JP7616482B2 - 車載用遮断電流供給装置 - Google Patents

Description

本開示は、車載用遮断電流供給装置に関する。

特許文献１には、パルストランスを用いた駆動回路が開示されている。特許文献１に開示される駆動回路は、負荷電力を制御するパワーＭＯＳＦＥＴと、このパワーＭＯＳＦＥＴの前段のゲート回路に設けられるＭＯＳＦＥＴと、ゲート回路にＰＷＭ信号を入力するパルストランスと、を備える。

特開昭６２－２１３２２号公報

車両に搭載される電源システムでは、電力路を遮断可能な遮断器が搭載されるものがあり、この種の電源システムでは、遮断条件が成立した場合に信号発生回路によって遮断器に遮断信号を与えることで、遮断器に遮断動作を行わせる。

しかし、電力路に設けられた遮断器では、遮断動作時に遮断器付近にサージ電圧が発生する懸念があり、サージ電圧に起因する電圧が寄生的な容量成分を介して信号発生回路側に入り込むと、予期せぬ素子の破壊を招く懸念がある。このような問題に対する対策としては、特許文献１のように、信号発生回路側と遮断器側をトランス等によって絶縁する構成などが挙げられる。

しかしながら、ある程度の大きさの入力電流が入力された場合に遮断動作を行うような遮断器を駆動対象とする場合、信号発生回路側と遮断器側を絶縁するための部品が大型化する懸念がある。

本開示は、駆動部側と遮断器側との絶縁性を高めつつ遮断器を駆動可能な車載用遮断電流供給装置を、小型化しやすい技術を提供することを一つの目的とする。

本開示の一つである車載用遮断電流供給装置は、
電力路に設けられるとともに前記電力路とは絶縁された電流入力部を有する遮断器とスイッチとを備える車載用遮断装置に適用され、
適用対象の前記車載用遮断装置は前記スイッチのオン動作に応じて前記電流入力部に対する通電が許容されることにより前記遮断器が前記電力路の遮断動作を行うように動作する車載用遮断電流供給装置であって、
第１巻線部と第２巻線部とを有するトランスと、
前記第１巻線部への通電を許容する許容状態と前記許容状態を解除する解除状態とに切り替わる切替部と、
前記第２巻線部と前記遮断器との間の中間導電路に電気的に接続され、前記第２巻線部から電力を受けるコンデンサと、
前記遮断器とは異なる経路で前記コンデンサを放電させる放電回路と、
前記放電回路による前記コンデンサの放電を許可する許可状態と、前記放電回路による前記コンデンサの放電を阻止する阻止状態とに切り替わる阻止部と、
前記切替部と前記阻止部とを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記切替部が前記許容状態と前記解除状態との切り替えを交互に繰り返すように制御する切替制御を行い、
前記切替制御が行われることに応じて前記第２巻線部側から前記コンデンサに対する充電電流が供給され、
前記スイッチのオン動作に応じて前記コンデンサの放電電流が前記電流入力部に供給され、
前記阻止部が前記許可状態に切り替わることに応じて前記コンデンサが前記経路で放電される。

本開示に係る技術は、駆動部側と遮断器側との絶縁性を高めつつ遮断器を駆動可能な車載用遮断電流供給装置を、小型化しやすい。

図１は、第１実施形態に係る車載用遮断電流供給装置を含む車載システムを概略的に例示するブロック図である。 図２は、車載用遮断電流供給装置が行う処理のフローチャートである。 図３は、第１実施形態に係る車載システムの動作を示すタイミングチャートである。 図４は、第２実施形態に係る車載システムの動作を示すタイミングチャートである。

以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。

〔１〕電力路に設けられるとともに前記電力路とは絶縁された電流入力部を有する遮断器とスイッチとを備える車載用遮断装置に適用され、
適用対象の前記車載用遮断装置は前記スイッチのオン動作に応じて前記電流入力部に対する通電が許容されることにより前記遮断器が前記電力路の遮断動作を行うように動作する車載用遮断電流供給装置であって、
第１巻線部と第２巻線部とを有するトランスと、
前記第１巻線部への通電を許容する許容状態と前記許容状態を解除する解除状態とに切り替わる切替部と、
前記第２巻線部と前記遮断器との間の中間導電路に電気的に接続され、前記第２巻線部から電力を受けるコンデンサと、
前記遮断器とは異なる経路で前記コンデンサを放電させる放電回路と、
前記放電回路による前記コンデンサの放電を許可する許可状態と、前記放電回路による前記コンデンサの放電を阻止する阻止状態とに切り替わる阻止部と、
前記切替部と前記阻止部とを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記切替部が前記許容状態と前記解除状態との切り替えを交互に繰り返すように制御する切替制御を行い、
前記切替制御が行われることに応じて前記第２巻線部側から前記コンデンサに対する充電電流が供給され、
前記スイッチのオン動作に応じて前記コンデンサの放電電流が前記電流入力部に供給され、
前記阻止部が前記許可状態に切り替わることに応じて前記コンデンサが前記経路で放電される
車載用遮断電流供給装置。

上記の〔１〕の車載用遮断電流供給装置は、トランスの存在により、駆動部（切替部及び制御部）側と遮断器側との間で絶縁性を高めることができる。更に、この車載用遮断装置は、第２巻線部から直接的に供給される電流のみを電流入力部に入力するのではなく、コンデンサからの放電電流を電流入力部に入力することができる。よって、この車載用遮断装置は、トランスのサイズを抑えた構成と電流入力部にある程度の大きさの電流を入力し得る構成を両立することができ、駆動部側と遮断器側との絶縁性を高めつつ遮断器を駆動可能な車載用遮断電流供給装置を、小型化しやすい。しかも、この車載用遮断電流供給装置は、阻止部を許可状態に切り替えることで、遮断器とは異なる経路でコンデンサを放電させることができ、阻止部を阻止状態に切り替えることで、コンデンサの上記経路での放電を抑えることができる。

〔２〕前記電流入力部は、第１端子部と第２端子部とを有し、
前記中間導電路は、前記第２巻線部の一端と前記第１端子部との間に設けられる第１導電路と、前記第２巻線部の他端と前記第２端子部との間に設けられる第２導電路と、を有し、
前記コンデンサは、一方の電極が前記第１導電路に電気的に接続され、他方の電極が前記第２導電路に電気的に接続され、
前記放電回路は、前記第１導電路と前記第２導電路との間において前記コンデンサに対して並列に接続される抵抗部を有し、
前記阻止部は、前記コンデンサと前記抵抗部との間に設けられる第２スイッチを有し、前記第２スイッチのオン動作に応じて前記許可状態に切り替わり、前記第２スイッチのオフ動作に応じて前記阻止状態に切り替わる
〔１〕に記載の車載用遮断電流供給装置。

上記の〔２〕の車載用遮断電流供給装置は、遮断器とは異なる経路でコンデンサを放電させる構成を、より簡易に実現することができる。

〔３〕前記制御部は、前記切替制御を開始した後、前記コンデンサの充電電圧が閾値電圧を超えた場合に、前記切替制御を停止し、且つ前記阻止部を前記阻止状態に切り替える
〔１〕又は〔２〕に記載の車載用遮断電流供給装置。

上記の〔３〕の車載用遮断電流供給装置は、コンデンサを閾値電圧まで充電した後、コンデンサの放電を抑えることができ、第１巻線部に電力を供給するバッテリの消費電流を抑えることができる。

〔４〕前記制御部は、前記切替制御を開始した後、前記コンデンサの充電電圧が閾値電圧を超えた場合に前記切替制御を停止し、予め定められた再開条件が成立した場合に前記切替制御を再開する
〔１〕から〔３〕のいずれかに記載の車載用遮断電流供給装置。

上記の〔４〕の車載用遮断電流供給装置は、コンデンサの充電電圧が低下したまま放置されることを抑制することができる。

〔５〕前記制御部は、前記切替制御を停止した後、前記コンデンサの充電電圧が前記閾値電圧よりも小さい第２閾値電圧以下となった場合に前記切替制御を再開する
〔４〕に記載の車載用遮断電流供給装置。

上記の〔５〕の車載用遮断電流供給装置は、コンデンサの充電電圧を第２閾値電圧以上に維持しやすい。

〔６〕前記制御部は、前記切替制御を停止してから予め定められた待機時間が経過した場合に、前記切替制御を再開する
〔４〕に記載の車載用遮断電流供給装置。

上記の〔６〕の車載用遮断電流供給装置は、コンデンサの充電電圧が低下しすぎることを抑えることができる。

〔７〕前記制御部は、前記阻止部を前記許可状態としつつ前記切替制御を行う第１制御を行う
〔１〕から〔６〕のいずれかに記載の車載用遮断電流供給装置。

上記の〔７〕の車載用遮断電流供給装置は、第１制御を行った場合に、コンデンサの充電と並行して放電回路に電流を流すことができるため、充電時の電流の安定性を高めることができる。

〔８〕前記制御部は、前記阻止部を前記阻止状態としつつ前記切替制御を行う第２制御を行う
〔１〕から〔７〕のいずれかに記載の車載用遮断電流供給装置。

上記の〔８〕の車載用遮断電流供給装置は、第２制御を行った場合に、放電回路からの放電を阻止しながらコンデンサを充電することができるため、コンデンサの充電電圧を目標電圧まで到達させる時間を短縮しやすい。

〔９〕前記遮断器は、前記電流入力部に駆動電流が流れた場合に前記電力路を遮断する火工遮断器である
〔１〕から〔８〕のいずれかに記載の車載用遮断電流供給装置。

上記の〔９〕の車載用遮断電流供給装置は、電流入力部に駆動電流を供給して火工遮断器に遮断動作を行わせることができる。この種の火工遮断器は、遮断動作に伴って火工遮断器付近でサージ電圧が発生しやすいが、上記車載用遮断電流供給装置は、このようなサージ電圧の影響が駆動部側に及びにくい。

＜第１実施形態＞
１．車載システム１の概要
図１には、第１実施形態の車載用遮断電流供給装置１０を備えた車載システム１が示される。以下の説明では、車載用遮断電流供給装置１０は、遮断電流供給装置１０とも称される。車載システム１は、車両１００に搭載されるシステムであり、様々な負荷に電力を供給し得るシステムである。車載システム１が搭載される車両１００は、例えば、電気自動車、ブラグインハイブリッド車、ハイブリッド車等の車両であり、その他の種類の車両であってもよい。

図１のように、車載システム１は、車両１００に搭載されるシステムである。図１では、車両１００の領域が一点鎖線の枠で概念的に示される。車載システム１は、バッテリ４、遮断電流供給装置１０、遮断信号発生部４０、車載用遮断装置２、始動スイッチ５０などを備える。

始動スイッチ５０は、例えば、車両１００がブラグインハイブリッド車やハイブリッド車であれば、エンジンを始動するイグニッションスイッチが該当する。車両１００が電気自動車であれば、ＥＶシステムを始動するパワースイッチが該当する。

バッテリ４は、車載用の蓄電池であり、鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの二次電池によって構成されてもよく、その他の種類の蓄電池によって構成されてもよい。バッテリ４は、満充電時に所定の直流電圧（例えば１２Ｖ）を導電路５Ａ，５Ｂ間に印加する。以下では、バッテリ４の出力電圧はＶ１とされる。

電力路９は、電力が伝送される導電路である。電力路９の用途は限定されないが、例えば、車載用の負荷に対して電力を供給する導電路として構成することができる。電力路９は、遮断器６の一方側に接続される第１電力路９Ａと、遮断器６の他方側に接続される第２電力路９Ｂとを備える。第１電力路９Ａと第２電力路９Ｂは、遮断器６が導通状態であるときに互いに短絡し、遮断器６が遮断状態であるときに互いに絶縁される。図１では、第１電力路９Ａ及び第２電力路９Ｂにおける遮断器６とは反対側の接続先が省略されている。電力路９は、例えば、導電路５Ａ，５Ｂ間に印加される電圧よりも高い電圧が印加される導電路である。

車載用遮断装置２は、電力路９を遮断するための装置である。車載用遮断装置２は、スイッチ３０と遮断器６とを備える。

スイッチ３０は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）などの半導体スイッチや機械式のリレーなどによって構成されている。スイッチ３０は、自身がオン状態のときにコンデンサ２５側から第１端子部７Ａ側へ電流を流すことを許容し、自身がオフ状態のときにコンデンサ２５側から第１端子部７Ａ側へ電流を流すことを遮断する。具体的には、スイッチ３０は、遮断信号発生部４０が遮断信号（オン信号）を出力している場合にオン状態となり、遮断信号発生部４０が解除信号（オフ信号）を出力している場合にオフ状態となる。そして、スイッチ３０がオフ状態のときにはスイッチ３０を介しての通電が双方向に遮断され、スイッチ３０がオン状態のときにはスイッチ３０を介しての通電が双方向に許容される。

図１の例では、遮断器６は、火工遮断器として構成される。火工遮断器としては、公知のパイロヒューズ（登録商標）などの火薬式ヒューズを好適に用いることができる。遮断器６は、電流入力部７と、導体部８Ａ，８Ｂ，８Ｃと、点火器６Ａと、変位部（図示省略）とを備える。電流入力部７は、第１端子部７Ａと第２端子部７Ｂとを有し、スイッチ３０がオン状態のときに第１端子部７Ａから第２端子部７Ｂに向かう電流が流れる部分である。電流入力部７は、電力路９とは絶縁されている。導体部８Ａは、第１電力路９Ａに接続されるとともに第１電力路９Ａに短絡する端子である。導体部８Ｂは、第２電力路９Ｂに接続されるとともに第２電力路９Ｂに短絡する端子である。導体部８Ｃは、導体部８Ａと導体部８Ｂとの間を短絡する導体である。

点火器６Ａは、第１端子部７Ａから第２端子部７Ｂに向かって電流が流れた場合に小規模の爆発を生じさせ、この爆発によって変位部を移動させるように機能する部分である。変位部は、点火器６Ａにおいて爆発が生じる前（導体部８Ａ，８Ｂ，８Ｃが互いに短絡している状態のとき）は所定位置で保持され、点火器６Ａで爆発が生じた場合にはこの爆発によって導体部８Ｃ側に変位し、導体部８Ｃを切断させて遮断するように機能する。

このように、車載用遮断装置２は、スイッチ３０がオン状態に切り替わることによって電流入力部７に対する通電が許容されて電流入力部７に駆動電流が流れた場合（具体的には、第１端子部７Ａから点火部を介して第２端子部７Ｂに流れた場合）に、遮断器６が電力路９を遮断するように動作する。

遮断信号発生部４０は、信号発生装置４１と第１絶縁素子４２とを備える。信号発生装置４１は、導電路４４を介してスイッチ３０に遮断信号（オン信号）を与える動作と、導電路４４を介してスイッチ３０に解除信号（オフ信号）を与える動作とを行い得る装置である。信号発生装置４１は、導電路４３に電気的に接続され、導電路４３に対して遮断信号（オン信号）と解除信号（オフ信号）とを与えうる。遮断信号及び解除信号の一方は、ハイレベル信号であり、他方はローレベル信号である。第１絶縁素子４２は、導電路４３と導電路４４とを絶縁しつつ、導電路４３に与えられた信号を導電路４４に伝送する素子である。第１絶縁素子４２の絶縁方式は、オプティカル絶縁であってもよく、インダクティブ絶縁であってもよく、キャパシティブ絶縁であってもよい。いずれの場合でも、信号発生装置４１から導電路４３に対して遮断信号（オン信号）が出力された場合に、信号発生装置４１とスイッチ３０とが絶縁された状態でスイッチ３０に対して遮断信号（オン信号）が与えられ、これに応じてスイッチ３０がオン動作する。

信号発生装置４１は、電力路９を遮断すべき所定条件が成立した場合に上記遮断信号（オン信号）を出力する。例えば、信号発生装置４１は、電力路９を流れる電流の値が閾値以下である通常状態のときに上記解除信号（オフ信号）を出力し、電力路９を流れる電流の値が閾値を超える過電流状態となった場合に上記遮断信号（オン信号）を出力するように動作する。なお、電力路９を遮断すべき所定条件はこの例に限定されず、例えば、信号発生装置４１は、車両１００が衝突した場合に上記遮断信号（オン信号）を出力するように動作してもよい。

２．遮断電流供給装置１０の構成
遮断電流供給装置１０は、制御部１３と、切替スイッチ１４と、トランス２０と、コンデンサ２５と、抵抗部２６と、第２スイッチ２７と、電圧検出部２８と、第２絶縁素子６２と、を備える。抵抗部２６と第２スイッチ２７は、直列構成部２９を構成する。直列構成部２９は、抵抗部２６と第２スイッチ２７を互いに直列に接続した構成をなす。遮断電流供給装置１０は、遮断器６に駆動電流を流すための供給源として機能する部分である。

制御部１３は、制御装置を備える。この制御装置は、演算機能、情報処理機能を有する情報処理装置であり、例えば、ＣＰＵや記憶部などを有する。制御部１３は、切替スイッチ１４をオン動作させるためのオン信号と、切替スイッチ１４をオフ動作させるためのオフ信号とを出力する。オン信号及びオフ信号のうちの一方は例えばハイレベル信号であり、他方は例えばローレベル信号である。

切替スイッチ１４は、切替部の一例に相当する。切替スイッチ１４は、自身がオン状態となることで、第１巻線部２１への通電を許容する許容状態となる。切替スイッチ１４は、自身がオフ状態となることで、許容状態を解除する解除状態となる。つまり、切替スイッチ１４は、第１巻線部２１への通電を許容する許容状態と、この許容状態を解除する解除状態とに切り替わる。切替スイッチ１４は、例えばスイッチング素子によって構成され、より具体的にはＦＥＴ（Field Effect Transistor）などの半導体スイッチ素子によって構成される。切替スイッチ１４は、制御部１３からオン信号が与えられているときにオン動作して、許容状態に切り替わる。切替スイッチ１４は、制御部１３からオフ信号が与えられているときにオフ動作して、解除状態に切り替わる。なお、切替スイッチ１４は、ＦＥＴ以外のスイッチング素子（例えば、バイポーラトランジスタなど）であってもよい。

トランス２０は、第１巻線部２１と第２巻線部２２とを有するトランスである。第１巻線部２１及び第２巻線部２２はいずれもコイルとして構成される。トランス２０は、第１巻線部２１において電流変化が生じた場合に、第１巻線部２１の電流変化に応じた電圧を第２巻線部２２に発生させる。第１巻線部２１の巻数Ｎ１は、第２巻線部２２の巻線部の巻数Ｎ２よりも大きくてもよく、小さくてもよい。切替スイッチ１４が許容状態のときに第１巻線部２１の両端にバッテリ４の出力電圧と同等の入力電圧Ｖinが印加される。第２巻線部２２の両端電圧を出力電圧Ｖoutとした場合、Ｖin／Ｖout＝Ｎ１／Ｎ２である。つまり、切替スイッチ１４が解除状態から許容状態に切り替わることに応じて、第２巻線部２２には、Ｖout＝Ｖin×Ｎ２／Ｎ１の出力電圧が発生する。

第１導電路５１は、第２巻線部２２の一端と第１端子部７Ａとの間に設けられる導電路である。第２導電路５２は、第２巻線部２２の他端と第２端子部７Ｂとの間に設けられる導電路である。第２導電路５２は、第２巻線部２２の他端と、コンデンサ２５の他方の電極と、直列構成部２９の他端と、第２端子部７Ｂとに短絡する導体部である。第１導電路５１は、スイッチ３０よりも第２巻線部２２側の部分が、第２巻線部２２の一端と、コンデンサ２５の一方の電極と、直列構成部２９の一端とに短絡する。第１導電路５１においてスイッチ３０よりも遮断器６側の部分は、第１端子部７Ａに短絡する。

コンデンサ２５は、第２巻線部２２と遮断器６との間の中間導電路である第１導電路５１及び第２導電路５２に電気的に接続され、第２巻線部２２から電力を受ける素子である。コンデンサ２５は、一方の電極が第１導電路５１に電気的に接続され、他方の電極が第２導電路５２に電気的に接続される。スイッチ３０がオン状態のときには、第１導電路５１を介してコンデンサ２５から第１端子部７Ａへ電流が流れ得る。

第３導電路５３は、「遮断器とは異なる経路」の一例に相当する。第３導電路５３は、第１導電路５１と第２導電路５２との間において、コンデンサ２５に対して並列に接続されており、遮断器６に対して並列に接続されている。第３導電路５３の一端は、第１導電路５１に短絡しており、第３導電路５３の他端は、第２導電路５２に短絡している。

抵抗部２６は、放電回路の一例に相当する。抵抗部２６は、コンデンサ２５を放電させる機能を有する。抵抗部２６は、第１導電路５１と第２導電路５２との間においてコンデンサ２５に対して並列に接続され、遮断器６に対して並列に接続される。抵抗部２６は、第３導電路５３に設けられる。

第２スイッチ２７は、阻止部の一例に相当する。第２スイッチ２７は、自身がオン状態となることで、抵抗部２６によるコンデンサ２５の放電を許可する許可状態となる。第２スイッチ２７は、自身がオフ状態となることで、抵抗部２６によるコンデンサ２５の放電を阻止する阻止状態となる。つまり、第２スイッチ２７は、抵抗部２６によるコンデンサ２５の放電を許可する許可状態と、抵抗部２６によるコンデンサ２５の放電を阻止する阻止状態とに切り替わる。第２スイッチ２７は、例えばスイッチング素子によって構成され、より具体的にはＦＥＴ（Field Effect Transistor）などの半導体スイッチ素子によって構成される。第２スイッチ２７は、制御部１３からオン信号が与えられているときにオン動作し、許可状態に切り替わる。第２スイッチ２７は、制御部１３からオフ信号が与えられているときにオフ動作し、阻止状態に切り替わる。なお、第２スイッチ２７は、ＦＥＴ以外のスイッチング素子（例えば、バイポーラトランジスタなど）であってもよい。第２スイッチ２７は、第３導電路５３に設けられる。つまり、上述した直列構成部２９は、第３導電路５３に設けられる。

第２絶縁素子６２は、第２スイッチ２７と制御部１３との間に設けられ、制御部１３と第２スイッチ２７とを絶縁する。制御部１３は、導電路６４を介して第２スイッチ２７に許可信号（オン信号）を与える動作と、導電路６４を介して第２スイッチ２７に阻止信号（オフ信号）を与える動作とを行い得る。制御部１３は、導電路６３に電気的に接続され、導電路６３に対して許可信号（オン信号）と阻止信号（オフ信号）とを与えうる。許可信号及び阻止信号の一方は、ハイレベル信号であり、他方はローレベル信号である。第２絶縁素子６２は、導電路６３と導電路６４とを絶縁しつつ、導電路６３に与えられた信号を導電路６４に伝送する素子である。第２絶縁素子６２の絶縁方式は、オプティカル絶縁であってもよく、インダクティブ絶縁であってもよく、キャパシティブ絶縁であってもよい。いずれの場合でも、制御部１３から導電路６３に対して許可信号（オン信号）が出力された場合に、制御部１３と第２スイッチ２７とが絶縁された状態で第２スイッチ２７に対して許可信号（オン信号）が与えられ、これに応じて第２スイッチ２７がオン動作する。

電圧検出部２８は、コンデンサ２５の充電電圧を検出する機能を有する。電圧検出部２８は、例えば公知の電圧検出回路として構成される。電圧検出部２８は、第１導電路５１と第２導電路５２との間の電圧を検出する。電圧検出部２８は、検出対象の電圧を分圧してもよいし、分圧しなくてよい。電圧検出部２８は、検出値を特定可能な信号を制御部１３に出力する。

３．遮断電流供給装置１０の動作
通常時、スイッチ３０は、オフ状態で維持されており、遮断器６の電流入力部７には、駆動電流が供給されない状態となっている。遮断電流供給装置１０の制御部１３は、予め定められた開始条件が成立した場合に、図２に示される処理を行う。開始条件は、例えば、車両１００を始動させる始動スイッチ５０がオフ状態からオン状態に切り替わることである。制御部１３は、開始条件が成立した場合、ステップＳ１１にて、第２スイッチ２７をオフ状態（阻止状態）からオン状態（許可状態）に切り替え、ステップＳ１２にて、上記切替制御を開始する。制御部１３は、上記切替制御を開始した時点で、第２スイッチ２７を許可状態としつつ、切替制御を行う第１制御を行うこととなる。

制御部１３は、切替制御において、切替スイッチ１４に対してオン信号とオフ信号とを交互に繰り返すオンオフ信号を与える。具体的には、制御部１３は、切替スイッチ１４に対してハイレベル信号をオン信号としローレベル信号をオフ信号とするＰＷＭ信号を与え、切替スイッチ１４をオンオフさせる。切替スイッチ１４がオフ状態（解除状態）からオン状態（許容状態）に切り替わることに応じて第１巻線部２１の両端には、バッテリ４の出力電圧相当の入力電圧Ｖinが印加され、切替スイッチ１４がオン状態（許容状態）からオフ状態（解除状態）に切り替わることに応じて第１巻線部２１の両端に対するバッテリ４からの電圧の印加が解除される。このようなオンオフ動作により、第１巻線部２１の両端に出力電圧Ｖ１が印加される状態と第１巻線部２１の両端への出力電圧Ｖ１の印加が解除される状態とが交互に切り替わる。このようなオンオフ動作に応じて、第２巻線部２２には、最大でＶ１×Ｎ２／Ｎ１程度の出力電圧が発生する。このように、切替スイッチ１４がオン状態（許容状態）とオフ状態（解除状態）との切り替えを交互に繰り返すことに応じて、第２巻線部２２側からコンデンサ２５に対して充電電流が供給される。また、第２スイッチ２７がオン状態（許可状態）となっているため、抵抗部２６に若干の電流が流れ得る。

コンデンサ２５が充電されている状態でスイッチ３０がオフ状態からオン状態に切り替わった場合、スイッチ３０のオン動作に応じてコンデンサ２５が放電され、電流入力部７に駆動電流が流れる。例えば、制御部１３が上記切替制御を行っている状態でスイッチ３０がオフ状態からオン状態に切り替わった場合、切替スイッチ１４の動作に応じた電流が第２巻線部２２から第１導電路５１へと供給されている状態でコンデンサ２５から電流入力部７へと放電される。このようにコンデンサ２５から電流入力部７に対して駆動電流が供給された場合には、点火器６Ａにおいて小規模の爆発が生じ、遮断器６が電力路９を遮断する。

本実施形態では、スイッチ３０のオン動作に応じて電流入力部７に供給される駆動電流の最大値は、コンデンサ２５の充電時にコンデンサ２５に供給される充電電流の最大値よりも大きいことが望ましい。制御部１３は、このような関係になるようにデューティを調整しつつ切替スイッチ１４に対してＰＷＭを与える。

制御部１３は、切替制御（より具体的には、第１制御）を開始した後、ステップＳ１３にて、コンデンサ２５の充電電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を超えたか否かを判定する。閾値電圧Ｖｔｈ１は、０Ｖよりも大きい値であり、遮断器６を駆動するために必要な電圧（以下、「遮断器６の駆動電圧」ともいう）の最小値よりも大きい値である。

制御部１３は、コンデンサ２５の充電電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を超えていないと判定した場合（ステップＳ１３にてＮＯの場合）、ステップＳ１３の処理に戻る。つまり、制御部１３は、コンデンサ２５の充電電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を超えるまで、切替制御（より具体的には、第１制御）を継続する。これにより、コンデンサ２５に充電電流が継続的に供給される。

制御部１３は、コンデンサ２５の充電電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を超えたと判定した場合（ステップＳ１３にてＹＥＳの場合）、ステップＳ１４にて、切替制御を停止し、ステップＳ１５にて、第２スイッチ２７を阻止状態に切り替える。つまり、制御部１３は、第１制御を停止する。これにより、コンデンサ２５への充電電流の供給が停止され、コンデンサ２５から抵抗部２６への放電も阻止される。

制御部１３が切替制御を停止することで、切替スイッチ１４は、オフ状態（解除状態）となる。切替スイッチ１４がオフ状態（解除状態）を維持している状態でスイッチ３０がオフ状態からオン状態に切り替わった場合、コンデンサ２５から電流入力部７へと放電される。この場合、放電前にコンデンサ２５が十分に充電されており、電流入力部７に十分な電流が供給されれば、点火器６Ａにおいて小規模の爆発が生じ、遮断器６が電力路９を遮断する。

ところで、第２スイッチ２７がオフ状態（阻止状態）であっても、コンデンサ２５の充電電圧は低下し得る。その原因としては、例えば、第２スイッチ２７のドレイン・ソース間で生じるリーク電流などが想定される。そこで、制御部１３は、第１制御を停止した後、ステップＳ１６にて、予め定められた再開条件が成立したか否かを判定する。

再開条件は、例えばコンデンサ２５の充電電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２以下となったことである。第２閾値電圧Ｖｔｈ２は、閾値電圧Ｖｔｈ１よりも小さい値である。第２閾値電圧Ｖｔｈ２は、０Ｖよりも大きい値であり、遮断器６の駆動電圧の最小値よりも大きい値である。

制御部１３は、再開条件が成立していないと判定した場合（ステップＳ１６にてＮＯの場合）、ステップＳ１６の処理に戻る。つまり、制御部１３は、再開条件が成立するまで、切替制御を停止し、第２スイッチ２７をオフ状態（阻止状態）とした状態を維持する。

制御部１３は、再開条件が成立したと判定した場合（ステップＳ１６にてＹＥＳの場合）、ステップＳ１１に戻る。つまり、制御部１３は、コンデンサ２５の充電電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を超えるまで充電した後、コンデンサ２５の充電電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２以下となるごとに、切替制御（より具体的には第１制御）を行い、コンデンサ２５の充電電圧を閾値電圧Ｖｔｈ１よりも大きくする。

制御部１３は、予め定められた終了条件が成立した場合、図２に示す処理を終了し、第２スイッチ２７をオン状態（許可状態）に切り替えてコンデンサ２５を放電させる。終了条件は、例えば車両１００を始動させる始動スイッチ５０がオン状態からオフ状態に切り替わることである。制御部１３は、コンデンサ２５を放電させた後、第２スイッチ２７をオフ状態（阻止状態）に戻す。オフ状態に戻すタイミングは、コンデンサ２５の充電電圧が０Ｖとなったときであってもよいし、放電を開始してから予め定められた放電時間が経過したときであってもよい。

次の説明は、遮断電流供給装置１０の動作の具体例に関する。図３に示されるタイミングｔ０では、始動スイッチ５０がオフ状態であり、第２スイッチ２７がオフ状態（阻止状態）であり、切替制御が停止中であり、コンデンサ２５の充電電圧は０Ｖであり、バッテリ４の消費電流は０Ａである。その後、タイミングｔ１にて、始動スイッチ５０がオン状態になると、開始条件が成立する。そして、タイミングｔ２にて、第２スイッチ２７がオン状態（許可状態）に切り替わり、タイミングｔ３にて、切替制御が開始される。切替制御が開始されると、コンデンサ２５の充電電圧が徐々に上昇する。また、コンデンサ２５の充電電圧の上昇に伴い、バッテリ４の消費電流が徐々に上昇する。タイミングｔ４にて、コンデンサ２５の充電電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を超えると、切替制御が停止され、バッテリ４の消費電流が０Ａになる。また、タイミングｔ５にて、第２スイッチ２７がオフ状態（阻止状態）に切り替わる。

切替制御が停止された後、コンデンサ２５の充電電圧が徐々に低下する。タイミングｔ６にて、コンデンサ２５の充電電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２以下になると、再開条件が成立し、第２スイッチ２７がオン状態（許可状態）に切り替わる。また、タイミングｔ７にて、切替制御が開始される。これにより、再度、コンデンサ２５の充電電圧が上昇し、バッテリ４の消費電流が上昇する。その後、タイミングｔ８にて、コンデンサ２５の充電電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を超えると、切替制御が停止され、バッテリ４の消費電流が０Ａになる。また、タイミングｔ９にて、第２スイッチ２７がオフ状態（阻止状態）に切り替わる。このように切替制御が間欠的に行われることで、バッテリ４の消費電流が抑えられ、コンデンサ２５の充電電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上に維持されやすくなる。

４．効果の例
遮断電流供給装置１０は、トランス２０の存在により、駆動部（制御部１３及び切替スイッチ１４）側と遮断器６側との間で絶縁性を高めることができる。更に、この車載用遮断装置２は、第２巻線部２２から直接的に供給される電流のみを電流入力部７に入力するのではなく、コンデンサ２５からの放電電流を電流入力部７に入力することができる。よって、この車載用遮断装置２は、トランス２０のサイズを抑えた構成と電流入力部７にある程度の大きさの電流を入力し得る構成を両立することができ、切替スイッチ１４側と遮断器６側との絶縁性を高めつつ遮断器６を駆動可能な遮断電流供給装置１０を、小型化しやすい。

遮断電流供給装置１０は、切替スイッチ１４がオン状態（許容状態）とオフ状態（解除状態）との切り替えを交互に繰り返す駆動動作時には第１導電路５１を介して第２巻線部２２からコンデンサ２５へと充電電流を供給することができる。そして、スイッチ３０がオフ状態からオン状態に切り替わった場合にはコンデンサ２５から第１導電路５１を介して第１端子部７Ａへと電流を流し、遮断器６に遮断動作を行わせることができる。

遮断電流供給装置１０は、コンデンサ２５を閾値電圧Ｖｔｈ１まで充電した後、コンデンサ２５の放電を抑えることができ、切替スイッチ１４を動作させることによる消費電流を抑えることができる。

遮断電流供給装置１０は、コンデンサ２５の充電電圧が低下したまま放置されることを抑制することができる。遮断電流供給装置１０は、コンデンサ２５の充電電圧を第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上に維持しやすい。

遮断電流供給装置１０は、第１制御を行うことで、コンデンサ２５の充電と並行して抵抗部２６に電流を流すことができるため、充電時の電流の安定性を高めることができる。

遮断電流供給装置１０は、切替スイッチ１４がオン状態（許容状態）とオフ状態（解除状態）との切り替えを交互に繰り返している状態では、コンデンサ２５からの放電動作に加えて、第２巻線部２２に基づく電流を合わせることができる。

遮断電流供給装置１０は、電流入力部７に駆動電流を供給して火工遮断器（遮断器６）に遮断動作を行わせることができる。この種の火工遮断器は、遮断動作に伴って火工遮断器付近でサージ電圧が発生しやすいが、上記遮断電流供給装置１０は、このようなサージ電圧の影響が駆動部（制御部１３及び切替スイッチ１４）側に及びにくい。

＜第２実施形態＞
再開条件（図２のステップＳ１６参照）は、第１実施形態で説明した構成に限らない。第２実施形態では、再開条件の別の例を説明する。なお、第２実施形態の構成は、再開条件を除き、第１実施形態と同じである。

第２実施形態の再開条件は、図２のステップＳ１４にて切替制御が停止されてから予め定められた待機時間Ｔが経過したことである。待機時間Ｔは、コンデンサ２５の充電電圧が遮断器６の駆動電圧の最小値を下回らないように設定される。待機時間Ｔは、例えばコンデンサ２５の容量と、遮断器６の駆動電圧の最小値と、第２スイッチ２７がオフ状態（阻止状態）のときのドレイン・ソース間のリーク電流とに基づいて決定される。

次の説明は、第２実施形態の遮断電流供給装置１０の動作の具体例に関する。図４に示されるタイミングｔ２０では、始動スイッチ５０がオフ状態であり、第２スイッチ２７がオフ状態（阻止状態）であり、切替制御が停止中であり、コンデンサ２５の充電電圧は０Ｖであり、バッテリ４の消費電流は０Ａである。その後、タイミングｔ２１にて、始動スイッチ５０がオン状態になると、開始条件が成立する。そして、タイミングｔ２２にて、第２スイッチ２７がオン状態（許可状態）に切り替わり、タイミングｔ２３にて、切替制御が開始される。切替制御が開始されると、コンデンサ２５の充電電圧が徐々に上昇する。また、コンデンサ２５の充電電圧の上昇に伴い、バッテリ４の消費電流が徐々に上昇する。タイミングｔ２４にて、コンデンサ２５の充電電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を超えると、切替制御が停止され、バッテリ４の消費電流が０Ａになる。また、タイミングｔ２５にて、第２スイッチ２７がオフ状態（阻止状態）に切り替わる。

切替制御が停止された後、コンデンサ２５の充電電圧が徐々に低下する。タイミングｔ２６にて、切替制御が停止されてからの経過時間が待機時間Ｔを超えると、再開条件が成立し、第２スイッチ２７がオン状態（許可状態）に切り替わる。また、タイミングｔ２７にて、切替制御が開始される。これにより、再度、コンデンサ２５の充電電圧が上昇し、バッテリ４の消費電流が上昇する。その後、タイミングｔ２８にて、コンデンサ２５の充電電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を超えると、切替制御が停止され、バッテリ４の消費電流が０Ａになる。また、タイミングｔ２９にて、第２スイッチ２７がオフ状態（阻止状態）に切り替わる。タイミングｔ３０にて、切替制御が停止されてからの経過時間が待機時間Ｔを超えると、再開条件が成立し、第２スイッチ２７がオン状態（許可状態）に切り替わる。また、タイミングｔ３１にて、切替制御が開始される。このように切替制御が間欠的に行われることで、バッテリ４の消費電流が抑えられ、コンデンサ２５の充電電圧が遮断器６の駆動電圧の最小値以上に維持されやすくなる。

＜他の実施形態＞
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。

上記各実施形態では、制御部が切替制御を行う際、第１制御を行う構成であったが、この構成に限らない。例えば、制御部は、阻止部を阻止状態としつつ切替制御を行う第２制御を行う構成であってもよい。あるいは、制御部は、第１制御と第２制御とを選択的に行う構成であってもよい。

図２のステップＳ１１の処理と、ステップＳ１２の処理とは、順序が逆であってもよい。図２のステップＳ１４の処理と、ステップＳ１５の処理とは、順序が逆であってもよい。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、請求の範囲によって示された範囲内又は請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…車載システム
２…車載用遮断装置
４…バッテリ
５Ａ…導電路
５Ｂ…導電路
６…遮断器
６Ａ…点火器
７…電流入力部
７Ａ…第１端子部
７Ｂ…第２端子部
８Ａ…導体部
８Ｂ…導体部
８Ｃ…導体部
９…電力路
９Ａ…第１電力路
９Ｂ…第２電力路
１０…車載用遮断電流供給装置
１３…制御部
１４…切替スイッチ（切替部）
２０…トランス
２１…第１巻線部
２２…第２巻線部
２５…コンデンサ
２６…抵抗部（放電回路）
２７…第２スイッチ（阻止部）
２８…電圧検出部
２９…直列構成部
３０…スイッチ
４０…遮断信号発生部
４１…信号発生装置
４２…第１絶縁素子
４３…導電路
４４…導電路
５０…始動スイッチ
５１…第１導電路
５２…第２導電路
５３…第３導電路
６２…第２絶縁素子
６３…導電路
６４…導電路
１００…車両
Ｔ…待機時間
Ｖｔｈ１…閾値電圧
Ｖｔｈ２…第２閾値電圧

Claims (13)

1. 電力路に設けられるとともに前記電力路とは絶縁された電流入力部を有する遮断器とスイッチとを備える車載用遮断装置に適用され、
   適用対象の前記車載用遮断装置は前記スイッチのオン動作に応じて前記電流入力部に対する通電が許容されることにより前記遮断器が前記電力路の遮断動作を行うように動作する車載用遮断電流供給装置であって、
   第１巻線部と第２巻線部とを有するトランスと、
   前記第１巻線部への通電を許容する許容状態と前記許容状態を解除する解除状態とに切り替わる切替部と、
   前記第２巻線部と前記遮断器との間の中間導電路に電気的に接続され、前記第２巻線部から電力を受けるコンデンサと、
   前記遮断器とは異なる経路で前記コンデンサを放電させる放電回路と、
   前記放電回路による前記コンデンサの放電を許可する許可状態と、前記放電回路による前記コンデンサの放電を阻止する阻止状態とに切り替わる阻止部と、
   前記切替部と前記阻止部とを制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記切替部が前記許容状態と前記解除状態との切り替えを交互に繰り返すように制御する切替制御を行い、
   前記切替制御が行われることに応じて前記第２巻線部側から前記コンデンサに対する充電電流が供給され、
   前記スイッチのオン動作に応じて前記コンデンサの放電電流が前記電流入力部に供給され、
   前記阻止部が前記許可状態に切り替わることに応じて前記コンデンサが前記経路で放電される
   車載用遮断電流供給装置。
2. 前記電流入力部は、第１端子部と第２端子部とを有し、
   前記中間導電路は、前記第２巻線部の一端と前記第１端子部との間に設けられる第１導電路と、前記第２巻線部の他端と前記第２端子部との間に設けられる第２導電路と、を有し、
   前記コンデンサは、一方の電極が前記第１導電路に電気的に接続され、他方の電極が前記第２導電路に電気的に接続され、
   前記放電回路は、前記第１導電路と前記第２導電路との間において前記コンデンサに対して並列に接続される抵抗部を有し、
   前記阻止部は、前記コンデンサと前記抵抗部との間に設けられる第２スイッチを有し、前記第２スイッチのオン動作に応じて前記許可状態に切り替わり、前記第２スイッチのオフ動作に応じて前記阻止状態に切り替わる
   請求項１に記載の車載用遮断電流供給装置。
3. 前記制御部は、前記切替制御を開始した後、前記コンデンサの充電電圧が閾値電圧を超えた場合に、前記切替制御を停止し、且つ前記阻止部を前記阻止状態に切り替える
   請求項１又は請求項２に記載の車載用遮断電流供給装置。
4. 前記制御部は、前記切替制御を開始した後、前記コンデンサの充電電圧が閾値電圧を超えた場合に前記切替制御を停止し、予め定められた再開条件が成立した場合に前記切替制御を再開する
   請求項３に記載の車載用遮断電流供給装置。
5. 前記制御部は、前記切替制御を停止した後、前記コンデンサの充電電圧が前記閾値電圧よりも小さい第２閾値電圧以下となった場合に前記切替制御を再開する
   請求項４に記載の車載用遮断電流供給装置。
6. 前記制御部は、前記切替制御を停止してから予め定められた待機時間が経過した場合に、前記切替制御を再開する
   請求項４に記載の車載用遮断電流供給装置。
7. 前記制御部は、前記阻止部を前記許可状態としつつ前記切替制御を行う第１制御を行う
   請求項５に記載の車載用遮断電流供給装置。
8. 前記制御部は、前記阻止部を前記阻止状態としつつ前記切替制御を行う第２制御を行う
   請求項７に記載の車載用遮断電流供給装置。
9. 前記遮断器は、前記電流入力部に駆動電流が流れた場合に前記電力路を遮断する火工遮断器である
   請求項８に記載の車載用遮断電流供給装置。
10. 前記制御部は、前記切替制御を開始した後、前記コンデンサの充電電圧が閾値電圧を超えた場合に前記切替制御を停止し、予め定められた再開条件が成立した場合に前記切替制御を再開する
    請求項１又は請求項２に記載の車載用遮断電流供給装置。
11. 前記制御部は、前記阻止部を前記許可状態としつつ前記切替制御を行う第１制御を行う
    請求項１又は請求項２に記載の車載用遮断電流供給装置。
12. 前記制御部は、前記阻止部を前記阻止状態としつつ前記切替制御を行う第２制御を行う
    請求項１又は請求項２に記載の車載用遮断電流供給装置。
13. 前記遮断器は、前記電流入力部に駆動電流が流れた場合に前記電力路を遮断する火工遮断器である
    請求項１又は請求項２に記載の車載用遮断電流供給装置。

Images