(57)【要約】【課題】スイッチＯＦＦ時における電流のリークが無く信頼性が高く、簡単な回路構成で低コストに実現でき、アークの発生を抑制し耐久性を向上させる。【解決手段】４２Ｖバッテリ１から負荷２までの回路上には機械式スイッチ接点３が介装され、この機械式スイッチ接点３と負荷２との間には、ＰＮＰトランジスタ４が機械式スイッチ接点３と直列に介装される。機械式スイッチ接点３とＰＮＰトランジスタ４との間からは抵抗Ｒ１を介して定電圧ダイオード回路５が接続され、抵抗Ｒ１と定電圧ダイオード回路５との間には、ＰＮＰトランジスタ４のベースが接続されている。定電圧ダイオード回路５は、抵抗Ｒ１側から抵抗Ｒ２と定電圧ダイオード６とを直列に接続して構成され、定電圧ダイオード６の向きは抵抗Ｒ２側がカソードで、特性は、ブレーク電圧＞（電源電圧−機械式スイッチ接点３におけるアーク電圧）となっている。【選択図】  図１
2005033900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から電気負荷への回路上に介装したＯＮ−ＯＦＦ自在な機械式スイッチ接点と、
上記機械式スイッチ接点の上記電気負荷側の回路上に、上記機械式スイッチ接点と直列に介装した半導体スイッチ接点と、
上記機械式スイッチ接点の上記電気負荷側の回路上に設けられ、上記機械式スイッチ接点のＯＮ−ＯＦＦ状態に応じて上記半導体スイッチ接点のＯＮ−ＯＦＦを実行させる半導体スイッチ接点制御手段と、
を備えたことを特徴とする電気回路のスイッチ装置。
【請求項２】
上記半導体スイッチ接点は、ベース電圧に応じてエミッタとコレクタ間をＯＮ−ＯＦＦするＰＮＰトランジスタで形成し、
上記半導体スイッチ接点制御手段は、上記機械式スイッチ接点のＯＦＦ時に上記ベース電圧をハイレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＦＦ状態とする一方、上記機械式スイッチ接点のＯＮ時に上記ベース電圧をローレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＮ状態とする定電圧ダイオード回路で構成したことを特徴とする請求項１記載の電気回路のスイッチ装置。
【請求項３】
上記定電圧ダイオードは、上記機械式スイッチ接点でのアーク電圧の発生で、上記定電圧ダイオードに流れる電流を遮断して上記ベース電圧をハイレベルとする特性を有することを特徴とする請求項２記載の電気回路のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、４２Ｖバッテリにより電動モータやランプを電気負荷として用いる車両の電気回路に使用する電気回路のスイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両においては各種電装品の増加と、これら電装品の効率的な利用のため、複数の電圧系統（例えば、４２Ｖの電圧系統と１４Ｖの電圧系統）を備えたものが実用化されている。このように、車両の電装電圧が高電圧化すると、機械式スイッチ接点が離接する際、接点間にアークが発生し、接点の耐久性を低下させる虞がある。
【０００３】
このため、例えば、特開平１１−２３４８９４号公報に示すような、半導体素子併用遮断器をスイッチに採用することが考えられる。すなわち、この技術では、機械式遮断機と半導体素子遮断器（ＧＴＯサイリスタ）を併用した半導体素子併用遮断器において、機械式遮断器と直列に電圧定格が低く、低損失な自己消弧型半導体素子（パワートランジスタスイッチ）を設け、これら３つの遮断器による遮断タイミングを制御装置で精度良くコントロールすることで、自己消弧型半導体素子で過電流を半導体素子併用遮断器に高速転流するとともに、機械式遮断機が無電流遮断で高速開路されて、過電流値を小さな値に抑制しようとするものとなっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２３４８９４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１では、半導体素子遮断器と機械式遮断機とが並列に設けられるため、機械式遮断機のＯＦＦ時においても、半導体素子遮断器から僅かではあるが電流のリークが有り、車両全体のスイッチを上述の半導体スイッチで置き換えると、リークも大きなものとなり、バッテリを電源とする車両にとって好ましくないという問題がある。また、上述の特許文献１では、制御装置で機械式遮断機と半導体素子遮断器と自己消弧型半導体素子の遮断タイミングを精密にコントロールする必要があるため、スイッチ回路が複雑なものとなり、コストが高くなるという問題もある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、スイッチＯＦＦ時における電流のリークが無く信頼性が高く、また、簡単な回路構成で低コストに実現でき、アークの発生を抑制してスイッチ接点の耐久性を向上させることが可能な電気回路のスイッチ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１記載の本発明による電気回路のスイッチ装置は、電源から電気負荷への回路上に介装したＯＮ−ＯＦＦ自在な機械式スイッチ接点と、上記機械式スイッチ接点の上記電気負荷側の回路上に、上記機械式スイッチ接点と直列に介装した半導体スイッチ接点と、上記機械式スイッチ接点の上記電気負荷側の回路上に設けられ、上記機械式スイッチ接点のＯＮ−ＯＦＦ状態に応じて上記半導体スイッチ接点のＯＮ−ＯＦＦを実行させる半導体スイッチ接点制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明による電気回路のスイッチ装置は、請求項１記載の電気回路のスイッチ装置において、上記半導体スイッチ接点は、ベース電圧に応じてエミッタとコレクタ間をＯＮ−ＯＦＦするＰＮＰトランジスタで形成し、上記半導体スイッチ接点制御手段は、上記機械式スイッチ接点のＯＦＦ時に上記ベース電圧をハイレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＦＦ状態とする一方、上記機械式スイッチ接点のＯＮ時に上記ベース電圧をローレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＮ状態とする定電圧ダイオード回路で構成したことを特徴としている。
【０００９】
更に、請求項３記載の本発明による電気回路のスイッチ装置は、請求項２記載の電気回路のスイッチ装置において、上記定電圧ダイオードは、上記機械式スイッチ接点でのアーク電圧の発生で、上記定電圧ダイオードに流れる電流を遮断して上記ベース電圧をハイレベルとする特性を有することを特徴としている。
【００１０】
すなわち、請求項１記載の電気回路のスイッチ装置は、電源から電気負荷への回路上に介装したＯＮ−ＯＦＦ自在な機械式スイッチ接点がＯＦＦすると、機械式スイッチ接点の電気負荷側の回路上に設けられた半導体スイッチ接点制御手段が、機械式スイッチ接点の電気負荷側の回路上に機械式スイッチ接点と直列に介装した半導体スイッチ接点をＯＦＦさせる。逆に、機械式スイッチ接点がＯＮすると、半導体スイッチ接点制御手段が、半導体スイッチ接点をＯＮさせる。
【００１１】
そして、具体的には、請求項２記載のように、半導体スイッチ接点は、ベース電圧に応じてエミッタとコレクタ間をＯＮ−ＯＦＦするＰＮＰトランジスタで形成し、半導体スイッチ接点制御手段は、機械式スイッチ接点のＯＦＦ時にベース電圧をハイレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＦＦ状態とする一方、機械式スイッチ接点のＯＮ時にベース電圧をローレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＮ状態とする定電圧ダイオード回路で構成する。
【００１２】
ここで、定電圧ダイオードは、請求項３記載のように、機械式スイッチ接点でのアーク電圧の発生で、定電圧ダイオードに流れる電流を遮断してベース電圧をハイレベルとする特性を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の一形態による、スイッチ装置を用いた電気回路の一例を示す回路図である。
【００１４】
図１において、符号１は、例えば車両に搭載される、電源としての４２Ｖバッテリを示し、この４２Ｖバッテリ１からの電流は、電動モータやランプ等の負荷２に供給される。
【００１５】
４２Ｖバッテリ１から負荷２までの回路上には、例えば、ドライバ等によりＯＮ−ＯＦＦ自在な機械式スイッチ接点３が介装されており、この機械式スイッチ接点３と負荷２との間には、半導体スイッチ接点としてのＰＮＰトランジスタ４のエミッタとコレクタが、機械式スイッチ接点３と直列に介装されている。
【００１６】
また、機械式スイッチ接点３とＰＮＰトランジスタ４のエミッタとの間からは抵抗Ｒ１を介して半導体スイッチ接点制御手段としての定電圧ダイオード回路５が接続されており、抵抗Ｒ１と定電圧ダイオード回路５との間には、ＰＮＰトランジスタ４のベースが接続されている。
【００１７】
定電圧ダイオード回路５は、抵抗Ｒ１側から抵抗Ｒ２と定電圧ダイオード６とを直列に接続して構成され、定電圧ダイオード６の向きは、抵抗Ｒ２側がカソードとなっている。また、定電圧ダイオード６の特性は、ブレーク電圧＞（電源電圧−機械式スイッチ接点３におけるアーク電圧）となるように設定されている。
【００１８】
次に、上記回路の動作について説明する。
まず、機械式スイッチ接点３をＯＦＦからＯＮした場合では、４２Ｖバッテリ１から定電圧ダイオード回路５側に流れた電流は、定電圧ダイオード６により定電圧が保たれる。そして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の分圧に応じた電圧がＰＮＰトランジスタ４のベース電圧となってローレベルとなり、ＰＮＰトランジスタ４のエミッタとコレクタ間がＯＮされて、負荷２に電気が供給される。
【００１９】
逆に、機械式スイッチ接点３をＯＮからＯＦＦした場合では、機械式スイッチ接点３を離接すると接点間にアークが発生し、接点の両側にアーク電圧が発生する。ここで、定電圧ダイオード６の特性が、ブレーク電圧＞（電源電圧−機械式スイッチ接点３におけるアーク電圧）であるので、アークが発生した瞬間に定電圧ダイオード６を介して流れていた電流は遮断され、ＰＮＰトランジスタ４のベース電圧はハイレベルとなって、ＰＮＰトランジスタ４のエミッタとコレクタ間がＯＦＦされて、アークは消弧する。
【００２０】
このように、本発明の実施の形態によれば、高速でアークを消弧するため機械式スイッチ接点３の消耗は少なく、耐久性を向上させることができる。また、機械式スイッチ接点３がＯＦＦの際には、電流のリークが無く高い信頼性を確保することが可能になっている。更に、特別に、複雑な制御装置を設けることなく実現できるので、コスト的にも有利となっている。
【００２１】
尚、本発明の実施の形態では、ＰＮＰトランジスタ４のエミッタとコレクタを機械式スイッチ接点３と負荷２との間に介装するようにしているが、負荷２の基準電圧（アース）側に介装するようにしても良い。
【００２２】
また、本発明の実施の形態では、機械式スイッチ接点３を４２Ｖバッテリ１とＰＮＰトランジスタ４との間に直列に介装するようにしているが、機械式スイッチ接点３は、図２に示すように、負荷２及び定電圧ダイオード回路５が接続される基準電圧（アース）側に直列に介装するようにしても良い。
【００２３】
また、半導体スイッチ接点としてのＰＮＰトランジスタ４を用いているがＮＰＮトランジスタや他の半導体スイッチ接点を用いても良い。例えば、ＮＰＮトランジスタを用いた場合、ベース電圧の制御は、上述のＰＮＰトランジスタ４の例とは異なる。すなわち、機械式スイッチ接点３のＯＦＦ時にベース電圧をローレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＦＦ状態とする一方、機械式スイッチ接点３のＯＮ時にベース電圧をハイレベルにしてエミッタとコレクタ間をＯＮ状態とする。
【００２４】
更に、本発明の実施の形態では、半導体スイッチ接点制御手段としての定電圧ダイオード回路５を用いているが、同様の作用をするのであれば、トランジスタを用いた回路や、他のダイオード等を用いた回路を用いて構成するようにしても良い。
【００２５】
また、本発明の実施の形態では、具体的に、車両の電源回路に適用することを例に説明しているが、車両以外の他の電源回路であっても適用できることは云うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、スイッチＯＦＦ時における電流のリークが無く信頼性が高く、また、簡単な回路構成で低コストに実現でき、アークの発生を抑制してスイッチ接点の耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スイッチ装置を用いた電気回路の一例を示す回路図
【図２】スイッチ装置を用いた図１の例とは異なる電気回路を示す回路図
【符号の説明】
１    ４２Ｖバッテリ（電源）
２    負荷
３    機械式スイッチ接点
４    ＰＮＰトランジスタ（半導体スイッチ接点）
５    定電圧ダイオード回路（半導体スイッチ接点制御手段）
６    定電圧ダイオード
【図１】
2005033900.tif 000003
【図２】
2005033900.tif 000004