(57)【要約】【課題】正常時にサーミスタが誤ってトリップし難くなる、駆動回路を提供すること。【解決手段】インダクタとコンデンサとが並列に接続される並列回路と、前記並列回路に直列に接続され、正の温度特性を有するサーミスタと、前記サーミスタに流れる電流が前記サーミスタの保持電流値以下になるように前記並列回路を共振させる交流電流を供給する交流電源とを備える、駆動回路。例えば、前記インダクタと前記コンデンサとが並列に接続される前記並列回路に前記サーミスタが直列に接続される直列回路が、前記駆動回路の単一の出力端子に複数並列に接続されていてもよい。【選択図】図２
2016208666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタとコンデンサとが並列に接続される並列回路と、
前記並列回路に直列に接続され、正の温度特性を有するサーミスタと、
前記サーミスタに流れる電流が前記サーミスタの保持電流値以下になるように前記並列回路を共振させる交流電流を供給する交流電源とを備える、駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源投入時の突入電流を低減すると共に、負荷の短絡時にヒューズの取り替えを不要にするため、コンデンサが並列に接続される負荷と、直流電源との間に、正の温度特性を有するサーミスタを直列に接続する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この技術は、電源投入時はサーミスタの常温時抵抗により突入電流を制限すると共に、負荷が短絡すると、サーミスタに流れる電流によって温度が上昇し、その温度上昇に伴ってサーミスタが高抵抗状態になることを利用して、回路に流れる過電流を制限するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平０２−１１８４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
負荷短絡時にサーミスタを正しくトリップさせる（すなわち、高抵抗状態にする）ためには、サーミスタに流れる電流をトリップ電流値Ｉｔ以上にする必要がある。トリップ電流値Ｉｔは、サーミスタがトリップする最小電流値を表す。一方、負荷の非短絡時（正常時）にサーミスタを誤ってトリップさせないためには、サーミスタに流れる電流を保持電流値Ｉｈ以下にする必要がある。保持電流値Ｉｈは、サーミスタがトリップしない最大電流値を表す。
【０００５】
しかしながら、図１に示されるように、保持電流値Ｉｈは、周囲温度Ｔが高くなるほど小さくなる。そのため、正常時に電源からサーミスタに供給される電流が大きすぎると、負荷の発熱や周囲温度Ｔの上昇によって、正常時にサーミスタが誤ってトリップするおそれがある。
【０００６】
そこで、正常時にサーミスタが誤ってトリップし難くなる、駆動回路の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの案では、
インダクタとコンデンサとが並列に接続される並列回路と、
前記並列回路に直列に接続され、正の温度特性を有するサーミスタと、
前記サーミスタに流れる電流が前記サーミスタの保持電流値以下になるように前記並列回路を共振させる交流電流を供給する交流電源とを備える、駆動回路が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
前記並列回路が共振することにより、前記コンデンサが無い場合に比べて、前記サーミスタに流れる電流は低減する。したがって、前記サーミスタに流れる電流が前記サーミスタの保持電流値以下になるように前記並列回路が共振することにより、正常時に前記サーミスタが誤ってトリップし難くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】正の温度特性を有するサーミスタにおいて、周囲温度と、トリップ電流値及び保持電流値との関係の一例を示す図である。
【図２】駆動回路の構成の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００１１】
図１は、正の温度特性を有するサーミスタにおいて、周囲温度Ｔと、トリップ電流値Ｉｔ及び保持電流値Ｉｈとの関係の一例を示す図である。図１の場合、トリップ電流値Ｉｔと保持電流値Ｉｈは、どちらも、周囲温度Ｔが−４０℃のとき、２５℃のときの１５５％の値となり、周囲温度Ｔが８５℃のとき、２５℃のときの５０％の値となる。よって、２５℃でのトリップ電流値Ｉｔが０．４Ａ、２５℃での保持電流値Ｉｈが０．１Ａと仕様で規定されたサーミスタであれば、−４０℃でのトリップ電流値Ｉｔは、０．６２（＝０．４×１．５５）Ａとなり、８５℃での保持電流値Ｉｈは、０．０５（＝０．１×０．５）Ａとなる。
【００１２】
したがって、車内環境の温度範囲（−４０℃〜８５℃）において、負荷短絡時に正しくトリップさせることと非短絡時に誤ってトリップさせないこととを両立するには、負荷短絡時に０．６２Ａ以上の電流をサーミスタに供給できる電源、且つ、非短絡時のサーミスタ通電電流を０．０５Ａ以下にできる負荷を使用することが必要である。
【００１３】
このように、低温（上の例では、−４０℃）での短絡時にサーミスタを正しくトリップさせるためには、サーミスタに流れる電流を低温でのトリップ電流値Ｉｔ以上にする必要がある。一方、高温（上の例では、８５℃）での非短絡時にサーミスタを誤ってトリップさせないためには、サーミスタに流れる電流を高温での保持電流値Ｉｈ以下にする必要がある。
【００１４】
図２は、駆動回路１の構成の一例を示す回路図である。駆動回路１は、少なくとも一つの負荷を駆動する回路の一例である。図２には、二つの負荷１１，１２が例示されている。駆動回路１は、例えば、負荷１１，１２と、サーミスタＰＴＣ１，ＰＴＣ２と、電源２とを備える。
【００１５】
負荷１１は、インダクタＬ１とコンデンサＣ２とが並列に接続される並列回路の一例である。負荷１２は、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とが並列に接続される並列回路の一例である。インダクタＬ１，Ｌ２は、それぞれ、誘導性負荷の一例である。インダクタＬ１，Ｌ２の具体例として、レゾルバの励磁コイルが挙げられる。レゾルバは、所定の交流電流が励磁コイルに供給されることによって、モータ等の回転角に応じた検出信号を出力する角度検出センサの一例である。
【００１６】
サーミスタＰＴＣ１は、負荷１１に直列に接続され、正の温度特性を有するサーミスタの一例である。サーミスタＰＴＣ２は、負荷１２に直列に接続され、正の温度特性を有するサーミスタの一例である。サーミスタＰＴＣ１は、電源２の出力端子４と負荷１１との間に直列に挿入され、サーミスタＰＴＣ２は、電源２の出力端子４と負荷１２との間に直列に挿入されている。電源２から供給される交流電流ｉは、出力端子４から出力される。
【００１７】
電源２は、サーミスタＰＴＣに流れる電流がサーミスタＰＴＣの保持電流値Ｉｈ以下になるように、インダクタとコンデンサとが並列に接続される並列回路を共振させる交流電流ｉを供給する交流電源の一例である。
【００１８】
負荷１１が共振することにより、コンデンサＣ１が無い場合に比べて、負荷１１に直列に接続されるサーミスタＰＴＣ１に流れる電流ｉ１は、低減する。同様に、負荷１２が共振することにより、コンデンサＣ２が無い場合に比べて、負荷１２に直列に接続されるサーミスタＰＴＣ２に流れる電流ｉ２は、低減する。
【００１９】
そこで、電源２は、サーミスタＰＴＣ１に流れる電流ｉ１がサーミスタＰＴＣ１の保持電流値Ｉｈ１以下になるように負荷１１を共振させ、且つ、サーミスタＰＴＣ２に流れる電流ｉ２がサーミスタＰＴＣ２の保持電流値Ｉｈ２以下になるように負荷１２を共振させる、交流電流ｉを供給する。これにより、正常時にサーミスタＰＴＣ１又はサーミスタＰＴＣ２が誤ってトリップし難くなる。
【００２０】
電源２は、電流ｉ１の実効値ｉｅがサーミスタＰＴＣ１の保持電流値Ｉｈ１以下になるように負荷１１を共振させてもよいし、電流ｉ１の最大値ｉｍがサーミスタＰＴＣ１の保持電流値Ｉｈ１以下になるように負荷１１を共振させてもよい。電流ｉ２についても同様である。
【００２１】
例えば、電源２は、負荷１１を並列共振させることにより、正常時の電流ｉ１を、コンデンサＣ１が無い場合のＱ１分の１（＝ｉ１／Ｑ１）にでき、負荷１２を並列共振させることにより、正常時の電流ｉ２を、コンデンサＣ２が無い場合のＱ２分の１（＝ｉ２／Ｑ２）にできる。Ｑ１，Ｑ２は、共振回路の共振ピークの鋭さを表す指標（いわゆる、Ｑ値（Quality  factor））である。Ｑ１は、負荷１１のＱ値を表し、Ｑ２は、負荷１２のＱ値を表す。電源２は、正常時の電流ｉ１を（ｉ１／Ｑ１）とすることで、正常時の電流ｉ１を保持電流値Ｉｈ１以下にし、正常時の電流ｉ２を（ｉ２／Ｑ２）とすることで、正常時の電流ｉ２を保持電流値Ｉｈ２以下にする。これにより、正常時にサーミスタＰＴＣ１又はサーミスタＰＴＣ２が誤ってトリップし難くなる。
【００２２】
例えば、電源２が、インダクタＬ１（インダクタンスＬ＝１．５０ｍＨ、直流抵抗成分ＲＬ＝５．０Ω）を交流信号（駆動周波数ｆ＝９．０ｋＨｚ、交流電圧ｖの実効値ｖｅ＝１０．０Ｖ）で定常的に駆動する場合を考える。この場合、インダクタＬ１のリアクタンス成分２πｆＬは、８４．８Ωとなり、正常時の電流ｉ１の実効値ｉｅ（＝ｖｅ／√（ＲＬ２＋（２πｆＬ）２））は、１１８ｍＡとなる。１１８ｍＡの実効値ｉｅは、前述の図１の説明時に例示した８５℃での保持電流値Ｉｈ（＝０．０５Ａ＝５０ｍＡ）よりも高い。そのため、単純にインダクタＬ１に直列にサーミスタＰＴＣ１を接続しただけでは、８５℃で負荷１１が短絡していなくても、インダクタＬ１は誤ってトリップする（誤遮断する）おそれがある。
【００２３】
そこで、コンデンサＣ１とインダクタＬ１との並列回路が駆動周波数ｆで共振状態になるキャパシタンスＣを有するコンデンサＣ１を、インダクタＬ１に並列接続する（この例では、コンデンサＣ１のキャパシタンスＣは、０．３３μＦ）。コンデンサＣ１とインダクタＬ１との並列回路が駆動周波数ｆで共振状態になることにより、「Ｑ１＝１／ＲＬ×√（Ｌ／Ｃ）」という関係が成立するため、Ｑ１は１３．５となる。したがって、正常時の電流ｉ１の実効値ｉｅは、８５℃での５０ｍＡの保持電流値Ｉｈ以下の８．７４ｍＡ（＝１１８ｍＡ／１３．５）となるので、８５℃の高温状態でも、正常時にインダクタＬ１は誤ってトリップし難くなる。
【００２４】
なお、インダクタＬ２とコンデンサＣ２との並列回路を駆動周波数ｆで共振状態にする場合も同様である。
【００２５】
図２の駆動回路１では、インダクタとコンデンサとの並列回路にサーミスタが直列に接続される直列回路が、電源２の単一の出力端子４に複数並列に接続されている。これにより、複数の直列回路のうちいずれかの直列回路に短絡が発生しても、その短絡が発生した直列回路内のサーミスタのトリップによって、電源２に流れる過電流は制限される。したがって、電源２は、短絡が発生していない直列回路に交流電流ｉの供給を継続できるため、短絡による影響は他の負荷系統に及ばず、フェールセーフ性能が向上する。
【００２６】
例えば、インダクタＬ１のレアショートやワイヤハーネスの噛み込み等により、負荷１１とサーミスタＰＴＣ１との直列回路に短絡が発生すると、サーミスタＰＴＣ１にはトリップ電流値Ｉｔ以上の電流ｉ１が流れる。これにより、サーミスタＰＴＣ１の温度が上昇するため、サーミスタＰＴＣ１の抵抗値が増大し、サーミスタＰＴＣ１は高抵抗状態が維持される。その結果、インダクタＬ１に流れる電流が制限される。このように、インダクタＬ１に流れる電流の制限はサーミスタＰＴＣ１により行われ、出力端子４から出力される交流電圧は変化しないため、電源２は、サーミスタＰＴＣ１がトリップしていても、インダクタＬ２を正常に駆動できる。
【００２７】
次に、電源２の構成の一例について説明する。電源２は、主に、発振回路ＯＳＣと、入力バッファＯＰ１と、増幅回路ＯＰ２と、増幅トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、過電流保護回路３と、直流カットコンデンサＣ６とを有するリニア増幅回路である。
【００２８】
発振回路ＯＳＣは、グランド電圧以上の電圧を極小値とし電源電圧Ｖｃｃ以下の電圧を極大値とする駆動周波数ｆの正弦波を発生させる発振器の一例である。例えば、電源電圧Ｖｃｃ１を５Ｖとすると、発振回路ＯＳＣは、０．５Ｖを極小値とし４．５Ｖを極大値とする駆動周波数９．０ｋＨｚの正弦波を出力する。発振回路ＯＳＣの具体例として、ウィーンブリッジ発振回路、デジタル−アナログコンバータなどが挙げられる。
【００２９】
入力バッファＯＰ１は、発振回路ＯＳＣから出力される正弦波が入力されるボルテージフォロワである。入力バッファＯＰ１をボルテージフォロワとすることにより、発振回路ＯＳＣの出力インピーダンスが高くても、入力バッファＯＰ１の後段の回路の動作に与える影響を抑えることができる。
【００３０】
増幅回路ＯＰ２は、発振回路ＯＳＣから出力される正弦波の電圧（言い換えれば、入力バッファＯＰ１の出力電圧）を増幅する増幅器の一例である。入力抵抗Ｒ１と帰還抵抗Ｒ２の各々の抵抗値が調整されることによって、増幅回路ＯＰ２の電圧増幅率の設定が可能である。中心電圧設定抵抗Ｒ３，Ｒ４は、入力バッファＯＰ１の出力電圧が中心電圧（例えば、２．５Ｖ）の時の増幅回路ＯＰ２の出力電圧を、電源電圧Ｖｃｃ２（例えば、３０Ｖ）とグランド電圧との間の中心電圧（例えば、１５Ｖ）に設定できる。これにより、増幅回路ＯＰ２のダイナミックレンジを最大限活用することができる。位相補償コンデンサＣ３は、増幅回路ＯＰ２の出力電圧の発振を防止する。
【００３１】
増幅トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、増幅回路ＯＰ２の出力電圧で駆動されるエミッタフォロワとして動作し、出力端子４に接続される負荷を駆動する交流電流ｉを生成するための電流増幅を行う出力トランジスタである。入力抵抗Ｒ５とスピードアップコンデンサＣ４は、ハイサイドの増幅トランジスタＴｒ１の出力波形の歪みを低減する。入力抵抗Ｒ６とスピードアップコンデンサＣ５は、ローサイドの増幅トランジスタＴｒ２の出力波形の歪みを低減する。
【００３２】
過電流保護回路３は、電源２を、出力端子４に流れる過電流から保護する回路の一例である。サーミスタＰＴＣ１，ＰＴＣ２が基本的な短絡保護機能を有する。しかしながら、サーミスタＰＴＣ１，ＰＴＣ２のトリップが開始するまでの遅延時間（例えば、１０ｍｓ）に流れる過電流によって、電源２（特に、増幅トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２）が過熱する場合がある。そこで、過電流保護回路３は、閾値以上の電流が増幅トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２に流れることが検出された場合、増幅トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２に流れる電流を制限する。過電流保護回路３は、例えば、保護トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４と、入力抵抗Ｒ７，Ｒ９と、過電流検出抵抗Ｒ８とを有する。
【００３３】
出力電流ｉｏの電流値と過電流検出抵抗Ｒ８の抵抗値との積が保護トランジスタＴｒ３のベース−エミッタ間閾値電圧を超過すると、保護トランジスタＴｒ３はオンする。これにより、増幅トランジスタＴｒ１のベース電流が低下するので、増幅トランジスタＴｒ１のコレクタ電流が制限され、出力電流ｉｏが制限される。同様に、出力電流ｉｏの電流値と過電流検出抵抗Ｒ８の抵抗値との積が保護トランジスタＴｒ４のベース−エミッタ間閾値電圧を超過すると、保護トランジスタＴｒ４はオンする。これにより、増幅トランジスタＴｒ２のベース電流が低下するので、増幅トランジスタＴｒ２のコレクタ電流が制限され、出力電流ｉｏが制限される。
【００３４】
直流カットコンデンサＣ６は、出力端子４から出力される電圧を、中心電圧を零ボルトとする交流電圧とするため、出力端子４に接続される負荷に流れる直流成分をカットする。直流カットコンデンサＣ６は、ハイサイドの増幅トランジスタＴｒ１とローサイドの増幅トランジスタＴｒ２との接続点と出力端子４との間に直列に接続される。
【００３５】
以上、駆動回路を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【００３６】
例えば、インダクタは、レゾルバの励磁コイルに限られず、他の機器の誘導性負荷であってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  駆動回路
２  電源
３  過電流保護回路
４  出力端子
１１，１２  負荷
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２  インダクタ
ＰＴＣ１，ＰＴＣ２  サーミスタ
【図１】
2016208666.tif 000003
【図２】
2016208666.tif 000004