ランプ、自動ドアロック、自動ウィンドウ開閉装置、ワイドスクリーンワイパー、ベンチレータ、信号機構、スタータモーター駆動装置（アクチュエータ）、エアーコンディショナ装置、燃料ポンプ、噴射器、ＡＢＳ（アンチブレーキ・システム）、ＥＳＲ（電子減速装置）、ＡＳＲ（アンチスピン・レギュレータ）、ＴＣＳ（牽引制御装置）、リターダ、トランスミッション及びパワートレインのような車両の多くの部品内で使用されている。更に、電磁ＤＣリレーは、いくつかの工業的な用途において使用されている。
【０００３】
しかしながら、前記電磁リレーは以下に挙げる多くの不利な点を有する。
・駆動回路のコイルによって形成される磁場によって接続されたり遮断されたりする 
接点が機械的であるので、回路を開いたり／閉じたり再にノイズが発生する。
・電磁リレーは、関連する電気回路内に電磁汚染を惹き起こし、これは、今日の技術に
おいて使用される電気機構に対する否定的な影響につながる。
・機械的な接点の結果として、電磁リレーのオン／オフ切り換え速度は遅く、言い換え
ると、それらの応答時間は極めて長く、例えば、１００乃至２００ｍｓ（ミリ秒）で
ある。この遅いオン／オフ切り換えは、システムの反応時間を遅らせ且つ接点の摩耗
も惹き起こす。
・電磁リレーのための電源供給回路は、約５０乃至２００ｍＡｍｐｓの電流を引き出
す。このような高い電流値は、多量の電力消費を必要とするばかりでなく種々の問題
にもつながる。第１に、コイルとコイルに対向する接点とは、時間が経つと加熱し且
つ接続の形成及び／又は遮断の際の火花の形成につながる。加熱及び火花の形成は、
両方とも、腐食性作用を及ぼし、これは、接点従ってリレーを損傷させるかも知れな
い。特に、通行人の安全性が極めて重要である輸送車両においては、欠陥のある電磁
リレーは多くの事故につながる。更に、事故の際には、たとえリレーが損傷していな
くても、形成された火花は、タンク内の燃料を爆燃させ燃焼させるかも知れない。更
に、大気の条件及び／又は形成された火花によって形成される腐食作用は、前記リ
レーの接触抵抗の増大を生じる。このような高い接触抵抗を有するリレーにおいて
は、熱損失が増大し、システムが不効率に作動し始める。最後に、駆動回路において
も高い電流を引き出すために太い電線が使用されることを必要とされるので、電線の
長さが長くなるにつれてコストが著しく増大する。
【０００４】
電磁リレーは、所与の電圧下で決定された誤差範囲内で作動する。これらの誤差は８０％乃至１０％の駆動電圧限度によって規定される。前記限度を超えると、リレーは、加熱するか又は必要とされる応答を提供しないことにより、モジュールの作動に対して否定的な影響を有するであろう。
【０００５】
電子スイッチングモジュールにおいては、極めて広い駆動範囲が提供される。簡単に言うと、電子スイッチングモジュール（１２Ｖ  ＤＣか２４Ｖ  ＤＣのモジュール）は、何の問題もなく両方の電圧領域で作動する。更に、これは、電磁リレーと比較して、自動故障検知及び情報提供のような特徴を有している。
【０００６】
ＥＰ  １２０７６２２号には、半導体リレーが開示されており、これらのリレーはＤＣリレーではなくＡＣリレーである。この発明において使用されているトリスタ（ｔｒｉｓｔｏｒ）は、交流電流／交流電圧を利用することによってＤＣ極性化を得るために使用されるシリコン粒子である。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の目的は、如何なる改造条件も必要とせずに電磁リレーの代わりに容易に且つ取り外し可能に取り付けることができる適切で且つ経済的なＤＣ電子スイッチングモジュールを実現することである。
【実施形態】
【０００８】
本発明の上記した目的を達成するために実施化された電子スイッチングモジュールが添付図面に示されている。図面に示されている構成部品を以下に列挙する。
１．プラスチックケース、          ２．アルミニウムブロック、
３．トランジスタ（ＴＲ）、          ４．プリント回路基板、
５．カバー（蓋）、                  ６．接点、    ７．駆動回路、
８．トリガー用ＤＣ電源、          ９．入口（ゲート）、
１０．ＤＣ電源（ドレイン）、      １１．ソース、
１２．負荷、                      １３．フレーム（アース）、
１４．ＬＯ（論理順序）、          １５．電子スイッチングモジュール
本発明の好ましい実施形態においては、電子スイッチングモジュール（１５）は、外部環境条件から当該モジュールを保護するプラスチックケース（１）と、電子回路の加熱を防止するアルミニウムブロック（２）と、半導体スイッチング素子トランジスタ（３）と、電子回路部品が配置されているプリント回路カード（４）と、前記プリント回路カードが配置されるカバー（５）と、電源回路への接続を提供している接点（６）とから構成されている（図４乃至６）。
【０００９】
前記モジュールを外部環境条件から保護するプラスチックケース（１）はまた、前記モジュールを電気的に絶縁している。高温においても手を火傷することなく保持することができる。熱の移動を可能にするために列状の穿孔が設けられている。
【００１０】
角柱状のアルミニウムブロック（２）は、回路内に生じた加熱の比較的迅速な外部への熱伝達を提供するために、回路の周囲を閉塞している。熱の移動を増大するために前記ブロック（２）上にフィンが設けられている。
【００１１】
半導体スイッチング素子トランジスタ（３）は、駆動回路のためのＤＣ電源によって供給される電流によって負荷（１２）を含む電源回路を駆動するために使用されている。
トランジスタ（３）と駆動回路（７）上に配置された電子回路部品とは、プリント回路カード（４）上に配置されており、このプリント回路カード（４）は、次いで、カバー（５）の上方部分に配置される。接点（６）はカバー（５）の下方部分に取り付けられている。前記カバーと接点とは、接点を以前に使用された電磁リレー接点ガイド内に配置するのに改造が必要とされないような配置とされている。
【００１２】
図１は、電子スイッチングモジュールのプリント回路カード上に配置された電子回路の回路図である。駆動回路（７）は、トリガー用ＤＣ電源（８）、抵抗（Ｒ10）、ＬＯ（１４）、ダイオード（Ｑ10）及び第２の抵抗（Ｒ11）（これらは全て前記電源に直列に接続されている）と、これらの全てに並列に接続されているコンデンサ（Ｃ10）と、シャシ（フレーム）（１３）とから構成されている。前記回路は、その入口（ゲート）端（９）によって駆動回路（７）に接続されているトランジスタ（３）を含んでいる。トランジスタ（３）のＤＣ電源（ドレイン）端（１０）は、トリガー用ＤＣ電源（８）に接続されており、一方、そのソース端（１１）は、抵抗（Ｒ12）及び負荷（Ｌ10）に接続されており、これらはフレーム（１３）につながっている。
【００１３】
図１に示されている回路が当該モジュール内で使用されているときは、ＤＣ電源から供給される電流は、トランジスタの入口（９）すなわちゲートに送られてトランジスタにトリガーをかける。次いで、トランジスタは、導通状態となり（スイッチが閉じ）、ＤＣ電源（ドレイン）（１０）端から供給された電源回路の電流は、ソース（１１）へ送られ、接点によって負荷を通り越すことによって電源回路を起動させる。
【００１４】
抵抗（Ｒ12）は、負荷を通過する電流の制御を提供し、この特徴によって、これが許容する電流パラメータの限度内で回路要素を診断しながら保護して制御状態に保つ。
この保護過程は、典型的なフューズを備えた場合であるので、動作終了時に損傷を受ける虞が存在しない。
【００１５】
状態の否定的な影響が排除されると、システムは再スタートされ且つ次に起こり得る否定的な状態から保護される。これらの否定的な状態は、熱的要因、過電圧パラメータ及び過電流パラメータである。
【００１６】
ここでは、トランジスタ（３）の極めて低い内部抵抗及び電気容量並びにこれに関連した極めて高いゲート抵抗が、トランジスタを、一定しない時間間隔で誤ったすなわち命令されていない“オン又はオフ”位置に移動させ、このことは動作の安定性を害する。このような状況を避けるためには、ＰＷＭ（パルス幅変調）技術が採用される。この技術は、半導体を飽和又は作動状態にするために開発された改良されたＬＯ技術に基づいている。トランジスタのより安定した動作を提供するために、過電圧値及び過電流値がＰＷＭによって制御される。
【００１７】
本発明のもう一つ別の実施形態においては、図２に示された回路が使用されている。この回路においては、トリガー用ＤＣ電源に直列に接続されている抵抗（Ｒ20）、互いに並列に接続され且つ続いて前記抵抗に直列に接続されているトランジスタ（Ｔ20）及びダイオード（Ｑ20）、トランジスタ（Ｔ20）及びダイオード（Ｑ20）を接地するフレーム（１３）並びにトランジスタ（Ｔ20）及びダイオード（Ｑ20）に直列に接続されているダイオード（Ｑ21）によって構成されている駆動回路（７）は、互いに並列に接続され且つ次いで前記駆動回路（７）に直列に接続されているダイオード（Ｑ22）、トランジスタ（１０）及び抵抗（Ｒ21）、前記駆動回路に給電するトリガー用ＤＣ電源（８）並びに互いに並列に接続され且つこれらをフレーム（１３）に接続しているダイオード（Ｑ23）及び負荷１２を含んでいる。
【００１８】
モジュールが図２に示された回路によって作動すると、負荷は、電磁場の連続するフレーム（１３）（負）側に残される。バッテリ電圧は、制御された方法で駆動回路（７）及び負荷（１２）に送られる。内部抵抗が低いので、ＤＣ電源（ドレイン）（１０）とソース（１１）との間に無視できる程度のわずかな電圧が生じる。入口（ゲート）（９）からの前記最小の電圧差は制御することはできない。この電圧差はＰＷＭによって制御される。ＤＣ電源（ドレイン）（１０）とソース（１１）との間の微小な（無視できる）内部抵抗の影響は、種々の測定間隔で排除され、従って、該モジュールに対して中断されないモードで実施するための電圧差が形成される。
【００１９】
回路のドライバ部分とモジュールとは、接地の循環的構造に従って作動する。自動車／車両技術にけるリレーの使用を可能にする１００％の整合性を得るために、ドライバ部分の引き込みとフレーム（１３）に対する正確な一方向交番がｎｐｎトランジスタの極性化によって実施される。
【００２０】
接地循環上に形成される逆電流作用からモジュールを保護するために、駆動回路にダイオード合成物が配置されている。
本発明のもう一つ別の実施形態（図３）においては、回路は、トリガー用ＤＣ電源（８）から電力を供給される抵抗（Ｒ30）と、トランジスタ（１０）と、互いに並列に接続され続いて前記抵抗に接続されている２つの抵抗（Ｒ31，Ｒ32）と、上記の構成部品をアースに接続するフレーム（１３）とによって構成されている。
【００２１】
モジュールが図３に示された回路によって作動するとき、この回路と図２に示された回路とにおいて観察される主要な違いは、システム内に存在する構造に対する負荷の内部抵抗がトランジスタ（３）の内部抵抗よりも大きいことであり、これは、トランジスタ（３）を作動させるのに十分な電圧差を生じる。ここではパルス変調は必要とされない。入力電圧は、システムの電圧と同位相であり且つ逆方向である。
【００２２】
これは、トランジスタ（３）を伝達モードに連続的に且つ一定に保つ。入力電圧が取り除かれると、トランジスタ（３）は如何なる伝達も実現しない。このような実施には論理順序が存在しないので、シリコンチップのオン／オフ時間は４、５マイクロ秒の範囲に保たれる。なぜならば電子媒体内の遅延構造が無視できるからである。一方、前記オン／オフ時間は理想的なスイッチング時間である。
【００２３】
電源回路内により高い電流値を得るためには、１以上のＬＯ及びトランジスタが使用される。トランジスタの並列運転は、ＬＯが接続されるトランジスタを同時に作動させること、従って、電源回路によって得られる電流値を増すことによって確保される。ここで準備すべき条件はトランジスタの同時作動である。
【００２４】
電子スイッチングモジュールの内部温度の範囲は、電磁リレーと比較してより高い。
接合部の温度の上限及び下限は、各々、−４０℃と＋１５０℃とである。内部抵抗は、上限温度においてさえ３〜５ミリオームに制限される。この差は、電流リレーと電子スイッチングモジュールとを区別する決定的な特徴である。
【００２５】
各々の電子スイッチングモジュールは、入手可能なリレーの１２Ｖ、２４Ｖ、４２ＶのＤＣバンドの全てに対して作動することができる。前記モジュールが全種類の電圧バンドで作動することができるという事実によって、製造の際の電流制御の自由度が提供され、電圧パラメータの代わりに電流パラメータがスイッチ製品の貯蔵のために使用されるときには、在庫／貯蔵が大幅に促進される。モジュールが比較的高い電圧で作動する場合には、駆動回路内のトランジスタは、種々の電圧及び電流値を有するトランジスタによって置き換えても良い。
【００２６】
電子スイッチモジュール回路内のスイッチング時間はマイクロ秒で表される。この短い時間によって、該モジュールは、より迅速にスイッチが入れられ、より効率良く作動する。
【００２７】
モジュールのこの迅速な応答特性は、特にＡＢＳ及び／又はＥＳＲ装置内の電磁リレー及びソレノイドにコマンドを送る駆動装置の遅延を最少にする。この特徴は、電磁リレーの遅延を排除し且つ装置が機械的な遅延（ソレノイドの動く速度）のみによって遅い応答を呈するのを可能にして遅延を出来る限り少なくする。一方、この作用は、ＡＢＳ、ＥＳＢ、ＡＳＲ及びＥＢＶの応答時間を１０〜２０％の割合で加速する。
【００２８】
本発明によるモジュールはまた、駆動ユニットに使用して、ＡＢＳ、ＥＳＢ、ＡＳＲ技術において直接実施することによって、電磁リレーと比較してより速い応答を受けることにも寄与する。
【００２９】
駆動回路（７）においては、マイクロアンペア程度の低い電流がトランジスタ（３）をトリガーするために使用されている。電磁リレーの作動に必要とされる１００ミリアンペア（ｍＡ）の値の電流が考慮されるとき、本発明のスイッチングモジュールを備えた電源回路を作動させることは電流の揺れにつながるであろう。前記電子スイッチングモジュールは低い電流及び電圧によって駆動されるので、人間の健康を害する虞を含んでいない。更に、並列に接続される１以上の電源回路を単一の駆動回路によって起動させることができる。この場合には、前記モジュールはスイッチとして使用される。最も重要な特徴はＬＯが同時に作動することであり、この特徴がないと、各ＬＯが独立して作動するときには、電源回路は増加せずに減少する。この不所望な状態は、装置にＲＣ回路を付加することによって解消される。
【００３０】
前記モジュールを、より小さい面積内で又はＰＣＢ（プリント回路基板）のベースとして使用することも可能である。このモジュールは、必要とされる場合には極めて小さい面積内で使用することができることを特徴としている。
【００３１】
この特徴は、ＳＭＤ（じか付け素子）又はＣＯＢ（基板上回路）技術によってもたらされる。このモジュールの電子素子は、再設計されて極めて小さい物理的面積、例えば、数平方センチメートル内に配置される。
【００３２】
本発明の別の実施形態においては、モジュールは、コントロールパネル装置を形成するために、ＰＣＢ論理内に再構成されている。前記モジュールは、前記パネルと共にフューズとして機能する。
【００３３】
本発明の別の実施形態においては、電子スイッチングモジュールは、電子点火、電子機雷及び弾倉装置、タンク又は航空機のタレット装置を動かすため及び電子機械的リレーによって指令することができる全てのタイプの用途のためのアームにおいて使用されている。このような装置においては、応答時間（オン／オフ回路）が短く且つ内部抵抗が小さいので、機械的開閉速度及び単位時間当たりの弾丸の点火数は増大せしめられる。更に、装置内で起こるある種の不所望な状態、温度等は、コンピュータによって評価して“ストップ／スタート”コマンドをいくつかの回路要素へ送ることができる。
【００３４】
本発明による電子スイッチングモジュールは、その製造及び動作を促進する簡単な構造を有している。これは、改造することなく古い電磁リレーの面内に装備することができ、製造ラインに著しい変更を加える必要なく新しい装置に装備することもできる。
【００３５】
これらに加えて、この電子スイッチングモジュールは、その高い効率及び速い応答速度によって、車両における腐食作用を排除する。
その応答の迅速性によっては、本装置の電力汚濁度及び調和作用に関して、回路の作動に如何なる不利な点も生じない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、電子スイッチング回路図である。
【図２】図２は、負荷が正側から負側に向けられたときの電子スイッチング回路図である。
【図３】図３は、負荷の下側にあるトランジスタ（３）が駆動されているときの電子スイッチング回路図である。
【図４】図４は、電子スイッチングモジュールの分解斜視図である。
【図５】図５は、電子スイッチング回路の分解上面図である。
【図６】図６は、電子スイッチング回路の取り付け状態の側面図である。
【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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【国際調査報告】
2005532009.tif 000009
2005532009.tif 000010
2005532009.tif 000011