JP7027356B2

JP7027356B2 - 入力保護回路

Info

Publication number: JP7027356B2
Application number: JP2019020206A
Authority: JP
Inventors: 翔三浦
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2039-02-07
Also published as: JP2020129849A

Description

本発明は、車載装置と車載バッテリとの間に挿入される入力保護回路に関する。

従来から、車載バッテリの出力電圧に重畳するノイズ成分を除去するためのコイルとコンデンサからなるＬＣフィルタを車載装置と車載バッテリとの間に備えるとともに、ダイオードを用いて車載バッテリ側の電位が低下した際の電流の逆流をダイオードを用いて防止するようにした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－２２１１４３号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された構成では、ＬＣフィルタによってノイズ成分を除去しているが、このＬＣフィルタは１００～３００Ｈｚ付近に共振のピークがあるため、この共振のピークに対応する周波数で車載バッテリの電圧が変動すると、この変動量以上に増幅された電圧が車載装置に印加されるという問題があった。なお、過大な電圧に伴って大電流が流れたときに、電源ラインに挿入されたフューズが溶断するようにして車載装置を保護することも考えられるが、溶断したフューズの交換が必要になるため、このような煩雑な交換作業を要しない対策が望まれる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電源電圧の変動に伴って発生するＬＣフィルタの共振による過大な電圧が電子機器に印加されることを防止することができる入力保護回路を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の入力保護回路は、電源装置とこの電源装置から供給される電力で動作する電子機器との間に挿入される入力保護回路であって、電源装置から電子機器に印加される電源電圧に重畳されるノイズを除去するＬＣフィルタと、電源装置と電子機器との間に接続された逆接保護用のスイッチング素子と、電源電圧がＬＣフィルタの出力電圧よりも低下したときにスイッチング素子をオフする制御手段とを備えている。

電源装置から印加される電源電圧の変動に伴ってＬＣフィルタの共振が生じると、ＬＣフィルタの出力電圧が電源電圧よりも高くなってスイッチング素子がオフされるため、ＬＣフィルタの共振による過大な電圧の発生を抑制することが可能となる。また、この過大な電圧が印加されることによる電子機器の損傷を防止することができる。

また、上述したスイッチング素子は、電源装置が逆接続されたときにオフされる逆接保護用のスイッチング素子であることが望ましい。電源装置の逆接保護用のスイッチング素子をＬＣフィルタ共振時の過大電圧保護用に流用することにより、構成部品の点数低減が可能となる。

また、上述したスイッチング素子は、電源装置とＬＣフィルタとの間の電源線に挿入されていることが望ましい。これにより、電源装置とＬＣフィルタとの間の電流の入出力を遮断してＬＣフィルタの共振を確実に停止することができる。

また、上述した電源装置は、車両に搭載された鉛蓄電池であることが望ましい。また、上述した電源装置および電子機器とともに車両に搭載されていることが望ましい。車両に搭載された電源装置（鉛蓄電池）については、電子機器を含む各種の電気負荷の使用状況により電源電圧の大きな変動を生じる場合があり、このような変動が生じた場合であってもＬＣフィルタの共振を抑制して電子機器に過大な電圧が印加されることを有効に防止することができる。

一実施形態の入力保護回路の構成を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の入力保護回路について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の入力保護回路の構成を示す図である。本実施形態の入力保護回路１００は、電源装置としてのバッテリ２００とこのバッテリ２００から供給される電力で動作する電子機器３００との間に挿入されている。これらの入力保護回路１００、バッテリ２００、電子機器３００は、電子機器３００以外の各種電気負荷とともに車両に搭載されている。また、バッテリ２００は、例えば鉛蓄電池である。

図１に示すように、入力保護回路１００は、ＬＣフィルタ１１０、逆接保護回路１２０、逆電流保護回路１３０を含んで構成されている。

ＬＣフィルタ１１０は、バッテリ２００から電子機器３００に印加される電源電圧に重畳されるノイズを除去するためのものであり、正極側の電源線２１０に挿入されたコイル１１２と、このコイル１１２の出力端（電子機器３００側）とアースとの間に設けられたコンデンサ１１４とを含んで構成されている。このＬＣフィルタ１１０は、ローパスフィルタとして動作し、電源線２１０に混入するスイッチングノイズ等が除去される。

逆接保護回路１２０は、バッテリ２００の正極側端子と負極側端子とを反対にして電源線２１０やアース線２２０に接続するバッテリ２００の逆接続時に、電子機器３００との間で通常動作時と逆方向に電流が流れることを阻止するためのものであり、ＭＯＳＦＥＴ１２２、ツェナーダイオード１２４、ダイオード１２６、抵抗１２８、１２９を含んで構成されている。

ＭＯＳＦＥＴ１２２は、ドレインがバッテリ２００の正極側端子側、ソースがＬＣフィルタ１１０のコイル１１２の一方端側となるように電源線２１０に挿入されているスイッチング素子である。また、ＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートは、ダイオード１２６（カソードがゲート側）と抵抗１２８を介して接地されているとともに、抵抗１２９を介して接地されている。さらに、ＭＯＳＦＥＴ１２２のゲート・ソース間には、カソードがソース側となるようにツェナーダイオード１２４が接続されている。

正極側端子が電源線２１０側となるようにバッテリ２００が正常に接続されている場合には、バッテリ２００の負極側端子が抵抗１２９を介してＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートに接続された状態となる。本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ１２２は、エンハンスメント型ｐチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられており、ソースに対してゲートが負電位になると、ソース・ドレイン間にｐ型のチャネルが形成されて、ＭＯＳＦＥＴ１２２がオンされる。これにより、バッテリ２００の両端電圧がＭＯＳＦＥＴ１２２およびＬＣフィルタ１１０を介して電子機器３００に印加され、動作電力の供給が行われる。

一方、負極側端子が電源線２１０側となるようにバッテリ２００が逆接続されると、バッテリ２００の正極側端子が、抵抗１２８とダイオード１２６を介して、あるいは、抵抗１２９を介してＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートに接続された状態になる。このため、ＭＯＳＦＥＴ１２２のソース・ドレイン間が遮断されて、ＭＯＳＦＥＴ１２２がオフされる。これにより、バッテリ２００と電子機器３００との間で逆方向に流れる電流が遮断される。

逆電流保護回路１３０は、ＬＣフィルタ１１０の出力電圧よりもバッテリ２００の端子電圧（正極側端子の電圧）が低下したときに、逆接保護回路１２０内のＭＯＳＦＥＴ１２２をオフする制御手段であり、バイポーラトランジスタ１３２、ダイオード１３４、抵抗１３６を含んで構成されている。この逆電流保護回路１３０が制御手段に対応する。

バイポーラトランジスタ１３２は、ベースが抵抗１３６を介してＭＯＳＦＥＴ１２２のドレインに、コレクタがＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートに、エミッタがＬＣフィルタ１１０のコイル１１２の他方端にそれぞれ接続されている。また、ダイオード１３６は、バイポーラトランジスタ１３２のベース・エミッタ間にカソードがエミッタ側になるように接続されている。

通常動作時には、ＭＯＳＦＥＴ１２２のドレインの電位とコイル１１２の他方端の電位とがほぼ同じになるため、バイポーラトランジスタ１３２はオフされており、バイポーラトランジスタ１３２のエミッタ・コレクタ間は遮断された状態にある。

ところで、バッテリ２００から逆接保護回路１２０を介してＬＣフィルタ１１０に印加される電圧（電源電圧）が変動してその周波数とＬＣフィルタ１１０の共振周波数とが一致すると、ＬＣフィルタ１１０が共振して出力電圧が上昇する。この状態では、バイポーラトランジスタ１３２のエミッタがベースよりも高くなるため、バイポーラトランジスタ１３２がオンされ、ＬＣフィルタ１１０の出力端がバイポーラトランジスタ１３２のエミッタ・コレクタ間を介してＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートに接続されるようになる。このため、ＭＯＳＦＥＴ１２２のゲート・ソース間の電位差が小さくなり、ソース・ドレイン間が遮断されて、ＭＯＳＦＥＴ１２２がオフされる。これにより、バッテリ２００とＬＣフィルタ１１０との間で電流の入出力が遮断され、ＬＣフィルタ１１０の共振を停止させることができる。

このように、本実施形態の入力保護回路１００では、電源装置としてのバッテリ２００から印加される電圧の変動に伴ってＬＣフィルタ１１０の共振が生じると、ＬＣフィルタ１１０の出力電圧がバッテリ２００の端子電圧よりも高くなってスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１２２がオフされるため、バッテリ２００とＬＣフィルタ１１０との間で電流の入出力が遮断され、ＬＣフィルタ１１０の共振を停止させることによってＬＣフィルタ１１０の共振による過大な電圧の発生を抑制することが可能となる。また、この過大な電圧が印加されることによる電子機器３００の損傷を防止することができる。

特に、逆接保護回路１２０内で逆接保護に用いられているＭＯＳＦＥＴ１２２をＬＣフィルタ１１０共振時の過大電圧保護用に流用することにより、構成部品の点数低減が可能となる。

また、ＭＯＳＦＥＴ１２２がバッテリ２００とＬＣフィルタ１１０との間の電源線２１０に挿入されているため、バッテリ２００とＬＣフィルタ１１０との間の電流の入出力を遮断してＬＣフィルタ１１０の共振を確実に停止することができる。

また、車両に搭載されたバッテリ２００（鉛蓄電池）については、電子機器３００を含む各種の電気負荷の使用状況により端子電圧の大きな変動を生じる場合があり、このような変動が生じた場合であっても、ＬＣフィルタ１１０の共振を抑制して電子機器３００に過大な電圧が印加されることを有効に防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、バッテリ２００、電子機器３００や入力保護回路１００が車両に搭載される場合を想定したが、車両以外で用いられる場合についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、電源装置として鉛蓄電池であるバッテリ２００を考えたが、鉛蓄電池以外の電源装置を用いる場合であっても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、ＬＣフィルタ１１０が共振してその出力電圧が上昇したときに逆電流保護回路１３０内のバイポーラトランジスタ１３２がオンする場合について説明したが、それ以外、例えばバッテリ２００の端子電圧（逆接保護回路１２０内のＭＯＳＦＥＴ１２２のドレインの電圧）が一時的に低下した場合にもバイポーラトランジスタ１３２がオフする。このため、バッテリ２００の端子電圧が一時的に低下する瞬断が発生した場合にもＭＯＳＦＥＴ１２２がオフされて、ＬＣフィルタ１１０の出力電圧の急激な低下が抑制されるため、電子機器３００が電源電圧の低下に伴って強制的にリセットされることを防止することができる。

また、上述した実施形態では、ＬＣフィルタ１１０の出力電圧よりもバッテリ２００の端子電圧が低下したときに、逆接保護回路１２０内のＭＯＳＦＥＴ１２２をオフする制御をバイポーラトランジスタ１３２を用いて行ったが、その他の素子（ＦＥＴや電圧比較器など）を用いて行うようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、電源装置から印加される電源電圧の変動に伴ってＬＣフィルタの共振が生じると、ＬＣフィルタの出力電圧が電源電圧よりも高くなってスイッチング素子がオフされるため、ＬＣフィルタの共振による過大な電圧の発生を抑制することが可能となる。また、この過大な電圧が印加されることによる電子機器の損傷を防止することができる。

１００入力保護回路
２００バッテリ
３００電子機器
１１０ＬＣフィルタ
１２０逆接保護回路
１３０逆電流保護回路
１１２コイル
１１４コンデンサ
１２２ＭＯＳＦＥＴ
１３２バイポーラトランジスタ

Claims

電源装置とこの電源装置から供給される電力で動作する電子機器との間に挿入される入力保護回路であって、
前記電源装置から前記電子機器に印加される電源電圧に重畳されるノイズを除去するＬＣフィルタと、
前記電源装置と前記電子機器との間に接続されて前記電源装置の逆接続時にオフされる逆接保護用のスイッチング素子と、
前記電源電圧が前記ＬＣフィルタの出力電圧よりも低下したときに前記スイッチング素子をオフする制御手段と、
を備えることを特徴とする入力保護回路。
前記スイッチング素子は、前記電源装置が逆接続されたときにオフされる逆接保護用のスイッチング素子であることを特徴とする請求項１に記載の入力保護回路。
前記スイッチング素子は、前記電源装置と前記ＬＣフィルタとの間の電源線に挿入されていることを特徴とする請求項１または２に記載の入力保護回路。
前記電源装置は、車両に搭載された鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の入力保護回路。
前記電源装置および前記電子機器とともに車両に搭載されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の入力保護回路。