JP6831178B2 - Overcurrent protection device and power distribution device - Google Patents
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Description
本発明は、過電流保護装置、電力分配装置、及び制御方法に関するものである。 The present invention relates to an overcurrent protection device, a power distribution device, and a control method.
直流電源の出力電圧が予め設定した閾値電圧よりも低下した場合に、負荷駆動用の回路の電子スイッチをオフとし、所定の待機時間が経過した後に、当該電子スイッチを再度オンとするリトライ動作を実行して、デッドショート以外の原因により出力電圧が低下したものを定常状態に復帰させる一方、リトライ動作の発生回数が所定のカウント閾値に達した場合に、電子スイッチのオフ状態を保持する過電流保護回路が知られている（たとえば、特許文献１参照）。 When the output voltage of the DC power supply drops below the preset threshold voltage, the electronic switch of the load drive circuit is turned off, and after a predetermined standby time has elapsed, the electronic switch is turned on again. This is executed to restore the output voltage that has dropped due to a cause other than dead short to the steady state, while the overcurrent that keeps the electronic switch off when the number of times the retry operation occurs reaches a predetermined count threshold. A protection circuit is known (see, for example, Patent Document 1).
上記過電流保護回路では、容量成分を含む外部負荷に初めて電力が供給された時に生じる突入電流による過電流に対しても、デッドショートによる過電流と同様、電子スイッチをオフとするように動作してしまうことがある。たとえば、外部負荷が容量成分としてキャパシタを含む場合、未充電のキャパシタのインピーダンスが極めて小さいことに起因して突入電流による過電流が発生することがある。キャパシタの充電が完了すれば突入電流は収束するが、突入電流に対して電子スイッチが動作するためキャパシタの充電が完了する前に電力の供給が停止してしまい、また、再度電子スイッチをオンとするまでにキャパシタに蓄えられたエネルギが放出されてしまい、キャパシタを十分に充電することができない。結果として、突入電流による過電流が収束せず、その後も電子スイッチが誤動作してオフ状態となってしまうおそれがある、という問題がある。 In the above overcurrent protection circuit, the electronic switch is turned off even for the overcurrent due to the inrush current that occurs when the power is first supplied to the external load including the capacitance component, as in the case of the overcurrent due to the dead short circuit. It may end up. For example, when the external load includes a capacitor as a capacitance component, an overcurrent due to an inrush current may occur due to the extremely small impedance of the uncharged capacitor. When the charging of the capacitor is completed, the inrush current converges, but since the electronic switch operates in response to the inrush current, the power supply stops before the charging of the capacitor is completed, and the electronic switch is turned on again. By the time this is done, the energy stored in the capacitor is released, and the capacitor cannot be fully charged. As a result, there is a problem that the overcurrent due to the inrush current does not converge, and the electronic switch may malfunction and turn off after that.
また、突入電流による過電流は許容する一方、デッドショートによる過電流は遮断するように過電流保護回路を構築すると、電力線の線径を大きくしたり、高い遮断特性を有する電子スイッチを用いる必要があるため、コストの増大を招く、という問題がある。 In addition, if an overcurrent protection circuit is constructed so as to allow overcurrent due to inrush current while interrupting overcurrent due to dead short circuit, it is necessary to increase the wire diameter of the power line or use an electronic switch with high breaking characteristics. Therefore, there is a problem that the cost increases.
本発明が解決しようとする課題は、突入電流に対する半導体スイッチの誤動作の発生を抑制すると共に、コストを低減できる過電流保護装置、電力分配装置、及び制御方法を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide an overcurrent protection device, a power distribution device, and a control method capable of suppressing the occurrence of malfunction of a semiconductor switch due to an inrush current and reducing the cost.
［１］本発明に係る過電流保護装置は、電源と、等価的に抵抗成分と容量成分とを含む外部負荷に対して、前記電源から電力を供給する電力線と、前記電力線に設けられ、前記電力線を導通するオン状態と、前記電力線を遮断するオフ状態と、を切り替え可能な半導体スイッチと、前記半導体スイッチを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記半導体スイッチに流れる電流又は前記半導体スイッチの温度を検出する検出部と、前記検出部により検出された検出値に基づき、前記半導体スイッチに過電流が流れているか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記半導体スイッチに過電流が流れていると判定された場合に、前記半導体スイッチの前記オン状態と前記オフ状態を繰り返し行うリトライ動作を実行するリトライ実行部と、前記半導体スイッチが最初に前記オン状態となってからの経過時間を計測するタイマと、を有し、前記リトライ動作は、第１の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オン状態が維持される第１の動作と、第２の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オフ状態が維持される第２の動作と、を交互に含み、前記リトライ実行部は、前記第１の動作中に前記容量成分に蓄えられたエネルギ量に対して、前記第１の動作の直後の前記第２の動作中に前記容量成分から放出されるエネルギ量が相対的に小さくなるように前記第２の間隔を設定し、前記タイマが計測する計測値と予め設定された第１の閾値とを比較し、前記計測値が前記第１の閾値以下のときに前記判定部により半導体スイッチに過電流が流れていると判定された場合、前記リトライ動作を実行し、前記計測値と前記第１の閾値に対して相対的に大きい第２の閾値とを比較し、前記計測値が前記第２の閾値以上となった場合に前記リトライ動作を終了し、前記第２の間隔は、下記（１）式を満たすように設定されている過電流保護装置である。
[1] The overcurrent protection device according to the present invention is provided on the power supply, a power line for supplying power from the power supply to an external load including a resistance component and a capacitance component equivalently, and the power line. A semiconductor switch capable of switching between an on state in which the power line is conducted and an off state in which the power line is cut off and a control device for controlling the semiconductor switch are provided, and the control device includes a current flowing through the semiconductor switch or a control device. A detection unit that detects the temperature of the semiconductor switch, a determination unit that determines whether or not an overcurrent is flowing in the semiconductor switch based on the detection value detected by the detection unit, and the semiconductor switch by the determination unit. When it is determined that an overcurrent is flowing through the semiconductor switch, the retry execution unit that executes the retry operation that repeatedly repeats the on state and the off state of the semiconductor switch and the semiconductor switch are first brought into the on state. The retry operation includes a first operation in which the on state of the semiconductor switch is maintained for a first interval, and the semiconductor for a second interval. The second operation in which the off state of the switch is maintained is alternately included, and the retry execution unit performs the first operation with respect to the amount of energy stored in the capacitance component during the first operation. The second interval is set so that the amount of energy released from the capacitance component during the second operation immediately after the operation is relatively small, and the measured value measured by the timer is set in advance. When the measurement value is equal to or less than the first threshold value and the determination unit determines that an overcurrent is flowing in the semiconductor switch by comparing with the threshold value of 1, the retry operation is executed and the measurement value is determined. Is compared with a second threshold value that is relatively large with respect to the first threshold value, and when the measured value becomes equal to or greater than the second threshold value, the retry operation is terminated and the second interval is set. , An overcurrent protection device set to satisfy the following equation (1).
［２］上記発明において、前記リトライ動作は、複数の前記第２の動作を含み、前記リトライ実行部は、前記複数の第２の動作のそれぞれついて、前記第２の間隔を相互に異なる値に設定してもよい。 [2] In the above invention, the retry operation includes a plurality of the second operations, and the retry execution unit sets the second intervals to different values for each of the plurality of second operations. It may be set.
［３］本発明に係る電力分配装置は、上記過電流保護装置を備え、２つの外部負荷に対して電力を分配して供給するものであり、前記２つの外部負荷は、並列に接続されており、前記第１の過電流保護装置は、前記２つの外部負荷の一方に対応しており、前記第２の過電流保護装置は、前記２つの外部負荷の他方に対応しており、前記第１の過電流保護装置の前記電源と、前記第２の過電流保護装置の前記電源と、は同一の電源であり、前記第１の過電流保護装置の前記リトライ実行部及び前記第２の過電流保護装置の前記リトライ実行部は、前記第２の動作を行う期間が互いに重ならないように、前記リトライ動作を実行する電力分配装置である。
[3] The power distribution device according to the present invention includes the above-mentioned overcurrent protection device and distributes and supplies power to two external loads, and the two external loads are connected in parallel. The first overcurrent protection device corresponds to one of the two external loads, and the second overcurrent protection device corresponds to the other of the two external loads. The power supply of the
［４］上記発明において、前記抵抗成分は、電気抵抗体とし、前記容量成分は、キャパシタとしてもよい。 [4] In the above invention, the resistance component may be an electric resistor, and the capacitance component may be a capacitor.
［５］本発明に係る制御方法は、電源と、等価的に抵抗成分と容量成分とを含む外部負荷に対して、前記電源から電力を供給する電力線と、前記電力線に設けられ、前記電力線を導通するオン状態と、前記電力線を遮断するオフ状態と、を切り替え可能な半導体スイッチと、を備える過電流保護装置の制御方法であり、前記半導体スイッチに流れる電流又は前記半導体スイッチの温度を検出する第１のステップと、前記第１のステップの検出結果に基づいて、前記半導体スイッチに過電流が流れているか否かを判定する第２のステップと、前記第２のステップにおいて前記半導体スイッチに過電流が流れていると判定された場合に、前記半導体スイッチの前記オン状態と前記オフ状態を繰り返し行うリトライ動作を実行する第３のステップと、タイマを用いて、前記半導体スイッチが最初に前記オン状態となってからの経過時間を計測する第４のステップと、を備え、前記リトライ動作は、第１の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オン状態が維持される第１の動作と、第２の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オフ状態が維持される第２の動作と、を交互に含み、前記第３のステップは、前記第１の動作中に前記容量成分に蓄えられたエネルギ量に対して、前記第１の動作の直後の前記第２の動作中に前記容量成分から放出されるエネルギ量が相対的に小さくなるように前記第２の間隔を設定し、前記タイマが計測する計測値と予め設定された第１の閾値とを比較し、前記計測値が前記第１の閾値以下のときに前記判定部により半導体スイッチに過電流が流れていると判定された場合、前記リトライ動作を実行し、前記計測値と前記第１の閾値に対して相対的に大きい第２の閾値とを比較し、前記計測値が前記第２の閾値以上となった場合に前記リトライ動作を終了し、前記第２の間隔は、上記（１）式を満たすように設定されている。 [5] The control method according to the present invention is provided on a power supply, a power line for supplying power from the power supply to an external load including a resistance component and a capacitance component equivalently, and the power line provided on the power line. It is a control method of an overcurrent protection device including a semiconductor switch capable of switching between an on state of conducting and an off state of cutting off the power line, and detects a current flowing through the semiconductor switch or the temperature of the semiconductor switch. In the first step, the second step of determining whether or not an overcurrent is flowing in the semiconductor switch based on the detection results of the first step, and the semiconductor switch in the second step. When it is determined that a current is flowing, the semiconductor switch is first turned on by using a third step of executing a retry operation of repeating the on state and the off state of the semiconductor switch and a timer. A fourth step of measuring the elapsed time from the state is provided, and the retry operation includes a first operation in which the on state of the semiconductor switch is maintained for a first interval, and a second operation. The second operation in which the off state of the semiconductor switch is maintained for the interval of the above is alternately included, and the third step is the amount of energy stored in the capacitance component during the first operation. On the other hand, the measurement measured by the timer by setting the second interval so that the amount of energy released from the capacitance component during the second operation immediately after the first operation is relatively small. When the value is compared with the preset first threshold value and the determination unit determines that an overcurrent is flowing in the semiconductor switch when the measured value is equal to or less than the first threshold value, the retry operation is performed. Is executed, the measured value is compared with the second threshold value which is relatively large with respect to the first threshold value, and when the measured value becomes equal to or larger than the second threshold value, the retry operation is terminated. , The second interval is set so as to satisfy the above equation (1).
本発明に係る過電流保護装置によれば、リトライ動作において、第１の動作中に外部負荷の容量成分に蓄えられたエネルギ量に対して、第１の動作の直後の第２の動作中に容量成分から放出されるエネルギ量を相対的に小さくできるので、突入電流による過電流を収束させることができる。これにより、半導体スイッチの誤動作の発生を抑制することができる。 According to the overcurrent protection device according to the present invention, in the retry operation, the amount of energy stored in the capacitance component of the external load during the first operation is during the second operation immediately after the first operation. Since the amount of energy emitted from the capacitive component can be made relatively small, the overcurrent due to the inrush current can be converged. As a result, it is possible to suppress the occurrence of malfunction of the semiconductor switch.
また、半導体スイッチの誤動作の発生の抑制を図るに際し、電力線の線径を大きくしたり、高い遮断特性を有する半導体スイッチを用いる必要がないため、過電流保護装置のコストを低減できる。 Further, in order to suppress the occurrence of malfunction of the semiconductor switch, it is not necessary to increase the wire diameter of the power line or use a semiconductor switch having a high breaking characteristic, so that the cost of the overcurrent protection device can be reduced.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置による制御を示すタイムチャート、図３（ａ）は本発明の一実施の形態に係るキャパシタが充電を行っている状態を説明するための図、図３（ｂ）は本発明の一実施の形態に係るキャパシタが放電を行っている状態を説明するための図、図３（ｃ）は本発明の一実施の形態に係るキャパシタの充電が完了した状態を説明するための図、図４は本発明の一実施の形態に係る閾値時間Ｔ１と閾値時間Ｔ２とを説明するためのグラフ、図５は（７）式を説明するためのグラフである。なお、図１において、実線は電力線を示し、一点鎖線は信号線を示している。 FIG. 1 is a block diagram showing an overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a time chart showing control by an overcurrent protection device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a time chart. A diagram for explaining a state in which the capacitor according to the embodiment of the present invention is charging, FIG. 3B describes a state in which the capacitor according to the embodiment of the present invention is discharging. 3 (c) is a diagram for explaining a state in which charging of the capacitor according to the embodiment of the present invention is completed, and FIG. 4 is a threshold time T1 and a threshold according to the embodiment of the present invention. A graph for explaining the time T2 and FIG. 5 is a graph for explaining the equation (7). In FIG. 1, the solid line indicates the power line, and the alternate long and short dash line indicates the signal line.
本実施形態における過電流保護装置１０は、外部スイッチ２００からの駆動要求信号に基づいて、車輌に搭載されるランプやモータ等の外部負荷１００に対して電力を供給する負荷駆動用回路に搭載されるものである。このような、過電流保護装置１０は、図１に示すように、電源２０と、半導体スイッチ３０と、制御装置４０と、を備えている。
The
本実施形態における「過電流保護装置１０」が本発明における「過電流保護装置」の一例に相当し、本実施形態における「電源２０」が本発明における「電源」の一例に相当し、本実施形態における「外部負荷１００」が本発明における「外部負荷」の一例に相当し、本実施形態における「半導体スイッチ３０」が本発明における「半導体スイッチ」の一例に相当し、本実施形態における「制御装置４０」が本発明における「制御装置」の一例に相当する。
The "
電源２０は、たとえば、車輌に搭載される直流電源である。このような電源２０としては、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の２次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタ等を用いることができる。
The
電源２０は、電力線Ｐを介して外部負荷１００に対して電力を供給している。外部負荷１００は、等価的に電気抵抗成分と電気容量成分とを含んで構成されている。本実施形態の外部負荷１００は、抵抗成分として抵抗１１０を有し、容量成分としてキャパシタ１２０を有している。本実施形態における「電力線Ｐ」が本発明における「電力線」の一例に相当し、本実施形態における「抵抗１１０」が本発明における「抵抗成分」及び「電気抵抗体」の一例に相当し、本実施形態における「キャパシタ１２０」が本発明における「容量成分」及び「キャパシタ」の一例に相当する。
The
抵抗１１０は、ランプ等の灯火系、ワイパ、ウォッシャ、又はその他ＥＣＵ等の車載機器である。この抵抗１１０は、一端が電力線Ｐ及び半導体スイッチ３０を介して電源２０に接続されており、他端が接地されている。キャパシタ１２０は、たとえば、電源２０から送られる直流電流を平滑化する平滑キャパシタや、ノイズ吸収用キャパシタである。このキャパシタ１２０は、一端が電力線Ｐ及び半導体スイッチ３０を介して電源２０に接続されており、他端が接地されている。電源２０に対して、抵抗１１０とキャパシタ１２０は、並列に接続されている。なお、図１において、ＲＩは動力線Ｐの電気抵抗値であり、ＲＬは抵抗１１０の電気抵抗値であり、Ｃはキャパシタ１２０の電気容量である。なお、抵抗１１０やキャパシタ１２０の一端と、電源２０との間には、電力線Ｐや半導体スイッチ３０以外の構成要素が介在していてもよい。また、本実施形態では、抵抗１１０やキャパシタ１２０の他端は、いずれも接地されているが、特に上述に限定されない。つまり、等価的に示した電気回路モデルにおいて抵抗成分と容量成分とが存在していれば、当該抵抗成分や容量成分の接続先は特に限定されない。
The
電力線Ｐには、半導体スイッチ３０が設けられている。この半導体スイッチ３０としては、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子を用いることができる。本実施形態の半導体スイッチ３０は、ドレイン電極３１と、ソース電極３２と、ゲート電極３３と、を有している。
A
半導体スイッチ３０のドレイン電極３１は、電力線Ｐ（具体的には、第１の区間Ｐａ）を介して電源２０と接続されている。半導体スイッチ３０のソース電極３２は、電力線Ｐ（具体的には、第２の区間Ｐｂ）を介して外部負荷１００と接続されている。ゲート電極３３は、信号線Ｓ２を介して制御装置４０のゲート駆動部９０（後述）と接続されている。この半導体スイッチ３０は、ゲート駆動部９０からゲート電極３３に出力される駆動信号によりオン／オフの切り替えが可能となっている。
The
なお、半導体スイッチ３０に代えて、半導体素子を含み、当該半導体素子の制御回路、加熱保護回路、及び／又は電流検出回路等を含むＩＰＤ（Intelligent Power Device）等のＩＣパッケージを用いてもよい。
Instead of the
ゲート電極３３に駆動信号が入力されると、半導体スイッチ３０は、ドレイン電極３１とソース電極３２との間が導通するオン状態となる。これにより、電力線Ｐは導通し、電源２０による外部負荷１００に対する電力の供給が行われる。一方、ゲート電極３３に対する駆動信号が停止すると、半導体スイッチ３０は、ドレイン電極３１とソース電極３２との間が遮断するオフ状態となる。これにより、電力線Ｐが遮断し、電源２０から外部負荷１００に対する電力の供給が停止する。
When a drive signal is input to the
制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器予備入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータから構成されている。この制御装置４０は、外部スイッチ２００からの駆動要求信号に応じて、半導体スイッチ３０のオン状態とオフ状態との切り替えを行う。また、制御装置４０は、突入電流による過電流を抑えるため、半導体スイッチ３０の状態に応じて、リトライ動作を実行する。
The
次に、本実施形態の過電流保護装置１０の制御部４０について、図１〜図５を参照しながら、詳細に説明する。
Next, the
制御装置４０は、図１に示すように、状態検出部５０と、異常判定部６０と、タイマ７０と、リトライ実行部８０と、ゲート駆動部９０と、を有している。本実施形態における「状態検出部５０」が本発明における「検出部」の一例に相当し、本実施形態における「異常判定部６０」が本発明における「判定部」の一例に相当し、本実施形態における「タイマ７０」が本発明における「タイマ」の一例に相当し、本実施形態における「リトライ実行部８０」が本発明における「リトライ実行部」の一例に相当する。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態の状態検出部５０は、半導体スイッチ３０を流れる電流値を検出する電流センサである。この状態検出部５０は、検出した電流値（検出結果）を、信号線Ｓ３を介して異常判定部６０に出力している。なお、本実施形態では、半導体スイッチ３０の状態を検出するため、半導体スイッチ３０を流れる電流値を用いているが、特にこれに限定されない。たとえば、半導体スイッチ３０を流れる電流値の単位時間当たりの変化量を用いてもよい。また、半導体スイッチ３０の温度を用いてもよい。また、半導体スイッチ３０の温度の単位時間当たりの変化量を用いてもよい。また、半導体スイッチ３０の温度と当該半導体スイッチ３０の外部の温度を検出し、これらの温度の差分値を用いてもよい。半導体スイッチの温度を検出する場合、状態検出部５０としては、サーミスタ等を用いることができる。なお、半導体スイッチに代えて、ＩＰＤ等のＩＣパッケージを用いる場合、当該ＩＣパッケージに含まれる電流検出回路等を状態検出部として用いてもよい。
The
異常判定部６０は、状態検出部５０の検出結果に基づいて、半導体スイッチ３０が異常であるか否かを判定する。この異常判定部６０には、半導体スイッチ３０の特性情報として、閾値電流Ｉ０が予め保存されている。この閾値電流Ｉ０としては、たとえば、半導体スイッチ３０を流れる電流値として正常な範囲の上限値等を用いることができる。なお、状態検出部が半導体スイッチの温度を用いて当該半導体スイッチの状態を検出している場合、半導体スイッチの特性情報として、閾値温度を用いる。この閾値温度としては、たとえば、半導体スイッチのオン状態における温度として正常な範囲の上限値を用いることができる。
The
本実施形態の異常判定部６０は、予め保存された閾値電流Ｉ０と、状態検出部５０により検出された電流値とを比較して、これらの大小関係に基づいて、半導体スイッチ３０が異常であるか否かを判定する。異常判定部６０は、半導体スイッチ３０が異常であると判定した場合、判定結果を、信号線Ｓ４を介してリトライ実行部８０に出力する。
The
タイマ７０は、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となってからの経過時間を計測しており、ゲート駆動部９０から駆動信号が入力された時にカウントを開始する。また、このタイマ７０は、ゲート駆動部９０から駆動信号が入力されることで、カウントをリセットするようになっている。ここで計測した経過時間ｔは、信号線Ｓ５を介してリトライ実行部８０に出力される。
The
なお、本明細書において、「半導体スイッチ３０が最初にオン状態となる」とは、外部スイッチ２００からの駆動要求信号に応じてゲート駆動部９０から出力された駆動信号により、半導体スイッチ３０がオン状態となることをいう。
In the present specification, "the
リトライ実行部８０は、異常判定部６０により半導体スイッチ３０の異常が判定された場合に、リトライ動作を実行する信号をゲート駆動部９０に出力する。ここで、リトライ動作とは、図２に示すように、半導体スイッチ３０のオン状態とオフ状態とを繰り返し行う動作のことをいう。このリトライ動作は、維持時間ｔ１０に亘り半導体スイッチ３０のオン状態が維持されるオン動作と、維持時間ｔ２０に亘り半導体スイッチ３０のオフ状態が維持されるオフ動作と、を交互に含んでいる。なお、本明細書においてｔ１０は、図２のｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，及びｔ１５の総称である。また、本明細書においてｔ２０は、図２のｔ２１，ｔ２２，ｔ２３，及びｔ２４の総称である。
The retry
本実施形態における「オン動作」が本発明における「第１の動作」の一例に相当し、本実施形態における「オフ動作」が本発明における「第２の動作」の一例に相当し、本実施形態における「維持時間ｔ１０」が本発明における「第１の間隔」の一例に相当し、本実施形態における「維持時間ｔ２０」が本発明における「第２の間隔」の一例に相当する。 The "on operation" in the present embodiment corresponds to an example of the "first operation" in the present invention, and the "off operation" in the present embodiment corresponds to an example of the "second operation" in the present invention. The "maintenance time t 10 " in the embodiment corresponds to an example of the "first interval" in the present invention, and the "maintenance time t 20 " in the present embodiment corresponds to an example of the "second interval" in the present invention.
維持時間ｔ１０は、オフ動作からオン動作への切り替えが行われた時に開始し、その後、異常判定部６０が半導体スイッチ３０の異常を判定した時に終了する値である。なお、維持時間ｔ１０は、特に上述に限定されず、予め設定された値を用いてもよい。
The maintenance time t 10 is a value that starts when the off operation is switched to the on operation and then ends when the
維持時間ｔ２０は、リトライ実行部８０により、一度のオン動作中にキャパシタ１２０が蓄えた電荷量に対して、当該オン動作の直後の一度のオフ動作中にキャパシタ１２０から放出される電荷量が相対的に小さくなるように設定されている。
The maintenance time t 20 is such that the amount of electric charge released from the
本実施形態では、図３（ａ）に示すように、リトライ実行部８０によりオン動作が実行されると、半導体スイッチ３０がオン状態となり、電源２０が外部負荷１００に対して電力を供給する。このとき、外部負荷１００のキャパシタ１２０に電荷が蓄えられる。一方、リトライ実行部８０によりオフ動作が実行されると、図３（ｂ）に示すように、半導体スイッチ３０がオフ状態となり、電源２０による外部負荷１００に対する電力供給が停止する。このとき、外部負荷１００のキャパシタ１２０は、蓄えた電荷を抵抗１１０に向けて放出する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, when the retry
本実施形態では、リトライ実行部８０が上述の通り維持時間ｔ２０を設定することで、キャパシタ１２０における充放電を制御して、当該キャパシタ１２０に電荷を徐々に蓄えることができる（図２参照）。キャパシタ１２０の充電が完了すると、図３（ｃ）に示すように、抵抗１１０が電源２０からの電力供給を受けて安定した動作を開始する。
In the present embodiment, by setting the maintenance time t 20 as described above, the retry
本実施形態のリトライ実行部８０による維持時間ｔ２０の設定方法について、さらに詳しく説明する。本実施形態において、一度のオン動作中にキャパシタ１２０に蓄えられる電荷量ｑ（ｔ１０）は、下記（２）式で表すことができる。
但し、上記（２）式において、Ｃはキャパシタ１２０の電気容量であり、Ｅは電源２０の出力電圧であり、ＲＩは電力線Ｐの電気抵抗値である。
However, in the above (2), C is the capacitance of
また、オン動作とオフ動作を各一度ずつ行った後にキャパシタ１２０に残存する電荷量ｑ（ｔ２０）は、下記（３）式で表すことができる。
但し、上記（３）式において、Ｑ０はキャパシタ１２０が電荷を放出する前に当該キャパシタ１２０に蓄えられていた電荷量であり、ＲＬは抵抗１１０の電気抵抗値である。なお、本実施形態では、Ｑ０はオフ動作の直前のオン動作中にキャパシタ１２０に蓄えられた電荷量ｑ（ｔ１０）である。
However, in the above equation (3), Q 0 is the amount of electric charge stored in the
上記（２）式及び（３）式に基づくと、一度のオン動作と、直後の一度のオフ動作とが実行された後にキャパシタ１２０に残存する電荷量ｑ（ｔ１０，ｔ２０）は、下記（４）式で表すことができる。
本実施形態のリトライ実行部８０は、一度のオン動作中にキャパシタ１２０が蓄えた電荷量に対して、当該オン動作の直後の一度のオフ動作中にキャパシタ１２０から放出される電荷量が相対的に小さくなるように、下記（５）式の演算式に基づいて維持時間ｔ２０を設定する。
なお、図２に示すように、最初に実行されるオフ動作の維持時間ｔ２１は、半導体スイッチ３０の最初のオン状態の間にキャパシタ１２０に蓄えられた電荷量に対して、当該最初に実行されるオフ動作中にキャパシタ１２０から放出される電荷量が相対的に小さくなるように設定する。
As shown in FIG. 2, the maintenance time t 21 of the first off operation is executed first with respect to the amount of electric charge stored in the
本明細書中の電荷量ｑ（ｔ１０，ｔ２０）は、図２のｑ（ｔ１１，ｔ２１），ｑ（ｔ１２，ｔ２２），ｑ（ｔ１３，ｔ２３），及びｑ（ｔ１４，ｔ２４）の総称である。 The charge amounts q (t 10 , t 20 ) in the present specification are q (t 11 , t 21 ), q (t 12 , t 22 ), q (t 13 , t 23 ), and q (t 13 ) in FIG. t 14, is a generic name of t 24).
本実施形態のリトライ実行部８０には、閾値時間Ｔ１と、閾値時間Ｔ２とが予め保存されている。本実施形態における「閾値時間Ｔ１」が本発明における「第１の閾値」の一例に相当し、本実施形態における閾値時間Ｔ２」が本発明における「第２の閾値」の一例に相当する。
In the retry
閾値時間Ｔ１は、図４に示すように、リトライ動作を行わない場合において、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となってから突入電流が収束するまでの推定時間であり、電源２０から外部負荷１００に対して電力が供給された際に、突入電流による過電流が生じているか否かを判定するために用いられる。この閾値時間Ｔ１は、キャパシタ１２０の電気容量に応じて、予め実験的に求める。
As shown in FIG. 4, the threshold time T 1 is an estimated time from when the
リトライ実行部８０は、異常判定部６０により半導体スイッチ３０の異常が判定されたら、その判定結果が入力されたときの経過時間ｔをタイマ７０から取得し、当該タイマ７０が計測した計測値と、閾値時間Ｔ１とを比較する。そして、リトライ実行部８０は、これらの大小関係に基づいて、リトライ動作を実行するか否かを判定する。ここでは、タイマ７０による計測値が閾値時間Ｔ１よりも小さいときに異常判定部６０により半導体スイッチ３０の異常が判定された場合、リトライ実行部８０はリトライ動作を開始する。
When the
閾値時間Ｔ２は、図４に示すように、リトライ動作を行う場合において、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となってから突入電流が収束するまでの推定時間であり、発生している過電流が突入電流によるものか否かを判定するために用いられる。リトライ動作が実行される分だけ、閾値時間Ｔ２は閾値時間Ｔ１に対して相対的に大きい値となる。この閾値時間Ｔ２は、外部負荷１００の抵抗１１０の種類に応じて、予め実験的に求める。特に限定しないが、たとえば、抵抗の種類が灯火系、ワイパ系、ウォッシャ系の場合、閾値時間Ｔ２は２００ｍｓに設定される。抵抗の種類がＥＣＵの場合、閾値時間Ｔ２は１００ｍｓに設定される。
As shown in FIG. 4, the threshold time T 2 is an estimated time from when the
リトライ実行部８０は、リトライ動作を実行している間、タイマ７０から経過時間ｔを取得して、タイマ７０が計測した計測値と、閾値時間Ｔ２とを比較する。そして、リトライ実行部８０は、これらの大小関係に基づいて、リトライ動作を終了するか否かを判定する。ここでは、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ２よりも大きい場合、リトライ実行部８０はリトライ動作を終了する。一方、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ２以下の場合、リトライ実行部８０はリトライ動作を継続する。
The retry
また、本実施形態のリトライ実行部８０は、当該リトライ動作が終了するまでにキャパシタ１２０の充電をより確実に完了させる観点から、下記（６）式の演算式を満たすように、オフ動作の維持時間ｔ２０を設定している。
上記（６）式の右辺は、一度のオン動作と、直後の一度のオフ動作とが実行された後にキャパシタ１２０に残存する電荷量であって、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ２のときに、キャパシタ１２０の充電が完了しているために必要な値である。
The right side of the above equation (6) is the amount of electric charge remaining in the
上記（６）式を整理すると、下記（７）式として表すことができる。
上記（７）式をグラフに示すと、図５のとおりとなる。本実施形態のリトライ実行部８０は、図５に示すように、下記（８）式を満たす範囲で維持時間ｔ２０を設定することができる。これにより、突入電流による過電流を収束させつつ、リトライ動作が終了するまでにキャパシタ１２０の充電をより確実に完了させることができる。
０＜ｔ２０＜Ｔｚ・・・（８）
The above equation (7) is shown in a graph as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the retry
0 <t 20 <Tz ... (8)
また、本実施形態のリトライ実行部８０は、リトライ動作に含まれる複数のオフ動作の維持時間ｔ２０が、相互に異なる値となるように設定している。具体的には、図２に示すｔ２１，ｔ２２，ｔ２３，及びｔ２４を、相互に異なる値となるように設定する。この場合、リトライ実行部８０は、各オフ動作の維持時間ｔ２０を予め設定された線形合同法等の乱数発生アルゴリズムを用いてランダムに設定してもよい。なお、各オフ動作の維持時間ｔ２０をランダムに設定する場合でも、リトライ実行部８０は、上記（８）式の範囲内において、各維持時間ｔ２０を設定することが好ましい。
Further, the retry
ゲート駆動部９０には、信号線Ｓ１を介して外部スイッチ２００から駆動要求信号が入力される。ゲート駆動部９０は、駆動要求信号が入力されると、駆動信号をゲート電極３３に出力する。これにより、半導体スイッチ３０がオン状態となる。外部スイッチ２００からの駆動要求信号が停止すると、ゲート駆動部９０は、ゲート電極３３に対する駆動信号を停止する。これにより、半導体スイッチ３０はオフ状態となる。なお、ゲート駆動部９０は、外部スイッチ２００から駆動要求信号が入力された場合、信号線Ｓ６を介して、駆動信号をタイマ７０に出力する。
A drive request signal is input to the
また、ゲート駆動部９０には、信号線Ｓ７を介してリトライ実行部８０からリトライ動作を実行する指令が入力される。ゲート駆動部９０は、リトライ動作を実行する指令に合わせて、ゲート電極３３に駆動信号の入力と停止とを交互に行う。
Further, a command to execute the retry operation is input from the retry
次に、図２及び図６を参照して、本実施形態に係る過電流保護装置１０の制御手順を説明する。以下の処理は過電流保護装置１０の制御装置４０内にインストールされた当該過電流保護装置１０の制御プログラムによって実行される。図６は本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置の制御手順を示すフローチャート（その１）である。
Next, the control procedure of the
図６に示す制御ルーチンは、外部負荷１００のキャパシタ１２０の充電が完了していない状態で実行される。まず、ステップＳＴ１にて、外部スイッチ２００の駆動要求信号がゲート駆動部９０に入力されると、ステップＳＴ２にてゲート駆動部９０が駆動信号をゲート電極３３に出力する。これにより、半導体スイッチ３０がオン状態となり、電源２０による外部負荷１００に対する電力供給が開始される。
The control routine shown in FIG. 6 is executed in a state where charging of the
ステップＳＴ３では、ゲート駆動部９０は、駆動信号をタイマ７０に出力する。これにより、タイマ７０がカウントをリセットする共に、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となってからの経過時間ｔの計測を開始する。このタイムカウントは、ステップＳＴ６又はステップＳＴ７８（図７参照）で過電流保護装置１０の制御が終了するまで行われる。なお、図２のタイムチャートにおけるｔ０が、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となった時に相当する。
In step ST3, the
ステップＳＴ４では、リトライ実行部８０がタイマ７０により計測された計測値と閾値時間Ｔ１とを比較する。計測値が閾値時間Ｔ１よりも小さい場合、ステップＳＴ５に進む。計測値が閾値時間Ｔ１以上の場合、ステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ６では、過電流保護装置１０は、突入電流による過電流が発生していないと判定して、その制御を終了する。なお、計測値が閾値時間Ｔ１以上のときに半導体スイッチに過電流が流れている場合は、デッドショート等の突入電流以外の原因によるものと推定される。
In step ST4, the retry
ステップＳＴ５では、半導体スイッチ３０が異常であるか否かを判定する。具体的には、異常判定部６０は、状態検出部５０により検出された半導体スイッチ３０を流れる電流値Ｉを取得して、当該電流値Ｉと、予め設定された閾値電流Ｉ０とを比較する。電流値Ｉが、閾値電流Ｉ０よりも大きい場合、ステップＳＴ７に進む。ステップＳＴ７では、リトライ実行部８０は、突入電流による過電流が発生しているものと判定して、リトライ動作を開始する。このステップＳＴ７については、後に詳細に説明する。電流値Ｉが、閾値電流Ｉ０よりも小さい場合、ステップＳＴ４に戻り、ステップＳＴ４〜ステップＳＴ５を繰り返す。なお、図２のタイムチャートにおけるｔ１が、リトライ実行部８０がリトライ動作を開始した時に相当する。
In step ST5, it is determined whether or not the
次に、図２及び図７を参照しながら、リトライ実行部８０がリトライ動作を実行するときの制御ルーチンについて説明する。図７は本発明の一実施の形態に係る過電流保護装置の制御手順を示すフローチャート（その２）である。
Next, the control routine when the retry
まず、ステップＳＴ７１では、リトライ実行部８０が半導体スイッチ３０をオフ状態にする指令をゲート駆動部９０に出力する。ゲート駆動部９０は、半導体スイッチ３０に対する駆動信号を停止し、半導体スイッチ３０をオフ状態にする。これにより、リトライ動作のオフ動作が開始される。
First, in step ST71, the retry
次に、ステップＳＴ７２では、リトライ実行部８０は、ステップＳＴ７１で開始されたオフ動作の維持時間ｔ２０を算出するため、直前のオン動作の維持時間ｔ１０を求める。具体的には、リトライ実行部８０は、オフ動作からオン動作へ切り替わった時の経過時間ｔをタイマ７０から取得し、その後に異常判定部６０が半導体スイッチ３０の異常を判定した時の経過時間ｔをタイマ７０から取得し、これらを減算処理することで維持時間ｔ１０を求める。なお、最初のオフ動作の維持時間ｔ２１を算出する場合、リトライ実行部８０は、半導体スイッチ３０の最初のオン状態が維持された時間ｔ１１を求める。
Next, in step ST72, the retry
次に、ステップＳＴ７３では、リトライ実行部８０は、オフ動作の維持時間ｔ２０を設定する。ここでは、リトライ実行部８０は、まず、ステップＳＴ７２で求めた維持時間ｔ１０と、予め保存された上記（７）式の演算式とを用いて維持時間ｔ２０の設定可能な範囲（すなわち、上記（８）式の範囲）を算出する。そして、リトライ実行部８０は、上記（８）式の範囲内において、維持時間ｔ２０をランダムに設定する。
Next, in step ST73, the retry
次に、リトライ実行部８０は、オフ動作を開始してから設定した維持時間ｔ２０が経過するまで、ステップＳＴ７４を繰り返し、オフ動作を開始してから維持時間ｔ２０が経過したら、ステップＳＴ７５に進む。
Then, the retry
次に、ステップＳＴ７５では、リトライ実行部８０は、半導体スイッチ３０をオン状態にする指令をゲート駆動部９０に出力する。ゲート駆動部９０は、半導体スイッチ３０に対する駆動信号を出力し、半導体スイッチ３０をオン状態とする。これにより、リトライ動作のオフ動作が終了すると共に、オン動作が開始される。
Next, in step ST75, the retry
次に、ステップＳＴ７６では、リトライ実行部８０がタイマ７０により計測された計測値と閾値時間Ｔ２とを比較する。計測値が閾値時間Ｔ２よりも小さい場合、ステップＳＴ７７に進む。計測値が閾値時間Ｔ２以上の場合、ステップＳＴ７８に進む。ステップＳＴ７８では、時間経過により突入電流による過電流は収束したものとして、リトライ実行部８０はリトライ動作を終了する。なお、計測値が閾値時間Ｔ２以上のときに半導体スイッチ３０に過電流が流れている場合は、デッドショート等の突入電流以外の原因によるものと推定される。なお、図２のタイムチャートにおけるｔ２が、リトライ実行部８０がリトライ動作を終了した時に相当する。
Next, in step ST76, the retry
次に、ステップＳＴ７７では、半導体スイッチ３０が異常であるか否かを判定する。リトライ動作を実行している間でも、キャパシタ１２０の充電が完了していなければ、半導体スイッチ３０を再度オン状態となった場合に、半導体スイッチ３０に突入電流が流れる。ここでは、異常判定部６０により半導体スイッチ３０の異常が判定されると、突入電流が収束していないものとして、リトライ動作を継続する。
Next, in step ST77, it is determined whether or not the
このステップＳＴ７７では、異常判定部６０は、状態検出部５０により検出された半導体スイッチ３０を流れる電流値Ｉを取得して、当該電流値Ｉと、予め設定された閾値電流Ｉ０とを比較する。電流値Ｉが、閾値電流Ｉ０よりも大きい場合、ステップＳＴ７１に戻り、ステップＳＴ７１〜ステップＳＴ７７を繰り返す。一方、電流値Ｉが、閾値電流Ｉ０以下の場合、ステップＳＴ７６に戻り、ステップＳＴ７６〜ステップＳＴ７７を繰り返す。ここでは、キャパシタ１２０の充電が完了していれば、経過時間ｔが閾値時間Ｔ２に達した後、リトライ動作が終了する（ステップＳＴ７８）。
In this step ST77, the
ステップＳＴ７７において、状態検出部５０が検出した電流値Ｉが、閾値電流Ｉ０以上の場合、ステップＳＴ７１に戻り、リトライ実行部８０は、半導体スイッチ３０をオフ状態にする指令をゲート駆動部９０に出力する。これにより、リトライ動作のうち２回目のオフ動作が開始される。そして、リトライ実行部８０は、２回目のオフ動作の直前のオン動作の維持時間ｔ１２を求めた後（ステップＳＴ７２）、２回目のオフ動作の維持時間ｔ２２を設定する（ステップＳＴ７３）。この場合、リトライ実行部８０は、維持時間ｔ２２を最初のオフ動作の維持時間ｔ２１とは異なる値となるようにランダムに設定する。
If the current value I detected by the
ステップＳＴ７８において、リトライ実行部８０がリトライ動作を終了したら、図２に示すように、過電流保護装置１０は、半導体スイッチ３０のオン状態を保持する。そして、外部２００からの駆動要求信号が停止されると、半導体スイッチ３０をオフ状態に切り替えて、電源２０による外部負荷１００への電力供給を停止する。なお、図２のタイムチャートにおけるｔ３が、電源２０による外部負荷１００への電力供給を停止した時に相当する。
In step ST78, when the retry
本実施形態の過電流保護装置１０及び制御方法は、以下の効果を奏する。
The
従来の過電流保護装置としては、機械式のヒューズを用いたものが一般的であった。この機械式ヒューズは過電流によって溶断してしまうので、その都度交換が必要であったり、対象とする電圧帯に応じたヒューズを用いる必要がある等、コストの増大を招いていた。このため、近年では、機械式ヒューズに代わり、半導体スイッチを用いて、当該半導体スイッチのオン状態とオフ状態により電力線の導通・遮断を切り替える過電流保護装置が用いられている。このような半導体スイッチを用いた過電流保護装置では、機械式ヒューズのような交換作業が不要であり、対象とする電圧帯も設定可能であるため、コストを低減することができる。 As a conventional overcurrent protection device, a device using a mechanical fuse has been generally used. Since this mechanical fuse blows due to an overcurrent, it has been necessary to replace it each time, or to use a fuse according to the target voltage band, resulting in an increase in cost. For this reason, in recent years, an overcurrent protection device has been used in which a semiconductor switch is used instead of a mechanical fuse to switch the continuity / cutoff of a power line depending on whether the semiconductor switch is on or off. An overcurrent protection device using such a semiconductor switch does not require replacement work such as a mechanical fuse, and the target voltage band can be set, so that the cost can be reduced.
ここで、外部負荷がキャパシタを含む場合、未充電のキャパシタのインピーダンスが極めて小さいことに起因して突入電流による過電流が発生することがある。従来の半導体スイッチを用いた過電流保護装置では、上述のような場合に生じる突入電流に対しても半導体スイッチがオフとなるように動作してしまうことがあった。この場合、キャパシタを十分に充電することができず、また、再度半導体スイッチをオンとするまでにキャパシタに蓄えられた電荷が放出されてしまうため、突入電流による過電流が収束し難い。このため、その後も半導体スイッチが誤動作してオフ状態となってしまうおそれがある、という問題があった。 Here, when the external load includes a capacitor, an overcurrent due to an inrush current may occur due to the extremely small impedance of the uncharged capacitor. In the overcurrent protection device using the conventional semiconductor switch, the semiconductor switch may operate so as to be turned off even with respect to the inrush current generated in the above case. In this case, the capacitor cannot be sufficiently charged, and the electric charge stored in the capacitor is released by the time the semiconductor switch is turned on again, so that the overcurrent due to the inrush current is difficult to converge. Therefore, there is a problem that the semiconductor switch may malfunction and be turned off even after that.
また、突入電流による過電流は許容する一方、デッドショートによる過電流は遮断するように過電流保護回路を構築すると、電力線の線径を大きくしたり、高い遮断特性を有する半導体スイッチを用いる必要があるため、コストの増大を招く、という問題もあった。 In addition, if an overcurrent protection circuit is constructed so as to allow overcurrent due to inrush current while interrupting overcurrent due to dead short circuit, it is necessary to increase the wire diameter of the power line or use a semiconductor switch having high breaking characteristics. Therefore, there is also a problem that the cost increases.
これに対し、本実施形態の過電流保護装置１０は、突入電流が発生した場合に行われるリトライ動作において、オン動作中に外部負荷１００のキャパシタ１２０に蓄えられた電荷量に対して、当該オン動作の直後のオフ動作中にキャパシタ１２０から放出される電荷量を相対的に小さくなるように、当該オフ動作の維持時間ｔ２０を設定している。このため、突入電流による過電流を収束させることができるので、突入電流による過電流に対する半導体スイッチ３０の誤動作の発生を抑制することができる。
On the other hand, the
また、半導体スイッチ３０の誤動作の発生の抑制を図るに際し、電力線Ｐの線径を大きくしたり、高い遮断特性を有する半導体スイッチを用いる必要がないため、過電流保護装置１０のコストを低減できる。
Further, in order to suppress the occurrence of malfunction of the
また、本実施形態では、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ１以下のときに半導体スイッチ３０の異常が検出された場合に、リトライ実行部８０がリトライ動作を実行する。この閾値時間Ｔ１を基準として、電源２０から外部負荷１００に対して電力が供給された際に、突入電流による過電流が生じているか否かを判定することで、突入電流による過電流に対する半導体スイッチ３０の誤動作の発生をさらに抑制することができる。
Further, in the present embodiment, when an abnormality of the
また、本実施形態では、タイマ７０が計測した計測値が閾値時間Ｔ２以上となった場合に、リトライ実行部８０がリトライ動作を終了する。これにより、発生している過電流が突入電流によるものか否かを判定することができるので、突入電流による過電流に対して、半導体スイッチ３０の誤動作の発生をより確実に抑制することができる。
Further, in the present embodiment, when the measured value measured by the
また、本実施形態では、リトライ実行部８０が上記（７）式を満たすように、維持時間ｔ２０を設定することで、当該リトライ動作が終了するまでにキャパシタ１２０の充電をより確実に完了させることができる。
Further, in the present embodiment, by setting the maintenance time t 20 so that the retry
また、リトライ動作において、複数のオフ動作の各維持時間が相互に同一の値に設定すると、周期的な電圧降下が生じてしまうおそれがある。この場合、電源２０に接続された他の外部負荷（不図示）に対する電源電圧も周期的に振動してしまい、当該他の外部負荷の性能を損ねるおそれがある。これに対し、本実施形態では、リトライ実行部８０は、複数のオフ動作のそれぞれついて、維持時間ｔ２０を相互に異なる値に設定することで、周期的な電圧降下が生じるのを抑制することができる。
Further, in the retry operation, if each maintenance time of the plurality of off operations is set to the same value, a periodic voltage drop may occur. In this case, the power supply voltage for another external load (not shown) connected to the
以上に説明した過電流保護装置１０を複数備え、一つの電源から複数の外部負荷に対して電力を分配して供給する電力分配装置１について、図８を参照しながら説明する。図８は本発明の一実施の形態に係る電力分配装置を示すブロック図である。
A
本実施形態の電力分配装置１は、図８に示すように、２つの外部負荷１００Ａ，１００Ｂに対して電力を分配して供給する装置である。本実施形態における「電力分配装置１」が本発明における「電力分配装置」の一例に相当する。
As shown in FIG. 8, the
本実施形態の外部負荷１００Ａ，１００Ｂは、いずれも上述の車載機器である。この外部負荷１００Ａ，１００Ｂは、共通の電源２０Ａに対して並列に接続されている。電源２０Ａと外部負荷１００Ａとは、電力線Ｐ１を介して接続されている。電源２０Ａと外部負荷１００Ｂとは、電力線Ｐ２を介して接続されている。
The
本実施形態の電力分配装置１は、第１の過電流保護装置１０Ａと、第２の過電流保護装置１０Ｂとを備えている。本実施形態では、第１の過電流保護装置１０Ａの電源と、第２の過電流保護装置１０Ｂの電源とは、同一の電源２０Ａとなっている。
The
第１の過電流保護装置１０Ａは、外部負荷１００Ａに対応している。具体的には、第１の過電流保護装置１０Ａの半導体スイッチ３０Ａが電力線Ｐ１に設けられており、当該半導体スイッチ３０Ａのオン／オフを切り替えて、電源２０Ａによる外部負荷１００Ａに対する電力の供給／停止を制御している。この第１の過電流保護装置１０Ａには、外部スイッチ２００Ａから外部負荷１００Ａの駆動要求信号が入力される。
The first
第２の過電流保護装置１０Ｂは、外部負荷１００Ｂに対応している。具体的には、第２の過電流保護装置１０Ｂの半導体スイッチ３０Ｂが電力線Ｐ２に設けられており、当該半導体スイッチ３０Ｂのオン／オフを切り替えて、電源２０Ａによる外部負荷１００Ｂに対する電力の供給／停止を制御している。この第２の過電流保護装置１０Ｂには、外部スイッチ２００Ｂから外部負荷１００Ｂの駆動要求信号が入力される。
The second
本実施形態では、第１の過電流保護装置１０Ａのリトライ実行部８０Ａは、異常判定部６０Ａの判定結果に応じて、リトライ動作を実行する指令をゲート駆動部９０Ａに出力すると共に、第２の過電流保護装置１０Ｂのリトライ実行部８０Ｂにも同じ指令を出力する。
In the present embodiment, the retry
第２の過電流保護装置１０Ｂのリトライ実行部８０Ｂは、異常判定部６０Ｂの判定結果に応じて、リトライ動作を実行する指令をゲート駆動部９０Ｂに出力すると共に、第１の過電流保護装置１０Ａのリトライ実行部８０Ａにも同じ指令を出力する。リトライ実行部８０Ａとリトライ実行部８０Ｂとは、信号線Ｓ８を介して、相互に信号の送受をすることができる。
The retry
次に、本実施形態の電力分配装置１における制御手順について、図９を参照しながら説明する。図９は本発明の一実施の形態に係る電力分配装置による制御を示すタイムチャートである。
Next, the control procedure in the
第１の過電流保護装置１０Ａは、外部スイッチ２００Ａから駆動要求信号を受け取ると、半導体スイッチ３０Ａをオン状態に切り替える。そして、状態検出部５０Ａにより、半導体スイッチ３０Ａの状態を監視して、異常判定部６０Ａにより半導体スイッチ３０Ａの異常が判定されたら、リトライ実行部８０Ａがリトライ動作を実行する。
Upon receiving the drive request signal from the
一方、第２の過電流保護装置１０Ｂは、外部スイッチ２００Ｂから駆動要求信号を受け取ると、半導体スイッチ３０Ｂをオン状態に切り替える。ここでは、外部スイッチ２００Ｂからの駆動要求信号の入力タイミングが、外部スイッチ２００Ａからの駆動要求信号の入力タイミングに対して遅れている。そして、状態検出部５０Ｂにより、半導体スイッチ３０Ｂの状態を監視して、異常判定部６０Ｂにより半導体スイッチ３０Ｂの異常が判定されたら、リトライ実行部８０Ｂがリトライ動作を実行する。
On the other hand, when the second
このとき、リトライ実行部８０Ａは、第２の過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作を実行している場合、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作を行うのを禁止する。すなわち、リトライ実行部８０Ａは、リトライ動作中において、半導体スイッチ３０Ａのオフ状態が、半導体スイッチ３０Ｂのオフ状態と重なるのを禁止している。
At this time, when the retry
一方、リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作を実行している場合、第２の過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作を行うのを禁止する。すなわち、リトライ実行部８０Ｂは、リトライ動作中において、半導体スイッチ３０Ｂのオフ状態が、半導体スイッチ３０Ａのオフ状態と重なるのを禁止している。
On the other hand, the retry
図９のタイムチャートを用いて、具体的に説明すると、第１の過電流保護装置１０Ａでは、経過時間ｔ４の時に半導体スイッチ３０Ａの異常が判定され、リトライ実行部８０Ａによりリトライ動作が開始されている。そして、リトライ実行部８０Ａは、経過時間ｔ４から経過時間ｔ６までオフ動作を行う。
More specifically, using the time chart of FIG. 9, in the first
第２の過電流保護装置１０Ｂでは、経過時間ｔ５の時に半導体スイッチ３０Ｂの異常が判定され、リトライ実行部８０Ｂによりリトライ動作が開始されている。この場合、リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作が行われているから、第２の過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作を行わない。リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作が終了（図９の経過時間ｔ６に相当）するまで、半導体スイッチ３０Ｂのオン状態を保持する。
In the second
そして、リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作が終了したら、第２過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作を開始する。その後、第１及び第２の過電流保護装置１０Ａ，１０Ｂは、オフ動作が重ならないように、リトライ動作を実行する。
Then, when the retry
このように、本実施形態の電力分配装置１では、リトライ実行部８０Ａは、第２の過電流保護装置１０Ｂにおいてオフ動作が行われている場合に、第１の過電流保護装置においてオフ動作を行うことを禁止している。また、リトライ実行部８０Ｂは、第１の過電流保護装置１０Ａにおいてオフ動作が行われている場合に、第２の過電流保護装置においてオフ動作を行うことを禁止している。これにより、共通の電源２０Ａから外部負荷１００Ａに対する電力供給と、外部負荷１００Ｂに対する電力供給と、を分散して行うことができる。この場合、電力分配装置１において、電源２０Ａから複数の外部負荷に対して供給される電力に共振が生じて、過大な電圧降下が生じることを防ぐことができる。この結果、他の外部負荷の動作の安定性を損ねるのを抑制することができる。
As described above, in the
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 It should be noted that the embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
たとえば、上記の実施形態では、電気容量成分を有するキャパシタ１２０における電気エネルギ量の増減を制御しているが、熱容量成分を有する発熱抵抗体における熱エネルギ量の増減を制御してもよい。以下に、等価的に示した熱回路モデルにおいて、熱抵抗成分と熱容量成分とを含む外部負荷１００Ｃを備える過電流保護装置１０Ｃについて説明する。
For example, in the above embodiment, the increase / decrease in the amount of electric energy in the
図１０は、本発明の他の実施形態に係る過電流保護装置１０Ｃを示すブロック図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。
FIG. 10 is a block diagram showing an
本例の外部負荷１００Ｃは、図１０に示すように、抵抗１１０Ｃを有している。この抵抗１１０Ｃは、発熱抵抗体であり、たとえば、ランプ等の車載機器である。本例の抵抗１１０Ｃでは、その一端が電力線Ｐ及び半導体スイッチ３０を介して電源２０に接続されており、他端が接地されている。なお、抵抗１１０Ｃの一端及び他端の接続先は、特に上述に限定されない。なお、本例において、外部負荷が電気容量成分を含んでいてもよい。
The
抵抗１１０Ｃは、通電される（すなわち、電源２０から電力の供給を受ける）ことで自己発熱する。図１１は、抵抗１１０Ｃを等価的に示した熱回路モデルである。
図１１におけるΔＴは、自己発熱により上昇した抵抗１１０Ｃの温度であり、Ｃｔｈは、抵抗１１０Ｃの熱容量であり、Ｒｔｈは、抵抗１１０Ｃの熱抵抗であり、Ｔｏｕｔは、抵抗１１０Ｃの外部環境温度である。抵抗１１０Ｃの熱容量Ｃｔｈや抵抗１１０Ｃの熱抵抗Ｒｔｈは、予め実験的に求める。抵抗１１０Ｃにおける自己発熱は、ゲート駆動部９０からゲート電極３３に駆動信号が出力され、半導体スイッチ３０がオン状態になると同時に開始する。
The
ΔT in Figure 11, the temperature of the
ここで、抵抗発熱体のインピーダンスと、当該抵抗発熱体の温度とは、正の相関を有することが知られている。抵抗発熱体の温度が高いほど、当該抵抗発熱体のインピーダンスは増大し、抵抗発熱体の温度が低いほど、当該抵抗発熱体のインピーダンスは減少する。つまり、抵抗発熱体の温度が低い場合、当該抵抗発熱体が低インピーダンスであることに起因して、当該抵抗発熱体を含む回路に突入電流による過電流が発生するおそれがある。 Here, it is known that the impedance of the resistance heating element and the temperature of the resistance heating element have a positive correlation. The higher the temperature of the resistance heating element, the higher the impedance of the resistance heating element, and the lower the temperature of the resistance heating element, the lower the impedance of the resistance heating element. That is, when the temperature of the resistance heating element is low, an overcurrent due to an inrush current may occur in the circuit including the resistance heating element due to the low impedance of the resistance heating element.
本例の制御装置４０Ｃは、図１０に示すように、リトライ実行部８０Ｃを有している。このリトライ実行部８０Ｃは、温度検出部８１を有している。この温度検出部８１は、抵抗１１０Ｃの温度を検出する機能を有している。温度検出部８１は、信号線Ｓ９を介して抵抗１１０Ｃの温度（検出結果）をリトライ実行部８０Ｃに出力している。このような温度検出部８１としては、たとえば、サーミスタ等を用いることができる。
As shown in FIG. 10, the
本例の過電流保護装置１Ｃの制御方法について説明する。本例における制御ルーチンは、外部負荷１００Ｃの抵抗１１０Ｃが昇温されていない状態で実行する。まず、半導体スイッチ３０がオン状態となり、外部負荷１００Ｃに電力が供給される。この際、半導体スイッチ３０が最初にオン状態となった直後では、抵抗１１０Ｃの温度が十分に低いため、当該抵抗１１０Ｃの低インピーダンスに起因して過大な電流が半導体スイッチ３０に流れる。異常判定部６０は、半導体スイッチ３０を流れる電流値を監視して、半導体スイッチ３０が異常であると判定したら、判定結果をリトライ実行部８０Ｃに出力する。リトライ実行部８０Ｃは、異常判定部６０が半導体スイッチ３０の異常を判定した場合、リトライ動作を実行する。
The control method of the overcurrent protection device 1C of this example will be described. The control routine in this example is executed in a state where the
ここで、抵抗１１０Ｃは、通電することで自己発熱する。一方、抵抗１１０Ｃは、通電されていない状態では、当該抵抗１１０Ｃの温度が外部環境温度ＴＯＵＴと一致するまで放熱する。つまり、リトライ動作におけるオン動作中では、抵抗１１０Ｃの自己発熱により当該抵抗１１０Ｃの熱容量成分に熱量が蓄えられる（図１１参照）。一方、リトライ動作におけるオフ動作中では、当該抵抗１１０Ｃの熱容量成分に蓄えられた熱量が発散される。
Here, the
この場合、本例のリトライ実行部８０Ｃは、リトライ動作において、オフ動作の維持時間ｔ２０を、直前のオン動作中に抵抗１１０Ｃに蓄えられた熱量に対して、当該オフ動作中に抵抗１１０Ｃから発散される熱量が相対的に小さくなるように設定する。具体的には、リトライ実行部８０Ｃは、温度検出部８１から取得した抵抗１１０Ｃの温度から、オン動作中に抵抗１１０Ｃに蓄えられた熱量を求め、当該求めた熱量よりもオフ動作中に発散される熱量が相対的に小さくなるようにオフ動作の維持時間ｔ２０を設定する。なお、ここでいう温度検出部８１から取得した抵抗１１０Ｃの温度とは、異常判定部６０が半導体スイッチ３０の異常を判定した時の抵抗１１０Ｃの温度である。
In this case, the retry
本例において、維持時間ｔ２０を上述のように設定することで、一度のオン動作と、直後の一度のオフ動作とが実行された後に抵抗１１０Ｃに残存する熱量は正となる。このため、リトライ実行部８０Ｃがリトライ動作を継続することで、抵抗１１０Ｃが徐々に昇温する。そして、抵抗１１０Ｃが十分に昇温したら、当該抵抗１１０Ｃが電源２０からの電力供給を受けて安定した動作を開始する。
In this example, by setting the maintenance time t 20 as described above, the amount of heat remaining in the
ここで、従来の過電流保護装置では、抵抗発熱体の温度が低い場合における当該抵抗発熱体の低インピーダンスに起因して突入電流による過電流が発生することがあり、この過電流により電子スイッチがオフ状態となるように動作してしまうことがあった。電子スイッチがオフ状態となると、抵抗発熱体を通電できず、当該抵抗発熱体が自己発熱できない。このため、抵抗発熱体が昇温せず、当該抵抗発熱体の低インピーダンス状態が持続してしまい、突入電流による過電流が収束しない。これにより、電子スイッチが誤動作を繰り返すおそれがあった。 Here, in the conventional overcurrent protection device, an overcurrent due to an inrush current may occur due to the low impedance of the resistance heating element when the temperature of the resistance heating element is low, and this overcurrent causes the electronic switch to operate. Sometimes it worked to turn it off. When the electronic switch is turned off, the resistance heating element cannot be energized and the resistance heating element cannot self-heat. Therefore, the temperature of the resistance heating element does not rise, the low impedance state of the resistance heating element continues, and the overcurrent due to the inrush current does not converge. As a result, the electronic switch may repeatedly malfunction.
これに対し、本例の過電流保護装置１Ｃでは、リトライ動作において、オン動作中に抵抗１１０Ｃの熱容量成分に蓄えられた熱量に対して、当該オン動作の直後のオフ動作中に熱容量成分から発散される熱量を相対的に小さくできるので、当該抵抗１１０Ｃが徐々に昇温し、突入電流による過電流を収束させることができる。これにより、半導体スイッチ３０の誤動作の発生を抑制することができる。
On the other hand, in the overcurrent protection device 1C of this example, in the retry operation, the amount of heat stored in the heat capacity component of the
なお、本例においても、リトライ実行部８０Ｃに閾値時間Ｔ１、Ｔ２が予め保存されていてもよい。この場合、閾値時間Ｔ１は、抵抗１１０Ｃの熱容量Ｃｔｈに応じて、予め実験的に求める。また、閾値時間Ｔ２は、抵抗１１０Ｃの種類に応じて、予め実験的に求める。
In this example as well, the threshold times T 1 and T 2 may be stored in advance in the retry
１…電力供給装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…過電流保護装置
２０，２０Ａ…直流電源
３０，３０Ａ，３０Ｂ…半導体スイッチ
３１…ソース電極
３２…ドレイン電極
３３…ゲート電極
４０，４０Ｃ…制御装置
５０…状態検出部
６０…異常判定部
７０…タイマ
８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ…リトライ実行部
８１…温度検出部
９０…ゲート駆動部
Ｐ１…動力線
Ｐ１１…第１の区間
Ｐ１２…第２の区間
Ｓ１〜Ｓ９…信号線
１００，１００Ａ，１００Ｂ…外部負荷
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ…抵抗
１２０…キャパシタ
２００，２００Ａ，２００Ｂ…外部スイッチ
1 ...
S1 to S9 ...
Claims (4)
等価的に抵抗成分と容量成分とを含む外部負荷に対して、前記電源から電力を供給する電力線と、
前記電力線に設けられ、前記電力線を導通するオン状態と、前記電力線を遮断するオフ状態と、を切り替え可能な半導体スイッチと、
前記半導体スイッチを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記半導体スイッチに流れる電流又は前記半導体スイッチの温度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された検出値に基づき、前記半導体スイッチに過電流が流れているか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記半導体スイッチに過電流が流れていると判定された場合に、前記半導体スイッチの前記オン状態と前記オフ状態を繰り返し行うリトライ動作を実行するリトライ実行部と、
前記半導体スイッチが最初に前記オン状態となってからの経過時間を計測するタイマと、を有し、
前記リトライ動作は、
第１の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オン状態が維持される第１の動作と、
第２の間隔に亘り前記半導体スイッチの前記オフ状態が維持される第２の動作と、を交互に含み、
前記リトライ実行部は、
前記第１の動作中に前記容量成分に蓄えられたエネルギ量に対して、前記第１の動作の直後の前記第２の動作中に前記容量成分から放出されるエネルギ量が相対的に小さくなるように前記第２の間隔を設定し、
前記タイマが計測する計測値と予め設定された第１の閾値とを比較し、前記計測値が前記第１の閾値以下のときに前記判定部により半導体スイッチに過電流が流れていると判定された場合、前記リトライ動作を実行し、
前記計測値と前記第１の閾値に対して相対的に大きい第２の閾値とを比較し、前記計測値が前記第２の閾値以上となった場合に前記リトライ動作を終了し、
前記第２の間隔は、下記（１）式を満たすように設定されている過電流保護装置。
A power line that supplies power from the power supply to an external load that equivalently includes a resistance component and a capacitance component.
A semiconductor switch provided on the power line and capable of switching between an on state in which the power line is conducted and an off state in which the power line is cut off.
A control device for controlling the semiconductor switch is provided.
The control device is
A detector that detects the current flowing through the semiconductor switch or the temperature of the semiconductor switch,
Based on the detection value detected by the detection unit, a determination unit that determines whether or not an overcurrent is flowing in the semiconductor switch, and a determination unit.
When the determination unit determines that an overcurrent is flowing through the semiconductor switch, a retry execution unit that executes a retry operation that repeatedly repeats the on state and the off state of the semiconductor switch.
It has a timer for measuring the elapsed time since the semiconductor switch was first turned on.
The retry operation is
The first operation in which the on state of the semiconductor switch is maintained for the first interval, and
A second operation in which the semiconductor switch is maintained in the off state for a second interval is alternately included.
The retry execution unit
The amount of energy released from the capacitance component during the second operation immediately after the first operation is relatively smaller than the amount of energy stored in the capacitance component during the first operation. The second interval is set so as to
The measured value measured by the timer is compared with a preset first threshold value, and when the measured value is equal to or less than the first threshold value, the determination unit determines that an overcurrent is flowing through the semiconductor switch. If so, the retry operation is executed.
The measured value is compared with a second threshold value that is relatively large with respect to the first threshold value, and when the measured value becomes equal to or greater than the second threshold value, the retry operation is terminated.
The second interval is an overcurrent protection device set to satisfy the following equation (1).
前記リトライ動作は、複数の前記第２の動作を含み、
前記リトライ実行部は、前記複数の第２の動作のそれぞれついて、前記第２の間隔を相互に異なる値に設定する過電流保護装置。 The overcurrent protection device according to claim 1.
The retry operation includes a plurality of the second operations.
The retry execution unit is an overcurrent protection device that sets the second intervals to different values for each of the plurality of second operations.
前記２つの外部負荷は、並列に接続されており、
前記第１の過電流保護装置は、前記２つの外部負荷の一方に対応しており、
前記第２の過電流保護装置は、前記２つの外部負荷の他方に対応しており、
前記第１の過電流保護装置の前記電源と、前記第２の過電流保護装置の前記電源と、は同一の電源であり、
前記第１の過電流保護装置の前記リトライ実行部及び前記第２の過電流保護装置の前記リトライ実行部は、前記第２の動作を行う期間が互いに重ならないように、前記リトライ動作を実行する電力分配装置。 A power distribution device including the first and second overcurrent protection devices according to claim 1 or 2, which distributes and supplies power to the two external loads.
The two external loads are connected in parallel and
The first overcurrent protection device corresponds to one of the two external loads.
The second overcurrent protection device corresponds to the other of the two external loads.
The power supply of the first overcurrent protection device and the power supply of the second overcurrent protection device are the same power supply.
The retry execution unit of the first overcurrent protection device and the retry execution unit of the second overcurrent protection device execute the retry operation so that the periods during which the second operation is performed do not overlap with each other. Power distribution device.
前記抵抗成分は、電気抵抗体であり、
前記容量成分は、キャパシタである過電流保護装置。 The overcurrent protection device according to claim 1 or 2.
The resistance component is an electric resistor.
The capacitance component is an overcurrent protection device that is a capacitor.
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