JP2021034838A - 出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体スイッチの抵抗値が大きい期間が短い出力装置を提供する。【解決手段】出力装置１１では、半導体スイッチ２０を介して電流が出力される。半導体スイッチ２０について、電流が入力される電流入力端２０ｄと、電流が出力する電流出力端２０ｓとの間の抵抗値は、制御端２０ｇの電圧の上昇とともに低下する。電流入力端２０ｄから制御端２０ｇへの第１経路に第１ダイオードＤ１が配置されている。電流入力端２０ｄの電圧は、第１ダイオードＤ１を介して半導体スイッチ２０の制御端２０ｇに印加される。電流入力端２０ｄから制御端２０ｇへの第２経路に昇圧回路２１が配置されている。昇圧回路２１は、電流入力端２０ｄから入力された電圧を昇圧し、昇圧した電圧を制御端２０ｇに印加する。【選択図】図１

Description

本開示は出力装置に関する。

半導体スイッチを備え、半導体スイッチを介してバッテリから負荷に電流を出力する出力装置（例えば、特許文献１を参照）が提案されている。半導体スイッチはＮチャネル型のＦＥＴ(Field Effect Transistor)である。バッテリは半導体スイッチのドレインに電圧を印加する。電流は、バッテリから半導体スイッチのドレインに入力し、半導体スイッチのソースから負荷に出力される。昇圧回路は、ドレインからゲートへの経路に配置され、ドレイン側から入力された電圧を昇圧し、昇圧した電圧を半導体スイッチのゲートに印加する。これにより、半導体スイッチのゲートの電圧が上昇し、半導体スイッチのドレイン及びソース間の抵抗値が低下する。結果、半導体スイッチがオフからオンに切替わり、半導体スイッチを介して電流が負荷に出力される。

特開２０１７−１７５８０８号公報

特許文献１に記載されているような従来の出力装置では、バッテリが半導体スイッチのドレインに電圧を印加してから、昇圧回路が半導体スイッチのゲートの電圧を上昇させる。従来の出力装置の１つ構成として、バッテリが半導体スイッチのドレインに電圧を印加してから、昇圧回路に入力される電圧が徐々に上昇する構成がある。この構成では、昇圧回路が出力する電圧はゼロＶから上昇する。

負荷において、一端が半導体スイッチのソースに接続され、他端が接地されているキャパシタが接続されており、かつ、半導体スイッチのドレインに電圧が印加された時点ではキャパシタに蓄えている電力がゼロであると仮定する。

この場合、半導体スイッチのゲートの電圧が上昇を開始してから暫くの間、昇圧回路が出力する電圧は低いので、半導体スイッチのドレイン及びソース間の抵抗値は大きい。このとき、キャパシタに電力が殆ど蓄えられていないため、半導体スイッチを介して流れる電流が大きい。半導体スイッチにおいて発生する熱の熱量は、半導体スイッチのドレイン及びソース間の抵抗値が大きい程、大きく、半導体スイッチを介して流れる電流の電流値が大きい程、大きい。従って、半導体スイッチのドレイン及びソース間の抵抗値が大きい間、半導体スイッチの温度は急速に上昇する。半導体スイッチのドレイン及びソース間の抵抗値が大きい期間が長い場合、半導体スイッチの温度が異常な温度に上昇し、半導体スイッチが故障する可能性がある。

本開示は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体スイッチの抵抗値が大きい期間が短い出力装置を提供することにある。

本開示の一態様に係る出力装置は、電流が入力される電流入力端と、電流が出力する電流出力端との間の抵抗値が、制御端の電圧の上昇とともに低下する半導体スイッチを介して電流を出力する出力装置であって、前記電流入力端から前記制御端への第１経路に配置されるダイオードと、前記電流入力端から前記制御端への第２経路に配置され、前記電流入力端側から入力された電圧を昇圧し、昇圧した電圧を前記制御端に印加する昇圧回路とを備え、前記電流入力端の電圧は前記ダイオードを介して前記制御端に印加される。

上記の態様によれば、半導体スイッチの抵抗値が大きい期間が短い。

本実施形態における電源システムの回路図である。 ゲート電圧の推移を示すグラフである。 出力装置の動作の説明図である。 第１ダイオードがない場合の動作の説明図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

（１）本開示の一態様に係る出力装置は、電流が入力される電流入力端と、電流が出力する電流出力端との間の抵抗値が、制御端の電圧の上昇とともに低下する半導体スイッチを介して電流を出力する出力装置であって、前記電流入力端から前記制御端への第１経路に配置されるダイオードと、前記電流入力端から前記制御端への第２経路に配置され、前記電流入力端側から入力された電圧を昇圧し、昇圧した電圧を前記制御端に印加する昇圧回路とを備え、前記電流入力端の電圧は前記ダイオードを介して前記制御端に印加される。

上記の一態様にあっては、昇圧回路が半導体スイッチの制御端に印加している電圧が電流入力端の電圧よりも低い間、電流入力端の電圧がダイオードを介して半導体スイッチの制御端に印加される。従って、半導体スイッチの制御端に印加されている電圧が電流入力端の電圧よりも低い期間、即ち、半導体スイッチの電流入力端及び電流出力端間の抵抗値が大きい期間が短い。

（２）本開示の一態様に係る出力装置は、前記半導体スイッチを介してキャパシタに電流を出力する。

上記の一態様にあっては、半導体スイッチを介してキャパシタに電流を出力する。この構成では、昇圧回路が半導体スイッチの制御端に印加している電圧が電流入力端の電圧よりも低い間、半導体スイッチを介して流れる電流の電流値がより大きく、半導体スイッチの温度が上昇する速度がより速い。従って、半導体スイッチを介してキャパシタに電流を出力する構成では、第１経路にダイオードを配置することによって得られる効果は大きい。

（３）本開示の一態様に係る出力装置は、前記第２経路に配置される第２のダイオードと、一端が、前記第２のダイオード及び昇圧回路間の接続ノードに接続され、前記第２のダイオードを介して前記電流入力端の電圧が印加される第２のキャパシタとを備え、前記第２のキャパシタの電圧が前記昇圧回路に入力し、前記昇圧回路は、入力された電圧が電圧閾値以上である場合に電圧を昇圧する。

上記の一態様にあっては、第２のキャパシタが配置されているため、半導体スイッチの電流入力端の電圧が電圧閾値未満の電圧に低下した場合であっても、昇圧回路に入力される電圧が電圧閾値以上に維持され、昇圧回路が昇圧を停止する可能性は低い。この構成では、昇圧回路に入力される電圧、即ち、第２のキャパシタの両端間の電圧は、半導体スイッチの電流入力端に電圧が印加されてから徐々に上昇するので、昇圧回路は、半導体スイッチ２０のゲートに出力する電圧をゼロＶから上昇させる。このため、第１経路にダイオードを配置することによって得られる効果は大きい。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る電源システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜電源システムの構成＞
図１は本実施形態における電源システム１の回路図である。電源システム１は好適に車両に搭載される。電源システム１は、バッテリ１０、出力装置１１、負荷スイッチ１２、負荷１３、キャパシタＣ１、正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２を備える。バッテリ１０は、例えばユーザによって、正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続される。具体的には、バッテリ１０の正極及び負極それぞれは、正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２に接続される。正極端子Ｔ１は出力装置１１に接続されている。負極端子Ｔ２は接地されている。

出力装置１１は、更に、負荷スイッチ１２の一端と、キャパシタＣ１の一端とに接続されている。負荷スイッチ１２の他端は、負荷１３の一端に接続されている。負荷１３及びキャパシタＣ１の他端は接地されている。

バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続された場合において、正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間の電圧が電圧閾値以上であるとき、出力装置１１はキャパシタＣ１に電流を出力し、キャパシタＣ１が充電される。電圧閾値は、一定値であり、予め設定されている。負荷スイッチ１２がオンである場合、バッテリ１０が出力装置１１を介して負荷１３に電力を供給するか、又は、キャパシタＣ１が、蓄えた電力を負荷１３に供給する。負荷１３は、車両に搭載される電気機器である。

負荷スイッチ１２は、図示しない切替え回路によってオン又はオフに切替えられる。切替え回路が負荷スイッチ１２をオフからオンに切替えた場合、負荷１３に電力が供給され、負荷１３が作動する。切替え回路が負荷スイッチ１２をオンからオフに切替えた場合、負荷１３への電力供給が停止し、負荷１３は動作を停止する。

以下では、接地電位を基準としたバッテリ１０の正極の電圧をバッテリ電圧と記載する。バッテリ電圧は、種々の要因で変動する。キャパシタＣ１はバッテリ電圧を平滑する。このため、負荷１３には、バッテリ電圧が変動した場合であっても、安定した電圧が印加される。

出力装置１１は、正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間の電圧が電圧閾値未満である場合、例えば、バッテリ１０として、出力電圧が低い不適切な直流電源が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２に接続された場合、負荷１３又はキャパシタＣ１に電流を出力することはない。

＜出力装置１１の構成＞
出力装置１１は、半導体スイッチ２０、昇圧回路２１、キャパシタＣ２，Ｃｄ，Ｃｓ、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、抵抗Ｒ１，Ｒ２及びツェナーダイオードＺ１を有する。半導体スイッチ２０はＮチャネル型のＦＥＴである。半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄ及びゲート２０ｇ間にはキャパシタＣｄが接続されている。半導体スイッチ２０のソース２０ｓ及びゲート２０ｇ間にはキャパシタＣｓが接続されている。キャパシタＣｄ，Ｃｓそれぞれは、半導体スイッチ２０を製造した場合に形成される寄生容量である。

半導体スイッチ２０について、ドレイン２０ｄは、正極端子Ｔ１に接続され、ソース２０ｓは、負荷スイッチ１２の一端と、キャパシタＣ１の一端とに接続されている。昇圧回路２１、並びに、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２のアノードもドレイン２０ｄに接続されている。第２ダイオードのカソードは、抵抗Ｒ１の一端に接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、昇圧回路２１と、キャパシタＣ２の一端とに接続されている。キャパシタＣ２の他端は接地されている。
以上のように、キャパシタＣ２の一端は、昇圧回路２１及び第２ダイオードＤ２間の接続ノードに接続されている。

第１ダイオードＤ１のカソードは、昇圧回路２１と、抵抗Ｒ２の一端とに接続されている。昇圧回路２１は接地されている。抵抗Ｒ２の他端は、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇと、ツェナーダイオードＺ１のカソードとに接続されている。ツェナーダイオードＺ１のアノードは半導体スイッチ２０のソース２０ｓに接続されている。

以下では、半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄ及びソース２０ｓ間の抵抗値をスイッチ抵抗値と記載する。接地電位を基準とした半導体スイッチ２０のゲート２０ｇの電圧をゲート電圧と記載する。半導体スイッチ２０について、ゲート電圧が上昇した場合、スイッチ抵抗値は低下する。ゲート電圧が十分に高い場合、スイッチ抵抗値は十分に小さいので、半導体スイッチ２０はオンである。ゲート電圧が十分に低い場合、スイッチ抵抗値は十分に大きいので、半導体スイッチ２０はオフである。

半導体スイッチ２０がオンである場合、半導体スイッチ２０を介して、バッテリ１０からキャパシタＣ１に電流が出力される。半導体スイッチ２０がオンである場合において、負荷スイッチ１２がオンであるとき、半導体スイッチ２０を介して、バッテリ１０から負荷１３に電流が出力される。半導体スイッチ２０を介して出力される場合、バッテリ１０の正極から電流が半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄに入力され、半導体スイッチ２０のソース２０ｓから電流が負荷スイッチ１２及びキャパシタＣ１の一方又は両方に出力される。前述したように、ゲート電圧の上昇とともにスイッチ抵抗値は低下する。半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄ、ソース２０ｓ及びゲート２０ｇそれぞれは、電流入力端、電流出力端及び制御端として機能する。

バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続された場合、接地電位を基準とした半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄの電圧、即ち、バッテリ電圧は、第１ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ２を介して、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加される。これにより、キャパシタＣｄ，Ｃｓの一方又は両方が充電され、ゲート電圧が上昇する。

また、バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続された場合、バッテリ１０は、昇圧回路２１に電力を供給し、昇圧回路２１は作動する。更に、バッテリ１０の正極から、電流が第２ダイオードＤ２、抵抗Ｒ１及びキャパシタＣ２の順に電流が流れ、接地電位を基準とした半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄの電圧、即ち、バッテリ電圧が、第２ダイオードＤ２を介して、キャパシタＣ２に印加される。これにより、キャパシタＣ２が充電され、キャパシタＣ２の両端間の電圧が上昇する。キャパシタＣ２の両端間の電圧は、半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄ側から昇圧回路２１に入力される。キャパシタＣ２は第２のキャパシタとして機能する。

昇圧回路２１は、半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄ側から入力された電圧、即ち、キャパシタＣ２の両端間の電圧が電圧閾値以上である場合、半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄ側から入力された電圧を昇圧し、昇圧した電圧を、抵抗Ｒ２を介して、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加する。これにより、キャパシタＣｄ，Ｃｓの一方又は両方が充電され、ゲート電圧が上昇する。昇圧回路２１は、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧を、ゼロＶから、予め設定されている目標電圧まで上昇させる。ゲート電圧が目標電圧である場合、ゲート電圧は十分に高く、半導体スイッチ２０はオンである。昇圧回路２１は、昇圧を行うことによって、ゲート電圧を上昇させ、半導体スイッチ２０をオフからオンに切替える。

昇圧回路２１は、入力された電圧、即ち、キャパシタＣ２の両端間の電圧が電圧閾値未満である場合、入力された電圧を昇圧せず、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに電圧を印加することはない。このとき、ゲート電圧は十分に低く、半導体スイッチ２０はオフである。

以上のことから、出力装置１１について以下のことを述べることができる。出力装置１１の出荷前の段階では、キャパシタＣｄ，Ｃｓに電力が蓄えられていない。キャパシタＣｄ，Ｃｓに電力が蓄えられていない状態で正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間の電圧が電圧閾値未満である場合、半導体スイッチ２０はオフに維持され、出力装置１１が電流を出力することはない。正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間の電圧が電圧閾値以上となった場合、即ち、適切なバッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続された場合、半導体スイッチ２０はオンに切替わり、出力装置１１は電流を出力する。

なお、第２ダイオードＤ２における電圧降下を無視している。電圧降下を無視しない場合、正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間の電圧に係る電圧閾値は、キャパシタＣ２の両端間の電圧に係る電圧閾値よりも若干高い。

バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２に接続された後においては、バッテリ電圧は、前述したように、変動する。キャパシタＣ２はバッテリ電圧を平滑する。このため、バッテリ電圧が電圧閾値未満の電圧に低下した場合であっても、キャパシタＣ２の両端間の電圧が電圧閾値以上に維持され、昇圧回路２１が昇圧を停止する可能性は低い。

半導体スイッチ２０において、ソース２０ｓの電位を基準としたゲート２０ｇの電圧が、ツェナーダイオードＺ１の降伏電圧となった場合、電流がツェナーダイオードＺ１のカソード及びアノードの順に流れる。これにより、ソース２０ｓの電位を基準としたゲート２０ｇの電圧が降伏電圧以上となることが防止される。半導体スイッチ２０において、ソース２０ｓの電位を基準としたゲート２０ｇの電圧が降伏電圧未満である場合、ツェナーダイオードＺ１を電流が流れることはなく、ツェナーダイオードＺ１の作用により、ソース２０ｓの電位を基準としたゲート２０ｇの電圧が変動することはない。降伏電圧は一定値である。降伏電圧は、目標電圧以上である。

前述したように、出力装置１１では、バッテリ電圧が第１ダイオードＤ１を介して半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加されるとともに、昇圧回路２１がキャパシタＣ２の両端間の電圧を昇圧し、昇圧した電圧を半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加する。このため、出力装置１１には、半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄからゲート２０ｇに流れる電流の経路として、２つの経路が存在する。半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄから半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに流れる電流の第１経路には、第１ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ２が配置されている。半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄから半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに流れる電流の第２経路には、第２ダイオードＤ２、昇圧回路２１及び抵抗Ｒ２が配置されている。

＜出力装置１１の動作＞
図２はゲート電圧の推移を示すグラフである。図２において、出力装置１１のゲート電圧の推移が太い実線で示されている。出力装置１１において第１ダイオードＤ１がない場合におけるゲート電圧の推移が細い実線で示されている。２つの推移が重なる部分は太い実線で示されている。前述したように、ゲート電圧が高い程、スイッチ抵抗値は小さい。負荷スイッチ１２がオフである状態でバッテリ１０は正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続される。

出力装置１１のゲート電圧の推移を説明する。キャパシタＣ１に電力が蓄えられておらず、かつ、バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続されていない場合、ゲート電圧はゼロＶである。バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２に接続された場合、バッテリ電圧が、第１ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ２を介して、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加され、キャパシタＣｄ，Ｃｓの一方又は両方が急速に充電される。結果、ゲート電圧は即時にバッテリ電圧に上昇する。

バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続され、かつ、キャパシタＣ２の両端間の電圧が電圧閾値以上となった場合、昇圧回路２１は、キャパシタＣ２の両端間の電圧を昇圧し、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧をゼロＶから上昇させる。半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧がバッテリ電圧以下である間、ゲート電圧はバッテリ電圧に維持される。

半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧がバッテリ電圧を超えた場合、ゲート電圧は、昇圧回路２１が半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧とともに目標電圧まで上昇する。その後、昇圧回路２１が半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧は目標電圧に維持されるので、ゲート電圧も目標電圧に維持される。前述したように、ゲート電圧が目標電圧である場合、半導体スイッチ２０はオンである。

次に、出力装置１１において第１ダイオードＤ１がない場合におけるゲート電圧の推移を説明する。出力装置１１において第１ダイオードＤ１がない場合、ゲート電圧は、昇圧回路２１が半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧と同様に推移する。

キャパシタＣ１に電力が蓄えられておらず、かつ、バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続されていない場合、ゲート電圧はゼロＶである。バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２に接続された後において、キャパシタＣ２の両端間の電圧が電圧閾値以上となった場合、昇圧回路２１は、キャパシタＣ２の両端間の電圧を昇圧し、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧をゼロＶから上昇させる。ゲート電圧は、昇圧回路２１が半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧とともに目標電圧まで上昇する。

出力装置１１のゲート電圧の推移を、出力装置１１において第１ダイオードＤ１がない場合におけるゲート電圧の推移と比較した場合、出力装置１１に関しては、ゲート電圧がバッテリ電圧未満である期間、即ち、スイッチ抵抗値が大きい期間が短い。

ゲート電圧が上昇し、スイッチ抵抗値が低下した場合、半導体スイッチ２０を介して電流が流れる。バッテリ電圧及びスイッチ抵抗値それぞれをＶｂ及びｒｓで表し、キャパシタＣ１の両端間の電圧であるキャパシタ電圧をＶｃで表す。この場合、半導体スイッチ２０を介して流れるスイッチ電流は、（Ｖｂ−Ｖｃ）／ｒｓによって算出される。

バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続された時点では、キャパシタＣ１に電力が蓄えられておらず、キャパシタ電圧ＶｃはゼロＶである。このため、バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続された直後においては、スイッチ抵抗値が大きい状態で大きなスイッチ電流が半導体スイッチ２０を流れる。

スイッチ電流をＩｓで表した場合、半導体スイッチ２０で発生する熱の熱量は、Ｉｓ² ・ｒｓが大きい程、大きい。従って、バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続された直後においては、半導体スイッチ２０で発生する熱の熱量は大きく、半導体スイッチ２０の温度は急速に上昇する。

しかしながら、出力装置１１では、スイッチ抵抗値が大きい期間が短いので、半導体スイッチ２０の温度は急速に上昇する期間が短く、半導体スイッチ２０の温度が異常な温度に上昇することが防止される。

図３は出力装置１１の動作の説明図である。図３では、キャパシタ電圧及びスイッチ電流の推移が示されている。図３では、更に、半導体スイッチ２０のドレイン２０ｄ及びソース２０ｓ間の電圧であるスイッチ電圧の推移が示されている。前述したように、負荷スイッチ１２がオフである状態でバッテリ１０は正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続される。

バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続された時点では、キャパシタ電圧がゼロＶであり、スイッチ電圧がバッテリ電圧に実質的に一致している。バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続された場合、前述したように、ゲート電圧はバッテリ電圧まで急速に上昇する。これにより、スイッチ抵抗値は急速に低下し、大きなスイッチ電流がキャパシタＣ１に流れ、キャパシタ電圧は急速に上昇する。

スイッチ電圧及びキャパシタ電圧の和はバッテリ電圧に一致する。このため、キャパシタ電圧が急速に上昇した場合、スイッチ電圧は急速に低下する。キャパシタ電圧の上昇に伴ってスイッチ電流は急速に低下する。このため、スイッチ電圧が大きい状態、即ち、スイッチ抵抗値が大きい状態でスイッチ電流が大きい期間が短い。

図４は、第１ダイオードＤ１がない場合の動作の説明図である。図４では、図３と同様にキャパシタ電圧、スイッチ電圧及びスイッチ電流値の推移が示されている。負荷スイッチ１２がオフである状態でバッテリ１０は正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続される。

バッテリ１０が正極端子Ｔ１及び負極端子Ｔ２間に接続されてから、キャパシタＣ２の両端間の電圧が電圧閾値以上となるまで、昇圧回路２１は電圧を出力しないので、キャパシタ電圧がゼロＶであり、スイッチ電圧がバッテリ電圧に実質的に一致している。半導体スイッチ２０はオフであるため、スイッチ電流はゼロＡである。

キャパシタＣ２の両端間の電圧が電圧閾値以上となった場合、昇圧回路２１は昇圧を開始する。昇圧回路２１は、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加する電圧を目標電圧まで上昇させる。これにより、ゲート電圧は低下する。ゲート電圧が低下した場合、スイッチ抵抗値が低下し、バッテリ１０から半導体スイッチ２０を介してキャパシタＣ１にスイッチ電流が流れ始める。

このとき、キャパシタ電圧はゼロＶに近いので、スイッチ電流は大きい。ゲート電圧が上昇する速度が遅いため、キャパシタ電圧が上昇する速度と、スイッチ電圧が低下する速度は遅い。結果、スイッチ電圧が大きい状態、即ち、スイッチ抵抗値が大きい状態でスイッチ電流が大きい期間が長い。この場合、半導体スイッチ２０の温度が急速に上昇している期間が長いので、半導体スイッチ２０の温度が異常な温度に上昇し、半導体スイッチ２０が故障する可能性がある。
キャパシタ電圧がバッテリ電圧に到達した場合、即ち、スイッチ電圧がゼロＶに到達した場合、スイッチ電流はゼロＡとなる。

以上のように、出力装置１１では、昇圧回路２１が半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加している電圧がバッテリ電圧よりも低い間、バッテリ電圧が第１ダイオードＤ１を介して半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加される。従って、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加されている電圧がバッテリ電圧よりも低い期間、即ち、スイッチ抵抗値が大きい期間が短い。

また、電源システム１では、出力装置１１の半導体スイッチ２０を介してキャパシタＣ１に電流を出力する。従って、昇圧回路２１が半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加している電圧がバッテリ電圧よりも低い間、スイッチ電流値は大きく、半導体スイッチ２０の温度が上昇する速度が速い。以上のことから、電源システム１では、出力装置１１において、第１ダイオードＤ１を配置することによって得られる効果は大きい。前述したように、第１ダイオードＤ１を配置することによって、バッテリ電圧が半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに印加する構成が実現される。

前述したように、出力装置１１では、キャパシタＣ２の両端間の電圧が電圧閾値以上である場合に、昇圧回路２１は、キャパシタＣ２の両端間の電圧を昇圧し始める。この構成では、昇圧回路２１は、半導体スイッチ２０のゲート２０ｇに出力する電圧をゼロＶから上昇させる。以上のことから、第１ダイオードＤ１を配置することによって得られる効果は大きい。

なお、半導体スイッチ２０は、電流が入力される電流入力端と、電流が出力される電流出力端との間の抵抗値が制御端の電圧の上昇とともに低下する半導体スイッチであればよい。このため、半導体スイッチ２０は、Ｎチャネル型のＦＥＴに限定されず、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、又は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ等であってもよい。

開示された実施形態はすべ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、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電源システム
１０ バッテリ
１１ 出力装置
１２ 負荷スイッチ
１３ 負荷
２０ 半導体スイッチ
２０ｄ ドレイン（電流入力端）
２０ｇ ゲート（制御端）
２０ｓ ソース（電流出力端）
２１ 昇圧回路
Ｃ１，Ｃｄ，Ｃｓ キャパシタ
Ｃ２ キャパシタ（第２のキャパシタ）
Ｄ１ 第１ダイオード
Ｄ２ 第２ダイオード
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｔ１ 正極端子
Ｔ２ 負極端子
Ｚ１ ツェナーダイオード

Claims (3)

1. 電流が入力される電流入力端と、電流が出力する電流出力端との間の抵抗値が、制御端の電圧の上昇とともに低下する半導体スイッチを介して電流を出力する出力装置であって、
   前記電流入力端から前記制御端への第１経路に配置されるダイオードと、
   前記電流入力端から前記制御端への第２経路に配置され、前記電流入力端側から入力された電圧を昇圧し、昇圧した電圧を前記制御端に印加する昇圧回路と
   を備え、
   前記電流入力端の電圧は前記ダイオードを介して前記制御端に印加される
   出力装置。
2. 前記半導体スイッチを介してキャパシタに電流を出力する
   請求項１に記載の出力装置。
3. 前記第２経路に配置される第２のダイオードと、
   一端が、前記第２のダイオード及び昇圧回路間の接続ノードに接続され、前記第２のダイオードを介して前記電流入力端の電圧が印加される第２のキャパシタと
   を備え、
   前記第２のキャパシタの電圧が前記昇圧回路に入力し、
   前記昇圧回路は、入力された電圧が電圧閾値以上である場合に電圧を昇圧する
   請求項１又は請求項２に記載の出力装置。

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