(57)【要約】【課題】半導体スイッチ素子がヒューズとして使用される電流経路を通電させたまま、当該半導体スイッチ素子の故障診断を可能にする、過電流保護装置を提供すること。【解決手段】トランジスタ２１と、トランジスタ２１を駆動する保護回路３０とを備え、トランジスタ２１が保護回路３０によりオフすることによって過電流が電源ライン１３に流れることを防止する過電流保護装置であって、トランジスタ２１を可変抵抗として使用することにより、トランジスタ２１の入力電圧Ｖｉｎよりも低い電圧をトランジスタ２１の出力電圧Ｖｏｕｔとして出力可能なドロッパレギュレータ２０と、ドロッパレギュレータ２０を動作させたときの出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、トランジスタ２１の異常を検出する制御回路４０とを備えることを特徴とする、過電流保護装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチ素子と、
前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動手段とを備え、
前記半導体スイッチ素子が前記駆動手段によりオフすることによって過電流が電流経路に流れることを防止する過電流保護装置であって、
前記半導体スイッチ素子を可変抵抗として使用することにより、前記半導体スイッチ素子の入力電圧よりも低い電圧を前記半導体スイッチ素子の出力電圧として出力可能なドロッパレギュレータと、
前記ドロッパレギュレータを動作させたときの前記出力電圧に基づいて、前記半導体スイッチ素子の異常を検出する異常検出手段とを備えることを特徴とする、過電流保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチ素子と、前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動手段とを備え、前記半導体スイッチ素子が前記駆動手段によりオフすることによって過電流が電流経路に流れることを防止する過電流保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、半導体スイッチ素子をヒューズとして使用する車両用電源システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５３１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、通電が常に必要な電流経路に半導体スイッチ素子をヒューズとして使用する場合、半導体スイッチ素子の故障診断を行うために、半導体スイッチ素子を安易にオフさせることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、半導体スイッチ素子がヒューズとして使用される電流経路を通電させたまま、当該半導体スイッチ素子の故障診断を可能にする、過電流保護装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る過電流保護装置は、
半導体スイッチ素子と、
前記半導体スイッチ素子を駆動する駆動手段とを備え、
前記半導体スイッチ素子が前記駆動手段によりオフすることによって過電流が電流経路に流れることを防止する過電流保護装置であって、
前記半導体スイッチ素子を可変抵抗として使用することにより、前記半導体スイッチ素子の入力電圧よりも低い電圧を前記半導体スイッチ素子の出力電圧として出力可能なドロッパレギュレータと、
前記ドロッパレギュレータを動作させたときの前記出力電圧に基づいて、前記半導体スイッチ素子の異常を検出する異常検出手段とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体スイッチ素子がヒューズとして使用される電流経路を通電させたまま、当該半導体スイッチ素子を故障診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態である過電流保護装置１の構成図である。
【図２】トランジスタ２１が正常のときの出力電圧Ｖｏｕｔの遷移を示した図である。
【図３】過電流保護装置１の第１の動作例を示したフローチャートである。
【図４】過電流保護装置１の第２の動作例を示したフローチャートである。
【図５】過電流保護装置１の第３の動作例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。図１は、本発明の一実施形態である過電流保護装置１の構成図である。過電流保護装置１は、半導体ヒューズとして使用されるトランジスタ２１と、トランジスタ２１を駆動する保護回路３０とを備え、トランジスタ２１が保護回路３０によりオフすることによって過電流が電源ライン１３に流れることを防止するものである。
【００１０】
トランジスタ２１は、半導体スイッチ素子の一例である。図１には、トランジスタ２１としてＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴを使用した構成が示されているが、他の形式の半導体スイッチ素子を用いてもよい。他の形式の半導体スイッチ素子として、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ、ＰＮＰ型又はＮＰＮ型バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなどが挙げられる。
【００１１】
トランジスタ２１は、電源１１と負荷１２との間に設けられていて、電源１１と負荷１２とを接続する電源ライン１３上に挿入されている。電源ライン１３は、電源１１から負荷１２に供給されるべき電流が流れる電流経路である。電源１１によって供給される入力電圧Ｖｉｎがトランジスタ２１のソースに入力され、負荷１２に印加される出力電圧Ｖｏｕｔがトランジスタ２１のソースから出力される。トランジスタ２１が飽和領域でオンしている通常状態では、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔは略等しい。
【００１２】
なお、電源１１は直流電源であって、その具体例として、バッテリ、オルタネータ等の発電機などが挙げられる。負荷１２の具体例として、ＥＣＵ（電子制御装置）等のコンピュータ、センサ、モータ、ランプ、ソレノイド、モータ等の電気負荷を駆動する駆動装置などが挙げられる。
【００１３】
保護回路３０は、トランジスタ２１を駆動する駆動手段である。保護回路３０は、電源ライン１３に流れる電流が所定の基準電流値を超えたことを検知することによって、トランジスタ２１をオフさせる駆動信号Ｖａをトランジスタ２１のゲートに出力する。トランジスタ２１がオフすることによって、電源ライン１３に過電流が流れることを防止することができる。
【００１４】
また、過電流保護装置１は、トランジスタ２１を可変抵抗として使用するドロッパレギュレータ２０と、制御回路４０とを備えている。
【００１５】
ドロッパレギュレータ２０は、トランジスタ２１を可変抵抗として使用することにより、トランジスタ２１の入力電圧Ｖｉｎの値よりも低い定電圧Ｖｄをトランジスタ２１のドレインから出力電圧Ｖｏｕｔとして出力可能な降圧回路である。
【００１６】
ドロッパレギュレータ２０は、トランジスタ２１と、トランジスタ２１の出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値に応じた検出電圧Ｖｂを出力する検出回路（２２，２３）と、検出電圧Ｖｂが反転入力端子に入力されると共に基準電圧Ｖｒｅｆが非反転入力端子に入力されるオペアンプ２５と、オペアンプ２５の出力端子と反転入力端子との間に挿入されるキャパシタ２４とを備える回路である。検出回路（２２，２３）は、出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗２２と２３によって分圧した電圧を検出電圧Ｖｂとして出力する。
【００１７】
したがって、この構成によれば、オペアンプ２５の出力電圧Ｖｃがトランジスタ２１のゲートに印加されると、出力電圧Ｖｏｕｔに負帰還がかけられるので、出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎの値よりも低い所定の定電圧Ｖｄにレギュレートされる。定電圧Ｖｄは、ドロッパレギュレータ２０内の各素子の定数等を調整することによって、負荷１２の正常動作に必要な最低動作電圧よりも大きい値に設定されているとよい。例えば、電源１１から供給される入力電圧Ｖｉｎが１２Ｖ以上の場合、定電圧Ｖｄは１１Ｖに設定されているとよい。
【００１８】
制御回路４０は、ドロッパレギュレータ２０を動作させたときの出力電圧Ｖｏｕｔの値に基づいて、トランジスタ２１の異常を検出する異常検出手段である。制御回路４０は、例えば、ドロッパレギュレータ２０を動作させる動作指令信号を出力する動作指令回路、出力電圧Ｖｏｕｔを検出する検出回路、出力電圧Ｖｏｕｔの検出結果に基づいてトランジスタ２１の異常を判定する異常判定回路、トランジスタ２１の異常有無の判定結果を他の装置に送信する通信回路などを備えている。これらの回路の一部又は全部は、例えばマイクロコンピュータによって実現できる。
【００１９】
制御回路４０は、例えば、トランジスタ２１のゲートとオペアンプ２５の出力端子との間の信号経路をオン／オフするためのスイッチ５２をオンすることによって、ドロッパレギュレータ２０の降圧機能が働いて、ドロッパレギュレータ２０を降圧動作させることができる。制御回路４０は、図２に示されるように、ドロッパレギュレータ２０を短時間動作させることによって、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の定電圧Ｖｄにレギュレートされているか否かを検出し、出力電圧Ｖｏｕｔが定電圧Ｖｄにレギュレートされていない場合には、トランジスタ２１の異常と判定する。
【００２０】
図２は、トランジスタ２１が正常のときの出力電圧Ｖｏｕｔの遷移を示した図である。トランジスタ２１が正常であれば、ドロッパレギュレータ２０を動作させている間、出力電圧Ｖｏｕｔは定電圧Ｖｄにレギュレートされるが、トランジスタ２１が異常であれば、ドロッパレギュレータ２０を動作させても、出力電圧Ｖｏｕｔは定電圧Ｖｄにレギュレートされることはない。例えば、トランジスタ２１がオンのままオフに切り替わらないような故障をしている場合、出力電圧Ｖｏｕｔは定電圧Ｖｄまで下がらない。したがって、制御回路４０は、ドロッパレギュレータ２０を動作させている期間（検査区間Ｔａ）に、出力電圧Ｖｏｕｔが定電圧Ｖｄまで下がっていなければ、トランジスタ２１が異常と判定する。検査区間Ｔａは、トランジスタ２１の発熱を考慮して、短時間であることが望ましく、例えば１００ｍｓ以下であることが好ましい。
【００２１】
また、図１に示されるように、制御回路４０は、トランジスタ２１のゲートと駆動信号Ｖａを出力する保護回路３０との間の信号経路をオン／オフするためのスイッチ５１のオン／オフを制御する。保護回路３０は、制御回路４０によってスイッチ５１がオン側に切り替えられているとき、トランジスタ２１をオン／オフさせることができるが、制御回路４０によってスイッチ５１がオフ側に切り替えられているとき、トランジスタ２１をオン／オフさせることができない。
【００２２】
図３は、過電流保護装置１の第１の動作例を示したフローチャートである。制御回路４０は、制御回路４０に入力される所定の入力信号を監視し（ステップＳ１４）、その監視結果がトランジスタ２１の故障診断の実施条件として予め定められた診断開始条件に該当するか否かを判断する（ステップＳ１６）。例えば、制御回路４０は、スタータ信号をモニタしたり、あるいはエンジンスタート時に起動する電源をモニタしたりすることによって、診断開始条件に基づく故障診断を、エンジンの始動時点から所定時間経過する時までの間に実施する。
【００２３】
制御回路４０は、監視結果が診断開始条件に該当する場合には、図１のスイッチ５２をオンすることによって、ドロッパレギュレータ２０を機能させて動作させる（ステップＳ１８）。そして、制御回路４０は、ドロッパレギュレータ２０の動作中の出力電圧Ｖｏｕｔが定電圧Ｖｄにレギュレートされているか否かを検出し（ステップＳ２０）、所定範囲内にレギュレートされていれば、トランジスタ２１は正常と判定し、所定範囲内にレギュレートされていなければ、トランジスタ２１は異常と判定する。制御回路４０は、トランジスタ２１が異常と判定した場合、トランジスタ２１を異常と判定した結果をトランジスタ２１の故障診断結果として他の制御装置に通知する（ステップＳ２２）。他の制御装置は、トランジスタ２１の異常判定結果に応じた所定の制御動作を実行する。例えば、ランプ表示等によってユーザに対する警告動作をすることによって、ユーザにトランジスタ２１の異常を知らせ、その交換を促すことができる。
【００２４】
図４は、過電流保護装置１の第２の動作例を示したフローチャートである。図３と同様の部分については、その説明を省略する。制御回路４０は、出力電圧Ｖｏｕｔを検出する前に、車両の状態を通信等により検知し（ステップＳ１０）、その検知結果に基づいて現在の車両状態が電源１１の電圧変動が小さい状態であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。制御回路４０は、電源１１の電圧変動が小さい状態であると判断した場合、トランジスタ２１の故障診断を実施する（ステップＳ１４以降）。これにより、安定した出力電圧Ｖｏｕｔの検出結果に基づいて、トランジスタ２１の故障診断を実施することができるので、その診断結果の精度を高めることができる。
【００２５】
ステップＳ１０で検知される車両の状態として、例えば、オルタネータの発電状態が挙げられる。制御回路４０は、オルタネータの発電状態を検知することによって、車両の電源１１から供給される入力電圧Ｖｉｎが安定した状態であるか否かを判定することができる。また、ステップＳ１０で検知される車両の状態として、車両の走行状態が挙げられる。制御回路４０は、例えば、車両が停止状態であると検知されれば、そのときの車両状態が電源１１の電圧変動が小さい状態であると判断することができる。
【００２６】
図５は、過電流保護装置１の第３の動作例を示したフローチャートである。図３と同様の部分については、その説明を省略する。制御回路４０は、出力電圧Ｖｏｕｔを検出する前に、故障診断が実施中であることを他の装置に対して、ＣＡＮ等の通信回線を介して通知する（ステップＳ１７）。これにより、故障診断が実施中であることを受信した他の装置は、電源１１の電圧変動を抑えた動作モードに移行することが可能になるため、電源１１から供給される入力電圧Ｖｉｎが安定した状態で、ドロッパレギュレータ２０を動作させて、安定した出力電圧Ｖｏｕｔに基づく故障診断を実施することができる。その結果、トランジスタ２１の故障診断精度を高めることができる。
【００２７】
このように、上述の実施形態によれば、ドロッパレギュレータ２０の動作によってトランジスタ２１が飽和領域から遮断領域に至らないため（すなわち、トランジスタ２１はオフしないため）、トランジスタ２１が半導体ヒューズとして使用される電源ライン１３を通電させたまま、トランジスタ２１を故障診断することができる。
【００２８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００２９】
例えば、ドロッパレギュレータ２０の動作時間（すなわち、図２に示した検査区間Ｔａ）は、エンジンの始動時点以後から所定時間経過する時までの期間であってもよいし、エンジンの動作中又は停止中の任意の期間であってもよい。また、ドロッパレギュレータ２０の動作は、エンジンの動作中又は停止中に、一度だけ行われるものに限らず、間欠的に行われるものでもよい。
【００３０】
また、図１において、保護回路３０の回路構成に応じて、スイッチ５１をオンからオフに切り替えてからスイッチ５２をオフからオンに切り替えてもよいし、スイッチ５１をオンのままスイッチ５２をオフからオンに切り替えてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  過電流保護装置
１３  電源ライン
２０  ドロッパレギュレータ
２１  トランジスタ
３０  保護回路
４０  制御回路
【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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