JP6563266B2 - Vehicle power supply control device - Google Patents
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Description
本発明は、車両の電源から負荷への電力供給をパワーMOSFETによりオンオフする車両用電源制御装置に関する。 The present invention relates to a vehicle power supply control device that turns on / off power supply from a vehicle power supply to a load by a power MOSFET.
車両内の電源分配を行う電源ボックス(以下、ユニットという)では、軽量化、及び省電力化の要求に応えるため、半導体の利用が拡大している。さらに小型化を進めるため、従来のプリドライバ+MOSFET(等のデバイス)の構成か、ドライバ及び保護機能を持つ制御回路を一体化したデバイスであるIPD(Intelligent Power Device)の利用が拡大している。これらのデバイスは、電圧低下時にオン抵抗の増加による過熱防止のため低電圧遮断機能を内蔵するものが多い。 In a power supply box (hereinafter referred to as a unit) that distributes power in a vehicle, the use of semiconductors is expanding in order to meet demands for weight reduction and power saving. In order to further reduce the size, the use of IPD (Intelligent Power Device), which is a device in which a configuration of a conventional predriver + MOSFET (such as a device) or a driver and a control circuit having a protection function is integrated, is expanding. Many of these devices have a built-in low-voltage cutoff function to prevent overheating due to an increase in on-resistance when the voltage drops.
ここで、スタータは大電流を流すため、バッテリの内部抵抗によりバッテリの端子電圧が低下する。このように車両ではエンジン始動時(特にクランキング時)において一時的に電圧が低下する現象が発生する。車両内では一時的に電圧が低下するクランキング時であっても動作が必要な負荷が存在し、これらを動作させるためには低電圧遮断機能の回避が必要となる。 Here, since the starter flows a large current, the terminal voltage of the battery decreases due to the internal resistance of the battery. As described above, in the vehicle, a phenomenon occurs in which the voltage temporarily decreases when the engine is started (particularly during cranking). There are loads that need to be operated even during cranking when the voltage temporarily drops in the vehicle, and in order to operate these, it is necessary to avoid the low voltage cutoff function.
そこで、スタータスイッチのオンからエンジンの始動完了までの間、負電圧を生成してPチャネルパワーMOSFETのゲートに印加する提案が行われている。この提案によれば、クランキングにより電源電圧が低下しても、PチャネルパワーMOSFETのゲート−ソース間電圧をゲートしきい値電圧より大きい電圧に保って、電源から負荷への電力供給が遮断されないようにすることができる(例えば、特許文献1)。 Therefore, a proposal has been made that a negative voltage is generated and applied to the gate of the P-channel power MOSFET from when the starter switch is turned on until the start of the engine is completed. According to this proposal, even if the power supply voltage decreases due to cranking, the gate-source voltage of the P-channel power MOSFET is maintained at a voltage higher than the gate threshold voltage, and the power supply from the power supply to the load is not shut off. (For example, patent document 1).
ところが、電源電圧の一時的な低下は上述したエンジンの始動時に限って発生する訳ではない。例えば、電源と負荷との間で発生したレアショートによりショート電流が流れると電源電圧が一時的に低下することがある。この場合にも、エンジンの始動時と同様に、低電圧遮断機能を回避し電源から負荷への電力供給が継続されるようにすることが必要となる。 However, the temporary drop in the power supply voltage does not occur only when the engine is started. For example, when a short current flows due to a rare short circuit that occurs between a power supply and a load, the power supply voltage may temporarily decrease. In this case as well, it is necessary to avoid the low voltage cutoff function and to continue the power supply from the power source to the load, as in the case of engine startup.
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電源から負荷への電力供給を低電圧遮断機能を有するスイッチングデバイスによりオンオフするのに当たり、電源電圧が一時的に低下しても電源から負荷への電力供給を常時確保することができる車両用電源制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to turn on / off power supply from a power source to a load by a switching device having a low voltage cutoff function, even if the power source voltage temporarily decreases. An object of the present invention is to provide a vehicular power supply control device that can always ensure power supply from a power supply to a load.
前記目的を達成するために、本発明の第1の態様による車両用電源制御装置は、
車両の電源の出力電圧がしきい値電圧(例えば3V)以下のときに半導体スイッチング素子を強制的にオフさせる低電圧遮断機能を有するスイッチングデバイスを用い、前記電源から前記車両の負荷に対する電力供給を前記半導体スイッチング素子の制御信号に基づいてオンオフさせる電源制御装置において、
前記電源とは独立して設けられ該電源の定格出力電圧(例えば12V)よりも低く前記しきい値電圧(例えば3V)よりも高い定電圧(例えば5V)を出力する補助電源と、
前記電源の出力電圧を検出する電源電圧検出部と、
前記電源により充電されるキャパシタと、
前記電源電圧検出部の検出電圧が、前記定格出力電圧(例えば12V)と前記定電圧(例えば5V)との間の基準電圧(例えば8V)以上であるときに、前記電源に前記キャパシタを接続し、前記検出電圧が前記基準電圧(例えば8V)と前記しきい値電圧(例えば3V)との間であるときに、前記キャパシタを前記電源、アース及び前記スイッチングデバイスのGND端子から切り離す接続部と、
前記検出電圧が前記しきい値電圧(例えば3V)以下であるときに、前記キャパシタの充電電荷により、前記定電圧(例えば5V)との間に前記基準電圧(例えば8V)分の電位差を有する負電圧(例えば−3V)を生成して前記GND端子に印加し、前記負電圧と該負電圧の印加前における前記GND端子の電位との電位差分だけ、該GND端子の電位を基準とした前記制御信号の電位を低下させる負電圧生成部と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a vehicle power supply control device according to a first aspect of the present invention comprises:
Using a switching device with a low voltage cutoff function the output voltage of the power supply of the vehicle to force off semiconductors switching element when a threshold voltage (e.g., 3V) or less, the power supply to the load of the vehicle from the power supply in the power supply control apparatus for turning on and off based on the on control signal of the semiconductor switching element,
An auxiliary power source that is provided independently of the power source and outputs a constant voltage (for example, 5V) that is lower than a rated output voltage (for example, 12V) of the power source and higher than the threshold voltage (for example, 3V);
A power supply voltage detector for detecting an output voltage of the power supply;
A capacitor charged by the power source;
The capacitor is connected to the power supply when the detection voltage of the power supply voltage detection unit is equal to or higher than a reference voltage (for example, 8V) between the rated output voltage (for example, 12V) and the constant voltage (for example, 5V). A connection for disconnecting the capacitor from the power source, ground and the GND terminal of the switching device when the detection voltage is between the reference voltage (eg, 8V) and the threshold voltage (eg, 3V);
When the detection voltage is equal to or lower than the threshold voltage (for example, 3V), a negative charge having a potential difference corresponding to the reference voltage (for example, 8V) from the constant voltage (for example, 5V) due to the charge of the capacitor. A voltage (for example, −3 V) is generated and applied to the GND terminal, and the control based on the potential of the GND terminal by the potential difference between the negative voltage and the potential of the GND terminal before the application of the negative voltage. A negative voltage generator that lowers the potential of the signal;
It is characterized by providing.
本発明の第1の態様による車両用電源制御装置によれば、電源の出力電圧が基準電圧(例えば8V)以上である間は接続部がキャパシタを電源に接続する。このため、電源の出力電圧が基準電圧(例えば8V)を下回って接続部が電源から絶縁させたキャパシタは、基準電圧(例えば8V)に相当する電荷を蓄えた状態にある。このキャパシタは、アース及びスイッチングデバイスのGND端子とも絶縁されるので、基準電圧(例えば8V)に相当する電荷を蓄えた状態を保つ。 According to the vehicle power supply control device of the first aspect of the present invention, the connecting portion connects the capacitor to the power supply while the output voltage of the power supply is equal to or higher than the reference voltage (for example, 8V). For this reason, the capacitor in which the output voltage of the power supply is lower than the reference voltage (for example, 8V) and the connection portion is insulated from the power supply is in a state of storing charges corresponding to the reference voltage (for example, 8V). Since this capacitor is also insulated from the ground and the GND terminal of the switching device, the capacitor stores a charge corresponding to a reference voltage (for example, 8 V).
その後、電源の出力電圧がしきい値電圧(例えば3V)までさらに下がると、スイッチングデバイスにおいて半導体スイッチング素子に対する制御信号が出力される。このとき、補助電源の定電圧(例えば5V)に対してキャパシタが蓄えた電荷分に相当する電位差、つまり、基準電圧(例えば8V)分の電位差を有する負電圧(例えば−3V)が生成されて、スイッチングデバイスのGND端子に印加される。これにより、GND端子の電位を基準とした制御信号の電位が負電圧の印加前におけるGND端子の電位と負電圧との電位差分だけ低下する。 Thereafter, when the output voltage of the power supply further decreases to a threshold voltage (for example, 3 V), a control signal for the semiconductor switching element is output in the switching device. At this time, a potential difference corresponding to the charge stored in the capacitor with respect to a constant voltage (for example, 5V) of the auxiliary power source, that is, a negative voltage (for example, −3V) having a potential difference corresponding to the reference voltage (for example, 8V) is generated. , Applied to the GND terminal of the switching device. As a result, the potential of the control signal based on the potential of the GND terminal is lowered by the potential difference between the potential of the GND terminal and the negative voltage before application of the negative voltage.
このため、仮に、本来ならば低電圧遮断機能が動作するほど低い電位に電源の出力電圧が一時的に低下しても、それに応じて出力される半導体スイッチング素子の制御電位を低下させて、制御信号を実質的に電源の出力電圧がしきい値電圧(例えば3V)を越えているときの電位とすることができる。 For this reason, even if the output voltage of the power supply is temporarily lowered to a low potential so that the low voltage cutoff function operates, the control potential of the semiconductor switching element that is output is lowered accordingly, The signal can be a potential when the output voltage of the power source substantially exceeds a threshold voltage (for example, 3 V).
これにより、電源から負荷への電力供給を低電圧遮断機能を有するスイッチングデバイスによりオンオフするのに当たり、電源電圧が一時的に低下しても電源から負荷への電力供給を常時確保することができる。 As a result, when the power supply from the power supply to the load is turned on / off by the switching device having a low voltage cutoff function, it is possible to always ensure the power supply from the power supply to the load even if the power supply voltage is temporarily lowered.
また、本発明の第2の態様による車両用電源制御装置は、本発明の第1の態様による車両用電源制御装置において、前記基準電圧(例えば8V)は、前記定電圧(例えば5V)との電位差が前記しきい値電圧(例えば3V)よりも大きいことを特徴とする。 The vehicle power supply control device according to the second aspect of the present invention is the vehicle power supply control device according to the first aspect of the present invention, wherein the reference voltage (for example, 8V) is equal to the constant voltage (for example, 5V). The potential difference is larger than the threshold voltage (for example, 3 V).
本発明の第2の態様による車両用電源制御装置によれば、本発明の第1の態様による車両用電源制御装置において、基準電圧(例えば8V)と定電圧(例えば5V)との電位差(8V−5V=3V)は、定電圧(5V)としきい値電圧(例えば3V)との電位差(5V−3V=2V)よりも大きい。 According to the vehicle power supply control device according to the second aspect of the present invention, in the vehicle power supply control device according to the first aspect of the present invention, the potential difference (8V) between the reference voltage (for example, 8V) and the constant voltage (for example, 5V). −5V = 3V) is larger than the potential difference (5V−3V = 2V) between the constant voltage (5V) and the threshold voltage (for example, 3V).
このため、仮に、電源の出力電圧がしきい値電圧(例えば3V)よりも下がっても、定電圧(5V)に対して基準電圧(例えば8V)分の電位差を有する負電圧(例えば、−3V)は、電源の出力電圧(例えば2V)との間に、しきい値電圧(例えば3V)以上の電位差(2V−(−3V)=6V)を持つことになる。 For this reason, even if the output voltage of the power supply is lower than the threshold voltage (for example, 3V), a negative voltage (for example, −3V) having a potential difference corresponding to the reference voltage (for example, 8V) with respect to the constant voltage (5V). ) Has a potential difference (2V − (− 3V) = 6V) equal to or higher than a threshold voltage (for example, 3V) with respect to the output voltage (for example, 2V) of the power supply.
したがって、電源の出力電圧(例えば2V)が一時的に低下しても、それに応じて半導体スイッチング素子の制御信号の基準となるスイッチングデバイスのGND端子の電位を低下させて、制御信号が出力されたときの半導体スイッチング素子を確実にオン状態にすることができる。 Therefore, even if the output voltage (for example, 2V) of the power supply is temporarily lowered, the potential of the GND terminal of the switching device serving as a reference for the control signal of the semiconductor switching element is lowered accordingly, and the control signal is output. The semiconductor switching element at the time can be reliably turned on.
なお、本発明の第1又は第2の態様による車両用電源制御装置において、前記接続部及び前記負電圧生成部は、本発明の第3の態様による車両用電源制御装置のように、前記コンデンサの正極の接続先を前記電源と前記補助電源との間で切り換える正極側切換部と、前記コンデンサの負極の接続先をアースと前記スイッチングデバイスのGND端子との間で切り換える負極側切換部と、前記電源電圧検出部の検出電圧に応じて前記正極側切換部及び前記負極側切換部の切り換え状態を制御する切換制御部とを有している構成とすることができる。 Note that, in the vehicle power supply control device according to the first or second aspect of the present invention, the connection portion and the negative voltage generation portion are the capacitors as in the vehicle power supply control device according to the third aspect of the present invention. A positive electrode side switching unit that switches a positive electrode connection destination between the power source and the auxiliary power source, and a negative electrode side switching unit that switches a negative electrode connection destination of the capacitor between the ground and the GND terminal of the switching device, It can be set as the structure which has the switching control part which controls the switching state of the said positive electrode side switching part and the said negative electrode side switching part according to the detection voltage of the said power supply voltage detection part.
本発明によれば、電源から負荷への電力供給を低電圧遮断機能を有するスイッチングデバイスによりオンオフするのに当たり、電源電圧が一時的に低下しても電源から負荷への電力供給を常時確保することができる。 According to the present invention, when the power supply from the power supply to the load is turned on / off by the switching device having a low voltage cutoff function, the power supply from the power supply to the load is always secured even if the power supply voltage is temporarily lowered. Can do.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態に係る電源制御装置の原理的な構成を示す回路図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a power supply control device according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の電源制御装置1(請求項中の車両用電源制御装置に相当)は、不図示の車両に搭載された電源BATTから各負荷31,32,…,3nに対し、主電線5とこれから分岐する分岐電線51,52,…,5nとを介して電力を供給する、所謂電源ボックスとして利用されるものである。
The power
なお、本実施形態では、負荷31は例えばヘッドライト等の電装品であるものとする。また、負荷32,…,3nは、例えば、制御系や補機系の電装品等の、低電圧でも駆動させる必要がある電装品であるものとする。
In the present embodiment, the
そして、電源制御装置1は、各分岐電線51,52,…,5nから対応する各負荷31,32,…,3nに対する電力供給をオンオフするインテリジェントパワーデバイス(IPD)131,132,…,13n(請求項中のスイッチングデバイスに相当)と、その動作を制御する制御部11とを有している。
Then, the power
制御部11は、定電圧源15(請求項中の補助電源に相当)が電源BATTの出力電圧から生成する図2の定電圧(例えば、5V)により動作し、負荷31,32,…,3nを動作させる際に、対応するIPD131,132,…,13nに向けた制御信号を出力する。
The
各IPD131,132,…,13nは、PチャネルパワーMOSFETa(請求項中の半導体スイッチング素子に相当)とそのドライバ回路bとをそれぞれ内蔵している。PチャネルパワーMOSFETaは、ゲートへの駆動信号の入力によりゲート−ソース間電圧が図2のゲートしきい値電圧(Vlow、例えば3V。請求項中のしきい値電圧に相当)を超えると、ドレイン−ソース間がオン抵抗の低下により導通する。各IPD131,132,…,13nは、PチャネルパワーMOSFETaのドレイン−ソース間が導通すると、電源BATTから負荷31,32,…,3nに電力を供給する。
Each of the
また、各IPD131,132,…,13nは、低電圧遮断機能を有している。この低電圧遮断機能とは、電源BATTの電源電圧が低下したときに、半導体スイッチング素子のオン抵抗増加による過熱を防止するために負荷31,32,…,3nへの電力供給を遮断する機能である。
Each of the
本実施形態のIPD131,132,…,13nでは、PチャネルパワーMOSFETaのソース電位が図2のゲートしきい値電圧(Vlow)まで下がると、PチャネルパワーMOSFETaのゲート−ソース間電圧が下がってドレイン−ソース間が遮断される。そこで、このPチャネルパワーMOSFETaの動作を、電源BATTの電源電圧がゲートしきい値電圧(Vlow)まで低下したときに負荷31,32,…,3nへの電力供給を遮断する低電圧遮断機能として利用している。しかし、半導体スイッチング素子としてNチャネルパワーMOSFETを用いる場合にも、別の構成で同様の低電圧遮断機能を実現することができる。
In the
そこで、以下の説明では、各IPD131,132,…,13nが単に、電源BATTの電源電圧がしきい値電圧(Vlow)以下に低下したときに、半導体スイッチング素子をオフして負荷31,32,…,3nへの電力供給を遮断する低電圧遮断機能を有していることを前提とするのに止め、各IPD131,132,…,13nが半導体スイッチング素子としてPチャネルパワーMOSFETを用いているか否かについては特定しないこととする。
Therefore, in the following description, each of the
本実施形態の電源制御装置1が使用される不図示の車両では、始動時にエンジンをクランキングさせる際にスタータモータが電力を大量に消費する。このときには、電源BATTの電源電圧が一時的に大きく低下する。電源BATTの電源電圧が低下すると、IPD131,132,…,13nの低電圧遮断機能が動作して半導体スイッチング素子aがオフされ、電源BATTから負荷31,32,…,3nへの電力供給が遮断されてしまう。
In a vehicle (not shown) in which the power
このような現象の発生は、特に、低電圧でも駆動させる必要がある負荷32,…,3nにとって問題となる。これらの負荷32,…,3nには、電源BATTの電源電圧が一時的に大きく低下しても電力供給を確保する必要がある。
The occurrence of such a phenomenon is particularly problematic for the
そこで、本実施形態の電源制御装置1は、電源BATTの電源電圧が低下しても負荷32,…,3nに対する電力供給を確保するために、動作電圧検出部7、低電圧検出部9、負電圧生成部17及びバイアス電圧切換部19を設けている。
Therefore, the power
負電圧生成部17(請求項中の負電圧生成部及び接続部に相当)は、キャパシタCと、キャパシタCの正極を電源BATTに接続するスイッチSW1、キャパシタCの負極をGND(アース)に接続するスイッチSW3、及び、キャパシタCの正極を定電圧源15の出力側に接続するスイッチSW5とを有している。
The negative voltage generation unit 17 (corresponding to the negative voltage generation unit and the connection unit in the claims) connects the capacitor C, the switch SW1 that connects the positive electrode of the capacitor C to the power source BATT, and the negative electrode of the capacitor C to GND (ground) And a switch SW5 that connects the positive electrode of the capacitor C to the output side of the
キャパシタCは、正極がスイッチSW1のオンにより電源BATTに接続され負極がスイッチSW3のオンによりGND(アース)に接続されると、電源BATTの出力電圧によって充電される。 The capacitor C is charged by the output voltage of the power supply BATT when the positive electrode is connected to the power supply BATT when the switch SW1 is turned on and the negative electrode is connected to GND (ground) when the switch SW3 is turned on.
また,キャパシタCは、スイッチSW1,SW3がオフされて電源BATTから切り離された状態でスイッチSW5がオンされると、正極の接続先が電源BATTから定電圧源15の出力側に切り換わると共に負極がGND(アース)から切り離される。この状態では、キャパシタCの負極に、キャパシタCの充電電荷分の電圧を定電圧源15の定電圧(例えば5V)から差し引いた電位が現れる。
Further, when the switch SW5 is turned on while the switches SW1 and SW3 are turned off and disconnected from the power supply BATT, the capacitor C is switched from the power supply BATT to the output side of the
動作電圧検出部7(請求項中の電源電圧検出部及び切換制御部に相当)は、定電圧源15が定電圧を生成する前の電源BATTの出力電圧を検出する。そして、動作電圧検出部7は、検出した電圧が定電圧源15による定電圧よりも高く電源BATTの定格出力電圧(例えば12V)よりも低い図2の基準電圧(Vmin、例えば8V)以上であるときに、動作電圧検出部7は、図3(a)に示すように、負電圧生成部17のスイッチSW1,SW3をオンさせる。
The operating voltage detector 7 (corresponding to the power supply voltage detector and the switching controller in the claims) detects the output voltage of the power supply BATT before the
このとき、負電圧生成部17のスイッチSW5は後述する低電圧検出部9によりオフされている。このため、キャパシタCは、電源BATTの出力電圧が基準電圧Vmin(例えば8V)以上であるときに、基準電圧Vmin以上で充電される。
At this time, the switch SW5 of the
また、動作電圧検出部7は、検出した電圧が基準電圧Vminを下回ると、図3(b)に示すように、負電圧生成部17のスイッチSW1,SW3をオフさせる。
When the detected voltage falls below the reference voltage Vmin, the operating voltage detector 7 turns off the switches SW1 and SW3 of the
一方、低電圧検出部9(請求項中の電源電圧検出部及び切換制御部に相当)は、電源BATTの出力電圧を検出し、検出した電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)を超えていると、負電圧生成部17のスイッチSW5をオフさせる。
On the other hand, the low voltage detection unit 9 (corresponding to the power supply voltage detection unit and the switching control unit in the claims) detects the output voltage of the power supply BATT, and the detected voltage exceeds the threshold voltage Vlow (for example, 3V). If so, the switch SW5 of the
このため、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧Vlowから基準電圧Vmin(例えば8V)までの間であるときには、キャパシタCは、基準電圧Vmin(例えば8V)に対応する電荷を蓄えた状態で電源BATTから絶縁される。 For this reason, when the output voltage of the power supply BATT is between the threshold voltage Vlow and the reference voltage Vmin (for example, 8V), the capacitor C is stored in a state where charges corresponding to the reference voltage Vmin (for example, 8V) are stored. Insulated from BATT.
また、低電圧検出部9は、検出した電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)以下であるときに、図3(c)に示すように、負電圧生成部17のスイッチSW5をオンさせる。このとき、負電圧生成部17のスイッチSW1,SW3は動作電圧検出部7によりオフされている。このため、キャパシタCは、基準電圧Vmin(例えば8V)に対応する電荷を蓄えた状態で、正極が定電圧源15の出力側に接続される。そして、キャパシタCの負極には、キャパシタCの充電電荷分の電圧(例えば8V)を定電圧源15の定電圧(例えば5V)から差し引いた負電位(例えば−3V)が現れる。
Further, when the detected voltage is equal to or lower than the threshold voltage Vlow (eg, 3V), the low
ところで、図1に示す負荷31に対応するIPD131のGND端子はGND(アース)に接続されている。このGND端子には、ドライバ回路bのアースが接続されている。このため、IPD131のドライバ回路bは、IPD131に向けた制御部11からの制御信号に応じた制御信号入力(IN)の電位と、GND端子の電位との電位差に応じて、半導体スイッチング素子aをオンオフさせる。
Incidentally, the GND terminal of the
具体的には、IPD131のドライバ回路bは、IPD131に向けた制御部11からの制御信号の入力がなく制御信号入力(IN)の電位がGND(アース)電位であると、制御信号入力(IN)の電位とGND端子の電位(GND(アース)電位)との電位差がしきい値電圧Vlowを超えないので、半導体スイッチング素子aをオフさせる。
Specifically, the driver circuit b of the
また、IPD131のドライバ回路bは、制御部11からの制御信号の入力により制御信号入力(IN)の電位とGND端子の電位(GND(アース)電位)との電位差がしきい値電圧Vlowを超えると、半導体スイッチング素子aをオンさせる。
Further, in the driver circuit b of the
一方、低電圧駆動の負荷32,…,3nに対応するIPD132,…,13nのGND端子は、図2のタイミングチャートに示すように、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧(例えば3V)を超えている(1),(2)の期間では、負電圧生成部17が図3(a)又は図3(b)に示す回路状態にあるので、GND端子からGND(アース)に向かう方向を順方向とするダイオードD1を介してGND(アース)に接続される。このGND端子には、ドライバ回路bのアースが接続されている。
On the other hand, as shown in the timing chart of FIG. 2, the output terminal of the power supply BATT has a threshold voltage (for example, 3V) at the GND terminals of the
また、IPD132,…,13nのGND端子は、図2に示すように、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)以下である(3)の期間では、負電圧生成部17が図3(c)に示す回路状態にあるので、GND端子からキャパシタCの負極に向かう方向を順方向とするダイオードD3を介してキャパシタCの負極に接続される。
Further, as shown in FIG. 2, the GND terminals of the
したがって、IPD132,…,13nのドライバ回路bは、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)を超えているときは、制御信号入力(IN)の電位とGND端子の電位との電位差に応じて、半導体スイッチング素子aをオンオフさせる。
Therefore, when the output voltage of the power supply BATT exceeds the threshold voltage Vlow (for example, 3V), the driver circuit b of the
また、IPD132,…,13nのドライバ回路bは、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)以下であるときは、制御信号入力(IN)の電位と、GND端子に接続されるキャパシタCの負極に現れる負電位(例えば−3V)との電位差に応じて、半導体スイッチング素子aをオンオフさせる。
The driver circuits b of the
具体的には、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)を超えているときは、IPD132,…,13nのドライバ回路bは、制御信号の入力がなく制御信号入力(IN)の電位がGND(アース)電位であると、制御信号入力(IN)の電位とGND端子の電位(GND(アース)電位)との電位差がしきい値電圧Vlowを超えないので、半導体スイッチング素子aをオフさせる。
Specifically, when the output voltage of the power supply BATT exceeds a threshold voltage Vlow (for example, 3 V), the driver circuit b of the
また、IPD132,…,13nのドライバ回路bは、制御信号の入力により制御信号入力(IN)の電位とGND端子の電位(GND(アース)電位)との電位差がしきい値電圧Vlowを超えると、半導体スイッチング素子aをオンさせる。
Further, the driver circuit b of the
一方、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)以下であるときは、IPD132,…,13nのドライバ回路bは、制御信号の入力がなく制御信号入力(IN)の電位がGND(アース)電位であると、制御信号の電位と負電位(例えば−3V)に逆バイアスされたGND端子の電位との電位差がしきい値電圧Vlowを超えないので半導体スイッチング素子aをオフさせる。
On the other hand, when the output voltage of the power supply BATT is equal to or lower than the threshold voltage Vlow (for example, 3V), the driver circuit b of the
また、IPD132,…,13nのドライバ回路bは、制御信号の入力により制御信号入力(IN)の電位と負電位(例えば−3V)に逆バイアスされたGND端子の電位との電位差がしきい値電圧Vlowを超えると、半導体スイッチング素子aをオンさせる。
In addition, the driver circuit b of the
このように、IPD132,…,13nは、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)を超えるか否かによって、ドライバ回路bのアースが接続されるGND端子の電位を、GND(アース)電位と負電位(例えば−3V)とに切り換える。このため、制御信号入力(IN)に入力される制御信号の基準とする電位を、GND端子の電位に合わせてGND(アース)電位と負電位(例えば−3V)とに切り換える必要がある。
As described above, the
そこで、バイアス電圧切換部19は、IPD132,…,13nに向けた制御部11からの制御信号の電位を、IPD132,…,13nのGND端子の電位に合わせて切り換える。
Therefore, the bias
バイアス電圧切換部19は、図4の回路図に示すように、pnp型のトランジスタQ1を有している。このトランジスタQ1は、各IPD132,…,13nに1対1に対応してバイアス電圧切換部19内に複数設けられている。各トランジスタQ1のエミッタは定電圧源15の出力側に接続され、コレクタは対応するIPD132,…,13nのGND端子と制御信号入力(IN)に接続されている。
As shown in the circuit diagram of FIG. 4, the bias
バイアス電圧切換部19は、IPD132,…,13nに向けた制御部11からの制御信号の入力がなく、対応するトランジスタQ1のベース電位がGND(アース)電位よりも高い電位である間は、トランジスタQ1のコレクタ−エミッタ間が遮断されるので、対応するIPD132,…,13nに制御信号を出力しない。
The bias
また、バイアス電圧切換部19は、IPD132,…,13nに向けた制御部11からの制御信号の入力により、対応するトランジスタQ1のベース電位がGND(アース)電位に逆バイアスされると、トランジスタQ1のコレクタ−エミッタ間が導通するので、対応するIPD132,…,13nに制御信号を出力する。
When the base potential of the corresponding transistor Q1 is reverse-biased to the GND (ground) potential by the input of the control signal from the
このとき、対応するIPD132,…,13nのGND端子の電位がGND(アース)電位であると、バイアス電圧切換部19が対応するIPD132,…,13nに出力する制御信号の電位は、制御部11からバイアス電圧切換部19に入力される制御信号と同じGND(アース)電位を基準とした電位となる。
At this time, if the potential of the GND terminal of the
一方、対応するIPD132,…,13nのGND端子の電位が負電位(例えば−3V)であると、バイアス電圧切換部19が対応するIPD132,…,13nのドライバ回路bに出力する制御信号の電位は、制御部11からバイアス電圧切換部19に入力される制御信号のGND(アース)電位と負電位(例えば−3V)との電位差分だけ低下した電位を基準とした電位となる。
On the other hand, if the potential of the GND terminal of the
このように、バイアス電圧切換部19が、IPD132,…,13nのGND端子の電位に合わせて制御部11からの制御信号の基準となる電位を切り換えることで、IPD132,…,13nの誤動作を防止することができる。
As described above, the bias
即ち、IPD132,…,13nに制御信号が入力されていないにもかかわらず、IPD132,…,13nのGND端子の電位がGND(アース)電位から負電位(例えば−3V)に切り換わるのに連動して、IPD132,…,13nの制御信号入力(IN)の電位がGND端子の電位に対して(PチャネルパワーMOSFETaのゲート電位がソース電位に対して)相対的に上がることがない。
That is, even though the control signal is not input to the
このため、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)以下に下がったときに、IPD132,…,13nのGND端子の電位が切り換わるのに連動して、半導体スイッチング素子aが誤ってオンされる(PチャネルパワーMOSFETaのドレイン−ソース間が誤って導通する)のを防止することができる。
For this reason, when the output voltage of the power supply BATT falls below the threshold voltage Vlow (for example, 3V) , the semiconductor switching element a is erroneously linked with the switching of the potentials of the GND terminals of the
以上に説明した実施形態の電源制御装置1によれば、電源の出力電圧が基準電圧Vmin(例えば8V)以上である間に充電したキャパシタCを、電源BATTの出力電圧が基準電圧Vminよりも低下したら電源BATTから切り離し、電源BATTの出力電圧がさらにしきい値電圧(例えば3V)以下に低下したら、キャパシタCの正極を定電圧源15に接続するようにした。
According to the power
そして、定電圧源15が出力する定電圧(例えば5V)に対してキャパシタCの充電電荷に応じた電圧(例えば8V)分の電位差を有する負電位(例えば−3V)をキャパシタCの負極に発生させて、この電位に、低電圧駆動の負荷32,…,3nに対応するIPD132,…,13nの、ドライバ回路bのアースが接続されるGND端子の電位を切り換えるようにした。
Then, a negative potential (for example, −3 V) having a potential difference corresponding to a charge (for example, 8 V) corresponding to the charge of the capacitor C with respect to a constant voltage (for example, 5 V) output from the
このため、電源BATTの出力電圧がしきい値電圧Vlow(例えば3V)まで下がって、制御部11からのGND(アース)電位の制御信号がIPD132,…,13n(PチャネルパワーMOSFETaのゲート)に入力されても、IPD132,…,13nの制御信号入力(IN)の電位とGND端子の電位との電位差がしきい値電圧Vlow(例えば3V)を超えず半導体スイッチング素子aがオンされない状態になった際に、制御部11からの制御信号の電位をGND(アース)電位からIPD132,…,13nのGND端子の負電圧分だけ低下させて、制御信号の入力時に制御信号入力(IN)の電位とGND端子の電位との電位差をしきい値電圧Vlow(例えば3V)以上にすることができる。
Thus, lowered output voltage of the power supply BATT until a threshold voltage Vlow (e.g. 3V), GND of the control unit 11 (ground) control signal is IPD132 potential, ..., 13n (gate of P-channel power MOSFETa) be entered, IPD132, ..., the semiconductor switching element a does not exceed the potential and potential difference between the potential of the GND terminal threshold voltage Vlow (e.g. 3V) of the
これにより、電源BATTから負荷32,…,3nへの電力供給をIPD131,…,13nの半導体スイッチング素子aによりオンオフするのに当たり、電源BATTの出力電圧が一時的に低下しても電源BATTから負荷32,…,3nへの電力供給を常時確保することができる。
Thus, when the power supply from the power supply BATT to the
また、電源BATTの出力電圧に応じてIPD131,…,13nのGND端子の電位を切り換える構成は、負荷31,…,3nに対応するIPD131,…,13n単位で設けることができるので、本実施形態のように、低電圧駆動の負荷32,…,3nに対応するIPD132,…,13nのみに設ける等して、回路規模の増加を必要最小限に抑えることができる。
Further, the configuration for switching the potentials of the GND terminals of the
なお、負電圧生成部17のスイッチSW1に代えて、図5の回路図に示す本発明の他の実施形態の電源制御装置1のように、電源BATTからキャパシタCの正極に向かう方向を順方向とするダイオードD5を用いるように構成してもよい。
Instead of the switch SW1 of the
また、上述した実施形態では、基準電圧(例えば8V)と定電圧(例えば5V)との電位差(8V−5V=3V)を、定電圧(5V)としきい値電圧Vlow(例えば3V)との電位差(5V−3V=2V)よりも大きくしたが、両電位差の大小関係を逆転させたりなくしたりしてもよい。 In the above-described embodiment, the potential difference (8V-5V = 3V) between the reference voltage (for example, 8V) and the constant voltage (for example, 5V) is changed to the potential difference between the constant voltage (5V) and the threshold voltage Vlow (for example, 3V). Although larger than (5V-3V = 2V), the magnitude relationship between both potential differences may be reversed or eliminated.
さらに、上述した実施形態では、半導体スイッチング素子aと共にドライバ回路bを内蔵したIPD131,132,…,13nを用いたが、本発明は、ドライバ回路bと別体に設けた半導体スイッチング素子aを用いて負荷3に対する電力供給を制御する場合にも適用可能である。
Further, in the above-described embodiment, the
また、それらにおいて、半導体スイッチング素子aとしてPチャネルパワーMOSFETに代えてNチャネルパワーMOSFETを用いる場合にも、本発明は適用可能である。 In these, the present invention can also be applied when an N-channel power MOSFET is used as the semiconductor switching element a instead of the P-channel power MOSFET.
本発明は、車両の電源から負荷への電力供給を低電圧遮断機能を有するスイッチングデバイスによりオンオフする電源制御を行う際に用いて極めて有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is extremely useful when performing power supply control in which power supply from a vehicle power supply to a load is turned on / off by a switching device having a low voltage cutoff function.
1 電源制御装置(車両用電源制御装置)
31,…,3n 負荷
5 主電線
51,52,…,5n 分岐電線
7 動作電圧検出部(電源電圧検出部、切換制御部)
9 低電圧検出部(電源電圧検出部、切換制御部)
11 制御部
131,…,13n インテリジェントパワーデバイス(IPD、スイッチングデバイス)
15 定電圧源(補助電源)
17 負電圧生成部(接続部)
19 バイアス電圧切換部
a PチャネルパワーMOSFET(半導体スイッチング素子)
b ドライバ回路
BATT 電源
C キャパシタ
SW1,SW5 スイッチ(正極側切換部)
SW3 スイッチ(負極側切換部)
Vmin 基準電圧
Vlow ゲートしきい値電圧(しきい値電圧)
1 Power supply control device (vehicle power supply control device)
31,..., 3
9 Low voltage detector (power supply voltage detector, switching controller)
11
15 Constant voltage source (auxiliary power supply)
17 Negative voltage generator (connector)
19 Bias voltage switching part a P-channel power MOSFET (semiconductor switching element)
b Driver circuit BATT Power supply C Capacitor SW1, SW5 Switch (Positive side switching part)
SW3 switch (negative-side switching part)
Vmin Reference voltage Vlow Gate threshold voltage (threshold voltage)
Claims (3)
前記電源とは独立して設けられ該電源の定格出力電圧よりも低く前記しきい値電圧よりも高い定電圧を出力する補助電源と、
前記電源の出力電圧を検出する電源電圧検出部と、
前記電源により充電されるキャパシタと、
前記電源電圧検出部の検出電圧が、前記定格出力電圧と前記定電圧との間の基準電圧以上であるときに、前記電源に前記キャパシタを接続し、前記検出電圧が前記基準電圧と前記しきい値電圧との間であるときに、前記キャパシタを前記電源、アース及び前記スイッチングデバイスのGND端子から切り離す接続部と、
前記検出電圧が前記しきい値電圧以下であるときに、前記キャパシタの充電電荷により、前記定電圧との間に前記基準電圧分の電位差を有する負電圧を生成して前記GND端子に印加し、前記負電圧と該負電圧の印加前における前記GND端子の電位との電位差分だけ、該GND端子の電位を基準とした前記制御信号の電位を低下させる負電圧生成部と、
を備えることを特徴とする車両用電源制御装置。 Using a switching device with a low voltage cutoff function the output voltage of the power supply of the vehicle to force off semi conductor switching elements when: the threshold voltage, the semiconductor switching the power supply to the load of the vehicle from the power supply in the power supply control apparatus for turning on and off based on the control signal of the element,
An auxiliary power source provided independently of the power source and outputting a constant voltage lower than the rated output voltage of the power source and higher than the threshold voltage;
A power supply voltage detector for detecting an output voltage of the power supply;
A capacitor charged by the power source;
When the detection voltage of the power supply voltage detection unit is equal to or higher than a reference voltage between the rated output voltage and the constant voltage, the capacitor is connected to the power supply, and the detection voltage is the reference voltage and the threshold. A connection for disconnecting the capacitor from the power source, ground and the GND terminal of the switching device when between
When the detected voltage is equal to or lower than the threshold voltage, a negative voltage having a potential difference corresponding to the reference voltage with respect to the constant voltage is generated by the charge of the capacitor and applied to the GND terminal. A negative voltage generation unit that reduces the potential of the control signal based on the potential of the GND terminal by a potential difference between the negative voltage and the potential of the GND terminal before application of the negative voltage;
A vehicle power supply control device comprising:
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