JPH10315849A - 車両用電気機器装置の保護装置 - Google Patents
車両用電気機器装置の保護装置Info
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- JPH10315849A JPH10315849A JP12768897A JP12768897A JPH10315849A JP H10315849 A JPH10315849 A JP H10315849A JP 12768897 A JP12768897 A JP 12768897A JP 12768897 A JP12768897 A JP 12768897A JP H10315849 A JPH10315849 A JP H10315849A
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Abstract
車両用電気機器装置を保護することを目的とする。 【解決手段】バッテリ1の極性が逆に取り付けられたと
きには、MOSトランジスタ21のドレインーソース間
の耐圧(MOSトランジスタ21内に形成される寄生ダ
イオードの耐圧)にて放電灯装置100への逆電圧印加
を遮断する。これにより、ヒューズ50には過電流が流
れないので、ヒューズ50の溶断を未然に防止できる。
イグニッションスイッチIGがオフした直後には、アー
ス端子1bの正極性の大きな電圧が発生し、電源端子1
aに負極性の大きな電圧が発生する。しかし、この際、
コンデンサ19に充電された電荷によって、MOSトラ
ンジスタ21のゲートにはゲート電圧が印加されるの
で、MOSトランジスタ21は強制的に導通状態にされ
る。
Description
置の保護装置に関するもので、特に車両用電気機器に逆
電圧が印加されたときの保護に関する。
ンスにて一次側の車載バッテリ(直流電源)の電圧を二
次側で高圧化して車両用前照灯(車両用電気機器)の点
灯を行うものが知られている。この従来装置では、例え
ば車載バッテリの点検交換時において、誤って車載バッ
テリを逆極性に取り付けてしまったときに、以下のよう
に対処している。(以下、これをバッテリ逆接時)。
300逆接時に車両前照灯301の電気回路素子を保護
するために、車両用前照灯301と並列にパワーツェナ
ダイオード302を設けていた。これにより、バッテリ
300逆接時には、パワーツェナダイオード302を流
れた過電流にてヒューズ303を溶断するようにしてい
た。
に示すように上記車両用前照灯301の他に、大きなリ
アクタンスを有する車両電気機器304が設けられてい
る。例えば、上記車両用前照灯301の他に、この車両
用前照灯301と並列にオルタネータ304が設けられ
ている。このオルタネータ304は、車両のイグニッシ
ョンスイッチSWがオンされると、界磁コイルに界磁電
流が流れるようになっている。
操作により点灯スイッチSWがオンされており、車両用
前照灯301が点灯中で、イグニッションスイッチIG
をオフした直後には、多大なリアクタンスを有するオル
タネータの界磁コイルによって、車載バッテリ1の正極
側に極性が反転した負極性の大きな電圧が一瞬発生する
ことが知られている。
を流れた過電流は、ヒューズ303に流れるのである
が、この過電流が流れる時間は、上記バッテリ300逆
接時に比べ一瞬であるので、ヒューズが溶断してしまう
ことは無い。
来装置では誤ってバッテリ300を逆接すると、ヒュー
ズ303が溶断してしまうので、バッテリ300を正常
な取付状態に直しても、ヒューズを交換しない限り、車
両用前照灯301が点灯しないという問題がある。
ューズを溶断せずに、車両用電気機器装置を保護するこ
とを目的とする。
達成するために、図5に示すような保護回路を検討し
た。このものでは、前記直流電源300の正極側にゲー
トが接続されたMOSトランジスタ306を有する。そ
して、直流電源300の逆接時には、MOSトランジス
タ306の導通状態は遮断状態にあり、MOSトランジ
スタ300のドレイン(D)−ソース(S)間の耐圧
(MOSトランジスタ内の寄生ダイオードの耐圧)で、
車両用電気機器301への逆電圧印加を遮断する。これ
により、前記直流電源300の極性が逆に取り付けられ
たときに、ヒューズが溶断することを防止できる。
スタ306を使用すると、車両のイグニッションスイッ
チがオフされることで、他の車両用電気機器により大き
な逆電圧が発生した直後には、MOSトランジスタは遮
断状態となる。この結果、上記大きな逆電圧にてMOS
トランジスタが破損するという問題がある。このため、
本発明者は、上記問題に対処するために、MOSトラン
ジスタ306のドレイン−ソース間の耐圧をさらに大き
くすることを検討した。しかしながら、このようにする
と、MOSトランジスタ306がコスト高になるという
問題がある。
1ないし3記載の発明では、直流電源(1)の正極側に
ゲートが接続されると共に、直流電源(1)のアース側
にソースおよびドレインが接続されるMOSトランジス
タ(21)を有し、直流電源(1)の極性が逆に取り付
けられたときには、MOSトランジスタ(21)のドレ
イン−ソース間の耐圧にて車両用電気機器(100)へ
の逆電圧の印加を遮断するようになっており、車両のイ
グニッションスイッチがオフされることで、直流電源
(1)の正極側に負極性の逆電圧が発生したときでも、
MOSトランジスタ(21)を導通状態とする導通手段
(19)を有することを特徴としている。
取り付けられたときには、MOSトランジスタのドレイ
ンーソース間の耐圧にて車両用電気機器への逆電圧印加
を遮断できる。この結果、従来のようにヒューズを溶断
させる必要は無くなる。これに加え、導通手段により、
車両のイグニッションスイッチがオフされることで、直
流電源(1)の正極側に負極性の逆電圧が発生したとき
でも、MOSトランジスタを導通状態とするので、MO
Sトランジスタの上記耐圧を大きくせずに済み、この耐
圧は、上記直流電源の極性が逆になったときに、車両用
電気機器の逆電圧が印加されない程度にすることができ
る。
(1)の電源端子(1a)とゲート(G)との間に設け
られ、MOS型トランジスタ(21)とコンデンサ(1
9)との並列接続に対して直列接続された抵抗(17)
を有することを特徴としている。これにより、、コンデ
ンサと抵抗とが時定数回路を構成しているので、抵抗に
よってコンデンサの放電時間が延長される。この結果、
MOSトランジスタの導通時間を長くできるので、確実
にMOSトランジスタの破壊破損を防止できる。
づいて説明する。なお、本実施形態は本発明の放電灯装
置100を車両用前照灯に適用したものである。図1に
本実施形態における放電灯装置100の全体構成図、図
2に本実施形態における放電灯装置100の制御系のブ
ロック図を示す。
ッテリという、定格電圧(バッテリ電圧VB)12V)
であり、1aは電源端子、1bはアース端子、2は車両
前照灯であるメタルハライドランプ等の高圧放電灯(以
下、ランプという)である。SWは、車室内に設けら
れ、使用者の操作により、上記ランプ2の点灯消灯を設
定する点灯スイッチである。50は、放電灯装置100
に過電流が流れたときに溶断するヒューズである。
接保護回路3、平滑回路4、フライバックトランス29
を有する直流電源回路5、テークオーバー回路6、Hブ
リッジ回路7aを含むインバータ回路7、始動回路8等
の回路機能部を有する。本実施形態では、図2に示すよ
うに上記回路機能部を制御する制御回路として、PWM
(パルス幅変調)制御回路9、後述のランプ電圧VLお
よびランプ電流ILに基づいて、ランプ電力を所望電力
に制御するランプパワー制御回路10、上記Hブリッジ
回路7aを制御するHブリッジ制御回路11等を有す
る。
てその他に、ランプ電圧VLを所定のタイミングでサン
プリングおよびホールドするサンプルホールド回路1
2、ランプ点灯開始時に、上記始動回路8を制御して、
ランプ2に高電圧を印加させてランプ2を電極間で絶縁
破壊させる高電圧発生制御回路13、放電灯装置100
が後述の異常状態となったときに、上記Hブリッジ制御
回路11を通じてHブリッジ回路7aを制御するフェイ
ルセーフ回路14と、ランプ2のコネクタ35の外れを
検出するコネクタ外れ検出回路15とを有している。
バッテリ電圧VB等に基づいて行われるが、1次側電圧
が過電圧となった際に、この過電圧から各制御回路9〜
15を保護するための過電圧保護回路16も放電灯装置
100には備えられている。ここで、先ず、放電灯装置
100の点灯動作の概略を説明する。上記点灯スイッチ
SWがオンされると、フライバックトランス29にてバ
ッテリ電圧VBが昇圧され、これにより、Hブリッジ回
路7aを通じて始動回路8のコンデンサ53が充電され
る。そして、コンデンサ53が充電されると、始動回路
8にて充電された電荷が放電されて、トランス47にて
さらに高電圧化された電圧がランプ2に印加され、ラン
プ2が電極間で絶縁破壊し点灯されるようになる。
ジ回路7aによりランプ2への放電電圧の極性(放電電
流の向き)を交互に切り換えることで、ランプ2を交流
点灯させる。次に、上記回路機能部および上記制御回路
の構成の概略について簡単に説明する。
19、およびMOSトランジスタ12とからなる。逆接
保護回路3は、後述する電源端子に負極性の高電圧が発
生したときに、MOSトランジスタ21を保護するもの
である。また、バッテリ1を極性が逆にして車両に取り
付けるといった逆接時には、ヒューズ50を溶断しない
ようにするものである。
る電圧を平滑するものであり、コンデンサ23、25
と、コイル27とからなるコンデンサ入力型平滑回路
(チョーク入力型平滑回路)である。直流電源回路5
は、一次側と二次側とが共に巻線で構成されたフライバ
ックトランス29を有している。フライバックトランス
29は、バッテリ側に配された一次巻線29aと、ラン
プ2側に配された二次巻線29bを有している。また、
フライバックトランス29は、図1に示すように一次巻
線29aと二次巻線29bとは電気的に導通可能となっ
ている。直流電源回路5には、上記PWM回路9により
スイッチング制御されるMOSトランジスタ31が設け
られている。上記一次巻線29aの一次電流は、このM
OSトランジスタ31により制御される。
OSトランジスタ31がオンのときには、一次巻線29
aに一次電流が流れることで、一次巻線29aにエネル
ギーが蓄えられるようになっている。そして、フライバ
ックトランス29は、MOSトランジスタ31がオフに
なると、一次巻線29aのエネルギーを二次巻線29b
に供給するようになっている。
は、整流用のダイオード33と、平滑用コンデンサ35
が設けられている。テークオーバー回路6は、コンデン
サ37と抵抗39とからなる。コンデンサ37は、上記
点灯スイッチSWがオンされると電荷が充電されるよう
になっている。テークオーバー回路6は、上記始動回路
8によりランプ2を電極間で絶縁破壊させたのち、速や
かにアーク放電に移行させるものである。
ス29の二次巻線29b側に設けられ、バッテリ1から
の電力を交流変換することで、ランプ2を交流点灯させ
るものである。インバータ回路7を構成するHブリッジ
回路7aは、ランプ2の放電電流の向きを交互に反転さ
せるものである。Hブリッジ回路7aは、Hブリッジ状
に配置された複数のブリッジ用半導体スイッチング素子
をなす4つのMOSトランジスタ41a〜41dを有す
る。これら4つのMOSトランジスタ41a〜41d
は、図中43a、43bにて示すブリッジ駆動回路(本
例ではIC素子、以下、IC素子という)によって制御
される。
a、43bを制御することで、Hブリッジ回路7aのう
ち対角線上にあるMOSトランジスタ41a、41dが
オフ状態であるときは、対角線上にあるMOSトランジ
スタ41b、41cをオン状態に切換制御し、MOSト
ランジスタ41b、41cがオン状態であるときは、M
OSトランジスタ41aと41dをオフ状態に切換制御
する。この結果、ランプ2の放電電流の向きが交互に切
り換わる、言い換えるとランプ2の印加電圧(放電電
圧)の極性が反転することで、ランプ2は交流点灯す
る。
には長い一定周期でMOSトランジスタ41a〜41d
をオン・オフさせ、その後は短い一定周期でMOSトラ
ンジスタ41a〜41dをオン・オフさせるようになっ
ている。なお、図中45は、Hブリッジ回路7aを点灯
始動時に発生する高圧パルスから保護する保護用のコン
デンサである。
ものであって、上記Hブリッジ回路7aの中点電位点
と、アース端子1bとの間に設置されている。始動回路
8は、一次巻線47aと二次巻線47bとからなるトラ
ンス47、ダイオード49、51、コンデンサ53、抵
抗55、および一方向性半導体素子であるサイリスタ5
7とからなる。
がオンされたときには、オフとなっており、これによ
り、コンデンサ53は充電を開始する。その後、上記高
電圧発生制御回路13によりサイリスタ57がオンとさ
れる。この結果、コンデンサ53は放電を開始する。す
ると、コンデンサ53に蓄えられたエネルギーが、トラ
ンス47を通じて高電圧化されることで、ランプ2に高
電圧が印加される。この結果、ランプ2は、電極間で絶
縁破壊し点灯する。
レッショルドレベルを可変にすることで、上記MOSト
ランジスタ31のオン・オフ時間、つまりデューティー
比を制御するものである。ランプパワー制御回路10
は、ランプ電流ILと、上記サンプルホールド回路12
によってサンプルホールドされたランプ電圧VLとに基
づいて、ランプ電力が所望値となるように制御するもの
である。なお、ランプ電流ILは、Hブリッジ回路7a
に設けられた電流検出用抵抗59にて検出される。
10によるランプパワー制御は、以下のようなものであ
る。ランプパワー制御回路10は、ランプ2の点灯開始
時にランプ2の電極温度が低いと、ランプ2に立ち消え
が生じ易いので、ランプ電力を大きな値(例えば75
W)として電極温度を迅速に高め、電極温度が徐々に高
くなると、ランプ電力を徐々に低下させていき、ランプ
2が安定状態になるとランプ電力を所定値(35W)一
定に制御するものである。
00V)となってランプ2の点灯が開始された直後で
は、ランプ電圧VLは最も小さくなり、その後ランプ電
圧VLは徐々に大きくなる。一方、ランプ電流ILは、
ランプ2の点灯が開始された直後には、ランプ電圧VL
に反して徐々に小さくなる。そして、このようなランプ
パワー制御を行うために、上記PWM制御回路9は、上
記ランプパワー制御回路10の指令信号を受けて、上記
MOSトランジスタ31のオン・オフのディーティ比を
可変することで、ランプ電力を制御する。
電圧VLのうち、Hブリッジ回路7aの切換時に発生す
る後述の過渡電圧をマスクし、上記ランプパワー制御回
路10による制御を精度良く行うものである。上記フェ
イルセーフ回路14は、放電灯装置100に何らかの異
常が生じたときに、上記PWM制御回路9の制御を停止
するとともに、Hブリッジ回路7aのMOSトランジス
タ41a〜41dの導通を全てオフするものである。
しない集積回路内に設けられている。次に本発明の要部
である逆接保護回路3について図6を用いて説明する。
なお、図6は図1に車両用電気機器であるオルタネータ
等の電気負荷71を加えたものである。
テリ1と、ランプ2との間に設けられている。MOSト
ランジスタ21のゲート(G)は、抵抗17を介してバ
ッテリの正極側(電源端子1a)に接地されている。M
OSトランジスタ21のソース(S)およびドレイン
(D)は、アース端子1b側に接続され、放電灯装置1
00を流れた電流がソースからドレインに向かって流れ
るようになっている。
テリ1からゲート(G)にゲート電圧を与えられ、MO
Sトランジスタ21は導通状態となり、バッテリ1の電
力が放電灯装置100に供給される。これにより、放電
灯装置100が作動する。MOSトランジスタ21のゲ
ート−ソース間には、導通手段であるコンデンサ19が
並列に接続されている。上記抵抗17は、電源端子1a
とMOSトランジスタ21のゲートとの間で、MOS型
トランジスタ21とコンデンサ19との並列接続と直列
に接続されている。
ると、抵抗17を介してコンデンサ19が充電される。
コンデンサ19の充電電流経路は、バッテリ1の正極側
から抵抗17、コンデンサ19、MOSトランジスタ2
1のソース−ドレイン間の寄生ダイオードを介して、バ
ッテリ1の負極側に流れる。そして、コンデンサ19の
充電電圧が所定値に達すると、MOSトランジスタ21
はオンとなる。また、MOSトランジスタ21がオンす
るまでは、放電灯装置100を流れる電流は、MOSト
ランジスタ21のソース−ドレイン間の寄生ダイオード
を通じて流れる。
うなときに放電灯装置100に逆電圧が印加されないよ
うに保護する保護機能を有する。例えば、バッテリ1の
交換時に、誤ってバッテリ1の極性が逆に取り付けられ
て、この状態で乗員の操作により上記点灯スイッチSW
がオンされたとする。この場合は、放電灯装置100に
印加される逆電圧は、バッテり電圧VB(第1逆電圧)
である。
ッテリ1の極性が逆に取り付けられたときには、MOS
トランジスタ21のドレインーソース間の耐圧にて放電
灯装置100への逆電圧印加を遮断し、放電灯装置10
0を保護する。これにより、従来のようにツェナーダイ
オードを通じてヒューズ50に過電流が流れるといった
ことが無く、ヒューズ50の溶断を未然に防止できる。
して上記放電灯装置100と並列に接続されている。オ
ルタネータ71は、図示しない界磁コイル等のリアクタ
ンス成分を有する誘導性負荷(車両用電気機器)であ
り、車両の走行駆動源を起動する手段であるイグニッシ
ョンスイッチIGがオンされると、発電を開始する。そ
して、上記イグニッションスイッチIGがオンで点灯ス
イッチSWがオンの状態から、イグニッションスイッチ
IGがオフされると、オルタネータ71に流れていた電
流が遮断されることで、電源端子1aに負極性の大きな
パルス電圧が発生する。このため、放電灯装置100に
は、上記バッテリ1の逆接時より大きな逆電圧が印加さ
れることになる。
れた電荷は、コンデンサ19と抵抗17とで決まる時定
数にて放電される。これにより、MOSトランジスタ2
1のゲートには所定時間、ゲート電圧が印加されるの
で、MOSトランジスタ21は所定時間導通状態が維持
される。なお、電源端子1aとアース端子1bとの間
に、大きなパルス電圧が一瞬発生したときには、オンし
ているMOSトランジスタ21を介してMOSトランジ
スタ31のソース−ドレイン間の寄生ダイオード、フラ
イバックトランス29の一次巻線29a、コイル27と
いった電流経路でパルス電流を流すことにより、負極性
パルスのエネルギーを消費する。
bとの間に、大きな逆電圧が発生したときには、コンデ
ンサ19によりMOSトランジスタ21が強制的に導通
状態に維持されるので、MOSトランジスタ21の上記
耐圧を全く考慮せずに済む。つまり、この耐圧は、上記
バッテリ1の逆接時に、放電灯装置100に逆電圧が印
加されない程度(例えば12V強)であれば良い。
圧を非常に小さくすることができ、これにより、MOS
トランジスタ21の駆動抵抗を小さくでき、MOSトラ
ンジスタ21での電力損失が小さくできる。ひいては、
MOSトランジスタ21のチップサイズを小さくするこ
とができ、安価なMOSトランジスタ21を使用でき
る。
て、MOSトランジスタ21は強制的に導通状態となる
が、コンデンサ19と抵抗17が時定数回路を構成して
いるので、抵抗17によってコンデンサ19の放電時間
が延長される。この結果、MOSトランジスタ21の導
通時間を長くできるので、確実にMOSトランジスタ2
1の破壊破損を防止できる。なお、本発明者の検討によ
ると、上記時定数回路の時定数は、0.01秒以上とす
ると、上記パルス電圧が発生している間、確実にMOS
トランジスタ21をオン状態にすることができ、確実に
放電灯装置100を保護できる。
用電気機器装置として放電灯を適用したが、本発明は放
電灯に係わらず、車両に搭載された電気機器装置であれ
ばどの様なものでも適用できる。
である。
成図である。
す図である。
示す図である。
ンサ、21…MOSトランジスタ。
Claims (3)
- 【請求項1】 車両に搭載された直流電源(1)から電
力を得ることで、車両用電気機器(100)が作動する
車両用電気機器装置の保護装置であって、 前記直流電源(1)の正極側にゲートが接続されると共
に、前記直流電源(1)のアース側にソースおよびドレ
インが接続されるMOSトランジスタ(21)を有し、 前記直流電源(1)の極性が逆に取り付けられたときに
は、前記MOSトランジスタ(21)のドレイン−ソー
ス間の耐圧にて前記車両用電気機器(100)への逆電
圧の印加を遮断するようになっており、 車両のイグニッションスイッチがオフされることで、前
記直流電源(1)の正極側に負極性の逆電圧が発生した
ときでも、前記MOSトランジスタ(21)を導通状態
とする導通手段(19)を有することを特徴とする車両
用電気機器装置の保護装置。 - 【請求項2】 前記導通手段(19)は、前記MOSト
ランジスタ(21)と並列に設けられ、前記車両用電気
機器(100)が作動しているときに充電されるコンデ
ンサ(19)を有することを特徴とする請求項1記載の
車両用電気機器装置の保護装置。 - 【請求項3】 前記直流電源(1)の電源端子(1a)
と前記ゲート(G)との間に設けられ、前記MOSトラ
ンジスタ(21)と前記コンデンサ(19)との並列接
続に対して直列接続された抵抗(17)を有することを
特徴とする請求項2記載の車両用電気機器装置の保護装
置。
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