(57)【要約】電源から負荷に電流を供給するためのオン状態と、負荷への電流供給を遮断するためのオフ状態との間で切換えを行うための入力信号に応答するスイッチと、過負荷状態に応答してスイッチをオフ状態に切換えるようになった保護手段とを備える。保護手段は、スイッチが、オン状態に切換えられた後の初期フェーズの期間に、第１の過負荷状態に応答して、スイッチをオフ状態に戻してスイッチをオフ状態に保持する。保護手段は、続いて、第１の過負荷状態が初期フェーズの期間に検出されなかった場合、その後、第２の過負荷状態に応答して、スイッチをオフ状態に切換え、その後、所定時間後にスイッチをオン状態に戻す。  保護手段は、第１の過負荷状態の検出時に第１の閾値を超える電流に応答し、保護手段は、第２の過負荷状態の検出時に第２の閾値を超える電流に応答し、第２の閾値は、第１の閾値よりも小さい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から負荷（４）に電流を供給するためのオン状態と、前記負荷への電流供給を遮断するためのオフ状態との間で切換えを行うための入力信号（６）に応答するスイッチ手段（１）と、
過負荷状態に応答して前記スイッチ手段を前記オフ状態に切換えるようになった保護手段（５、７、８）と、
を備える過負荷保護機能を有する電力供給装置であって、
前記保護手段（５、７、８）が、前記スイッチ手段（１）が前記オン状態に切換えられた後の初期フェーズ（１０）期間に、第１の過負荷状態（ＯＣＨＩ、ＯＶＴ）に応答して前記スイッチ手段を前記オフ状態に戻して前記スイッチ手段を前記オフ状態に保持し、
前記保護手段（５、７、８）が、前記第１の過負荷状態が前記初期フェーズの期間に検出されなかった場合、その後、第２の過負荷状態（ＯＣＬＯ）に応答して前記スイッチ手段を前記オフ状態に切換え、その後、所定時間後に前記スイッチ手段を前記オン状態に戻す、
ことを特徴とする過負荷保護機能を有する電力供給装置。
【請求項２】
前記保護手段が、前記第１の過負荷状態（ＯＣＨＩ）の検出時に第１の閾値を超える前記電流に応答し、前記保護手段が、前記第２の過負荷状態（ＯＣＬＯ）の検出時に第２の閾値を超える前記電流に応答し、前記第２の閾値が、前記第１の閾値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記保護手段が、少なくとも前記第１の過負荷状態（ＯＶＴ）を検出する際に、前記スイッチ手段の温度閾値を超える温度に応答することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力供給装置。
【請求項４】
前記スイッチ手段（１）が前記所定時間後に前記オン状態に戻る際に、前記保護手段が、後続フェーズ（１７）の期間に前記第１の過負荷状態（ＯＣＨＩ、ＯＶＴ）に再度応答して、前記スイッチ手段を前記オフ状態に戻し、前記スイッチ手段を前記オフ状態に保持するようになっており、前記後続フェーズが、前記初期フェーズよりも短い期間を有することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過負荷保護機能、詳細には、過負荷が過大でない場合に電力供給を再スタートさせる機能を有する電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過負荷保護機能を有する電力供給装置（本明細書では「スマート電力スイッチ」と呼ぶ）は、例えば、特に自動車の照明を制御するための自動車機器を含む多くの用途で使用される。本発明は、このような用途に特に有用であるが、これに限定されるものではない。
【０００３】
スマート電力スイッチは、自動再スタート、すなわち、過負荷が過大でない場合にスイッチを再スタートさせる機能を組み込むためにしばしば必要とされる。動作時、スマート電力スイッチは、過負荷に応答してそれ自体をオフ状態に切換える。時間及び大きさにおいて過負荷が過大でない場合、スイッチ自体、又は配線及び他のシステム部品が危険を伴わないので、スマート電力スイッチ自体は、短期間の後、再度自動的にオン状態に切換わり、過負荷が突発的又は過渡的の場合には最大電力に回復する機会を与え、過負荷状態の要因が継続する場合には予備電力に地位を与える。
【０００４】
一体型スマート電力スイッチは、例えば、容量性負荷又は白熱電球のスイッチング特性を考慮して、過負荷状態に応じて種々の保護戦略を使用することができるが、容量性負荷又は白熱電球のいずれも低い定常の大きさに安定する前に高い初期電流「突入電流（ｉｎｒｕｓｈ）」を呈する。
【０００５】
一般的な戦略の１つは過熱遮断であり、これにより、特に高い周囲温度でのスイッチの電力損失が高い場合にスイッチを保護する。この戦略の問題点は、この戦略では、半導体スイッチを劣化させ最終的には破壊する、発生しうる中程度に高い永続的な接点温度に対応できない点である。
【０００６】
別の保護戦略では、スイッチング電流を安全値に制限する直線電流制限を利用する。この戦略は、容量性負荷又は白熱電球のターンオンフェーズ期間にスイッチに大きな電力損失をもたらす。従って、過負荷（例えば、出力短絡）の場合、監視知能によってスイッチを非アクティブ状態にしてスイッチの破壊を防止する必要がある。
【０００７】
別の保護戦略では、負荷タイプに依存して１つ又はそれ以上の電流レベルによる過電流遮断機能を利用する。重大な又は突発的な故障状態の場合、過電流遮断機能によってスイッチを非アクティブ状態にする。従って、スイッチを監視し、突発的な故障状態の場合にのみスイッチを再アクティブ状態にして出力の利用可能率を高めるために、マイクロコントローラ等のインテリジェント制御ユニットが必要とされる。
【０００８】
前述の全ての保護戦略は、スイッチの高い利用可能率及びスイッチの保護の両方を実現するためにマイクロコントローラの監視知能を必要とするという問題を抱えている。このマイクロコントローラが故障した場合、スイッチはもはや安全ではなく、過負荷状態によって破壊される可能性がある。また、このようなインテリジェント制御ユニットは高価である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、請求項に記載の過負荷保護機能を有する電力供給装置を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に示すスマート電力スイッチ装置は、自動車用途の場合には蓄電池及びオルタネータ等の電源（図せず）から供給される電流を切換えるスイッチ１を備える。スイッチ１は、電源端子２と、端子２と接地３との間でスイッチ１に対して直列に接続された負荷４とに接続されている。スイッチ１は、金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の形態であることが好ましい。
【００１１】
スイッチ１は、入力６の入力信号に応答して、ドライバ５によってオン状態とオフ状態との間で切換えられる。電流及び温度検出ユニット７は、スイッチ１及び負荷４を流れる電流を検出すると共にスイッチ１の動作温度を検出する。検出回路７は、関連パラメータがそれぞれの閾値を超える場合にアサートされる過負荷信号ＯＣＨＩ、ＯＣＬＯ、及びＯＶＴを保護制御ユニット８に与える。保護制御ユニット８は、ドライバ５を介してスイッチ１を制御するが、過負荷状態の場合に、ドライバにスイッチ１をオフ状態にさせることによって入力信号６を無効にすることができる。
【００１２】
入力信号６は、例えば別の照明制御機能を与えるマイクロプロセッサによって供給することができる。しかしながら、図１に示すスマート電力スイッチは、マイクロプロセッサが故障した場合であっても単純なオン／オフ入力信号に応答して過負荷保護機能を果たすことができる点は重要である。
【００１３】
容量性負荷又は白熱電球の両者は、負荷電流がオンに切換えられると低い定常の大きさに安定する前に高い初期電流「突入」を呈する。このことは、図２において５５ワット白熱電球の場合で示されているが、最初の数十ミリ秒期間のピーク電流９は、定常電流よりも非常に大きくなっていることがわかる。突入電流は短期間であり、突入電流が電力供給システム又は電球にダメージを与えることはない。
【００１４】
図４に示すように、図１のスマート電力供給装置の動作時、保護制御ユニット８は、スイッチ１がオン状態に切換えられた後の初期フェーズ１０の期間の第１の過負荷状態を示す過負荷信号ＯＣＨＩ及び／又はＯＶＴのアサーションに応答して、スイッチ手段をオフ状態に戻し、その後、ドライバ５をラッチすることによって、スイッチ手段をオフ状態に保持するようになっている。詳細には、図４に示すように、負荷電流が、１２で示すような初期フェーズ１０の期間に突入電流として考えても異常な第１の閾値に達すると、過負荷信号ＯＣＨＩがアサートされ１３で示すようにスイッチ１は永続的にオフになる。さらに、図５に示すように、過熱閾値に達する場合はいかなるときも、１４で示すように、初期フェーズの期間でさえも負荷電流が過負荷閾値に達していなくても、スイッチ１は１３で示すように永続的にオフになる。
【００１５】
しかしながら、初期保護フェーズが過負荷保護をトリガーする過負荷状態を検出することなく正常に終了すると、その後、保護制御ユニット８は、過負荷信号ＯＣＬＯのアサーションに応答して、スイッチ１をオフ状態に切換えた後、所定時間後にスイッチ１をオン状態に戻す。この機能は、自動再スタート試行を構成する。
【００１６】
過負荷信号ＯＣＬＯをトリガーする過負荷閾値は、過負荷信号ＯＣＨＩをトリガーする過負荷閾値よりも実質的に小さく、従って、突入電流よりも小さいが、実質的に長時間継続するとシステムには危険な過負荷からシステムを保護する。しかしながら、過負荷信号ＯＣＬＯをトリガーする過負荷閾値は、過度に低い最大定常電流を課すことによってスマート電力スイッチの通電容量を制限することのないように設定されている。図６に示すように、初期フェーズ１０期間に正常な突入電流は過負荷信号ＯＣＨＩをトリガーする閾値よりも低いままであるピークレベルに達する（１５で示す）。しかしながら、その後、１６で示すように、定常電流が過負荷信号ＯＣＬＯを開始する閾値に達すると、検出ユニット７は過負荷信号ＯＣＬＯをアサートし、保護制御ユニット８はスイッチ１をオフ状態に切換える。
【００１７】
保護制御ユニット８が自動再スタート期間の後にスイッチ１をオン状態に戻す場合、ＯＣＨＩに応答する初期フェーズ１７及び後続の１８で示すＯＣＬＯに応答するフェーズで構成される同様の保護サイクルが繰り返される。しかしながら、再スタートの間隔が電球を暖まった状態に維持するために短い場合には、電球の突入期間は冷間時にスイッチをオンにした場合よりも短いので、再スタート時の初期フェーズ１７は第１の初期フェーズ１０よりも短い。
【００１８】
初期保護フェーズ１０及び１７が、過負荷保護をトリガーする過負荷状態を検出することなく正常に終了しても、過大な動作温度の検出を示す過負荷信号ＯＶＴのアサーションによって、保護制御ユニット８は、スイッチ１をオフに切換え、接点温度が再スタート温度に達するまでスイッチ１をオフに保持する（ヒステリシス）。
【００１９】
さらに、図７に示すように、ＯＣＨＩをトリガーしない状態で電流突入時間が初期時間１０又は１７よりも長い場合（１９及び２０で示す）、過負荷信号ＯＣＬＯは初期フェーズの終点で即座にアサートされ、スイッチ１のオフをトリガーし、自動再スタート試行が続く。
【００２０】
この自動再スタート機能は、外部マイクロプロセッサを必要とすることなく作動するので、マイクロプロセッサの故障時であっても電力供給及び保護機能をもたらす。詳細には、突発的な故障の場合、故障が存在しない場合の電流供給の完全な性能を取り戻すことができ、故障が継続したとしても、過負荷が適当であれば制限された性能をもたらすことができ、保護制御ユニット８はスイッチ１をオフから再度オンに戻すことを繰り返す。自動再スタートモード中のスイッチの電力損失を制限するため、及び故障状態を取り除いた後に電球を再スタートするのに十分なエネルギーを供給するために、自動再スタートモードのデューティサイクルは十分に低い値（例えば５％）に制御される。従って、自動再スタートの試行回数を制限する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の例示的な１つの実施形態によるスマート電力スイッチのブロック図である。
【図２】図１のスイッチで切換えられる典型的な負荷における時間の関数としての電流のグラフである。
【図３】図１のスイッチにおける時間の関数として過負荷保護の閾値のグラフである。
【図４】初期保護フェーズ期間の重度の短絡の場合の図１のスイッチにおける時間の関数としての過負荷保護閾値及び負荷電流のグラフである。
【図５】初期の保護フェーズ期間の抵抗性の短絡の場合の図１のスイッチにおける時間の関数としての過負荷保護閾値及び負荷電流のグラフである。
【図６】後続の保護フェーズ期間の抵抗性の過負荷の場合の図１のスイッチにおける時間の関数としての過負荷保護閾値及び負荷電流のグラフである。
【図７】初期保護フェーズ期間の抵抗性の過負荷の場合の図１のスイッチにおける時間の関数としての過負荷保護閾値及び負荷電流のグラフである。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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