(57)【要約】  大電流を遮断する半導体スイッチをターンオフする際に、その途中で動作が停止することを防止するために、半導体スイッチ素子（Ｍ１）を駆動する制御装置（１２）において、第１制御スイッチ（Ｑ１）は、半導体スイッチ素子（Ｍ１）のゲート端子またはベース端子に駆動信号を供給するための信号線（Ｌ２）と、半導体スイッチ素子（Ｍ１）のソース端子またはエミッタ端子との間に接続されている。半導体スイッチ素子（Ｍ１）をオフ状態に制御するときオン状態に制御される。第２制御スイッチ（Ｑ２）は、信号線（Ｌ２）とソース端子またはエミッタ端子との間に、第１制御スイッチ（Ｑ１）と並列に接続され、前記ソース端子またはエミッタ端子の電位が負電位になったときターンオンする。
2018110230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチ素子を駆動する制御装置であって、
前記半導体スイッチ素子のゲート端子またはベース端子に駆動信号を供給するための信号線と、前記半導体スイッチ素子のソース端子またはエミッタ端子との間に接続され、前記半導体スイッチ素子をオン状態に制御するときオフ状態に制御され、前記半導体スイッチ素子をオフ状態に制御するときオン状態に制御される第１制御スイッチと、
前記信号線と、前記半導体スイッチ素子のソース端子またはエミッタ端子との間に、前記第１制御スイッチと並列に接続され、前記ソース端子またはエミッタ端子の電位が負電位になったときターンオンする第２制御スイッチと、
を備えることを特徴とする半導体スイッチの制御装置。
【請求項２】
第１半導体スイッチ素子と第２半導体スイッチ素子が互いに逆向きに直列接続された双方向スイッチを駆動する制御装置であって、
前記第１半導体スイッチ素子及び前記第２半導体スイッチ素子の制御端子に駆動信号を供給するための信号線と、前記第１半導体スイッチ素子と前記第２半導体スイッチ素子の中点または両端との間に接続され、前記双方向スイッチをオン状態に制御するときオフ状態に制御され、前記双方向スイッチをオフ状態に制御するときオン状態に制御される第１制御スイッチと、
前記信号線と、前記中点または両端との間に、前記第１制御スイッチと並列に接続され、前記中点または両端の電位が負電位になったときターンオンする第２制御スイッチと、
を備えることを特徴とする半導体スイッチの制御装置。
【請求項３】
前記第１半導体スイッチ素子および前記第２半導体スイッチ素子は、ｎチャンネル型ＦＥＴであり、
前記第１制御スイッチは、エミッタ端子が前記信号線に、ベース端子が第３制御スイッチを介してグラウンドに、コレクタ端子が前記第１半導体スイッチ素子のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子のソース端子に、それぞれ接続されたＰＮＰ型のトランジスタであり、
前記第２制御スイッチは、エミッタ端子が前記第１半導体スイッチ素子のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子のソース端子に、ベース端子が前記グラウンドに、コレクタ端子が前記信号線に、それぞれ接続されたＮＰＮ型のトランジスタであることを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
【請求項４】
前記第１半導体スイッチ素子および前記第２半導体スイッチ素子は、ｐチャンネル型ＦＥＴであり、
前記第１制御スイッチは、エミッタ端子が前記第１半導体スイッチ素子のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子のソース端子に、ベース端子が第３制御スイッチを介してグラウンドに、コレクタ端子が前記信号線に、それぞれ接続されたＰＮＰ型のトランジスタであり、
前記第２制御スイッチは、エミッタ端子が前記第１半導体スイッチ素子のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子のソース端子に、ベース端子が前記グラウンドに、コレクタ端子が前記信号線に、それぞれ接続されたＮＰＮ型のトランジスタであることを特徴とする請求項２に記載の半導体スイッチの制御装置。
【請求項５】
車両内の負荷に電力を供給するための蓄電部と、
前記蓄電部と前記負荷との間に接続され、第１半導体スイッチ素子と第２半導体スイッチ素子が互いに逆向きに直列接続された双方向スイッチと、
前記双方向スイッチを制御する請求項２から４のいずれかに記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項６】
前記蓄電部のグラウンドと、前記制御装置のグラウンドが前記車両のシャーシに非絶縁で接続されることを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される、半導体スイッチの制御装置、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、車両には補機バッテリ（通常、鉛蓄電池）が搭載されており、補機バッテリは、スタータモータや各種の電装品に電力を供給する。補機バッテリをオン／オフするためのスイッチには、メカリレーを使用することが一般的である。近年、メカリレーと比較して騒音が小さい半導体スイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)）を使用することが試みられている。ＭＯＳＦＥＴには寄生ダイオードが存在するため、ＭＯＳＦＥＴを双方向スイッチとして使用するには、２つのＭＯＳＦＥＴを逆向きに直列に接続する必要がある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
ＭＯＳＦＥＴのオン／オフ制御は、ＭＯＳＦＥＴのゲートに駆動信号を入力するとともに、ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間に設けた制御スイッチのオン／オフにより行われるのが一般的である。当該制御スイッチは例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲートにエミッタが、ＭＯＳＦＥＴのソースにコレクタがそれぞれ接続されるＰＮＰ型トランジスタで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１６４０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
双方向スイッチを構成する２つのＭＯＳＦＥＴに大電流が流れている状態で、双方向スイッチをターンオフさせる際、電流変化に起因する電線のインダクタンス成分により、双方向スイッチの電位が瞬間的に負電位に振れることがある。【０００６】
上述のように、ＭＯＳＦＥＴを制御するスイッチをＰＮＰ型トランジスタで構成する場合、ＰＮＰ型トランジスタのベースをグラウンドに導通させるか否かにより、ＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制御している。この構成では、ＰＮＰ型トランジスタのエミッタ電位（＝ＭＯＳＦＥＴのゲート電位）が正電位であることを前提としている。【０００７】
双方向スイッチをターンオフさせる際に、双方向スイッチのゲート電位が負電位に振れた場合、双方向スイッチのターンオフの途中でＰＮＰ型トランジスタがオフしてしまう。
これにより、双方向スイッチがハーフオンの状態で動作が停止してしまい、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗が高止まりして導通損失が増加する。ＭＯＳＦＥＴの仕様が低い場合、故障に至る場合もある。【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、大電流を遮断する半導体スイッチをターンオフする際に、その途中で動作が停止することを防止する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の半導体スイッチの制御装置は、半導体スイッチ素子を駆動する制御装置であって、前記半導体スイッチ素子のゲート端子またはベース端子に駆動信号を供給するための信号線と、前記半導体スイッチ素子のソース端子またはエミッタ端子との間に接続され、前記半導体スイッチ素子をオン状態に制御するときオフ状態に制御され、前記半導体スイッチ素子をオフ状態に制御するときオン状態に制御される第１制御スイッチと、前記信号線と、前記半導体スイッチ素子のソース端子またはエミッタ端子との間に、前記第１制御スイッチと並列に接続され、前記ソース端子またはエミッタ端子の電位が負電位になったときターンオンする第２制御スイッチと、を備える。【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大電流を遮断する半導体スイッチをターンオフする際に、その途中で動作が停止することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両電源システムを説明するための図である。
【図２】半導体スイッチを用いたサブバッテリシステムの構成例１を示す図である。
【図３】半導体スイッチを用いたサブバッテリシステムの構成例２を示す図である。
【図４】図２の構成例１の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る車両電源システムを説明するための図である。車両電源システムは、鉛蓄電池１３と、鉛蓄電池１３を補強するサブバッテリシステム１０を備える。鉛蓄電池１３及びサブバッテリシステム１０が搭載される車両には、それらに関連する部材として、スタータ１４、オルタネータ１５及び電装品１６が搭載される。
【００１４】
スタータ１４はエンジン始動用のモータである。スタータ１４は、鉛蓄電池１３から供給される電力により回転し、エンジンを始動させる。運転者の操作によりイグニッションスイッチ（不図示）がオンされると、鉛蓄電池１３から給電線Ｌ１を介してスタータ１４に電力が供給され、スタータ１４が始動する。オルタネータ１５は、エンジンのクランク軸の回転エネルギーにより発電する。オルタネータ１５は、発電した電力を給電線Ｌ１を介して、鉛蓄電池１３及び／又はサブバッテリシステム１０に供給する。
【００１５】
電装品１６は、ヘッドライト、パワーステアリング、オイルポンプ、カーナビゲーションシステム、オーディオなどの車両内に搭載される各種電気負荷（補機）を示す総称である。なお本明細書では説明の便宜上、スタータ１４、オルタネータ１５は電装品１６と別に描いている。電装品１６は、鉛蓄電池１３及び／又はサブバッテリシステム１０から給電線Ｌ１を介して供給される電力により駆動される。
【００１６】
鉛蓄電池１３は、オルタネータ１５により発電された電力を蓄え、スタータ１４及び電装品１６に給電するためのメインバッテリである。サブバッテリシステム１０は、ニッケル水素蓄電池１１、制御装置１２、及び第１スイッチ装置ＳＷ１を含む。ニッケル水素蓄電池１１は、オルタネータ１５により発電された電力を蓄え、電装品１６に給電するためのサブバッテリである。ニッケル水素蓄電池１１の容量は、鉛蓄電池１３の容量より小さく設計される。鉛蓄電池１３とニッケル水素蓄電池１１は並列接続される。
【００１７】
鉛蓄電池１３は比較的安価、比較的広い温度範囲で動作可能、高出力などの長所があり、車両用の蓄電池として広く普及している。ただし充放電エネルギー効率が低い、過放電に弱い、サイクル寿命が短いなどの短所がある。ニッケル水素蓄電池１１は、充放電エネルギー効率が比較的高い、過充電および過放電に強い、使用温度範囲が広い、ＳＯＣ（State Of Charge）範囲が広い、サイクル寿命が比較的長いなどの長所がある。
【００１８】
なお、ニッケル水素蓄電池１１の代わりにリチウムイオン蓄電池を用いてもよい。リチウムイオン蓄電池は、エネルギー密度および充放電エネルギー効率が高く、高性能な蓄電池である。ただし、厳格な電圧・温度管理が必要となる。またニッケル水素蓄電池１１の代わりに、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを用いてもよい。
【００１９】
ニッケル水素蓄電池１１の正極と給電線Ｌ１との間に、第１スイッチ装置ＳＷ１が挿入される。給電線Ｌ１の、鉛蓄電池１３の接続点とニッケル水素蓄電池１１の接続点の間に、第２スイッチ装置ＳＷ２が挿入される。
【００２０】
制御装置１２は、ニッケル水素蓄電池１１の電圧、電流、及び温度を監視して、ニッケル水素蓄電池１１の状態を管理し、ニッケル水素蓄電池１１の充放電を制御する。具体的には電圧、電流、及び温度をもとに、ニッケル水素蓄電池１１のＳＯＣ(State Of Charge)管理、及びＳＯＨ（State Of Health）管理を行う。また制御装置１２は、過電圧、過小電圧、過電流または温度異常を検出すると、第１スイッチ装置ＳＷ１をターンオフして充放電を停止させる。また、鉛蓄電池１３とニッケル水素蓄電池１１を電気的に遮断したいとき、制御装置１２は第２スイッチ装置ＳＷ２をターンオフして両者を解列する。
【００２１】
第１スイッチ装置ＳＷ１及び第２スイッチ装置ＳＷ２には双方向の電流が流れるため、メカリレーが使用されることが一般的であった。しかしながら、メカリレーには物理的な接点があるため、スイッチング時に騒音が発生する。そこで２つのＭＯＳＦＥＴを直列接続した半導体スイッチを用いることが試みられている。なお、図１等に示す実施の形態では、第１スイッチ装置ＳＷ１及び第２スイッチ装置ＳＷ２には双方向の電流が流れることを想定しているが、実施の形態の構成によっては単方向にのみ電流が流れる場合もある。
そのような実施の形態においては、流れる電流の向きに対応した半導体スイッチのみを設ける構成としてもよい。
【００２２】
図２は、半導体スイッチを用いたサブバッテリシステム１０の構成例１を示す図である。構成例１はｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを使用する例である。第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２は、直列接続された２つのｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴで構成される。
【００２３】
第１電流遮断スイッチＭ１のソース端子と第２電流遮断スイッチＭ２のソース端子が接続され、第１電流遮断スイッチＭ１のドレイン端子が給電線Ｌ１、第２電流遮断スイッチＭ２のドレイン端子がニッケル水素蓄電池１１の正極端子にそれぞれ接続される。第１電流遮断スイッチＭ１のゲート端子及び第２電流遮断スイッチＭ２のゲート端子は、ゲート信号線Ｌ２に共通接続される。第１電流遮断スイッチＭ１のソース−ドレイン間に第１寄生ダイオードＤ１が形成され、第２電流遮断スイッチＭ２のソース−ドレイン間に第２寄生ダイオードＤ２が形成される。ＭＯＳＦＥＴでは寄生ダイオードが発生するため、１つでは単方向の電流しか遮断することができない。そこで２つのＭＯＳＦＥＴを逆向きに直列接続して双方向スイッチを構成する。以下、閾値電圧が４Ｖのｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを使用する例を想定する。
【００２４】
ニッケル水素蓄電池１１の負極端子と、制御装置１２のグラウンド端子は、車両のシャーシに非絶縁で接続される。一般的に、車両の補機バッテリはシャーシに接続される。なお、高圧のトラクションバッテリはシャーシから絶縁された状態で設置される。
【００２５】
図２では制御装置１２のブロック内に、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２の駆動に関する構成要素のみを描いている。ゲート信号線Ｌ２には、所定の定電圧Ｖｃが印加される。本構成例では、ニッケル水素蓄電池１１の電圧が１２Ｖ、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２の閾値電圧が４Ｖを想定している。ゲート信号線Ｌ２の電圧は、１２Ｖに対して十分に大きな電圧が設定される必要がある。本構成例では、２５Ｖに設定される例を想定する。２５Ｖの定電圧Ｖｃは、ニッケル水素蓄電池１１または鉛蓄電池１３の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ（不図示）で昇圧することにより生成される。抵抗ＲＬはゲート信号線Ｌ２の電流を制限するための抵抗を示している。なお、電流を制限する必要がなければ、抵抗ＲＬを設けなくても良い。
【００２６】
制御装置１２は、第１制御スイッチＱ１、第２制御スイッチＱ２、第３制御スイッチＱ３及び第４制御スイッチＱ４を含む。本構成例では、第１制御スイッチＱ１にＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ、第２制御スイッチＱ２にＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ、第３制御スイッチＱ３にＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ、及び第４制御スイッチＱ４にＰＮＰ型のバイポーラトランジスタがそれぞれ使用される。
【００２７】
第１制御スイッチＱ１のエミッタ端子はゲート信号線Ｌ２に、第１制御スイッチＱ１のコレクタ端子は第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２の共通ソース端子に、第１制御スイッチＱ１のベース端子は第１抵抗Ｒ１を介して第３制御スイッチＱ３のコレクタ端子にそれぞれ接続される。
【００２８】
第２制御スイッチＱ２のエミッタ端子は第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２の共通ソース端子に、第２制御スイッチＱ２のコレクタ端子はゲート信号線Ｌ２に、第２制御スイッチＱ２のベース端子は第２抵抗Ｒ２を介してグラウンドにそれぞれ接続される。第１制御スイッチＱ１と第２制御スイッチＱ２は並列接続の関係にある。
【００２９】
第３制御スイッチＱ３のエミッタ端子はグラウンドに、第３制御スイッチＱ３のベース端子は第３抵抗Ｒ３を介して、第２制御信号Ｖ２の入力源にそれぞれ接続される。第４制御スイッチＱ４はゲート信号線Ｌ２に挿入される。第４制御スイッチＱ４エミッタ端子は定電圧Ｖｃの発生源に、第４制御スイッチＱ４のベース端子は第４抵抗Ｒ４を介して、第１制御信号Ｖ１の入力源にそれぞれ接続される。第４制御スイッチＱ４のコレクタ端子は、抵抗ＲＬを介して、第１電流遮断スイッチＭ１、第２電流遮断スイッチＭ２のゲート端子、第１制御スイッチＱ１のエミッタ端子、及び第２制御スイッチＱ２のコレクタ端子に接続される。
【００３０】
第１制御信号Ｖ１、第２制御信号Ｖ２の入力源は例えば、マイクロコンピュータ（不図示）で構成される。当該マイクロコンピュータは、車両側のＥＣＵからの指示、及びニッケル水素蓄電池１１の異常発生の有無に応じて、第１制御信号Ｖ１及び第２制御信号Ｖ２のレベルを決定する。
【００３１】
第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２で構成される双方向スイッチをオン状態に制御するとき、当該マイクロコンピュータは、第１制御信号Ｖ１をローレベルに、第２制御信号Ｖ２をローレベルにそれぞれ制御する。これにより、第４制御スイッチＱ４がオン状態、第３制御スイッチＱ３がオフ状態、第１制御スイッチＱ１がオフ状態に制御され、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のゲート端子に定電圧Ｖｃ（２５Ｖ）が印加される。これにより、ゲート−ソース間の寄生容量に電荷がチャージされ、オン抵抗が低下してドレイン−ソース間が導通する。
【００３２】
反対に、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２で構成される双方向スイッチをオフ状態に制御するとき、当該マイクロコンピュータは、第１制御信号Ｖ１をハイレベルに、第２制御信号Ｖ２をハイレベルにそれぞれ制御する。これにより、第４制御スイッチＱ４がオフ状態、第３制御スイッチＱ３がオン状態、第１制御スイッチＱ１がオン状態に制御され、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のゲート−ソース間が第１制御スイッチＱ１を介してショートされる。この経路により、ゲート−ソース間の寄生容量にチャージされた電荷が早くディスチャージされ、オン抵抗が上昇してドレイン−ソース間が遮断する。
【００３３】
なお当該マイクロコンピュータは、制御装置１２の基板に実装されてもよいし、別の基板に実装されてもよい。また当該マイクロコンピュータの代わりに、ハードウェア回路で第１制御信号Ｖ１及び第２制御信号Ｖ２が生成されてもよい。なお図２では、各バイポーラトランジスタのエミッタ−ベース間をオープンした状態で描いているが、実際にはエミッタ−ベース間を、抵抗等を介して接続しておくことが好ましい。この場合、ベースがオープンになっても、トランジスタがオフ状態を維持することができる。
【００３４】
以上の回路構成において、ニッケル水素蓄電池１１が大電流を充放電している状態（第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２はオン状態）から、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２をターンオフして電流を遮断する場合を考える。上記制御により、第４制御スイッチＱ４がオン状態からオフ状態へ、第３制御スイッチＱ３がオフ状態からオン状態へ、第１制御スイッチＱ１がオフ状態からオン状態にそれぞれ切り替えられる。
【００３５】
当該制御により、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のそれぞれのゲート−ソース間がショートされた後、ゲート−ソース間の寄生容量の放電が進み、ゲート−ソース間の電圧が閾値電圧（４Ｖ）を下回ると第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２がターンオフを開始する。その瞬間、ドレイン−ソース間に流れていた電流が急激に絞られ、当該電流を維持しようとする電線（ワイヤーハーネス）のインダクタンス成分により、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２の電位が負電位に振れる（負サージが発生する）場合がある。
【００３６】
例えば、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のソース端子の電位が−２０Ｖに振れたとき、ゲート−ソース間の寄生容量には閾値電圧（４Ｖ）に相当する電荷が残留しているため、ゲート信号線Ｌ２の電位が−１６Ｖに引っ張られる。第１制御スイッチＱ１は、ベース端子からグラウンドに電流を引き込むことによりオン状態を維持しているため、エミッタ端子が負電位になるとオン状態を維持できなくなり、ターンオフしてしまう。
【００３７】
従来の第２制御スイッチＱ２が設けられない構成では、第１制御スイッチＱ１がオフ状態になると、ゲート−ソース間の寄生容量に閾値電圧（４Ｖ）に相当する電荷が残留したハーフオンの状態で第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のターンオフ動作が停止してしまう。この状態では、オン抵抗が高止まりして導通損失が増加する。
ＭＯＳＦＥＴの仕様が低い場合、故障に至る場合もある。
【００３８】
そこで本構成例では第１制御スイッチＱ１と並列に、第２制御スイッチＱ２を追加している。第２制御スイッチＱ２は第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のソース端子の電位が負電位になると、自動的にターンオンする。ニッケル水素蓄電池１１の負極端子と、制御装置１２のグラウンド端子はシャーシを介して電気的に接続されているため、制御装置１２のグラウンド端子から第２制御スイッチＱ２のベース端子に電流を流し込むことができる。これにより、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のゲート−ソース間の寄生容量に残留している閾値電圧（４Ｖ）に相当する電荷を引き続きディスチャージすることができ、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２を迅速かつ完全にオフすることができる。
【００３９】
図３は、半導体スイッチを用いたサブバッテリシステム１０の構成例２を示す図である。構成例２はｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを使用する例である。第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２は、直列接続された２つのｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴで構成される。
【００４０】
構成例２ではゲート信号線Ｌ２の電圧が、１２Ｖに対して十分に小さな電圧が設定される必要がある。本構成例では、グラウンド電圧に設定される例を想定する。構成例２では、第４制御スイッチＱ４にＮＰＮ型のバイポーラトランジスタが使用される。また第１制御スイッチＱ１のエミッタ端子とコレクタ端子の接続関係が逆になり、第１制御スイッチＱ１のエミッタ端子が第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２の共通ソース端子に、第１制御スイッチＱ１のコレクタ端子がゲート信号線Ｌ２にそれぞれ接続される。
【００４１】
第４制御スイッチＱ４エミッタ端子はグラウンドに、第４制御スイッチＱ４のベース端子は第４抵抗Ｒ４を介して、第１制御信号Ｖ１の入力源にそれぞれ接続される。第４制御スイッチＱ４のコレクタ端子は、抵抗ＲＬを介して、第１電流遮断スイッチＭ１、第２電流遮断スイッチＭ２のゲート端子、第１制御スイッチＱ１のコレクタ端子、及び第２制御スイッチＱ２ｎのコレクタ端子に接続される。
【００４２】
第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２で構成される双方向スイッチをオン状態に制御するとき、上記マイクロコンピュータは、第１制御信号Ｖ１をハイレベルに、第２制御信号Ｖ２をローレベルにそれぞれ制御する。これにより、第４制御スイッチＱ４がオン状態、第３制御スイッチＱ３がオフ状態、第１制御スイッチＱ１がオフ状態に制御され、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のゲート端子にグラウンド電圧が印加される。これにより、ゲート−ソース間の寄生容量に電荷がチャージされ、オン抵抗が低下してドレイン−ソース間が導通する。
【００４３】
反対に、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２で構成される双方向スイッチをオフ状態に制御するとき、当該マイクロコンピュータは、第１制御信号Ｖ１をローレベルに、第２制御信号Ｖ２をハイレベルにそれぞれ制御する。これにより、第４制御スイッチＱ４がオフ状態、第３制御スイッチＱ３がオン状態、第１制御スイッチＱ１がオン状態に制御され、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のゲート−ソース間が第１制御スイッチＱ１を介してショートされる。この経路により、ゲート−ソース間の寄生容量にチャージされた電荷が早くディスチャージされ、オン抵抗が上昇してドレイン−ソース間が遮断する。
【００４４】
構成例２においもて第１制御スイッチＱ１と並列に、第２制御スイッチＱ２を追加している。第２制御スイッチＱ２は第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のソース端子の電位が負電位になると、自動的にターンオンする。これにより、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のゲート−ソース間の寄生容量に残留している閾値電圧（４Ｖ）に相当する電荷を引き続きディスチャージすることができ、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２を迅速かつ完全にオフすることができる。
【００４５】
以上説明したように本実施の形態では、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のゲート電位が正電位のときに動作する第１制御スイッチＱ１と、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のゲート電位が負電位のときに動作する第２制御スイッチＱ２を設ける。これにより、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２のターンオフの途中で動作が停止することを防止することができる。従って導通損失の増加を抑えることができ、ＭＯＳＦＥＴの故障を防止することもできる。
【００４６】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４７】
図４は、図２の構成例１の変形例を示す図である。図４に示すように、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２の接続の順番を入れ替えても良い。即ち、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴのドレイン同士が接続される形態でもよい。この場合、ゲート信号線Ｌ２と第１電流遮断スイッチＭ１のソース端子との間に第３ダイオードＤ３が、ゲート信号線Ｌ２と第２電流遮断スイッチＭ２のソース端子との間に第４ダイオードＤ４がそれぞれ挿入される。なお、構成例１と同様、図３に示されている第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２の接続の順番を入れ替えても良い。
【００４８】
上述の実施の形態において、第１制御スイッチＱ１−第４制御スイッチＱ４の少なくとも１つをＦＥＴに置き換えてもよい。ＮＰＮ型のトランジスタについてはｎチャンネル型のＦＥＴに、ＰＮＰ型のトランジスタについてはｐチャンネル型のＦＥＴにそれぞれ置き換えることができる。なお第１制御スイッチＱ１については、ＰＮＰ型のトランジスタを使用した方が、ｐチャンネル型のＦＥＴを使用するより、ゲート−ソース間の電位差をよりゼロに近づけることができる。
【００４９】
また第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を使用してもよい。この場合、ＩＧＢＴのゲート−エミッタ間の電圧を、第１制御スイッチＱ１と第２制御スイッチＱ２により制御する。なおＦＥＴを使用する場合より導通損失が増加するが、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２にバイポーラトランジスタを使用することも可能である。この場合、バイポーラトランジスタのベース電流を、第１制御スイッチＱ１と第２制御スイッチＱ２により制御する。
【００５０】
上述の実施の形態では、第１電流遮断スイッチＭ１及び第２電流遮断スイッチＭ２を直列接続した双方向スイッチと、双方向スイッチを制御する制御装置を、補機バッテリのオン／オフ制御に使用する例を説明した。この点、当該双方向スイッチで大電流を遮断する用途であり、当該双方向スイッチを含む主回路のグラウンドと、当該制御装置のグラウンドが非絶縁で共通接続されている回路構成であれば、上述の制御装置を適用可能である。
【００５１】
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
【００５２】
［項目１］
半導体スイッチ素子（Ｍ１）を駆動する制御装置（１２）であって、
前記半導体スイッチ素子（Ｍ１）のゲート端子またはベース端子に駆動信号を供給するための信号線（Ｌ２）と、前記半導体スイッチ素子（Ｍ１）のソース端子またはエミッタ端子との間に接続され、前記半導体スイッチ素子（Ｍ１）をオン状態に制御するときオフ状態に制御され、前記半導体スイッチ素子（Ｍ１）をオフ状態に制御するときオン状態に制御される第１制御スイッチ（Ｑ１）と、
前記信号線と前記ソース端子またはエミッタ端子との間に、前記第１制御スイッチ（Ｑ１）と並列に接続され、前記ソース端子またはエミッタ端子の電位が負電位になったときターンオンする第２制御スイッチ（Ｑ２）と、を備えることを特徴とする半導体スイッチの制御装置（１２）。
これによれば、半導体スイッチがターンオフする際に、前記ソース端子またはエミッタ端子の電位が負電位になることにより、ターンオフ動作が途中で停止することを防止することができる。
【００５３】
［項目２］
第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）と第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）が互いに逆向きに直列接続された双方向スイッチを駆動する制御装置（１２）であって、
前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）及び前記第２半導体スイッチ素子の制御端子（Ｍ２）に駆動信号を供給するための信号線（Ｌ２）と、前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）と前記第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）の中点または両端との間に接続され、前記双方向スイッチをオン状態に制御するときオフ状態に制御され、前記双方向スイッチをオフ状態に制御するときオン状態に制御される第１制御スイッチ（Ｑ１）と、
前記信号線と前記中点または両端との間に、前記第１制御スイッチ（Ｑ１）と並列に接続され、前記中点または両端の電位が負電位になったときターンオンする第２制御スイッチ（Ｑ２）と、を備えることを特徴とする半導体スイッチの制御装置（１２）。
これによれば、双方向スイッチがターンオフする際に、前記中点または両端の電位が負電位になることにより、ターンオフ動作が途中で停止することを防止することができる。
［項目３］
前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）および前記第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）は、ｎチャンネル型のＦＥＴであり、
前記第１制御スイッチ（Ｑ１）は、エミッタ端子が前記信号線（Ｌ２）に、ベース端子が第３制御スイッチ（Ｑ３）を介してグラウンドに、コレクタ端子が前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）のソース端子に、それぞれ接続されたＰＮＰ型のトランジスタであり、
前記第２制御スイッチ（Ｑ２）は、エミッタ端子が前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）のソース端子に、ベース端子が前記グラウンドに、コレクタ端子が前記信号線（Ｌ２）に、それぞれ接続されたＮＰＮ型のトランジスタであることを特徴とする項目２に記載の半導体スイッチの制御装置（１２）。
これによれば、双方向スイッチがターンオフする際に、前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）のソース端子の電位が負電位になったとき、第２制御スイッチ（Ｑ２）が自動的にターンオンすることにより、双方向スイッチのターンオフ動作が途中で停止することを防止することができる。
［項目４］
前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）および前記第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）は、ｐチャンネル型のＦＥＴであり、
前記第１制御スイッチ（Ｑ１）は、エミッタ端子が前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）のソース端子に、ベース端子が第３制御スイッチ（Ｑ３）を介してグラウンドに、コレクタ端子が前記信号線（Ｌ２）に、それぞれ接続されたＰＮＰ型のトランジスタであり、
前記第２制御スイッチ（Ｑ２）は、エミッタ端子が前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）のソース端子に、ベース端子が前記グラウンドに、コレクタ端子が前記信号線（Ｌ２）に、それぞれ接続されたＮＰＮ型のトランジスタであることを特徴とする項目２に記載の半導体スイッチの制御装置（１２）。
これによれば、双方向スイッチがターンオフする際に、前記第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）のソース端子および前記第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）のソース端子の電位が負電位になったとき、第２制御スイッチ（Ｑ２）が自動的にターンオンすることにより、双方向スイッチのターンオフ動作が途中で停止することを防止することができる。
［項目５］
車両内の負荷（１６）に電力を供給するための蓄電部（１１）と、
前記蓄電部（１１）と前記負荷（１６）との間に接続され、第１半導体スイッチ素子（Ｍ１）と第２半導体スイッチ素子（Ｍ２）が互いに逆向きに直列接続された双方向スイッチと、
前記双方向スイッチを制御する請求項２から４のいずれかに記載の制御装置（１２）と、
を備えることを特徴とする電源システム（１０）。
これによれば、双方向スイッチがターンオフする際に、前記中点または両端の電位が負電位になることにより、ターンオフ動作が途中で停止することを防止することができ、信頼性の高い電源システム（１０）を構築することができる。
［項目６］
前記蓄電部（１１）のグラウンドと、前記制御装置（１２）のグラウンドが前記車両のシャーシに非絶縁で接続されることを特徴とする項目５に記載の電源システム（１０）。
これによれば、双方向スイッチがターンオフする際に、前記中点または両端の電位が負電位になったとき、第２制御スイッチ（Ｑ２）を介した閉ループを形成することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  サブバッテリシステム、  １１  ニッケル水素蓄電池、  １２  制御装置、  １３  鉛蓄電池、  １４  スタータ、  １５  オルタネータ、  １６  電装品、  Ｌ１  給電線、  Ｌ２  ゲート信号線、  ＳＷ１  第１双方向スイッチ、  ＳＷ２  第２双方向スイッチ、  Ｍ１  第１電流遮断スイッチ、  Ｍ２  第２電流遮断スイッチ、  Ｄ１  第１寄生ダイオード、  Ｄ２  第２寄生ダイオード、  Ｑ１  第１制御スイッチ、  Ｑ２  第２制御スイッチ、  Ｑ３  第３制御スイッチ、  Ｑ４  第４制御スイッチ、  Ｒ１  第１抵抗、  Ｒ２  第２抵抗、  Ｒ３  第３抵抗、  Ｒ４  第４抵抗。
【図１】
2018110230.tif 000003
【図２】
2018110230.tif 000004
【図３】
2018110230.tif 000005
【図４】
2018110230.tif 000006
【国際調査報告】
2018110230.tif 000007
2018110230.tif 000008
2018110230.tif 000009