(57)【要約】【課題】電流が入力される半導体スイッチの端子の電位が低下した場合であっても、半導体スイッチのオンを維持することができる電流制御装置を提供する。【解決手段】電流制御装置１３では、バッテリから負荷への電流経路に設けられたＦＥＴ２０をオン／オフすることによって該電流経路に流れる電流を制御する。ＦＥＴ２０において、電流は、ソースに入力され、ドレインから出力される。ＦＥＴ２０は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が負の基準電圧未満である場合にオンになる。ＦＥＴ２０のソース及びゲート間にはコンデンサＣ１が設けられている。ダイオードＤ１は、ＦＥＴ２０のソースからコンデンサＣ１を介して電流が流れる電流経路における電流の逆流を防止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流経路に設けられた半導体スイッチをオン／オフすることによって該電流経路を流れる電流を制御する電流制御装置において、
前記半導体スイッチは、電流が入力される入力端子の電位を基準とした制御端子の電圧が負の所定電圧未満である場合にオンとなるように構成してあり、
前記入力端子及び制御端子間に接続されるコンデンサと、
前記入力端子から該コンデンサを介して電流が流れる第２の電流経路と、
該第２の電流経路における電流の逆流を防止する逆流防止素子と
を備えることを特徴とする電流制御装置。
【請求項２】
前記入力端子及び制御端子間に接続してある第１スイッチと、
前記第２の電流経路に設けられており、一端が前記コンデンサ及び第１スイッチ間の接続ノードに接続してある第２スイッチと
を備え、
前記半導体スイッチは、前記制御端子の電圧が前記所定電圧以上である場合にオフとなり、
前記第１スイッチ及び第２スイッチ夫々をオン及びオフにすることによって前記半導体スイッチをオフにするように構成してあること
を特徴とする請求項１に記載の電流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流経路に設けられたスイッチをオン／オフすることによって該電流経路に流れる電流を制御する電流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、車両には、バッテリからスイッチを介して負荷に給電される電源装置（例えば特許文献１）が搭載されている。
【０００３】
図４は従来の電源装置８の回路図である。従来の電源装置８では、バッテリ８０の正極がＰチャネル型のＦＥＴ（Field Effect Transistor）８１のソースに接続されており、ＦＥＴ８１のドレインは負荷８２の一端に接続されている。バッテリ８０の負極と負荷８２の他端とは接地されている。
【０００４】
ＦＥＴ８１はスイッチとして機能する。ＦＥＴ８１は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が負の所定電圧未満である場合にオンとなり、ＦＥＴ８１のソース及びドレイン間に電流が流れることが可能となる。電流は、バッテリ８０の正極からＦＥＴ８１のソースに入力し、ＦＥＴ８１のドレインから出力される。ＦＥＴ８１は、ソース電位を基準としたゲートの電圧が所定電圧以上である場合にオフとなり、ＦＥＴ８１のソース及びドレイン間に電流が流れることはない。
【０００５】
従来の電源装置８では、ゲートの電位を接地電位に調整することによって、ＦＥＴ８１をオンにし、ゲートの電位をソースの電位と略同じ電位に調整することによってＦＥＴ８１をオフにする。このように、ＦＥＴ８１をオン／オフすることによって、バッテリ８０から負荷８２への電流経路に流れる電流を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４８３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、バッテリ８０の出力電圧は変動する。例えば、バッテリ８０が、負荷８２の他に、エンジンを始動するためのスタータに給電するように構成してある場合、スタータが作動している間、バッテリ８０はスタータに大きな電流を供給する。また、バッテリ８０では図示しない内部抵抗を介して電圧が出力される。このため、大きな電流がバッテリ８０から出力された場合、バッテリ８０の内部抵抗において電圧が大きく降下し、バッテリ８０の出力電圧が低下する。
【０００８】
ＦＥＴ８１をオンであり、かつ、負荷８２が作動している場合において、バッテリ８０の出力電圧が低下したとき、ソースの電位が低下してゲートの電位である接地電位に近づくので、ソースの電位を基準としたＦＥＴ８１のゲートの電圧が上昇して所定電圧以上となる虞がある。ソースの電位を基準としたゲートの電圧が所定電圧以上となった場合、ＦＥＴ８１はオフとなり、負荷８２が不意に動作を停止する。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電流が入力される半導体スイッチの端子の電位が低下した場合であっても、半導体スイッチのオンを維持することができる電流制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電流制御装置は、電流経路に設けられた半導体スイッチをオン／オフすることによって該電流経路を流れる電流を制御する電流制御装置において、前記半導体スイッチは、電流が入力される入力端子の電位を基準とした制御端子の電圧が負の所定電圧未満である場合にオンとなるように構成してあり、前記入力端子及び制御端子間に接続されるコンデンサと、前記入力端子から該コンデンサを介して電流が流れる第２の電流経路と、該第２の電流経路における電流の逆流を防止する逆流防止素子とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、例えば、バッテリから負荷への電流経路に半導体スイッチが設けられており、半導体スイッチをオン／オフすることによって電流経路を流れる電流を制御する。半導体スイッチにおいて、電流が入力される入力端子の電位を基準とした制御端子の電圧が負の所定電圧未満である場合、半導体スイッチはオンとなる。半導体スイッチは例えばＰチャネル型のＦＥＴである。
【００１２】
半導体スイッチの入力端子及び制御端子間にコンデンサが接続されており、第２の電流経路では入力端子からコンデンサを介して電流が流れる。第２の電流経路に電流が流れることによって、コンデンサに電力が蓄えられる。蓄電によってコンデンサの両端間の電圧が上昇し、入力端子の電位を基準とした制御端子の電圧が所定電圧未満となり、半導体スイッチがオンとなる。
【００１３】
半導体スイッチがオンである状態で入力端子の電位が低下した場合、コンデンサによって、制御端子の電位も低下する。このため、入力端子の電位が低下した場合であっても、入力端子の電位を基準とした制御端子の電圧は変わらないため、半導体スイッチのオンが維持される。また、逆流防止素子、例えばダイオードによって第２の電流経路における電流の逆流が防止されるため、第２の電流経路においては、制御端子の電位の低下によって電流が逆流することはない。
【００１４】
本発明に係る電流制御装置は、前記入力端子及び制御端子間に接続してある第１スイッチと、前記第２の電流経路に設けられており、一端が前記コンデンサ及び第１スイッチ間の接続ノードに接続してある第２スイッチとを備え、前記半導体スイッチは、前記制御端子の電圧が前記所定電圧以上である場合にオフとなり、前記第１スイッチ及び第２スイッチ夫々をオン及びオフにすることによって前記半導体スイッチをオフにするように構成してあることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、半導体スイッチの入力端子及び制御端子間に第１スイッチが接続してあり、第２の電流経路に第２スイッチが設けられている。第２スイッチの一端はコンデンサ及び第１スイッチ間の接続ノードに接続してある。半導体スイッチは、入力端子の電位を基準とした制御端子の電圧が負の所定電圧以上である場合にオフとなる。第１スイッチをオンにすることによって、半導体スイッチの入力端子及び制御端子間の電圧はゼロボルトとなり、半導体スイッチはオフとなる。
このとき、第２スイッチはオフとなっているので、第２スイッチを介して電流が流れることはなく、消費電力が小さい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電流が入力される半導体スイッチの端子の電位が低下した場合であっても、半導体スイッチのオンを維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態における電源装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】電流制御装置の回路図である。
【図３】電流制御装置の効果を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】従来の電源制御装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本実施の形態における電源装置１の要部構成を示すブロック図である。電源装置１は車両に好適に搭載されており、バッテリ１０、発電機１１、スタータ１２、電流制御装置１３及び負荷１４を備える。バッテリ１０の正極は、発電機１１、スタータ１２及び電流制御装置１３夫々の一端に接続されている。電流制御装置１３の他端は負荷１４の一端に接続されている。バッテリ１０の負極と、発電機１１、スタータ１２及び負荷１４夫々の他端とは接地されている。
【００１９】
発電機１１は、図示しないエンジンに連動して電力を発生し、発生した電力をバッテリ１０に供給する。これにより、バッテリ１０は充電される。バッテリ１０は、スタータ１２に給電すると共に、電流制御装置１３を介して負荷１４に給電する。
【００２０】
スタータ１２はエンジンを始動させるために用いられる。スタータ１２はバッテリ１０の電力を用いて作動する。当然のことながら、スタータ１２は、エンジンが停止している状態、言い換えると、発電機１１が発電を停止している状態で作動する。スタータ１２は、作動している間、バッテリ１０から大きな電流が供給される。バッテリ１０内には図示しない内部抵抗が設けられており、内部抵抗を介して電圧がバッテリ１０から出力される。バッテリ１０からスタータ１２に大きな電力が供給された場合、内部抵抗において電圧が大きく降下し、バッテリ１０の出力電圧が低下する。
【００２１】
負荷１４は、車両に搭載される電気機器、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、エンジンの作動中だけではなく、エンジンの停止中も作動する。負荷１４は、電流制御装置１３を介して、バッテリ１０から給電される。
電流制御装置１３は、バッテリ１０から負荷１４への電流経路の電流を制御する。
【００２２】
図２は電流制御装置１３の回路図である。電流制御装置１３は、Ｐチャネル型のＦＥＴ２０、Ｎチャネル型のＦＥＴ２１，２２、制御部２３、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１を有する。ＦＥＴ２０のソースはバッテリ１０の正極に接続されており、ＦＥＴ２０のドレインは負荷１４の一端に接続されている。ＦＥＴ２０のソースには、更に、ＦＥＴ２１のドレインと、コンデンサＣ１の一端とが接続されている。ＦＥＴ２１のソースと、コンデンサＣ１の他端とはＦＥＴ２０のゲートに接続されている。
【００２３】
ＦＥＴ２０のゲートには、ダイオードＤ１のアノードが、更に接続されており、ダイオードＤ１のカソードは抵抗Ｒ１の一端に接続されている。抵抗Ｒ１の他端はＦＥＴ２２のドレインに接続されている。ＦＥＴ２２のソースは接地されている。ＦＥＴ２１，２２夫々のゲートは制御部２３に各別に接続されている。
【００２４】
以上のように、コンデンサＣ１は、ＦＥＴ２０のソース及びゲート間に接続される。ＦＥＴ２１は、ＦＥＴ２０のソース及びゲート間に接続してあり、ＦＥＴ２２のドレインは、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１を介して、コンデンサＣ１の他端、及び、ＦＥＴ２０のゲート間の接続ノードに接続してある。
【００２５】
ＦＥＴ２０はスイッチとして機能する。ＦＥＴ２０は、端子として、ソース、ドレイン及びゲートを有する。ＦＥＴ２０において、電流はＦＥＴ２０のソースに入力し、ＦＥＴ２０のドレインから負荷１４に出力される。ＦＥＴ２０は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が負の基準電圧未満である場合にオンとなり、ＦＥＴ２０において電流がドレイン及びソース間を流れることが可能となる。ＦＥＴ２０は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が基準電圧以上である場合にオフとなり、ＦＥＴ２０において電流がドレイン及びソース間を流れることはない。ＦＥＴ２０は半導体スイッチとして機能する。ＦＥＴ２０において、ゲートは制御端子として機能し、ソースは入力端子として機能する。
【００２６】
電流制御装置１３では、バッテリ１０から負荷１４への電流経路に設けられたＦＥＴ２０をオン／オフすることによって、該電流経路に流れる電流を制御する。
【００２７】
ＦＥＴ２１，２２夫々もスイッチとして機能する。ＦＥＴ２１，２２夫々も、端子として、ソース、ドレイン及びゲートを有する。ＦＥＴ２１，２２夫々は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が一定電圧以上である場合にオンとなり、ＦＥＴ２１，２２夫々において、電流がドレイン及びソース間を流れることが可能となる。また、ＦＥＴ２１，２２夫々は、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が一定電圧未満である場合にオフとなり、ＦＥＴ２１，２２夫々において、電流がドレイン及びソース間を流れることはない。ＦＥＴ２１は第１スイッチとして機能し、ＦＥＴ２２は第２スイッチとして機能する。
【００２８】
制御部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶してある制御プログラムを実行することによって種々の処理を実行する。制御部２３は、ＦＥＴ２１，２２夫々のゲートの電圧を調整することによって、ＦＥＴ２１，２２を各別にオン／オフする。制御部２３は、ＦＥＴ２１，２２夫々をオフ及びオンにすることによってＦＥＴ２０をオンにし、ＦＥＴ２１，２２夫々をオン及びオフにすることによってＦＥＴ２０をオフにする。
【００２９】
以下では、バッテリ１０の出力電圧、即ち、接地電位を基準としたＦＥＴ２０のソースの電圧をＶｂと記載し、接地電位を基準としたＦＥＴ２０のゲートの電圧をＶｇと記載する。ＦＥＴ２０において、ソースの電位を基準としたゲートの電圧は、（Ｖｇ−Ｖｂ）で表され、ゼロボルト以下である。
【００３０】
制御部２３がＦＥＴ２１，２２夫々をオフ及びオンにした場合、電流がバッテリ１０の正極からコンデンサＣ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１及びＦＥＴ２２の順に流れ、コンデンサＣ１が蓄電される。コンデンサＣ１が蓄えている電力が増加した場合、コンデンサＣ１の両端間の電圧が上昇し、ＦＥＴ２０のソースの電位を基準としたＦＥＴ２０のゲートの電圧（Ｖｇ−Ｖｂ）は低下する。コンデンサＣ１の蓄電によって、電圧（Ｖｇ−Ｖｂ）は基準電圧未満となり、ＦＥＴ２０はオンとなる。これにより、バッテリ１０はＦＥＴ２０を介して負荷１４に給電する。
【００３１】
以上のように、電流制御装置１３は、ＦＥＴ２０のソースから、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１及びＦＥＴ２２の順に流れる電流経路を有する。この電流経路は第２の電流経路として機能する。ＦＥＴ２０のソースからコンデンサＣ１を介して流れる電流経路にはＦＥＴ２２が設けられている。
【００３２】
制御部２３がＦＥＴ２１，２２夫々をオン及びオフにした場合、出力電圧Ｖｂと電圧Ｖｇとが一致又は略一致するため、ＦＥＴ２０において、電圧（Ｖｇ−Ｖｂ）はゼロボルト又は略ゼロボルトとなり、基準電圧以上となる。これにより、ＦＥＴ２０はオフとなり、バッテリ１０から負荷１４への給電が停止する。
【００３３】
制御部２３は、ＦＥＴ２１をオンにすると共にＦＥＴ２２をオフするため、ＦＥＴ２０をオフにしている間、バッテリ１０の正極からＦＥＴ２２を介して電流が流れることはない。このため、制御部２３がＦＥＴ２０をオフにしている間、抵抗Ｒ１で電力が消費されることはなく、電流制御装置１３の消費電力は小さい。
【００３４】
前述したように、負荷１４はエンジンの作動中だけではなくエンジンの動作中も作動し、負荷１４が作動している間、制御部２３によってＦＥＴ２０はオンに維持されている。そして、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂは、前述したように、スタータ１２が作動している間、低下する。電流制御装置１３では、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂが低下した場合であっても、ＦＥＴ２０のオンを維持することができる。
【００３５】
図３は電流制御装置１３の効果を説明するためのタイミングチャートである。図３では、出力電圧Ｖｂの推移が太線で示されており、電圧Ｖｇの推移が細線で示されている。以下では、制御部２３は、ＦＥＴ２０をオンにするため、ＦＥＴ２１，２２夫々をオフ及びオンにしているとする。
【００３６】
スタータ１２が作動する前において、制御部２３がＦＥＴ２１，２２をオフ及びオンにしているため、電圧（Ｖｇ−Ｖｂ）が基準電圧未満となっており、ＦＥＴ２０はオンである。このとき、電圧Ｖｇは、ダイオードＤ１の順方向の電圧差、例えば、０．７ボルトに略一致し、ゼロボルト以上である。
【００３７】
スタータ１２が作動してバッテリ１０の出力電圧Ｖｂが低下した場合、コンデンサＣ１によって、電圧Ｖｇも低下する。このため、スタータ１２の作動後における電圧（Ｖｂ−Ｖｇ）は、スタータ１２の作動前における電圧（Ｖｂ−Ｖｇ）と同じ又は略同じであるため、ＦＥＴ２０は、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂが低下している間もオンに維持される。
【００３８】
ダイオードＤ１は、ＦＥＴ２０のソースからコンデンサＣ１を介して電流が流れる電流経路における電流の逆流を防止する。このため、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂの低下によって、電圧Ｖｇがゼロボルト未満の電圧に低下した場合であっても、電流がＦＥＴ２２、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１の順に流れること、即ち、電流が逆流することはない。このように、ダイオードＤ１は逆流防止素子として機能する。
【００３９】
エンジンが始動してスタータ１２が停止した後、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂは、スタータ１２が作動する前の電圧に戻る。電圧Ｖｇはバッテリ１０の出力電圧Ｖｂの上昇と共に上昇する。このため、スタータ１２が停止した後、電圧Ｖｇも、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂと同様に、スタータ１２が作動する前の電圧に戻る。
【００４０】
なお、ＦＥＴ２０をオン／オフする構成は、ＦＥＴ２１，２２をオン／オフすることによってＦＥＴ２０をオン／オフする構成に限定されない。例えば、ＦＥＴ２２はなくてもよく、抵抗Ｒ１の他端が接地されていてもよい。この場合、制御部２３は、ＦＥＴ２１をオフにすることによってＦＥＴ２０をオンにし、ＦＥＴ２１をオンにすることによってＦＥＴ２０をオフにする。
【００４１】
また、ＦＥＴ２０の代わりにＰＮＰ型のバイポーラトランジスタが用いてられてもよい。また、ＦＥＴ２１，２２夫々はスイッチとして機能すればよい。このため、ＦＥＴ２１，２２夫々は、Ｎチャネル型のＦＥＴに限定されず、Ｐチャネル型のＦＥＴであってもよい。更に、ＦＥＴ２１，２２の代わりにバイポーラトランジスタを用いてもよい。
当然のことながら、電流制御装置１３では、ＦＥＴ２０がオンである状態で、スタータ１２の作動以外の他の原因によってバッテリ１０の出力電圧Ｖｂが低下した場合であっても、電圧Ｖｇは低下するため、ＦＥＴ２０はオンを維持する。
【００４２】
開示された本実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１３  電流制御装置
２０  ＦＥＴ（半導体スイッチ）
２１  ＦＥＴ（第１スイッチ）
２２  ＦＥＴ（第２スイッチ）
Ｃ１  コンデンサ
Ｄ１  ダイオード（逆流防止素子）
【図１】
2016127541.tif 000003
【図２】
2016127541.tif 000004
【図３】
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【図４】
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