(57)【要約】【課題】フューズやメカニカルリレー等を省略できるとともに、効率的な状態検知を行いながらサブバッテリからの電流を適正に制御する。【解決手段】メインバッテリ４１の電圧低下時にバックアップ電源として負荷３３を駆動するためのサブバッテリ３１について、その電流の制御をパワーＭＯＳＦＥＴ３５の制御にて行う。サブバッテリ３１とパワーＭＯＳＦＥＴ３５との接続点から、センスＭＯＳＦＥＴ４３で所定の分流比で分流を行い、このセンスＭＯＳＦＥＴ４３で分流された電流を検出することで、パワーＭＯＳＦＥＴ３５のオンオフ制御やチョッピング制御を行う。フューズやメカニカルリレー等を省略しても、パワーＭＯＳＦＥＴ３５の電流を適正に制御できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車に搭載された負荷を駆動するためのメインバッテリと、
前記メインバッテリの電圧低下時にバックアップ電源として前記負荷を駆動するためのサブバッテリと、
前記サブバッテリから前記負荷に対する電流の制御を行うパワーＭＯＳＦＥＴと、
前記サブバッテリと前記パワーＭＯＳＦＥＴとの接続点から電流を分流する分流素子と、
前記分流素子で分流された電流を検出する電流検出素子と
を備える車載電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車載電源装置であって、
前記分流素子がセンスＭＯＳＦＥＴである、車載電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車載電源装置であって、
前記センスＭＯＳＦＥＴと前記パワーＭＯＳＦＥＴとが、同一の集積回路内で一部を区切って領域が割り当てられ、両方のセル面積比によって分流比が決定される、車載電源装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車載電源装置であって、
前記電流検出素子が抵抗である、車載電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、負荷に接続されて過電流を防止する車載電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車は、一般にバッテリが搭載され、このバッテリからの電圧は、オーディオやカーナビゲーション等の様々な電子制御ユニットだけでなく、パワーステアリングや電子制御サスペンション等の自動車の走行に欠かせない基本機能の負荷にも供給される。これらの自動車の基本機能は、バッテリ切れなどによって停止しないことが望ましいため、特に重要な負荷に対しては、メインバッテリの他に緊急用のバックアップ電源となるサブバッテリを搭載しておき、メインバッテリの電圧が低下した場合等異常時に、サブバッテリ側に切り替わって負荷に電圧を供給することが行われる。
【０００３】
図２は、従来の車載電源装置を示すブロック図である。この車載電源装置は、負荷１及び各種の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３に電源を供給するためのメインバッテリ１１と、メインバッテリ１１の電圧Ｖｍが低下した場合等に一時的な緊急用のバックアップ電源として使用されるサブバッテリ１３と、自動車の走行時に車輪の回転駆動の動力を電気エネルギーに変換してメインバッテリ１１に回生用電圧を与える発電機（ＡＧ）１５と、上記のメインバッテリ１１、サブバッテリ１３及び発電機１５からの電圧を調整して安定化するＤＣ／ＤＣコンバータ１７と、メインバッテリ１１等の電圧（例えば約１４ボルト）を所定の電圧レベル（約５ボルト）に降圧してＥＣＵ３に与えるレギュレータ１９とを備えている。
【０００４】
ところで、近年、自動車等に搭載される複数の負荷を駆動する場合に、例えば２４Ｖや４２Ｖ等、従来の電源電圧よりも大きな電圧を必要とするものが増大してきており、特に過電流や加熱に対する保護機能は重要な課題となっている。このことは、メインバッテリだけでなく、バックアップ電源となるサブバッテリについても同様の課題となっている。
【０００５】
ここで、従来においては、例えば図２及び図３の如く、負荷１とサブバッテリ１３とを結ぶ電流経路に、過電流保護のためのフューズ２１が設けられるとともに、その電流経路にメカニカルリレー２３が接続されており、このメカニカルリレー２３をＥＣＵ３でオンオフ制御することで、各種の過電流保護や電圧及び電流の安定化を行っていた。
【０００６】
尚、上記内容に係る先行技術文献は発見されなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなフューズ２１を使用する場合、このフューズ２１が頻繁に切れると、それを交換する作業も頻繁になる。
【０００８】
また、一般に、複数のフューズ２１をひとまとめにユニット化したフューズボックスが使用されるが、このフューズボックスの体積が大きく、他の車載電装品の搭載スペースが少なくなる。さらに、フューズ２１の交換作業を考慮すると、フューズボックスの搭載位置が限定される。
【０００９】
さらに、メカニカルリレー２３についても同様に、サイズの低減化が困難であり、省面積化の必要性が指摘されていた。
【００１０】
また、ＥＣＵ３において、サブバッテリ１３の状態検知を行う方法についても、最も効率的な方法について模索されていた。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、フューズやメカニカルリレー等を省略できるとともに、効率的な状態検知を行いながらサブバッテリからの電流を適正に制御し得る車載電源装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、自動車に搭載された負荷を駆動するためのメインバッテリと、前記メインバッテリの電圧低下時にバックアップ電源として前記負荷を駆動するためのサブバッテリと、前記サブバッテリから前記負荷に対する電流の制御を行うパワーＭＯＳＦＥＴと、前記サブバッテリと前記パワーＭＯＳＦＥＴとの接続点から電流を分流する分流素子と、前記分流素子で分流された電流を検出する電流検出素子とを備えるものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車載電源装置であって、前記分流素子がセンスＭＯＳＦＥＴであるものである。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車載電源装置であって、前記センスＭＯＳＦＥＴと前記パワーＭＯＳＦＥＴとが、同一の集積回路内で一部を区切って領域が割り当てられ、両方のセル面積比によって分流比が決定されるものである。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車載電源装置であって、前記電流検出素子が抵抗であるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一の実施の形態に係る車載電源装置を示すブロック図である。
【００１７】
この車載電源装置は、図１の如く、サブバッテリ３１から負荷３３に与える電流のオンオフを行う構成要素としてパワーＭＯＳＦＥＴ（電界効果型スイッチング素子）３５を適用し、このパワーＭＯＳＦＥＴ３５のオンオフ動作をＣＰＵである制御回路３７での制御によって実現される。
【００１８】
具体的には、パワーＭＯＳＦＥＴ３５のドレインはサブバッテリ３１側に接続され、また、パワーＭＯＳＦＥＴ３５のゲートは制御回路３７に接続される。そして、パワーＭＯＳＦＥＴ３５のソースは、バッテリ切換スイッチ３９を介して負荷３３側に接続される。このバッテリ切換スイッチ３９は、負荷３３に対する電源供給についてメインバッテリ４１の系とサブバッテリ３１の系とに切り換えるための二接点型スイッチ等が使用され、制御回路３７または他の制御部品からの指示信号によって接点切り換えが行われる。
【００１９】
ここで、制御回路３７は、サブバッテリ３１の状態検知を行い、この状態検知結果に応じて、パワーＭＯＳＦＥＴ３５を切断したりチョッピング制御したりして、サブバッテリ３１から負荷３３に与えられる電源を安定化させる機能を有している。
【００２０】
ただし、この場合は、サブバッテリ３１の状態検知を効率よく且つ精度良く行う必要がある。そこで、この実施の形態では、パワーＭＯＳＦＥＴ３５のドレインに共通に接続される分流素子としてのセンスＭＯＳＦＥＴ４３を設けて、パワーＭＯＳＦＥＴ３５のドレイン側の電流をセンスＭＯＳＦＥＴ４３側にも分流させ、この分流した電流を所定の電流検出素子４５で検出した後、この検出結果を比較器４７により所定の基準値Ｖｒｅｆと比較して、この比較結果を制御回路３７に与えるようになっている。
【００２１】
センスＭＯＳＦＥＴ４３は、パワーＭＯＳＦＥＴ３５と同一の集積回路４９として、その製造工程において、その一部を区切って領域が割り当てられて形成された半導体素子であって、センスＭＯＳＦＥＴ４３の領域のパワーＭＯＳＦＥＴ３５に対するセル面積比を所定の値に設定することにより、パワーＭＯＳＦＥＴ３５に対するセンスＭＯＳＦＥＴ４３の分流比（例えば、１万分の１など）で、当該パワーＭＯＳＦＥＴ３５のドレイン側の電流を分流するものである。そして、センスＭＯＳＦＥＴ４３とパワーＭＯＳＦＥＴ３５の両ドレインには、いずれもサブバッテリ３１の電圧が共通に印加される。したがって、パワーＭＯＳＦＥＴ３５に流れる電流が増減変化したときには、センスＭＯＳＦＥＴ４３に流れる電流（分流電流）も同等の比率で増減するようになっている。
【００２２】
そして、このセンスＭＯＳＦＥＴ４３のベースは、パワーＭＯＳＦＥＴ３５と同様に制御回路３７に接続される。
【００２３】
また、センスＭＯＳＦＥＴ４３のソースは、電流検出素子４５に接続される。
【００２４】
電流検出素子４５は、一定の抵抗値Ｒｓを有するプルダウン抵抗であり、一端がセンスＭＯＳＦＥＴ４３のソースに接続され、他端が接地される。
【００２５】
比較器４７は、定電圧回路等から与えられる基準電圧Ｖｒｅｆと、電流検出素子４５の一端（センスＭＯＳＦＥＴ４３のソース電圧）とを比較し、その比較結果を制御回路３７に出力する。
【００２６】
制御回路３７は、比較器４７での比較結果に基づいて、パワーＭＯＳＦＥＴ３５のオンオフ制御やチョッピング制御を行う。この場合、パワーＭＯＳＦＥＴ３５とセンスＭＯＳＦＥＴ４３とは、これらの両ベースが制御回路３７に共通に接続されているため、パワーＭＯＳＦＥＴ３５のオンオフ制御やチョッピング制御と同一のタイミングで、センスＭＯＳＦＥＴ４３のオンオフ制御やチョッピング制御が行われる。
【００２７】
次に、この車載電源装置の動作を説明する。
【００２８】
メインバッテリ４１が暗電流等により放電を繰り返して充電容量が低下し、負荷３３に与えられる電圧が例えば所定の基準電圧に降下したなどの所定のタイミングで、バッテリ切換スイッチ３９がメインバッテリ４１側からサブバッテリ３１側に切り替わる。
【００２９】
そして、制御回路３７での制御により、パワーＭＯＳＦＥＴ３５のオンオフ制御やチョッピング制御が行われて、サブバッテリ３１からの電流がバッテリ切換スイッチ３９を通じて負荷３３に供給される。
【００３０】
ここで、サブバッテリ３１からパワーＭＯＳＦＥＴ３５を通じて負荷３３に電流が供給されると、このパワーＭＯＳＦＥＴ３５に対するセンスＭＯＳＦＥＴ４３の分流比（例えば、１万分の１など）で、センスＭＯＳＦＥＴ４３側にドレイン電流が分流される。この際、センスＭＯＳＦＥＴ４３とパワーＭＯＳＦＥＴ３５の両ドレインには、いずれもサブバッテリ３１の電圧が共通に印加されるため、パワーＭＯＳＦＥＴ３５に流れる電流が増減変化したときには、センスＭＯＳＦＥＴ４３に流れる電流（分流電流）も同等の比率で増減する。
【００３１】
したがって、例えば負荷３３の短絡等によりパワーＭＯＳＦＥＴ３５に過電流が流れると、このパワーＭＯＳＦＥＴ３５に流れる電流に応じて、所定の分流比に応じた分流電流がセンスＭＯＳＦＥＴ４３に流れる。この分流電流は、プルダウン抵抗（Ｒｓ）である電流検出素子４５に流されて電圧値に変換される。かかる電圧値は比較器４７に入力され、基準電圧Ｖｒｅｆと比較されてその大小判断がなされる。この判断結果は、制御回路３７に入力され、制御回路３７は、比較器４７での比較結果に応じて、上記過電流を検出し、その過電流を制限する方向にパワーＭＯＳＦＥＴ３５をオフ制御したりチョッピング制御したりする。このように、パワーＭＯＳＦＥＴ３５だけでなくセンスＭＯＳＦＥＴ４３をも同時に制御することになるため、再びパワーＭＯＳＦＥＴ３５から負荷３３に至る電流経路が正常状態に復帰した際には、そのことがセンスＭＯＳＦＥＴ４３から電流検出素子４５に至る電流にも反映され、比較器４７の比較結果に基づき制御回路３７により正常復帰が検出されて、その正常時に応じたパワーＭＯＳＦＥＴ３５のオン制御またはチョッピング制御が再開される。
【００３２】
このように、制御回路３７は、センスＭＯＳＦＥＴ４３及び電流検出素子４５に流れる電流を通じてパワーＭＯＳＦＥＴ３５の状態検知を適正に実行し、その結果に基づいて、パワーＭＯＳＦＥＴ３５の適正な制御を行うことができる。
【００３３】
この場合、従来のようなフューズ（図２及び図３中の符号２１）を省略しても、サブバッテリ３１から負荷３３に供給される電流を適正に制御できるので、フューズの交換の手間を省くことができる。また、一般に、比較的サイズの大きくなりがちなフューズボックスを使用する必要がないため、車載電装品の搭載スペースを効率よく設定でき、またフューズの交換の必要がないことから搭載位置を考慮する必要もない。
【００３４】
さらに、メカニカルリレー（図２及び図３中の符号２３）についても同様に省略できるので、サイズの低減化を達成でき省面積化を図ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、自動車に搭載された負荷を駆動するためのメインバッテリと、メインバッテリの電圧低下時にバックアップ電源として負荷を駆動するためのサブバッテリと、サブバッテリから負荷に対する電流の制御を行うパワーＭＯＳＦＥＴと、サブバッテリとパワーＭＯＳＦＥＴとの接続点から電流を分流する分流素子と、分流素子で分流された電流を検出する電流検出素子とを備えているので、この分流電流及び電流検出素子に流れる電流を通じてパワーＭＯＳＦＥＴの状態検知に基づく適正な制御を行うことができる。
【００３６】
また、従来のようなフューズを省略しても、サブバッテリから負荷に供給される電流を適正に制御できるので、フューズの交換の手間を省くことができる。そして、一般に、比較的サイズの大きくなりがちなフューズボックスを使用する必要がないため、車載電装品の搭載スペースを効率よく設定でき、またフューズの交換の必要がないことから搭載位置を考慮する必要もない。さらに、メカニカルリレーについても同様に省略できるので、サイズの低減化を達成でき省面積化を図ることができる。
【００３７】
請求項２に記載の発明によれば、分流素子をセンスＭＯＳＦＥＴで構成しているので、パワーＭＯＳＦＥＴとセンスＭＯＳＦＥＴを同一の工程で容易に製造することが可能となる。
【００３８】
請求項３に記載の発明によれば、分流素子であるセンスＭＯＳＦＥＴとパワーＭＯＳＦＥＴとの分流比をセル面積比により設定するだけでよいので、容易に且つ正確に分流比を設定することができる。
【００３９】
請求項４に記載の発明によれば、抵抗という簡単な構成でセンスＭＯＳＦＥＴに流れる分流電流を容易に検出でき、ひいてはパワーＭＯＳＦＥＴの状態検知を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態に係る車載電源装置を示すブロック図である。
【図２】従来の車載電源装置を示すブロック図である。
【図３】同じく従来の車載電源装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
３１  サブバッテリ
３３  負荷
３５  パワーＭＯＳＦＥＴ
３７  制御回路
３９  バッテリ切換スイッチ
４１  メインバッテリ
４３  センスＭＯＳＦＥＴ
４５  電流検出素子
４７  比較器
【図１】
2004364361.tif 000003
【図２】
2004364361.tif 000004
【図３】
2004364361.tif 000005