(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の出力端子が接地された直流電源の非接地側の出力端子に一端が接続される非接地側スイッチ素子と一端が接地された接地側スイッチ素子とを有して前記非接地側スイッチ素子の他端及び接地側スイッチ素子の他端からそれぞれ負荷接続端子が導出されたスイッチ回路と、前記負荷接続端子間に接続される負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラと、前記コントローラが発生する指令信号に応じて前記スイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えた直流負荷駆動装置において、
前記直流電源の非接地側の出力端子と前記非接地側スイッチ素子の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器と、前記接地側スイッチ素子の一端と接地回路との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器と、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに前記直流電源から前記スイッチ回路を通して流れる電流を遮断する過電流保護装置とを具備し、
前記過電流保護装置は、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに、前記直流電源から前記スイッチ回路に電圧が印加されている間遮断指令を発生する遮断指令発生回路と、前記遮断指令が発生している間前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように、スイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止する駆動信号阻止手段とを備え、
前記遮断指令発生回路は、前記非接地側電流検出器から得られる電流検出信号と前記接地側電流検出器から得られる電流検出信号との和に相当する加算電流検出信号を発生する加算回路と、前記加算電流検出信号と制限値を与える設定信号とを比較して前記加算電流検出信号の大きさが設定信号の大きさを超えたときに前記過電流検出信号を発生する比較判定回路と、前記過電流検出信号が発生したときに遮断指令を出力する遮断指令出力回路とを備えている直流負荷駆動装置。
【請求項２】
一方の出力端子が接地された直流電源の非接地側の出力端子に一端が接続される非接地側スイッチ素子と一端が接地された接地側スイッチ素子とを有して前記非接地側スイッチ素子の他端及び接地側スイッチ素子の他端からそれぞれ負荷接続端子が導出されたスイッチ回路と、前記負荷接続端子間に接続される負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラと、前記コントローラが発生する指令信号に応じて前記スイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えた直流負荷駆動装置において、
前記直流電源の非接地側の出力端子と前記非接地側スイッチ素子の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器と、前記接地側スイッチ素子の一端と接地回路との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器と、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに前記直流電源から前記スイッチ回路を通して流れる電流を遮断する過電流保護装置とを具備し、
前記過電流保護装置は、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに、前記直流電源から前記スイッチ回路に電圧が印加されている間遮断指令を発生する遮断指令発生回路と、前記遮断指令が発生している間前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように、スイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止する駆動信号阻止手段とを備え、
前記遮断指令発生回路は、前記非接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第１の過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、前記接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第２の過電流検出信号を出力する第２の過電流検出回路と、前記第１の過電流検出信号及び第２の過電流検出信号の少なくとも一方が発生したときに前記遮断指令を発生する遮断指令出力回路とを備えている直流負荷駆動装置。
【請求項３】
一方の出力端子が接地された直流電源の非接地側の出力端子に一端が接続される非接地側スイッチ素子と一端が接地された接地側スイッチ素子とを有して前記非接地側スイッチ素子の他端及び接地側スイッチ素子の他端からそれぞれ負荷接続端子が導出されたスイッチ回路と、前記負荷接続端子間に接続される負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラと、前記コントローラが発生する指令信号に応じて前記スイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えた直流負荷駆動装置において、
前記直流電源の非接地側の出力端子と前記非接地側スイッチ素子の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器と、前記接地側スイッチ素子の一端と接地回路との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器と、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに前記直流電源から前記スイッチ回路を通して流れる電流を遮断する過電流保護装置とを具備し、
前記過電流保護装置は、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに遮断指令を発生する遮断指令発生回路と、前記遮断指令が発生したときに前記直流電源から前記スイッチ回路に電圧が印加されている間前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止する駆動信号阻止手段とを備え、
前記遮断指令発生回路は、前記非接地側電流検出器から得られる電流検出信号と前記接地側電流検出器から得られる電流検出信号との和に相当する加算電流検出信号を発生する加算回路と、前記加算電流検出信号と制限値を与える設定信号とを比較して前記加算電流検出信号の大きさが設定信号の大きさを超えたときに前記過電流検出信号を発生する比較判定回路と、前記過電流検出信号が発生したときに遮断指令を出力する遮断指令出力回路とを備えている直流負荷駆動装置。
【請求項４】
一方の出力端子が接地された直流電源の非接地側の出力端子に一端が接続される非接地側スイッチ素子と一端が接地された接地側スイッチ素子とを有して前記非接地側スイッチ素子の他端及び接地側スイッチ素子の他端からそれぞれ負荷接続端子が導出されたスイッチ回路と、前記負荷接続端子間に接続される負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラと、前記コントローラが発生する指令信号に応じて前記スイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えた直流負荷駆動装置において、
前記直流電源の非接地側の出力端子と前記非接地側スイッチ素子の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器と、前記接地側スイッチ素子の一端と接地回路との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器と、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに前記直流電源から前記スイッチ回路を通して流れる電流を遮断する過電流保護装置とを具備し、
前記過電流保護装置は、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに遮断指令を発生する遮断指令発生回路と、前記遮断指令が発生したときに前記直流電源から前記スイッチ回路に電圧が印加されている間前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止する駆動信号阻止手段とを備え、
前記遮断指令発生回路は、前記非接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第１の過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、前記接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第２の過電流検出信号を出力する第２の過電流検出回路と、前記第１の過電流検出信号及び第２の過電流検出信号の少なくとも一方が発生したときに前記遮断指令を発生する遮断指令出力回路とを備えている直流負荷駆動装置。
【請求項５】
一端が共通接続された対の非接地側スイッチ素子と、一端が共通接続されて接地端子に接続され、他端が前記対の非接地側スイッチ素子の他端にそれぞれ接続された対の接地側スイッチ素子とを有して、前記対の非接地側スイッチ素子の一端の共通接続点と前記接地端子との間に直流電源の出力が印加され、前記対の非接地側スイッチ素子の他端と対の接地側スイッチ素子の他端とのそれぞれ接続点から対の負荷接続端子が導出されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、前記負荷接続端子間に接続される負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラと、前記コントローラが発生する指令信号に応じて前記スイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えた直流負荷駆動装置において、
前記直流電源の非接地側の出力端子と前記非接地側スイッチ素子の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器と、前記接地側スイッチ素子の一端と前記接地端子との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器と、前記非接地側電流検出器により検出された電流、及び前記接地側電流検出器により検出された電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに、前記直流電源からスイッチ回路を通して流れる電流を遮断する過電流保護装置とを具備し、
前記過電流保護装置は、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに、前記直流電源から前記スイッチ回路に電圧が印加されている間遮断指令を発生する遮断指令発生回路と、前記遮断指令が発生している間前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように、スイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止する駆動信号阻止手段とを備え、
前記遮断指令発生回路は、前記非接地側電流検出器から得られる電流検出信号と前記接地側電流検出器から得られる電流検出信号との和に相当する加算電流検出信号を発生する加算回路と、前記加算電流検出信号と制限値を与える設定信号とを比較して前記加算電流検出信号の大きさが設定信号の大きさを超えたときに前記過電流検出信号を発生する比較判定回路と、前記過電流検出信号が発生したときに遮断指令を出力する遮断指令出力回路とを備えている直流負荷駆動装置。
【請求項６】
一端が共通接続された対の非接地側スイッチ素子と、一端が共通接続されて接地端子に接続され、他端が前記対の非接地側スイッチ素子の他端にそれぞれ接続された対の接地側スイッチ素子とを有して、前記対の非接地側スイッチ素子の一端の共通接続点と前記接地端子との間に直流電源の出力が印加され、前記対の非接地側スイッチ素子の他端と対の接地側スイッチ素子の他端とのそれぞれ接続点から対の負荷接続端子が導出されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、前記負荷接続端子間に接続される負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラと、前記コントローラが発生する指令信号に応じて前記スイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えた直流負荷駆動装置において、
前記直流電源の非接地側の出力端子と前記非接地側スイッチ素子の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器と、前記接地側スイッチ素子の一端と前記接地端子との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器と、前記非接地側電流検出器により検出された電流、及び前記接地側電流検出器により検出された電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに、前記直流電源からスイッチ回路を通して流れる電流を遮断する過電流保護装置とを具備し、
前記過電流保護装置は、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに、前記直流電源から前記スイッチ回路に電圧が印加されている間遮断指令を発生する遮断指令発生回路と、前記遮断指令が発生している間前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように、スイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止する駆動信号阻止手段とを備え、
前記遮断指令発生回路は、前記非接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第１の過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、前記接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第２の過電流検出信号を出力する第２の過電流検出回路と、前記第１の過電流検出信号及び第２の過電流検出信号の少なくとも一方が発生したときに前記遮断指令を発生する遮断指令出力回路とを備えている直流負荷駆動装置。
【請求項７】
一端が共通接続された対の非接地側スイッチ素子と、一端が共通接続されて接地端子に接続され、他端が前記対の非接地側スイッチ素子の他端にそれぞれ接続された対の接地側スイッチ素子とを有して、前記対の非接地側スイッチ素子の一端の共通接続点と前記接地端子との間に直流電源の出力が印加され、前記対の非接地側スイッチ素子の他端と対の接地側スイッチ素子の他端とのそれぞれ接続点から対の負荷接続端子が導出されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、前記負荷接続端子間に接続される負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラと、前記コントローラが発生する指令信号に応じて前記スイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えた直流負荷駆動装置において、
前記直流電源の非接地側の出力端子と前記非接地側スイッチ素子の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器と、前記接地側スイッチ素子の一端と前記接地端子との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器と、前記非接地側電流検出器により検出された電流、及び前記接地側電流検出器により検出された電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに、前記直流電源からスイッチ回路を通して流れる電流を遮断する過電流保護装置とを具備し、
前記過電流保護装置は、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに遮断指令を発生する遮断指令発生回路と、前記遮断指令が発生したときに前記直流電源から前記スイッチ回路に電圧が印加されている間前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止する駆動信号阻止手段とを備え、
前記遮断指令発生回路は、前記非接地側電流検出器から得られる電流検出信号と前記接地側電流検出器から得られる電流検出信号との和に相当する加算電流検出信号を発生する加算回路と、前記加算電流検出信号と制限値を与える設定信号とを比較して前記加算電流検出信号の大きさが設定信号の大きさを超えたときに前記過電流検出信号を発生する比較判定回路と、前記過電流検出信号が発生したときに遮断指令を出力する遮断指令出力回路とを備えている直流負荷駆動装置。
【請求項８】
一端が共通接続された対の非接地側スイッチ素子と、一端が共通接続されて接地端子に接続され、他端が前記対の非接地側スイッチ素子の他端にそれぞれ接続された対の接地側スイッチ素子とを有して、前記対の非接地側スイッチ素子の一端の共通接続点と前記接地端子との間に直流電源の出力が印加され、前記対の非接地側スイッチ素子の他端と対の接地側スイッチ素子の他端とのそれぞれ接続点から対の負荷接続端子が導出されたＨブリッジ形のスイッチ回路と、前記負荷接続端子間に接続される負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラと、前記コントローラが発生する指令信号に応じて前記スイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えた直流負荷駆動装置において、
前記直流電源の非接地側の出力端子と前記非接地側スイッチ素子の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器と、前記接地側スイッチ素子の一端と前記接地端子との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器と、前記非接地側電流検出器により検出された電流、及び前記接地側電流検出器により検出された電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに、前記直流電源からスイッチ回路を通して流れる電流を遮断する過電流保護装置とを具備し、
前記過電流保護装置は、前記非接地側電流検出器により検出される電流、及び前記接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに遮断指令を発生する遮断指令発生回路と、前記遮断指令が発生したときに前記直流電源から前記スイッチ回路に電圧が印加されている間前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように前記スイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止する駆動信号阻止手段とを備え、
前記遮断指令発生回路は、前記非接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第１の過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、前記接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第２の過電流検出信号を出力する第２の過電流検出回路と、前記第１の過電流検出信号及び第２の過電流検出信号の少なくとも一方が発生したときに前記遮断指令を発生する遮断指令出力回路とを備えている直流負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源と直流負荷との間にスイッチ回路を設けて、該スイッチ回路のスイッチ素子をオンオフ制御することにより負荷への駆動電流の供給を制御する直流負荷駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流電動機のように正逆両方向に駆動される負荷を駆動する直流負荷駆動装置として、直流電源から負荷に供給する駆動電流をオンオフ制御するＨブリッジ形のスイッチ回路と、負荷を所定の態様で駆動するために必要な各種の指令を発生するコントローラと、コントローラが発生する指令に応じてスイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えたものが多く用いられている。コントローラが発生する指令信号の中には、負荷の駆動方向を指令する駆動指令や、負荷に流す駆動電流をＰＷＭ変調する際のデューティ比を定めるためのＰＷＭ信号等が含まれる。
【０００３】
周知のように、Ｈブリッジ形のスイッチ回路は、一端が共通接続された対の非接地側スイッチ素子と、一端が共通接続されて接地端子に接続され、他端が対の非接地側スイッチ素子の他端にそれぞれ接続された対の接地側スイッチ素子とを備えていて、対の非接地側スイッチ素子の一端の共通接続点と接地端子との間にスイッチを介して直流電源の出力が印加され、対の非接地側スイッチ素子の他端と対の接地側スイッチ素子の他端とのそれぞれ接続点から対の負荷接続端子が導出される。
【０００４】
コントローラは、例えばマイクロコンピュータを備えていて、負荷を正方向に駆動することを指令する正方向駆動指令及び負荷を逆方向に駆動することを指令する逆方向駆動指令や、所定のデューティ比で断続するＰＷＭ信号等を発生する。
【０００５】
スイッチ素子駆動部は、例えば、ＰＷＭ信号に応答して対の非接地側スイッチ素子を互いに逆位相でオンオフ駆動するように両非接地側スイッチ素子にＰＷＭ変調された駆動信号を与えるＰＷＭ駆動回路と、正方向駆動指令及び逆方向駆動指令にそれぞれ応答して対の接地側スイッチ素子の一方及び他方に駆動信号を与える正方向駆動回路及び逆方向駆動回路とにより構成される。
【０００６】
この種の直流負荷駆動装置においては、スイッチ回路を短絡電流等の過電流から保護するために、過電流保護装置を設けている。従来の直流負荷駆動装置に用いられていた過電流保護装置は、スイッチ回路と負荷とを通して流れる電流を接地側スイッチ素子と接地回路との間に挿入した電流検出用抵抗器（シャント抵抗器）により検出して、検出された電流が制限値を超えたときにスイッチ回路のスイッチ素子への駆動信号の供給を停止して、該スイッチ素子をオフ状態にするように構成されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような過電流保護装置を設けておくと、負荷の両端が短絡されたり、負荷の内部で短絡事故が生じたりして過電流が流れたときに、スイッチ回路のスイッチ素子をオフ状態にしてスイッチ回路を保護することができる。
【０００８】
しかしながら、従来の過電流保護装置では、一方の負荷接続端子と接地回路との間で短絡事故が生じた状態で、短絡事故が生じた側の負荷接続端子につながる非接地側スイッチ素子がオン状態にされたときに短絡回路を通して流れる短絡電流が電流検出用抵抗器を流れないため、この短絡電流を検出することができず、保護動作を行わせることができないという問題があった。
【０００９】
なおＨブリッジ形のスイッチ回路を用いる場合に限らず、負荷の非接地側の端子を非接地側スイッチ素子を通して直流電源の非接地側の出力端子に接続するとともに、負荷の接地側の端子を接地側スイッチ素子と電流検出用抵抗器とを通して接地回路に接続する構成をとって、負荷を一方向にのみ駆動する場合にも、例えば、非接地側スイッチ素子につながる負荷接続端子と接地回路との間で短絡事故が生じると、直流電源から非接地側スイッチ素子と接地回路とを通して流れる短絡電流を電流検出用抵抗器により検出することができないため、同様の問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、一方の負荷接続端子と接地回路等との間で短絡事故が発生した場合にも確実に保護動作を行うことができるようにした直流負荷駆動装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一方の出力端子が接地された直流電源の非接地側の出力端子に一端が接続される非接地側スイッチ素子と、一端が接地された接地側スイッチ素子とを有して、非接地側スイッチ素子の他端及び接地側スイッチ素子の他端からそれぞれ負荷接続端子が導出されたスイッチ回路と、負荷接続端子間に接続される負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラと、コントローラが発生する指令信号に応じてスイッチ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部とを備えた直流負荷駆動装置を対象とする。
【００１２】
本発明においては、直流電源の非接地側の出力端子と非接地側スイッチ素子の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器と、接地側スイッチ素子の一端と接地回路との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器と、非接地側電流検出器により検出される電流、及び接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに直流電源からスイッチ回路を通して流れる電流を遮断する過電流保護装置とを設けた。上記のように、非接地側電流検出器と接地側電流検出器とを設けて、これらの電流検出器が検出した電流の少くとも一方が制限値を超えたとき（過電流が検出されたとき）に直流電源からスイッチ回路を通して流れる電流を遮断するようにすると、負荷の両端が短絡される事故が生じた時に保護動作を行わせることができるだけでなく、負荷の一端と接地回路との間で短絡事故が生じた場合にも保護動作を行わせることができるため、従来よりも多様な短絡事故に対して過電流保護機能を有する直流負荷駆動装置を得ることができる。
【００１３】
本発明はまた、一端が共通接続された対の非接地側スイッチ素子と、一端が共通接続されて接地端子に接続され、他端が対の非接地側スイッチ素子の他端にそれぞれ接続された対の接地側スイッチ素子とを有して、対の非接地側スイッチ素子の一端の共通接続点と接地端子との間にスイッチを介して直流電源の出力が印加され、対の非接地側スイッチ素子の他端と対の接地側スイッチ素子の他端とのそれぞれ接続点から対の負荷接続端子が導出されるＨブリッジ形のスイッチ回路を用いる場合にも適用することができる。
【００１４】
上記過電流保護装置は、非接地側電流検出器により検出される電流、及び接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに、直流電源からスイッチ回路に電圧が印加されている間遮断指令を発生する遮断指令発生回路と、遮断指令が発生している間スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように、スイッチ回路のすべてのスイッチ回路への駆動信号の供給を阻止する駆動信号阻止手段とを備えた構成とすることができる。
【００１５】
上記の構成では、過電流が検出されたときに直流電源からスイッチ回路に電圧が印加されている間遮断指令を発生し続けるように遮断指令回路が構成されているが、過電流が検出されている間だけ遮断指令を発生するように遮断指令発生回路を構成して、遮断指令が一度発生したときには該遮断指令が消滅した後も、直流電源からスイッチ回路に電圧が印加されている間はスイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止するように駆動信号阻止手段を構成する（駆動信号阻止手段に自己保持機能を持たせる）ようにしてもよい。
【００１６】
本発明の好ましい態様では、上記遮断指令発生回路が、非接地側電流検出器から得られる電流検出信号と前記接地側電流検出器から得られる電流検出信号との和に相当する加算電流検出信号を発生する加算回路と、加算電流検出信号と制限値を与える設定信号とを比較して加算電流検出信号の大きさが設定信号の大きさを超えたときに過電流検出信号を出力する比較判定回路と、過電流検出信号が出力されたときに遮断指令を出力する遮断指令出力回路とにより構成される。
【００１７】
本発明の他の好ましい態様ではまた、遮断指令回路が、非接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第１の過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、接地側電流検出器により検出された電流が制限値を超えたときに第２の過電流検出信号を出力する第２の過電流検出回路と、第１の過電流検出信号及び第２の過電流検出信号の少なくとも一方が発生したときに遮断指令を発生する遮断指令出力回路とにより構成される。
【００１８】
上記のように、過電流が検出されたときに、スイッチ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状態にするようにすると、保護用のスイッチ手段を特別に設けることなく過電流保護動作を行わせることができる。
【００１９】
しかしながら、本発明は、このようにスイッチ回路のスイッチ素子自体をオフ状態にすることにより保護動作を行わせる場合に限定されるものではなく、例えば、直流電源とスイッチ回路との間にブレーカのように遮断指令が与えられたときに開く保護用スイッチを挿入しておいて、非接地側電流検出器により検出される電流、及び接地側電流検出器により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに保護用スイッチに遮断指令を与えるように過電流保護装置を構成してもよい。
【００２０】
上記のように保護用スイッチを設けると、スイッチ回路を構成するスイッチ素子が破損してオフ状態にならなくなった場合でも過電流を遮断することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、直流電動機を駆動する場合を例にとって、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２２】
図１は、直流電動機を負荷とする直流負荷駆動装置に本発明を適用した場合の駆動装置の構成例を示したもので、同図において１は直流電動機（負荷）２を駆動する駆動ユニット、３は負荷を所定の態様で駆動するために必要な指令信号を発生するコントローラである。
【００２３】
駆動ユニット１は、スイッチ回路１Ａと、電動機２を正回転または逆回転させるようにスイッチ回路１Ａの各スイッチ素子に駆動信号を与えるスイッチ素子駆動部１Ｂと、遮断指令発生回路１Ｃとにより構成されている。
【００２４】
図示の駆動ユニット１は、正極側電源端子ａと、接地端子ｅと、ＰＷＭ信号入力端子ｐと、正方向駆動指令入力端子ｆと、逆方向駆動指令入力端子ｒと、負荷接続端子ｍ1 及びｍ2 とを備えている。この例では、接地端子ｅが負極側電源端子を兼ねている。本明細書では接地回路に近い側の負荷接続端子ｍ2 を接地側負荷接続端子と呼び、接地回路から離れている側の負荷接続端子ｍ1 を非接地側負荷接続端子と呼ぶ。
【００２５】
スイッチ回路１Ａは、一端が共通接続された第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12と、一端が共通接続され、他端が第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の他端にそれぞれ接続された第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22とを有する周知のＨブリッジ形のスイッチ回路で、第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の一端の共通接続点は、抵抗値が十分に小さい第１の電流検出用抵抗器（シャント抵抗器）Ｒi1を通して正極側電源端子ａに接続され、第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22の一端の共通接続点は、抵抗値が小さい第２の電流検出用抵抗器Ｒi2を通して接地端子に接続されている。
【００２６】
第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12の他端と第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22の他端とのそれぞれの接続点から対の負荷接続端子ｍ1 及びｍ2 が導出され、これらの負荷接続端子間に負荷２として直流電動機が接続されている。
【００２７】
正極側電源端子ａはキースイッチＳＷを通して負極端子が接地された直流電源（図示の例ではバッテリ）５の正極端子に接続されている。接地端子ｅは接地回路を通して直流電源５の負極端子に接続されている。
【００２８】
図示の例では、第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12がＰチャンネル形のＭＯＳＦＥＴからなっていて、両ＦＥＴのソースＳの共通接続点が第１の電流検出用抵抗器Ｒi1を通して正極側電源端子ａに接続されている。また第１及び第２の接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22はＮチャンネル形のＭＯＳＦＥＴからなっていて、両ＦＥＴのドレインＤが非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12をそれぞれ構成するＦＥＴのドレインＤに接続され、両接地側スイッチ素子Ｆ21及びＦ22を構成するＦＥＴのソースＳの共通接続点が、第２の電流検出用抵抗器Ｒi2を通して接地されている。
【００２９】
スイッチ素子駆動部１Ｂは、所定のデューティ比で断続するＰＷＭ信号に応答して第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12をそれぞれオンオフ駆動する第１及び第２のＰＷＭ駆動回路１０１及び１０２と、正方向駆動指令信号が与えられたときに第２の接地側スイッチ素子Ｆ22に駆動信号を与えるとともに第２のＰＷＭ駆動回路１０２が第２の非接地側スイッチ素子Ｆ12をオンオフ駆動するのを禁止する正方向駆動回路１０３と、逆方向駆動指令信号が与えられたときに第１の接地側スイッチ素子Ｆ21に駆動信号を与えるとともに第１のＰＷＭ駆動回路１０１が第１の非接地側スイッチ素子Ｆ11をオンオフ駆動するのを禁止する逆方向駆動回路１０４とを備えている。
【００３０】
第１のＰＷＭ駆動回路１０１及び第２のＰＷＭ駆動回路１０２の入力端子は、ダイオードＤ1 と抵抗Ｒ1 とからなる入力回路１０５を通してＰＷＭ信号入力端子ｐに接続され、第１のＰＷＭ駆動回路１０１及び第２のＰＷＭ駆動回路１０２の出力端子は第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12を構成するＦＥＴのゲートに接続されている。
【００３１】
第１及び第２のＰＷＭ駆動回路１０１及び１０２は、スイッチ素子Ｆ11及びＦ12への駆動信号の供給を制御するために、トランジスタなどからなる駆動信号供給用スイッチを備えている。ＰＷＭ駆動回路１０１及び１０２に設けられている駆動信号供給用スイッチは、コントローラ３に設けられたトランジスタＴｒ1 がオン状態になって、該トランジスタＴｒ1 とダイオードＤ1 とを通して高レベル（Ｈレベル）の信号が与えられたときにオン状態になってスイッチ素子Ｆ11及びＦ12に駆動信号を供給し、トランジスタＴｒ1 がオフ状態になって、ダイオードＤ1 を通して与えられていた信号が除去されたときにオフ状態になって、スイッチ素子Ｆ11及びＦ12への駆動信号の供給を停止する。
【００３２】
また正方向駆動回路１０３の入力端子はダイオードＤ2 と抵抗Ｒ2 とからなる入力回路１０６を通して正方向駆動指令入力端子ｆに接続され、逆方向駆動回路１０４の入力端子はダイオードＤ3 と抵抗Ｒ3 とからなる入力回路１０７を通して逆方向駆動指令入力端子ｒに接続されている。正方向駆動回路１０３の出力端子は第２の接地側スイッチ素子Ｆ22を構成するＦＥＴのゲートに接続され、逆方向駆動回路１０４の出力端子は第１の接地側スイッチ素子Ｆ21を構成するＦＥＴのゲートに接続されている。
【００３３】
正方向駆動回路１０３は、トランジスタＴｒ2 がオン状態になってダイオードＤ2 を通して高レベルの信号が与えられたときにオン状態になり、トランジスタＴｒ2 がオフ状態になってダイオードＤ2 を通して与えられていた信号が除去されたときにオフ状態になる駆動信号供給用スイッチを備えていて、該スイッチがオン状態になった時に第２の接地側スイッチ素子Ｆ22を構成するＦＥＴのゲートに駆動信号を与えるように構成されている。
【００３４】
同様に、逆方向駆動回路１０４は、トランジスタＴｒ3 がオン状態になって、ダイオードＤ3 を通して高レベルの信号か与えられたときにオン状態になり、トランジスタＴｒ3 がオフ状態になってダイオードＤ3 を通して与えられていた信号が除去されたときにオフ状態になる駆動信号供給用スイッチを備えていて、該スイッチがオン状態になった時に第１の接地側スイッチ素子Ｆ21を構成するＦＥＴのゲートに駆動信号を与えるように構成されている。
【００３５】
また本実施形態においては、第１のＰＷＭ駆動回路１０１、第２のＰＷＭ駆動回路１０２、正方向駆動回路１０３及び逆方向駆動回路１０４にそれぞれ遮断指令入力端子１０１ａないし１０４ａと、それぞれの遮断指令入力端子に遮断指令が与えられたときにスイッチ回路の対応するスイッチ素子に駆動信号が与えられるのを阻止する駆動信号阻止手段とが設けられていて、遮断指令入力端子１０１ａないし１０４ａにそれぞれ遮断指令が与えられたときにスイッチ回路の対応するスイッチ素子Ｆ11，Ｆ12，Ｆ22及びＦ21を強制的にオフ状態にするように構成されている。
【００３６】
各駆動回路に設けられる駆動信号阻止手段は、例えば、遮断指令が与えられたときにオン状態になって、スイッチ素子に供給される駆動信号をスイッチ素子から側路する信号側路用スイッチにより構成される。この信号側路用スイッチはトランジスタのようなオンオフ制御が可能なスイッチ素子により構成することができる。上記駆動信号阻止手段はまた、遮断指令が与えられたときに各駆動回路に設けられる駆動信号供給用スイッチをオフ状態にする回路により構成することもできる。
【００３７】
図示の例では、第１のＰＷＭ駆動回路１０１及び第２のＰＷＭ駆動回路１０２にそれぞれ禁止信号入力端子１０１ｂ及び１０２ｂが設けられていて、第１及び第２のＰＷＭ駆動回路１０１及び１０２は、それぞれの禁止信号入力端子に禁止信号が入力されたときに、スイッチ素子Ｆ11及びＦ12への駆動信号の供給を停止するように構成されている。
【００３８】
また正方向駆動回路１０３及び逆方向駆動回路１０４はそれぞれが駆動信号を出力する際に同時に禁止信号を出力する禁止信号出力端子１０３ｂ及び１０４ｂを有していて、正方向駆動回路１０３及び逆方向駆動回路１０４がそれぞれスイッチ素子Ｆ22及びＦ21に駆動信号を与える際に、それぞれの禁止信号出力端子１０３ｂ及び１０４ｂから第２のＰＷＭ駆動回路１０２及び第１のＰＷＭ駆動回路１０１の禁止信号入力端子１０２ｂ及び１０１ｂに禁止信号を与えるようになっている。
【００３９】
コントローラ３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータ３Ａを備えていて、該マイクロコンピュータ３ＡのポートＰ1 にＰＮＰトランジスタＴｒ1 のベースが接続されている。トランジスタＴｒ1 のエミッタは駆動ユニットの正極側電源端子ａに接続されるとともに、図１には図示してない定電圧電源回路の正極側出力端子に接続され、コレクタはＰＷＭ信号入力端子ｐに接続されている。
【００４０】
またマイクロコンピュータ３ＡのポートＰ2 は、エミッタが図示しない直流定電圧電源回路の正極端子に接続されたＰＮＰトランジスタＴｒ2 のベースに接続され、該トランジスタＴｒ2 のコレクタは正方向駆動指令入力端子ｆに接続されている。
【００４１】
更にマイクロコンピュータ３ＡのポートＰ3 は、エミッタが図示しない定電圧電源回路の正極側出力端子に接続されたＰＮＰトランジスタＴｒ3 のベースに接続され、該トランジスタのコレクタは逆方向駆動指令入力端子ｒに接続されている。
【００４２】
この例では、マイクロコンピュータ３ＡとトランジスタＴｒ1 とによりＰＷＭ信号供給手段が構成される。またマイクロコンピュータ３ＡとトランジスタＴｒ2 とにより、負荷２を正方向に駆動する際（図示の例では直流電動機を正転させる際）に正方向駆動回路１０３に正方向駆動指令を与える正方向駆動指令供給手段が構成され、マイクロコンピュータ３ＡとトランジスタＴｒ3 により、負荷２を逆方向に駆動する際（直流電動機を逆転させる際）に逆方向駆動回路１０４に逆方向駆動指令を与える逆方向駆動指令供給手段が構成される。
【００４３】
またこの例では、直流電源の非接地側端子とスイッチ回路の非接地側スイッチ素子の一端との間に挿入された第１の電流検出用抵抗器Ｒi1により、直流電源の非接地側の出力端子と非接地側スイッチ素子Ｆ11，Ｆ12の一端との間を接続する回路を流れる電流Ｉ1 を検出する非接地側電流検出器１０８が構成され、スイッチ回路の接地側スイッチ素子の一端と接地端子との間に挿入された第２の電流検出用抵抗器Ｒi2により、接地側スイッチ素子Ｆ21，Ｆ22の一端と接地端子との間を接続する回路を流れる電流Ｉ2 を検出する接地側電流検出器１０９が構成されている。
【００４４】
遮断指令発生回路１Ｃは、例えば図２に示すように、直流電源５（図１参照）の出力電圧Ｂ（図示の例では１２Ｖ）を入力として一定の直流電圧Ｅ（図示の例では８Ｖ）を出力する定電圧電源回路１１０と、この定電圧電源回路から得られる電源電圧Ｅを分圧してスイッチ回路１Ａを流れる負荷電流の制限値を与える設定信号Ｖｓを発生する設定信号発生回路１１１と、非接地側電流検出器１０８から得られる第１の電流検出信号Ｖ1 と接地側電流検出器から得られる第２の電流検出信号Ｖ2 との和に相当する加算電流検出信号Ｖo を発生する加算回路１１２と、加算電流検出信号Ｖs と制限値を与える設定信号Ｖs とを比較して加算電流検出信号の大きさが設定信号の大きさを超えたときにＨレベルの過電流検出信号Ｖc を出力する比較判定回路１１３と、過電流検出信号が発生したときに遮断指令を出力する遮断指令出力回路１１４とにより構成される。
【００４５】
図示の定電圧電源回路１１０は、直流電源５の出力電圧がダイオードＤ4 を通して入力された３端子レギュレータＲＥＧと、レギュレータＲＥＧの入力端子間及び出力端子間にそれぞれ接続されたコンデンサＣ1 及びＣ2 とにより構成されている。コンデンサＣ1 ，Ｃ2 は、直流電源５の出力電圧（１２Ｖ）が一時的に落ち込んだときに出力電圧Ｅが落ち込むのを防いで、電源回路１１０の動作を安定化するために設けられたものである。
【００４６】
設定信号発生回路１１１は、定電圧Ｅが印加された抵抗Ｒ4 及びＲ5 からなる分圧回路と、抵抗Ｒ4 に並列接続されたコンデンサＣ3 とからなっていて、抵抗Ｒ5 の両端に設定信号（電圧信号）Ｖs を発生する。
【００４７】
加算回路１１２は、演算増幅器ＯＰ1 と、演算入力抵抗Ｒso1 ，Ｒso2 ，Ｒs11 ，Ｒs12 ，Ｒs21 及びＲs22 と、演算帰還抵抗Ｒ11及びＲ12と、コンデンサＣ4 とからなっている。
【００４８】
この加算回路においては、電流検出用抵抗器Ｒi1の両端と接地間の電圧Ｖ11及びＶ12がそれぞれ演算入力抵抗Ｒs11 及びＲs12 を通して演算増幅器ＯＰ1 の正相入力端子及び逆相入力端子に入力（Ｖ11が加算、Ｖ12が減算）され、電流検出用抵抗器Ｒi2の両端と接地間の電圧Ｖ21及びＶ22がそれぞれ演算入力抵抗Ｒs21 及びＲs22 を通して演算増幅器ＯＰ1 の正相入力端子及び逆相入力端子に入力（Ｖ21が加算，Ｖ22が減算）されている。
【００４９】
演算増幅器ＯＰ1 の正相入力端子及び逆相入力端子にそれぞれ入力される電圧を電源電圧（８［Ｖ］）よりも確実に低くするために、演算増幅器ＯＰ1 の正相端子と接地間及び逆相端子と接地間にそれぞれ抵抗値が等しい演算入力抵抗Ｒso1 及びＲso2 を接続して、演算増幅器の両入力端子の電位をプルダウンしている。このように演算入力抵抗Ｒso1 及びＲso2 を接続しても、０［Ｖ］が加算され、０［Ｖ］が減算されるだけであるので、演算結果には影響がない。
【００５０】
図示の加算回路においては、各演算入力抵抗と、演算帰還抵抗Ｒ11及びＲ12の比により入力される電圧信号の増幅率が決まる。ここで、すべての演算入力抵抗及び演算帰還抵抗の抵抗値が等しい（Ｒs11 ＝Ｒs12 ＝Ｒs21 ＝Ｒs22 ＝Ｒ11＝Ｒ12）とすると、演算帰還抵抗Ｒ11及びＲ12により帰還がかかっている点であるコンデンサＣ4 の端子電圧（加算電流検出信号）Ｖo は、次式により与えられる。
【００５１】
Ｖo ＝（Ｖ11−Ｖ12）＋（Ｖ21−Ｖ22）
＝Ｖ1 ＋Ｖ2
＝Ｉ1 ×Ｒi1＋Ｉ2 ×Ｒi2                                  …（１）
また演算入力抵抗Ｒs11 及びＲs12 の抵抗値をＲs1（Ｒs11 ＝Ｒs12 ＝Ｒs1）とし、演算入力抵抗Ｒs21 及びＲs22 の抵抗値をＲs2（Ｒs12 ＝Ｒs22 ＝Ｒs2）とするとともに、帰還抵抗Ｒso1 及びＲso2 の抵抗値を等しく（Ｒso1 ＝Ｒso2 ＝Ｒf ）した場合には、演算増幅器ＯＰ1 から得られる加算電流検出信号Ｖo が下記の式で与えられる。
【００５２】
Ｖo ＝（Ｒf ／Ｒs1）（Ｖ11−Ｖ12）＋（Ｒf ／Ｒs2）（Ｖ21−Ｖ22）
＝（Ｒf ／Ｒs1）（Ｉ11×Ｒi1）＋（Ｒf ／Ｒs2）（Ｉ12×Ｒi2）
…（２）
上記のようにして、電流検出用抵抗Ｒi1及びＲi2からそれぞれ得られる電流検出信号Ｖ1 及びＶ2 の和の信号を得ることができ、（２）式による場合には、電流検出信号Ｖ1 及びＶ2 に対する増幅率を適宜に設定することができる。
【００５３】
負荷が直流電動機である場合にスイッチ回路を流れる負荷電流をＩm とすると、加算電流検出信号Ｖo は、
Ｖo ＝（Ｒf ／Ｒs1）（Ｉm ×Ｒi1）＋（Ｒf ／Ｒs2）（Ｉm ×Ｒi2）
…（３）
となる。
【００５４】
図２に示した例では、図３に示すように、短絡事故が生じていない正常状態で流れる負荷電流Ｉm が最大値ＩmMaxに達したときの加算電流検出信号Ｖo の値をＶoMaxとし、図４に示すように、負荷接続端子ｍ1 ，ｍ2 間が短絡されて短絡電流Ｉs1が流れたときの加算電流検出信号Ｖo の値をＶos1 、図５のように負荷接続端子ｍ2 と接地間で短絡事故が生じて第２の電流検出用抵抗Ｒi2を通らない短絡電流Ｉs2が流れたときの加算電流検出信号Ｖo の値をＶos2 とし、更に図６に示すように負荷接続端子ｍ1 と直流電源の非接地側の端子との間で短絡事故が生じて第１の電流検出用抵抗Ｒi1を通らない短絡電流Ｉs3が流れたときの加算電流検出信号Ｖo の値をＶos3 としたときに、下記の関係が成立するように、設定信号Ｖs の大きさを設定する。
【００５５】
ＶoMax＜＜Ｖs                                                 …（４）
Ｖos1 ＝（Ｒf ／Ｒs1)(Ｉs1×Ｒi1）＋（Ｒf ／Ｒs2)(Ｉs1×Ｒi2）＞Ｖs
…（５）
Ｖos2 ＝（Ｒf ／Ｒs1）（１S2×Ｒi1）＞Ｖs                     …（６）
Ｖos3 ＝（Ｒf ／Ｒs2）（Ｉs3×Ｒi2）＞Ｖs                     …（７）
図２に示した比較判定回路１１３は、設定信号Ｖs 及び加算電流検出信号Ｖo がそれぞれ反転入力端子及び非反転入力端子に入力された電圧比較器ＣＰ1 と、該比較器ＣＰ1 の出力端子と非反転入力端子との間にアノードを出力端子側に向けて接続された帰還ダイオードＤ5 と、比較器ＣＰ1 の出力端子と電源回路１１０の正極側出力端子との間に接続された抵抗Ｒa とにより構成されている。
【００５６】
また遮断指令出力回路１１４は、比較器ＣＰ1 の出力端子に抵抗Ｒb1を通してベースが接続され、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴｒ4 と、トランジスタＴｒ4 のベースエミッタ間に接続された抵抗Ｒb2とにより構成されている。
【００５７】
図２に示した遮断指令発生回路においては、加算電流検出信号Ｖo のレベルが設定信号Ｖs のレベル以下のときに比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc がＬレベルの状態にあり、トランジスタＴｒ4 がオフ状態にある。加算電流検出信号Ｖo のレベルが設定信号Ｖs のレベルを超えると比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc がＨレベルの状態に変化する（過電流検出信号が出力する）。比較器ＣＰ1 がＨレベルの過電流検出信号を出力すると、遮断指令出力回路１１４を構成するトランジスタＴｒ4 がオン状態になり、そのコレクタの電位が低下する。このトランジスタＴｒ4 のコレクタの電位の低下が遮断指令として用いられる。
【００５８】
比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc が一度Ｈレベルになると、該ＨレベルがダイオードＤ5 を通して比較器ＣＰ1 の非反転入力端子にフィードバックされるため、比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc はスイッチＳＷが開かれて直流電源５がスイッチ回路１Ａから切り離されるまで高レベルの状態を保持する。
【００５９】
図２に示した遮断指令発生回路１Ｃにおいて、コンデンサＣ3 及びＣ4 は、電源投入時に、比較器ＣＰ1 の反転入力端子の電位をＬレベルとし、非反転入力端子をＨレベルとして、電源投入時に比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc がＨレベルになることがないようにするために設けられている。
【００６０】
遮断指令発生回路１Ｃが発生した遮断指令は、スイッチ素子駆動部１Ｂの第１のＰＷＭ駆動回路１０１、第２のＰＷＭ駆動回路１０２、正方向駆動回路１０３及び逆方向駆動回路１０４の遮断指令入力端子１０１ａないし１０４ａに与えられる。
【００６１】
第１のＰＷＭ駆動回路１０１、第２のＰＷＭ駆動回路１０２、正方向駆動回路１０３及び逆方向駆動回路１０４は、それぞれの遮断指令入力端子に遮断指令が与えられている間、スイッチ回路１Ａの対応するスイッチ素子への駆動信号の供給を停止させて、スイッチ回路のスイッチ素子をオフ状態に保持する。
【００６２】
次に図１に示した直流負荷駆動装置の動作を説明する。図１に示した直流負荷駆動装置において、負荷２を駆動する際には、マイクロコンピュータ３ＡのポートＰ1 からＨレベルを保持する期間とＬレベルを保持する期間とが交互に現れる断続波形のＰＷＭ信号が出力される。ポートＰ1 の電位がＬレベルになったときにトランジスタＴｒ1 が導通し、ポートＰ1 の電位がＨレベルになったときにトランジスタＴｒ1 がオフ状態になる。
【００６３】
マイクロコンピュータがポートＰ1 からＰＷＭ信号を発生すると、該ＰＷＭ信号に同期してトランジスタＴｒ1 がオンオフを繰り返すため、駆動ユニット１のＰＷＭ信号入力端子ｐにＰＷＭ信号が入力される。
【００６４】
ＰＷＭ信号入力端子ｐに入力されるＰＷＭ信号がＨレベルになると、ダイオードＤ1 を通して第１及び第２のＰＷＭ駆動回路１０１及び１０２にＨレベルの駆動指令信号が与えられるため、第１及び第２のＰＷＭ駆動回路１０１及び１０２内の駆動信号供給用スイッチがオン状態になって第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12に駆動信号を与える。これにより第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12がオン状態になる。またＰＷＭ信号がＬレベルになると第１及び第２のＰＷＭ駆動回路１０１及び１０２内の駆動信号供給用スイッチがオフ状態になるため、第１及び第２の非接地側スイッチ素子Ｆ11及びＦ12への駆動信号の供給が停止し、これらのスイッチ素子がオフ状態になる。したがって、第１及び第２の非接地側スイッチ素子は、ＰＷＭ信号に同期してオンオフ駆動される。
【００６５】
また負荷を正方向に駆動する際には、マイクロコンピュータ３ＡがそのポートＰ2 の電位をＬレベルに低下させる。これによりトランジスタＴｒ2 がオン状態になるため、正方向駆動指令入力端子ｆと信号入力回路１０６のダイオードＤ2 とを通して正方向駆動回路１０３にＨレベルの駆動指令信号が与えられる。このとき正方向駆動回路１０３は、スイッチ回路の第２の接地側スイッチ素子Ｆ22に駆動信号を与えるとともに、第２のＰＷＭ駆動回路１０２に禁止信号を与えて、該ＰＷＭ駆動回路１０２からの駆動信号の出力を禁止する。このときスイッチ回路１Ａでは、ＰＷＭ信号がＨレベルの期間第１の非接地側スイッチ素子Ｆ11がオン状態になり、第２の接地側スイッチ素子Ｆ22がオン状態を保持する。従って、ＰＷＭ信号がＨレベルになる毎に、図示しない直流電源から第１の非接地側スイッチ素子Ｆ11と負荷２と第２の接地側スイッチ素子Ｆ22とを通して電流が流れ、負荷２が正方向に駆動される（電動機が正回転させられる）。
【００６６】
また負荷２を逆方向に駆動する際には、マイクロコンピュータ３ＡがそのポートＰ3 の電位をＬレベルにする。ポートＰ3 の電位がＬレベルになると、トランジスタＴｒ3 がオン状態になり、逆方向駆動回路１０４にＨレベルの駆動指令信号が与えられる。このとき逆方向駆動回路１０４は、第１のＰＷＭ駆動回路１０１に禁止信号を与えて第１の非接地側スイッチ素子Ｆ11がオン状態になるのを禁止するとともに、第１の接地側スイッチ素子Ｆ21に駆動信号を与えて、該スイッチ素子Ｆ21をオン状態にする。従って、ＰＷＭ信号がＨレベルになる毎に、図示しない直流電源から第２の非接地側スイッチ素子Ｆ12と負荷２と第１の接地側スイッチ素子Ｆ21とを通して電流が流れ、負荷２が逆方向に駆動される（電動機が逆回転させられる）。
【００６７】
負荷２が電動機である場合、その駆動電流の平均値は、ＰＷＭ信号のデューティにより決まるため、ＰＷＭ信号のデューティを変えることにより、その回転速度や出力トルクを制御することができる。
【００６８】
図１に示した直流負荷駆動装置において、図３に示すように短絡事故が生じていない正常な状態にあるときには、加算電流検出信号Ｖo が設定信号Ｖs を超えることができず、比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc がＨレベルにならないため、遮断指令発生回路１Ｃは遮断指令を発生しない。このとき負荷２は正常に駆動される。
【００６９】
これに対し、図４に示すように、負荷接続端子間が短絡されたときには、短絡電流Ｉs1が第１及び第２の電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2の双方により検出されて、加算電流検出信号Ｖo のレベルＶos1 が設定信号Ｖs のレベルを超えるため、比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc がＨレベルなり（過電流検出信号が発生し）、トランジスタＴ4 がオン状態になって遮断指令が発生する。この遮断指令は駆動回路１０１ないし１０４に与えられるため、スイッチ回路１Ａのすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給が停止し、すべてのスイッチ素子がオフ状態になる。遮断指令は、スイッチＳＷが開かれるまで発生し続けるため、スイッチ回路の各スイッチ素子は直流電源５の出力電圧が印加されている間オフ状態に保たれる。これによりスイッチ回路１Ａを構成するスイッチ素子が過電流により破損するのが防止される。
【００７０】
図９は、上記の例でスイッチ回路１Ａのスイッチ素子として用いているＭＯＳＦＥＴの安全動作領域の一例を示したものである。図９の折れ線ａはドレイン電流が連続的に流れる場合の安全動作領域の限界を示すもので、ドレイン電流が折れ線ａで与えられる限界値ＩDMAXを超えるとＦＥＴが破損する。短絡事故の場合には、ＦＥＴのドレインソース間に電圧が印加された状態で過電流が流れるため、瞬時に内部の温度が上昇して素子が焼損する。図１に示した装置によれば、各ＭＯＳＦＥＴを流れるドレイン電流が限界値ＩDMAXに達する前に遮断指令が発生するように設定信号Ｖs のレベルを設定しておくことにより、各ＭＯＳＦＥＴが過電流により焼損するのを防ぐことができる。
【００７１】
なお図９の折れ線ｂないしｄはそれぞれパルス幅が１０msec，１msec及び１００μsec の単発のパルス電流がＭＯＳＦＥＴのドレインソース間を流れたときの安全動作領域の限界を示している。
【００７２】
また図１に示した直流負荷駆動装置において、図５に示すように、負荷が逆方向に駆動されている状態（スイッチ素子Ｆ21が駆動され、スイッチ素子Ｆ12の駆動が禁止されていない状態）で、負荷接続端子ｍ2 と接地間で短絡事故が生じたとすると、駆動が禁止されていないスイッチ素子Ｆ12と短絡回路とを通して短絡電流Ｉs2が流れるが、この短絡電流Ｉs2は第１の電流検出用Ｒi1により検出されるため、加算電流検出信号Ｖo の値Ｖos2 が設定信号Ｖs の値を超えて比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc がＨレベルなる。これにより、トランジスタＴ4 がオン状態になって遮断指令を発生するため、スイッチ回路１Ａのすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給が停止し、すべてのスイッチ素子がオフ状態に保たれて、スイッチ回路の各スイッチ素子が過電流により破損するのが防止される。
【００７３】
負荷が正方向に駆動されている状態（スイッチ素子Ｆ22が駆動され、スイッチ素子Ｆ11の駆動が禁止されていない状態）で、負荷接続端子ｍ1 と接地間で短絡事故が発生した場合に流れる短絡電流に対しても同様に保護動作が行われる。
【００７４】
また図６に示すように、負荷が逆方向に駆動されている状態（スイッチ素子Ｆ21が駆動され、スイッチ素子Ｆ12の駆動が禁止されていない状態）で、負荷接続端子ｍ12と直流電源の非接地側の端子との間で短絡事故が生じた場合には、直流電源から短絡回路とスイッチ素子Ｆ21とを通して短絡電流Ｉs3が流れるが、この短絡電流Ｉs3は第２の電流検出用抵抗器Ｒi2により検出されるため、加算電流検出信号Ｖo の値Ｖos3 が設定信号Ｖs の値を超え、比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc がＨレベルになる。これにより、トランジスタＴ4 がオン状態になって遮断指令を発生し、スイッチ回路１Ａのすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を停止させるため、すべてのスイッチ素子がオフ状態に保たれて、過電流により破損するのが防止される。
【００７５】
負荷が正方向に駆動される状態（スイッチ素子Ｆ22が駆動され、スイッチ素子Ｆ11の駆動が禁止されていない状態）で負荷接続端子ｍ2 と直流電源の非接地側の端子との間で短絡事故が発生したときに流れる短絡電流に対しても同様に保護動作が行われる。
【００７６】
上記の例では、遮断指令発生回路１Ｃと、駆動回路１０１ないし１０４にそれぞれ設けられている駆動信号阻止手段とにより過電流保護装置が構成されている。
【００７７】
従来の直流負荷駆動装置においては、第１の電流検出用抵抗器Ｒi1が設けられておらず、スイッチ回路と接地回路との間に設けた電流検出用抵抗器Ｒi2により過電流が検出されたときにのみ遮断指令を発生させてスイッチ回路の各スイッチ素子への駆動信号の供給を停止させるようにしていた。そのため、従来の直流負荷駆動装置においては、図５に示したような短絡事故が生じたときに短絡電流Ｉs2を検出することができず、短絡電流Ｉs2に対する保護動作を行わせることができなかった。実際の製品では、負荷接続端子と接地回路（シャーシ）との間で短絡事故が生じることが多いため、図５に示すような短絡事故が生じたときに保護動作を行うことができないと、短絡事故に対する保護の万全を期することができない。
【００７８】
これに対し、本発明においては、スイッチ回路の非接地側と接地側との双方に電流検出用抵抗器Ｒi1及びＲi2を設けて、出力側でいかなる形態の短絡事故が生じた場合でも短絡電流を検出することができるようにしたため、すべての出力短絡モードに対して保護動作を行うことができる。
【００７９】
また従来の直流負荷駆動装置では、電流検出用抵抗Ｒi2により検出される電流が制限値を超えたときにスイッチ回路のスイッチ素子をオフ状態にするが、電流検出用抵抗器Ｒi2により検出される電流が制限値以下になると、スイッチ素子への駆動信号の供給が再開されるようになっていた。そのため、短絡事故が生じたときには、スイッチ回路のスイッチ素子のオンオフが繰り返され、この状態が長い時間継続するとスイッチ素子が破損することがあった。
【００８０】
これに対し、図１に示した装置では、一度短絡事故が生じると、直流電源５がスイッチ回路から切り離されるまで比較器ＣＰ1 の出力電圧Ｖc がＨレベルに保持されるため、キースイッチＳＷが開かれるまでスイッチ回路の各スイッチ素子はオフ状態に保持される。したがって、保護動作が中断されて短絡電流が繰り返し流れるようなことがなく、スイッチ回路の保護を適確に図ることができる。
【００８１】
従来の直流負荷駆動装置においては、図５に示すような短絡事故に対して保護動作を行うことができなかったため、キースイッチＳＷと正極側電源端子ａとの間にヒューズを挿入していたが、本発明によれば、このようなヒューズは必要としないため、コストの低減を図ることができる。またヒューズは経年劣化により切れることがあるため、ヒューズを用いる場合には、その定期的なメンテナンスを行うことが必要になるが、本発明によれば、このようなメンテナンスは不要になる。
【００８２】
上記の例では、過電流が検出されたときに直流電源５からスイッチ回路１Ａに電圧が印加されている間遮断指令を発生し続けるように遮断指令回路１Ｃが構成されているが、過電流が検出されている間だけ遮断指令を発生するように遮断指令発生回路１Ｃを構成して、遮断指令が一度発生したときには該遮断指令が消滅した後も、直流電源５からスイッチ回路１Ａに電圧が印加されている間（スイッチＳＷが開かれるまでの間）はスイッチ回路のすべてのスイッチ素子への駆動信号の供給を阻止して、すべてのスイッチ素子をオフ状態に保つように駆動回路１０１ないし１０４に設ける駆動信号阻止手段に自己保持機能を持たせるようにしてもよい。
【００８３】
上記の例では、非接地側電流検出器１０８（第１の電流検出用抵抗器Ｒi1）及び接地側電流検出器１０９（第２の電流検出用抵抗器Ｒi2）からそれぞれ得られる電流検出信号Ｖ1 及びＶ2 を加算回路１１２により加算して得た加算電流検出信号Ｖo を設定信号Ｖs と比較して、過電流を検出するようにしたが、非接地側電流検出器１０８により検出された電流が制限値を超えたときに第１の過電流検出信号を出力する第１の過電流検出回路と、接地側電流検出器１０９により検出された電流が制限値を超えたときに第２の過電流検出信号を出力する第２の過電流検出回路と、第１の過電流検出信号及び第２の過電流検出信号の少なくとも一方が発生したときに遮断指令を発生する遮断指令出力回路とにより遮断指令発生回路を構成してもよい。
【００８４】
上記のように遮断指令発生回路１Ｃを構成した例を図７に示した。図７に示した例では、定電圧電源回路１１０の出力電圧を分圧して設定信号Ｖs1及びＶs2を発生する第１及び第２の設定信号発生回路１１１Ａ及び１１１Ｂが設けられ、これらの回路から得られる設定信号Ｖs1及びＶs2が第１及び第２の比較器ＣＰ1 及びＣＰ1 ´の反転入力端子に入力されている。また演算増幅器ＯＰ1 と、抵抗Ｒs11 ，Ｒs12 ，Ｒso1 ，Ｒso2 ，Ｒ11，Ｒ12，及びＲo と、コンデンサＣ4 とにより、図２に示した加算回路１１２と同様に構成された第１の加算回路１１２Ａと、演算増幅器ＯＰ1 ´と、抵抗Ｒs11 ´，Ｒs12 ´，Ｒso1 ´，Ｒso2 ´，Ｒ11´，Ｒ12´，及びＲo ´と、コンデンサＣ4 ´とにより構成された第２の加算回路１１２Ｂとが設けられている。第１の加算回路１１２Ａの演算増幅器ＯＰ1 の正相入力端子及び逆相入力端子にそれぞれ第１の電流検出用抵抗器Ｒi1の両端の対地電圧Ｖ11及びＶ12が入力され、第２の加算回路１１２Ｂの演算増幅器ＯＰ1 ´の正相入力端子及び逆相入力端子にはそれぞれ第２の電流検出用抵抗Ｒi2の両端の対地電圧Ｖ21及びＶ22が入力されている。
【００８５】
第１の加算回路１１２Ａは、電流検出用抵抗Ｒi1の両端の対地電圧の差Ｖ11−Ｖ12を演算して電流検出用抵抗Ｒi1の両端の電圧（第１の電流検出信号）Ｖ1 を演算する。また第２の加算回路１１２Ｂは、電流検出用抵抗Ｒi2の両端の対地電圧の差Ｖ21−Ｖ22を演算して電流検出用抵抗Ｒi2の両端の電圧（第２の電流検出信号）Ｖ2 を演算する。
【００８６】
第１の加算回路１１２Ａ及び第２の加算回路１１２Ｂからそれぞれ得られる第１及び第２の電流検出信号Ｖ1 及びＶ2 はそれぞれ比較器ＣＰ1 及びＣＰ1 ´の非反転入力端子に入力されている。
【００８７】
比較器ＣＰ1 の出力端子と非反転入力端子との間、及び比較器ＣＰ1 ´の出力端子と非反転入力端子との間にはそれぞれ帰還用ダイオードＤ5 及びＤ5 ´が接続され、比較器ＣＰ1 及びＣＰ1 ´の出力端子と定電圧電源回路１１０の正極側出力端子との間に抵抗Ｒa 及びＲa ´が接続されている。
【００８８】
比較器ＣＰ1 及びＣＰ1 ´の出力端子はそれぞれオア回路１１５を構成するダイオードＤ6 及びＤ6 ´を通して信号出力回路１１４を構成するトランジスタＴｒ4 のベースに接続されている。
【００８９】
この例では、比較器ＣＰ1 とダイオードＤ5 と抵抗Ｒa とにより第１の比較判定回路１１３Ａが構成され、第１の加算回路１１２Ａと第１の設定信号発生回路１１Ａと第１の比較判定回路１１３Ａとにより、非接地側電流検出器１０８により検出された電流が制限値を超えたときに第１の過電流検出信号Ｖc1を出力する第１の過電流検出回路が構成されている。
【００９０】
また比較器ＣＰ1 ´とダイオードＤ5 ´と抵抗Ｒa ´とにより第２の比較判定回路１１３Ｂが構成され、第２の加算回路１１２Ｂと第２の設定信号発生回路１１Ｂと第２の比較判定回路１１３Ｂとにより、接地側電流検出器１０９により検出された電流が制限値を超えたときに第２の過電流検出信号Ｖc2を出力する第２の過電流検出回路が構成されている。
【００９１】
上記の例では、スイッチ回路としてＨブリッジ形の回路を用いているが、図１において、スイッチ回路１Ａから非接地側スイッチ素子の一方Ｆ12と接地側スイッチ素子の一方Ｆ21とを省略して、図８に示したように、一方の出力端子が接地された直流電源の非接地側の出力端子に一端が接続される非接地側スイッチ素子Ｆ11と、一端が接地された接地側スイッチ素子Ｆ22とを有して非接地側スイッチ素子Ｆ11の他端及び接地側スイッチ素子Ｆ22の他端からそれぞれ負荷接続端子ｍ1 及びｍ2 を導出したスイッチ回路１Ａ´を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【００９２】
この場合も、直流電源の非接地側の出力端子と非接地側スイッチ素子Ｆ11の一端との間を接続する回路を流れる電流を検出する非接地側電流検出器１０８と、接地側スイッチ素子Ｆ22の一端と接地回路との間を接続する回路を流れる電流を検出する接地側電流検出器１０９と、非接地側電流検出器１０８により検出される電流、及び接地側電流検出器１０９により検出される電流の少なくとも一方が制限値を超えたときに遮断指令を発生する遮断指令発生回路１Ｃと、遮断指令発生回路が遮断指令を発生したときにスイッチ素子Ｆ11及びＦ22への駆動信号の供給を阻止する手段とを設けることにより、過電流保護装置を構成することができる。
【００９３】
図８に示した例では、負荷２を駆動する際に例えばＰＷＭ駆動回路１２０からスイッチ素子Ｆ11にＰＷＭ駆動信号を与えて該スイッチ素子Ｆ11をＰＷＭ駆動し、駆動回路１２１からスイッチ素子Ｆ22に駆動信号を与えて該スイッチ素子Ｆ22をオン状態にすることにより、負荷２にＰＷＭ制御された駆動電流を流すようにしている。
【００９４】
図８に示したようなスイッチ回路１Ａ´が用いられる場合に本発明を適用すると、図８に破線で示したように、接地側のスイッチ素子Ｆ22と接地回路との間に設けた電流検出器１０９では短絡電流を検出できない短絡事故が生じた場合にも、過電流保護動作を行わせることができる。
【００９５】
上記の例では、過電流が検出されたときにスイッチ回路のスイッチ素子をオフ状態にすることにより保護動作を行わせるようにしたが、例えば、図１においてキースイッチＳＷと正極側電源端子ａとの間にブレーカのような、遮断指令が与えられたときに開く保護用スイッチを挿入して、この保護用スイッチに遮断指令を与えることにより、過電流を遮断する構成をとることもできる。
【００９６】
なお図１に示した例では、スイッチ回路の非接地側スイッチ素子Ｆ11，Ｆ12をＰＷＭ信号によりオンオフさせるようにしているが、スイッチ回路の接地側スイッチ素子Ｆ21，Ｆ22をＰＷＭ信号によりオンオフさせ、正方向駆動指令及び逆方向駆動指令によりそれぞれ非接地側スイッチ素子Ｆ22及びＦ21をオン状態にするようにしてもよい。
【００９７】
上記の例では、スイッチ回路１Ａ，１Ａ´を構成するスイッチ素子としてＦＥＴを用いたが、トランジスタやＩＧＢＴ等の他のスイッチ素子を用いてスイッチ回路を構成してもよいのはもちろんである。
【００９８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、非接地側電流検出器と接地側電流検出器とを設けて、これらの電流検出器が検出した電流の少くとも一方が制限値を超えたときに直流電源からスイッチ回路を通して流れる電流を遮断するようにしたので、負荷の両端が短絡される事故が生じた時に保護動作を行わせることができるだけでなく、負荷の一端と接地回路との間で短絡事故が生じた場合等にも保護動作を行わせることができ、あらゆる態様の短絡事故に対して過電流保護動作を行わせて、スイッチ回路の保護の万全を期することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる直流負荷駆動装置の構成例を示した回路図である。
【図２】図１に示した駆動装置で用いる遮断指令発生回路の具体的構成例をスイッチ回路部分の構成とともに示した回路図である。
【図３】図１に示した直流負荷駆動装置が正常状態にあるときの要部の構成を負荷電流とともに示した回路図である。
【図４】図１に示した直流負荷駆動装置において負荷の両端が短絡されているときの要部の構成を短絡電流とともに示した回路図である。
【図５】図１に示した直流負荷駆動装置において接地側の負荷接続端子と接地回路との間で短絡事故が生じたときの要部の構成を短絡電流とともに示した回路図である。
【図６】図１に示した直流負荷駆動装置において非接地側の負荷接続端子と電源の非接地側端子との間で短絡事故が生じたときの要部の構成を短絡電流とともに示した回路図である。
【図７】図１に示した駆動装置で用いる遮断指令発生回路の他の具体的構成例をスイッチ回路部分の構成とともに示した回路図である。
【図８】本発明の他の実施形態の要部の構成を示した構成図である。
【図９】ＭＯＳＦＥＴの安全動作領域を示すドレイン電流対ドレインソース間電圧特性を示した線図である。
【符号の説明】
１…駆動ユニット、１Ａ…スイッチ回路、１０１…第１のＰＷＭ駆動回路、１０２…第２のＰＷＭ駆動回路、１０３…正方向駆動回路、１０４…逆方向駆動回路、１Ｂ…スイッチ素子駆動部、１Ｃ…遮断指令発生回路、１１１…設定信号発生回路、１１２…加算回路、１１３…比較判定回路、１１４…遮断指令出力回路、２…直流電動機（負荷）、３…コントローラ、３Ａ…マイクロコンピュータ、Ｆ11，Ｆ12…非接地側スイッチ素子、Ｆ21，Ｆ22…接地側スイッチ素子、ｍ1 ，ｍ2 …負荷接続端子。
【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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