(57)【要約】【課題】簡単な回路構成により、半導体スイッチおよび負荷を保護することが可能な電源供給装置を提供すること。【解決手段】負荷に供給する電源電力をオン／オフする半導体スイッチ１２と、半導体スイッチを介して負荷に流れる電流を検出する電流検出手段（電流検出部１３）と、電流検出手段によって検出された電流を所定の時定数回路に印加するか、または、検出された電流の値を時定数方程式に適用することで電圧に変換する電圧変換手段（時定数回路１４）と、電圧変換手段によって得られる電圧が所定の基準電圧を上回るか否かを判定する判定手段（異常判定部１５）と、判定手段によって、電圧変換手段によって得られる電圧が所定の基準電圧を上回ると判定された場合には、半導体スイッチをオフの状態に制御する制御手段（半導体スイッチ駆動部１６）と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷の間に接続され、前記電源から前記負荷に電源電力を供給する電源供給装置において、
前記負荷に供給する電源電力をオン／オフする半導体スイッチと、
前記半導体スイッチを介して前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流を所定の時定数回路に印加するか、または、検出された電流の値を時定数方程式に適用することで電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段によって得られる電圧が所定の基準電圧を上回るか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって、前記電圧変換手段によって得られる電圧が所定の前記基準電圧を上回ると判定された場合には、前記半導体スイッチをオフの状態に制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源供給装置。
【請求項２】
前記時定数回路はＲＣはしご型時定数回路であり、前記時定数方程式は前記ＲＣはしご型時定数回路の特性を有する方程式であることを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
【請求項３】
前記基準電圧の値を調整する基準電圧調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の電源供給装置。
【請求項４】
前記基準電圧調整手段は、前記ＲＣはしご型時定数回路を構成する回路素子のばらつきまたは前記ＲＣはしご型時定数回路に印加する電流のばらつきに応じて前記基準電圧の値が調整されることを特徴とする請求項３に記載の電源供給装置。
【請求項５】
前記基準電圧調整手段は、前記負荷と前記半導体スイッチとを接続する電線の温度または外気温に対応して前記基準電圧を調整することを特徴とする請求項３に記載の電源供給装置。
【請求項６】
前記基準電圧調整手段は、前記電源供給装置の使用開始からの経過時間、または、累積使用時間に基づいて、前記基準電圧を設定することを特徴とする請求項３または４に記載の電源供給装置。
【請求項７】
前記負荷の種類を特定する特定手段を有し、
前記基準電圧調整手段は、前記特定手段の特定結果に応じて、前記基準電圧を設定することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の電源供給装置。
【請求項８】
前記負荷の種類を特定する特定手段と、
特性が異なる複数の前記時定数回路または複数の前記時定数方程式と、を有し、
前記判定手段は、前記特定手段の特定結果に基づいて、複数の前記時定数回路または前記時定数方程式から、所定の前記時定数回路または前記時定数方程式を選択して使用する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電源供給装置。
【請求項９】
前記電源供給装置は、リレーボックス、ジャンクションボックス、または、接続コネクタに着脱可能に接続されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車両には、ヘッドライトスイッチ、オーディオスイッチ等のスイッチの操作に応じてヘッドライト等の電気部品（負荷）へのバッテリ電源の供給、遮断を行う電源供給装置が収容されたジャンクションボックス（電気接続箱）が搭載されている。このジャンクションボックスは、バッテリ、各種のスイッチおよび各種負荷にそれぞれ電線（ハーネス）を介して接続されている。
【０００３】
また、ジャンクションボックス内の電源供給回路には、スイッチの操作に応じて、バッテリから供給される電源を負荷に供給または遮断するための複数の半導体スイッチが設けられている。従来、負荷や半導体スイッチおよび電線を過電流から保護するために、ヒューズ等の過電流保護素子が設けられている。近年、過電流保護素子の電子化が進められており、従来のヒューズに代えて半導体スイッチの過電流保護や過熱保護機能を用いて電線を保護する電源供給装置が種々提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００４】
特許文献１には、負荷に電力を供給する負荷駆動用のパワー素子近傍の温度を検出し、検出温度が所定温度以上のとき、制御手段により、パワー素子への制御信号の入力を遮断し、その遮断状態を保持することで、パワー素子自身を保護する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、半導体素子からワイヤを介して負荷に流れる負荷電流を検出し、負荷電流が過電流制限閾値を超えると、電流制限回路により、半導体素子の駆動電流を低下させて負荷電流を過電流制限閾値以下に制限する技術が開示されている。この過電流制限閾値は、負荷電流によってワイヤが焼損する電流値以下の値に設定される。また、この過電流制限閾値は、起動時から所定時間の間は、突入電流で誤作動しないように第１の閾値に設定され、所定時間経過後は、第１の閾値より小さい第２の閾値に設定される。これにより、電線の保護を図っている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、半導体スイッチを介して電源から負荷に流れる電流値を検出し、検出した電流値から２乗電流値を求め、熱等価回路によって半導体スイッチの温度相当値を演算によって求め、半導体スイッチの限界温度に基づいて設定された異常判定値を超えた場合に異常と判定し、異常と判定された場合に半導体スイッチをオフにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４５２０５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１１２６４号公報
【特許文献３】特開２００９−１４２１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に開示された技術では、パワー素子の近傍の温度を検出し、その検出温度に基づき、半導体スイッチを遮断するため、半導体スイッチの保護を充分に図ることができない。すなわち、その検出温度は、センサ自身の検出精度やチップ内における温度分布によりばらつきが大きいため、これを基準にすると、実際の遮断温度もばらつくという問題がある。また、温度センサの精度が一般的に良くないため（±２５℃程度）、温度検出による半導体スイッチ遮断方法を用いると遮断電流値が安定せず、バラツキが大きくなるといった問題もある。このため、温度検出による保護機能では、パワー素子等を十分に保護することはできない。さらに、短絡時の突入電流に対し、素子の発熱を検出する方法では熱が伝導するまでに時間がかかるため、パワー素子の定格電流をオーバーして、パワー素子にダメージを与えてしまうといった問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に開示された技術では、起動時から所定時間の間と所定時間経過後とで異なる閾値を設定した過電流検出方法を用いている。このような過電流検出方法を用いた保護機能では、遮断閾値数を多く設定して細かく制御しないと、電線の過渡許容電流値に対して、かなり狭い許容電流範囲となる。すなわち、時間によって異なる閾値を設定した過電流検出方法を用いるためには、時間に対し複数の閾値を設定し、これを所定のタイミングをトリガーとして閾値を切り替える、といった複雑な処理が必要となる。
【００１０】
また、特許文献３に開示された技術では、電流値を２乗する回路が必要なることから、製造コストが増大するとともに、基板面積が拡大するという問題点がある。
【００１１】
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、簡単な回路構成により、半導体スイッチおよび負荷を保護することが可能な電源供給装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、電源と負荷の間に接続され、前記電源から前記負荷に電源電力を供給する電源供給装置において、前記負荷に供給する電源電力をオン／オフする半導体スイッチと、前記半導体スイッチを介して前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流を所定の時定数回路に印加するか、または、検出された電流の値を時定数方程式に適用することで電圧に変換する電圧変換手段と、前記電圧変換手段によって得られる電圧が所定の基準電圧を上回るか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって、前記電圧変換手段によって得られる電圧が所定の前記基準電圧を上回ると判定された場合には、前記半導体スイッチをオフの状態に制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な回路構成により、半導体スイッチおよび負荷を保護することが可能となる。
【００１３】
また、本発明は、前記時定数回路はＲＣはしご型時定数回路であり、前記時定数方程式は前記ＲＣはしご型時定数回路の特性を有する方程式であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記基準電圧の値を調整する基準電圧調整手段をさらに有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記基準電圧調整手段は、前記ＲＣはしご型時定数回路を構成する回路素子のばらつきまたは前記ＲＣはしご型時定数回路に印加する電流のばらつきに応じて前記基準電圧の値が調整されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記基準電圧調整手段は、前記負荷と前記半導体スイッチとを接続する電線の温度または外気温に対応して前記基準電圧を調整することを特徴とする。
このような構成によれば、電線の温度または外気温に応じて、最適な制御を行うことができる。
【００１７】
また、本発明は、前記基準電圧調整手段は、前記電源供給装置の使用開始からの経過時間、または、累積使用時間に基づいて、前記基準電圧を設定することを特徴とする。
このような構成によれば、使用開始からの経過時間、または、累積使用時間に基づいて、最適な制御を行うことができる。
【００１８】
また、本発明は、前記負荷の種類を特定する特定手段を有し、前記基準電圧調整手段は、前記特定手段の特定結果に応じて、前記基準電圧を設定することを特徴とする。
このような構成によれば、負荷の種類に応じて最適な制御を行うことができる。
【００１９】
また、本発明は、前記負荷の種類を特定する特定手段と、特性が異なる複数の前記時定数回路または複数の前記時定数方程式と、を有し、前記判定手段は、前記特定手段の特定結果に基づいて、複数の前記時定数回路または前記時定数方程式から、所定の前記時定数回路または前記時定数方程式を選択して使用する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、様々な負荷に対応して、最適な制御を行うことができる。
【００２０】
また、本発明は、前記電源供給装置は、リレーボックス、ジャンクションボックス、または、接続コネクタに着脱可能に接続されることを特徴とする。
このような構成によれば、リレーボックス、ジャンクションボックス、または、接続コネクタを介して接続される負荷を確実に制御することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、簡単な回路構成により、半導体スイッチおよび負荷を保護することが可能な電源供給装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る電源供給装置の構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図３】図２に示す第１実施形態の構成例を示す回路図である。
【図４】図２に示す第１実施形態の動作を説明するための図である。
【図５】図２に示す第１実施形態の動作を説明するための図である。
【図６】図２に示す第１実施形態の動作を説明するための図である。
【図７】図２に示す第１実施形態の動作を説明するための図である。
【図８】図２に示す第１実施形態の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図１３】負荷の種類と電流の挙動を示す図である。
【図１４】本発明の第６実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第７実施形態の構成例を示すブロック図である。
【図１６】基準電圧を調整可能な変形実施形態を示す図である。
【図１７】基準電圧を調整可能な他の変形実施形態を示す図である。
【図１８】基準電圧と遮断閾値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
（Ａ）本発明の第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係る電源供給装置１の構成例を示す斜視図である。この図に示すように、本発明の第１実施形態に係る電源供給装置１は、本体部１００および蓋部１２０を有している。ここで、本体部１００は、例えば、樹脂等によって構成され、面１００ａには後述する半導体スイッチ１２を含む素子群１０５が配置されている。また、面１００ｂには蓋部１２０の側面に設けられた孔１２１，１２２と係合する爪部１０１，１０２が形成されている。また、面１００ｃには、端子１１１〜１１５が設けられている。なお、図１の例では、端子１１１はグランド端子であり、端子１１２は駆動信号が入力される端子であり、端子１１３は半導体スイッチ１２がオフの状態にされていることを示すＤＩＡＧ信号を出力する端子であり、端子１１４はバッテリが接続される端子であり、端子１１５は負荷が接続される端子である。もちろん、これ以外の配置としてもよい。蓋部１２０は、樹脂等によって構成され、本体部１００がその内部に挿入され、爪部１０１，１０２が孔１２１，１２２に係合することで本体部１００を所定位置に固定する。
【００２５】
図１に示す電源供給装置１は、例えば、車両のリレーボックス、ジャンクションボックス、または、接続コネクタに着脱可能に接続され、これらに接続される負荷に対して電源電力を供給する。
【００２６】
図２は、電源供給装置１の電気的な構成例を示すブロック図である。図２に示す例では、電源供給装置１は、半導体スイッチ１２、電流検出部１３、時定数回路１４、異常判定部１５、および、半導体スイッチ駆動部１６を有している。
【００２７】
ここで、半導体スイッチ１２は、例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）によって構成され、半導体スイッチ駆動部１６によってゲート端子の電圧が制御されることでオン／オフの状態が制御される。オンの状態になった場合には、バッテリ２に蓄積されている電力を電源電力として、電線１１を介して負荷１０に供給する。なお、半導体スイッチ１２としては、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ以外の半導体素子、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、バイポーラトランジスタを用いることも可能である。
【００２８】
電流検出部１３は、バッテリ２から半導体スイッチ１２および電線１１を介して負荷１０に流れる電流を検出し、時定数回路１４に供給する。より詳細には、電線１１に流れる負荷電流をＩｌｏａｄとするとき、このＩｌｏａｄの値に比例し、Ｉｌｏａｄよりも小さい値（例えば、１０００分の１の値）の電流Ｉｓを時定数回路１４に供給する。
【００２９】
時定数回路１４は、図３を参照して後述するように、半導体スイッチ１２をオンの状態にした場合に、負荷１０に対して流れる電流の限界値を示す閾値であって時間の経過とともにその値が減少する電流遮断特性を生成するための時定数を有する。
【００３０】
異常判定部１５は、図３を参照して後述するように、時定数回路１４から出力される出力電圧Ｖｏを所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを上回る場合には、異常であると判定し、半導体スイッチ駆動部１６を制御して、半導体スイッチ１２をオフの状態にし、負荷１０への電力供給を遮断する。
【００３１】
半導体スイッチ駆動部１６は、図３を参照して後述するように、論理素子およびトランジスタによって構成され、電源供給装置１に対して外部から入力される外部入力信号に基づいて半導体スイッチ１２のゲートを駆動する。
【００３２】
図３は、図２の詳細な構成例を示す図である。負荷１０に接続される電線１１に流れる負荷電流（Ｉｌｏａｄ）を検出する電流検出部１３は、差動増幅器２３と、抵抗Ｒｓと、Ｐチャネル形のＭＯＳ−ＦＥＴ２４とを備える。差動増幅器２３の非反転入力端子に電線１１が、その反転入力端子に抵抗Ｒｓを介してバッテリ２が、その出力端子にＭＯＳ−ＦＥＴ２４のゲート端子がそれぞれ接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ２４のドレイン端子は差動増幅器２３の反転入力端子と抵抗Ｒｓの接続点に、そのソース端子は時定数回路１４のコンデンサ素子Ｃ１、抵抗素子Ｒ１、および、コンパレータ２７の入力端子の接続点に接続されている。なお、符号２４ａは、ＭＯＳ−ＦＥＴ２４の寄生のダイオードを示す。また、符号１２ａは、半導体スイッチ１２の寄生のダイオードを示す。
【００３３】
電流検出部１３は、半導体スイッチ１２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓと抵抗Ｒｓの端子間電圧Ｖｓとが等しくなるように、差動増幅器２３の出力によってＭＯＳ−ＦＥＴ２４のゲート電位を制御することで、電線１１に流れる負荷電流（Ｉｌｏａｄ）に比例した電流（検出電流）Ｉｓが抵抗Ｒｓに流れるように構成されている。検出電流Ｉｓは、（負荷電流Ｉｌｏａｄ）×Ｋの値の電流である。ここで、Ｋは係数で、Ｋ＝（半導体スイッチ１２のオン抵抗Ｒｏｎ／Ｒｓ）である。この検出電流Ｉｓが、電線１１に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄに相当する電流として、電流検出部１３から時定数回路１４へ出力される。なお、Ｉｓ＜＜Ｉｌｏａｄの関係を有しており、一例として、ＩｓはＩｌｏａｄの１０００分の１程度に設定される。
【００３４】
半導体スイッチ１２をオンの状態にすると、負荷１０に対して電流が流れるが、電流が限界値を超えると、半導体スイッチ１２や電線１１が過電流によって損傷する（例えば、ＡＳＯ（Area of Safe Operation）破壊が生じる）。ところで、このような限界値は、時間の経過とともに変化する。図４は、半導体スイッチ１２および電線１１の限界特性を示している。図４の横軸は半導体スイッチ１２がオンになってからの経過時間を示し、縦軸は負荷電流Ｉｌｏａｄを示している。図４において、半導体限界特性３０は、半導体スイッチ１２がオンにされた後に、半導体スイッチ１２に流すことができる限界電流の経時的変化を示し、電線限界特性３１は、同じく、電線１１に流すことができる限界電流の経時的変化を示している。この図４に示すように、半導体スイッチ１２がオンの状態になった当初は、電線１１および半導体スイッチ１２に対してある程度大きな電流を流すことができるが、時間の経過とともに（経時的に）電線１１や半導体スイッチ１２が流すことができる電流の値は減少する。また、半導体限界特性３０と電線限界特性３１とは特性が異なっている。なお、図４に示す遮断禁止領域は、負荷１０が通常通り動作している場合に流れる電流の範囲を示し、半導体スイッチ１２に流れる電流がこの領域内に収まる場合には、半導体スイッチ１２を遮断することが禁止される領域である。
【００３５】
そこで、本実施形態では、半導体限界特性３０と電線限界特性３１の双方を考慮した電流遮断特性３２を設定する。そして、負荷電流Ｉｌｏａｄが、時間的に変動する電流遮断特性３２を示す曲線（以下「電流遮断曲線」と称する。）を超えないように制御をすることで、電線１１および半導体スイッチ１２が過電流によって損傷しないようにする。より詳細には、本実施形態では、図４に示す電流遮断特性３２に対応する時定数を有する時定数回路１４に対して、検出電流Ｉｓを入力し、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを超えた場合には、半導体スイッチ１２をオフの状態にすることで、負荷電流Ｉｌｏａｄが電流遮断曲線を超えないようにする。
【００３６】
異常判定部１５は、コンパレータ２７を有し、時定数回路１４からの出力電圧Ｖｏと、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、Ｖｏ＞Ｖｒｅｆの場合には、半導体スイッチ１２に流れる電流がその時点における電流遮断曲線を超えていると判定し、Ｈレベルの信号を出力し、Ｖｏ≦Ｖｒｅｆの場合には、Ｌレベルの信号を出力する。
【００３７】
コンパレータ２７からの出力信号は、ラッチ回路２８に入力される。このラッチ回路２８は、コンパレータ２７からＬレベルの信号が出力されている間は、Ｌレベルの信号を出力し、コンパレータ２７からＨレベルの信号が出力されると、その出力をＨレベルにラッチする。
【００３８】
半導体スイッチ駆動部１６は、ＮＡＮＤ回路２０と、ＰＮＰ形のトランジスタ２１と、ＮＰＮ形のトランジスタ２２と、インバータ２９とを備えている。ＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子には、半導体スイッチ１２をオン／オフさせる制御信号が端子１１２から入力される。例えば、負荷１０を動作させるための図示しないスイッチがオンに操作されるとＨレベル（例えば、５Ｖ）の制御信号が、また、スイッチがオフに操作されるとＬレベルの制御信号がＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子に入力される。ＮＡＮＤ回路２０の他方の入力端子には、ラッチ回路２８の出力信号がインバータ２９を介して入力される。
【００３９】
トランジスタ２１とトランジスタ２２は、コレクタ同士が接続されるとともに、ベース同士が接続されている。トランジスタ２１のエミッタには、チャージポンプ６から電源電圧を昇圧した電圧（駆動電圧）が供給され、トランジスタ２２のエミッタは接地されている。
【００４０】
以上のような構成を有する半導体スイッチ駆動部１６は、次のように動作する。
【００４１】
（１）負荷１０を動作させるための不図示のスイッチがオフの状態で、端子１１２からＬレベルの制御信号がＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子に入力され、かつ、ラッチ回路２８の出力信号がＬレベルで、その信号がインバータ２９で反転されてＨレベルの信号がＮＡＮＤ回路２０の他方の入力端子に入力されている場合、ＮＡＮＤ回路２０はＨレベルの信号を出力する。これにより、トランジスタ２１がオフになり、トランジスタ２２がオンになるので、チャージポンプ６からの駆動電圧が半導体スイッチ１２のゲート端子に印加されず、半導体スイッチ１２がオフ状態に維持される。
【００４２】
（２）負荷１０を動作させるための不図示のスイッチがオンに操作されると、ＮＡＮＤ回路２０の他方の入力端子にＨレベルの信号が入力されている状態で、ＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子にＨレベルの制御信号が入力されるので、ＮＡＮＤ回路２０はＬレベルの信号を出力する。これにより、トランジスタ２２がオフになり、トランジスタ２１がオンになるので、チャージポンプ６からの駆動電圧が半導体スイッチ１２のゲート端子に印加され、半導体スイッチ１２がオン状態にされる。この結果、負荷１０へ電線１１を介してバッテリ電源が供給され、負荷１０が駆動される。
【００４３】
（３）半導体スイッチ１２がオン状態にあるとき、ラッチ回路２８の出力信号がＬレベルからＨレベルに変化すると、ＮＡＮＤ回路２０の一方の入力端子にＨレベルの信号が入力されている状態で、他方の入力端子にＬレベルの信号が入力されるので、ＮＡＮＤ回路２０はＨレベルの信号を出力する。これにより、チャージポンプ６からの駆動電圧が半導体スイッチ１２のゲート端子に印加されなくなり、半導体スイッチ１２がオン状態からオフ状態になる。この結果、負荷１０へのバッテリ電源の供給が遮断され、負荷１０の駆動が停止する。
【００４４】
また、図３に示す電源供給装置１では、インバータ２９の入力側とラッチ回路２８の出力側は、ＤＩＡＧ端子１１３に接続されている。このＤＩＡＧ端子１１３は、ラッチ回路２８を、Ｈレベル信号を出力している状態からＬレベルの信号を出力する状態にリセットするためのリセット信号入力用の端子として用いられるとともに、ラッチ回路２８の出力信号から半導体スイッチ１２のオン／オフ状態を外部でモニタするために、ラッチ回路２８の出力信号を外部回路へ出力するための端子として用いられる。
【００４５】
（Ｂ）本発明の第１実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第１実施形態の動作について説明する。負荷（例えば、ヘッドライト）１０を駆動するためにスイッチ（例えば、ヘッドライトスイッチ）をオンに操作すると、ＮＡＮＤ回路２０の出力がＬレベルになり、トランジスタ２１がオンになってトランジスタ２２がオフになる。これにより、チャージポンプ６から駆動電圧がトランジスタ２１を介して半導体スイッチ１２のゲート端子に印加され、半導体スイッチ１２がオン状態になる。この結果、バッテリ２の電源電力が電線１１を介して負荷１０に供給され、負荷１０が起動される。
【００４６】
このようにして負荷１０が起動されると、電線１１に流れる負荷電流（Ｉｌｏａｄ）に比例した電流（検出電流Ｉｓ）が電流検出部１３により検出される。この検出電流Ｉｓは、電流検出部１３から時定数回路１４へ供給される。
【００４７】
時定数回路１４では、電流検出部１３から検出電流Ｉｓを入力し、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３およびコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３によって構成されるＲＣはしご型時定数回路に供給する。
【００４８】
時定数回路１４は、前述した電流遮断特性３２に対応する時定数を有している。また、異常判定部１５は、時定数回路１４からの出力電圧Ｖｏと、基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、Ｖｏ＞Ｖｒｅｆの場合にはＨレベルの信号を出力し、それ以外の場合にはＬレベルの信号を出力する。
【００４９】
本実施形態では、時定数回路１４と異常判定部１５とが協働することによって、以下のような機能を実現する。すなわち、図５（Ａ）に示すように、一点鎖線で示す電流遮断特性３２よりも少しだけ小さい電流Ｉ１が半導体スイッチ１２に流れたとする。この場合、時定数回路１４からの出力電圧Ｖｏは、図５（Ｂ）に概略的に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆよりも常に低い電圧Ｖｏ１となるため、異常判定部１５の出力は常にＬレベルとなる。一方、二点鎖線で示すように電流遮断特性３２よりも少しだけ大きい電流Ｉ２が半導体スイッチ１２に流れたとする。この場合、時定数回路１４からの出力電圧Ｖｏは図５（Ｂ）に概略的に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆよりも常に高い電圧Ｖｏ２となるため、異常判定部１５の出力は常にＨレベルとなる。以上は説明を簡略化するために極端な例で説明したが、例えば、実際の動作時には、電流の値が一時的にでも電流遮断特性３２よりも大きくなると、時定数回路１４の出力電圧Ｖｏは、基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなるため、異常判定部１５の出力はＨレベルとなる。
【００５０】
コンパレータ２７による判定の結果、（１）出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆより低い間は、コンパレータ２７はＬレベルの信号を出力する。これにより、ＮＡＮＤ回路２０の出力信号がＬレベルに維持され、半導体スイッチ１２がオン状態に維持され、負荷１０の駆動が継続される。
【００５１】
一方、（２）負荷１０の起動後における過渡状態、あるいは、その後の定常状態において、過電流が半導体スイッチ１２に流れることで、半導体スイッチ１２に流れる電流が、図４に示す電流遮断特性３２を越えた場合には、コンパレータ２７はＨレベルの信号を出力し、ラッチ回路２８はコンパレータ２７の出力をＨレベルにラッチする。これにより、ＮＡＮＤ回路２０の出力信号がＬレベルからＨレベルになり、トランジスタ２１がオフになってトランジスタ２２がオンになるので、チャージポンプ６からの駆動電圧が半導体スイッチ１２のゲート端子に印加されなくなり、半導体スイッチ１２が強制的にオフ状態にされ、負荷１０へのバッテリ電源の供給が遮断され、負荷１０の駆動が停止する。
【００５２】
なお、過電流が半導体スイッチ１２に流れる場合としては、例えば、デッドショートにより非常に短い時間（例えば、数１００μｓ以下）に過電流が発生する場合や、パルス幅変調された制御信号が印加された場合や、断続ショート（レアショート）により断続的な過電流が発生する場合がある。このような過電流に対しても、本実施形態では、これを検出して、半導体スイッチ１２をオフの状態にすることができる。
【００５３】
本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
【００５４】
本実施形態では、時定数回路１４の出力電圧Ｖｏは、半導体スイッチ１２をオン状態にした後（負荷１０の起動後）、半導体スイッチ１２に流れる電流Ｉｄｓに応じて変化する。例えば、半導体スイッチ１２に流れる電流が増えると、時定数回路１４では電流の増加に対応して出力電圧Ｖｏが増加する。このように変化する時定数回路１４の出力値を基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、その出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｒｅｆを超えた場合に、半導体スイッチ１２をオフ状態にすることで、図４に示す電流遮断特性３２に基づいて半導体スイッチ１２を制御することができる。このように、半導体限界特性３０および電線限界特性３１の双方を考慮した電流遮断特性３２に基づいて制御することで、半導体スイッチ１２を過電流および過熱から保護しながら効率良く使うことができる。このような領域での使用は、上記従来技術では出来ない。
【００５５】
また、デッドショート等の瞬時的に遮断が必要な場合にも容易に対応することができる。
【００５６】
上記特許文献１に記載された従来技術のように、負荷駆動用のパワー素子近傍の温度を検出し、検出温度が所定温度以上の時、パワー素子への制御信号の入力を遮断する方法では、検出温度とパワー素子の真の温度との間に差が生じたり、あるいは温度の検出に時間的な遅れが生じたりすることがある。これに対して、本実施形態によれば、電線１１に流れる電流の検出値を時定数回路１４に入力し、半導体限界特性３０および電線限界特性３１の双方を考慮した電流遮断特性３２に基づいて過電流を検出するようにしたので、半導体スイッチ１２に流れる電流を、時間遅れを生じることなく検出することができる。このため、半導体スイッチ１２の劣化および故障を抑制することができるとともに、デッドショートのように非常に短い時間（例えば、数１００μｓ以下）に発生する過電流に対しても、電線を保護することができる。
【００５７】
また、時定数回路１４は、ＲＣはしご型時定数回路により構成されているので、半導体スイッチ１２および電線１１の双方に対応した電流遮断特性３２を任意に設定できる。また、ＲＣはしご型時定数回路を用いることで、例えば、特開２０１３−１２８３４３に開示される技術に比較すると、過渡領域における電流遮断特性のばらつきを少なくすることができるとともに、温度や検出電流に対する設計を簡略化することができる。すなわち、特開２０１３−１２８３４３に開示された技術では、ダイオードやツェナーダイオードを用いていることから、過渡領域におけるばらつきが大きい。具体的には、ダイオードに流れる順方向電流によりアノード・カソード間の電圧が大きく変化することや、また、ツェナーダイオードは、ツェナー電圧が５〜６Ｖを境界として、これよりも電圧が高い場合には正の温度特性を有し、これよりも電圧が低い場合には負の温度特性を有することから、温度や検出電流を考慮した場合の設計が複雑となる。しかしながら、ＲＣはしご型時定数回路では、抵抗素子およびコンデンサ素子はダイオードとは異なり、電流による特性の変化がない。さらに、時定数回路において上記のダイオードに対応する素子が抵抗素子であり、抵抗素子は温度特性が小さいことから、設計を簡略化することができる。また、時定数回路１４では、線形の特性を有する受動素子だけを使用することから、スイッチング特性としての非線形特性を有するツェナーダイオードを用いる特開２０１３−１２８３４３に開示される技術に比較して、ノイズを低減することができる。
【００５８】
また、電流検出部１３から時定数回路１４への出力を電流出力としているため、半導体スイッチ１２の過渡的な変動に対して、電源変動の影響をほとんど受けずに対応することができる。
【００５９】
また、時定数回路１４は、ＲＣはしご型時定数回路の定数（ＲＣはしご型回路の各段のコンデンサの容量および抵抗の抵抗値）と、基準電圧Ｖｒｅｆとを調整することで、過渡電流領域および定常動作領域（定常状態）での電流遮断特性を任意に設定可能である。
【００６０】
一例として、図６は、定常動作領域における電流遮断特性３２を変化させた特性（破線で示す特性）を示している。この図６の例では、過渡電流領域はほとんど変化させずに、定常電流領域の遮断特性だけを変化させている。また、図７は、過渡電流領域における電流遮断特性３２を変化させた特性（破線で示す特性）を示している。この図７の例では、定常電流領域はほとんど変化させずに、過渡電流領域の遮断特性だけを変化させている。また、図８は、図６および図７と比較して、負荷１０の種類が異なる場合の特性を示している。この図８の例では、遮断禁止領域の冒頭部分が矩形形状となっており、図６および図７に示す三角形状とは異なっている。このような特性を有する負荷１０の場合には、時定数回路１４の時定数および基準電圧Ｖｒｅｆを調整することで、例えば、図８に示すような、図６および図７とは異なる曲線形状を有する電流遮断特性３２に設定することができる。
【００６１】
また、上記特許文献２に記載された従来技術では、過渡状態に対応する第１の閾値と、定常状態に対応する第２の閾値によって電線を保護するようにしている。一方、本実施形態では、時定数回路１４に基づく連続的な電流遮断特性（電流遮断曲線）に基づいて制御するようにしているので、特許文献２に比較すると、細かな制御を行うことができる。また、特許文献２の段落００５２には、第１閾値に対応する抵抗を可変抵抗とし、時間の経過とともに可変抵抗の抵抗値を変更することで、連続的に変化する第１の閾値を設定することが開示されているが、可変抵抗を時間的に制御することは容易ではない。一方、本実施形態では、時定数回路１４を用いることで、連続的に変化する電流遮断曲線を容易に設定することができる。
【００６２】
また、上記特許文献３に開示された従来技術では、半導体スイッチ１２の熱等価回路に基づいて過電流を遮断するようにしている。しかし、熱等価回路とするためには、電流の２乗値を計算する必要があることから、電流変換回路を設ける必要がある。このような２乗値を計算する回路は、複雑であり、回路の占有面積も大きいことから、製造コストが高くつくとともに、小型化が困難となるという問題点がある。しかしながら、本実施形態では、熱的な等価回路ではなく、電流そのものの遮断特性（電流遮断特性）を求めて、この電流遮断特性に基づいて半導体スイッチ１２を制御するようにしたので、２乗値を計算する回路を排除することができる。
【００６３】
（Ｃ）本発明の第２実施形態の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。図９は、本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。なお、図９において、図２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図９の構成例では、図２と比較すると、異常判定値入力部５０が新たに追加されている。これ以外の構成は、図２の場合と同じである。
【００６４】
ここで、異常判定値入力部５０は、異常判定部１５の基準電圧Ｖｒｅｆを調整する機能を有する。例えば、初期状態の基準電圧ＶｒｅｆがＶ０であるとすると、このＶ０よりも大きい基準電圧Ｖ１に設定したり、Ｖ０よりも小さい基準電圧Ｖ２に設定したりすることができる。
【００６５】
より詳細には、基準電圧Ｖｒｅｆを任意に設定可能とすることで、例えば、図５（Ｂ）に示すＶｒｅｆを所定の方向に移動させることが可能になる。この結果、例えば、電線１１として想定よりも太い電線を使用する場合や、細い電線を使用する場合には、図４に示す電線限界特性３１が変化するので、変化に応じて基準電圧Ｖｒｅｆの値を調整することで、様々な電線に対応することができる。このため、例えば、電線の太さに対応した複数の製品を作る手間を省略することができる。すなわち、電源供給装置１がリレーボックス、ジャンクションボックス、または、接続コネクタに着脱可能に接続され、接続先が複数種ある場合や接続先が変わる場合でも、基準電圧Ｖｒｅｆを調整することでそれぞれの接続先に適した異常判定を行うことができる。
【００６６】
（Ｄ）本発明の第３実施形態の説明
つぎに、本発明の第３実施形態について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態の構成例を示す図である。なお、図１０において、図９と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１０の構成例では、図９と比較すると、異常判定値入力部５０が異常判定値設定部５１に置換されるとともに、外気温／電線温度検出部５２が新たに追加されている。これ以外の構成は、図９の場合と同じである。
【００６７】
ここで、外気温／電線温度検出部５２は、電源供給装置１の外部の気温である外気温または電線１１の温度を検出し、異常判定値設定部５１に供給する。なお、外気温を検出する方法としては、温度センサを図１に示す蓋部１２０の外側に配置する方法がある。また、電線１１の温度を検出する方法としては、電線１１の近傍または直上に温度センサを配置する方法がある。異常判定値設定部５１は、外気温／電線温度検出部５２によって検出された外気温または電線１１の温度に基づいて、異常判定部１５の基準電圧Ｖｒｅｆを設定する。
【００６８】
第３実施形態では、異常判定部１５の基準電圧Ｖｒｅｆは、外気温または電線１１の温度に応じて調整される。例えば、外気温が高い場合には、半導体スイッチ１２自体の温度も高いことから、温度に対する余裕が少なくなる。このため、基準電圧Ｖｒｅｆを低めに設定することで、外気温が低い場合に比較して、低い電流で制限をかけることができるので、半導体スイッチ１２に負担がかかることを防止できる。同様に、電線１１の温度が高い場合も、電線１１の温度に対する余裕が少なくなる。このため、基準電圧Ｖｒｅｆを低めに設定することで、低い電流で制限をかけることができるので、電線１１に負担がかかることを防止できる。
【００６９】
なお、外気温と電線温度の双方を比較し、より影響が大きい方に基づいて、基準電圧Ｖｒｅｆを制御するようにしてもよい。例えば、外気温は低く、電線１１の温度が基準時よりも高い場合には、電線１１の温度に基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを設定するようにしてもよい。逆に、電線１１の温度が基準時と同じで、外気温が高い場合には、外気温に基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを設定するようにしてもよい。
【００７０】
また、半導体スイッチ１２の温度を検出し、半導体スイッチ１２の温度に応じて、基準電圧Ｖｒｅｆを調整するようにしてもよい。
【００７１】
（Ｅ）本発明の第４実施形態の説明
つぎに、本発明の第４実施形態について説明する。図１１は、本発明の第４実施形態の構成例を示す図である。なお、図１１において、図１０と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１の構成例では、図１０と比較すると、外気温／電線温度検出部５２が計時部５３に置換されている。これ以外の構成は、図１０の場合と同じである。
【００７２】
ここで、計時部５３は、例えば、電源供給装置１の使い始めからの時間を計時し、異常判定値設定部５１に供給する。例えば、計時部５３は、電源供給装置１の使い始めからの使用時間を、時間（Hour）または日（Day）を単位として計時し、計時結果を異常判定値設定部５１に供給する。
【００７３】
異常判定値設定部５１は、計時部５３から供給される計時結果を示す情報に基づいて、異常判定部１５の基準電圧Ｖｒｅｆを設定する。例えば、時間の経過に応じて、電線１１等が劣化し、抵抗値が増すので、劣化に対応して基準電圧Ｖｒｅｆを低く設定することで、電線１１等の経時変化に対応した基準電圧Ｖｒｅｆを選択することができる。
【００７４】
なお、経過時間に対して反比例するように基準電圧Ｖｒｅｆを低下させるのではなく、一定の時間が経過した後に、基準電圧Ｖｒｅｆを低下させるようにしてもよい。例えば、電線１１の導電性が高い確率で確保できる期間（例えば、１０年）が経過した後は、経過時間に応じて基準電圧Ｖｒｅｆを低下させるようにしてもよい。
【００７５】
また、計時部５３は、使用開始からの時間を計時するようにしたが、例えば、半導体スイッチ１２に通電がされている積算時間を計時するようにしてもよい。そのような実施形態によれば、実使用時間に応じて基準電圧Ｖｒｅｆを設定することができる。
【００７６】
また、電線１１等の劣化は使用環境にも依存するので、例えば、海の近くで使用する可能性が高い場合には、前述した１０年を短くしたり、あるいは、基準電圧が低下するタイミングを早くしたりしてもよい。
【００７７】
（Ｆ）本発明の第５実施形態の説明
つぎに、本発明の第５実施形態について説明する。図１２は、本発明の第５実施形態の構成例を示す図である。なお、図１２において、図１０と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１２の構成例では、図１０と比較すると、外気温／電線温度検出部５２が接続負荷／電線判定部５４に置換されている。これ以外の構成は、図２の場合と同じである。
【００７８】
ここで、接続負荷／電線判定部５４は、例えば、電源供給装置１の初回動作時に電流検出部１３によって検出される電流波形に基づいて、接続されている電線１１および負荷１０の種類を特定し、特定した結果を異常判定値設定部５１に通知する。異常判定値設定部５１は、接続負荷／電線判定部５４の判定結果に基づいて、異常判定部１５の基準電圧Ｖｒｅｆを設定する。
【００７９】
より詳細には、負荷１０の種類が異なる場合に、半導体スイッチ１２がオンの状態にされた後に負荷１０に流れる電流は、図１３のようになる。この図において、横軸は時間を示し、縦軸は電流（負荷電流Ｉｌｏａｄ）を示している。例えば、ライト（特に、白熱電灯）の場合には、点灯前はフィラメントの温度が低く、抵抗値も低いので、半導体スイッチ１２がオンにされた直後には大きな電流が流れ、フィラメントの温度上昇に伴って電流が減少し、定常値落ち着く。また、モータの場合には、半導体スイッチ１２がオンにされた直後には突入電流が流れるが、ステータコイル等が有するインダクタンス成分によって電流の急増が抑制されるため、図１３に示すように、電流が流れない状態から急激なピークを迎え、その後は減少して回転子の回転に伴った脈流成分を持つ電流が流れる。また、デフォガ等のヒータについては、ライトに近い特性を有するが、発熱温度が低いことから、ライトのような大きな突入電流は流れず、ほぼフラットな電流特性となる。なお、図１３に示す特性は、電線１１も含めた電流特性である。
【００８０】
接続負荷／電線判定部５４は、電源供給装置１の初回動作時に、電流検出部１３によって検出される電流波形に基づいて、接続されている負荷１０の種類を特定する。また、そのときに流れる電流の値（特に、定常状態の電流値）も特定する。
【００８１】
異常判定値設定部５１は、接続負荷／電線判定部５４の判定結果に基づいて、基準電圧Ｖｒｅｆを設定する。一例として、負荷１０に流れる定常電流に応じて、基準電圧Ｖｒｅｆを設定することができる。より詳細には、図１３に示すように、半導体スイッチ１２がオンにされてから一定の時間が経過した場合（定常状態になった場合）の電圧は、負荷１０の種類によって異なることから、この定常状態の電流値に基づいて、基準電圧Ｖｒｅｆを設定することができる。例えば、定常状態の電流値が大きい場合には、基準電圧Ｖｒｅｆを高く設定し、電流値が小さい場合には基準電圧Ｖｒｅｆを低く設定することができる。
【００８２】
このような構成によれば、初回動作時において、負荷１０に流れる電流を検出し、検出結果に基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを設定することで、負荷１０の種類に応じた最適な基準電圧Ｖｒｅｆを選択することができる。
【００８３】
（Ｇ）本発明の第６実施形態の説明
つぎに、本発明の第６実施形態について説明する。図１４は、本発明の第６実施形態の構成例を示す図である。なお、図１４において、図１２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４の構成例では、図１２と比較すると、時定数回路１４が選択型時定数回路５５に置換されている。これ以外の構成は、図１２の場合と同じである。
【００８４】
ここで、選択型時定数回路５５は、時定数回路５７−１〜５７−ｎ（ｎ＞１）を有しており、これらの時定数回路５７−１〜５７−ｎから所望の時定数回路を選択制御部５６によって選択可能に構成されている。例えば、接続負荷／電線判定部５４による判定結果により、時定数回路５７−２を選択する場合には、選択制御部５６が時定数回路５７−２を選択し、電流検出部１３から供給される検出電流Ｉｓを、時定数回路５７−２に供給する。異常判定部１５は、時定数回路５７−２からの出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて異常の有無を判定する。なお、時定数回路の構成は、例えば、図３と同様で、素子値のみが異なるように構成したり、あるいは、はしごの段数が図３とは異なるように構成したりしてもよい。
【００８５】
具体的な例として、接続負荷／電線判定部５４は、例えば、初回動作時に電流検出部１３によって検出される電流波形に基づいて、接続されている電線１１および負荷１０の種類を特定し、特定した結果を異常判定値設定部５１および選択型時定数回路５５に通知する。より詳細には、例えば、負荷１０の種類を、図１３に示す、モータ、ライト、ヒータの中から特定するとともに、過渡状態および定常状態の電流値を検出する。そして、接続負荷／電線判定部５４は、判定結果を異常判定値設定部５１と選択型時定数回路５５に通知する。
【００８６】
選択型時定数回路５５は、時定数回路５７−１〜５７−ｎの中から特定された負荷の種類に対応するものを選択し、選択した時定数回路に対して電流検出部１３から供給される検出電流Ｉｓを供給する。また、異常判定値設定部５１は、特定された負荷の種類または電流値に応じて、異常判定部１５の基準電圧Ｖｒｅｆを設定する。例えば、図１３に示すモータが負荷１０であると特定された場合には、選択型時定数回路５５は、時定数回路５７−１〜５７−ｎの中からモータに対応するものを選択し、電流検出部１３から供給される検出電流Ｉｓを供給する。また、異常判定値設定部５１は、モータに応じた基準電圧Ｖｒｅｆを異常判定部１５に対して設定する。
【００８７】
以上に説明したように、第６実施形態では、負荷１０の種類に応じて、時定数回路を選択するとともに、基準電圧Ｖｒｅｆを設定するようにしたので、負荷１０の種類に応じた最適な制御を行うことができる。このため、負荷１０の性能を犠牲にすることなく、最適な電流制御を行うことができる。
【００８８】
（Ｈ）本発明の第７実施形態の説明
つぎに、本発明の第７実施形態について説明する。図１５は、本発明の第７実施形態の構成例を示す図である。なお、図１５において、図３と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１５の構成例では、図３と比較すると、電流検出部１３、時定数回路１４、異常判定部１５、および、ラッチ回路２８が除外され、電流検出部７０、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部７１、および、デジタル信号処理部７２が追加されている。これら以外の構成は、図３と同様である。
【００８９】
ここで、電流検出部７０は、例えば、抵抗値が小さい抵抗素子等（負荷１０の動作に影響を与えない程度の電圧降下を生じる素子値を有する抵抗素子）によって構成され、負荷１０に流れる電流Ｉｌｏａｄの値を検出してＡ／Ｄ変換部７１に供給する。Ａ／Ｄ変換部７１は、電流検出部７０によって検出された電流Ｉｌｏａｄの値をデジタル信号に変換してデジタル信号処理部７２に供給する。デジタル信号処理部７２は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）またはＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって構成され、Ａ／Ｄ変換部７１から供給されるデジタル信号を処理するとともに、処理結果に基づいて半導体スイッチ駆動部１６を制御する。
【００９０】
つぎに、第７実施形態の動作について説明する。第７実施形態では、電流検出部７０が負荷１０に流れる電流Ｉｌｏａｄの値を検出し、Ａ／Ｄ変換部７１に供給する。Ａ／Ｄ変換部７１は、電流検出部７０から供給される電流Ｉｌｏａｄの値を、対応するデジタルデータに変換してデジタル信号処理部７２に供給する。
【００９１】
デジタル信号処理部７２は、Ａ／Ｄ変換部７１から供給される電流Ｉｌｏａｄの値に対応するデジタルデータに対して、図３に示す、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３およびコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３によって構成されるＲＣはしご型時定数回路と同様の特性を有する離散時間領域における時定数方程式を適用する。より詳細には、図３に示す、ＲＣはしご型時定数回路の連続時間領域における伝達関数Ｈ（ｓ）を、例えば、双一次変換等のＳ−Ｚ変換を用いて、離散時間領域における伝達関数Ｈ（ｚ）に変換することで、離散時間領域における時定数方程式を得ることができる。
【００９２】
デジタル信号処理部７２は、Ａ／Ｄ変換部７１から供給される電流Ｉｌｏａｄの値に対応するデジタルデータに対して時定数方程式（Ｈ（ｚ））をたたみ込み積分することで得られる結果と、図３に示す基準電圧Ｖｒｅｆに対応する値とを比較し、得られる結果が基準電圧Ｖｒｅｆを超えているか否かを判定し、超えている場合には異常であると判定して、半導体スイッチ駆動部１６を制御して半導体スイッチ１２をオフの状態にする。
【００９３】
以上の構成によれば、デジタル回路で構成することができるので、図４の実施形態に比較して、構成を簡略化することができるとともに、デジタル回路で構成することにより、ノイズ耐性を向上させ、経年劣化による特性変化を防ぐことができる。
【００９４】
なお、以上では、第１実施形態の構成をデジタル化するようにしたが、第２〜第６実施形態をデジタル化するようにしてもよい。また、図１５の構成では、電流検出部７０は、半導体スイッチ１２と負荷１０の間に配置するようにしたが、例えば、半導体スイッチ１２と並列に配置するようにしてもよい。この場合には、半導体スイッチ１２の電圧降下とオン抵抗とから電流を求めることができる。
【００９５】
また、図１５に示す実施形態では、時定数回路１４、異常判定部１５、および、ラッチ回路２８の機能をデジタル信号処理部７２によって実現するようにしたが、これらのうち、例えば、時定数回路１４の機能だけをデジタル信号処理部７２によって実現するようにしたり、時定数回路１４および異常判定部１５の２つの機能をデジタル信号処理部７２によって実現するようにしたりしてもよい。
【００９６】
（Ｉ）変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、時定数回路としては、ＲＣはしご型時定数回路を用いるようにしたが、例えば、はしご型ＲＬ回路を用いることも可能である。また、小型化が容易なスイッチトキャパシタ回路を用いるようにしてもよい。
【００９７】
また、時定数回路としては、図３に示すＲＣはしご型時定数回路を示したが、図３は一例に過ぎず、これ以外の形状の回路を用いるようにしてもよい。
【００９８】
また、図３に示す実施形態では、電流検出部１３による検出電流Ｉｓを時定数回路１４に入力するようにしたが、検出された電流に対応する電圧を、時定数回路１４に供給するようにしてもよい。また、時定数回路１４の出力は電圧としたが、電流を出力するようにしてもよい。
【００９９】
また、以上の第３〜第５実施形態を組み合わせて基準電圧Ｖｒｅｆを設定するようにしてもよい。例えば、外気温もしくは電線１１の温度と、使用開始からの経過時間もしくは累積使用時間と、負荷１０の種類とを検出し、検出したこれらの結果の中から最も影響が大きいものに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを設定するようにしてもよい。あるいは、検出したこれらの結果に対して重み付けをし、重み付けに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを設定するようにしてもよい。
【０１００】
また、以上の各実施形態では、図３に示すアナログ回路によって電流の検出および制御を行うようにしたが、これらの機能をデジタル回路によって実現するようにしてもよい。
【０１０１】
また、以上の実施形態では、基準電圧Ｖｒｅｆは固定としたが、例えば、図１６に示すように、コンパレータ２７の基準電圧Ｖｒｅｆの入力端子に、直列接続した固定抵抗Ｒｆと可変抵抗Ｒｖの接続点を接続するとともに、固定抵抗Ｒｆに直流電圧を印加し、可変抵抗Ｒｖを調整することで、基準電圧Ｖｒｅｆを調整可能としてもよい。このような構成によれば、半導体スイッチ１２がオフ制御されるタイミングを調整することができる。
【０１０２】
なお、図１６では、固定抵抗Ｒｆと可変抵抗Ｒｖとを用いるようにしたが、例えば、図１７（Ａ）に示すように定電流源Ｉｃと可変抵抗Ｒｖを用いるようにしたり、図１７（Ｂ）に示すように基準信号生成部８０を用いたりしてもよい。すなわに、図１７（Ａ）では、定電流源Ｉｃから出力される一定の電流を可変抵抗Ｒｖに通じ、可変抵抗Ｒｖを調整することによって任意の電圧を得ることができる。また、図１７（Ｂ）では、例えば、Ｄ／Ａ変換部に対して所望の電圧に対応するデジタルデータを供給することで、任意の電圧を得るようにすることができる。これらの構成によっても、基準電圧Ｖｒｅｆを任意に調整することができる。もちろん、図１５の構成においても、デジタル信号処理部７２の内部において使用される基準電圧Ｖｒｅｆを調整可能としてもよい。
【０１０３】
また、前述した基準電圧Ｖｒｅｆの調整を、例えば、ＲＣはしご型時定数回路に入力される検出電流値や、ＲＣはしご型時定数回路を構成する抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３の素子値に応じて調整するようにしてもよい。
【０１０４】
例えば、ＲＣはしご型時定数回路に入力される電流をＩｓとし、センス比をαｓとし、センス比のばらつきによって生じる誤差をΔαｓとする場合、これらの間には以下の式（１）が成立する。
【０１０５】
Ｉｓ＝Ｉｌｏａｄ／（αｓ＋Δαｓ）  ・・・（１）
【０１０６】
ここで、Δαｓ＜０である場合には、出力電圧Ｖｏが増加するので、基準電圧Ｖｒｅｆが増加するように調整することで、Δαｓ＝０と同様の動作を確保することができる。また、Δαｓ＞０である場合には、出力電圧Ｖｏが減少するので、基準電圧Ｖｒｅｆが減少するように調整することで、Δαｓ＝０と同様の動作を確保することができる。
【０１０７】
また、図３に示すＲＣはしご型時定数回路の抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３の素子値の合算値をＲｓ（＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）とし、出力電圧をＶｏとし、合算値をＲｓの誤差をΔＲｓとすると、これらの間には以下の式（２）が成立する。
【０１０８】
Ｖｏ＝Ｉｓ×（Ｒｓ＋ΔＲｓ）  ・・・（２）
【０１０９】
ここで、ΔＲｓ＞０である場合には、出力電圧Ｖｏが増加するので、基準電圧Ｖｒｅｆが増加するように調整することで、ΔＲｓ＝０と同様の動作を確保することができる。また、ΔＲｓ＜０である場合には、出力電圧Ｖｏが減少するので、基準電圧Ｖｒｅｆが減少するように調整することで、ΔＲｓ＝０と同様の動作を確保することができる。
【０１１０】
なお、基準電圧Ｖｒｅｆを調整する際、Ｖｒｅｆ＝Ｖｓとして、ＩＬｔｈを２倍に調整することを考える。その場合、ＩＬｔｈ＝Ｉｓｔｈ×αｓ＝Ｖｒｅｆ／Ｒｓ×αｓであることから、ＩＬｔｈを２倍にするにはＶｒｅｆを２倍にすればよい。また、Ｖｒｅｆを２倍にすることはＲｓを１／２に設定することに対応する。このため、Ｒｓを変更しなくてもＩＬｔｈを調整することができる。Ｖｒｅｆを調整することで、図１８に示すように、各時間における遮断閾値ＩＬｔｈをグラフ上で上下方向に移動させ、例えば、２倍にすることができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１  電源供給装置
２  バッテリ
１０  負荷
１１  電線
１２  半導体スイッチ
１３  電流検出部（電流検出手段）
１４  時定数回路（電圧変換手段）
１５  異常判定部（判定手段）
１６  半導体スイッチ駆動部（制御手段）
２０  ＮＡＮＤ回路
２１，２２  トランジスタ
２３  差動増幅器
２４  ＭＯＳ−ＦＥＴ
２７  コンパレータ
２８  ラッチ回路
２９  インバータ
５０  異常判定値入力部
５１  異常判定値設定部（基準電圧調整手段）
５２  外気温／電線温度検出部
５３  計時部
５４  接続負荷／電線判定部（特定手段）
５５  選択形時定数回路
５６  選択制御部
５７−１〜５７−ｎ  時定数回路
７０  電流検出部（電流検出手段）
７１  Ａ／Ｄ変換部（電流検出手段）
７２  デジタル信号処理部（判定手段、制御手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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