(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載バッテリが接続される電源側端子、負荷が接続される負荷側端子及び駆動電圧が印加される制御端子を有する３端子スイッチング素子のオンオフ制御を行うスイッチング制御装置であって、
前記制御端子への印加により前記電源側端子−前記負荷側端子間を導通させて前記３端子スイッチング素子をオンする駆動電圧を、前記車載バッテリからの電源電圧を昇圧して発生する駆動電圧発生手段と、
前記３端子スイッチング素子がオンしたときの前記制御端子−前記負荷側端子間電圧を決定する電圧を検出する電圧検出手段と、
負荷オン信号に応じて前記制御端子に対して前記駆動電圧を印加させ、前記電圧検出手段により検出された前記電圧が所定値以下のとき、前記負荷オン信号が存在しても前記制御端子に対する前記駆動電圧の印加を停止させる駆動電圧印加制御手段と
を備えることを特徴とするスイッチング制御装置。
【請求項２】
前記電圧検出手段は、前記駆動電圧発生手段により発生した前記駆動電圧と前記車載バッテリからの電源電圧との差を、前記３端子スイッチング素子がオンしたときの前記制御端子−前記負荷側端子間電圧を決定する電圧として検出し、
前記駆動電圧印加制御手段は、前記電圧検出手段により検出された前記駆動電圧と前記車載バッテリからの電源電圧との差が前記所定値以下のとき、前記負荷オン信号が存在しても前記制御端子に対する前記駆動電圧の印加を停止する
ことを特徴とする請求項１記載のスイッチング制御装置。
【請求項３】
車載バッテリが接続される電源側端子、負荷が接続される負荷側端子及び駆動電圧が印加される制御端子を有する３端子スイッチング素子と、
請求項１又は２記載のスイッチング制御装置と
を備えることを特徴とするスイッチング装置。
【請求項４】
車両に搭載された負荷と、
該負荷に電源を供給するための車載バッテリと、
車載バッテリが接続される電源側端子、負荷が接続される負荷側端子及び駆動電圧が印加される制御端子を有する３端子スイッチング素子と、
請求項１又は２記載のスイッチング制御装置と
を備えることを特徴とする車両用電源供給装置。
【請求項５】
前記電圧検出手段により検出された電圧が前記所定値以下のとき、前記制御端子に対する前記駆動電圧の印加を停止した旨を伝える警報を発生する警報発生手段
を更に備えることを特徴とする請求項４記載の車両用電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング制御装置、スイッチング装置及び車両用電源供給装置に係わり、特に、車載バッテリから負荷への電源供給をオンオフする３端子スイッチング素子を制御するスイッチング制御装置、前記スイッチング制御装置と３端子スイッチング素子とを備えたスイッチング装置及び、車両に搭載された負荷と、該負荷に電源を供給する車載バッテリと、前記スイッチング装置を備えた車両用電源供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両においては、ライトスイッチ、オーディオスイッチ等の操作スイッチの操作に応じて車載バッテリからの電源を選択的に各負荷に供給するために、車載バッテリと各負荷との間にそれぞれ機械式リレーを設けられている。そして、操作スイッチのオン操作により、該操作スイッチに応じた機械式リレーがオンして選択的に車載バッテリからの電源が負荷に供給される。近年では、半導体製造技術の進歩に伴って、性能が良くかつ安価な半導体スイッチ素子が容易に手に入るようになったため、上述した機械式リレーに代えて半導体スイッチ素子を用いたものが提案されている。
【０００３】
ところで、車両において、車載バッテリからの電源は半導体スイッチ素子及び絶縁被膜により被われた電源線を介して車両の各部に配されている負荷に供給されている。上述した電源線は、常時振動しているエンジンルーム内等において車体に沿って配索されるが、このとき、車体の各部に接近して位置されていると、振動により角部と断続的な接触を繰り返すようになり、これが長期間続くと電源線の被覆が車体の角部により徐々に削られて内部導線が微少ではあるが露出するようになる。
【０００４】
この電源線の露出部が車体と接触することに伴って、電源線にデッドショートやレアショートが起こり、過電流が流れると半導体スイッチ素子や電源線が過熱して熱破壊する事態に至るようになる。そこで、このような事態に至ることを未然に防止するために、従来、半導体スイッチング素子と、該半導体スイッチ素子を過電流や過熱から保護するためのスイッチング制御装置とを有したインテリジェントパワースイッチと呼ばれるスイッチング装置が提案されている。このようなスイッチング装置の一例として具体的には図２に示されるようなものが知られている。
【０００５】
図２は、スイッチング制御装置及びスイッチング装置を組み込んだ車両用電源供給装置を示す回路図である。同図において、車載バッテリ１からの電源電圧ＶＢは、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦ（３端子スイッチング素子）のドレインＤ（電源側端子）−ソースＳ（負荷側端子）間を介して負荷３に対して供給される。上述したパワーＭＯＳＦＥＴＱＦは、そのゲートＴＧ（制御端子）が駆動回路ＤＲに接続されており、該駆動回路ＤＲから駆動電圧ＶＰが供給されるとドレインＤ―ソースＳ間を導通して電源電圧ＶＢを負荷３に対して供給する。
【０００６】
また、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦのドレインＤ、ソースＳは差動増幅器６２の＋、−入力端にそれぞれ接続されており、差動増幅器６２はパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのドレインＤ−ソースＳ間の電圧ＶDSをコンパレータＣＰ３の−入力端に対して出力する。従って、＋入力端に電源電圧ＶＢを抵抗Ｒ６及びＲ７で分圧した基準電圧Ｖref4が供給されているコンパレータＣＰ３は、差動増幅器６２の出力電圧ＶDSが基準電圧Ｖref4を越えるとＬレベルの過熱検出信号Ｓ６をＡＮＤゲート６３の一端に対して出力する。
【０００７】
このＡＮＤゲート６３の他端には、一端が抵抗Ｒ１を介してアースと接続され、他端が電源電圧ＶＢに接続されている外付けの操作スイッチＳＷの一端が接続され、操作スイッチＳＷがオン操作されるとＨレベルのオン操作信号Ｓ２が供給される。そして、ＡＮＤゲート６３はオン操作信号Ｓ２の出力に応じて駆動回路ＤＲに対してオン制御信号Ｓ５を出力し、また、オン操作信号Ｓ２の出力中にＬレベルの過熱検出信号Ｓ６が出力されるとオン制御信号Ｓ５の出力を停止する。
【０００８】
上述した駆動回路ＤＲは、ＡＮＤゲート６３からのオン制御信号Ｓ５の出力に応じて昇圧回路６１により電源電圧ＶＢを昇圧した駆動電圧ＶＰ（＝ＶＢ＋１０[Ｖ]）をゲートＴＧに対して出力し、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦをオンする。一方、駆動回路ＤＲは、ＡＮＤゲート６３からのオン制御信号Ｓ５の出力停止に応じてゲートＴＧに対する駆動電圧ＶＰの印加を停止し、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦをオフする。
【０００９】
一方、Ｌレベルの過熱検出信号Ｓ６は、インバータINV2を介してスイッチング（ＳＷ）トランジスタＴｒ５のベースに対しても供給される。このＳＷトランジスタＴｒ５は、コレクタがＬＥＤ７を介して電源電圧ＶＢに、エミッタがアースに接続され、Ｌレベルの過熱検出信号Ｓ６が出力されるとベースに接続されたインバータINV2の出力がＨレベルになるため、オンしてＬＥＤ７を点灯させる。なお、上述した昇圧回路６１、差動増幅器６２、ＡＮＤゲート６３、駆動回路ＤＲ、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦ、コンパレータＣＰ３及び抵抗Ｒ６、Ｒ７は、スイッチング装置６を構成する。
【００１０】
ところで、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦに流れる電流をＩＬ、ドレインＤ−ソースＳ間の抵抗温度係数をα（＞０）、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦの基準温度からの温度上昇をΔｔ、基準温度におけるドレインＤ―ソースＳ間の抵抗値をＲとすると、このパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのドレインＤ−ソースＳ間電圧ＶDSは下記の式（１）で表される。
ＶDS＝ＩＬ・（１＋α・Δｔ）・Ｒ    ……（１）
この式（１）から明らかなように電圧ＶDSは、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦの温度の増加に伴って増加する。
【００１１】
上述した電圧ＶDSと電流ＩＬとパワーＭＯＳＦＥＴＱＦの温度との関係を踏まえて、上記構成のスイッチング制御装置及びスイッチング装置を組み込んだ車両用電源供給装置の動作について以下説明する。
【００１２】
まず、操作スイッチＳＷのオン操作によりオン操作信号Ｓ２がＡＮＤゲート６３に対して出力される。このとき、パワーＭＯＳＦＥＴの温度が低ければ差動増幅器６２から出力される電圧ＶDSは基準電圧Ｖref4を越えることはなく、コンパレータＣＰ３はＨレベルの出力をＡＮＤゲート６３に対して出力する。従って、ＡＮＤゲート６３はＨレベルのオン制御信号Ｓ５を駆動回路ＤＲに対して出力し、駆動回路ＤＲはこのオン制御信号Ｓ５の出力により昇圧回路６１からの駆動電圧ＶＰをパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのゲートＴＧに対して出力する。この駆動電圧ＶＰの出力によりパワーＭＯＳＦＥＴＱＦは、オンして負荷３に対して電源電圧ＶＢを供給する。
【００１３】
一方、オン操作信号Ｓ２の出力中、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦの温度が上昇すると差動増幅器６２の出力である電圧ＶDSは上述した式（１）に従って増加し、基準電圧Ｖref4を越えるとコンパレータＣＰ３はＬレベルの過熱検出信号Ｓ６を出力する。このＬレベルの過熱検出信号Ｓ６の出力により、ＡＮＤゲート６３は駆動回路ＤＲに対するＨレベルのオン制御信号Ｓ５の出力を停止し、駆動回路ＤＲはオン制御信号Ｓ５の出力停止に応じてゲートＴＧに対する駆動電圧ＶＰの出力を停止して、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦをオフする。従って、パワーＭＯＳＦＥＱＦの温度が上昇して破壊に至る前に、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦに供給される車載バッテリ１からの電源電圧ＶＢが遮断されるので、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦの熱破壊を防止することができる。
【００１４】
また、Ｌレベルの過熱検出信号Ｓ６が出力されると、インバータINV2の出力がＨレベルになり、ＳＷトランジスタＴｒ５がオンしてＬＥＤ７を点灯させる。このＬＥＤ７の点灯により、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦの過熱により負荷３へ供給される電流ＩＬが遮断される旨を伝えることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に上述したパワーＭＯＳＦＥＴＱＦは、図３に示すようなドレインＤ−ソースＳ間電圧ＶDS対ゲートＴＧ−ソースＳ間電圧ＶGS特性を有する。なお、図３はゲートＴＧ−ソースＳ間に４[Ｖ]の電圧が印加されたとき、ドレインＤ−ソースＳ間が完全に導通してオン駆動するＴＥＭＰＦＥＴの特性である。同図に示すように、ＴＥＭＰＦＥＴのドレインＤ−ソースＳに流れる電流ＩＤが一定のとき、電圧ＶDSは電圧ＶGSの減少に応じて増加し、特に電圧ＶGSが４[Ｖ]以下に減少すると急激に増加する。すなわち、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦのＶDSは、電流ＩＤが一定のとき電圧ＶGSが所定電圧以下に減少すると急激に増加する。これは、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦのドレインＤ−ソースＳ間抵抗が電圧ＶGSの減少に伴って増加ためである。従って、昇圧回路６１からの駆動電圧ＶＰが何らかの原因で低下し、通常より低い駆動電圧ＶＰがパワーＭＯＳＦＥＴＱＦに対して出力されると電圧ＶGSが低下することに伴って、電圧ＶDSが増加してパワーＭＯＳＦＥＴＱＦでの熱損失が増大する。
【００１６】
しかしながら、上述した従来のスイッチング制御装置及びスイッチング装置を組み込んだ車両用電源供給装置は、電圧ＶDSを監視しているため実際にパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのドレインＤ−ソースＳ間に電流が流れてないと電圧ＶDSを検出することができない。つまり、実際にパワーＭＯＳＦＥＴＱＦの熱損失が正常時に比べて増加した結果、電圧ＶDSが基準電圧Ｖref4を越えた後、初めて遮断される。
【００１８】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、制御端子−負荷側端子間電圧の低下による３端子スイッチング素子の発熱を未然に防止することができるスイッチング制御装置、制御端子−負荷側端子間電圧の低下により３端子スイッチング素子が発熱することがないスイッチング装置及び、制御端子−負荷側端子間電圧の低下により３端子スイッチング素子が発熱することがない車両用電源供給装置を提供することを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、車載バッテリが接続される電源側端子、負荷が接続される負荷側端子及び駆動電圧が印加される制御端子を有する３端子スイッチング素子のオンオフ制御を行うスイッチング制御装置であって、前記制御端子への印加により前記電源側端子−前記負荷側端子間を導通させて前記３端子スイッチング素子をオンする駆動電圧を、前記車載バッテリからの電源電圧を昇圧して発生する駆動電圧発生手段と、前記３端子スイッチング素子がオンしたときの前記制御端子−前記負荷側端子間電圧を決定する電圧を検出する電圧検出手段と、負荷オン信号に応じて前記制御端子に対して前記駆動電圧を印加させ、前記電圧検出手段により検出された前記電圧が所定値以下のとき、前記負荷オン信号が存在しても前記制御端子に対する前記駆動電圧の印加を停止させる駆動電圧印加制御手段とを備えることを特徴とするスイッチング制御装置に存する。
【００２０】
請求項１記載の発明によれば、駆動電圧発生手段が制御端子への印加により電源側端子−負荷側端子を導通させて３端子スイッチング素子をオンする駆動電圧を、車載バッテリからの電源電圧を昇圧して発生し、電圧検出手段が、３端子スイッチング素子がオンしたときの制御端子−負荷側端子間電圧を決定する電圧を検出し、駆動電圧印加制御手段が負荷オン信号に応じて制御端子に対して駆動電圧を印加させ、電圧検出手段により検出された電圧が所定値以下のとき、負荷オン信号が存在しても制御端子に対する駆動電圧の印加を停止させる。
【００２１】
ところで、駆動電圧発生手段により発生する駆動電圧の低下に伴って、制御端子及び負荷側端子間電圧が低下すると、電源側端子−負荷側端子間電圧が増加するため、３端子スイッチング素子での熱損失が増大する。この熱損失の増大により発熱する結果、３端子スイッチング素子が熱破壊に至る恐れがあるが、３端子スイッチング素子がオンしたときの制御端子−負荷側端子間電圧を決定する電圧が所定値以下のとき、負荷オン信号が存在しても制御端子に対する駆動電圧の印加を停止させることにより、制御端子−負荷側端子間に所定値により定まる値以下の電圧が印加されることがない。
【００２２】
請求項２記載の発明は、前記電圧検出手段は、前記駆動電圧発生手段により発生した前記駆動電圧と前記車載バッテリからの電源電圧との差を、前記３端子スイッチング素子がオンしたときの前記制御端子−前記負荷側端子間電圧を決定する電圧として検出し、前記駆動電圧印加制御手段は、前記電圧検出手段により検出された前記駆動電圧と前記車載バッテリからの電源電圧との差が前記所定値以下のとき、前記負荷オン信号が存在しても前記制御端子に対する前記駆動電圧の印加を停止することを特徴とする請求項１記載のスイッチング制御装置に存する。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、電圧検出手段が駆動電圧発生手段により発生した駆動電圧と車載バッテリからの電源電圧との差を、３端子スイッチング素子がオンしたときの制御端子−負荷側端子間電圧を決定する電圧として検出し、駆動電圧印加制御手段が駆動電圧と電源電圧との差が所定値以下のとき、負荷オン信号が存在しても制御端子に対する駆動電圧の印加を停止する。
【００２４】
３端子スイッチング素子がオンのとき、電源側端子−負荷側端子間電圧は極めて小さく、負荷側端子の電圧は電源電圧に等しくなる。このため３端子スイッチング素子がオンしたとき制御端子−負荷側端子に印加される電圧は、駆動電圧と電源電圧との差と等しくなる。従って、駆動電圧と電源電圧との差を、３端子スイッチング素子がオンしたときの制御端子−負荷側端子間電圧を決定する電圧とすることにより、電源電圧の減少により駆動電圧が低下しても、３端子スイッチング素子がオンしたとき、制御端子−負荷側端子間に所定値以下の電圧が印加されることがない。しかも、駆動電圧と電源電圧との差を制御端子−負荷側端子間電圧として検出することにより、単一の駆動電圧発生手段が発生した駆動電圧により、複数の３端子スイッチング素子のオンオフを行っている場合であっても、それぞれの３端子スイッチング素子ごとに電圧検出手段及び駆動電圧印加制御手段を設ける必要がない。
【００２５】
請求項３記載の発明は、車載バッテリが接続される電源側端子、負荷が接続される負荷側端子及び駆動電圧が印加される制御端子を有する３端子スイッチング素子と、請求項１又は２記載のスイッチング制御装置とを備えることを特徴とするスイッチング装置に存する。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、駆動電圧印加制御手段が負荷オン信号に応じて制御端子に対して駆動電圧を印加させ、電圧検出手段により検出された電圧が所定値以下のとき、負荷オン信号が存在しても制御端子に対する駆動電圧の印加を停止させるので、制御端子−負荷側端子間に所定値により定まる値以下の電圧が印加されることがない。
【００２７】
請求項４記載の発明は、車両に搭載された負荷と、該負荷に電源を供給するための車載バッテリと、車載バッテリが接続される電源側端子、負荷が接続される負荷側端子及び駆動電圧が印加される制御端子を有する３端子スイッチング素子と、請求項１又は２記載のスイッチング制御装置とを備えることを特徴とする車両用電源供給装置に存する。
【００２８】
請求項４記載の発明によれば、駆動電圧印加制御手段が負荷オン信号に応じて制御端子に対して駆動電圧を印加させ、電圧検出手段により検出された電圧が所定値以下のとき、負荷オン信号が存在しても制御端子に対する駆動電圧の印加を停止させるので、制御端子−負荷側端子間に所定値により定まる値以下の電圧が印加されることがない。
【００２９】
請求項５記載の発明は、前記電圧検出手段により検出された電圧が前記所定値以下のとき、前記制御端子に対する前記駆動電圧の印加を停止した旨を伝える警報を発生する警報発生手段を更に備えることを特徴とする請求項４記載の車両用電源供給装置に存する。
【００３０】
請求項５記載の発明によれば、警報発生手段が電圧検出手段により検出された電圧が所定値以下のとき、制御端子に対する駆動電圧の印加を停止した旨を伝える警報を発生するので、例えば、過電流が流れたとき制御端子に対する駆動電圧の印加を停止する機能が備えられているものであれば、この過電流による駆動電圧の印加停止と識別可能にすることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスイッチング制御装置、スイッチング装置及び車両用電源供給装置を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明によるスイッチング制御装置及びスイッチング装置を組み込んだ車両用電源供給装置の一実施の形態を示し、同図において、図１について上述した従来の装置と同等の部分には同一符号を付している。図中、車載バッテリ１からの電源電圧ＶＢは、イグニッションスイッチIGSWと、シャント抵抗Ｒｓと、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦのドレインＤ−ソースＳ間を介して負荷３に対して供給される。
【００３２】
上述したパワーＭＯＳＦＥＴＱＦは、そのゲートＴＧが駆動回路ＤＲに接続されており、イグニッションスイッチIGSWがオンポジションONのときに駆動回路ＤＲから駆動電圧ＶＰが供給されるとドレインＤ―ソースＳ間を導通して電源電圧ＶＢを負荷３に対して供給する。一方、駆動回路ＤＲからの駆動電圧ＶＰの供給が停止されると、ドレインＤ−ソースＳ間を非道通状態にして負荷３に対する電源電圧ＶＢの供給を停止する。
【００３３】
駆動回路ＤＲは、昇圧回路２１ａにより電源電圧ＶＢを昇圧した駆動電圧ＶＰ（例えば、ＭＯＳＦＥＴＱＦとしてＶGS＝４[Ｖ]でオン駆動するＴＥＭＰＦＥＴを使用した場合、ＶＰ＝ＶＢ＋１０[Ｖ]）がコレクタに接続されるＮＰＮ型スイッチング（ＳＷ）トランジスタＴｒ１と、該ＳＷトランジスタＴｒ１のエミッタがコレクタに接続されたＮＰＮ型スイッチング（ＳＷ）トランジスタＴｒ２とを有しており、ＳＷトランジスタＴｒ１のエミッタとＳＷトランジスタのコレクタとの接点がパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのゲートＴＧに接続されている。また、ＳＷトランジスタＴｒ１のベースがインバータINV1を介してＳＷトランジスタＴｒ２のベースに接続されている。
【００３４】
そして、駆動回路ＤＲは、ＳＷトランジスタＴｒ１をオンさせると共にＳＷトランジスタＴｒ２をオフさせることにより駆動電圧ＶＰをパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのゲートＴＧに印加して、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦをオンさせる。また、ＳＷトランジスタＴｒ１をオフさせると共にＳＷトランジスタＴｒ２をオンさせることにより、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦのゲートＴＧに対する駆動電圧ＶＰの印加を停止してパワーＭＯＳＦＥＴＱＦをオフさせる。
【００３５】
また、昇圧回路２１ａ（＝駆動電圧発生手段）からの駆動電圧ＶＰは、−入力端に電源電圧ＶＢが供給されている差動増幅器２１ｂの＋入力端に供給され、差動増幅器２１ｂは、電圧検出手段として働き、駆動電圧ＶＰと電源電圧ＶＢとの差（ＶＰ−ＶＢ）に応じた電圧ＶPBを出力する。ところで、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦがオンのとき、ドレインＤ−ソースＳ間電圧ＶDSは極めて小さく、ソースＳの電圧は電源電圧ＶＢに等しくなる。このため、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦがオンしたときの電圧ＶGSは、差動増幅器２１ｂが出力する駆動電圧ＶＰと電源電圧ＶＢとの差（ＶＰ−ＶＢ）＝電圧ＶPBが印加される。従って、電圧ＶPBをパワーＭＯＳＦＥＴＱＦがオンしたときのゲートＴＧ−ソースＳ間電圧ＶGSを決定する電圧とする。
【００３６】
この差動増幅器２１ｂから出力される電圧ＶPBは、−入力端に電源電圧ＶＢを抵抗Ｒ２とＲ３とで分圧した基準電圧Ｖref1（＝所定値）が供給されているコンパレータＣＰ１の＋入力端に供給される。コンパレータＣＰ１は、電圧ＶPBが基準電圧Ｖref1より小さい値に低下するとＨレベルのゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１をゲート制御回路２１ｃに対して出力すると共に、トランジスタＴｒ３のベースに対して出力する。上述したトランジスタＴｒ３は、コレクタがＬＥＤ４（＝警報発生手段）を介して電源電圧ＶＢに、エミッタがアースにそれぞれ接続されていて、ベースにＨレベルのゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１が出力されるとオンしてＬＥＤ４を点灯させる。
【００３７】
一方、車載バッテリ１と負荷３との間の電源線上に設けられたシャント抵抗Ｒｓは、車載バッテリ１と負荷３との間の電源線に流れる電流ＩＬを電圧に変換するための低抵抗で、この両端電圧を検出することにより電源線に流れる電流ＩＬを検出することができる。このシャント抵抗Ｒｓの両端は差動増幅器２１ｄの＋、−入力端にそれぞれ接続され、差動増幅器２１ｄはシャント抵抗Ｒｓの両端電圧に応じた電圧を出力することにより電流ＩＬを検出する。
【００３８】
差動増幅器２１ｄの出力は、図示しないＡ／Ｄ変換器によりアナログ／ディジタル変換された後、マイクロコンピュータ（マイコン）２２に供給される。このマイコン２２には、一端が抵抗Ｒ１を介してアースと接続され、他端が電源電圧ＶＢに接続されている外付けの操作スイッチＳＷの一端が接続され、操作スイッチＳＷがオン操作されるとＨレベルのオン操作信号Ｓ２が供給される。
【００３９】
上述したマイコン２２は、予め設定される制御プログラムに従って動作するＣＰＵ２２ａと、該ＣＰＵ２２ａの制御プログラムを予め保持するＲＯＭ２２ｂ、ＣＰＵ２２ａの演算実行時に必要なデータを一時的に保存するＲＡＭ２２ｃとから構成され、Ｈレベルのオン操作信号Ｓ２が入力されると、ゲート制御回路２１ｃに対して負荷オン信号Ｓ３を出力する。また、マイコン２２を構成するＣＰＵ２２ａは、所定時間以上継続して差動増幅器２１ｄの出力が基準電圧Ｖref2（図示せず）を越えた状態であるとき、以降負荷オン信号Ｓ３の出力を停止し続ける。
【００４０】
さらにＣＰＵ２２ａは、上述したように負荷オン信号Ｓ３の出力停止と同時に、ＳＷトランジスタＴｒ４のベースに対してＨレベルの信号を出力する。ＳＷトランジスタＴｒ４は、コレクタがＬＥＤ５を介して電源電圧ＶＢに、エミッタがアースにそれぞれ接続され、ベースに対してＨレベルの信号が出力されるとオンして、ＬＥＤ５を点灯させる。
【００４１】
上述した差動増幅器２１ｄの出力はまた、コンパレータＣＰ２の−入力端にも供給されている。このコンパレータＣＰ２の＋入力端には、電源電圧ＶＢを抵抗Ｒ４及びＲ５で分圧した基準電圧Ｖref3が供給されている。この基準電圧Ｖref3は、上述した基準電圧Ｖref2より大きい値に設定されている。そして、コンパレータＣＰ２は、差動増幅器２１ｄの出力が基準電圧Ｖref3を越えている間、Ｈレベルの過電流検出信号Ｓ４をゲート制御回路２１ｃに対して出力する。
【００４２】
上述したゲート制御回路２１ｃは、一方の入力端にゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１が、他方の入力端に過電流検出信号Ｓ４がそれぞれ供給されているＯＲゲート２１１ｃと、一方の入力端にＯＲゲート２１１ｃの反転出力が、他方の入力端に負荷オン信号Ｓ３がそれぞれ供給されているＡＮＤゲート２１２ｃとを備えている。従って、ゲート制御回路２１ｃは、負荷オン信号Ｓ３の入力に応じてトランジスタＴｒ１のベースに対してＨレベルのオン制御信号Ｓ５を出力し、負荷オン信号Ｓ３が存在してもゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１及び過電流検出信号Ｓ４の何れか一方、又は両方出力されるとオン制御信号Ｓ５の出力を停止して駆動電圧印加制御手段として働くように構成されている。
【００４３】
ゲート制御回路２１ｃからオン制御信号Ｓ５が出力されると、駆動回路ＤＲ内において、ＳＷトランジスタＴｒ１がオンすると共に、ＳＷトランジスタＴｒ２がオフしてパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのゲートＴＧに対して駆動電圧ＶＰを出力する。一方、ゲート制御回路２１ｃからのオン制御信号Ｓ５の出力が停止されると、駆動回路ＤＲ内において、ＳＷトランジスタＴｒ１がオフすると共に、ＳＷトランジスタＴｒ２がオンしてパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのゲートＴＧに対する駆動電圧ＶＰの出力が停止される。
【００４４】
なお、上述した昇圧回路２１ａと、差動増幅器２１ｂと、ゲート制御回路２１ｃと、差動増幅器２１ｄと、駆動回路ＤＲと、コンパレータＣＰ１、ＣＰ２と、抵抗Ｒ２〜Ｒ４とはワンチップ上に形成され、スイッチング制御装置２１を構成する。また、シャント抵抗Ｒｓと、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦと、駆動部２１と、マイコン２２とは一般にインテリジェントパワースイッチと呼ばれるスイッチング装置２を構成する。
【００４５】
上述した構成のスイッチング制御装置及びスイッチング装置を組み込んだ車両用電源供給装置の動作について以下説明する。
先ず、操作スイッチＳＷをオン操作してオン操作信号Ｓ２をマイコン２２に対して出力すると、マイコン２２はゲート制御回路２１ｃに対して負荷オン信号Ｓ３を出力する。このオン操作がイグニッションスイッチIGSWのオン直後であった場合、昇圧回路２１ａはターン・オン期間中であり、このとき出力される駆動電圧ＶＰは定常時より低い。
【００４６】
このため電源電圧ＶＢと駆動電圧ＶＰとの差（＝ＶＰ−ＶＢ）に応じた差動増幅器２１ｂの出力電圧ＶPBも定常時より小さくなり、基準電圧Ｖref1を下回るため、コンパレータＣＰ１はＨレベルのゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１をゲート制御回路２１ｃに対して出力する。このゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１の出力により、ゲート制御回路２１ｃはマイコン２２から負荷オン信号Ｓ３が出力されても駆動回路ＤＲに対してオン制御信号Ｓ５を出力することがなく、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦのゲートＴＧ−ソースＳ間には基準電圧Ｖref1以下の電圧が印加されることがない。従って、ゲートＴＧ−ソースＳ間電圧ＶGSの低下によるパワーＭＯＳＦＥＴＱＦの発熱を未然に防止することができる。
【００４７】
上述したように駆動電圧ＶＰと電源電圧ＶＢ（＝ＶＰ−ＶＢ）との差をゲートＴＧ−ソースＳ間電圧ＶGSとして検出することにより、単一の昇圧回路２１ａが発生した駆動電圧ＶＰにより、複数のパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのオンオフを行っている場合であっても、それぞれのパワーＭＯＳＦＥＴＱＦごとに差動増幅器２１ｂ及びゲート制御回路２１ｃを設ける必要がないので、コストダウンを図ることができる。
【００４８】
また、上述したゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１はＳＷトランジスタＴｒ３のベースに対しても出力され、ＳＷトランジスタＴｒ３はこのゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１の出力によりオンしてＬＥＤ４に電源電圧ＶＢを供給して点灯させる。このＬＥＤ４の点灯によりユーザーは、ゲートＴＧに対する駆動電圧ＶＰの印加停止がゲートＴＧ−ソースＳ間電圧ＶGSの低下によるものであると識別することができる。
【００４９】
その後、昇圧回路２１ａのターン・オン期間が終了して駆動電圧ＶＰが定常時の電圧まで上昇すると、差動増幅器２１ｂの出力電圧ＶPBも上昇して基準電圧Ｖref1より大きくなる。このため、コンパレータＣＰ１はゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１の出力を停止する。ゲート−ソース間電圧低下信号Ｓ１の出力が停止にされると、ゲート制御回路２１ｃはマイコン２２からの負荷オン信号Ｓ３の出力に応じて駆動回路ＤＲに対してＨレベルのオン制御信号Ｓ５を出力する。Ｈレベルのオン制御信号Ｓ５が出力されると、駆動回路ＤＲはパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのゲートＴＧに対して昇圧回路２１ａからの駆動電圧ＶＰを出力し、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦをオンさせて、車載バッテリ１からの電源電圧ＶＢを負荷３に対して供給する。
【００５０】
そして、電源線等が正常であるときは、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦを通じて流れる電流ＩＬは負荷３の負荷抵抗に応じた定常値となり、電流ＩＬに応じた差動増幅器２１ｄの出力電圧は基準電圧Ｖref3より小さい値となる。一方、電源線を被う被覆が車体の角部により徐々に削られて内部導線が露出し、該露出部と車両とが接触してショートが発生すると、電源線に流れる電流ＩＬが増大すると共に、差動増幅器２１ｄの出力電圧も増大して基準電圧Ｖref3を越える。差動増幅器２１ｄの出力電圧が基準電圧Ｖref3を越えると、コンパレータＣＰ２がこれを検出してゲートＴＧに対する駆動電圧ＶＰの印加を停止するＨレベルの過電流検出信号Ｓ４をゲート制御回路２１ｃに対して出力する。
【００５１】
ゲート制御回路２１ｃは、負荷オン信号Ｓ３が存在しても過電流検出信号Ｓ４が出力されると、オン制御信号Ｓ５の出力を停止して、駆動回路ＤＲからゲートＴＧに対する駆動電圧ＶＰの出力を停止する。駆動電圧電圧ＶＰの停止によりパワーＭＯＳＦＥＴＱＦのドレインＤ―ソースＳ間は導通状態から非道通状態に変移するため、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦを通じて流れる電流ＩＬが減少することに伴って、差動増幅器２１ｄの出力電圧が基準電圧Ｖref3より小さくなるとコンパレータＣＰ２は過電流検出信号Ｓ４の出力を停止する。そして再び駆動回路ＤＲによりゲートＴＧに対して駆動電圧ＶＰが印加され、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦのドレインＤ−ソースＳ間が導通状態に変移する。
【００５２】
このため、以下パワーＭＯＳＦＥＴＱＦのドレインＤ−ソースＳ間は導通状態から非道通状態への変移、非道通状態から導通状態への変移を繰り返すこととなりパワーＭＯＳＦＥＴＱＦを通じて流れる電流ＩＬは基準電圧Ｖref3に応じた電流値に抑えられる。このように電源線に異常が生じたときに、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦを通じて流れる電流ＩＬを基準電圧Ｖref3に応じた電流値を越えないようにパワーＭＯＳＦＥＴＱＦをオンオフ制御するため、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦ及び負荷３等が破損に至ることがない。
【００５３】
この過電流の原因がデッドショートによるものであった場合、電流ＩＬが基準電圧Ｖref3に応じた電流値に抑えられた状態が継続する。この状態が継続するとショート部で発生した熱が蓄積し、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦ及び負荷３等が破損に至る恐れがある。そこで、マイコン２２は、差動増幅器２１ｄからの出力電圧が基準電圧Ｖref3より小さい基準電圧Ｖref2を所定時間Ｔ以上越え続けたとき、以降負荷オン信号Ｓ３の出力を停止し続ける。このため、ゲート制御回路２１ｃは駆動回路ＤＲに対するオン制御信号Ｓ５の出力を停止して、ゲートＴＧに対する駆動電圧ＶＰの印加を停止し続ける。駆動電圧ＶＰの停止によりパワーＭＯＳＦＥＴＱＦをオフして、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦに流れる電流ＩＬを遮断してパワーＭＯＳＦＥＴＱＦを通じて流れる電流を保護する。
【００５４】
また、このときマイコン２２からはＳＷトランジスタＴｒ４のベースに対してＨレベルの信号が出力される。Ｈレベルの信号の出力に応じてＳＷトランジスタＴｒ４は、オンしてＬＥＤ５に電源電圧ＶＢを供給して点灯させる。このＬＥＤ５の点灯により、ユーザーに対して電源線に異常が生じて過電流が流れたことにより負荷３の駆動が停止した旨を伝えることができる。
【００５５】
なお、上述した実施例では、駆動電圧ＶＰと電源電圧ＶＢとの差ＶPB（＝ＶＰ−ＶＢ）を、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦがオンしたときのゲートＴＧ−ソースＳ間電圧ＶGSを決定する電圧とすることにより、電源電圧ＶＢの減少により駆動電圧が低下しても、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦがオンしたとき、ゲートＴＧ−ソースＳに基準電圧Ｖref1以下の電圧が印加されることがないようにして、ゲートＴＧ−ソースＳ間に印加可能な電圧の範囲が電源電圧ＶＢの変動により変化することがないようにしていた。しかしながら、例えば、駆動電圧ＶＰをパワーＭＯＳＦＥＴＱＦがオンしたときの電圧ＶGSを決定する電圧として、該駆動電圧ＶＰが基準電圧Ｖref1に応じた基準電圧Ｖref1′以下となったときゲートＴＧに対する駆動電圧ＶＰの印加を停止してもよい。
【００５６】
この場合、電源電圧ＶＢが減少すると駆動電圧ＶＰも低下するため、パワーＭＯＳＦＥＴＱＦがオンしたときのゲートＴＧ−ソースＳ間に低下した電圧が印加されることがないときであっても、駆動電圧ＶＰの印加を停止してしまうため、電源電圧ＶＢの変動が少ない車載バッテリ１を使用する方がよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、３端子スイッチング素子がオンしたときの制御端子−負荷側端子間電圧を決定する電圧が所定値以下のとき、負荷オン信号が存在しても制御端子に対する駆動電圧の印加を停止させることにより、制御端子−負荷側端子間に所定値により定まる値以下の電圧が印加されることがないので、制御端子−負荷側端子間電圧の低下による３端子スイッチング素子の発熱を未然に防止することができるスイッチング制御装置を得ることができる。
【００５８】
請求項２の発明によれば、駆動電圧と電源電圧との差を、３端子スイッチング素子がオンしたときの制御端子−負荷側端子間電圧を決定する電圧とすることにより、電源電圧の減少により駆動電圧が低下しても、３端子スイッチング素子がオンしたとき、制御端子−負荷側端子間に所定値以下の電圧が印加されることがないので、駆動電圧を制御端子−負荷側端子間電圧を決定する電圧としたときに比べ、制御端子−負荷側端子間に印加される電圧の範囲が電源電圧の変動の影響を受けることがない。しかも、駆動電圧と電源電圧との差を制御端子−負荷側端子間電圧として検出することにより、単一の駆動電圧発生手段が発生した駆動電圧により、複数の３端子スイッチング素子のオンオフを行っている場合であっても、それぞれの３端子スイッチング素子ごとに電圧検出手段及び駆動電圧印加制御手段を設ける必要がないので、コストダウンを図ったスイッチング制御装置を得ることができる。
【００５９】
請求項３の発明によれば、３端子スイッチング素子がオンしたときの制御端子−負荷側端子間電圧を決定する電圧が所定値以下のとき、負荷オン信号が存在しても制御端子に対する駆動電圧の印加を停止させることにより、制御端子−負荷側端子間に所定値により定まる値以下の電圧が印加されることがないので、制御端子−負荷側端子間電圧の低下により３端子スイッチング素子が発熱することがないスイッチング装置を得ることができる。
【００６０】
請求項４の発明によれば、端子スイッチング素子がオンしたときの制御端子−負荷側端子間電圧を決定する電圧が所定値以下のとき、負荷オン信号が存在しても制御端子に対する駆動電圧の印加を停止させることにより、制御端子−負荷側端子間に所定値により定まる値以下の電圧が印加されることがないので、制御端子−負荷側端子間電圧の低下による３端子スイッチング素子の発熱を未然に防止することができる車両用電源供給装置を得ることができる。
【００６１】
請求項５記載の発明によれば、例えば、過電流が流れたとき制御端子に対する駆動電圧の印加を停止する機能が備えられているものであれば、この過電流による駆動電圧の印加停止と識別可能にすることができるので、ユーザーが制御端子に対する駆動電圧の印加停止が制御端子−負荷側端子間の電圧の低下によるものであると識別することができる車両用電源供給装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチング制御装置及びスイッチング装置を組み込んだ車両用電源供給装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】従来のスイッチング制御装置及びスイッチング装置を組み込んだ車両用電源供給装置の一例を示す回路図である。
【図３】パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電圧対ゲート−ソース間電圧の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１      車載バッテリ
３      負荷
Ｄ      ドレイン（電源側端子）
Ｓ      ソース（負荷側端子）
ＴＧ    ゲート（制御端子）
ＱＦ    パワーＭＯＳＦＥＴ（３端子スイッチング素子）
２１    スイッチング制御装置
２１ａ  昇圧回路（駆動電圧発生手段）
２１ｂ  差動増幅器（電圧検出手段）
Ｓ３    負荷オン信号
Ｖref1  基準電圧（所定値）
２１ｃ  ゲート制御回路（駆動電圧印加制御手段）
ＶＢ    電源電圧
２      スイッチング装置
４      ＬＥＤ（警報発生手段）
【図１】
0003748343.tif 000002
【図２】
0003748343.tif 000003
【図３】
0003748343.tif 000004