JP2016093004A - スイッチボックス - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続されているスイッチングトランジスタのそれぞれについてオープン故障あるいはショート故障を確実に検出するスイッチボックスを提供する。【解決手段】スイッチボックスは、一対の電池を並列接続するための直列接続された一対のスイッチングトランジスタと、前記一対のスイッチングトランジスタのそれぞれに並列に接続されるとともに、アノード端子が共通接続された一対のダイオードと、前記一対のスイッチングトランジスのオン／オフ動作を個別に行う個別駆動回路と、前記一対のスイッチングトランジスタの一方をオン動作させる際に、前記一対のスイッチングトランジスタの接続点の電圧が、オフ動作中のスイッチングトランジスタ側の電池への前記ダイオードを介した電流の流れ込みが無い電圧となるように、前記オン動作させる一方のスイッチングトランジスタの制御端子に印加する駆動電圧を設定する駆動回路と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチボックスに関する。

近年、様々な分野において電子化が進み、電気容量の確保の要求から複数の二次電池を電源として用いることがなされている。

また、自動車においては、エンジン始動用のスタータモータを駆動するメインバッテリとしての鉛蓄電池に加えて、オーディオ機器等の車載機器に電力を供給するためのサブバッテリとしてのリチウムイオン電池を搭載する車載電源システムが提案されている。

このような車載電源システムが提案された背景としては、電気容量の確保だけでなく、装置寿命の向上やコストアップ抑制などが挙げられる。
すなわち、メインバッテリとしての鉛蓄電池は、サブバッテリとしてのリチウムイオン電池に比べて安価であるが、頻繁な充放電に対する耐久性は低くなっている。特に停車時にエンジンを停止するアイドルストップ機能を有する車両や、車両の回生エネルギーをオルタネータにより発電させて充電を行う車両などにおいて、鉛蓄電池を用いた場合には、頻繁に放電あるいは充電を行うこととなり、早期の劣化が予測されるからである。

そこで、安価な鉛蓄電池と、頻繁な充放電に対する耐久性の高いリチウムイオン電池を同時に搭載し、アイドルストップ中における負荷への電力供給や回生充電等の頻度の高い充放電動作をリチウムイオン電池に優先的に行わせ、鉛蓄電池の劣化軽減を図るとともに、長時間にわたるバックアップ電源供給などの電力容量の確保を鉛蓄電池に担わせることにより、リチウムイオン電池の小容量化によるコストアップの抑制を図っているのである。

特開２００９−１６６７６９号公報

上記構成を実現するにあたり、各バッテリの電圧に基づいて両バッテリ間の接続状態を制御するためにメインバッテリとサブバッテリとをスイッチボックスを介して接続するようにしている。
ところで、上述したような車載電源システムにおいて、スイッチボックスは、複数のスイッチングトランジスタ（たとえば、ＭＯＳＦＥＴ）を備えているが、スイッチボックスを確実に動作させるために、テストモードにおいては、これら複数のスイッチングトランジスタを個別に駆動して、オープン故障あるいはショート故障を確実に検出できることが望まれている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、並列接続されているスイッチングトランジスタのそれぞれについてオープン故障あるいはショート故障を確実に検出するために、並列接続されている複数のスイッチングトランジスタを個別に駆動できるスイッチボックスを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、実施形態のスイッチボックスは、一対の電池を並列接続するための直列接続された一対のスイッチングトランジスタと、前記一対のスイッチングトランジスタのそれぞれに並列に接続されるとともに、アノード端子が共通接続された一対のダイオードと、前記一対のスイッチングトランジスのオン／オフ動作を個別に行う個別駆動回路と、前記一対のスイッチングトランジスタの一方をオン動作させる際に、前記一対のスイッチングトランジスタの接続点の電圧が、オフ動作中のスイッチングトランジスタ側の電池への前記ダイオードを介した電流の流れ込みが無い電圧となるように、前記オン動作させる一方のスイッチングトランジスタの制御端子に印加する駆動電圧を設定する駆動回路と、を備える。

また、上記スイッチボックスにおいて、前記制御端子が共通接続され、オン状態にある一のスイッチングトランジスタから前記制御端子を介した他のスイッチングトランジスタへの電力の廻り込みを防止する廻り込み防止回路を設けるようにしてもよい。

また、上記スイッチボックスにおいて、前記一対のスイッチングトランジスタに対し並列に接続された、直列接続された一対或いは複数対のスイッチングトランジスタと、前記一対のスイッチングトランジスタに対し並列に接続された、一対或いは複数対のスイッチングトランジスタのそれぞれに並列に接続されるとともに、アノード端子が共通接続された一対或いは複数対のダイオードと、前記一対のスイッチングトランジスタに並列に接続された一対或いは複数対のスイッチングトランジスタにそれぞれ設けられ、対応するスイッチングトランジスタのオン／オフ動作を個別に行う一又は複数対の個別駆動回路と、を備えるようにしてもよい。

また、上記スイッチボックスにおいて、前記一対のスイッチングトランジスタの接続点の電圧をＶｍｉｄとし、前記一対の電池のうちオン動作中のスイッチングトランジスタ側の電池の電圧をＶ１とし、前記一対の電池のうちオフ動作中のスイッチングトランジスタ側の電池の電圧をＶ２とし、オン動作中のスイッチングトランジスタの電圧降下をＶＤＳとし、前記オン動作中のスイッチングトランジスタと対になっているオフ動作中のスイッチングトランジスタの寄生ダイオードの降伏電圧をＶＤとした場合に、前記駆動電圧は、次式を満たすように設定するようにしてもよい。
Ｖ１−ＶＤＳ＝Ｖｍｉｄ＜Ｖ２＋ＶＤ

また、上記スイッチボックスにおいて、前記スイッチングトランジスタは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、前記制御端子は、ゲート端子で有るようにしてもよい。

また、上記スイッチボックスにおいて、前記廻り込み防止回路は、前記制御端子をスイッチング素子を介して接地するようにしてもよい。

実施形態のスイッチボックスによれば、確実にオープン故障並列接続されている複数のスイッチングトランジスタを確実に個別に駆動できる、という効果を奏する。

図１は、一対の車載バッテリを備えた車載電源システムの概要構成ブロック図である。 図２は、スイッチボックスの概要構成ブロック図である。 図３は、スイッチボックスの詳細回路例の説明図である。 図４は、スイッチボックスを構成するスイッチングトランジスタの個別動作テストのタイミングチャートである。

次に図面を参照して好適な実施形態について説明する。
図１は、一対の車載バッテリを備えた車載電源システムの概要構成ブロック図である。
車載電源システム１０は、鉛蓄電池として構成されたメインバッテリ１１と、同じく鉛蓄電池として構成されたサブバッテリ１２と、ＥＣＵ等として構成された車載コントローラ１３と、車載コントローラ１３の制御下でメインバッテリ１１とサブバッテリ１２との並列接続／遮断等を行うリレートランジスタ回路として構成されたソリッドステートリレー（ＳＳＲ）を備えたスイッチボックス１４と、を備えている。

上記構成において、車載コントローラ１３は、検査モードにおいて、スイッチボックス１４を構成している複数のＦＥＴを個別にオン制御あるいはオフ制御し、得られるテスト時電圧ＶＴＳＴに基づいてスイッチボックス１４を構成している各ＦＥＴのショート故障、オープン故障の検出を行う。

また、車載コントローラ１３は、通常動作モードにおいては、メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２の過充電や過放電に伴う早期劣化を防止するため、メインバッテリ１１あるいはサブバッテリ１２のＳＯＣ（State Of Charge）が適正範囲となるように、制御を行う。

すなわち、メインバッテリ１１のＳＯＣが適正範囲より低下した場合には、レギュレータで調整する発電電力の設定電圧を高く設定することで、メインバッテリ１１への充電を促進する。また、メインバッテリ１１のＳＯＣが適正範囲より上昇した場合には、レギュレータで調整する発電電力の設定電圧を低く設定することで、メインバッテリ１１からの放電を促進する。

ところで、メインバッテリ１１の開放電圧と、サブバッテリ１２の開放電圧とは異なっているのが通常で有り、単純にメインバッテリ１１とサブバッテリ１２とを電気的に接続してしまうと、メインバッテリ１１のＳＯＣを適正範囲に収めるために、発電電力の設定電圧を変更することにより、サブバッテリ１２の過充電あるいは過放電が起きる虞がある。

このため、車載コントローラ１３は、メインバッテリ１１へ充電し、サブバッテリ１２への充電をさせたくない場合や、サブバッテリ１２からメインバッテリ１１への放電をさせたくない場合には、スイッチボックス１４に対してメインバッテリ１１とサブバッテリ１２との遮断状態に移行し、あるいは、遮断状態を維持する指示を行う。

図２は、スイッチボックスの概要構成ブロック図である。
スイッチボックス１４は、並列接続された複数（図２では、３個）のリレートランジスタ回路２１−１〜２１−３と、車載コントローラ１３からの全オン制御信号ＣALL-ONに基づいて複数のリレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を同時にオン動作させるための同時オン回路２２と、車載コントローラ１３からの全オフ制御信号ＣALL-OFFに基づいて複数のリレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を同時にオフ動作するための同時オフ回路２３と、車載コントローラからの個別オン／オフ制御信号ＣON-OFF11、ＣON-OFF12、ＣON-OFF21、ＣON-OFF22、ＣON-OFF31、ＣON-OFF32、に基づいて、複数のリレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を構成している後述する６個のスイッチングトランジスタとして機能するＮチャネルＭＯＳＦＥＴを個別に駆動し、スイッチントランジスタの個別動作テストを行うために各リレートランジスタ回路にそれぞれ一組ずつ設けられた個別駆動回路２４−１〜２４−６と、メインバッテリ１１の電圧ＶＭＢを検出するメイン電圧検出回路２５と、サブバッテリ１２の電圧ＶＳＢを検出するサブ電圧検出回路２６と、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３の故障検出動作（故障検出テスト）時のテスト時電圧ＶＴＳＴを検出するテスト時電圧検出回路２７と、を備えている。
上記構成において、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３は、ソリッドステートリレーとして機能している。

この場合において、テスト時電圧検出回路２７は、電位検出回路として機能している。
また、リレートランジスタ回路を複数設けているのは、複数系統に分流し、実質的な電気容量を大きく確保するためである。

図３は、スイッチボックスの詳細回路例の説明図である。
リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３は、図３に示すように、ソース端子がバックツーバック接続された一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２を備えている。さらにＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１のソース端子−ゲート端子間及びＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２のソース端子−ゲート端子間には、アノードが接続された一対のツェナーダイオードが逆流を防止するとともに、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１あるいはＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２のソース端子−ゲート端子間に所定の一定電圧を印加するための逆流防止定電圧回路ＣＶがそれぞれ接続されている。

上記構成において、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１は、並列接続され、制御端子であるゲート端子が共通接続されて、一対の電池であるメインバッテリ１１及びサブバッテリ１２を並列接続するための複数のスイッチングトランジスタとして機能している。

さらにリレートランジスタ回路２１−１〜２１−３のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１全体で一対のスイッチングトランジスタ群のうち、一方のスイッチングトランジスタ群を構成している。

同様に、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２は、並列接続され、制御端子であるゲート端子が共通接続されて、一対の電池であるメインバッテリ１１及びサブバッテリ１２を並列接続するための複数のスイッチングトランジスタとして機能している。

さらにリレートランジスタ回路２１−１〜２１−３のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２全体で一対のスイッチングトランジスタ群のうち、他方のスイッチングトランジスタ群を構成している。

同時オン回路２２は、図３に示すように、リレートランジスタを構成する一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２のゲート端子に電流制限抵抗３２を介してコレクタ端子が接続されたＰＮＰトランジスタ３３と、ＰＮＰトランジスタ３３のエミッタ端子に接続され、“Ｈ”レベルの電圧を印加可能な昇圧回路３４と、ベース端子に車載コントローラから全オン制御信号ＣALL-ONが入力され、コレクタ端子がＰＮＰトランジスタ３３のベース端子に接続され、コレクタ端子がＰＮＰトランジスタ３３のベース端子にプルダウン抵抗３５を介して接続され、エミッタ端子が接地され、全オン制御信号ＣALL-ONに基づいて、ＰＮＰトランジスタ３３を駆動するＮＰＮトランジスタ３６と、を備えている。

上記構成において、ＰＮＰトランジスタ３３のベース端子−エミッタ端子間には、ＰＮＰトランジスタ３３のオン状態におけるベース−エミッタ電圧を一定電圧とするためにツェナーダイオード及び抵抗が並列接続された定電圧回路ＣＶ２が設けられている。

同時オフ回路２３は、図３に示すように、一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２の両ソース端子にソース端子が接続され、一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴのそれぞれのゲート端子に接続され、一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２の両ゲート端子にドレイン端子が接続され、オン状態となって、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのソース−ゲート端子間を短絡するオフ制御用のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３７（＝駆動回路）と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のゲート端子を基準電位Ｖｒｅｆ（＝０Ｖ）に接続するためのプルダウン抵抗３８と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３７とプルダウン抵抗３８の接続点にコレクタ端子が接続され、昇圧回路３４にエミッタ端子が接続されたＰＮＰトランジスタ３９と、ベース端子に車載コントローラから全オフ制御信号ＣALL-OFFが入力され、コレクタ端子がＰＮＰトランジスタ３９のベース端子にプルダウン抵抗４０を介して接続され、エミッタ端子が接地され、全オフ制御信号ＣALL-OFFに基づいてＰＮＰトランジスタ３９を駆動するＮＰＮトランジスタ４１と、を備えている。

また、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のソース端子−ゲート端子間には、アノードが接続された一対のツェナーダイオードが逆流を防止するとともに、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のソース端子−ゲート端子間に所定一定電圧を印加するための逆流防止定電圧回路ＣＶ１が接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ３９のベース端子−エミッタ端子間には、ＰＮＰトランジスタ３９のオン状態におけるベース−エミッタ電圧を一定電圧とするためにツェナーダイオード及び抵抗が並列接続された定電圧回路ＣＶ３が設けられている。

次に、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を構成し、それぞれがスイッチングトランジスタとして機能するＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２をそれぞれ別個にテストする際に、対応するＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２を個別に駆動する個別駆動回路２４−１〜２４−６について説明する。
ここで、個別駆動回路２４−１は、リレートランジスタ回路２１−１を構成しているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１を駆動可能とされ、個別駆動回路２４−２は、リレートランジスタ回路２１−１を構成しているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２を駆動可能とされている。同様に、個別駆動回路２４−３は、リレートランジスタ回路２１−２を構成しているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１を駆動可能とされ、個別駆動回路２４−４は、リレートランジスタ回路２１−２を構成しているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２を駆動可能とされ、個別駆動回路２４−５は、リレートランジスタ回路２１−３を構成しているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１を駆動可能とされ、個別駆動回路２４−６は、リレートランジスタ回路２１−３を構成しているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２を駆動可能とされている。
ところで、個別駆動回路２４−１〜２４−６は、同様の構成となっているので、個別駆動回路２４−１を例として図３を参照して説明する。

個別駆動回路２４−１は、メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２のそれぞれに対し順方向接続されたダイオードＤ１１、Ｄ１２を介してエミッタ端子が接続され、コレクタ端子が分圧回路を構成している分圧抵抗５１−１、５１−２のうち分圧抵抗５１−１を介して、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１のゲート端子に接続されたＰＮＰトランジスタ５２と、ＰＮＰトランジスタ５２のエミッタ端子に高電位側端子が接続され、ＰＮＰトランジスタ５２と並列に接続されて分圧電圧をＰＮＰトランジスタ５２のベース端子に供給する分圧回路５３と、分圧回路５３の低電位側端子がコレクタ端子に接続され、エミッタ端子が接地され、ベース端子に車載コントローラ１３からの個別オン／オフ制御信号ＣON-OFF11が入力されるＮＰＮトランジスタ５４と、を備えている。

上記構成において、個別駆動回路２４−１〜２４−６を構成しているすべてのＰＮＰトランジスタ５２のコレクタ端子は、プルダウン抵抗５５を介してＮＰＮトランジスタ５６のコレクタ端子に共通接続されている。

ここで、ＮＰＮトランジスタ５６は、ベース端子に車載コントローラ１３から廻り込み防止制御信号ＣSTPが入力され、個別オン／オフ動作時にオン状態とされる。これにより、個別オン／オフ動作の対象となる制御対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１（あるいは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２）の動作状態（オン又はオフ）にかかわらず、制御対象以外のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２の制御端子であるゲート端子は、接地状態（“Ｌ”レベル）となり、制御対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１（あるいは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２）の制御時の電力の廻り込みにより非制御対象の他のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２が動作することはないようにされている。すなわち、プルダウン抵抗５５及びＮＰＮトランジスタ５６は、廻り込み防止回路２８として機能することとなる。

この結果、オープン故障あるいはショート故障をスイッチングトランジスタ毎に確実に検出するために、並列接続されているスイッチングトランジスタであるＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２のそれぞれを個別に駆動できる。

また、並列接続された複数のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１（スイッチングトランジスタ）及び並列接続された複数のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２（スイッチングトランジスタ）をスイッチングトランジスタ群として、一対のスイッチングトランジスタ群を直列接続して同一の廻り込み防止回路２８に接続しているので、簡易な構成で確実に電力の廻り込みを防止できる。

次に実施形態の動作を説明する。
［１］全オン時の動作
まず、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を構成している全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１〜３１−２を全てオン状態とする全オン時の動作を説明する。
初期状態においては、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を構成している全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１〜３１−２がオフ状態で有り、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２とは、ソース端子がバックツーバック接続され、寄生ダイオードが互いに逆方向を向いているため、メインバッテリ１１と、サブバッテリ１２とは、非接続状態となっている。

まず、車載コントローラ１３は、全オン制御信号ＣALL-ON＝“Ｈ”レベルとする。
これにより、ＮＰＮトランジスタ３６は、オン状態となり、ＰＮＰトランジスタ３３のベース端子の電位は、プルダウン抵抗３５により接地レベルとなり、ＰＮＰトランジスタ３３がオン状態となる。
これらの結果、昇圧回路３４の“Ｈ”レベルの電圧（＝２０Ｖ）は、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３のそれぞれを構成しているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２のゲート端子に印加され、全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２をオン状態（閉状態）とする。

したがって、メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２は、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を介して並列接続され、一体となって電力供給を行うこととなる。

［２］全オフ時の動作
次に、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を構成している全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１〜３１−２を全てオフ状態とする全オフ時の動作を説明する。
初期状態においては、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を構成している全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１〜３１−２がオン状態となっているものとする。

車載コントローラ１３は、全オン制御信号ＣALL-ON＝“Ｌ”レベルとして、ＮＰＮトランジスタ３６及びＰＮＰトランジスタ３３をオフ状態にした後、全オフ制御信号ＣALL-OFF＝“Ｈ”レベルとする。
これにより、ＮＰＮトランジスタ４１は、オン状態となり、ＰＮＰトランジスタ３９のベース端子の電位は、プルダウン抵抗４０により接地レベルとなり、ＰＮＰトランジスタ３９がオン状態となる。

これらの結果、昇圧回路３４の“Ｈ”レベルの電圧は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のゲート端子に印加される。
ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３７は、オン状態となり、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を構成している全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１〜３１−２のソース端子の電位と、ゲート端子の電位は、同電位となり、全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１〜３１−２はオフ状態となる。

したがって、メインバッテリ１１及びサブバッテリは、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３により並列接続が解除されることとなる。

［３］スイッチントランジスタの個別動作テスト時の動作
リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を構成しているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１〜３１−２に対し、それぞれ個別に動作テストする個別動作テストの際に行われるスイッチングトランジスタの個別オン／オフ動作について図４を参照して説明する。
図４は、スイッチボックスを構成するスイッチングトランジスタの個別動作テストのタイミングチャートである。
上述したように、個別駆動回路２４−１〜２４−６は、同様の構成となっているので、動作も同様となっている。
そこで、個別駆動回路２４−１を例として、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１の個別オン／オフ動作について説明する。
この場合において、個別オン動作及び個別オフ動作は、連続して行うようになっている。

まず、個別オン動作について説明する。
初期状態において、リレートランジスタ回路２１−１〜２１−３を構成している全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２がオフ状態で有り、メインバッテリ１１と、サブバッテリ１２とは、非接続状態となっているものとする。
上記状態となっていることは、テスト時電圧検出回路２７の検出したテスト時電圧ＶＴＳＴが０Ｖ（接地電位）となっていることで確認ができる。

まず、車載コントローラ１３は、時刻ｔ１において、廻り込み防止制御信号ＣSTPを“Ｈ”レベルの電圧とする。これにより、ＮＰＮトランジスタ５６は、オン状態となり、プルダウン抵抗５５を介して、全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２のゲート端子は接地状態（“Ｌ”レベル）となる。

このとき、車載コントローラ１３は、テスト時電圧検出回路２７の出力したテスト時電圧ＶＴＳＴを監視し、テスト時電圧検出回路２７が全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２がオフ状態にある場合に検出される電位、すなわち、テスト時電圧検出回路２７の検出したテスト時電圧ＶＴＳＴが０Ｖ（接地電位）となっていることを確認する。

次に車載コントローラ１３は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを個別にオンさせ、テスト時電圧検出回路２７により検出されたテスト時電圧ＶＴＳＴによって、テスト対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴがオンされているか（オープン故障）を検出する。
車載コントローラ１３は、テスト対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（以下の説明では、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１）のソース端子にソース端子がバックツーバック接続されている対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ及び当該対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴと並列に接続されているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（以下の説明では、全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２）の電圧をメイン電圧検出回路２５あるいはサブ電圧検出回路２６（以下の説明では、サブ電圧検出回路２６）により検出する。

次に、個別駆動回路２４−１〜２４−６が対応するリレートランジスタ回路２１−１〜２１−３に出力するテスト電圧(個別駆動電圧)が印加された状態で、テスト対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴに接続されている電池の電圧から当該テスト対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴの電圧降下を差し引いた電圧、すなわち、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴの接続点の電圧に対し、テスト対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴと対となるＮチャネルＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの降伏電圧と、当該対となるＮチャネルＭＯＳＦＥＴの先に接続されているバッテリの電圧と、の和の方が高いか否かを判別する。

これは、テスト対象（個別駆動対象）のＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート端子にテスト電圧（個別駆動電圧）が印加された状態で、テスト対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ及び対となるＮチャネルＭＯＳＦＥＴの接続点の電圧が、対となるＮチャネルＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードのカソード端子の先に接続されているバッテリの電圧よりも高い場合には、寄生ダイオードを介して当該対となるＮチャネルＭＯＳＦＥＴ側のバッテリに電流が流れ、テスト時電圧ＶＴＳＴが変動し正確な個別オン動作のテストが行えないからである。

換言すれば、テスト電圧(個別駆動電圧)は、一対のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２の接続点の電圧をＶｍｉｄとし、一対の電池であるメインバッテリ１１及びサブバッテリ１２のうち、低電圧側の電池の電圧をＶ１とし、高電圧側の電池の電圧をＶ２とし、低電圧側の電池に接続されたスイッチングトランジスタの電圧降下をＶＤＳとし、高電圧側の電池に接続されたダイオードの降伏電圧をＶＤとした場合に、次式を満たすように設定される。
Ｖ１−ＶＤＳ＝Ｖｍｉｄ＜Ｖ２＋ＶＤ

例えば、上記式を満たすテスト電圧(個別駆動電圧)として７Ｖが用いられ、高電圧側のバッテリの電圧Ｖ２＝１２Ｖである場合、低電圧側のバッテリの電圧Ｖ１が３Ｖ程度までは、高電圧側のバッテリにカソードが接続されている寄生ダイオードを介して電流が流れることが無く、正確な個別オン動作のテストが行えるようになっている。

そして車載コントローラ１３は、テスト電圧が印加された状態で、テスト対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴに接続されている電池の電圧から当該テスト対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴの電圧降下を差し引いた電圧に対し、テスト対象のＮチャネルＭＯＳＦＥＴと対となるＮチャネルＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの降伏電圧と、当該対となるＮチャネルＭＯＳＦＥＴの先に接続されているバッテリの電圧と、の和の方が高い場合には、個別オン動作のテストに移行する（以下、全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１〜３１−２がオフ状態にあることを検出してから、実際の個別オン動作のテストに移行する前に行う処理をテスト前処理という。）。

そして、テスト前処理が完了すると、車載コントローラ１３は、時刻ｔ２において、個別オン／オフ制御信号ＣON-OFF11を“Ｈ”レベルの電圧としてＮＰＮトランジスタ５４のベース端子に印加する。これによりＮＰＮトランジスタ５４のベース端子からエミッタ端子に電流が流れ、ＮＰＮトランジスタ５４は、オン状態となる。

これに伴い、分圧回路５３には、メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２からダイオードＤ１１、Ｄ１２を介して電力が供給され、供給された電力の電圧を分圧して、ＰＮＰトランジスタ５２のベース端子に印加する。
これによりＰＮＰトランジスタ５２のベース端子からコレクタ端子に電流が流れ、ＰＮＰトランジスタ５２は、オン状態となる。

この結果、ＰＮＰトランジスタ５２を介して、分圧回路を構成している分圧抵抗５１−１、５１−２にメインバッテリ１１及びサブバッテリ１２からダイオードＤ１１、Ｄ１２を介して電力が供給され、供給された電力の電圧を分圧した分圧電圧が、測定対象ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるリレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１のゲート端子にテスト電圧として印加される。上述したように、テスト電圧の印加では、いずれかのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２の寄生ダイオードを介してメインバッテリ１１側からサブバッテリ１２側に電流が流れ込むことはないので、正確な個別オン動作のテストが行えるようになっている。
一方、廻り込み防止制御信号ＣSTPは“Ｈ”レベルの電圧のままであるので、非測定対象ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるリレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２、リレートランジスタ回路２１−２のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２、リレートランジスタ回路２１−３のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１、３１−２のゲート端子は接地状態（“Ｌ”レベル）のままとなっている。
また、スイッチングトランジスタとして機能している全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２、リレートランジスタ回路２１−２のソース電位は“Ｌ”レベル状態となっている。

したがって、逆流防止定電圧回路ＣＶによりＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１のソース端子−ゲート端子間に所定の一定電圧が印加されることとなり、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１は、時刻ｔ２において、単独でオン状態となる。

この結果、正常にリレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１がオン状態に移行すると、テスト時電圧検出回路２７は、メインバッテリ１１から供給された電力により、所定の電位に上昇したリレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１のソース端子の電位を検出する。そして、テスト時電圧検出回路２７は、テスト時電圧ＶＴＳＴとして、車載コントローラ１３に出力する。

したがって、車載コントローラ１３は、テスト時電圧ＶＴＳＴが所定の電位となり、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１のソース端子の電位が、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１がオフ状態にあった初期状態よりも所定の閾値を超えて上昇している場合に、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１が正常にオン状態に遷移したと判別することとなる。

逆にリレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１がオン状態に正常に移行できない場合には、テスト時電圧検出回路２７は、全てのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１〜３１−２がオフ状態にある場合に検出される電位を検出することとなるので、車載コントローラ１３は、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１がオフ状態のままである、オープン故障であると判別することとなる。

次に個別オン動作において、車載コントローラ１３は、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１が正常であると確認すると、個別オフ動作を行う。
まず、車載コントローラ１３は、時刻ｔ３において、個別オン／オフ制御信号ＣON-OFF11を“Ｌ”レベルの電圧としてＮＰＮトランジスタ５４のベース端子に印加する。これによりＮＰＮトランジスタ５４は、オフ状態へと遷移する。

これに伴い、分圧回路５３には、メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２からダイオードＤ１１、Ｄ１２を介した電圧がそのまま供給されるので、ＰＮＰトランジスタ５２のベース端子にも電源電圧が供給されるため、ＰＮＰトランジスタ５２は、オフ状態へと遷移することとなる。

この結果、ＰＮＰトランジスタ５２を介した分圧抵抗５１−１、５１−２に対する電力供給がなくなるため、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１のゲート端子は、プルダウン抵抗５５及びＮＰＮトランジスタ５６を介して接地され、“Ｌ”レベルとなり、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１が正常であれば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１はオフ状態へと遷移する。

したがって、車載コントローラ１３は、テスト時電圧ＶＴＳＴに基づいて、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１のソース端子の電位が、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１がオフ状態にあった初期状態と等しくなれば、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１が正常にオフ状態に遷移したと判別することとなる。

逆にリレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１がオフ状態に正常に移行できない場合には、テスト時電圧検出回路２７の出力するテスト時電圧ＶＴＳＴがＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１がオフ状態にあった初期状態よりも所定の閾値を超えたままである場合には、車載コントローラ１３は、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１がオン状態のままである、ショート故障であると判別することとなる。

そして、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１の個別動作テストが完了すると、同様にリレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２について個別オン／オフ動作を行う。
そして、リレートランジスタ回路２１−１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１及びＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２の個別動作が終了すると、時刻ｔ４において、車載コントローラ１３は、廻り込み防止制御信号ＣSTPを“Ｌ”レベルの電圧として、処理を終了する。

その後、車載コントローラ１３は、同様に、残りのリレートランジスタ回路２１−２、２１−３を構成しているＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１及びＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−２の個別オン／オフ動作を行い、それらが正常であるか否かをそれぞれ個別に判別することとなる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、複数のスイッチングトランジスタであるＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１−１，３１−２を個別に動作テストし、オープン故障あるいはショート故障を確実に検出できる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明したが、この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

以上の説明においては、スイッチングトランジスタとして寄生ダイオードが形成されるＭＯＳＦＥＴについて述べたが、ＩＧＢＴ等のスイッチングトランジスタと並列にダイオードを別途接続する構成であっても、同様に適用が可能である。
例えば、以上の説明においては、リレートランジスタ回路を３組設けていたが、これに限らず、複数設けられている場合であれば、同様に適用が可能である。
以上の説明においては、メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２として、鉛蓄電池の場合を説明したが、少なくとも一方がリチウムイオン電池等の他の二次電池であっても定格出力電圧が同一であれば、同様に適用することが可能である。

また、以上の説明においては、メインバッテリ１１及びサブバッテリ１２として、単独の二次電池を用いていたが、少なくとも一方を複数の電池を直列接続あるいは並列接続して１個の電池として機能する組電池とするように構成することも可能である。

１０ 車載電源システム
１１ メインバッテリ
１２ サブバッテリ
１３ 車載コントローラ
１４ スイッチボックス
２１−１〜２１−３ リレートランジスタ回路
２２ 同時オン回路
２３ 同時オフ回路
２４−１〜２４−６ 個別駆動回路
２５ メイン電圧検出回路
２６ サブ電圧検出回路
２７ テスト電圧検出回路（電位検出回路）
２８ 廻り込み防止回路
３１−１、３１−２ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（スイッチングトランジスタ）
３４ 昇圧回路
３５ プルダウン抵抗
３６ ＮＰＮトランジスタ
３７ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（駆動回路）
３８ プルダウン抵抗
３９ ＰＮＰトランジスタ
４０ プルダウン抵抗
４１ ＮＰＮトランジスタ
５１ 分圧抵抗
５２ ＰＮＰトランジスタ
５３ 分圧回路
５４ ＮＰＮトランジスタ
５５ プルダウン抵抗（廻り込み防止回路）
５６ ＮＰＮトランジスタ（廻り込み防止回路）
Ｖｒｅｆ 基準電位

Claims (6)

1. 一対の電池を並列接続するための直列接続された一対のスイッチングトランジスタと、
   前記一対のスイッチングトランジスタのそれぞれに並列に接続されるとともに、アノード端子が共通接続された一対のダイオードと、
   前記一対のスイッチングトランジスのオン／オフ動作を個別に行う個別駆動回路と、
   前記一対のスイッチングトランジスタの一方をオン動作させる際に、前記一対のスイッチングトランジスタの接続点の電圧が、オフ動作中のスイッチングトランジスタ側の電池への前記ダイオードを介した電流の流れ込みが無い電圧となるように、前記オン動作させる一方のスイッチングトランジスタの制御端子に印加する駆動電圧を設定する駆動回路と、
   を備えたスイッチボックス。
2. 前記制御端子が共通接続され、
   オン状態にある一のスイッチングトランジスタから前記制御端子を介した他のスイッチングトランジスタへの電力の廻り込みを防止する廻り込み防止回路を設けた、
   請求項１記載のスイッチボックス。
3. 前記一対のスイッチングトランジスタに対し並列に接続された、直列接続された一対或いは複数対のスイッチングトランジスタと、
   前記一対のスイッチングトランジスタに対し並列に接続された、一対或いは複数対のスイッチングトランジスタのそれぞれに並列に接続されるとともに、アノード端子が共通接続された一対或いは複数対のダイオードと、
   前記一対のスイッチングトランジスタに並列に接続された一対或いは複数対のスイッチングトランジスタにそれぞれ設けられ、対応するスイッチングトランジスタのオン／オフ動作を個別に行う一又は複数対の個別駆動回路と、を備えた、
   請求項１又は請求項２記載のスイッチボックス。
4. 前記一対のスイッチングトランジスタの接続点の電圧をＶｍｉｄとし、
   前記一対の電池のうちオン動作中のスイッチングトランジスタ側の電池の電圧をＶ１とし、
   前記一対の電池のうちオフ動作中のスイッチングトランジスタ側の電池の電圧をＶ２とし、
   オン動作中のスイッチングトランジスタの電圧降下をＶＤＳとし、
   前記オン動作中のスイッチングトランジスタと対になっているオフ動作中のスイッチングトランジスタの寄生ダイオードの降伏電圧をＶＤとした場合に、前記駆動電圧は、次式を満たすように設定する、
   Ｖ１−ＶＤＳ＝Ｖｍｉｄ＜Ｖ２＋ＶＤ
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスイッチボックス。
5. 前記スイッチングトランジスタは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、
   前記制御端子は、ゲート端子であり、
   前記ダイオードは、寄生ダイオードである、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスイッチボックス。
6. 前記廻り込み防止回路は、前記制御端子をスイッチング素子を介して接地した、
   請求項２記載のスイッチボックス。

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