JP4934628B2

JP4934628B2 - 二重系電源装置

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Publication number: JP4934628B2
Application number: JP2008101636A
Authority: JP
Inventors: 祐一倉持
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: JP2009254187A

Description

本発明は、二重系の電源供給装置に関する。

近年、例えば、自動車のブレーキやトランスミッションのシフト機構など、従来、油圧や機械的に作動していたデバイスが電動化されてきている。これにより、電装装置の優秀な制御性から車両の安全性、運動性が向上されている。

しかしながら、これらの電装装置はその動力源が電気エネルギーであり、動力源である電源が故障したり、その電源に並列に接続されている負荷が短絡故障した場合など、系の電源が失陥すると電装装置の機能も失陥してしまっていた。

このような故障による電装装置機能失陥を回避するため、特許文献１には、電源を２重系にし、適宜切り替えて電源を維持する装置が記載されている。

特開２０００−３１２４４４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、電源切替回路が正常に動作可能か否かの判断はなされておらず、２重系の電源系統のうち、故障が発生した電源系統から他の電源系統へ電源供給を切り替えようとした際、その切替回路が確実に動作するという保証は無い。

このため、いざ電源を切り替える必要が生じたとき、電源切替回路が動作せず、電源のバックアップ機能を達成することができない事態が生じる可能性がある。

本発明の目的は、二重系電源装置において、電源切替回路が正常に動作可能か否かの診断を常時行い、故障が発生している場合は故障部位を特定し、使用者に警告することが可能な二重系電源装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

本発明の二重系電源装置は、４つのＰ−ＭＯＳ構造の半導体スイッチが互いに直列に接続されて形成され、サブ電源と負荷との間に接続される切替回路と、遮断機の開閉動作及び切替回路の各半導体スイッチのオンオフ動作を制御する制御手段と、切替回路の半導体スイッチのソース電圧をモニタし、制御手段にモニタ信号を出力するモニタ手段とを備え、制御手段は、遮断機を閉として、メイン電源から負荷への電力供給期間に、各半導体素子のオンオフ動作を行い、モニタ手段からのモニタ信号に基づいて、各半導体スイッチの故障診断を行う。

二重系電源装置において、電源切替回路が正常に動作可能か否かの診断を常時行い、故障が発生している場合は故障部位を特定し、使用者に警告することが可能な二重系電源装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態である二重系電源装置の全体構成図である。図１において、１はメインバッテリ充電装置、２はメインバッテリである。５はサブバッテリ充電装置、６はサブバッテリである。

メインバッテリ１の電力は、遮断機３からメイン電源供給ライン４を介してインバータ及びモータ負荷１７に供給される。また、サブバッテリ６の電力も、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０（第１の半導体スイッチ、第２の半導体スイッチ、第３の半導体スイッチ、第４の半導体スイッチ）、サブ電源供給ライン１１を介して、インバータ及びモータ負荷１７に供給される。

遮断機３、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０の動作は、マイコン１６によって制御され、通常動作時は、遮断機３がオン状態で、スイッチ（ＳＷ１）〜スイッチ（ＳＷ４）１０はオフとされており、サブ電源供給ライン１１からインバータ及びモータ負荷１７への給電は遮断されている。マイコン１６は制御ライン２０を介してスイッチ（ＳＷ１）７のゲートに接続されている。

同様に、マイコン１６は、制御ライン１９、１８、２６を介して、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０のゲートに接続されている。遮断機３は、マイコン１６からＩ／Ｆ１２を介してオンオフが制御される。

スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０は、Ｐ型ＭＯＳ構造の電界効果トランジスタで、それぞれのゲートをＬレベルに制御すると、Ｓ−Ｄ（ソース−ドレイン）間の通電が可能となる半導体スイッチである。

Ｉ／Ｆ１３は、メイン電源供給ライン４の電圧をモニタするためのインターフェースであり、メインバッテリ２と遮断機３との間に接続され、マイコン１６にアナログ信号を出力する。

いま、メイン電源供給ライン４に地絡、断線故障が発生した場合の動作について、図２を用いて説明する。

メイン電源供給ライン４に地絡、断線故障が発生すると、メイン電源供給ライン４の電圧が降下する（図２の時点ｔ0）。

マイコン１６は、内蔵のＡ／Ｄコンバータにより、メイン電源ライン４の電圧をモニタし、この電圧がある閾値Ｖｔｈ以下の状態が、閾値時間Ｔｔｈ以上続いた場合、遮断機３を遮断する（時点ｔ1）。

地絡故障の際の閾値電圧Ｖｔｈは、マイコン１６やＩ／Ｆ１２の最低動作電圧を下回らない範囲で設定する。

また、マイコン１６には、メイン電源供給ライン４から、ダイオード２１、コンデンサ２２、レギュレータ２３、ライン２４を介して電源供給可能であり、かつ、サブ電源供給ライン１１からレギュレータ２３、ライン２４を介しても電源供給される構成となっている。マイコン１６に供給される電力は、コンデンサ２２に蓄電され、メイン電源供給ライン４が失陥しても、マイコン１６の動作を保持する事が可能となっている。

また、メイン電源供給ライン４に地絡故障などが発生した場合、コンデンサ２２に蓄電された電荷が地絡故障個所に放電する恐れがあるが、これをダイオード２１により防いでいる。

時刻ｔ1にて遮断機３を遮断後、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０をＯＮとし、サブ電源供給ライン１１から負荷１７に電源を供給する。

サブ電源６から、負荷１７へ電力供給を切り替える際、必ず遮断機３が完全に遮断されてから、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０をオンとする必要がある。

遮断機３が完全に遮断されないうちに、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０をオンとすると、サブバッテリ６に蓄えられた電気エネルギーが、遮断機３を介して短絡故障個所に流れてしまい、不必要に電気エネルギーを消費してしまうからである。

また、スイッチ（ＳＷ１）７〜スイッチ（ＳＷ４）１０をオンする際、ほぼ同時にオンさせることが好ましい。同時にＯＮさせることが不可能な場合、スイッチ（ＳＷ２）８はスイッチ（ＳＷ１）７よりも早く、スイッチ（ＳＷ４）１０はスイッチ（ＳＷ３）９よりも早くオンさせるタイミング（時点ｔ2、ｔ3）を設定することが重要である。

例えば、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８がオン状態において、スイッチ（ＳＷ３）９がスイッチ（ＳＷ４）１０より早くオンした場合の不都合について述べる。

この場合、サブバッテリ６に蓄えられた電気エネルギーは、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ３）９を介して、スイッチ（ＳＷ４）１０がオンするまで、スイッチ（ＳＷ４）１０の寄生ダイオードを経由し、インバータ及びモータ負荷１７に供給されることになる。

寄生ダイオードとは、ＭＯＳ半導体を製造する上で、チャネル周辺に寄生して生成されるダイオードである。ダイオードによる順方向電圧は、通常０．５Ｖ〜１Ｖ程度であり、この寄生ダイオードに負荷電流が流れると、スイッチ（ＳＷ４）１０において、過熱し、更には破損に至る可能性がある。

また、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０がオン状態において、スイッチ（ＳＷ１）７がスイッチ（ＳＷ２）８より早くオンした場合の不都合について述べる。

この場合、サブバッテリ６蓄えられた電気エネルギーは、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０、スイッチ（ＳＷ１）７を介して、スイッチ（ＳＷ２）８がオンするまで、このスイッチ（ＳＷ２）８の寄生ダイオードを経由し、インバータ及びモータ負荷１７に供給されることになる。この場合も、スイッチ（ＳＷ２）８において莫大な損失が発生して、過熱し、更には破損に至る可能性がある。

以上の様に、メイン電源ライン４の故障を検知し、サブ電源ライン１１からの電力をインバータ及びモータ負荷１７に供給し、バックアップする。

次に、メイン電源ライン４の正常動作時における、バックアップ電源供給ライン１１の故障診断方法について図３、図４、図５を用いて述べる。

図３、図４に示すように、メイン電源ライン４の正常動作時、遮断機３がオン状態において、スイッチ（ＳＷ１）〜スイッチ（ＳＷ４）１０を切替制御する。

（スイッチ（ＳＷ１）７の故障診断）
まず、スイッチ（ＳＷ１）７の故障診断について説明する。スイッチ（ＳＷ１）７〜スイッチ（ＳＷ４）１０は、サブバッテリ６からレギュレータ２３に向かって、ソース、ドレイン、ドレイン、ソース、ソース、ドレイン、ドレイン、ソースの順に接続されている。また、トランジスタ１５のベースは、スイッチ（ＳＷ１）７のドレインとスイッチ（ＳＷ２）８のドレインに接続され、トランジスタ１５のエミッタは接地されている。また、トランジスタ１５のコレクタは、抵抗を介してレギュレータ２３の出力ライン２４に接続されるとともに、マイコン１６に接続されている。

このため、スイッチ（ＳＷ１）７のソースには、バックアップ電源６の電圧が常時印加され、スイッチ（ＳＷ１）７のオフ動作が正常であれば、スイッチ（ＳＷ１）７のドレイン側に電圧は発生しない。スイッチ（ＳＷ１）７のドレイン側に電圧が発生しなければ、スイッチ（ＳＷ１）７及びスイッチ（ＳＷ２）８のモニタのためのトランジスタ１５がオンせず、ＳＷ１、２モニタ出力（トランジスタ１５のコレクタ出力）は、Ｈレベルを維持した状態になる（図３、図４および図５の時点ｔ１）。

この場合、メイン電源ライン４の電圧が、インバータ及びモータ負荷１７を経由して、サブ電源ライン１１に印加されうるが、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ４）１０の寄生ダイオードによってブロックされる。ここで、万一、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ４）１０のうちのいずれかがショート故障していた場合においても、ショート故障していない方のスイッチの寄生ダイオードの作用で、電圧をブロックすることが可能である。

また、スイッチ（ＳＷ１）７のオン動作は、スイッチ（ＳＷ２）８〜スイッチ（ＳＷ４）をオフの状態で行い、スイッチ（ＳＷ１）７のドレインの電圧をモニタすることで確認できる。すなわち、スイッチ（ＳＷ１）７をオン時、このスイッチ（ＳＷ１）７のドレインに電圧が発生すれば、トランジスタ１５がオンし、モニタ出力（ＳＷ１、２ＭＯＮＩ）は、Ｌレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ２）。

スイッチ（ＳＷ１）７がショート故障を起こしていた場合、スイッチ（ＳＷ１）７をオフさせていたときにおいても、スイッチ（ＳＷ１）７のドレイン側には電位が生じる。スイッチ（ＳＷ１）７のドレイン側に電圧が発生していると、スイッチ（ＳＷ１）７及びスイッチ（ＳＷ２）８のモニタのためのトランジスタ１５がオンし、モニタ出力は、Ｌレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ４）。

この場合、サブバッテリ６の充電電圧がメインバッテリ２の充電電圧よりも高いとき、サブバッテリ６からの電流がショートしたスイッチ（ＳＷ１）７を経由し、スイッチ（ＳＷ２）８の寄生ダイオードに流れ込む。しかし、スイッチ（ＳＷ２）８とスイッチ（ＳＷ３）９との接続点（互いに直列接続された４つの半導体スイッチを２つづつに分ける点）と、メイン電源供給ライン４との間に接続された抵抗２５によって、流れ込む電流は制限される。このため、スイッチ（ＳＷ２）８の過熱を招くことはない。

逆に、メインバッテリ２の充電電圧がサブバッテリ６の充電電圧よりも高い場合、流れ込み電流はスイッチ（ＳＷ２）８の寄生ダイオードによりブロックされる。

スイッチ（ＳＷ１）７がオープン故障を起こしていた場合に、スイッチ（ＳＷ１）７をオンさせていたときにおいても、スイッチ（ＳＷ１）７のドレイン側には電位が発生しない。スイッチ（ＳＷ１）７のドレイン側に電圧が発生しないと、トランジスタ１５がオンせず、モニタ出力は、Ｈレベルを出力した状態になる（図３、図４および図５の時点ｔ５）。

上記電圧のモニタは、電圧をアナログ信号としてモニタしてもよく、また予め設定した閾値電圧でオンするトランジスタスイッチ回路を形成しておき、トランジスタモニタ回路の出力を論理的に判断しても良い。

（スイッチ（ＳＷ２）８の故障診断）
次に、スイッチ（ＳＷ２）８の故障診断方法について説明する。

スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０がオフの状態において、スイッチ（ＳＷ２）８のソースには、メインバッテリ２から抵抗２５を介してバイアス電圧が印加されている。抵抗２５の電源供給先は、メインバッテリ２以外に、図６に示すように、サブバッテリ６から供給を受けても良い。

スイッチ（ＳＷ２）８のオフ動作が正常に機能していれば、このスイッチ（ＳＷ２）８のドレイン側に電圧は発生しない。スイッチ（ＳＷ２）８のドレイン側に電圧が発生しなければ、トランジスタ１５がオンせず、スイッチ７、８のモニタ出力ＳＷ１、２ＭＯＮＩは、Ｈレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ１）。このようにして、スイッチ（ＳＷ２）８のオフ診断を実施する。

次に、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ３）９、スイッチ（ＳＷ４）１０がオフの状態において、スイッチ（ＳＷ２）８をオンさせる。スイッチ（ＳＷ２）８をオンさせると、このスイッチ（ＳＷ２）８のドレインには、抵抗２５を介して印加されるメイン電源２のライン電圧が現れる。この電圧によって、トランジスタ１５がオンし、スイッチ７、８のモニタ出力ＳＷ１、２ＭＯＮＩは、Ｌレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ３）。

この時、メインバッテリ２の充電電圧がサブバッテリ６の充電電圧よりも高い場合、メインバッテリ２からの電流がスイッチ（ＳＷ２）８を経由し、スイッチ（ＳＷ１）７の寄生ダイオードに流れ込む。しかし、抵抗２５によって、流れ込み電流は制限されるため、スイッチ（ＳＷ１）７の過熱を招くことはない。

逆に、サブバッテリ６の充電電圧がメインバッテリ２の充電電圧よりも高い場合、流れ込み電流はスイッチ（ＳＷ１）７の寄生ダイオードにブロックされる。このようにして、スイッチ（ＳＷ２）８のオン動作診断を実施する。

スイッチ（ＳＷ２）８がショート故障を起こしていた場合、スイッチ（ＳＷ２）８をオフさせていたときにおいても、このスイッチ（ＳＷ２）８のドレイン側には電位が生じる。スイッチ（ＳＷ２）８のドレイン側に電圧が発生していると、トランジスタ１５がオンし、スイッチ７、８のモニタ出力は、Ｌレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ４）。

この時、メインバッテリ２の充電電圧がサブバッテリ６の充電電圧よりも高い場合、メインバッテリ２からの電流がショートしたスイッチ（ＳＷ２）８を経由し、スイッチ（ＳＷ１）７の寄生ダイオードに流れ込む。しかし、抵抗２５によって、流れも込み電流は制限されるため、スイッチ（ＳＷ１）７の過熱を招くことはない。逆に、メインバッテリ２の充電電圧がサブバッテリ６の充電電圧よりも高い場合、流れ込む電流はスイッチ（ＳＷ１）７の寄生ダイオードにブロックされる。

スイッチ（ＳＷ２）８がオープン故障を起こしていた場合、このスイッチ（ＳＷ２）８をオンさせていたときにおいても、スイッチ（ＳＷ２）８のドレイン側には電位が発生しない。スイッチ（ＳＷ２）８のソース側に電圧が発生しないと、トランジスタ１５がオンせず、スイッチ７、８のモニタ出力は、Ｈレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ６）。

電圧のモニタは、電圧をアナログ信号としてモニタしてもよく、また予め設定した閾値電圧でオンするトランジスタスイッチ回路を形成しておき、そのトランジスタモニタ回路の出力を論理的に判断しても良い。

（スイッチ（ＳＷ３）９の故障診断）
次に、スイッチ（ＳＷ３）９の故障診断方法について説明する。

スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ４）１０がオフの状態において、スイッチ（ＳＷ３）９のソースには、メイン電源供給ライン４から抵抗２５を介してバイアス電圧が印加されている。図６に示したように、抵抗２５の電源供給先は、メイン電源供給ライン４以外に、サブバッテリ６から供給を受けても良い。

スイッチ（ＳＷ３）９のオフ動作が正常に機能していれば、スイッチ（ＳＷ３）９のドレイン側に電圧は発生しない。スイッチ（ＳＷ３）９のドレイン側に電圧が発生しなければ、スイッチ（ＳＷ３）９及びスイッチ（ＳＷ４）１０のモニタのためのトランジスタ１４がオンせず、モニタ出力は、Ｈレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ１）。トランジスタ１４のベースは、スイッチ（ＳＷ３）９とスイッチ（ＳＷ４）１０との接続点に接続され、エミッタは接地される。また、トランジスタ１４のコレクタは、抵抗を介してレギュレータ２３の出力ライン２４に接続されるとともに、マイコン１６に接続されている。

このようにして、スイッチ（ＳＷ３）９のオフ診断を実施する。

次に、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ４）１０がオフの状態において、スイッチ（ＳＷ３）９をオンさせる。スイッチ（ＳＷ３）９をオンさせると、このスイッチ（ＳＷ３）９のドレインには、抵抗２５を介して印加されるメイン電源２のライン電圧が現れる。この電圧によって、トランジスタ１４がオンし、スイッチ９、１０のモニタ出力ＳＷ３、４ＭＯＮＩは、Ｌレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ３）。

この時、メインバッテリ２の充電電圧がサブバッテリ６の充電電圧よりも高い場合、メインバッテリ２からの電流がスイッチ（ＳＷ３）９を経由し、スイッチ（ＳＷ４）１０の寄生ダイオードに流れ込む。しかし、抵抗２５によって、流れ込み電流は制限されるため、スイッチ（ＳＷ４）１０の過熱を招くことはない。

逆に、サブバッテリ６の充電電圧がメインバッテリ２の充電電圧よりも高い場合、流れ込み電流はスイッチ（ＳＷ１）７の寄生ダイオードによりブロックされる。このようにして、スイッチ（ＳＷ３）９のオン動作診断を実行する。

スイッチ（ＳＷ３）９がショート故障を起こしていた場合、スイッチ（ＳＷ３）９をオフさせていた場合においても、スイッチ（ＳＷ３）９のドレイン側には電位が生じる。スイッチ（ＳＷ３）９のドレイン側に電圧が発生していると、スイッチ９、１０のモニタのためのトランジスタ１４がオンし、モニタ出力ＳＷ３、４ＭＯＮＩは、Ｌレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ９）。

スイッチ（ＳＷ３）９がオープン故障を起こしていた場合、スイッチ（ＳＷ３）９をオンさせていた場合においても、スイッチ（ＳＷ３）９のドレイン側には電位が発生しない。スイッチ（ＳＷ３）９のドレイン側に電圧が発生しないと、スイッチ９、１０のモニタのためのトランジスタ１４がオンせず、モニタ出力ＳＷ３、４ＭＯＮＩは、Ｈレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ７）。

なお、電圧のモニタは、電圧をアナログ信号としてモニタしてもよく、また予め設定した閾値電圧でオンするトランジスタスイッチ回路を形成しておき、トランジスタモニタ回路の出力を論理的に判断しても良い。

（スイッチ（ＳＷ４）１０の故障診断）
次に、スイッチ（ＳＷ４）１０の故障診断について説明する。スイッチ（ＳＷ４）１０のソースには、遮断機３を経由してメインバッテリ２の電圧が常時印加されている。スイッチ（ＳＷ４）１０のオフ動作が正常であれば、スイッチ（ＳＷ４）１０のドレイン側に電圧は発生しない。スイッチ（ＳＷ４）１０のドレイン側に電圧が発生しなければ、スイッチ９、１０のモニタのためのトランジスタ１４がオンせず、モニタ出力ＳＷ３、４ＭＯＮＩは、Ｈレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ１）。

この場合、バックアップ電源ライン１１の電圧が、インバータ及びモータ負荷１７を経由して、メイン電源ライン４に印加されうるが、スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ３）９の寄生ダイオードによってブロックされる。ここで、万一スイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ３）９のいずれかがショート故障していた場合においても、もう片方の寄生ダイオードの作用で、電圧をブロックするこが可能である。

また、スイッチ（ＳＷ４）１０のオン動作はスイッチ（ＳＷ１）７、スイッチ（ＳＷ２）８、スイッチ（ＳＷ３）９をオフの状態で、スイッチ（ＳＷ４）１０をオンさせ、スイッチ（ＳＷ４）１０のドレインの電圧をモニタすることで確認できる。

すなわち、スイッチ（ＳＷ４）１０のオン時に、スイッチ（ＳＷ４）１０のドレインに電圧が発生すれば、スイッチ９、１０のモニタのためのトランジスタ１４がオンし、モニタ出力ＳＷ３、４ＭＯＮＩは、Ｌレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ２）。

スイッチ（ＳＷ４）１０がショート故障を起こしていた場合、スイッチ（ＳＷ４）１０をオフさせていた場合においても、スイッチ（ＳＷ４）１０のドレイン側には電位が生じる。スイッチ（ＳＷ４）１０のドレイン側に電圧が発生していると、スイッチ９、１０のモニタのための１４がオンし、モニタ出力ＳＷ３、４ＭＯＮＩは、Ｌレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ９）。

スイッチ（ＳＷ４）１０がオープン故障を起こしていた場合、スイッチ（ＳＷ４）１０をオンさせていたときにおいても、スイッチ（ＳＷ４）１０のドレイン側には電位が発生しない。スイッチ（ＳＷ４）１０のドレイン側に電圧が発生しないと、スイッチ９、１０のモニタのためのトランジスタ１４がオンせず、モニタ出力ＳＷ３、４ＭＯＮＩは、Ｈレベルとなる（図３、図４および図５の時点ｔ８）。

以上のように、本発明によれば、電源切替回路が正常に動作可能か否かの診断を常時行い、故障が発生している場合は故障部位を特定し、使用者に警告することが可能な二重系電源装置を実現することができる。

さらに、本発明によれば、サブ電源６の動作中であっても、モータ負荷の回生作用による逆起電力を、サブ電源６自体に吸収可能である。

また、メイン電源２の通電中に、サブ電源切替回路（スイッチ７〜１０）のショート、オープン故障診断を実施することが可能である。

また、上記診断動作において、メイン電源電圧、サブ電源電圧、負荷側の電圧の大小に関係なく、診断が実施可能である。

なお、電圧のモニタは、電圧をアナログ信号としてモニタしてもよく、また予め設定した閾値電圧でＯＮするトランジスタスイッチ回路を形成しておき、トランジスタモニタ回路の出力を論理的に判断しても良い。

また、上記診断は、メイン電源２が正常作動中に、常時診断するように構成したものであるが、装置起動時の初期、若しくは終了時にのみ実行するように構成することも可能である。

また、マイコン１６は、スイッチ７〜１０の診断を行った結果、故障が発生したことを判断すると、警報を行い、図５に示すような故障部分、故障内容を表示手段に表示するように構成することが可能である。

また、半導体スイッチ７〜１０のドレイン電圧をモニタするモニタ手段として、トランジスタ１４、１５としたが、半導体スイッチ７と半導体スイッチ８間のドレイン電圧と、半導体スイッチ９と半導体スイッチ１０との間のドレイン電圧とを閾値と比較し、比較した結果を示す信号を上記制御手段に出力する閾値判別回路であってもよい。

さらに、本発明は、車両用の電源装置のみならず、バッテリを搭載し、バッテリからの電力により動作する装置であれば、その他の装置にも適用可能である。例えば、船舶、ロボット、工作機械、ビデオカメラ等にも適用可能である。

本発明の一実施形態である二重系電源装置の全体構成図である。本発明の一実施形態における地絡等の故障が発生した場合の切り替え回路オンオフ切替動作タイミングチャートである。本発明の一実施形態における切り替え回路の常時診断タイミングチャートである。本発明の一実施形態における診断内容と時点との関係を示す図である。本発明の一実施形態における診断ロジックを示す図である。本発明の一実施形態の変形例を示す図である。

符号の説明

１・・・メインバッテリ充電装置、２・・・メインバッテリ、３・・・遮断機、４・・・メイン電源供給ライン、５・・・サブバッテリ充電装置、６・・・サブバッテリ、７〜１０・・・半導体スイッチ（切替回路）、１１・・・バックアップ電源供給ライン、１２・・・遮断機駆動インターフェース、１３・・・メイン電源供給ライン電圧モニタインターフェース、１４、１５・・・トランジスタ（モニタ回路）、１６・・・マイコン、１７・・・インバータ及びモータ、１８〜２０、２６・・・制御ライン、２１・・・ダイオード、２２・・・コンデンサ、２３・・・電源レギュレータ、２５・・・抵抗

Claims

メイン電源と、
上記メイン電源と負荷との間に接続される遮断機と、
サブ電源と、
４つのＰ−ＭＯＳ構造の、第１半導体スイッチと、第２半導体スイッチと、第３半導体スイッチと、第４半導体スイッチが互いに直列に接続されて形成され、上記第１半導体スイッチのソースが上記サブ電源に接続され、上記第１半導体スイッチのドレインが上記第２半導体スイッチのドレインに接続され、上記第２半導体スイッチのソースが上記第３半導体スイッチのソースに接続され、上記第３半導体スイッチのドレインが上記第４半導体スイッチのドレインに接続され、上記第４半導体スイッチのソースが負荷に接続される切替回路と、
上記第２半導体スイッチのソースと上記第３半導体スイッチのソースとの接続点と、上記メイン電源又はサブ電源との間に接続され、上記第２半導体スイッチのソースと上記第３半導体スイッチのソースとの接続点にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
上記遮断機の開閉動作及び上記切替回路の各半導体スイッチのオンオフ動作を制御する制御手段と、
上記切替回路の半導体スイッチのドレイン電圧をモニタし、上記制御手段にモニタ信号を出力するモニタ手段と、
を備え、上記制御手段は、上記遮断機を閉として、メイン電源から負荷への電力供給期間に、上記各半導体素子のオンオフ動作を行い、上記モニタ手段からのモニタ信号に基づいて、上記各半導体スイッチの故障診断を行うことを特徴とする二重系電源装置。
請求項１記載の二重系電源装置において、上記制御手段は、上記半導体素子のそれぞれをオンオフ動作させて、上記モニタ手段によりモニタされた、上記各半導体スイッチのドレイン電圧に基づいて、上記各半導体スイッチの故障診断を行うことを特徴とする二重系電源装置。
請求項２記載の二重系電源装置において、上記バイアス電圧印加手段は、抵抗であることを特徴とする二重系電源装置。
請求項２記載の二重系電源装置において、上記モニタ手段は、上記第１半導体スイッチと第２半導体スイッチ間のドレイン電圧と、上記第３半導体スイッチと第４半導体スイッチ間のドレイン電圧との電圧レベルによってオンオフされるスイッチ手段であり、上記制御手段は、上記スイッチ手段のオンオフ信号に基づいて、上記各半導体スイッチの故障診断を行うことを特徴とする二重系電源装置。
請求項２記載の二重系電源装置において、上記モニタ手段は、上記第１の半導体スイッチと第２の半導体スイッチ間のドレイン電圧と、上記第３半導体スイッチと第４半導体スイッチ間のドレイン電圧とを、閾値と比較し、比較した結果を示す信号を上記制御手段に出力することを特徴とする二重系電源装置。
請求項１記載の二重系電源装置において、上記二重系電源装置は、車両に搭載されることを特徴とする二重系電源装置。