(57)【要約】【課題】安全性を高めた電力供給装置を提供する。【解決手段】電源１の電力を負荷回路２に供給する電力供給装置１００であって、電源１からの電力を負荷回路２に供給する電力供給線に接続されている複数の半導体スイッチ１１а、１２аと、バイパス回路５０と、半導体スイッチ１１а、１２аの駆動電圧を制御し、半導体スイッチ１１а、１２аの状態を検出するコントローラ３０とを備え、複数の半導体スイッチ１１а、１２аは電源１と負荷回路２との間で直列に接続され、高電位側の第１半導体スイッチ及び低電位側の第２半導体スイッチを含み、バイパス回路５０は、第１半導体スイッチの高電位側端子と低電位側端子との間に接続され、コントローラ３０は、第１半導体スイッチと第２半導体スイッチとの間の接続点の電圧を検出電圧として検出し、検出電圧に基づき第２半導体スイッチに異常が生じているか否か判定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の電力を負荷回路に供給する電力供給装置であって、
前記電源からの電力を前記負荷回路に供給する電力供給線に接続されている複数の半導体スイッチと、
バイパス回路と、
前記半導体スイッチの駆動電圧を制御し、前記半導体スイッチの状態を検出するコントローラとを備え、
前記複数の半導体スイッチは前記電源と前記負荷回路との間で直列に接続され、高電位側の第１半導体スイッチ及び低電位側の第２半導体スイッチを含み、
前記バイパス回路は、前記第１半導体スイッチの高電位側端子と低電位側端子との間に接続され、
前記コントローラは、前記第１半導体スイッチと前記第２半導体スイッチとの間の接続点の電圧を検出電圧として検出し、前記検出電圧に基づき前記第２半導体スイッチに異常が生じているか否か判定する電力供給装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力供給装置であって、
前記コントローラは、
前記第１半導体スイッチをオンにし、前記第２半導体スイッチをオンにした状態で、前記接続点の電圧を接続点電圧として検出し、
前記接続点電圧を閾値電圧に設定し、
前記検出電圧と前記閾値電圧とを比較し、その比較結果に基づき前記第２半導体スイッチに異常が生じているか否か判定する電力供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電力供給装置であって、
前記バイパス回路は、
前記第１半導体スイッチをオフにした状態で、前記電源の電圧を用いて前記接続点に所定電圧をかける電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源の電力を負荷に供給する電力供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体のスイッチ素子及び電流センス機能を備える回路を内蔵したインテリジェント・パワー・スイッチを利用する場合に、マイクロコンピュータ等の制御部が、スイッチ素子に流れる電流の大きさに比例したセンス信号の電圧を監視し、制御入力端子に印加される二値信号の高低に応じた閾値と比較した結果により、半導体ショート故障の有無を識別する半導体異常検出回路が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１５６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の半導体異常検出回路では、センス信号を取得するために、スイッチ素子をオンにしなければならない。すなわち、スイッチ素子の異常を検出するためには、スイッチ素子に電流に流す必要があり、例えば短絡故障などの異常時にはスイッチ素子のオンにより過電流が流れる可能性があるため安全性が低いという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、安全性を高めた電力供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係る電力供給装置は、電源の電力を負荷回路に供給する電力供給装置であって、前記電源からの電力を前記負荷回路に供給する電力供給線に接続されている複数の半導体スイッチと、バイパス回路と、前記半導体スイッチの駆動電圧を制御し、前記半導体スイッチの状態を検出するコントローラとを備え、前記複数の半導体スイッチは前記電源と前記負荷回路との間で直列に接続され、高電位側の第１半導体スイッチ及び低電位側の第２半導体スイッチを含み、前記バイパス回路は、前記第１半導体スイッチの高電位側端子と低電位側端子との間に接続され、前記コントローラは、前記第１半導体スイッチと前記第２半導体スイッチとの間の接続点の電圧を検出電圧として検出し、前記検出電圧に基づき前記第２半導体スイッチに異常が生じているか否か判定する。
［２］上記発明において、前記コントローラは、前記第１半導体スイッチをオンにし、前記第２半導体スイッチをオンにした状態で、前記接続点の電圧を接続点電圧として検出し、前記接続点電圧を閾値電圧に設定し、前記検出電圧と前記閾値電圧とを比較し、その比較結果に基づき前記第２半導体スイッチに異常が生じているか否か判定してもよい。
［３］上記発明において、前記バイパス回路は、前記第１半導体スイッチをオフにした状態で、前記電源の電圧を用いて前記接続点に所定電圧をかけてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体スイッチの異常判定を行うために半導体スイッチをオンにしなくてもよいため、電力供給装置の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態における電力供給システムを示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すコントローラによる、半導体スイッチの異常判定処理の制御フローを示すフローチャートである。
【図３】図３は、ステップＳ６の異常診断処理の判定ロジックを示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本実施形態における電力供給システムを示すブロック図である。
【００１０】
本実施形態における電力供給システムは、バッテリなどの電源から出力される電力を、負荷回路に供給するシステムである。電力供給システムは、例えば電気自動車等の車両に搭載されており、車両に設けられたバッテリの電力を、ランプ、パワーウィンド、ナビゲーションシステム、又は、エアーコンデョナ等の負荷回路に供給する。この電力供給システムは、図１に示すように、電源１、負荷回路２、ハーネス３、電力線４、上位コントローラ５、及び電力供給装置１００を備えている。
【００１１】
電源１は、例えば、車両に搭載される直流電源である、このような電源１としては、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の２次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタ等を用いることができる。
【００１２】
電源１は、ハーネス３及び電力線４を介して負荷回路２に対して電力を供給している。負荷回路２は、等価的に電気抵抗成分と電気容量成分とを含んで構成されている。本実施形態の負荷回路２は、インダクティブ成分ＬとしてインダクタンスＬを有し、抵抗成分として抵抗Ｒを有し、容量成分としてキャパシタＣを有している。また負荷回路２は、ハーネス３を介して電力供給装置１００に接続されている。電源１と電力供給装置１００との間は、電力線４で接続されている。すなわち、ハーネス３及び電力線４が、電源１からの電力を負荷回路２に供給するための電力供給線に相当する。なお、以下の説明では、ハーネス３及び電力線４により、電源１から負荷回路２に接続される配線を、電力供給線とも称している。負荷回路２は、スイッチングデバイス１２より下流側に接続された回路である。半導体スイッチ１２よりも上流側には、半導体スイッチ１１を介して電源１が接続されている。負荷回路２は、グランド（ＧＮＤ）に接続されている。
【００１３】
抵抗Ｒは、ランプ等の灯火系、ワイパ、ウォッシャ、又はその他ＥＣＵ等の車載機器である。この抵抗Ｒは、一端がハーネス３及びスイッチングデバイス１１、１２を介して電源１に接続されており、他端が接地されている。キャパシタＣは、たとえば、電源１から供給される直流電流を平滑化する平滑キャパシタ、又は、ノイズ吸収用キャパシタである。このキャパシタＣは、一端がハーネス３及びスイッチングデバイス１１、１２を介して電源１に接続されており、他端が接地されている。電源１に対して、抵抗ＲとキャパシタＣは、並列に接続されている。なお、負荷回路２と電源１との間には、ハーネス３，電力線４やスイッチングデバイス１１、１２以外の構成要素が介在していてもよい。また、本実施形態では、抵抗ＲやキャパシタＣの他端は、いずれも接地されているが、特に上述に限定されない。等価的に示した回路モデルにおいて、インタラクティブ成分、抵抗成分と容量成分とが存在していれば、各成分の接続先は特に限定されない。
【００１４】
電力線４は、電源１と、電力供給装置１００に含まれる半導体スイッチ１１との間に接続されている。ハーネス３は、負荷回路２と、電力供給装置１００に含まれる半導体スイッチ１２との間に接続されている。電力線４及びハーネス３の形状（主に配線径）は、電源供給システムにおいて許容される許容電流値に応じて設計されている。ここで、電力線４及びハーネス３の配線径について説明する。本実施形態とは異なり、負荷回路２を保護するためには、ヒューズを電力線４に接続することが考えられる。ヒューズは、大電流の導通により配線が切れることで、電流を遮断する。そのため、ヒューズと電気的に接続されている電力線４及びハーネス３は、少なくとも、ヒューズ配線が切れるまでの電流を導通させる必要があるため、電力線４及びハーネス３には、配線径の大きな配線を用いる必要がある。一方、本実施形態では、後述するように、ヒューズが電力線に接続されていないため、従来と比較して、配線径の小さい電力線４及びハーネス３を用いることができる。
【００１５】
上位コントローラ５は、車両全体を制御するコントローラである。上位コントローラ５は、ＣＡＮなどの通信網により、電力供給装置１００に設けられたコントローラ３０とつながっている。
【００１６】
電力供給装置１００は、電源１と負荷回路２との間の電気的な導通と遮断とを切り替えるスイッチング機能（ドライブ機能）と、スイッチングデバイス１１、１２の状態を診断する自己診断機能と、負荷回路２を保護する負荷保護機能を有している。
【００１７】
電力供給装置１００は、図１に示すように、スイッチングデバイス１１、１２、電源レギュレータ２０、コントローラ３０、電圧センサ４０、及びバイパス回路５０を備えている。スイッチングデバイス１１、１２、電源レギュレータ２０、及びコントローラ３０は弱電用の配線により接続されており、電源レギュレータ２０の出力電流が、コントローラ３０を介して、スイッチングデバイス１１、１２に流れるように、配線網又は配線パターンが形成されている。コントローラ３０は、スイッチングデバイス１１、１２に含まれる各センサ１１ｂ、１２ｂと、信号線又は配線パターンで接続されている。
【００１８】
電力線４には、スイッチングデバイス１１、１２が接続されている。スイッチングデバイス１１は、半導体スイッチ１１аとセンサ１１ｂとを単一のチップでモジュール化したデバイスである。スイッチングデバイス１２は、スイッチングデバイス１１と同様に、半導体スイッチ１２аとセンサ１２ｂを１つのチップに集積化したデバイスである。
【００１９】
半導体スイッチ１１а、１２аには、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子を用いることができる。本実施形態では、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いているが、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴでもよい。
【００２０】
半導体スイッチ１１а、１２аは、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極とを有している。半導体スイッチ１１аのドレイン電極は、電力線４を介して電源１と接続されている。半導体スイッチ１１аのソース電極は、センサ１１ｂを介して、半導体スイッチ１２ａのドレイン電極に接続されている。半導体スイッチ１２аのソース電極は、センサ１２ｂを介して負荷回路２に接続されている。半導体スイッチ１１а、１２ａのゲート電極は、配線を介してコントローラ３０の駆動部３１に接続されている。この半導体スイッチ１１а、１２ааは、駆動部３１からゲート電極に出力されるスイッチング信号（駆動電圧）によりオンとオフの切り替えが可能となっている。
【００２１】
ハイレベルの駆動電圧がゲート電極に入力されると、半導体スイッチ１１аは、ドレイン電極とソース電極との間が導通するオン状態となる。これにより、電源１と負荷回路２との間が導通し、電源１の電力が負荷回路２に供給される。一方、ゲート電極に、ローレベルの駆動電圧が入力されると、半導体スイッチ１１аは、ドレイン電極とソース電極との間を遮断するオフ状態となる。これにより、電源１と負荷回路２との間が遮断し、電源１から負荷回路２への電力供給が停止する。
【００２２】
センサ１１ｂは、半導体スイッチ１１аの状態を検出するセンサである。センサ１１ｂには、例えば電流センサが用いられる。センサ１１ｂは、半導体スイッチ１１аのソース電極に接続されており、半導体スイッチ１１аのドレイン−ソース間に流れる電流を検出し、信号線を介して検出値をコントローラ３０に出力する。半導体スイッチ１２ａのソース電極には、半導体スイッチ１２аの状態を検出するセンサ１１ｂが接続されている。なお、センサ１１ｂ、１２ｂには、電流センサの代わりに温度センサを用いてもよく、半導体スイッチ１１а、１２аの各温度を検出することで、半導体スイッチ１１а、１２аの状態を検出してもよい。
【００２３】
半導体スイッチ１１ａ及び半導体スイッチ１２ａは、電源１と負荷回路２との間で直列に接続されている。直列接続された複数の半導体スイッチ１１ａ、１２ａのうち、半導体スイッチ１１ａが、高電位側（上流側）で電源１から負荷回路２までの電気的な導通及び遮断を切り替え、半導体スイッチ１２ａが低電位側（下流側）で電源１から負荷回路２までの電気的な導通及び遮断を切り替える。半導体スイッチ１１ａが、従来のヒューズの保護機能を有している。そして、半導体スイッチ１２ａの異常発生時には、半導体スイッチ１１ａをオンからオフに切り替えることで、負荷回路２が保護される。また、半導体スイッチ１１ａの異常発生時には、半導体スイッチ１２ａをオンからオフに切り替えることで、負荷回路２が保護される。
【００２４】
なお、スイッチングデバイス１１の接続部分に、スイッチングデバイス１１の代わりに、機械的に遮断するヒューズを接続することも考えられる。このようなヒューズは、大電流の導通等により溶断されると、復帰することが容易ではない。本実施形態における電力供給装置は、半導体スイッチ１１а、１２аを用いているため、電源１と負荷回路２との間を遮断した後に、電源１と負荷回路２を導通させることができる。
【００２５】
なお、スイッチングデバイス１１は、半導体スイッチ１１а及びセンサ１１ｂの他に、制御回路（図示しない）を含みつつ、ＩＰＤ（Intelligent Power Device）等のＩＣにより構成されてもよい。ＩＰＤに含まれる制御回路は、センサの１１ｂの検出結果から、半導体スイッチ１１аの異常を検知した場合には、半導体スイッチ１１аをオフする機能を有している。すなわち、ＩＰＤで構成されるスイッチングデバイス１１は、自己診断機能を有してもよい。
【００２６】
電源レギュレータ２０は、電源１の出力電圧をコントローラ３０の動作電圧に変換する回路である。電源レギュレータ２０は電力線４に接続されている。
【００２７】
コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器予備入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータから構成されている。またコントローラ３０は、マイクロコンピュータを１チップで集積化されている。
【００２８】
コントローラ３０は、駆動部３１、制御部３２、及びメモリ３３を有している。駆動部３１は、半導体スイッチ１１а、１２аの各ゲート端子に対してゲート電圧を印加する駆動回路を有している。駆動部３１は、昇圧回路を用いて、電源レギュレータ２０から出力される電圧を昇圧させて、ゲート電圧を生成する。
【００２９】
駆動部３１には、制御部３２から駆動要求信号が入力される。駆動要求信号が駆動部３１に入力されると、駆動部３１は、半導体スイッチ１１а、１２аのオン、オフを切り替えるため信号（以下、スイッチング信号と称す）を半導体スイッチ１１а、１２аのゲート電極に出力することで、半導体スイッチ１１а、１２аの駆動電圧を設定する。駆動部３１は、半導体スイッチ１１а及び半導体スイッチ１２аをそれぞれ独立して、オン、オフを切り換えることができる。
【００３０】
制御部３２は、上位コントローラ５からの外部要求信号に応じて、半導体スイッチ１１а、１２аのオン状態とオフ状態を切り替えるための駆動要求信号を、駆動部３１に出力する。また、制御部３２は、センサ１１ｂ、１２ｂを用いて、半導体スイッチ１１а、１２аの自己診断制御を実行する。例えば、制御部３２は、半導体スイッチ１１а及び半導体スイッチ１２аをオンにするための駆動要求信号を出力している状態で、センサ１１ｂの検出電流がゼロ又はゼロに近い値である場合には、半導体スイッチ１１аのオープン故障が発生している可能性がある。制御部３２は、センサ１１ｂ、１２ｂの検出値から、半導体スイッチ１１а、１２аが駆動要求信号で示される指令どおりに動作しているか否かを判定する。そして、半導体スイッチ１１а、１２аが指令どおりに動作していない場合には、制御部３２は、半導体スイッチ１１а、１２аに異常が生じていると判定する。
【００３１】
なお、制御部３２による自己診断方法は、上記の診断方法に限らず他の診断方法でもよい。制御部３２は、半導体スイッチ１１а、１２аの短絡等の異常を診断してもよい。具体的な一例として、制御部３２は、センサ１１ｂ、１２ｂの検出電流から、半導体スイッチ１１а、１２аがターンオンしてからの電流特性を測定する。ターンオンさせるための駆動電圧が半導体スイッチ１１аのゲート電極に印加されたにもかかわらず、半導体スイッチ１１аのドレインソース間の電圧が上昇しない場合には、半導体スイッチ１１аの内部で短絡が発生している可能性がある。制御部３２は、半導体スイッチ１１аのターンオン動作後に、電圧が上昇しない場合には、半導体スイッチ１１аの内部短絡等により、半導体スイッチ１１аに異常が生じていると判定する。
【００３２】
また制御部３２は、半導体スイッチ１１а、１２аの過熱による異常を診断してもよい。温度センサがセンサ１１ｂ、１２ｂに使用される場合には、制御部３２はセンサ１１ｂ、１２ｂの検出温度に基づき、半導体スイッチ１１а、１２аが過熱された状態であるか否かを診断する。特に、スイッチングデバイス１１、１２が隣接してレイアウトされている場合に、半導体スイッチ１１аが過熱された状態となると、半導体スイッチ１１аの熱が、隣の半導体スイッチ１２аに伝わり、半導体スイッチ１２аの温度が高くなる可能性がある。制御部３２が、半導体スイッチ１１а、１２аの温度を管理し、過熱による半導体スイッチ１１а、１２аの異常を診断することで、半導体スイッチ１１а、１２аを保護することができる。
【００３３】
制御部３２は、半導体スイッチ１１а、１２аに異常が生じていると判定した場合には、駆動部３１に対して、半導体スイッチ１１а、１２аをオフにするための駆動要求信号（オフ信号）を出力する。制御部３２は、半導体スイッチ１１а、１２аのうち、異常ありと判定した半導体スイッチをオフにするように、オフ信号を出力する。駆動部３１は、当該オフ信号を受信し、半導体スイッチ１１а、１２аのゲート電圧を低くして、半導体スイッチ１１а、１２аをオンからオフに切り換える。制御部３２は、自己診断の結果を上位コントローラ５に出力する。
【００３４】
また、制御部３２は、過電流が負荷回路２に流れないようにするために、センサ１１ｂ、１２ｂの検出値に応じて、負荷回路２の保護動作を実行する。具体的には、制御部３２は、メモリ３３に保存されている保護電流閾値と、センサ１１ｂ、１２ｂの検出電流の値とを比較する。そして、検出電流の値が保護電流閾値より高い場合には、制御部３２は半導体スイッチ１１а、１２аをオンからオフに切り換える。これにより、半導体スイッチ１１а、１２а及び負荷回路２が保護される。
【００３５】
電圧センサ４０は、半導体スイッチ１１аと半導体スイッチ１２аとの間の接続点Ｍの電圧を検出する。接続点Ｍは、スイッチングデバイス１１とスイッチングデバイス１２との間を接続する配線上の点である。言い換えると、半導体スイッチ１１аのソース端子（低電位側の端子）と半導体スイッチ１２аのドレイン端子（高電位側の端子）間を接続している配線上の点である。スイッチングデバイス１１とスイッチングデバイス１２との間の中間電位は、接続点Ｍの電位に相当する。
【００３６】
電圧センサ４０は、接続点Ｍの電圧を検出し、検出された電圧をコントローラ３０に出力する。コントローラ３０は、電圧センサ４０を用いて、接続点Ｍの電圧を検出している。
【００３７】
バイパス回路５０は、半導体スイッチ１１аのドレイン端子とソース端子との間に接続され、半導体スイッチ１１аの順方向電流の電流経路とは異なるバイパス用の電流経路を形成する。バイパス回路５０は、抵抗５１を有している。抵抗５１は半導体スイッチ１２аの異常検出用のプルアップ抵抗である。バイパス回路５０の高電位側の端子はスイッチングデバイス１１の入力側の接続点Ｐに接続され、バイパス回路５０の低電位側の端子はスイッチングデバイス１１の入力側の接続点Ｑに接続されている。また、接続点Ｍは、接続点Ｑとスイッチングデバイス１２の入力との間に接続されている配線上に位置する。なお、バイパス回路５０は、抵抗５１に限らず、抵抗成分を有した回路素子により構成されてもよい。
【００３８】
次に、半導体スイッチ１２аの異常判定処理の制御フローを、図２を参照して説明する。図２は、コントローラ３０の制御フローを示すフローチャートである。
【００３９】
ステップＳ１にて、コントローラ３０は、上位コントローラ５から出力される信号に基づき、オン状態になり、コントローラ３０が起動する。ステップＳ２にて、制御部３２は、電圧センサ４０から接続点Ｍの検出電圧（ＶＭ）を取得する。
【００４０】
ステップＳ３にて、制御部３２は、検出電圧（ＶＭ）と閾値電圧（Ｖｔｈ）とを比較し、その比較結果に基づき、半導体スイッチ１２аに異常が生じているか否か判定する。閾値電圧（Ｖｔｈ）は、予め設定されている電圧の閾値であり、例えば接続点Ｍとグランドの間が短絡したときに、接続点Ｍに加わる電圧に設定されている。検出電圧（ＶＭ）が閾値電圧（Ｖｔｈ）より高い場合には、ステップＳ４にて、制御部３２は、半導体スイッチ１２аは正常な状態であると判定する。一方、検出電圧（ＶＭ）が閾値電圧（Ｖｔｈ）以下である場合には、ステップＳ９にて、制御部３２は、半導体スイッチ１２аがショート故障の状態であると判定する。
【００４１】
図１に示すように、バイパス回路５０は、半導体スイッチ１１аのドレイン端子とソース端子との間に接続されている。半導体スイッチ１１а、１２аには、オン状態のスイッチング信号が入力されないため、半導体スイッチ１１а、１２аが正常な状態であれば、接続点Ｍの検出電圧は、電源１の出力電圧、又は、電源１の出力電圧に近い電圧となる。一方、半導体スイッチ１２аにショート故障が発生している場合には、接続点Ｍの電位が下がり、接続点Ｍの検出電圧（ＶＭ）はゼロ又はゼロに近い電圧値になる。すなわち、本実施形態では、半導体スイッチ１１аをオンにせず、半導体スイッチ１２аのショート故障が発生しているか否か判定できる。
【００４２】
ステップＳ３及びステップＳ４の制御処理により、半導体スイッチ１２аが正常な状態であると判定した場合には、ステップＳ５にて、制御部３２は、半導体スイッチ１１аをターンオンするための駆動要求信号を駆動部３１に出力する。半導体スイッチ１１аには、オン状態のスイッチング信号が入力され、半導体スイッチ１１аがオン状態になる。すなわち、本実施形態では、半導体スイッチ１２аが正常であると判定した場合に、半導体スイッチ１１аをオン状態にする。また、コントローラ３０の起動後の制御として、半導体スイッチ１２аよりも先に、半導体スイッチ１１аをオンにする。
【００４３】
ステップＳ６にて、制御部３２は、半導体スイッチ１２аの異常診断処理を実行する。具体的には、制御部３２は、半導体スイッチ１１аをオンにした状態で、半導体スイッチ１２аのオン及びオフを切り換えるための駆動要求信号を駆動部３１に出力し、電圧センサ４０の検出電圧に基づき半導体スイッチ１２аに異常が生じているか否か判定する。
【００４４】
制御部３２は、図３に示す判定ロジックにより、半導体スイッチ１２аが正常であるか否か判定する。半導体スイッチ１１аに入力されるスイッチング信号がオンを示し、半導体スイッチ１２аに入力されるスイッチング信号がオフを示す状態で、半導体スイッチ１２аが正常に動作している場合には、電源１と接続点Ｍとの間が半導体スイッチ１１аを介して導通状態になり、接続点Ｍと負荷回路２との間が遮断状態になるため、接続点Ｍの電圧は電源１の電圧（又は電源１の電圧に近い電圧）となり、接続点Ｍの検出電圧（ＶＭ）はハイレベル（Ｈｉ）となる。すなわち、半導体スイッチ１１аに入力されるスイッチング信号がオンを示し、半導体スイッチ１２аに入力されるスイッチング信号がオフを示す状態で、検出電圧（ＶＭ）はハイレベル（Ｈｉ）である場合には、制御部３２は、半導体スイッチ１２аが正常な状態であると判定する。
【００４５】
半導体スイッチ１１аに入力されるスイッチング信号がオンを示し、半導体スイッチ１２аに入力されるスイッチング信号がオンを示す状態で、半導体スイッチ１２аが正常に動作している場合には、電源１と負荷回路２との間が半導体スイッチ１１а及び半導体スイッチ１２аを介して導通状態になるため、接続点Ｍの検出電圧（ＶＭ）は中間電圧となる。中間電圧は、スイッチングデバイス１１、１２の抵抗と、負荷回路２に含まれる抵抗により分圧されて、接続点Ｍにかかる電圧である。すなわち、半導体スイッチ１１аに入力されるスイッチング信号がオンを示し、半導体スイッチ１２аに入力されるスイッチング信号がオンを示す状態で、検出電圧（ＶＭ）が中間電圧を示す電圧範囲内である場合には、制御部３２は、半導体スイッチ１２аが正常な状態であると判定する。
【００４６】
半導体スイッチ１１аに入力されるスイッチング信号がオンを示し、半導体スイッチ１２аに入力されるスイッチング信号がオンを示す状態で、半導体スイッチ１２аにオープン故障が発生している場合には、電源１と接続点Ｍとの間が半導体スイッチ１１аを介して導通状態になり、接続点Ｍと負荷回路２との間が遮断状態になるため、接続点Ｍの電圧は電源１の電圧（又は電源１の電圧に近い電圧）となり、接続点Ｍの検出電圧（ＶＭ）はハイレベル（Ｈｉ）となる。すなわち、半導体スイッチ１１аに入力されるスイッチング信号がオンを示し、半導体スイッチ１２аに入力されるスイッチング信号がオンを示す状態で、検出電圧（ＶＭ）はハイレベル（Ｈｉ）である場合には、制御部３２は、半導体スイッチ１２аがオープン故障の状態であると判定する。
【００４７】
上記の半導体スイッチ１２аの異常診断処理により、半導体スイッチ１２аが正常であると判定された場合には、制御部３２は、上位コントローラ５の指令に基づき駆動要求信号を駆動部３１に出力し、駆動部３１は、駆動要求信号に応じたスイッチング信号を半導体スイッチ１２аに出力する。そして、図２に示す制御フローが終了する。
【００４８】
ステップＳ３及びステップＳ４の制御処理により、半導体スイッチ１２аがショート故障であると判定した場合には、ステップＳ１０にて、制御部３２はフェール制御を実行する。またステップＳ６の制御処理により、半導体１２аに異常が生じていると判定した場合には、ステップＳ１０にて、制御部３２はフェール制御を実行する。具体的には、制御部３２は、フェール制御の一例として、ユーザに対して半導体スイッチ１２аの異常を通知したり、あるいは、負荷回路２の動作に制限を加えたりする。負荷回路２の動作制限は、例えば、負荷回路２の出力を抑えて、負荷回路２の消費電力を下げて、半導体スイッチ１１а、１２аの導通電流を低電流に抑える。そして、図２に示す制御フローが終了する。
【００４９】
本実施形態では、バイパス回路５０が半導体スイッチ１１аの高電位側の端子と低電位側の端子との間に接続されており、コントローラ３０は、接続点Ｍの電圧を検出し、検出電圧（ＶＭ）に基づき、半導体スイッチ１２аに異常が生じているか否か判定する。本実施形態では、半導体スイッチ１２аの異常判定のために、半導体スイッチ１１аをオンにしなくてもよい。そのため、半導体スイッチ１２аのショート故障が発生した場合でも、半導体スイッチ１１аには電流がほぼ流れない。これにより、電力供給装置の安全性を高めることができる。また、半導体スイッチ１１аに対して、電流容量の小さい素子を用いることができる。
【００５０】
ところで、例えば特許文献１のように、半導体のスイッチ素子をオンにした時の出力電圧に基づいて異常を検出する方式を、図１に示す回路構成の中の半導体スイッチ１１аに適用し、バイパス回路５０を省いた回路を想定する。このような回路では、半導体スイッチ１２аの異常を検出するために、まず半導体スイッチ１１аをオンにする必要がある。このとき、半導体スイッチ１２аにショート故障が発生している場合には、過電流が半導体スイッチ１１аに流れる可能性がある。また、制御部３２が過電流を検出し、半導体スイッチ１１аをオフ状態に切り換えた後には、過電流の導通を防ぐために、半導体１１аのオフ状態を維持する必要がある。一般的に、半導体スイッチ１１аのオフ状態を維持するためには、ラッチ回路を設けることが考えられる。しかしながら、ラッチ回路を用いた場合には、外部からのノイズによりラッチ回路が正常に動作しない可能性もある。例えば、負荷回路２としてランプを用いていた場合には、ノイズによるラッチ回路の誤動作によって、ランプが消灯する可能性もある。
【００５１】
また、上記のように、半導体スイッチ１２аのショート故障時に流れる過電流を想定して、半導体スイッチ１１аに、電池容量の大きな素子を用いることも考えられる。しかしながら、半導体スイッチ１１аの素子サイズが大きくなる、あるいは、半導体スイッチ１１аのコストが増えてしまう。
【００５２】
本実施形態では、半導体スイッチ１１аをオフにしなくても、半導体スイッチ１２аのショート故障を検出できるため、上記のような従来の問題点を解消し、電力供給装置の安全性を高めることができる。
【００５３】
また、本実施形態では、バイパス回路５０により、半導体スイッチ１１аをオフにした状態で、電源１の電圧を用いて所定の電圧を接続点に加えるように構成しているため、半導体スイッチ１１аをオフにしなくても、半導体スイッチ１２аのショート故障を検出できる。これにより、電力供給装置の安全性を高めることができる。また、半導体スイッチ１２аのショート故障を検出した場合に、半導体スイッチ１１аのオフ状態を保持するラッチ回路を省くことができる。
【００５４】
なお、本実施形態の変形例として、半導体スイッチ１１аをオンにし、半導体スイッチ１２аをオンにした状態で、接続点Ｍに加わる電圧を中間電圧に設定してもよい。例えば、半導体スイッチ１１а、１２аが正常な状態であり、電源１の電力により負荷を動作させている状態で、制御部３０は、電圧センサ４０を用いて、接続点Ｍの電圧を検出する。このとき、接続点Ｍの電圧は、半導体スイッチ１１а、１２の正常な状態を示している。そして、半導体スイッチ１１аに入力されるスイッチング信号がオンを示し、半導体スイッチ１２аに入力されるスイッチング信号がオンを示す状態で、半導体スイッチ１１а、１２аが正常に動作している場合には、接続点Ｍの検出電圧（ＶＭ）は設定された中間電圧となる。一方、半導体スイッチ１１аに入力されるスイッチング信号がオンを示し、半導体スイッチ１２аに入力されるスイッチング信号がオンを示す状態で、半導体スイッチ１１а、１２аに異常が生じている場合には、接続点Ｍの検出電圧（ＶＭ）は、設定された中間電圧と異なる電圧になる。
【００５５】
本実施形態の変形例では、半導体スイッチ１１аをオンにし、半導体スイッチ１２аをオンにした状態で、接続点Ｍの電圧を検出し、検出された接続点Ｍの電圧を閾値電圧に設定し、検出された接続点Ｍの電圧と、中間電圧を示す閾値電圧とを比較し、その比較結果に基づき半導体スイッチ１２аに異常が生じているか否か判定する。これにより、負荷回路２として、電力供給装置１００に接続される負荷が変更された場合でも、負荷の抵抗成分に応じた閾値電圧を設定できるため、半導体スイッチ１２аの異常診断の検出精度を高めることができる。
【００５６】
本実施形態における「半導体スイッチ１１а」が本発明における「第１半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「半導体スイッチ１２а」が本発明における「第２半導体スイッチ」の一例に相当する。
【００５７】
なお、本実施形態では、半導体スイッチ１１а及び半導体スイッチ１２аは、同一のスイッチに限らず、異なるスイッチ（トランジスタ）で構成されてもよい。半導体スイッチ１１а、１２аはディスクリート部品で構成されてもよい。
【００５８】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００５９】
１…電源
２…負荷回路
３…ハーネス
４…電力線
５…上位コントローラ
１１、１２…スイッチングデバイス
１１ａ、１２а…半導体スイッチ
１１ｂ、１２ｂ…電流センサ
２０…電源レギュレータ
３０…コントローラ
３１…駆動部
３２…制御部
３３…メモリ
４０…電圧センサ
５０…バイパス回路
５１…抵抗
Ｃ…キャパシタ
Ｒ…抵抗
【図１】
2019193126.tif 000003
【図２】
2019193126.tif 000004
【図３】
2019193126.tif 000005