JP5823144B2 - 過電流保護装置 - Google Patents
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Description
さらに、電線線径やスイッチング素子は、過電流保護回路の保護特性を考慮した、適正な線径やサイズを選択する必要があるが、ヒューズとのマッチング(ラインナップ、ばらつき、経年劣化、温度特性等)によって、電線線径を太くしたり、スイッチング素子を大型化する必要があった。
さらに、従来のヒューズより保護特性のばらつきを抑制することができれば、より小さな線径の電線を選択すること、すなわち電線細径化をすることが可能となる。しいてはワイヤーハーネスの軽量化をすることができる。
このようにドレイン−ソース間電圧が温度依存特性を有する場合、その温度依存性によって正常な電流を過電流と判定してしまうおそれがある場合、その温度依存性をも考慮した電線を選択する必要がでてくる。このことはすなわち電線線径の増大につながる。したがって、規定の過電流値に対して電線線径の増大とならない、より正確な判定をおこなうために判定の閾値電圧(過電流判定電圧)を温度に応じて変化させることが好ましい。
なお、電線の限界電流値(電線発煙特性)も温度特性を有し、温度によって変化する。また、負荷の中には、正常な負荷電流にも温度依存性を有するものがある(デフォッガ、ヒーター等)。したがって、上記場合は、過電流保護特性について、電線、負荷の温度特性を考慮したうえで、温度特性を任意に設定することで、より正確な過電流判定をすることができる場合もある。それによって電線細径化やトランジスタ素子の小型化を実現できる場合がある。
さらに、本発明は、電線の許容電流値や負荷電流の温度特性にあわせて、保護特性の温度特性を設定することができ、電線の細径化やスイッチング素子の小型化をすることができる電流検出装置、過電流保護装置および電流検出方法を提供することを目的とする。
図1は、本発明の実施の形態に係る過電流保護装置の構成を模式的に示す図である。図1に示すように、電源供給装置100は、スイッチング素子10と、電流検出部20と、電流演算部30と、温度模擬部40と、スイッチング素子制御部50と、を備えている。なお、スイッチング素子10と電流検出部20とが電流検出装置を構成している。
この場合、スイッチング素子制御部50には制御信号入力端子51からLowレベルの制御信号が入力される。このとき、スイッチング素子制御部50は駆動電圧信号をスイッチング素子10のゲート端子に出力しない。その結果、スイッチング素子10はオフ状態に維持される。したがって、電源Pから負荷Lに電流は供給されないので、負荷Lは駆動しない。
この場合、スイッチング素子制御部50には制御信号入力端子51からHighレベルの制御信号が入力される。これによって、スイッチング素子制御部50は駆動電圧信号をスイッチング素子10のゲート端子に出力する。これによって、スイッチング素子10はオン状態になる。その結果、スイッチング素子10のドレイン−ソース間には電流が流れ、電源Pから負荷Lに電線Wを介して負荷電流Iloadが供給され、負荷Lは駆動する。
この場合は、スイッチング素子10には過電流が流れていないと判定する場合である。このとき、スイッチング素子制御部50は、駆動電圧信号をスイッチング素子10のゲート端子に出力し続ける。したがって、この場合はスイッチング素子10はオン状態のままであり、電源Pから負荷Lに電線Wを介して負荷電流Iloadが供給され続け、負荷Lは駆動を続ける。
この場合は、過電流が発生し、スイッチング素子10に過電流が流れると判定する場合である。温度相当電圧VTjが過電流判定電圧Vrefを超えると、スイッチング素子制御部50は、駆動電圧信号をスイッチング素子10のゲート端子に印加することを停止する。これによって、スイッチング素子10はオン状態からオフ状態にスイッチングされる。したがって、電源Pから負荷Lへの電流の供給が遮断され、負荷Lの駆動が停止される。その結果、スイッチング素子10は過電流から保護される。
10a、23a 寄生ダイオード
11 ケース
12 ドレイン端子
13 ゲート端子
14 ソース端子
15、16 基板
15a、16a ヒートスプレッダ
15b、16b 配線パターン
16c スルーホール
16d 熱接合材
20 電流検出部
21 PTCサーミスタ素子
22 オペアンプ
30 電流演算部
40 温度模擬部
41 電流源
42熱等価回路部
42a コンデンサ
42b 抵抗
50 スイッチング素子制御部
51 制御信号入力端子
100 電源供給装置
A 被覆材料
L 負荷
L1〜L8 線
P 電源
W 電線
Claims (9)
- 電源と負荷との間に電線を介して接続したスイッチング素子と、前記電源から前記スイッチング素子を介して前記負荷に供給される負荷電流に対応する検出電流を、前記スイッチング素子の差電圧に基づいて出力する電流検出部と、を備え、前記電流検出部は、前記スイッチング素子がもつ抵抗成分の温度特性を補正する温度係数を有する温度特性補正サーミスタ素子を有し、前記温度特性補正サーミスタ素子は、前記スイッチング素子と並列接続で電気的に接続されているとともに熱伝導体を介して熱的に結合している電流検出装置と、
前記検出電流をもとに、前記スイッチング素子に過電流が流れたと判定した場合に前記スイッチング素子をオフ状態にするスイッチング素子制御部と、を備え、
前記温度特性補正サーミスタ素子は、前記熱伝導体よりも熱抵抗が大きい電気的配線によって、前記電流検出部内の他の素子に接続している
ことを特徴とする過電流保護装置。 - 前記温度特性補正サーミスタ素子の温度係数は、前記スイッチング素子の抵抗成分の温度係数と略同じ値であることを特徴とする請求項1に記載の過電流保護装置。
- 前記温度特性補正サーミスタ素子の温度係数は、前記検出電流の温度特性が、前記スイッチング素子の過電流限界特性と略同じ温度特性に補正できるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の過電流保護装置。
- 前記熱伝導体は、ヒートスプレッダであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の過電流保護装置。
- 電源と負荷との間に電線を介して接続したスイッチング素子と、前記電源から前記スイッチング素子を介して前記負荷に供給される負荷電流に対応する検出電流を、前記スイッチング素子の差電圧に基づいて出力する電流検出部と、を有し、前記電流検出部が、前記スイッチング素子と並列接続で電気的に接続された温度特性補正サーミスタ素子を備える電流検出装置と、
前記検出電流をもとに、前記スイッチング素子に過電流が流れたと判定した場合に前記スイッチング素子をオフ状態にするスイッチング素子制御部と、を備え、
前記温度特性補正サーミスタ素子の温度係数の値は、前記検出電流の温度特性がヒューズ溶断特性の温度特性の逆特性と略同じ値になるように設定されている
ことを特徴とする過電流保護装置。 - 前記温度特性補正サーミスタ素子は、前記スイッチング素子の近傍に配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の過電流保護装置。
- 前記電流検出部は、差動増幅器を備え、前記温度特性補正サーミスタ素子は、前記差動増幅器の入力側に接続されることを特徴とする請求項請求項1〜6のいずれか一つに記載の過電流保護装置。
- 前記スイッチング素子と前記温度特性補正サーミスタ素子とが、絶縁性および熱伝導性を有する被覆材料にて覆われていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の過電流保護装置。
- 前記検出電流をもとに、前記スイッチング素子の温度を示す温度相当電圧を出力する温度模擬部を備え、
前記スイッチング素子制御部は、前記温度相当電圧が入力され、前記温度相当電圧が過電流判定電圧を超えた場合に前記スイッチング素子をオフ状態にすることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の過電流保護装置。
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