JP7225179B2

JP7225179B2 - スイッチ制御装置、スイッチ制御方法、及び車載電源システム

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Publication number: JP7225179B2
Application number: JP2020169870A
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Inventors: 淳 ▲高▼橋
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Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2020-10-07
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Description

本発明は、電源用のスイッチ制御装置、スイッチ制御方法、及び車載電源システムに関する。

第１の定格電圧レベルを有する第１のバッテリーと、第１の定格電圧レベルよりも低い第２の定格電圧レベルを有する第２のバッテリー（又は別の蓄積媒体）と、これらを接続し、これらの間のエネルギー交換を管理する制御ユニットとを備える車載電源システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の車載電源システムの制御ユニットでは、第１のバッテリーの電圧がコンパレータの非反転入力側に供給され、第２のバッテリーの電圧がコンパレータの反転入力側に供給され、第１のバッテリーの電圧が第２のバッテリーの電圧よりも高い状態であれば、コンパレータにより、スイッチング素子が閉じた状態に制御され、極性反転保護ダイオードが橋絡される。他方で、第１のバッテリーの電圧が第２のバッテリーの電圧よりも下方にある電圧閾値まで低下した場合、コンパレータにより、スイッチング素子が開放状態に制御され、第２のバッテリーから第１のバッテリーへの電荷の流出（逆流）が阻止される。

特表２０１３－５２２１０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車載電源システムでは、コンパレータ等を備えるアナログ回路が必要になり、実装部品が増えて基板サイズが大型化すると共に高コスト化する。この問題はマイクロプロセッサを用いたソフトウェアによる制御に変更することで解決できる。しかしながら、第１のバッテリー（以下、第１の電源という）の電圧が第２のバッテリー（以下、第２の電源という）の電圧よりも低くなり、第２の電源から第１の電源への電流の逆流が生じ得る状態では、両電源間の電位差は例えば数ｍＶ程度の微量である。そのため、マイクロプロセッサを用いたソフトウェアによる制御では、両電源間の電位差を検出することは容易ではない。従って、実際にスイッチング素子（以下、半導体スイッチという）が開放状態に制御されるタイミングが、逆流が生じた後になる可能性を否定できない。

本発明は、上記事情に鑑み、制御回路の大型化や高コスト化を招くことなく、第２の電源から第１の電源への電流の逆流を抑制できるスイッチ制御装置、スイッチ制御方法、及び車載電源システムを提供することを目的とする。

本発明のスイッチ制御装置は、第１の電源と前記第１の電源よりも定格電圧が低い第２の電源とを接続しゲート駆動回路から供給されるゲート駆動電圧によりゲートが駆動される電圧制御型の半導体スイッチを制御するスイッチ制御装置であって、前記第１の電源の電圧Ｖ１と前記第２の電源の電圧Ｖ２との差である電位差ΔＶ（＝Ｖ１－Ｖ２）が、正の第１の所定値以上又は前記第１の所定値より大きい場合、前記半導体スイッチをＯＮの状態にし、前記電位差ΔＶが、前記第１の所定値より小さい又は前記第１の所定値以下であり、且つ、０以下の第２の所定値より大きい又は前記第２の所定値以上である場合、前記ゲート駆動回路にＰＷＭ信号を出力して前記半導体スイッチを連続的又は断続的にハーフオンの状態にし、前記電位差ΔＶが前記第２の所定値以下又は前記第２の所定値より小さい場合、前記半導体スイッチをＯＦＦの状態にする。

本発明のスイッチ制御装置において、前記電位差ΔＶが、前記第１の所定値より小さい又は前記第１の所定値以下であり、且つ、前記第２の所定値より大きい又は前記第２の所定値以上である場合、前記ゲート駆動回路に前記ＰＷＭ信号とＯＮ信号とを交互に送信することにより前記半導体スイッチを交互にハーフオンの状態とＯＮの状態とにしてもよい。

本発明のスイッチ制御装置において、前記半導体スイッチは、電界効果トランジスタスイッチであってもよい。

本発明のスイッチ制御方法は、第１の電源と前記第１の電源よりも定格電圧が低い第２の電源とを接続しゲート駆動回路から供給されるゲート駆動電圧によりゲートが駆動される電圧制御型の半導体スイッチを、スイッチ制御装置を用いて制御するスイッチ制御方法であって、前記第１の電源の電圧Ｖ１と前記第２の電源の電圧Ｖ２との差である電位差ΔＶ（＝Ｖ１－Ｖ２）が、正の第１の所定値以上又は前記第１の所定値より大きい場合、前記半導体スイッチをＯＮの状態にし、前記電位差ΔＶが、前記第１の所定値より小さい又は前記第１の所定値以下であり、且つ、０以下の第２の所定値より大きい又は前記第２の所定値以上である場合、前記ゲート駆動回路にＰＷＭ信号を出力して前記半導体スイッチを連続的又は断続的にハーフオンの状態にし、前記電位差ΔＶが前記第２の所定値以下又は前記第２の所定値より小さい場合、前記半導体スイッチをＯＦＦの状態にする。

本発明の車載電源システムは、前記スイッチ制御装置と、前記スイッチ制御装置によって制御される前記半導体スイッチと、前記半導体スイッチに前記ゲート駆動電圧を供給する前記ゲート駆動回路と、前記半導体スイッチによって接続される前記第１の電源及び前記第２の電源とを備える。

本発明によれば、ＰＷＭ制御というソフトウェアによる制御で半導体スイッチをハーフオンの状態として電位差ΔＶを正の第１の所定値に維持することにより、半導体スイッチを流れる電流が順流の状態から逆流の状態に遷移する瞬間、電位差ΔＶが０以下の第２の所定値まで急落する。この電位差ΔＶの急落を検知して半導体スイッチをＯＦＦの状態に切り換えることにより、逆流の状態の検知遅れを抑制できる。従って、制御回路の大型化や高コスト化を招くことなく、第２の電源から第１の電源への逆流を抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチ制御装置を備える車載電源システムを示す図である。図２は、図１に示すＭＰＵ及びドライバの機能を示すブロック図である。図３は、図１に示すスイッチユニットの状態遷移を示す図である。図４は、ＰＷＭ制御を実施しない場合の電位差ΔＶとゲート駆動電圧Ｖ_Ｇと切換スイッチの状態との関係を示すタイミングチャートである。図５は、ＰＷＭ制御を実施する場合の電位差ΔＶとＰＷＭ信号とゲート駆動電圧Ｖ_Ｇと切換スイッチの状態との関係を示すタイミングチャートである。図６は、図１に示すＭＰＵの処理を示すフローチャートである。図７は、本発明の他の実施形態に係るＰＷＭ制御を実施する場合の電位差ΔＶとＰＷＭ信号とゲート駆動電圧Ｖ_Ｇと切換スイッチの状態との関係を示すタイミングチャートである。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチ制御装置を備える車載電源システム１を示す図である。この図に示すように、車載電源システム１は、メインバッテリー２と、サブバッテリー３と、スイッチユニット１０とを備える。本実施形態の車載電源システム１では、メインバッテリー２が常用電源であり、サブバッテリー３が非常用電源である。また、サブバッテリー３は、重要負荷Ｌ２に給電するバックアップ用のバッテリーであり、メインバッテリー２は、一般負荷Ｌ１に給電するバッテリーである。サブバッテリー３の定格電圧は、メインバッテリー２の定格電圧よりも低い。なお、メインバッテリー２を走行駆動用のバッテリーとし、サブバッテリー３を補機駆動用のバッテリーとする等してもよい。また、メインバッテリー２及びサブバッテリー３の少なくとも一方を、キャパシタ等の他の電源に替えてもよい。

スイッチユニット１０は、切換スイッチ１２と、ゲート駆動回路としてのドライバ１４と、スイッチ制御装置としてのＭＰＵ（Micro Processing Unit）１００とを備える。切換スイッチ１２は、メインバッテリー２とサブバッテリー３とを接続し、又はメインバッテリー２とサブバッテリー３との接続を遮断するスイッチである。この切換スイッチ１２は、ドライバ１４から供給されるゲート駆動電圧Ｖ_Ｇによりゲートを駆動される電圧制御型の半導体スイッチであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の電界効果トランジスタである。

ドライバ１４は、抵抗やコンデンサ等を備えるゲート駆動回路であり、ＭＰＵ１００から出力される制御信号に応じて、切換スイッチ１２に印加するゲート駆動電圧Ｖ_Ｇを、ＯＮの状態にすることが可能な電圧、ＯＦＦの状態にすることが可能な電圧、及び、ハーフオンの状態にすることが可能な電圧に切り換える。

ＭＰＵ１００は、車載のＥＣＵ（Electronic Control Unit）４からのＯＮ／ＯＦＦの指示に応じて、切換スイッチ１２のＯＮ／ＯＦＦを切り換える制御信号をドライバ１４に出力する。ＥＣＵ４は、アイドリングストップや電力回生やイグニッションスイッチがＯＮになった後のイニシャル処理（自己診断、図２参照）等の際に、切換スイッチ１２をＯＮ／ＯＦＦする指示をＭＰＵ１００に出力する。通常時は、切換スイッチ１２がＯＮの状態に設定されることによって、メインバッテリー２からサブバッテリー３へ電力が供給されてサブバッテリー３が充電される。他方で、メインバッテリー２側で地絡等の電源失陥が生じた場合、切換スイッチ１２がＯＦＦの状態に切り換えられることによって、サブバッテリー３から重要負荷Ｌ２への給電が維持される。

ＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴのゲート・ソース間には、寄生容量があるため、切換スイッチ１２に印加するゲート駆動電圧Ｖ_ＧをＯＮの状態にすることが可能な電圧とＯＦＦの状態にすることが可能な電圧とに所定のＤｕｔｙ比で切り換える、というＰＷＭ制御を行うことにより、切換スイッチ１２をハーフオンの状態にすることができる。本実施形態のスイッチユニット１０では、ＭＰＵ１００が、メインバッテリー２の電圧Ｖ_Ｍａｉｎとサブバッテリー３の電圧Ｖ_Ｓｕｂとの電位差ΔＶ（＝Ｖ_Ｍａｉｎ－Ｖ_Ｓｕｂ）をモニタリングし、電位差ΔＶが、下記（１）式の条件を満足する場合に、ＰＷＭ信号をドライバ１４に出力する。なお、Ｖ_ｄｅｔは正の第１の所定値、Ｖ_Ｓｈｕｔは０以下の第２の所定値であり、詳細は後述する。
Ｖ_Ｓｈｕｔ＜ΔＶ＜Ｖ_ｄｅｔ …（１）

なお、ＭＰＵ１００がＰＷＭ信号を出力する条件は、上記（１）式の条件には限られず、下記（２）～（４）式の条件でもよい。
Ｖ_Ｓｈｕｔ＜ΔＶ≦Ｖ_ｄｅｔ …（２）
Ｖ_Ｓｈｕｔ≦ΔＶ≦Ｖ_ｄｅｔ …（３）
Ｖ_Ｓｈｕｔ≦ΔＶ＜Ｖ_ｄｅｔ …（４）

ＭＰＵ１００は、電位差ΔＶが、下記（５）式の条件を満足する場合に、切換スイッチ１２をハーフオンの状態からＯＦＦの状態に切り換える。
ΔＶ≦Ｖ_Ｓｈｕｔ …（５）

なお、ＭＰＵ１００が切換スイッチ１２をハーフオンの状態からＯＦＦの状態に切り換える条件は、上記（５）式の条件には限られず、下記（６）式の条件でもよい。
ΔＶ＜Ｖ_Ｓｈｕｔ …（６）

図２は、図１に示すＭＰＵ１００及びドライバ１４の機能を示すブロック図である。この図に示すように、ＭＰＵ１００は、電位差ΔＶモニタ機能１０１と、比較機能１０２と、ＰＷＭ制御機能１０３とを実行するプログラムを格納している。電位差ΔＶモニタ機能１０１は、電位差ΔＶをモニタリングする機能である。比較機能１０２は、電位差ΔＶと第１の所定値Ｖｄｅｔとを比較する機能である。ＰＷＭ制御機能１０３は、ＰＭＷ制御を行う機能である。また、ドライバ１４は、ゲート駆動電圧Ｖ_Ｇを出力するＶ_Ｇ出力機能１４１を実行する。

電位差ΔＶモニタ機能１０１は、メインバッテリー２の電圧Ｖ_Ｍａｉｎとサブバッテリー３の電圧Ｖ_Ｓｕｂとの検出信号をＡ／Ｄ変換し、電位差ΔＶを算出する。比較機能１０２は、第１の所定値Ｖ_ｄｅｔと電位差ΔＶモニタ機能１０１により算出された電位差ΔＶとの差（Ｖ_ｄｅｔ－ΔＶ）を算出してＰＷＭ制御機能１０３に出力する。

ＰＷＭ制御機能１０３は、比較機能１０２から出力された値（Ｖ_ｄｅｔ－ΔＶ）が正の値（即ち、ΔＶ＜Ｖ_ｄｅｔ）である場合に、Ｄｕｔｙ比が１０～９０％のＰＷＭ信号を生成してドライバ１４のＶ_Ｇ出力機能１４１に出力する。他方で、ＰＷＭ制御機能１０３は、比較機能１０２から出力された値（Ｖ_ｄｅｔ－ΔＶ）が０以下の値（即ち、ΔＶ≧Ｖ_ｄｅｔ）である場合に、Ｄｕｔｙ比が１００％のＰＷＭ信号であるＯＮ信号を生成してドライバ１４のＶ_Ｇ出力機能１４１に出力する。

ドライバ１４のＶ_Ｇ出力機能１４１は、ＰＷＭ制御機能１０３から出力されたＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比に応じたゲート駆動電圧Ｖ_Ｇを切換スイッチ１２に出力する。ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が１００％の場合、ゲート駆動電圧Ｖ_Ｇは切換スイッチ１２をＯＮにするのに十分な電圧となり、他方で、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が０％の場合、ゲート駆動電圧Ｖ_Ｇは切換スイッチ１２をＯＦＦにするのに十分な電圧となる。ここで、詳細は後述するが、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が１０～９０％の場合、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が１００％の場合に比して、切換スイッチ１２のゲート・ソース間の抵抗が高くなる。それに対して、切換スイッチ１２を流れる電流は一定である。従って、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が１０～９０％の場合、ゲート駆動電圧Ｖ_Ｇは切換スイッチ１２をＯＮにするのに十分な電圧と切換スイッチ１２をＯＦＦにするのに十分な電圧との中間の電圧となる。

図３は、図１に示すスイッチユニット１０の状態遷移を示す図である。この図に示すように、車両のイグニッションスイッチがＯＮ（ＩＧ＿ＯＮ）になると開始状態となり、ＥＣＵ４のイニシャル処理（自己診断）が実行される状態（Ｓ１）に遷移する。このＳ１の状態において、電源失陥等の異常が検知された場合には、切換スイッチ１２をＯＦＦにするフェールセーフ制御（ＤＩＡＧ出力）が実行される状態（Ｓ２）に遷移する。Ｓ２の状態において、自己復帰するまでリトライが繰り返される。

イニシャル処理が正常に終了し又は異常検知から自己復帰した場合、ＥＣＵ４が切換スイッチ１２をＯＦＦにした状態（Ｓ３）に遷移する。このＳ３の状態からイグニッションスイッチがＯＦＦ（ＩＧ＿ＯＦＦ）になると終了状態に遷移する（ＥＮＤ）。また、異常検知後の状態（Ｓ２）からイグニッションスイッチがＯＦＦ（ＩＧ＿ＯＦＦ）になった場合にも終了状態（ＥＮＤ）に遷移する。

切換スイッチ１２がＯＦＦの状態（Ｓ３）においてＥＣＵ４から切換スイッチ１２をＯＮにする指示（ＥＣＵＯＮ指示）が出力されると、ＭＰＵ１００が切換スイッチ１２をＯＮにした状態（Ｓ４）に遷移する。また、切換スイッチ１２がＯＮの状態（Ｓ４）においてＥＣＵ４から切換スイッチ１２をＯＦＦにする指示（ＥＣＵＯＦＦ指示）が出力されると、切換スイッチ１２がＯＦＦの状態（Ｓ３）に遷移する。

切換スイッチ１２がＯＮの状態（Ｓ４）において電位差ΔＶが第１の所定値Ｖ_ｄｅｔより小さくなった場合（ΔＶ＜ΔＶ_ｄｅｔ）、ＰＷＭ制御が実行される状態（Ｓ５）に遷移する。ＰＷＭ制御が実行される状態（Ｓ５）において、ＥＣＵ４から切換スイッチ１２をＯＦＦにする指示（ＥＣＵＯＦＦ指示）が出力されると、切換スイッチ１２がＯＦＦの状態（Ｓ３）に遷移する。ＰＷＭ制御が実行される状態（Ｓ５）において、電位差ΔＶが第１の所定値Ｖ_ｄｅｔ以上の場合（ΔＶ≧ΔＶ_ｄｅｔ）、切換スイッチ１２がＯＮの状態（Ｓ４）に遷移する。

ＰＷＭ制御が実行される状態（Ｓ５）において電位差ΔＶが第２の所定値Ｖ_Ｓｈｕｔ以下である場合（ΔＶ≦Ｖ_Ｓｈｕｔ）、切換スイッチ１２がＯＦＦの状態（Ｓ２）に遷移する。この際には、ＭＰＵ１００が、フェールセーフ制御（ＤＩＡＧ出力）を実行する。また、切換スイッチ１２がＯＮの状態（Ｓ４）において電位差ΔＶが第２の所定値Ｖ_Ｓｈｕｔ以下である場合にも、切換スイッチ１２がＯＦＦの状態（Ｓ２）に遷移する。この際には、ＥＣＵ４が、フェールセーフ制御（ＤＩＡＧ出力）を実行する。

図４は、ＰＷＭ制御を実施しない場合の電位差ΔＶとゲート駆動電圧Ｖ_Ｇと切換スイッチ１２の状態との関係を示すタイミングチャートである。図５は、ＰＷＭ制御を実施する場合の電位差ΔＶとＰＷＭ信号とゲート駆動電圧Ｖ_Ｇと切換スイッチ１２の状態との関係を示すタイミングチャートである。

図４のタイミングチャートに示すように、ＰＷＭ制御を実施しない場合、メインバッテリー２の電源失陥等によりメインバッテリー２の電圧Ｖ_Ｍａｉｎが低下した時、電位差ΔＶ（破線で図示）は、正の値から負の値まで減少する。電位差ΔＶが正の値の時、メインバッテリー２側からサブバッテリー３側に電流が流れる順流の状態となり、電位差ΔＶが負の値の時、サブバッテリー３側からメインバッテリー２側へ電流が流れる逆流の状態となる。

ここで、順流の状態から逆流の状態に遷移する直前直後の電位差ΔＶは、微量（≒０Ｖ）であることからＭＰＵ１００により検知するのは困難である。このため、ＰＷＭ制御を実施しない場合、順流の状態から逆流の状態に遷移する直前直後は、ＭＰＵ１００により順流の状態と逆流の状態との何れの状態にあるのかを判断するのが困難である。従って、ＰＷＭ制御を実施せずに電位差ΔＶに基づいて切換スイッチ１２を切り換える場合、順流の状態から逆流の状態に遷移した後に電位差ΔＶが負の値であることを検知する検知遅れが生じ、順流の状態から逆流の状態に遷移した後に切換スイッチ１２をＯＦＦに切り換える事態が生じる可能性がある。

それに対して、図５のタイミングチャートに示すように、メインバッテリー２の電源失陥等により電位差ΔＶ（実線で図示）が第１の所定値Ｖ_ｄｅｔまで低下してからＰＷＭ制御を実施する場合、電位差ΔＶは、順流の状態では、正の値である第１の所定値Ｖ_ｄｅｔに維持され、順流の状態から逆流の状態に遷移する瞬間、０以下の値に急落する。そして、電位差ΔＶが、０以下の値である第２の所定値Ｖ_Ｓｈｕｔまで低下してから、切換スイッチ１２がＯＦＦに切り換えられる。

ここで、電位差ΔＶが第１の所定値Ｖ_ｄｅｔまで低下してからＤｕｔｙ比が１０～９０％のＰＷＭ信号をドライバ１４に出力することにより、切換スイッチ１２のゲート・ソース間の抵抗値が、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が１００％（即ち切換スイッチ１２がＯＮ）の場合に比して、高くなる。他方で、メインバッテリー２側からサブバッテリー３側に流れる電流の電流値は一定である。そのため、ゲート駆動電圧Ｖ_Ｇは、ＯＮ用の電圧とＯＦＦ用の電圧との中間の値になることで切換スイッチ１２がハーフオンの状態になり、電位差ΔＶは第１の所定値Ｖ_ｄｅｔに近づけられる。そして、順流の状態から逆流の状態に遷移する瞬間、メインバッテリー２側からサブバッテリー３側に電流が流れなくなることにより、切換スイッチ１２のゲート・ソース間の抵抗値にかかわらずゲート駆動電圧Ｖ_Ｇが０になり、電位差ΔＶが第１の所定値Ｖ_ｄｅｔから０以下の値まで急落する。切換スイッチ１２は、電位差ΔＶが０以下の値である第２の所定値Ｖ_Ｓｈｕｔまで低下するとＯＮからＯＦＦに切り換えられる。従って、ＰＷＭ制御を実施しながら電位差ΔＶに基づいて切換スイッチ１２を切り換える場合、順流の状態から逆流の状態に遷移する瞬間に電位差ΔＶが急落するので、この電位差ΔＶの急落を検知することにより上記の検知遅れを抑制でき、順流の状態から逆流の状態に遷移する瞬間に切換スイッチ１２をハーフオンからＯＦＦに切り換えることができる。

図６は、図１に示すＭＰＵ１００の処理を示すフローチャートである。図６のフローチャートに示すように、ステップ１０１において、ＭＰＵ１００は、ＥＣＵ４からＯＮの指示を受信したか否かを判定する。ステップ１０１において肯定判定がされた場合にはステップ１０２に移行し、ステップ１０１において否定判定がされた場合にはステップ１１２に移行する。

ステップ１０２において、ＭＰＵ１００は、電位差ΔＶを測定する。ステップ１０２からステップ１０３に移行する。ステップ１０３において、ＭＰＵ１００は、ステップ１０２において測定した電位差ΔＶが第１の所定値Ｖ_ｄｅｔより小さいか否かを判定する。ステップ１０３において肯定判定がされた場合にはステップ１０４に移行し、ステップ１０３において否定判定がされた場合には、ステップ１０８に移行する。

ステップ１０４において、ＭＰＵ１００は、ステップ１０２において測定した電位差ΔＶが０Ｖ（第２の所定値Ｖ_Ｓｈｕｔ）以下であるか否かを判定する。ステップ１０４において肯定判定がされた場合にはステップ１１２に移行し、ステップ１０４において否定判定がされた場合にはステップ１０５に移行する。

ステップ１０５において、ＭＰＵ１００は、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が１０％以下に設定されているか否かを判定する。ステップ１０５において肯定判定がされた場合にはステップ１０７に移行し、ステップ１０５において否定判定がされた場合にはステップ１０６に移行する。

ステップ１０６において、ＭＰＵ１００は、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比を１０％だけ下げる。ステップ１０６からステップ１０７に移行する。ステップ１０７において、ＭＰＵ１００は、Ｄｕｔｙ比が１０～９０％のＰＷＭ信号を生成してドライバ１４に出力する。なお、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比は、最小値の１０％から最大値の９０％まで２０％、３０％、…、７０％、８０％と、１０％間隔で設定される。このため、ステップ１０５においてＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が１０％より大きい場合、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比の最小値は２０％である。

電位差ΔＶが第１の所定値Ｖ_ｄｅｔ以上の場合、ステップ１０８においてＭＰＵ１００は、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が１００％に設定されているか否かを判定する。ステップ１０８において否定判定がされた場合にはステップ１０９に移行し、ステップ１０８において肯定判定がされた場合にはステップ１１１に移行する。

ステップ１０９において、ＭＰＵ１００は、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比を１０％だけ上げる。ステップ１０９からステップ１１０に移行する。ステップ１１０において、ＭＰＵ１０は、ＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比が１００％に設定されているか否かを判定する。ステップ１１０において否定判定がされた場合にはステップ１０７に移行し、ステップ１１０において肯定判定がされた場合にはステップ１１１に移行する。ステップ１１１において、ＭＰＵ１００は、ＯＮ信号（Ｄｕｔｙ比が１００％のＰＷＭ信号）をドライバ１４に出力する。

電位差ΔＶが０Ｖ（第２の所定値Ｖ_Ｓｈｕｔ）以下の場合、ステップ１１２において、ＭＰＵ１００は、切換スイッチ１２をＯＦＦ（遮断、Ｄｕｔｙ比が０％のＰＷＭ信号）にする。以上のステップ１０１～１１２の処理が、車両のイグニッションスイッチがＯＮの間、繰り返し実行される。

以上説明したように、本実施形態に係るＭＰＵ１００では、ＰＷＭ制御というソフトウェアによる制御で切換スイッチ１２をハーフオンの状態として電位差ΔＶを正の第１の所定値Ｖ_ｄｅｔに維持することにより、切換スイッチ１２を流れる電流が順流の状態から逆流の状態に遷移する瞬間、電位差ΔＶが０以下の第２の所定値Ｖ_Ｓｈｕｔまで急落する。この電位差ΔＶの急落を検知して切換スイッチ１２をＯＦＦの状態に切り換えることにより、逆流の状態の検知遅れを抑制できる。従って、制御回路の大型化や高コスト化を招くことなく、サブバッテリー３からメインバッテリー２への逆流を抑制できる

特に、本実施形態に係るスイッチユニット１０では、従来から切換スイッチのスイッチ制御装置として搭載されていたマイクロプロセッサを用いたソフトウェア制御を実施しているので、アナログ回路を用いる場合に比して、制御回路を小型化でき、コストを低下できる。

また、本実施形態に係るスイッチユニット１０では、切換スイッチ１２をＦＥＴスイッチ（電界効果トランジスタスイッチ）としたことにより、切換スイッチ１２をハーフオン状態に設定するのが容易であり、電位差ΔＶを第１の所定値Ｖ_ｄｅｔに維持する制御を好適に実施できる。

図７は、本発明の他の実施形態に係るＰＷＭ制御を実施する場合の電位差ΔＶとＰＷＭ信号とゲート駆動電圧Ｖ_Ｇと切換スイッチ１２の状態との関係を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートに示すように、本実施形態では、電位差ΔＶ（実線で図示）が第２の所定値Ｖ_Ｓｈｕｔより大きく且つ第１の所定値Ｖ_ｄｅｔより小さい場合に、ＰＷＭ制御が断続的に実施される。即ち、切換スイッチ１２のハーフオン状態とＯＮ状態とが所定周期で繰り返されるインターバル制御が実施される。インターバルの周期は、例えば、５００μｓ～１ｍｓである。

ここで、ＦＥＴスイッチ等の電圧制御型の半導体スイッチをハーフオン状態にすると抵抗値の上昇から発熱量が増加する。そこで、本実施形態では、切換スイッチ１２のハーフオン状態を連続的ではなく断続的にして切換スイッチ１２のハーフオン状態の時間を短縮することにより、切換スイッチ１２の発熱を抑制している。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。

１：車載電源システム
２：メインバッテリー（第１の電源）
３：サブバッテリー（第２の電源）
１２：切換スイッチ（半導体スイッチ、電界効果トランジスタスイッチ）
１４：ドライバ（ゲート駆動回路）
１００：ＭＰＵ（スイッチ制御装置、マイクロプロセッサ）
ΔＶ：電位差
Ｖ_Ｍａｉｎ：メインバッテリーの電圧（第１の電源の電圧Ｖ１）
Ｖ_Ｓｕｂ：サブバッテリーの電圧（第２の電源の電圧Ｖ２）
Ｖ_ｄｅｔ：第１の所定値
Ｖ_Ｓｈｕｔ：第２の所定値
Ｖ_Ｇ：ゲート駆動電圧

Claims

第１の電源と前記第１の電源よりも定格電圧が低い第２の電源とを接続しゲート駆動回路から供給されるゲート駆動電圧によりゲートが駆動される電圧制御型の半導体スイッチを制御するスイッチ制御装置であって、
前記第１の電源の電圧Ｖ１と前記第２の電源の電圧Ｖ２との差である電位差ΔＶ（＝Ｖ１－Ｖ２）が、正の第１の所定値以上又は前記第１の所定値より大きい場合、前記半導体スイッチをＯＮの状態にし、
前記電位差ΔＶが、前記第１の所定値より小さい又は前記第１の所定値以下であり、且つ、０以下の第２の所定値より大きい又は前記第２の所定値以上である場合、前記ゲート駆動回路にＰＷＭ信号を出力して前記半導体スイッチを連続的又は断続的にハーフオンの状態にし、
前記電位差ΔＶが前記第２の所定値以下又は前記第２の所定値より小さい場合、前記半導体スイッチをＯＦＦの状態にするスイッチ制御装置。
前記電位差ΔＶが、前記第１の所定値より小さい又は前記第１の所定値以下であり、且つ、前記第２の所定値より大きい又は前記第２の所定値以上である場合、前記ゲート駆動回路に前記ＰＷＭ信号とＯＮ信号とを交互に送信することにより前記半導体スイッチを交互にハーフオンの状態とＯＮの状態とにする請求項１に記載のスイッチ制御装置。
前記半導体スイッチは、電界効果トランジスタスイッチである請求項１又は２に記載のスイッチ制御装置。
第１の電源と前記第１の電源よりも定格電圧が低い第２の電源とを接続しゲート駆動回路から供給されるゲート駆動電圧によりゲートが駆動される電圧制御型の半導体スイッチを、スイッチ制御装置を用いて制御するスイッチ制御方法であって、
前記第１の電源の電圧Ｖ１と前記第２の電源の電圧Ｖ２との差である電位差ΔＶ（＝Ｖ１－Ｖ２）が、正の第１の所定値以上又は前記第１の所定値より大きい場合、前記半導体スイッチをＯＮの状態にし、
前記電位差ΔＶが、前記第１の所定値より小さい又は前記第１の所定値以下であり、且つ、０以下の第２の所定値より大きい又は前記第２の所定値以上である場合、前記ゲート駆動回路にＰＷＭ信号を出力して前記半導体スイッチを連続的又は断続的にハーフオンの状態にし、
前記電位差ΔＶが前記第２の所定値以下又は前記第２の所定値より小さい場合、前記半導体スイッチをＯＦＦの状態にするスイッチ制御方法。
請求項１～３の何れか１項に記載のスイッチ制御装置と、
前記スイッチ制御装置によって制御される前記半導体スイッチと、
前記半導体スイッチに前記ゲート駆動電圧を供給する前記ゲート駆動回路と、
前記半導体スイッチによって接続される前記第１の電源及び前記第２の電源と
を備える車載電源システム。