JP4123441B2 - Inrush current limiting power switch circuit for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリから大容量コンデンサを含む車載電気負荷への給電を断続する車両用突入電流制限型電源スイッチ回路に関する。 The present invention relates to a vehicle inrush current limiting type power switch circuit for intermittently supplying power from a battery to an on-vehicle electric load including a large-capacitance capacitor.
近年、車両用電気系統はますます大型化しており、ハイブリッド車や二次電池車や燃料電池車の車両用電気系統では、二次電池や燃料電池などの直流電源が数十kW以上といった非常に大型の車載電気負荷に給電する。車載電気負荷のうちで最も大容量のものは、下記の特許文献1に示すよう交流モータとそれに給電するインバータ回路とを含むモータ回路である。インバータ回路は、直流電源から給電された直流電力を必要な周波数の交流電力に変換して交流モータに供給する。インバータ回路は、モータ制御のためにPWM制御方式などにより高速スイッチングされるので、図10に示すように、交流モータMを駆動するインバータ回路70と並列に平滑コンデンサ6を接続するのが通常である。平滑コンデンサ6は、インバータ回路70のスイッチングにより生じる電流変化の高周波成分を吸収する。インバータ回路70のスイッチング電流は、配線インダクタンスを通じて電源電圧にスイッチングノイズ電圧を重畳させるうえ、電磁波ノイズを発生させるので、平滑コンデンサ6の正負端子は、インバータ回路70の正負直流電源端子に近接して接続されるのが通常である。このような平滑コンデンサは、モータ駆動用のインバータ回路の他、DC−DCコンバータ回路にも同様に採用される。
In recent years, the electric system for vehicles has become increasingly larger, and in the electric system for vehicles such as hybrid cars, secondary battery cars, and fuel cell cars, the DC power source of secondary batteries, fuel cells, etc. is extremely high, such as several tens of kW or more. Powers large in-vehicle electrical loads. Among the in-vehicle electric loads, the one having the largest capacity is a motor circuit including an AC motor and an inverter circuit that supplies power to the AC motor as shown in
また、バッテリ1やインバータ回路70などの安全点検や修理交換などのために、図10に示すように、バッテリ(直流電源)1と電気負荷7との間には主電源スイッチ2又は5を設けるが、バッテリ1の両側に主電源スイッチ2、5を個別に配置する方式(図10参照)が安全性に優れている。
Further, for safety inspection and repair / replacement of the
更に、電気負荷7と並列に大容量の平滑コンデンサ6が接続されている場合、主電源スイッチ2,5をオンした瞬間にバッテリ1から平滑コンデンサ6へ大きな突入電流が流れてしまうので、突入電流制限抵抗器4と、この突入電流制限抵抗器4と直列接続された副電源スイッチ8とからなる突入電流制限回路を主電源スイッチ2又は5と並列接続するのが好適である(図10参照)。
Further, when a large capacity smoothing capacitor 6 is connected in parallel with the electric load 7, a large inrush current flows from the
この突入電流制限回路の動作を、図10を参考として説明すると、バッテリ1から電気負荷であるモータ回路7およびそれと並列接続された平滑コンデンサ6に給電を開始する場合、まず主電源スイッチ5と副電源スイッチ8とをオンする。これにより、平滑コンデンサ6は突入電流制限抵抗器4を通じてゆっくりと充電され、平滑コンデンサ6の端子電圧が十分に上昇した段階にて主電源スイッチ2をオンして、バッテリ1からインバータ回路70に給電する。副電源スイッチ8はリレーなどでもよい。
しかしながら、図10に示す半導体スイッチ8は、リレーなどよりも故障確率は低いものの、それでもまれに運用中に遮断不良故障を生じるという可能性があった。半導体スイッチ8に遮断不良故障が生じても、主電源スイッチ5がオフしている限り、電流遮断機能は確保することができる。しかし、主電源スイッチ5の故障確率は当然0ではないため、半導体スイッチ8と主電源スイッチ5とが同時に故障する確率があり、そのための対策を考慮しておくことが要望される。
However, although the
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、回路構成の複雑化を抑止しつつ副電源スイッチの性能低下を予測可能な車両用突入電流制限型電源スイッチ回路を提供することを、その目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle inrush current limiting type power switch circuit capable of predicting the performance degradation of the sub power switch while suppressing the complexity of the circuit configuration. Yes.
本発明は、大きな入力静電容量をもつ電気負荷と直流電源とを接続する主電源スイッチと、前記主電源スイッチと並列接続される突入電流制限回路とを備え、前記突入電流制限回路は、前記直流電源から前記電気負荷へ電流を給電するに際して前記主電源スイッチに先行して導通される副電源スイッチと、前記副電源スイッチと直列接続される突入電流制限抵抗器とを有しているので、電気負荷へ大きな突入電流を流すことなく、電気負荷への給電を実現することができる。 The present invention comprises a main power switch that connects an electric load having a large input capacitance and a DC power source, and an inrush current limiting circuit that is connected in parallel with the main power switch, the inrush current limiting circuit comprising: Since it has a sub power switch that is conducted prior to the main power switch when supplying current from a DC power source to the electrical load, and an inrush current limiting resistor connected in series with the sub power switch, Power supply to the electric load can be realized without flowing a large inrush current to the electric load.
本発明では更に、前記主電源スイッチがオフし、かつ、前記副電源スイッチがオフしている時の前記突入電流制限抵抗器の電圧降下が所定しきい値を超えるかどうかを判定し、超える場合に副電源スイッチの不良と判定する。 In the present invention, it is further determined whether or not the voltage drop of the inrush current limiting resistor exceeds a predetermined threshold when the main power switch is turned off and the sub power switch is turned off. It is determined that the sub power switch is defective.
つまり、この発明では、上記した突入電流制限用の抵抗器を、副電源スイッチの漏れ電流検出素子として用いるので、主電源スイッチおよび副電源スイッチがオフしている際に、既設の突入電流制限抵抗器の電圧降下を監視するという簡単な回路構成により、副電源スイッチの異常を正確に判定することができる。 That is, in the present invention, since the resistor for limiting the inrush current described above is used as a leakage current detection element for the sub power switch, the existing inrush current limiting resistor is set when the main power switch and the sub power switch are turned off. With the simple circuit configuration of monitoring the voltage drop of the device, it is possible to accurately determine the abnormality of the sub power switch.
また本発明では更に、前記副電源スイッチは、半導体スイッチング素子により構成されるので、小型化と消費電力低減とを実現することができる。ただし、半導体スイッチング素子は遮断不良故障を発生する確率がある。しかし、通常において半導体スイッチの遮断が不良となる故障(遮断不良故障)は、それに先行してオフ状態の半導体スイッチの漏れ電流が経時的に増大する段階をもつ。 Further , in the present invention, since the sub power switch is composed of a semiconductor switching element, it is possible to realize downsizing and power consumption reduction. However, there is a probability that the semiconductor switching element will cause an interruption failure. However, a failure in which the semiconductor switch is normally interrupted (failure failure) has a stage in which the leakage current of the semiconductor switch in the off state increases with time prior to the failure.
そこで、この態様では、主電源スイッチと副電源スイッチ(半導体スイッチ)とがオフ状態の状態にて、突入電流制限抵抗器の電圧降下の増大を検出すれば、上記漏れ電流の増大が許容段階を超えたかどうかを判別でき、近い将来の半導体スイッチの遮断不良事故の発生を予め予測し、それに対処することができる。 Therefore, in this aspect, if an increase in the voltage drop of the inrush current limiting resistor is detected in a state where the main power switch and the sub power switch (semiconductor switch) are in the off state, the increase in the leakage current is allowed to be allowed. It is possible to determine whether or not it has been exceeded, and it is possible to predict in advance and deal with the occurrence of a faulty semiconductor switch failure in the near future.
また、漏れ電流が突然増大する半導体スイッチの遮断不良パターンもまれにではあるが、存在する。この場合でも、半導体スイッチのオフと主電源スイッチのオフとが指令されている状態にて突入電流制限抵抗器の電圧降下が異常に大きければ半導体スイッチすなわち副電源スイッチの遮断不良であると判定することができるわけである。 In addition, there is a rare but unsatisfactory pattern of a semiconductor switch whose leakage current suddenly increases. Even in this case, if the voltage drop of the inrush current limiting resistor is abnormally large in the state where the semiconductor switch is turned off and the main power switch is turned off, it is determined that the semiconductor switch, that is, the sub power switch is defective. It is possible.
また本発明では更に、前記副電源スイッチ8と前記突入電流制限抵抗器4との接続点をX、前記副電源スイッチ8と前記主電源スイッチ2又は5との接続点をY、前記主電源スイッチと前記突入電流制限抵抗器4との接続点をZとする時、前記判定回路は、前記接続点Xの電位が入力抵抗素子26を通じて−入力端に入力され、前記接続点Zの電位が+入力端に入力されるオペアンプ28を有する反転電圧増幅回路25と、前記反転電圧増幅回路25の出力電圧と所定しきい値電圧Vthとを比較して前記副電源スイッチ8の漏れ電流不良を判定するコンパレータ29と、負極端が前記反転電圧増幅回路25およびコンパレータ29の負の電源端子に接続され、正極端が前記反転電圧増幅回路25およびコンパレータ29の正の電源端子に接続される制御電源24とを有する。このようにすれば、判定回路を構成する回路素子を駆動する制御電源の構成を簡素化することができる。この態様の判定回路の具体的構成と機能については実施例にて説明するものとする。
In the present invention, the connection point between the
また本発明では更に、入力電圧0V近傍において出力電圧精度が低下する前記オペアンプ28を含む前記反転電圧増幅回路25の非反転入力端子(+入力端子)の電位を前記接続点Zの電位よりも所定のオフセット電位Voffsetだけ+方向へオフセットさせるオフセット回路32、33を有している。ただし、オフセットは、前記接続点Zの電位から前記制御電源24の出力電圧範囲で行われる。このようにすれば、オペアンプ28の非反転入力端子(+入力端子)の電位をオフセット電位Voffsetだけオフセットさせた分だけ、オペアンプ28の出力電圧範囲の下限値又は上限値を所定電位だけシフトすることができるので、前記オペアンプ28の電源端子への入力電位の近傍に前記+入力端子の電位を設定する場合に比較して、出力電圧精度を向上することができる。
Further, according to the present invention, the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) of the inverting
好適な態様において、前記副電源スイッチ8をなすNチャンネルMOSトランジスタの一つの主電極端子は、前記直流電源の一対の電極端子の一方と前記主電源スイッチの一端との接続点に接続され、前記NチャンネルMOSトランジスタの他の一つの主電極端子は、前記突入電流制限抵抗器4を通じて前記主電源スイッチの他端に接続される。このようにすれば、副電源スイッチ8の駆動が簡単、良好となり、副電源スイッチ8の小型化も実現することができる。
好適な態様において、前記副電源スイッチ8及び前記突入電流制限抵抗器4と直列接続された定電圧降下素子50を有し、前記判定回路は、前記突入電流制限抵抗器4及び前記定電圧降下素子50の電圧降下の合計を読み込んで前記突入電流制限抵抗器の電圧降下の大小を判定する。このようにすれば、副電源スイッチ8に漏れ電流が発生する時に前記判定回路に入力される信号電圧Vxのレベルをほぼ前記定電圧降下素子50の電圧降下分だけレベルシフトすることができるので、判定回路へ入力される信号電圧Vxの電位を判定回路の高精度の信号処理たとえば電圧増幅処理にとって好適範囲とすることができ、その分だけは、汎用判定回路であっても判定を高精度に行うことができる。
In a preferred embodiment, one main electrode terminal of the N-channel MOS transistor forming the
In a preferred embodiment, the
なお、発明の理解を容易化するために特許請求の範囲には参考番号が付されているが、この番号が請求範囲を制限するものではないことはもちろんである。 In addition, in order to facilitate understanding of the invention, reference numerals are attached to the claims, but it goes without saying that the numbers do not limit the claims.
本発明の好適態様を以下の実施例により具体的に説明する。
(参考例)
Preferred embodiments of the present invention will be specifically described by the following examples.
(Reference example)
(回路説明)
実施例1の突入電流制限型電源スイッチ回路を図1を参照して説明する。
(Circuit explanation)
The inrush current limiting type power switch circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
1はバッテリ(直流電源)、2は第1の主電源スイッチ(本発明で言う主電源スイッチ)、4は突入電流制限抵抗器、5は第2の主電源スイッチ、8はMOSトランジスタからなる副電源スイッチ、100は判定回路、300は負荷側回路(本発明で言う電気負荷)である。負荷側回路300は平滑コンデンサ6を含んでいる。
1 is a battery (DC power supply), 2 is a first main power switch (main power switch referred to in the present invention), 4 is an inrush current limiting resistor, 5 is a second main power switch, and 8 is a sub-transistor composed of a MOS transistor. A power switch, 100 is a determination circuit, and 300 is a load side circuit (electric load referred to in the present invention). The
バッテリ1の正極端子は主電源スイッチ2を通じて負荷側回路300に接続され、バッテリ1の負極端子は主電源スイッチ5を通じて負荷側回路300に接続されている。副電源スイッチ8および突入電流制限抵抗器4は直列接続されて本発明で言う突入電流制限回路を構成し、この突入電流制限回路は主電源スイッチ2と並列に接続されている。突入電流制限抵抗器4の電圧降下ΔVは判定回路100に入力され、判定回路100は、入力された突入電流制限抵抗器4の電圧降下に基づいて判定を行う。判定の詳細は、後述する。
The positive terminal of the
負荷側回路300に給電するには、まず、主電源スイッチ5と副電源スイッチ8とをオンし、突入電流制限抵抗器4を通じて平滑コンデンサ6を所定レベルまで充電した後、主電源スイッチ2をオンする。これにより、回路に大きな突入電流が流れるのを防止することができる。
To supply power to the
なお、図1では、副電源スイッチ8および突入電流制限抵抗器4はバッテリ1の正極端子側に配置されているが、バッテリ1の負極端子側に配置してもよい。また、副電源スイッチ8は、図1に示すMOSトランジスタの他、IGBTやバイポーラトランジスタ更には電磁リレーなどでもよい。更に、判定回路100は、後述するように、オペアンプを用いたアナログ回路により構成できる他、デジタル回路やマイコン回路などにて処理することもできる。
(判定動作の説明)
判定回路100の判定動作を以下に説明する。
In FIG. 1, the
(Description of judgment operation)
The determination operation of the
主電源スイッチ5がオンし、主電源スイッチ2がオフし、副電源スイッチ8がオフしている状態において、突入電流制限抵抗器4の電圧降下ΔVが所定のしきい値電圧Vthより大きいかどうかを判定し、大きければ副電源スイッチ8の漏れ電流が異常に大きいと判定する。この副電源スイッチ8の漏れ電流の異常増大は副電源スイッチ8の遮断不良故障につながることが多いので、判定結果に基づいて副電源スイッチ8の交換要求の表示などの対策を取ることができる。
(判定回路100の具体的な構成例とその動作)
判定回路100の具体例を図2を参照して説明する。ただし、上述した突入電流制限回路は、副電源スイッチ8と突入電流制限抵抗器4とを直列接続して構成されている。図2において、Xは副電源スイッチ8と突入電流制限抵抗器4との接続点、Yは副電源スイッチ8とバッテリ1と主電源スイッチ2との接続点、Zは突入電流制限抵抗器4と主電源スイッチ2との接続点である。
Whether the voltage drop ΔV of the inrush
(Specific configuration example and operation of determination circuit 100)
A specific example of the
判定回路100は、反転電圧増幅回路25とコンパレータ29とからなり、反転電圧増幅回路25は、入力抵抗26、帰還抵抗27およびオペアンプ28からなるオペアンプ式反転電圧増幅回路により構成されている。
The
副電源スイッチ8と突入電流制限抵抗器4との接続点Xの電位(信号電位)Vxは入力抵抗26を通じてオペアンプ28のー入力端に入力され、オペアンプ28の+入力端は接続点Zに接続されている。コンパレータ29のー入力端にはオペアンプ28が出力する信号電圧Vsが入力され、コンパレータ29の+入力端にはしきい値電圧Vthが入力される。反転電圧増幅回路25の電圧増幅率は、入力抵抗26と帰還抵抗27との抵抗比により規定される。
The potential (signal potential) Vx of the connection point X between the
図2に示す判定回路100の判定動作を説明する。以下、簡単のために、接続点Zの電位を0Vと仮定するものとする。主電源スイッチ2をオンし、主電源スイッチ5および副電源スイッチ8をオフした状態にて、接続点Xの電位Vxを入力抵抗26を通じてオペアンプ28の−入力端に読み込む。接続点Zの電位を0Vと仮定しているので、接続点Xの電位は相対的に負となり、オペアンプ28の信号電圧Vsは+となる。
A determination operation of the
コンパレータ29はこの信号電圧Vsとしきい値電圧Vthとを比較して信号電圧Vsがしきい値電圧Vthより大きい場合に副電源スイッチ8の漏れ電流が異常に大きいことを示すローレベル電位(たとえば0V)を出力し、そうでない場合にハイレベル電位(正電位)を出力する。なお、図2では、しきい値電圧Vthは、制御電源24の電圧を抵抗30、31からなる分圧回路により分圧して構成している。
The
図2の回路において注目すべきことは、まず接続点Xの電位Vxが、接続点Zの電位すなわちオペアンプ28の非反転増幅入力端子(+入力端子)の電位よりも相対的に負電位となっており、反転電圧増幅回路25およびコンパレータ29の電源電圧範囲よりも負側に逸脱していることである。しかし、この実施例では、オペアンプ28を用いた反転電圧増幅回路25を用いているので、上記したように負電位である接続点Xの電位Vxを問題なく電圧増幅することができる。つまり、判定回路100の信号電位Vxが負電位(接続点Zを0Vとする時)であるにもかかわらず、オペアンプ28の−入力端の電位は仮想接地されているとみなすことができ、かつ、反転電圧増幅回路25の出力電圧Vsは正側に振れるため、反転電圧増幅回路25およびコンパレータ29に制御電源24から0〜所定の正電位Vdの範囲の電源電圧を印加すればよい。つまり、単一の制御電源24の負側の出力端子を接続点Zに接続し、正側の出力端子を反転電圧増幅回路25およびコンパレータ29の正側電源端子280、282に接続して電源電圧Vdを印加するという簡単な制御電源の構成を採用することができる。
It should be noted in the circuit of FIG. 2 that the potential Vx at the connection point X is first a negative potential relative to the potential at the connection point Z, that is, the potential of the non-inverting amplification input terminal (+ input terminal) of the
更に詳しく説明すると、制御電源24は、オペアンプ28の正側電源端子280に所定の+電位を印加し、オペアンプ28の負側電源端子281に0Vを印加しているので、オペアンプ28は特別の回路構成を採用しない限り正電位の信号電圧しか出力できない。同様に、コンパレータ29の正側電源端子282に所定の+電位を印加し、コンパレータ29の負側電源端子283に0Vを印加しているので、コンパレータ29の入力端には正電位の信号電圧しか入力できない。そこで、この実施例では、オペアンプ28を反転電圧増幅回路として用いることにより、オペアンプ28の出力レベルを正電位(接続点Zを0Vとした場合)に維持することにより、信号電圧Vsが反転電圧増幅回路25の動作可能出力電圧範囲およびコンパレータ29の動作可能入力電圧範囲に維持している。これにより、単一の制御電源24を用いるにもかかわらず、この制御電源24の出力電圧範囲より負に振れている信号電位Vxを問題なく増幅、比較処理することができる。
More specifically, since the
更に、図2の回路では、制御電源24は、判定回路100の電源をなすとともに、過電圧判定回路200の電源も構成している。この過電圧判定回路200は、トランス型降圧DC−DCコンバータ回路9(モータ駆動用インバータ回路としてもよい)に印加される直流電源電圧が所定の最大許容電圧値を超えたかどうかを判定する回路であって、抵抗18、19からなる分圧回路、抵抗21、22からなる分圧回路、及びコンパレータ23により構成されている。
Furthermore, in the circuit of FIG. 2, the
バッテリ1の電圧は、抵抗18、19からなる分圧回路により分圧されてコンパレータ23の+入力端に入力される。制御電源24の出力電圧は抵抗21、22からなる分圧回路により分圧されてコンパレータ23のー入力端に入力される。コンパレータ23は、バッテリ1の電圧が所定しきい値電圧を超える場合にインバータ停止を指令するべくハイレベルとなる。このコンバータ停止信号は、DC−DCコンバータ回路9(本発明で言う電気負荷)に印加される直流電圧が所定レベルを超える過電圧である場合にDC−DCコンバータ回路9の停止を指令する指令信号である。
The voltage of the
なお、図2におけるトランス型降圧DC−DCコンバータ回路9はトランス一次側に設けられた単相インバータ回路だけが図示されており、トランス二次側に設けられた整流回路や平滑回路やこの単相インバータ回路のスイッチング素子にPWM制御電圧を出力するPWM制御回路の図示は省略されている。もちろん、トランス型降圧DC−DCコンバータ回路9をモータ駆動用の三相インバータ回路に置換してもよい。
(変形態様1)
図2に示す回路の変形態様を図3を参照して説明する。この回路は、副電源スイッチ8と突入電流制限抵抗器4とからなる突入電流制限回路を主電源スイッチ2側に配置した場合における判定回路100および過電圧判定回路200を示す。図3に示す判定回路100および過電圧判定回路200は、図2に示すそれらと本質的に同じであり、効果も同じである。
Note that the transformer step-down DC-
(Modification 1)
A modification of the circuit shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. This circuit shows a
ただし、図3に示す回路構成では、NチャンネルMOSトランジスタである副電源スイッチ8がソースホロワ動作となるため、図2に示すソース接地動作可能な副電源スイッチ8の方が性能が優れている。
(変形態様2)
図3に示す回路の変形態様を図4を参照して説明する。
However, in the circuit configuration shown in FIG. 3, since the
(Modification 2)
A modification of the circuit shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.
図4に示す回路は、図3に示す回路においてコンパレータ29、23のしきい値電圧Vthを発生するための分圧回路に、制御電源24ではなく専用の定電圧電源20から電源電圧を与える構成とした点をその特徴としている。なお、図3、図4において、抵抗30、21を定電圧ダイオードに変更してもよい。
(変形態様3)
図2に示す回路の変形態様を図5を参照して説明する。図5に示す回路は、図2に示す回路においてコンパレータ29、23のしきい値電圧Vthを発生するための分圧回路に、制御電源24ではなく専用の定電圧電源20から電源電圧を与える構成とした点をその特徴としている。なお、図2、図5において、抵抗31、22を定電圧ダイオードに変更してもよい。
(変形態様4)
なお、上記各図においては、副電源スイッチ8はMOSトランジスタにより構成されたが、それに限定されないことは当然である。
(変形態様5)
図4に示す回路の変形態様を図6を参照して説明する。
The circuit shown in FIG. 4 is configured such that the power supply voltage is supplied from the dedicated constant
(Modification 3)
A modification of the circuit shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. The circuit shown in FIG. 5 is configured such that the power supply voltage is supplied from the dedicated constant
(Modification 4)
In each of the above drawings, the
(Modification 5)
A modification of the circuit shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
図6に示す回路は、図4に示す回路において反転電圧増幅回路25のオペアンプ28の一対の電源電圧端子(図2で言えば正側電源端子280及び負側電源端子281)と−入力端子との間にそれぞれダイオード10、11を接続したものである。これにより、−入力端子に入力される電圧がなんらかの要因により異常に高くなったり、異常に低くなったりするのを防止することができる。なお、図6では、図2で示したトランス型降圧DC−DCコンバータ回路9のうち単相インバータ回路9aだけが図示され、トランス型降圧DC−DCコンバータ回路9の他の回路部分は図示省略されている。
(変形態様6)
図5に示す回路の変形態様を図7を参照して説明する。
The circuit shown in FIG. 6 includes a pair of power supply voltage terminals (positive
(Deformation mode 6)
A modification of the circuit shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG.
図7に示す回路は、図5に示す回路において反転電圧増幅回路25のオペアンプ28の一対の電源電圧端子(図2で言えば正側電源端子280及び負側電源端子281)と−入力端子との間にそれぞれダイオード10、11を接続したものである。これにより、−入力端子に入力される電圧がなんらかの要因により異常に高くなったり、異常に低くなったりするのを防止することができる。なお、図7では、図2で示したトランス型降圧DC−DCコンバータ回路9のうち単相インバータ回路9aだけが図示され、トランス型降圧DC−DCコンバータ回路9の他の回路部分は図示省略されている。
(実施例)
図7に示す回路を変形した回路を示す図8を参照して本発明の実施形態を説明する。
The circuit shown in FIG. 7 includes a pair of power supply voltage terminals (a positive
( Example )
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8 showing a modified circuit of the circuit shown in FIG.
図8に示す回路は、図7に示す回路において反転電圧増幅回路25のオペアンプ28の一対の入力端子のうち、非反転入力端子(+入力端子)の電位を、上記0Vよりも所定のオフセット電位Voffsetだけ+方向にオフセットしたものである。
In the circuit shown in FIG. 8, the potential of the non-inverting input terminal (+ input terminal) out of the pair of input terminals of the
具体的に説明すると、定電圧電源20が出力する電圧は、抵抗32、33により構成される抵抗分圧回路により分圧されて、オペアンプ28の非反転入力端子(+入力端子)にオフセット電位Voffsetを印加する。
More specifically, the voltage output from the constant
このようにすれば、オペアンプ28の非反転入力端子(+入力端子)の電位をオフセット電位Voffsetだけ持ち上げた分だけ、オペアンプ28の出力電圧範囲の下限値を0Vより所定電位だけ持ち上げることができる。これにより、0V近傍にて出力電圧精度が低下する汎用オペアンプを採用しても精度を確保することができる。
In this way, the lower limit value of the output voltage range of the
なお、この変形態様と同様に、図6の回路においても抵抗32、33により構成される抵抗分圧回路によりオペアンプ28の+入力端にオフセット電位Voffsetを印加することができ、同様の効果を奏することはもちろんである。
(実施例の変形態様)
Similarly to this modification, the offset potential Voffset can be applied to the + input terminal of the
( Modification of Example )
図9に示す回路は、図8に示す回路において漏れ電流検出用の抵抗4と直列にダイオード50を接続したものである。このようにすれば、副電源スイッチ8に漏れ電流が発生する時に、信号電圧Vxをダイオード50の順方向電圧降下(約0.6〜0.7V)だけ負方向にオフセットすることができる。その結果、副電源スイッチ8をオンして副電源スイッチ8及び抵抗4を通じて流す電流を確保するため抵抗値r4が比較的小さく設定される抵抗4を用いることにより、副電源スイッチ8の漏れ電流による抵抗4の電圧降下が小さい場合でも汎用のオペアンプ28により高精度でそれを検出することが可能となる。
The circuit shown in FIG. 9 is obtained by connecting a
すなわち、副電源スイッチ8に漏れ電流Ixが流れ、ダイオード50に順方向電圧降下ΔVfが生じる場合、信号電圧Vxは抵抗4の電圧降下r4・Ix+ΔVfとなって、図2の場合よりもΔVfだけ負となる。これは、実質的に漏れ電流がΔVf/r4だけ増加したことに相当し、その分だけオペアンプの出力電圧Vsは正にアップする。したがって、オフセット電流やオフセット電圧のばらつきにより、小さい漏れ電流の検出が困難な汎用オペアンプを用いても高精度で副電源スイッチ8の漏れ電流検出が可能となるわけである。これに対して、漏れ電流が実質的に0とみなせるような状況では、ダイオード50の順方向電圧降下も略0Vと見なすことができ、オペアンプ28の出力電圧Vsは図8と同様に小さい値となる。すなわち、このダイオード50は、漏れ電流の小電流域にて漏れ電流による信号電圧Vxを非線形増幅する効果を有している。
That is, when the leakage current Ix flows through the
なお、ダイオード50は、複数直列接続して漏れ電流が流れる場合におけるその電圧ドロップ量を更に大きくしてもよく、ダイオード50としてMOSトランジスタの寄生ダイオードやツェナーダイオードやショットキーダイオードを採用しても良い。また、抵抗4とダイオード50とは図9に示す場合と逆に接続してもよい。更に、ダイオード50を、図3の回路において抵抗4と直列に設けてもよく、この場合には、ダイオード50の向きは逆方向となる。
The
(実施例効果)
なお、上記した実施例及び変形態様における副電源スイッチ8の漏れ電流検出は、主電源スイッチ2をオンし主電源スイッチ5をオフした状態又は主電源スイッチ5をオンし主電源スイッチ2をオフした状態、すなわち、副電源スイッチ8側の主電源スイッチをオフし、他方の主電源スイッチをオンした状態にて行われる。この時、副電源スイッチ8の漏れ電流は、電源1、主電源スイッチ2、抵抗18、19、抵抗4(ダイオード50を用いる場合はダイオード50を含める)、副電源スイッチ8、電源1の順に流れか、もしくは、電源1、副電源スイッチ8、抵抗4(ダイオード50を用いる場合はダイオード50を含める)、抵抗18、19、主電源スイッチ5、電源1の順に流れる。つまり、過電圧を検出するための過電圧判定回路200の直流電源電圧分圧用の分圧回路の抵抗18、19が、副電源スイッチ8の漏れ電流検出時における漏れ電流通電回路の一部を兼ねており、その分だけ回路構成が簡素とすることができている。
(Example effect)
Note that the leakage current detection of the secondary
また、漏れ電流検出時には、インバータ回路9aの各スイッチング素子はオフされていることが好ましい。従って、この状態においては、実際には0Vとみなした接続点Zの電位は実際には、直流電源1の負極端子からみた場合、相当に+電位となっていることに注意されたい。
Moreover, it is preferable that each switching element of the
1 バッテリ(直流電源)
2 第1主電源スイッチ(主電源スイッチ)
4 突入電流制限抵抗器
5 第2主電源スイッチ(主電源スイッチ)
6 平滑コンデンサ
8 副電源スイッチ
9 コンバータ回路
18 抵抗
20 定電圧電源
21 抵抗
23 コンパレータ
24 制御電源
25 反転電圧増幅回路
26 入力抵抗
27 帰還抵抗
28 オペアンプ
29 コンパレータ
30 抵抗
31 抵抗
100 判定回路
200 過電圧判定回路
280 正側電源端子
281 負側電源端子
282 正側電源端子
283 負側電源端子
300 負荷側回路(電気負荷)
1 Battery (DC power supply)
2 First main power switch (Main power switch)
4 Inrush
6
Claims (3)
前記副電源スイッチ8と前記突入電流制限抵抗器4との接続点をX、前記副電源スイッチ8と前記主電源スイッチ2又は5との接続点をY、前記主電源スイッチと前記突入電流制限抵抗器4との接続点をZとする時、
前記判定回路は、
前記接続点Xの電位が入力抵抗素子26を通じて−入力端に入力され、前記接続点Zの電位が+入力端に入力されるオペアンプ28を有する反転電圧増幅回路25と、
前記反転電圧増幅回路25の出力電圧と所定しきい値電圧Vthとを比較して前記副電源スイッチ8の漏れ電流不良を判定するコンパレータ29と、
負極端が前記反転電圧増幅回路25およびコンパレータ29の負の電源端子に接続され、正極端が前記反転電圧増幅回路25およびコンパレータ29の正の電源端子に接続される制御電源24と、
入力電圧0V近傍において出力電圧精度が低下する前記オペアンプ28を含む前記反転電圧増幅回路25の非反転入力端子の電位を前記接続点Zの電位よりも所定のオフセット電位Voffsetだけ+方向へオフセットさせるオフセット回路32、33と、
を有していることを特徴とする車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。 A main power switch that connects an electric load having a large input capacitance and a DC power source; and an inrush current limiting circuit that is connected in parallel with the main power switch; and the inrush current limiting circuit is connected to the DC power source from the DC power source. A sub-power switch composed of a semiconductor switching element that is conducted prior to the main power switch when supplying current to the electric load; an inrush current limiting resistor connected in series with the sub-power switch; and the main power switch. It is determined whether or not the voltage drop of the inrush current limiting resistor when the sub power switch is off exceeds a predetermined threshold value, and if it exceeds, the determination that the sub power switch is defective the vehicle inrush current limiting type power switching circuit having a circuit,
Before SL connection point X of the secondary power supply switch 8 and the inrush current limiting resistor 4, the connection points of the auxiliary power switch 8 and the main power supply switch 2 or 5 Y, wherein inrush current limiting and the main power switch When the connection point with the resistor 4 is Z,
The determination circuit includes:
An inverting voltage amplification circuit 25 having an operational amplifier 28 in which the potential of the connection point X is input to the negative input terminal through the input resistance element 26 and the potential of the connection point Z is input to the positive input terminal;
A comparator 29 that compares the output voltage of the inverting voltage amplifier circuit 25 with a predetermined threshold voltage Vth to determine a leakage current failure of the sub power switch 8;
A control power supply 24 having a negative end connected to the negative power supply terminal of the inversion voltage amplification circuit 25 and the comparator 29 and a positive end connected to the positive power supply terminal of the inversion voltage amplification circuit 25 and the comparator 29 ;
Is offset to a predetermined offset potential Voffset only + direction from the non-inverting input voltage of the connection point Z the potential of the terminal before Symbol inverting voltage amplifying circuit 25 comprising the operational amplifier 28 the output voltage accuracy decreases in the input voltage 0V vicinity Offset circuits 32 and 33 ;
Vehicle inrush current limiting type power switch circuit, characterized in that it has a.
前記副電源スイッチ8をなすNチャンネルMOSトランジスタの一つの主電極端子は、前記直流電源の一対の電極端子の一方と前記主電源スイッチの一端との接続点に接続され、前記NチャンネルMOSトランジスタの他の一つの主電極端子は、前記突入電流制限抵抗器4を通じて前記主電源スイッチの他端に接続されていることを特徴とする車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。 One main electrode terminal of the N-channel MOS transistor forming the sub power switch 8 is connected to a connection point between one of the pair of electrode terminals of the DC power supply and one end of the main power switch, and Another one of the main electrode terminals is connected to the other end of the main power switch through the inrush current limiting resistor 4.
前記副電源スイッチ8及び前記突入電流制限抵抗器4と直列接続された定電圧降下素子50を有し、
前記判定回路は、前記突入電流制限抵抗器4及び前記定電圧降下素子50の電圧降下の合計を読み込んで前記突入電流制限抵抗器の電圧降下の大小を判定することを特徴とする車両用突入電流制限型電源スイッチ回路。 In the vehicle inrush current limiting type power switch circuit according to claim 1 ,
A constant voltage drop element 50 connected in series with the auxiliary power switch 8 and the inrush current limiting resistor 4;
The determination circuit reads the sum of the voltage drops of the inrush current limiting resistor 4 and the constant voltage drop element 50 to determine the magnitude of the voltage drop of the inrush current limiting resistor. Limited power switch circuit.
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