(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一負荷及び第二負荷と、
上記第一負荷の上流側に接続される共通接点と、ノーマルオープン接点と、ノーマルクローズ接点を有する第一リレーと、
上記第二負荷の上流側に接続される下流接点と、上流接点とからなる制御接点を有する一接点型の第二リレーと、
通電時に閉じられる上流接点と下流接点とからなる制御接点を有する半導体デバイスと、
上記第一リレー、第二リレーおよび上記半導体デバイスを制御する１つの制御器を備え、
上記制御器は、第二リレーのコイル部と接続される第一出力部と、上記第一リレーのコイル部および上記半導体デバイスの上記下流接点に接続される第二出力部を備え、
上記半導体デバイスの上流接点に接続される回路を分岐して、一方は第一リレーのノーマルクローズ接点と接続すると共に、他方を第二負荷の下流側に接続し、
上記制御器は、第一出力部のみの通電で、上記第一負荷と第二負荷とを直列に接続する一方、上記第一出力部及び第二出力部の通電で、上記第一リレーのノーマルオープン接点を閉じると共に上記半導体デバイスの制御接点も閉じて、第一負荷と第二負荷をそれぞれ独立した状態とする構成としていることを特徴とする制御回路構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制御回路構造に関し、詳しくは、半導体デバイスを導入することで、リレー数を削減して回路の小型軽量化を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車には、ヘッドライト、ラジエター用ファン等の各種負荷が搭載されており、これら負荷の駆動を制御するため電気接続箱の内部回路にリレーや外部回路を構成するワイヤハーネス等を接続して、負荷駆動用の制御回路を構成している。
【０００３】
図３は、従来の制御回路構造１であり、負荷として第一ファン２、第二ファン３の駆動を制御するものである。制御回路構造１は、第一ファン２と第二ファン３の駆動状況を停止、低回転、高回転の三段階で制御する制御器４を有し、制御器４の第一出力部４ａ、第二出力部４ｂを第一リレー５、第二リレー６、第三リレー７と接続している。
【０００４】
具体的には第一出力部４ａは一接点型の第二リレー６のコイル部６ａに接続され、第二出力部４ｂは分岐され一方の端部４ｃを一接点型の第一リレー５のコイル部５ａに接続すると共に他方の端部４ｄをノーマルクローズ接点７ｂとノマールクローズ接点７ｃを有する第三リレー７のコイル部７ａに接続している。また、第一ファン２の上流接続部２ａは分岐して、一方の端部２ｃを第一リレー５の下流接点５ｂに接続すると共に他方の端部２ｄを第三リレー７のノーマルクローズ接点７ｂに接続し、下流接続部２ｂは接地している。第二ファン３の上流接続部３ａは第二リレー６の下流接点６ｂに接続すると共に、下流接続部３ｂは第三リレー７の共通接点７ｄに接続している。
【０００５】
なお、第一リレー５、第二リレー６、第三リレー７の各コイル部５ａ、６ａ、７ａの他方はヒューズＦ１を介して回路が閉じるように構成されており、第一リレー５の上流接点５ｃと第二リレー６の上流接点６ｃは、ヒューズＦ２、Ｆ３を介してそれぞれ電源と接続されている。また、第三リレー７のノーマルオープン接点７ｃは接地されている。
【０００６】
第一ファン２及び第二ファン３は、図４にも示すように、制御器４の第一出力部４ａ及び第二出力部４ｂが共にＯＦＦの状態であれば駆動されない。次に、ファン駆動の一定条件が満たされると制御器４の第一出力部４ａのみがＯＮし、これにより第二リレー６のコイル部６ａの励磁により上流接点６ｃと下流接点６ｂが閉じて導通し、第二ファン３から第三リレー７の共通接点７ｄとノーマルクローズ接点７ｂを介して第一ファン２へと通電している。即ち、第二ファン３と第一ファン２は直列状態となり低回転で駆動されている。
【０００７】
さらに、ファンの駆動を高める条件が充たされると制御器４は、第一出力部４ａに加えて第二出力部４ｂもＯＮする。これにより、第一リレー５は上流接点５ｃと下流接点５ｂが閉じて導通すると共に、第三リレー７は共通接点７ｄとノーマルオープン接点７ｃが閉じて導通され、第一ファン２と第二ファン３は独立した状態でフルに電圧がかかり高回転で駆動されている。
【０００８】
なお、ファンのような負荷を計二個駆動制御する回路は上記以外にも多数存在し、例えば、各負荷毎に低駆動用接続部と高駆動用接続部を備えている場合は、一コイル一接点型のリレーを計６個使用して回路を構成したり、あるいは一コイル二接点型のリレーを計３個使用して回路を構成することもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近時、自動車の燃費向上を図るため車体の軽量化が強く要求されており、車体に搭載される各種電装品等にも軽量化が要求されている。さらに、電装部品等は車体への取付レイアウト性等の向上を図るため小型化の要求も高まっている。
【００１０】
図３の制御回路構造１では、第一、第二及び第三リレー５、６、７と計３個のリレーを用いているため質量が重くなると共に、各リレー５、６、７は一定の体積を有するため、小型化にも一定の限界が生じる問題がある。このような問題に対して各リレーを小型軽量でリレー機能を有する半導体デバイスで置換することも想定できる。即ち、一般的なリレーの重量は約４０〜４５ｇであるのに対し半導体デバイスの重量は約２０〜３０ｇであり、その上、半導体デバイスの体積はリレーの約三分の一なので、半導体デバイスを適用することで、従来リレーであった箇所に対しては小型軽量化できる。
【００１１】
しかし、制御回路構造１で各リレー５、６、７をそのまま半導体デバイスに置換したとすれば、回路において第一ファン２、第二ファン３の上流側で制御することとなり、このような上流側制御では接点をＯＮさせた際の抵抗が、下流側で制御する場合に比べて大きくなる問題がある。抵抗が大きくなると発熱量も増大し放熱手段等も必要となる上、上流制御は一般的にチャージポンプ等の周辺回路が複雑になるため、回路構造を全体的に見ると、リレーを用いた場合に比べ、特に顕著な重量低減や小型化を図れていない。
【００１２】
また、このようなリレーを半導体デバイスにそのまま置換しても、さほどの重量低減や小型化を望めない状況は、制御回路構造１以外の従来の他の制御回路構造においても同様である。
【００１３】
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、負荷の駆動制御回路に半導体デバイスを用いても、回路全体として小型軽量化を図れるようにすることを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、第一負荷及び第二負荷と、
上記第一負荷の上流側に接続される共通接点と、ノーマルオープン接点と、ノーマルクローズ接点を有する第一リレーと、
上記第二負荷の上流側に接続される下流接点と、上流接点とからなる制御接点を有する一接点型の第二リレーと、
通電時に閉じられる上流接点と下流接点とからなる制御接点を有する半導体デバイスと、
上記第一リレー、第二リレーおよび上記半導体デバイスを制御する１つの制御器を備え、
上記制御器は、第二リレーのコイル部と接続される第一出力部と、上記第一リレーのコイル部および上記半導体デバイスの上記下流接点に接続される第二出力部を備え、
上記半導体デバイスの上流接点に接続される回路を分岐して、一方は第一リレーのノーマルクローズ接点と接続すると共に、他方を第二負荷の下流側に接続し、
上記制御器は、第一出力部のみの通電で、上記第一負荷と第二負荷とを直列に接続する一方、上記第一出力部及び第二出力部の通電で、上記第一リレーのノーマルオープン接点を閉じると共に上記半導体デバイスの制御接点も閉じて、第一負荷と第二負荷をそれぞれ独立した状態とする構成としていることを特徴とする制御回路構造を提供している。
【００１５】
上記のように小型軽量な半導体デバイスを負荷の下流側に接続すると、先ず、半導体デバイス自体が小型軽量なため、回路における接点の開閉を全てリレーで行う場合に比べて回路構造を小型軽量化できる。さらに、半導体デバイスは第二負荷の下流側接続であるため、接点のＯＮ抵抗も低く発熱等の問題も生じず、さらに、下流側は周辺回路の影響も少ないため回路が複雑になることもなく、回路全体で判断すると、従来の制御回路構造に比べ小型かつ軽量化でき、その結果、車体の燃費向上等にも貢献できる。
【００１６】
なお、第一負荷及び第二負荷の駆動制御は、従来と同様に制御器の第一出力部及び第二出力部の通電と非通電で行うため、制御回路構造以外の周囲の条件や設定は変更しなくてよいため、スムーズに本発明の制御回路構造を導入できる。なお、負荷には各種ライトやファン等を駆動するモーター等があり、これらの負荷を駆動制御する回路構造にも本発明は適宜適用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る制御回路構造１０であり、負荷として第一ファン１２、第二ファン１３の駆動を制御するものである。制御回路構造１０は、第一ファン１２と第二ファン１３の駆動状況を停止、低回転、高回転の三段階で制御する制御器１４を有し、制御器１４の第一出力部１４ａを第二リレー１６に、第二出力部１４ｂを第一リレー１５及び半導体デバイス１１に接続している。
【００１８】
第一リレー１５は、ノーマルクローズ接点１５ｂ、ノーマルオープン接点１５ｃ及び共通接点１５ｄを有しており、コイル部１５ａが非通電の状態でノーマルクローズ接点１５ｂと共通接点１５ｄを閉じ、コイル部１５ａへの通電で、ノーマルオープン接点１５ｃと共通接点１５ｄを閉じるようにしている。第二リレー１６は、一接点型で上流接点１６ｃと下流接点１６ｂをコイル部１６ａの通電で閉じ、非通電で開くようにしている。
【００１９】
また、半導体デバイス１１は、半導体によりリレー機能を行うものであり、制御接点として上流接点１１ｂと下流接点１１ｃを有すると共に、リレーのコイル部に相当する通電接点１１ａも有している。本実施形態では、通電接点１１ａに通電されると、上流接点１１ｂと下流接点１１ｃを閉じた状態にし、非通電では上流接点１１ｂと下流接点１１ｃを開いた状態にするタイプを適用している。
なお、半導体デバイス１１は通常のリレーに比べて小型軽量であり、詳しくは、質量に関してはリレーに対して約二分の一から四分の三程度であり、体積は約三分の一程度である。
【００２０】
制御回路構造１０の具体的な接続形態は、制御器１４の第一出力部１４ａを第二リレー１６のコイル部１６ａに接続し、第二出力部１４ｂは分岐して、一方の端部１４ｃを第一リレー１５のコイル部１５ａに接続すると共に他方の端部１４ｄを半導体デバイス１１の通電接点１１ａに接続している。また、第一ファン１２の上流接続部１２ａは、第一リレー１５の共通接点１５ｄと接続し、下流接続部１２ｂは接地している。
【００２１】
さらに、第二ファン１３は、上流接続部１３ａを第二リレー１６の下流接点１６ｂに接続すると共に、下流接続部３ｂは分岐して、一方の端部１３ｃを半導体デバイス１１の上流接点１１ｂに接続すると共に、他方の端部１３ｄを第一リレー１５のノーマルクローズ接点１５ｂに接続している。
【００２２】
なお、第一リレー１５、第二リレー１６の各コイル部１５ａ、１６ａの他方はヒューズＦ１１を介して回路が閉じるように構成されており、第一リレー１５のノーマルオープン接点１５ｃはヒューズＦ１２を介して電源と接続されると共に、第二リレー１６の上流接点１６ｃはヒューズＦ１３を介して電源と接続されている。また、半導体デバイス１１の下流接点１１ｃは接地されている。
【００２３】
このような接続構成では、半導体デバイス１１は、第二ファン１３の下流側に接続されて回路の制御（接点の開閉）を行うことになり、一方、第二リレー１６は第二ファン１３の上流側で回路の制御を行い、第一リレー１５は第一ファン１２の上流側で回路の制御を行っている。また、制御回路構造１０は、半導体デバイス１１を適用することで、図３の制御回路構造１に比べ、リレーが一個存在しない分だけ小型軽量化されている。
【００２４】
制御回路構造１０における第一ファン１２及び第二ファン１３の駆動は、制御器１４の第一出力部１４ａ及び第二出力部１４ｂの通電状況で制御している。詳しくは、図２にも示すように、制御器１４の第一出力部１４ａ及び第二出力部１４ｂが共にＯＦＦの状態であれば、第一リレー１５のコイル部１５ａ及び第二リレー１６のコイル部１６ａが励磁しないので、第一ファン１２及び第二ファン１３は停止状態となる。
【００２５】
次に、ファン駆動の一定条件が満たされると制御器１４の第一出力部１４ａのみがＯＮし、これにより第二リレー１６のコイル部１６ａの励磁により上流接点１６ｃと下流接点１６ｂが閉じて導通し、第二ファン１３から第一リレー１５のノーマルクローズ接点１５ｂ及び共通接点１５ｄを介して第一ファン１２へと回路が導通している。即ち、第二ファン１３と第一ファン１２は直列状態となり、全電圧の半分が各ファン１２、１３に係る状態となり、電圧レベルに応じた低回転で第二ファン１３と第一ファン１２は駆動されている。
【００２６】
なお、上記状態では、半導体デバイス１１に通電されていないので上流接点１１ｂと下流接点１１ｃは開いたままであり、第一ファン１３から半導体デバイス１１へは通電しない。
【００２７】
上記状態より、さらにファンの駆動を高める条件が充たされると、制御器１４は、第一出力部１４ａに加えて第二出力部１４ｂもＯＮする。これにより、第一リレー１５はコイル部１５ａが励磁して、ノーマルオープン接点１５ｃと共通接点１５ｄが閉じるように切り換えられ、また、半導体デバイス１１の通電接点１１ａにも通電されることで、上流接点１１ｂと下流接点１１ｃが閉じて導通している。
【００２８】
上記制御により、第一ファン１２はヒューズＦ１２から第一リレー１５を介して独立した状態で接続された状態になり、また、第二ファン１３もヒューズＦ１３から上流側は第二リレー１６を介して、下流側は半導体デバイス１１を介して独立した状態で接続された状態になり、第一ファン１２および第二ファン１３は、それぞれ全電圧が印加されて高回転で駆動されている。
【００２９】
このように、従来と同様の条件等で制御器１４からの通電で、第一ファン１２及び第二ファン１３を駆動しているので、制御回路構造１０の周囲との接続形態等は変更せずに対応可能にしている。なお、半導体デバイスを制御回路に適用する形態は、図１の制御回路構造１０以外の種々の制御回路にも適用可能であり、例えば、負荷が低駆動と高駆動の二種類の接続部を有し負荷の約２倍の数のリレーを有する回路や、一コイル二接点のコイルを有する回路等にも適用できる。また、負荷には、ファン以外にヘッドライト等の各種ライトや各種モータも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
上記した説明より明らかなように、本発明の制御回路構造を用いると、リレーの代わりに半導体デバイスを用いているので回路を小型軽量化でき、自動車の燃費向上に貢献できると共に、車体への取付性向上の要求にも応えることができる。また、本発明では、半導体デバイスは、負荷の下流側に接続して下流側で制御を行うため、上流側で制御する際の発熱等も生じず、回路の複雑化も防止できるので、回路全体で確実に従来の回路構造に比べ小型化かつ軽量化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る制御回路構造の回路図である。
【図２】  実施形態の制御回路に係るタイムチャートである。
【図３】  従来の制御回路構造の回路図である。
【図４】  従来の制御回路に係るタイムチャートである。
【符号の説明】
１０                制御回路構造
１１                半導体デバイス
１２                第一ファン
１３                第二ファン
１４                制御器
１４ａ              第一出力部
１４ｂ              第二出力部
１５                第一リレー
１６                第二リレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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