JP7196826B2 - スイッチ装置、電流判定方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
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。
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は実施形態1における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、好適に車両に搭載されており、スイッチ装置10、直流電源11及び負荷12を備える。スイッチ装置10は、メインスイッチ20及び装置コネクタTaを有する。負荷12は負荷コネクタTbを有する。スイッチ装置10は直流電源11の正極に接続されている。直流電源11の負極は接地されている。装置コネクタTaは負荷コネクタTbに着脱可能に接続される。負荷コネクタTbが装置コネクタTaに接続することによって、負荷12が装置コネクタTaに接続される。
スイッチ装置10は、メインスイッチ20及び装置コネクタTaに加えて、電流出力回路21、電源検出部22、マイクロコンピュータ(以下マイコンという)23、駆動回路24、電流抵抗25、スイッチ回路26、切替えスイッチ27、スイッチ抵抗28、回路抵抗29、キャパシタ30及び電圧検出部31を有する。スイッチ回路26は、サブスイッチ40及びスイッチ抵抗41,42を有する。メインスイッチ20はNチャネル型のFET(Field Effect Transistor)である。切替えスイッチ27はNPN型のバイポーラトランジスタである。サブスイッチ40はPチャネル型のFETである。
以上のように、駆動回路24はメインスイッチ20をオン又はオフに切替える。
直流電源11の正極からメインスイッチ20、電流出力回路21及び装置コネクタTaの順に流れる電流の電流経路は第1電流経路に相当する。第1電流経路にメインスイッチ20が設けられている。
以上のように、マイコン23は、切替えスイッチ27をオンに切替えることによってサブスイッチ40をオンに切替えるとともに、切替えスイッチ27をオフに切替えることによってサブスイッチ40をオフに切替える。
図2は、スイッチ装置10の動作例を示すタイミングチャートである。図2には、メインスイッチ20及びサブスイッチ40の状態の推移と、ノード電圧の推移とが示されている。これらの推移について、横軸には時間が示されている。図2において、Vbは電源電圧を示す。V1は、サブスイッチ40がオンである場合において、スイッチ回路26及び負荷12が電源電圧Vbを分圧することによって得られる第1分圧電圧を示す。V2は、回路抵抗29及び負荷12が電源電圧Vbを分圧することによって得られる第2分圧電圧を示す。図2には、電源電圧Vbが安定している場合におけるスイッチ装置10の動作例が示されている。
V1=Vb・(rd/(rs+rd))
スイッチ回路26の抵抗値rsは、予め計測されており、既知の値である。電源電圧Vb及び第1分圧電圧V1それぞれは、電源検出部22及び電圧検出部31によって検出される。従って、スイッチ回路26の抵抗値rsを算出することができる。
図3はマイコン23の要部構成を示すブロック図である。マイコン23は、A/D変換部50,51,52、出力部53,54、切替え部55、入力部56,57,58,59、記憶部60及び制御部61を有する。A/D変換部50,51,52、出力部53,54、切替え部55、入力部56、記憶部60及び制御部61は内部バス62に接続されている。A/D変換部50,51,52それぞれは、更に、入力部57,58,59に接続されている。入力部57,58,59それぞれは、電源検出部22、電流抵抗25の一端及び電圧検出部31に接続されている。出力部53は、更に、駆動回路24に接続されている。切替え部55は、スイッチ抵抗28を介して切替えスイッチ27のベースに接続されている。
出力部54は、制御部61の指示に従って報知信号を出力する。
図4は接続検知処理の手順を示すフローチャートである。制御部61は、サブスイッチ40がオフである場合において接続検知処理を周期的に実行する。接続検知処理では、制御部61は、メインスイッチ20がオフであるか否かを判定する(ステップS1)。ステップS1では、出力部53が出力した最新の指示がオフ指示である場合、制御部61はメインスイッチ20がオフであると判定する。出力部53が出力した最新の指示がオン指示である場合、制御部61はメインスイッチ20がオンであると判定する。
図5は電流判定処理の手順を示すフローチャートである。制御部61は、メインスイッチ20がオフである場合において電流判定処理を周期的に実行する。電流判定処理では、まず、制御部61は、接続フラグの値がゼロから1に変更されたか否か、即ち、負荷12が装置コネクタTaに接続されたか否かを判定する(ステップS11)。ステップS11では、前回の電流判定処理の開始時点においてゼロであった接続フラグの値が1に変更されている場合、制御部61は接続フラグの値がゼロから1に変更されたと判定する。
図6は給電制御処理の手順を示すフローチャートである。制御部61は、サブスイッチ40がオフである場合において、給電制御処理を周期的に実行する。給電制御処理では、まず、制御部61は、入力部56に作動信号が入力されたか否かを判定する(ステップS31)。制御部61は、作動信号が入力されていないと判定した場合(S31:NO)、入力部56に停止信号が入力されたか否かを判定する(ステップS32)。制御部61は、停止信号が入力されていないと判定した場合(S32:NO)、給電制御処理を終了する。次の周期が到来した場合、制御部61は給電制御処理を再び実行する。従って、作動信号又は停止信号が入力部56に入力されていない場合、制御部61は、作動信号又は停止信号が入力部56に入力されるまで待機する。
実施形態1において、消費電力が小さいスイッチ装置10を実現するために、制御部61が有する処理素子として、動作を休止する処理素子を用いてもよい。
以下では、実施形態2について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成は、実施形態1と共通している。このため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図7は、実施形態2におけるマイコン23の要部構成を示すブロック図である。実施形態2を実施形態1と比較した場合、マイコン23の構成が異なる。実施形態2におけるマイコン23は、実施形態1におけるマイコン23が有する構成部に加えて、クロック信号出力部63を有する。クロック信号出力部63は、内部バス62に接続されるとともに、制御部61に直接に接続されている。
図8は休止処理の手順を示すフローチャートである。制御部61は休止処理を周期的に実行する。休止処理では、制御部61は、動作を休止するか否かを判定する(ステップS41)。ステップS41では、制御部61は、メインスイッチ20及びサブスイッチ40がオフである状態であるオフ期間が基準期間以上である場合に動作を休止すると判定する。制御部61は、オフ期間が基準時間未満である場合、動作を休止しないと判定する。
図9は、起動処理の手順を示すフローチャートである。制御部61は、動作を再開した場合、即ち、クロック信号の出力が再開された場合に起動処理を実行する。メインスイッチ20及びサブスイッチ40がオフである状態で制御部61は動作を休止するので、起動処理は、メインスイッチ20及びサブスイッチ40はオフである状態で実行される。起動処理の一部分は、電流判定処理の一部分と同様である。このため、起動処理について、電流判定処理の一部分と同様である処理、即ち、ステップS12~S20の説明を省略する。
実施形態2におけるスイッチ装置10は、実施形態1におけるスイッチ装置10が奏する効果を同様に奏する。
直流電源11の電源電圧が殆ど変動しない場合、実施形態1,2における電流判定処理において、制御部61はステップS12を省略してもよい。この場合、ステップS16では、制御部61は、電源電圧として、予め設定されている値を用いる。
実施形態1では、スイッチ回路26のサブスイッチ40は、Pチャネル型のFETに限定されない。
以下では、実施形態3について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成は、実施形態1と共通している。このため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図10は実施形態3におけるスイッチ装置10の要部構成を示すブロック図である。実施形態3におけるスイッチ装置10は、実施形態1におけるスイッチ装置10が有する構成部の中で、切替えスイッチ27及びスイッチ抵抗28を除く他の構成部を同様に有する。実施形態3におけるスイッチ装置10は、更に、駆動回路32を有する。実施形態3におけるスイッチ回路26は、実施形態1におけるスイッチ回路26が有する構成部に加えて、直列抵抗43を有する。実施形態3におけるサブスイッチ40は、Nチャネル型のFETである。
リレー接点のオン抵抗値は、Nチャネル型のFETのオン抵抗値よりも小さい。このため、実施形態3におけるサブスイッチ40として、リレー接点を用いてもよい。この場合、サブスイッチ40をオン又はオフに切替えるための構成がスイッチ装置10において設けられる。サブスイッチ40は切替え部55によってオン又はオフに切替えられる。実施形態3において、サブスイッチ40のオン抵抗値が大きい場合、サブスイッチ40のソースが電流出力回路21及び装置コネクタTa間の接続ノードに接続されてもよい。
実施形態2におけるスイッチ装置10は、実施形態3におけるスイッチ装置10と同様に構成されてもよい。
10 スイッチ装置
11 直流電源
12 負荷
20 メインスイッチ
21 電流出力回路
22 電源検出部
23 マイコン
24,32 駆動回路
25 電流抵抗
26 スイッチ回路
27 切替えスイッチ
28,41,42 スイッチ抵抗
29 回路抵抗
30 キャパシタ
31 電圧検出部
40 サブスイッチ
43 直列抵抗(第2の抵抗)
50,51,52 A/D変換部
53,54 出力部
55 切替え部
56,57,58,59 入力部
60 記憶部
61 制御部(処理部)
62 内部バス
63 クロック信号出力部
E 記憶媒体
P コンピュータプログラム
Ta 装置コネクタ
Tb 負荷コネクタ
Claims (12)
- 負荷に着脱可能に接続されるコネクタと、
直流電源から前記コネクタへの第1電流経路に設けられたメインスイッチと、
前記直流電源から前記コネクタへの第2電流経路に設けられ、サブスイッチを有するスイッチ回路と、
処理を実行する処理部と
を備え、
前記サブスイッチがオンである場合における前記スイッチ回路の抵抗値は、前記メインスイッチのオン抵抗値よりも大きく、
前記処理部は、
前記メインスイッチがオフであり、かつ、前記サブスイッチがオンである状態で、前記メインスイッチ及びサブスイッチの下流側の接続ノードのノード電圧を示すノード電圧情報を取得し、
取得したノード電圧情報に基づいて、前記メインスイッチがオンに切替わった場合に前記メインスイッチを介して流れるスイッチ電流が電流閾値未満であるか否かを判定し、
前記直流電源から前記コネクタへの第3電流経路に設けられ、一端が前記接続ノードに接続される抵抗と、
前記接続ノードに一端が接続されているキャパシタと
を備え、
前記処理部は、
前記メインスイッチ及びサブスイッチがオフである状態で前記ノード電圧情報を取得し、
前記メインスイッチ及びサブスイッチがオフである状態で取得した前記ノード電圧情報に基づいて前記負荷が前記コネクタに接続されているか否かを判定する
処理を実行するスイッチ装置。 - 前記処理部は、前記負荷が前記コネクタに接続されたと判定した場合、前記メインスイッチがオフであり、かつ、前記サブスイッチがオンである状態で前記ノード電圧情報を取得する処理を実行する
請求項1に記載のスイッチ装置。 - 前記抵抗の抵抗値は、前記サブスイッチがオンである場合における前記スイッチ回路の抵抗値よりも大きい
請求項1又は請求項2に記載のスイッチ装置。 - 負荷に着脱可能に接続されるコネクタと、
直流電源から前記コネクタへの第1電流経路に設けられたメインスイッチと、
前記直流電源から前記コネクタへの第2電流経路に設けられ、サブスイッチを有するスイッチ回路と、
処理を実行する処理部と
を備え、
前記サブスイッチがオンである場合における前記スイッチ回路の抵抗値は、前記メインスイッチのオン抵抗値よりも大きく、
前記処理部は、
前記メインスイッチがオフであり、かつ、前記サブスイッチがオンである状態で、前記メインスイッチ及びサブスイッチの下流側の接続ノードのノード電圧を示すノード電圧情報を取得し、
取得したノード電圧情報に基づいて、前記メインスイッチがオンに切替わった場合に前記メインスイッチを介して流れるスイッチ電流が電流閾値未満であるか否かを判定し、
前記処理部は、
前記メインスイッチがオンである場合、前記スイッチ電流を示す電流情報を取得し、
取得した電流情報に基づいて前記負荷が前記コネクタに接続されているか否かを判定する
処理を実行するスイッチ装置。 - 前記処理部は、
取得したノード電圧情報に基づいて前記負荷の抵抗成分値を算出し、
算出した抵抗成分値に基づいて、前記メインスイッチがオンに切替わった場合に流れる前記スイッチ電流が前記電流閾値未満であるか否かを判定する
処理を実行する請求項1から請求項4のいずれか1つに記載のスイッチ装置。 - 前記スイッチ回路は、前記サブスイッチと直列に接続される第2の抵抗を有する
請求項1から請求項5のいずれか1つに記載のスイッチ装置。 - 前記処理部は動作を休止し、
前記処理部は、動作を再開した場合、前記メインスイッチがオフであり、かつ、前記サブスイッチがオンである状態で前記ノード電圧情報を取得する処理を実行する
請求項1から請求項6のいずれか1つに記載のスイッチ装置。 - 抵抗成分値がゼロオームである負荷が前記コネクタに接続され、かつ、前記メインスイッチ及びサブスイッチそれぞれがオフ及びオンである場合に流れる電流は、発煙を引き起こさない正常値である
請求項1から請求項7のいずれか1つに記載のスイッチ装置。 - 直流電源から、負荷に着脱可能に接続されるコネクタへの第1電流経路に設けられたメインスイッチがオフであり、かつ、前記直流電源から前記コネクタへの第2電流経路に設けられたスイッチ回路が有するサブスイッチがオンである状態で、前記メインスイッチ及びサブスイッチの下流側の接続ノードのノード電圧を示すノード電圧情報を取得するステップと、
取得したノード電圧情報に基づいて、前記メインスイッチがオンに切替わった場合に前記メインスイッチを介して流れるスイッチ電流が電流閾値未満であるか否かを判定するステップと、
前記メインスイッチ及びサブスイッチがオフである状態で前記ノード電圧情報を取得するステップと、
前記メインスイッチ及びサブスイッチがオフである状態で取得した前記ノード電圧情報に基づいて前記負荷が前記コネクタに接続されているか否かを判定するステップと
をコンピュータが実行し、
前記サブスイッチがオンである場合における前記スイッチ回路の抵抗値は、前記メインスイッチのオン抵抗値よりも大きく、
前記直流電源から前記コネクタへの第3電流経路に設けられる抵抗の一端が前記接続ノードに接続され、
前記接続ノードにキャパシタの一端が接続されている
電流判定方法。 - 直流電源から、負荷に着脱可能に接続されるコネクタへの第1電流経路に設けられたメインスイッチがオフであり、かつ、前記直流電源から前記コネクタへの第2電流経路に設けられたスイッチ回路が有するサブスイッチがオンである状態で、前記メインスイッチ及びサブスイッチの下流側の接続ノードのノード電圧を示すノード電圧情報を取得するステップと、
取得したノード電圧情報に基づいて、前記メインスイッチがオンに切替わった場合に前記メインスイッチを介して流れるスイッチ電流が電流閾値未満であるか否かを判定するステップと、
前記メインスイッチ及びサブスイッチがオフである状態で前記ノード電圧情報を取得するステップと、
前記メインスイッチ及びサブスイッチがオフである状態で取得した前記ノード電圧情報に基づいて前記負荷が前記コネクタに接続されているか否かを判定するステップと
をコンピュータに実行させるために用いられ、
スイッチのオン抵抗値よりも大きく、
前記直流電源から前記コネクタへの第3電流経路に設けられる抵抗の一端が前記接続ノードに接続され、
前記接続ノードにキャパシタの一端が接続されている
コンピュータプログラム。 - 直流電源から、負荷に着脱可能に接続されるコネクタへの第1電流経路に設けられたメインスイッチがオフであり、かつ、前記直流電源から前記コネクタへの第2電流経路に設けられたスイッチ回路が有するサブスイッチがオンである状態で、前記メインスイッチ及びサブスイッチの下流側の接続ノードのノード電圧を示すノード電圧情報を取得するステップと、
取得したノード電圧情報に基づいて、前記メインスイッチがオンに切替わった場合に前記メインスイッチを介して流れるスイッチ電流が電流閾値未満であるか否かを判定するステップと、
前記メインスイッチがオンである場合、前記スイッチ電流を示す電流情報を取得するステップと、
取得した電流情報に基づいて前記負荷が前記コネクタに接続されているか否かを判定するステップと
をコンピュータが実行し、
前記サブスイッチがオンである場合における前記スイッチ回路の抵抗値は、前記メインスイッチのオン抵抗値よりも大きい
電流判定方法。 - 直流電源から、負荷に着脱可能に接続されるコネクタへの第1電流経路に設けられたメインスイッチがオフであり、かつ、前記直流電源から前記コネクタへの第2電流経路に設けられたスイッチ回路が有するサブスイッチがオンである状態で、前記メインスイッチ及びサブスイッチの下流側の接続ノードのノード電圧を示すノード電圧情報を取得するステップと、
取得したノード電圧情報に基づいて、前記メインスイッチがオンに切替わった場合に前記メインスイッチを介して流れるスイッチ電流が電流閾値未満であるか否かを判定するステップと、
前記メインスイッチがオンである場合、前記スイッチ電流を示す電流情報を取得するステップと、
取得した電流情報に基づいて前記負荷が前記コネクタに接続されているか否かを判定するステップと
をコンピュータに実行させるために用いられ、
前記サブスイッチがオンである場合における前記スイッチ回路の抵抗値は、前記メインスイッチのオン抵抗値よりも大きい
コンピュータプログラム。
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