(57)【要約】【課題】種々の保護機能を備えるとともに低損失の電源入力回路を提供する。【解決手段】ＭＯＳＦＥＴ５と１２のドレイン同士を接続して直列に接続する。ＭＯＳＦＥＴ５をスイッチ回路として機能させ、ＭＯＳＦＥＴ１２を理想ダイオードとして機能させる。逆流阻止回路１６は、Ｖ１＜Ｖ２のときにＭＯＳＦＥＴ１２をオフし、Ｖ１≧Ｖ２のときにＭＯＳＦＥＴ１２をオンする。過電圧保護回路１３は、電源入力端子２の電圧が規定電圧を超えたときにＭＯＳＦＥＴ５をオフし、過電流保護回路６は、電源入力線３に流れる電流が規定値を超えるとＭＯＳＦＥＴ５をオフする。ＣＰＵからのオンオフ指令信号によりＭＯＳＦＥＴ５をオンオフする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ導電型を有し、電源入力端子から内部回路に至る電源入力線において同じ主端子同士が接続され互いに逆極性の状態で直列に接続された第１および第２のＦＥＴと、
これら第１および第２のＦＥＴからなる直列回路の両端子のうち前記電源入力端子側の端子電圧が前記内部回路側の端子電圧よりも低下したときに前記第２のＦＥＴをオフ状態に制御する逆流阻止回路と、
前記電源入力端子の電圧が所定の規定電圧を超えたときに前記第１のＦＥＴをオフ状態に制御する過電圧保護回路とを備えたことを特徴とする電源入力回路。
【請求項２】
前記電源入力線に流れる電流を検出する電流検出回路と、
この電流検出回路により検出された電流が規定電流を超えたときに前記第１のＦＥＴをオフ状態に制御する過電流保護回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電源入力回路。
【請求項３】
前記第１のＦＥＴは、前記内部回路への電源供給指令信号に応じてオンオフ動作するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電源入力回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源入力端子から内部回路に至る電源入力線に設けられる電源入力回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用電子機器で用いる電源回路は、バッテリの逆接続に対して保護する機能が必要であり、一般には特許文献１、２に示されているように電源入力線にダイオードを挿入する構成が採用されている。また、バッテリは、多数の車載用電子機器に電源を供給しているため、１つの車載用電子機器で生じた負荷短絡等がバッテリ電圧を低下させないように、各電源回路は過電流保護機能も備えている。さらに、バッテリの消費を抑えるため、車両のキースイッチがオフ位置にされると電源回路に流れる暗電流を遮断する機能も備えている。
【特許文献１】特開２００３−１５０２５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２２３５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
車載用電子機器において上記した各機能を電源回路自体に持たせてもよいが、バッテリ接続用の電源入力端子と電源回路などの内部回路との間に電源入力回路を介在させ、その電源入力回路に上記した各機能を持たせる構成も用いられている。図２は、従来から用いられている電源入力回路の構成を示している。
【０００４】
この電源入力回路１において、電源入力端子２から電源回路などの内部回路に至る電源入力線３には、逆接続保護用のダイオードＤ１、過電圧・サージ電圧保護用のツェナーダイオードＤ２、リアクトルＬ１とコンデンサＣ１とからなるフィルタ回路４、電流検出用の抵抗Ｒ１、およびスイッチ回路として機能するＭＯＳＦＥＴ５が設けられている。ＭＯＳＦＥＴ５には、寄生のダイオード５ｄが形成されている。
【０００５】
過電流保護回路６は、抵抗Ｒ１の両端電圧が規定値を超えるとオフ指令信号を出力するようになっており、駆動回路７は、ＣＰＵ（図示せず）から与えられるオンオフ指令信号と過電流保護回路６から与えられるオフ指令信号とに基づいてＭＯＳＦＥＴ５を駆動するようになっている。また、ダイオードＤ１とフィルタ回路４のコンデンサＣ１とにより、バッテリ電圧の瞬断対策が施されている。
【０００６】
上記特許文献１、２に記載された電源回路および図２に示す電源入力回路１では、電源入力線３にダイオードＤ１が挿入されているため、車載用電子機器の消費電流が全てダイオードＤ１に流れ大きな電力損失が生じる。ナビゲーション装置などの車載用電子機器は高機能化、高速化しており、これに伴って車載用電子機器の消費電流ひいてはダイオードＤ１での電力損失も増加する傾向にある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、種々の保護機能を備えるとともに低損失の電源入力回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載した手段によれば、電源入力線に、同じ導電型を有する第１および第２のＦＥＴが、ドレイン同士またはソース同士が接続された逆極性の状態で直列に接続されている。このように逆極性に接続するのは、第１および第２のＦＥＴにそれぞれ形成されている寄生のダイオードを互いに異なる向きとし、両寄生ダイオードを介した電流経路を作らないためである。
【０００９】
例えばＦＥＴがＰチャネル型の場合、電源入力端子側がソースとなる第１のＦＥＴはスイッチ回路として機能し、過電圧保護回路は、電源入力端子の電圧が所定の規定電圧を超えたときに第１のＦＥＴをオフ状態に制御する。これにより、従来用いていた過電圧保護用のツェナーダイオードが不要となる。
【００１０】
一方、内部回路側がソースとなる第２のＦＥＴは理想ダイオードとして機能し、逆流阻止回路は、第１および第２のＦＥＴからなる直列回路の両端子のうち電源入力端子側の端子電圧が内部回路側の端子電圧よりも低下したときに第２のＦＥＴをオフ状態に制御する。これにより、電源入力線において、オン状態にある第２のＦＥＴを介して電流が流れ、従来のダイオードを介して電流が流れる場合と比較して電力損失が非常に小さくなる。また、第２のトランジスタは、内部回路側から電源入力端子側への電流を阻止するので、電源入力端子に電源が逆接続されたときの保護、電源が瞬断したときの内部回路側電圧の維持が図られる。
【００１１】
請求項２に記載した手段によれば、過電流保護回路は、電流検出回路により検出された電流が規定電流を超えたときに第１のＦＥＴをオフ状態に制御する。第１のＦＥＴの寄生ダイオードは、電源入力線において負荷電流の向きに対し逆方向に接続されているので、第１のＦＥＴをオフ状態に制御すれば電源入力線に流れる電流を遮断することができ、電源および内部回路を過電流から保護することができる。
【００１２】
請求項３に記載した手段によれば、第１のＦＥＴは、内部回路への電源供給指令信号に応じてオンオフ動作するように構成されている。従って、内部回路への電力供給が不要な場合に電源入力線に流れる電流を遮断することができ、いわゆる暗電流をカットすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、電源入力回路の構成を示す図１を参照しながら説明する。なお、従来技術を示す図２と同一部分には同一符号を付している。
電源入力回路１１は、ナビゲーション装置などの車載用電子機器において、電源入力端子２と車載用電子機器の内部回路例えば制御用電圧を生成する電源回路（図示せず）との間に設けられている。電源入力端子２には、車載バッテリ（図示せず）からバッテリ電圧ＶＢが与えられている。
【００１４】
電源入力線３には、電流検出用の抵抗Ｒ１（電流検出回路に相当）、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ５、１２（第１、第２のＦＥＴに相当）、およびリアクトルＬ１とコンデンサＣ１とからなるフィルタ回路４が順に設けられている。ＭＯＳＦＥＴ５と１２は、主端子であるドレイン同士が接続され互いに逆極性の状態で直列に接続されており、それぞれソース側をカソードとする寄生のダイオード５ｄ、１２ｄが並列に形成されている。
【００１５】
過電圧保護回路１３は、電源入力端子２の電圧が過電圧判定レベルである規定電圧を超えたときにＭＯＳＦＥＴ５をオフ状態に制御するものである。電源入力端子２とグランドとの間には、ダイオードＤ１１、ツェナーダイオードＤ１２および抵抗Ｒ１１が直列に接続されている。ダイオードＤ１１（ツェナーダイオードＤ１２）のカソードは、トランジスタ１４のエミッタ・コレクタ間を介してＭＯＳＦＥＴ５のゲートに接続されており、トランジスタ１４のベースは、トランジスタ１５のコレクタ・エミッタ間を介してグランドに接続されている。トランジスタ１５のベースは、ツェナーダイオードＤ１２のアノードに接続されている。
【００１６】
過電流保護回路６は、抵抗Ｒ１の両端電圧が過電流判定レベルである規定値を超えると駆動回路７に対しオフ指令信号を出力するようになっている。逆流阻止回路１６は、ＭＯＳＦＥＴ５、１２からなる直列回路の両端子のうち電源入力端子側の端子（ＭＯＳＦＥＴ５のソース）の電圧Ｖ１が内部回路側の端子（ＭＯＳＦＥＴ１２のソース）の電圧Ｖ２よりも低下したときに駆動回路１７に対しオフ指令信号を出力し、電圧Ｖ１がＶ２よりも高いときに駆動回路１７に対しオン指令信号を出力するようになっている。
【００１７】
駆動回路７は、内部回路に設けられたＣＰＵ等（図示せず）から与えられるオンオフ指令信号と過電流保護回路６から与えられるオフ指令信号とに基づいてＭＯＳＦＥＴ５を駆動するようになっており、駆動回路１７は、逆流阻止回路１６から与えられるオンオフ指令信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ１２を駆動するようになっている。
【００１８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
バッテリから車載用電子機器の電源入力端子２へは、バッテリ電圧ＶＢが常時印加されている。車両のキースイッチ（図示せず）がオフ位置にある場合、内部回路に設けられたＣＰＵ等から駆動回路７にオフ指令信号が与えられ、ＭＯＳＦＥＴ５はオフ状態となる。その結果、車載用電子機器の内部回路（電源回路）に流れる暗電流を遮断することができ、バッテリの消耗を抑えることができる。
【００１９】
キースイッチがＡｃｃ位置またはオン位置にされると、上記ＣＰＵ等から駆動回路７にオン指令信号が与えられ、ＭＯＳＦＥＴ５はオン状態となる。ＭＯＳＦＥＴ５のソースの電圧Ｖ１はバッテリ電圧ＶＢにほぼ等しく、ＭＯＳＦＥＴ１２のソースの電圧Ｖ２はコンデンサＣ１や電源回路の入力コンデンサ（図示せず）の充電状態に応じた電圧になる。内部回路への通電開始時およびその後の定常状態においてはＶ１＞Ｖ２の関係となり、逆流阻止回路１６は駆動回路１７に対しオン指令信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ１２はオン状態となる。
【００２０】
その結果、電源入力端子２からＭＯＳＦＥＴ５のソース・ドレイン間およびＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン・ソース間を介して内部回路に電流が流れる。オン状態にあるＭＯＳＦＥＴ５のソース・ドレイン間電圧およびＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン・ソース間電圧はダイオードの順方向電圧に比べて非常に小さいので、電源入力回路１１における電力損失は非常に小さくなる。
【００２１】
本実施形態の電源入力回路１１（図１）の電力損失と従来の電源入力回路１（図２）の電力損失とを以下の条件の下で比較する。
電源入力線３を介して流れる電流＝２Ａ
ＭＯＳＦＥＴ５、１２のオン抵抗＝５０ｍΩ
ダイオードＤ１の順方向電圧＝０．６Ｖ
電源入力回路１１の電力損失＝２×２Ａ×２Ａ×５０ｍΩ＝０．４Ｗ
電源入力回路１の電力損失  ＝２Ａ×０．６Ｖ＋２Ａ×２Ａ×５０ｍΩ＝１．４Ｗ
【００２２】
バッテリ電圧ＶＢにリプルが重畳する場合あるいは瞬断が生じた場合等において、ＭＯＳＦＥＴ５のソースの電圧Ｖ１がＭＯＳＦＥＴ１２のソースの電圧Ｖ２よりも小さくなると、Ｖ１＜Ｖ２となっている期間、逆流阻止回路１６は駆動回路１７に対しオフ指令信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ１２はオフ状態となる。その結果、内部回路側から電源入力端子側への電流の流れを阻止でき、内部回路側のコンデンサＣ１や電源回路の入力コンデンサ（図示せず）の電荷が逆流により失われることを防止することができる。
【００２３】
バッテリ電圧ＶＢは変動し易く、過大な電圧になったりサージ電圧が重畳することもある。電源入力端子２の電圧が過電圧判定レベルである規定電圧を超えると、過電圧保護回路１３のツェナーダイオードＤ１２がオンとなり、トランジスタ１５ひいてはトランジスタ１４がオンとなる。このとき、ＭＯＳＦＥＴ５のゲート・ソース間電圧がダイオードＤ１１の順方向電圧ＶＦにまで下がるので、ＶＦよりも高いしきい値電圧を持つＭＯＳＦＥＴ５はオフとなる。その結果、過大な電源電圧およびサージ電圧から後段の回路（内部回路）を保護することができる。本構成によれば、従来回路（図２参照）で用いた電流容量の大きいツェナーダイオードＤ２が不要となる。
【００２４】
さらに、抵抗Ｒ１の両端電圧が過電流判定レベルである規定値を超えると、過電流保護回路６は駆動回路７に対しオフ指令信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ５はオフ状態となる。その結果、内部回路において短絡などの故障が生じてもバッテリから当該車載用電子機器に過大な電流が流れ込むのを防止でき、バッテリおよび内部回路を保護することができる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態の電源入力回路１１では、電源入力線３において同じ導電型（Ｐチャネル型）の２つのＭＯＳＦＥＴ５、１２を、ドレイン同士が接続された逆極性の状態で直列に接続したので、ＭＯＳＦＥＴ５と１２にそれぞれ形成されている寄生のダイオード５ｄと１２ｄを通して流れる電流経路が形成されない。そして、逆流阻止回路１６を設けて電圧Ｖ１とＶ２の大小関係に基づいてＭＯＳＦＥＴ１２のオンオフ制御を行うので、ＭＯＳＦＥＴ１２を低損失で且つ一方向特性を持つ理想ダイオードとして機能させることができる。
【００２６】
過電圧保護回路１３、過電流保護回路６、およびキースイッチの回動位置に応じてＣＰＵ等から与えられるオンオフ指令信号に従って、スイッチ回路として機能するＭＯＳＦＥＴ５をオンオフ動作させるので、過電圧、過電流からの保護が図られるとともに、内部回路を動作させる必要がない場合において暗電流をカットすることができる。
【００２７】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
ＭＯＳＦＥＴ５と１２のソース同士を接続してもよい。また、第１および第２のＦＥＴとしてＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。
ＭＯＳＦＥＴ５を電流検出回路として使用し、そのソース・ドレイン間電圧に基づいて電源入力線３に流れる電流を検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態を示す電源入力回路の構成図
【図２】従来技術を示す図１相当図
【符号の説明】
【００２９】
２は電源入力端子、３は電源入力線、５、１２はＭＯＳＦＥＴ（第１、第２のＦＥＴ）、６は過電流保護回路、１１は電源入力回路、１３は過電圧保護回路、１６は逆流阻止回路、Ｒ１は抵抗（電流検出回路）である。
【図１】
2007336620.tif 000003
【図２】
2007336620.tif 000004