JP2003179472A - インテリジェントパワースイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒューズに依らずに高い精度で過電流に対す
る抑制制御を行うことができるとともに、回路構成の小
型化及び低コスト化が図れるインテリジェントパワース
イッチを提供する。 【解決手段】 このインテリジェントパワースイッチ３
３では、スイッチング素子部４１がオンされている状態
において、スイッチング素子部４１を介して負荷３に供
給される供給電流値が、第１の閾値及び第２の閾値の少
なくともいずれか一方を上回ったことが電流検出部４５
を介して保護回路部４７により検知された場合には、保
護回路部４７により、スイッチング素子部４１の駆動信
号の電圧レベルの抑制による電流抑制と、駆動信号のチ
ョップによる電流抑制とのうちの少なくともいずれか一
方が実行され、過電流の抑制が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インテリジェント
パワースイッチに関し、特に車載用のものに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２は第１の従来技術に係る回路構成を
示す図である。この第１の従来技術では、バッテリ１か
ら車載電装品である負荷３に供給される電源電流のオン
オフ制御を、スイッチ５のオンオフに応じて動作するメ
カニカルリレー７により行っている。この場合、負荷３
の短絡時等における過電流からの電線等の保護は、ヒュ
ーズ９により行われる。

【０００３】しかしながら、ヒューズ９は溶断電流と溶
断時間のバラツキが大きく、そのバラツキの影響を避け
るため、電線の許容電流値に対して必要以上に抑制した
状態で電流供給を行う必要がある。

【０００４】これに対し、第２の従来技術では、図３に
示すようにメカニカルリレー７を電流検出機能付きのイ
ンテリジェントパワースイッチ（以下、「ＩＰＳ」とい
う）１１に置き換え、そのＩＰＳ１１の電流検出機能に
よる検出結果に基づいて過電流の有無を判定するように
なっている。このＩＰＳ１１は、スイッチング素子部１
３と、チャージポンプ部１５と、電流検出部１７と、保
護回路部１９とを備えて構成され、マイコン２１によっ
て制御される。図３の符号２３は、ＩＰＳ１１をオンオ
フするためのスイッチを示している。

【０００５】スイッチング素子部１３は、ＭＯＳＦＥＴ
等により構成され、チャージポンプ部１５から与えられ
る駆動信号（ゲート信号等）により駆動し、電源電流の
オンオフを行う。電流検出部１７は、スイッチング素子
部１３を介して負荷３に供給される電流の電流値を検出
する。

【０００６】保護回路部１９は、マイコン２１からの入
力に応じて、スイッチング素子部１３を駆動制御するた
めの駆動信号を生成するとともに、電流検出部１７が検
出した電流値に応じて駆動信号の信号レベルを抑制する
ことによりスイッチング素子部１３を流れる電流を抑制
する。チャージポンプ部１５は、保護回路部１９から与
えられる駆動信号を昇圧してスイッチング素子部１３に
出力する。

【０００７】マイコン２１は、スイッチ２３のオンオフ
に応じて保護回路部１９に駆動信号のオンオフ（すなわ
ちＩＰＳ１１のオンオフ）を指示するとともに、電流検
出部１７の検出結果により過電流が検出された場合に
は、ＩＰＳ１１（スイッチング素子部１３）をオフさせ
る。

【０００８】この第２の従来技術では、負荷３に流れる
電流の値が電流検出部１７によって検出されるため、負
荷３への供給電流値を正確に検出することができ、その
結果、電流検出部１７の検出結果に基づいて供給電流を
制御することによりヒューズ９を省略して高い精度で過
電流に対する抑制制御を行うことが可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第２の従来技術では、ＩＰＳ１１の制御にマイコン２１
等の外部回路が必要であり、構成の大型化及び高コスト
化を招いている。

【００１０】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、ヒュ
ーズに依らずに高い精度で過電流に対する抑制制御を行
うことができるとともに、回路構成の小型化及び低コス
ト化が図れるインテリジェントパワースイッチを提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の技術的手段は、スイッチング素子部及びそれに関連す
る回路部が一素子内に組み込まれたインテリジェントパ
ワースイッチにおいて、電源と負荷との間の電源ライン
に介装され、入力される駆動信号の電圧レベルに応じて
その通流電流値を制御する前記スイッチング素子部と、
前記負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、外部入
力に応じて前記駆動信号を生成するとともに、前記電流
検出部が検出した電流値が予め設定された第１の閾値を
上回った場合には、前記駆動信号の電圧レベルを抑制す
ることにより前記電流値を抑制する一方、前記電流検出
部が検出した電流値が予め設定された第２の閾値を上回
った場合には、前記駆動信号をチョップして前記スイッ
チング素子部を微小周期でオンオフすることにより前記
電流値を抑制する駆動制御部と、を備えることを特徴と
する。

【００１２】好ましくは、前記駆動制御部に設定された
前記第１の閾値及び前記第２の閾値のうちの少なくとも
いずれか一方の値が変更可能となっているのがよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
るＩＰＳを用いた車載用の電源制御回路の構成を示す図
である。この電源制御回路は、図１に示すように、電源
であるバッテリ１と車載電装品である負荷３との間に設
けられた給電用の電源ライン３１と、その電源ライン３
１に介装されたＩＰＳ３３と、ＩＰＳ３３をオンオフさ
せるためのスイッチ３５とを備えている。

【００１４】ＩＰＳ３３は、スイッチング素子部４１
と、チャージポンプ部４３と、電流検出部４５と、保護
回路部４７とを備えており、これらの構成要素が一つの
素子（ワンチップ）内に組み込まれている。このうち、
チャージポンプ部４３と、保護回路部４７と、保護回路
４７に付設される後述するコンパレータ４９とが本発明
に係る駆動制御部に相当している。

【００１５】スイッチング素子部４１は、電源ライン３
１に介装された半導体スイッチング素子（ここではＮチ
ャンネルＭＯＳＦＥＴ）により構成され、入力される駆
動信号（ここではゲート信号）の電圧レベルに応じてそ
の通流電流値（オン抵抗値）が変化する。

【００１６】電流検出部４５は、スイッチング素子部４
１を介して負荷３に供給される電流の電流値を検出し、
その検出結果を出力する。その電流値の検出方法として
は２つの方法が考えられる。第１の方法は、スイッチン
グ素子部４１のドレイン、ソース間の電圧降下の値を検
出することにより、負荷３への供給電流値を検出する方
法であり、検出のための回路構成を簡単に構成すること
ができるという利点がある。第２の方法は、センスＭＯ
ＳＦＥＴをスイッチング素子部４１に並列接続するよう
に形成し、そのセンスＭＯＳＦＥＴに一定の比率で分流
されて流れる電源電流によるセンスＭＯＳＦＥＴでの電
圧降下の値を検出することにより、負荷３への供給電流
値を検出する方法である。この第２の方法では、同一チ
ップ上に２つのＦＥＴを作ることで、オン抵抗値のバラ
ツキによる影響が小さくなるため、供給電流値を高精度
で検出できる利点がある。また、電流検出部４５の検出
結果の出力方法としては、例えば、検出電流値の増大に
伴って電圧レベルが増大する電圧信号を出力する方法が
採用される。

【００１７】チャージポンプ部４３は、保護回路部４７
から与えられる駆動信号を、スイッチング素子部４１の
駆動が可能な電圧レベル（ここでは２倍の電圧レベル）
にまで昇圧してスイッチング素子部４１に出力する。

【００１８】保護回路部４７は、スイッチ３５のオンオ
フに応じて駆動信号の出力をオンオフしてスイッチング
素子部４１をオンオフする制御機能の他に、スイッチン
グ素子部４１及び電源ライン３１等を過電流から保護す
る保護機能を備えている。

【００１９】その保護機能では、保護回路部４７に予め
設定された第１の閾値及び第２の閾値に基づいた過電流
の抑制制御が行われる。この機能により、電流検出部４
５により検出された負荷３への供給電流値が第１の閾値
を上回ると、チャージポンプ部４３へ出力する駆動信号
の電圧レベルを抑制することにより、あるいはチャージ
ポンプ部４３の昇圧幅を抑制することにより、チャージ
ポンプ４３からスイッチング素子部４１に出力される駆
動信号の電圧レベルが抑制されてスイッチング素子部４
１の通流電流値が抑制され（オン抵抗が増大され）、供
給電流値が抑制される。また、電流検出部４５により検
出された供給電流値が第２の閾値を上回ると、スイッチ
ング素子部４１に与えられる駆動信号をチョップしてス
イッチング素子部４１を微小周期でオンオフする（ＰＷ
Ｍ駆動する）ことにより、供給電流値が抑制される。な
お、第１の閾値と第２の閾値は、異なっていてもよく、
同一であってもよい。

【００２０】そして、この駆動信号の電圧レベルの抑制
による電流抑制と、駆動信号のチョップによる電流抑制
とを相補的に用いることにより、過電流の抑制が行われ
る。なお、駆動信号のチョップの方法としては、例え
ば、チャージポンプ部４３から出力される駆動信号その
ものをチョップする方法、あるいはチャージポンプ部４
３の昇圧機能を微小周期でオンオフする方法などがあ
る。

【００２１】ここで、供給電流値が第１の閾値又は第２
の閾値を上回っているか否かの判定するための回路構成
としては、種々のものが採用可能であるが、本実施形態
では、第１の閾値に関する判定は、保護回路分４７内の
図示しない判定回路により行うようになっている。ま
た、第２の閾値に関する判定は、保護回路分４７に付設
されたコンパレータ４９により行うようになっている。
コンパレータ４９は、電流検出部４５から与えられる電
圧信号の電圧レベルが、第２の閾値に対応させて設定さ
れた基準参照電圧を上回れると、その出力電圧をローか
らハイ（又はハイからロー）に切り替えるため、これに
よって、負荷３への供給電流が第２の閾値を上回ったこ
とが保護回路部４７によって検知される。

【００２２】また、コンパレータ４９によって判定され
る第２の閾値の値は、コンパレータ４９の基準参照電圧
を調節することにより容易に変更可能となっている。そ
の基準参照電圧の調節方法の一例としては、図１に示す
ように、ＩＰＳ３３に基準参照電圧生成用の定電流回路
５１を設け、その定電流回路５１の出力レベル等を調節
する方法がある。また他の例としては、定電流回路５１
を設ける代わりに、あるいは定電流回路５１に追加して
基準参照電圧入力用の外部入力端子５３を設け、その端
子５３に入力する電圧レベルを調節する方法がある。

【００２３】なお、本実施形態の変形例として、第１の
閾値に関する判定用のコンパレータを追加的に設け、そ
のコンパレータを用いて第１の閾値に関する判定を行う
ようにしてもよい。この場合には、コンパレータの基準
参照電圧を調節することにより第１の閾値の値も容易に
調節できるようになる。

【００２４】このような構成により、スイッチ３５から
スイッチング素子部４１をオンすべき旨の信号が入力さ
れ、スイッチング素子部４１がオンされている状態（例
えば完全にオンされている状態）において、スイッチン
グ素子部４１を介して負荷３に供給される供給電流値
が、第１の閾値及び第２の閾値の少なくともいずれか一
方を上回ったことが電流検出部４５を介して保護回路部
４７により検知された場合には、保護回路部４７によ
り、上述の駆動信号の電圧レベルの抑制による電流抑制
と、駆動信号のチョップによる電流抑制とのうちの少な
くともいずれか一方が実行され、ＩＰＳ３３自身及び電
源ライン３１等に対する過電流の抑制が行われる。

【００２５】これによって、本実施形態によれば、ＩＰ
Ｓ３３の制御のためのマイコン等の外部回路が不要であ
り、これによって、ヒューズに依らずに高い精度で過電
流に対する抑制制御を行うことができるとともに、回路
構成の小型化及び低コスト化が図れる。

【００２６】また、スイッチング素子部４１を流れる電
流の電流値が過電流である場合には、上述の駆動信号の
電圧レベルの抑制による電流抑制と、駆動信号のチョッ
プによる電流抑制とを相補的に行って過電流抑制を行う
ことができるため、供給電流に対するきめ細やかな制御
（特に過電流の抑制制御）が可能である。これによっ
て、スイッチング素子部４１の過電流による過熱を抑制
し、過熱時のオン抵抗の増大による電力損失を効果的に
抑制することができる。

【００２７】さらに、電源ライン３１からヒューズを省
略することにより、過電流が解消された場合には、ヒュ
ーズ等の部品の交換を行うことなく通電を再開でき、メ
ンテナンスに手間がかからない。

【００２８】また、定電流回路５１の出力レベル等を変
更することにより（あるいは基準参照電圧を外部の入力
電圧により設定変更するにより）、コンパレータ４９の
基準参照電圧を調節して保護回路部４７に設定された第
２の閾値の値を、ＩＰＳ３３の下流側に接続される電源
ライン３１等の容量に応じて変更することができる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、インテ
リジェントパワースイッチ内に組み込まれた駆動制御部
が、外部入力に応じてスイッチング素子部の駆動信号を
生成するとともに、電流検出部が検出した電流値が予め
設定された第１の閾値を上回った場合には、駆動信号の
電圧レベルを抑制することにより負荷への供給電流値を
抑制する一方、電流検出部が検出した電流値が予め設定
された第２の閾値を上回った場合には、駆動信号をチョ
ップしてスイッチング素子部を微小周期でオンオフする
ことにより負荷への供給電流値を抑制するため、インテ
リジェントパワースイッチの制御のためのマイコン等の
外部回路が不要であり、これによって、ヒューズに依ら
ずに高い精度で、インテリジェントパワースイッチ自身
及び電源ライン等に対する過電流の抑制制御を行うこと
ができるとともに、回路構成の小型化及び低コスト化が
図れる。

【００３０】また、スイッチング素子部を流れる電流の
電流値が第１の閾値及び第２の閾値を上回った場合に
は、スイッチング素子部の駆動信号の電圧レベルが抑制
されるだけでなく、駆動信号がチョップされてスイッチ
ング素子部が微小周期でオンオフされるため、供給電流
に対するきめ細やかな制御（特に過電流の抑制制御）が
可能である。これによって、スイッチング素子部の過電
流による過熱を抑制し、過熱時のオン抵抗の増大による
電力損失を効果的に抑制することができる。

【００３１】さらに、電源ラインからヒューズを省略す
ることにより、過電流が解消された場合には、ヒューズ
等の部品の交換を行うことなく通電を再開でき、メンテ
ナンスに手間がかからない。

【００３２】請求項２に記載の発明によれば、第１の閾
値及び第２の閾値のうちの少なくともいずれか一方の値
が変更可能となっているため、インテリジェントパワー
スイッチの下流側に接続される電源ライン等の容量に応
じて過電流抑制のための閾値の設定を変更することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るＩＰＳを用いた車載
用の電源制御回路の構成を示す図である。

【図２】第１の従来技術に係る回路構成を示す図であ
る。

【図３】第２の従来技術に係るＩＰＳを用いた電源制御
回路の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ バッテリ ３ 負荷 ３１ 電源ライン ３３ ＩＰＳ ４１ スイッチング素子部 ４３ チャージポンプ部 ４５ 電流検出部 ４７ 保護回路部 ４９ コンパレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真山 修二 愛知県名古屋市南区菊住１丁目７番10号 株式会社オートネットワーク技術研究所内 Ｆターム(参考） 5J055 AX34 AX38 AX44 AX53 AX64 BX16 CX28 DX22 EX07 EY21 EZ10 EZ43 FX04 FX12 FX38 GX02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング素子部及びそれに関連する
   回路部が一素子内に組み込まれたインテリジェントパワ
   ースイッチにおいて、 電源と負荷との間の電源ラインに介装され、入力される
   駆動信号の電圧レベルに応じてその通流電流値を制御す
   る前記スイッチング素子部と、 前記負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、 外部入力に応じて前記駆動信号を生成するとともに、前
   記電流検出部が検出した電流値が予め設定された第１の
   閾値を上回った場合には、前記駆動信号の電圧レベルを
   抑制することにより前記電流値を抑制する一方、前記電
   流検出部が検出した電流値が予め設定された第２の閾値
   を上回った場合には、前記駆動信号をチョップして前記
   スイッチング素子部を微小周期でオンオフすることによ
   り前記電流値を抑制する駆動制御部と、を備えることを
   特徴とするインテリジェンスパワースイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインテリジェントパワ
   ースイッチにおいて、 前記駆動制御部に設定された前記第１の閾値及び前記第
   ２の閾値のうちの少なくともいずれか一方の値が変更可
   能となっていることを特徴とするインテリジェントパワ
   ースイッチ。