WO2014125756A1

WO2014125756A1 - 電力供給装置

Info

Publication number: WO2014125756A1
Application number: PCT/JP2014/000073
Authority: WO
Inventors: 遠藤　進
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2014-08-21
Also published as: JP2014154448A; US9621024B2; CN104995997B; DE112014000785T5; CN104995997A; JP6051909B2; US20150381030A1; DE112014000785B4

Abstract

　電力供給装置（２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ）は、負荷（１０）へ直流の電力を供給するものであり、負荷の低電位側に直列接続されたシャント抵抗（Ｒｓ）と、シャント抵抗で生じる電圧降下量に応じて、負荷への電力供給状態を制御する電力供給制御手段（４０）と、負荷の低電位側に直列接続されて電圧降下を生じさせる地絡検知素子（Ｄ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ）と、地絡検知素子へ検知電流を流した時に生じる電圧降下量が所定の閾値未満である場合には、地絡が生じているとみなして電力供給手段による電力供給を制限する制限手段（３０）と、を備える。

Description

電力供給装置

関連出願の相互参照

　本開示は、２０１３年２月１２日に出願された日本出願番号２０１３－２４８５３号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、例えばＬＥＤユニットへの電力供給に用いて好適な、電力供給装置に関する。

　特許文献１には、車両ヘッドライトとして採用されたＬＥＤ（発光ダイオード）へ、電力を供給するドライバ回路（電力供給装置）が記載されている。この回路は、図１２に示すように、バッテリ電圧を昇圧してＬＥＤ１０へ電力供給するＤＣＤＣコンバータ４０ｘと、ＬＥＤ１０のカソード側（低電位側）に接続されたシャント抵抗Ｒｓとを備える。ＤＣＤＣコンバータ４０ｘは、ＬＥＤ１０へ流れている駆動電流（図中の矢印Ｙ１参照）を、シャント抵抗Ｒｓで生じる電圧降下量に基づき検出し、その検出値が目標値になるよう、ＬＥＤ１０への電力供給量をフィードバック制御する。

　ここで、図中の矢印Ｙ２に示すようにＬＥＤ１０のカソード側で地絡が生じると、シャント抵抗Ｒｓによる検出値が駆動電流に応じた値にならなくなるので、前記フィードバック制御が正常にできなくなる。すなわち、地絡が生じると、ＬＥＤ１０を流れる駆動電流の殆どが地絡側へ流れ込むので、シャント抵抗Ｒｓによる検出値は、駆動電流に見合った値よりも低くなる。すると、その検出値を目標値にまで高めようとフィードバック制御が為されるので駆動電流が益々増大していき、過剰な駆動電流が流れてＬＥＤ１０の損傷を招くことが懸念される。

　そこで従来では、ＬＥＤ１０への電力供給を開始してから一定時間が経過しても検出値が所定値以上にならなければ、ＬＥＤ１０のカソード側で地絡が生じているとみなして、地絡検出回路３０ｘによりＤＣＤＣコンバータ４０ｘの作動を停止させている。

特開２０１２－１５３２７１号公報

　しかしながら、上記従来の手法では、駆動電流をＬＥＤ１０に流さなければ地絡を検知できない。そのため、地絡が検知されるまでの一定時間においては、地絡に起因した過剰な駆動電流がＬＥＤ１０に流れることを回避できず、ＬＥＤ１０損傷の懸念を十分に解消できない。

　また、地絡抵抗Ｒａが比較的大きい状態で地絡が生じると、検出値が十分に低下しなくなるので地絡検知自体が困難になる。

　本開示は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、地絡が生じた場合であっても、電力供給の対象である負荷（例えばＬＥＤ）に過剰な駆動電流が流れることを抑制できるようにした電力供給装置を提供することにある。

　本開示の態様にかかる電力供給装置は、負荷（１０）へ直流の電力を供給するものであって、負荷の低電位側に直列接続されたシャント抵抗と、シャント抵抗で生じる電圧降下量に応じて、負荷への電力供給状態を制御する電力供給制御手段と、負荷の低電位側に直列接続されて電圧降下を生じさせる地絡検知素子と、地絡検知素子へ検知電流を流した時に生じる電圧降下量が、所定の閾値未満である場合には、地絡が生じているとみなして電力供給手段による電力供給を制限する制限手段と、を備える。

　これによれば、駆動電流を負荷へ流していない状態において、検知電流を流した時に地絡検知素子で生じる電圧降下量は、地絡が生じていれば小さくなる筈である。したがって、本態様によれば、過大な駆動電流を負荷へ流すことなく地絡を検知でき、負荷への過大な電力供給を未然に制限できる。

　また、駆動電流を負荷へ流していない状態において、地絡抵抗が比較的大きい状態で地絡が生じた場合であっても、地絡検知素子で生じる電圧降下量は、地絡抵抗で生じる電圧降下量に比べて大きな値になる。よって、地絡抵抗が大きい状態で地絡が生じた場合であっても地絡検知が可能になる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
本開示の第１実施形態にかかる電力供給装置の回路図。図１のダイオードの電流－電圧特性を示す図。本開示の第２実施形態にかかる電力供給装置の回路図。第２実施形態における制御のフローチャート。本開示の第３実施形態にかかる電力供給装置の回路図。本開示の第４実施形態にかかる電力供給装置の回路図。第４実施形態における制御のフローチャート。本開示の第５実施形態にかかる電力供給装置の回路図。第５実施形態における制御のフローチャート。本開示の第６実施形態にかかる電力供給装置の回路図。第６実施形態において、地絡判定に用いる第１閾値を説明する図。第６実施形態において、地絡判定に用いる第２閾値を説明する図。従来の電力供給装置の回路図。

　以下、本開示にかかる電力供給装置の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、図中の同一符号を付した部分の構成は、互いに同一もしくは均等であり、その説明を援用する。

　（第１実施形態）
　図１に示すＬＥＤユニット１０は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ１１）を有して構成されており、例えば車両に搭載された前照灯として適用される。これらのＬＥＤ１１（負荷）へ直流の電力を供給するＬＥＤドライバ２０が、本実施形態にかかる電力供給装置に相当する。ＬＥＤドライバ２０は、車両に搭載されているバッテリ１２の電圧を昇圧または降圧して、ＬＥＤ１１へ電力供給する。具体的には、約１２Ｖのバッテリ電圧を１０Ｖ～３０Ｖ程度にまで昇圧または降圧してＬＥＤ１１に印加する。

　ＬＥＤドライバ２０の負荷側端子２１、２２は、ＬＥＤ１１のアノード側端子およびカソード側端子にそれぞれ接続されている。ＬＥＤドライバ２０のバッテリ側端子２３、２４は、バッテリ１２のプラス端子およびマイナス端子にそれぞれ接続されており、マイナス端子側のバッテリ側端子２４は、接地されて０Ｖになっている。

　ＬＥＤドライバ２０は、バッテリ電圧を昇圧または降圧する昇降圧回路を有したＤＣＤＣコンバータ４０と、ＬＥＤユニット１０の低電位側に直列接続されたシャント抵抗Ｒｓと、を備える。ＬＥＤユニット１０を流れる駆動電流が大きいほど、シャント抵抗Ｒｓで生じる電圧降下量は大きくなる。つまり、電圧降下量は駆動電流に応じた値であり、以下、この電圧降下量、またはその降下量を駆動電流に換算した値を「シャント抵抗検出値」と呼ぶ。

　ＤＣＤＣコンバータ４０は、シャント抵抗検出値に基づきＬＥＤユニット１０への電力供給量を制御する。詳細には、ＤＣＤＣコンバータ４０は、シャント抵抗検出値が目標値となるように出力電圧を制御する制御回路を有しており、「電力供給制御手段」として機能する。これにより、環境温度変化によりＬＥＤ１１の抵抗値が変動したり、バッテリ電圧が変動したりしても、駆動電流が一定の目標値となるようにフィードバック制御される。

　例えば、ＤＣＤＣコンバータ４０が、出力電流のオン／オフを所定周期で切り替えてオン時間またはオフ時間のデューティを制御することで、出力電流の大きさを制御するにあたり、ＤＣＤＣコンバータ４０は、シャント抵抗検出値に基づき、前記デューティをフィードバック制御する。

　さらにＬＥＤドライバ２０は、以下に説明する地絡検知用のダイオードＤ（地絡検知素子）、地絡検出回路３０および検知電流出力回路３１を備える。ダイオードＤは、ＬＥＤユニット１０の低電位側に直列接続されている。詳細には、シャント抵抗ＲｓとＬＥＤユニット１０の間にダイオードＤは直列接続されており、ダイオードＤのカソード端子がシャント抵抗Ｒｓ側に接続され、ダイオードＤのアノード端子がＬＥＤユニット１０のカソード側に接続されている。

　検知電流出力回路３１は、ダイオードＤへ検知電圧を印加して検知電流を流す回路であり、例えば、定電圧源から抵抗Ｒ１を介して検知電流としてダイオードＤへ流す。前記定電圧の値は、バッテリ電圧よりも低い値に設定されており、例えばマイクロコンピュータの駆動電圧（５Ｖ）を検知電圧として用いる。

　地絡検出回路３０は、ダイオードＤおよびシャント抵抗Ｒｓで生じた電圧降下量を検出し、その検出値に基づき、ＬＥＤユニット１０のカソード側での地絡有無を判定することで、地絡を検出する。詳細には、検出した電圧降下量が、予め設定した閾値未満であれば、地絡が生じていると判定する。そして、地絡を検出した場合には、ＤＣＤＣコンバータ４０の作動を停止させるよう、ＤＣＤＣコンバータ４０へ停止指令信号を出力し、地絡が検出されない場合には、駆動電流の出力を許可する許可信号をＤＣＤＣコンバータ４０へ出力する。

　この地絡判定は、ＬＥＤユニット１０へ電力供給するに先立ち実施する。そして、地絡検出回路３０により検出された電圧降下量が第１閾値以上である場合に前記許可信号を出力し、ＤＣＤＣコンバータ４０から駆動電流を出力してＬＥＤユニット１０を点灯させることを許可する。一方、第１閾値未満であれば前記停止指令信号を出力し、ＬＥＤユニット１０が点灯しないように作動を制限する。

　さらに、ＬＥＤユニット１０へ電力供給して正常に作動させている最中に地絡が生じた場合を想定し、ＬＥＤユニット１０の作動中にも地絡判定を実施する。すなわち、地絡検出回路３０により検出された電圧降下量が第２閾値未満となった場合も、前記停止指令信号を出力し、駆動電流を停止または減少させてＬＥＤユニット１０への電流印加を停止または制限する。

　なお、図１１Ｂに例示されるように、第２閾値ＴＨ２は第１閾値ＴＨ１よりも高い値に設定されている。また、検知電流出力回路３１は検知電流を常時出力していてもよいし、ＬＥＤユニット１０へ電力供給中には出力停止してもよいし、ＬＥＤユニット１０への電力供給要求がなく地絡判定の必要がない時には出力停止してもよい。

　さて、ＤＣＤＣコンバータ４０から出力された電流は、ＬＥＤユニット１０、ダイオードＤおよびシャント抵抗Ｒｓを順に流れてバッテリ側端子２４を通じてバッテリ１２へ流れる（矢印Ｙ１参照）。但し、ＬＥＤユニット１０のカソード側で地絡が生じていると、ＬＥＤユニット１０を流れる駆動電流の殆どは地絡側へ流れ込む（矢印Ｙ２参照）。その結果、シャント抵抗検出値は、駆動電流に見合った値よりも低くなる。なお、地絡抵抗Ｒａが大きいほど、シャント抵抗検出値は、地絡が生じていない場合の正常値に近くなる。

　また、検知電流出力回路３１から出力された検知電流は、ダイオードＤおよびシャント抵抗Ｒｓを順に流れて、バッテリ側端子２４を通じてバッテリ１２へ流れる（矢印Ｙ３参照）。但し、前記地絡が生じていると、検知電流は地絡側へ流れ込む（矢印Ｙ４参照）。

　図２に示すように、ダイオードＤの電流－電圧特性は非線形である。つまり、ダイオードＤを流れる電流が大きいと、ダイオードＤの電気抵抗は小さくなる。したがって、ＬＥＤユニット１０に電力供給してダイオードＤに大電流（約１Ａ）が流れている状況下では、低発熱および低損失で駆動電流を流すことができる。

　一方、ダイオードＤを流れる電流が小さいほど、ダイオードＤの電気抵抗は指数関数的に大きくなる。したがって、ＬＥＤユニット１０への電力供給を停止してダイオードＤに微小な検知電流（約１０ｍＡ）を流しても、大きな電圧降下が生じるため、地絡の検出が可能となる。そのため、地絡抵抗Ｒａが大きい場合であっても、電圧降下量は十分に大きく変化する。よって、地絡検出回路３０での地絡検出精度を向上できる。

　ここで、厳密に言えば、ダイオードＤを廃止した場合であっても、地絡が生じれば、検知電流とシャント抵抗Ｒｓによる電圧降下量は低下するので、その低下を検知すれば地絡を検出できる。しかし、シャント抵抗Ｒｓは、ＬＥＤユニット１０点灯時に低発熱および低損失で駆動電流を流すことが要求されるので、抵抗値を十分に大きくすることはできない。また、検知電流も同様の理由で大きくすることができない。したがって、検知電流とシャントＲｓによる電圧降下量は、極めて小さいオーダーになるので、シャント抵抗Ｒｓのみで地絡を検出することは実現困難である。

　これに対し、本実施形態では、地絡検知素子は、カソード側が低電位側に接続されたダイオード（Ｄ）であることを特徴とする。すなわち、シャント抵抗Ｒｓとは別に、一定の電圧降下が発生するダイオードＤを、ＬＥＤユニット１０の低電位側に直列接続している。そして、ダイオードＤは一般的に図２に示す非線形の特性である。そのため、ＬＥＤユニット１０の停止時において、微小な検知電流を印加しただけでも大きな電圧降下が発生するので、地絡検知精度を向上できる。また、ＬＥＤユニット１０の点灯時において、検知電流に比べて大電流である駆動電流がダイオードＤに流れても、前記特性が線形の地絡検知素子を採用した場合に比べて、ダイオードＤで生じる電圧降下を小さくできる。よって、ＬＥＤユニット１０の点灯時にダイオードＤで生じる電力損失量を低減できる。

　さらに本実施形態では、ダイオードＤ（地絡検知素子）へ検知電流を出力する検知電流出力回路３１を備えることを特徴とする。これによれば、電力を出力する手段として、ＤＣＤＣコンバータ４０とは別に検知電流用の出力回路３１を備えるので、ＬＥＤユニット１０へ駆動電流を流すことなくダイオードＤへ検知電流を流すようにできる。よって、地絡した状態でＬＥＤユニット１０へ駆動電流を流してしまうことを確実に回避できる。

　さらに本実施形態では、ダイオードＤ（地絡検知素子）は、シャント抵抗Ｒｓの高電位側に直列接続されていることを特徴とする。

　ここで、本実施形態に反してダイオードＤをシャント抵抗Ｒｓの低電位側に直列接続した場合には、ＤＣＤＣコンバータ４０がシャント抵抗検出値を用いてフィードバック制御するにあたり、駆動電流を目標値にする制御する精度が以下の理由により悪くなる。すなわち、シャント抵抗Ｒｓの低電位側にダイオードＤが接続されていると、シャント抵抗Ｒｓの低電位側の電位がＬＥＤドライバ２０のＧＮＤ電位にならず、ダイオードＤで生じる電圧降下分だけオフセットして高くなる。そのため、そのオフセット分を加味して駆動電流を算出することを要するため、その算出精度が悪くなる。または、検出回路が複雑化する。

　これに対し本実施形態にかかる上記特徴によれば、シャント抵抗Ｒｓの低電位側の電位がＬＥＤドライバ２０のＧＮＤ電位と同一になるため、単純な回路で駆動電流の算出精度を向上でき、ひいてはフィードバック制御の精度を向上できる。

　さらに本実施形態では、地絡検出回路３０（制限手段）は、ＬＥＤユニット１０（負荷）を作動させる要求が生じた場合に、ＤＣＤＣコンバータ４０（電力供給手段）からＬＥＤユニット１０への電力供給に先立ち電圧降下量を検出し、その検出した電圧降下量が閾値以上である場合に、ＤＣＤＣコンバータ４０による電力供給を許可することを特徴とする。

　これによれば、地絡が生じていないことを確認した上でＬＥＤユニット１０への電力供給を許可するので、地絡に起因して過剰な駆動電流を短時間であってもＬＥＤユニット１０へ流すことを確実に回避できる。

　（第２実施形態）
　上記第１実施形態のＬＥＤドライバ２０は、ダイオードＤへ検知電流を出力する検知電流出力回路３１を備えている。これに対し、図３に示す本実施形態のＬＥＤドライバ２０Ａは、ＤＣＤＣコンバータ４０がダイオードＤへ検知電流を出力するように構成されており、検知電流出力回路３１を廃止している。つまり、ＤＣＤＣコンバータ４０（電力供給手段）は、ＬＥＤユニット１０（負荷）への電力供給に先立ち、ダイオードＤ（地絡検知素子）へ検知電流を出力することを特徴とする。この場合の検知電流は、ＤＣＤＣコンバータ４０のシャント抵抗検出値に基づくフィードバック制御による駆動電流ではなく、予め設定しておいた固定デューティでの動作による微小な駆動電流である。

　図４は、本実施形態にかかるＬＥＤドライバ２０Ａの制御手順を示すフローチャートである。この制御は、車両のイグニッションスイッチがオン操作された時、またはＬＥＤユニット１０の点灯スイッチがオン操作された時に、ＤＣＤＣコンバータ４０が有する制御手段により実施される。

　先ず、図４のステップＳ１０にてＬＥＤドライバ２０Ａへ電源投入する。続くステップＳ１１では、先述した微小量の駆動電流を出力するよう、デューティ比を固定して出力する固定ＤＵＴＹモードに設定する。このモードでは、シャント抵抗検出値に基づくフィードバック制御が禁止される。

　続くステップＳ１２では、ＬＥＤ１１のカソード電圧（つまりＬＥＤユニット１０の低電圧側の電圧）が、所定電圧Ｖｔｈ以上であるか否かを判定する。このＬＥＤカソード電圧は、ダイオードＤおよびシャント抵抗Ｒｓで生じた電圧降下量に相当する。

　ＬＥＤカソード電圧≧Ｖｔｈと判定されれば（Ｓ１２：ＹＥＳ）、地絡は生じていないとみなし、続くステップＳ１３において、シャント抵抗検出値に基づくフィードバック制御を実施するフィードバック制御モードに切換える。一方、ＬＥＤカソード電圧＜Ｖｔｈと判定されれば（Ｓ１２：ＮＯ）地絡が生じているとみなし、ＬＥＤカソード電圧＜Ｖｔｈとの状態が所定時間Ｔｔｈ継続したことを条件（Ｓ１４：ＹＥＳ）として、ＤＣＤＣコンバータ４０の作動を停止させる（Ｓ１５）。

　ところで、本実施形態では、地絡が生じているか否かの判定が為されていない状態でＬＥＤユニット１０に検知電流を流すことになるため、地絡が生じた状態でＬＥＤユニット１０に電流が流れる場合がある。しかしながら、フィードバック制御を禁止した状態で検知電流を流しており、かつ、その検知電流は微小量に設定されているため、地絡状態でＬＥＤユニット１０に検知電流が流れたとしても、その検知電流によりＬＥＤユニット１０が損傷することはない。

　また、ダイオードＤが無い状態で同様の制御を行うことも考えられるが、シャント抵抗Ｒｓの電圧降下量だけで地絡を検知する必要があるため、ＤＣＤＣコンバータ４０の固定デューティを相応に大きな検知電流を流せる値にする必要がある。しかしながら、そのような固定デューティによる動作では、バッテリ１２や負荷の条件が変わった際にＬＥＤ１１に過剰な電流を印加し、損傷させる可能性を排除できない。

　以上により、本実施形態によれば、過大駆動電流がＬＥＤユニット１０に流れることを回避しつつ地絡検知を可能にすることを、図１に示す検知電流出力回路３１を廃止してＬＥＤドライバ２０Ａの構成を簡素にしながら実現できる。

　（第３実施形態）
　図５に示すように、本実施形態のＬＥＤドライバ２０Ｂは、ダイオードＤと並列接続されたスイッチング素子５０を備え、ＬＥＤユニット１０への電力供給時にはスイッチング素子５０をオン作動させ、ＬＥＤユニット１０への電力供給停止時にはスイッチング素子５０をオフ作動させる制御手段６０を備えることを特徴とする。

　前記スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor
Field Effect Transistor）やバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が挙げられる。図５の例では、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ５０をスイッチング素子として用いており、また、マイクロコンピュータ（マイコン６０）を前記制御手段として用いている。マイコン６０は、ＭＯＳＦＥＴ５０のゲート端子電圧を制御することで、ＭＯＳＦＥＴ５０のオンオフ作動を制御する。

　ＬＥＤユニット１０への電力供給停止時にはＭＯＳＦＥＴ５０をオフ作動させるので、図中の一点鎖線Ｙ３に示すように検知電流はダイオードＤを流れる。これにより、図１に示す第１実施形態と同様の効果が発揮される。すなわち、微小の検知電流に対して大きな電圧降下がダイオードＤで生じることとなるので、点線Ｙ４に示す如く地絡が生じた場合の電圧降下量低下を検知できるようになり、地絡検知精度を向上できる。

　一方、ＬＥＤユニット１０への電力供給時にはＭＯＳＦＥＴ５０をオン作動させるので、ＬＥＤユニット１０からの大電流（駆動電流）が実線Ｙ１に示す如くＭＯＳＦＥＴ５０を流れ、ダイオードＤを流れなくなる。そして、ＭＯＳＦＥＴ５０における電力損失はダイオードＤに比べて非常に小さいため、ＬＥＤユニット１０の駆動時の電力損失を低減することができる。

　（第４実施形態）
　図６に示すように、本実施形態のＬＥＤドライバ２０Ｃは、図５のＬＥＤドライバ２０Ｂの変形例であり、ＬＥＤドライバ２０ＢのＭＯＳＦＥＴ５０のドレイン－ゲート間、およびゲート－ソース間に分割抵抗Ｒ２、Ｒ３を設けることで、ダイオードＤの削除を実現させている。

　すなわち、本実施形態のＬＥＤドライバ２０Ｃでは、地絡検知素子がＭＯＳＦＥＴ５０Ｃとなっている。そして、ＬＥＤユニット１０への電力供給時にはＭＯＳＦＥＴ５０Ｃをオン作動させ、ＬＥＤユニット１０への電力供給停止時にはＭＯＳＦＥＴ５０ＣのゲートをＨｉインピーダンス状態となるように作動させる制御手段６０Ｃを備えることを特徴とする。

　なお、図６の例ではＭＯＳＦＥＴ５０Ｃをスイッチング素子として採用しているが、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴを採用してもよい。

　また、マイクロコンピュータ（マイコン６０）を前記制御手段６０Ｃとして用いている。マイコン６０は、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｃのゲート電圧を制御することで、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｃの作動を制御する。具体的には、以下に説明するＨｉインピーダンスオン状態、通常オン状態およびオフ状態のいずれかにＭＯＳＦＥＴ５０Ｃの作動が切り替わるように制御する。

　ゲート－ソース間の電圧を０Ｖに制御してドレイン－ソース間の電流を遮断した状態が「オフ状態」である。ゲート－ソース間の電圧をゲート閾値電圧以上の電圧（例えば５Ｖ）に制御してドレイン－ソース間を低抵抗で通電させる状態が「通常オン状態」である。ゲートをＨｉインピーダンス状態となるように制御して、ドレイン－ソース間にゲート閾値電圧相当の電圧降下を発生させながら通電させる状態が「Ｈｉインピーダンスオン状態」である。

　図７は、本実施形態にかかるＬＥＤドライバ２０Ｃの制御手順を示すフローチャートである。先ず、図７のステップＳ２０にてＬＥＤドライバ２０Ｃへ電源投入する。続くステップＳ２１では、ＭＯＳＦＥＴ５０ＣのゲートがＨｉインピーダンスとなるように制御する。つまり、ＭＯＳＦＥＴ５０ＣをＨｉインピーダンスオン状態で作動させる。続くステップＳ２２では、検知電流出力回路３１から検知電流を出力する。なお、この検知電流は、ＬＥＤユニット１０の作動中も常時出力させてもよいし、作動中には出力停止させてもよい。

　続くステップＳ２３では、ＬＥＤ１１のカソード電圧（つまりＬＥＤユニット１０の低電圧側の電圧）が、所定電圧Ｖｔｈ以上であるか否かを判定する。このＬＥＤカソード電圧は、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｃおよびシャント抵抗Ｒｓで生じた電圧降下量に相当する。

　ＬＥＤカソード電圧≧Ｖｔｈと判定されれば（Ｓ２３：ＹＥＳ）、地絡は生じていないとみなし、続くステップＳ２４において、ＤＣＤＣコンバータ４０の作動を開始して、シャント抵抗検出値に基づくフィードバック制御を実施する。一方、ＬＥＤカソード電圧＜Ｖｔｈと判定されれば（Ｓ２３：ＮＯ）地絡が生じているとみなし、ＤＣＤＣコンバータ４０の作動を禁止する（Ｓ２５）。

　ステップＳ２４によりＤＣＤＣコンバータ４０が作動を開始すると、続くステップＳ２６において、シャント抵抗検出値に基づき、ＬＥＤ１１の出力電流が正常範囲内であるか否かを判定する。正常範囲内と判定されれば（Ｓ２６：ＹＥＳ）、続くステップＳ２７にてマイコン６０Ｃから出力される制御信号をゲート閾値以上の電圧（５Ｖ）に上昇させる。つまり、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｃを通常オン状態で作動させる。一方、正常範囲外と判定されれば（Ｓ２６：ＮＯ）、続くステップＳ２８にてＨｉインピーダンスオン状態を継続させる。

　ステップＳ２７による通常オン状態では、ステップＳ２９により、シャント抵抗検出値に基づき、ＬＥＤ１１の出力電流が過大になっていないかを判定する。過大と判定されれば（Ｓ２９：ＹＥＳ）、マイコン６０Ｃから出力される制御信号をＬｏ（０Ｖ）とし、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｃをオフ状態にする。一方、過大と判定されなければ（Ｓ２９：ＮＯ）、続くステップＳ２８にて通常オン状態を継続させる。

　本実施形態によれば、ＬＥＤユニット１０への電力供給停止時にはＭＯＳＦＥＴ５０ＣをＨｉインピーダンスオン状態にするので、図中の一点鎖線Ｙ３に示すように検知電流はＭＯＳＦＥＴ５０Ｃのドレイン－ソース間を流れる。これにより、図１に示す第１実施形態と同様の効果が発揮される。すなわち、微小の検知電流に対して大きな電圧降下がＭＯＳＦＥＴ５０Ｃで生じることとなるので、点線Ｙ４に示す如く地絡が生じた場合の電圧降下量低下を検知できるようになり、地絡検知精度を向上できる。つまり、過大駆動電流がＬＥＤユニット１０に流れることを回避しつつ地絡検知を可能にすることを、図５に示すダイオードＤを廃止してＬＥＤドライバ２０Ｃの構成を簡素にしながら実現できる。

　一方、ＬＥＤユニット１０への電力供給時にはＭＯＳＦＥＴ５０Ｃを通常オン作動させるので、ＬＥＤユニット１０からの大電流（駆動電流）が実線Ｙ１に示す如くＭＯＳＦＥＴ５０Ｃを流れる際に、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｃで生じる電力損失を低減できる。

　さらに本実施形態では、マイコン６０Ｃ（制御手段）は、過大な駆動電流が出力されているとみなした場合に、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｃ（電界効果トランジスタ）をオフ作動させることを特徴とする。

　ここで、本実施形態においても第１～第３実施形態と同様にして、ＬＥＤユニット１０の作動時に地絡が検出されると、ＤＣＤＣコンバータ４０を停止させて、ＬＥＤユニット１０に過大駆動電流が流れることの回避を図っている。このようなフェールセーフ制御に加え、本実施形態ではさらに、過大駆動電流を検知した場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）にはＭＯＳＦＥＴ５０Ｃをオフ作動させる（Ｓ３０）ので、フェールセーフを二重にできる。よって、ＤＣＤＣコンバータ４０が故障した場合であっても、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｃのオフ作動により、ＬＥＤユニット１０に過大な駆動電流が流れることを回避できる。

　（第５実施形態）
　図８に示すように、本実施形態のＬＥＤドライバ２０Ｄは、図１のＬＥＤドライバ２０の変形例であり、ＬＥＤドライバ２０のダイオードＤ（地絡検知素子）をＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴ５０Ｄに置き換えている。

　すなわち、本実施形態のＬＥＤドライバ２０Ｄでは、地絡検知素子は、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｄであり、該ＭＯＳＦＥＴ５０Ｄのソース側がＬＥＤユニット１０（負荷）の側に位置するよう、ＭＯＤＦＥＴ５０Ｄは接続されている。つまり、図５および図６のＭＯＳＦＥＴ５０、５０Ｃとは逆向きに接続されており、ＬＥＤユニット１０への電力供給時にはＭＯＤＦＥＴ５０Ｄをオン作動させ、ＬＥＤユニット１０への電力供給停止時には電界効果トランジスタ５０Ｄをオフ作動させるマイコン６０Ｄ（制御手段）を備えることを特徴とする。

　マイコン６０Ｄは、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｄのゲート端子電圧を制御することで、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｄの作動を制御する。具体的には、先述した通常オン状態およびオフ状態のいずれかにＭＯＳＦＥＴ５０の作動が切り替わるように制御する。

　図９は、本実施形態にかかるＬＥＤドライバ２０Ｄの制御手順を示すフローチャートである。先ず、図９のステップＳ４０にてＬＥＤドライバ２０Ｄへ電源投入する。続くステップＳ４１ではＭＯＳＦＥＴ５０Ｄをオフ状態にする。このオフ状態では、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｄの寄生ダイオードが図１のダイオードＤと同様に機能することとなる。

　続くステップＳ４２では、検知電流出力回路３１から検知電流を出力する。なお、この検知電流は、ＬＥＤユニット１０の作動中も常時出力させてもよいし、作動中には出力停止させてもよい。

　続くステップＳ４３では、ＬＥＤ１１のカソード電圧（つまりＬＥＤユニット１０の低電圧側の電圧）が、所定電圧Ｖｔｈ以上であるか否かを判定する。このＬＥＤカソード電圧は、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｄおよびシャント抵抗Ｒｓで生じた電圧降下量に相当する。

　ＬＥＤカソード電圧≧Ｖｔｈと判定されれば（Ｓ４３：ＹＥＳ）、地絡は生じていないとみなし、続くステップＳ４４において、ＤＣＤＣコンバータ４０の作動を開始して、シャント抵抗検出値に基づくフィードバック制御を実施する。一方、ＬＥＤカソード電圧＜Ｖｔｈと判定されれば（Ｓ４３：ＮＯ）地絡が生じているとみなし、ＤＣＤＣコンバータ４０の作動を禁止する（Ｓ４５）。

　ステップＳ４４によりＤＣＤＣコンバータ４０が作動を開始すると、続くステップＳ４６において、シャント抵抗検出値に基づき、ＬＥＤ１１の出力電流が所定値Ｉｔｈ以上であるか否かを判定する。所定値以上と判定されれば（Ｓ４６：ＹＥＳ）、正常に駆動電流が出力されているとみなし、続くステップＳ４７にてＭＯＳＦＥＴ５０Ｄを通常オン状態で作動させる。一方、所定値未満と判定されれば（Ｓ４６：ＮＯ）、続くステップＳ４８にてＭＯＳＦＥＴ５０Ｄのオフ状態を継続させる。

　さて、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｄの寄生ダイオードについても、図１のダイオードＤと同様にして、検知電流と電圧降下量との特性が非線形である。そして、ＬＥＤユニット１０への電力供給停止時には、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｄをオフ作動させるので、微小の検知電流に対して大きな電圧降下が寄生ダイオードにより生じることとなる。よって、地絡検知精度を向上できる。一方、ＬＥＤユニット１０への電力供給時には、ＭＯＳＦＥＴ５０Ｄをオン作動させるので、ＬＥＤユニット１０からの大電流（駆動電流）がＭＯＳＦＥＴ５０Ｄを流れる際の電気抵抗を非常に小さくできる。よって、ＬＥＤユニット１０の駆動時に寄生ダイオードで大きな電力損失が生じることを回避できる。

　（第６実施形態）
　図１０に示すように、本実施形態のＬＥＤドライバ２０Ｅは、図１のＬＥＤドライバ２０の変形例であり、地絡検出回路３０Ｅによる地絡判定に用いる閾値を、ＬＥＤユニット１０の作動状態に応じて変更している。

　すなわち、本実施形態のＬＥＤドライバ２０Ｅでは、前記閾値を、ＬＥＤユニット１０（負荷）への電力供給時には停止時に比べて大きい値に変更する地絡検出回路３０Ｅ（変更手段）を備えることを特徴とする。

　地絡検出回路３０Ｅは、ＬＥＤ１１のカソード電圧（つまりＬＥＤユニット１０の低電圧側の電圧）が、閾値ＴＨ１、ＴＨ２以上であるか否かを判定する。このＬＥＤカソード電圧は、ダイオードＤおよびシャント抵抗Ｒｓで生じた電圧降下量に相当する。

　図１１Ａは、ＤＣＤＣコンバータ４０の作動をオフさせてＬＥＤユニット１０への電力供給を停止させている時の第１閾値ＴＨ１を示す。この第１閾値ＴＨ１は、地絡が発生していない正常時にダイオードＤで生じる電圧降下量の理論値（例えば０．７Ｖ）よりも低い値に設定されている。地絡が生じれば、前記電圧降下量は閾値ＴＨ１よりも低くなり、地絡状態と判定される。

　図１１Ｂは、ＤＣＤＣコンバータ４０の作動をオンさせてＬＥＤユニット１０へ電力供給している時の第２閾値ＴＨ２を示す。この第２閾値ＴＨ２は、地絡が発生していない正常時にダイオードＤおよびシャント抵抗Ｒｓで生じる電圧降下量の理論値（例えば０．９Ｖ）よりも低く、供給停止時の第１閾値よりも高い値に設定されている。

　地絡検出回路３０Ｅが有する比較器３２は、ＬＥＤ１１のカソード電圧（電圧降下量）と閾値ＴＨ１、ＴＨ２とを大小比較し、電圧降下量＜ＴＨ１、ＴＨ２であれば地絡が生じているとみなし、ＤＣＤＣコンバータ４０へ作動停止の指令信号を出力する。一方、電圧降下量≧ＴＨ１、ＴＨ２であれば地絡が生じていないとみなし、ＤＣＤＣコンバータ４０へ作動許可の信号を出力する。

　地絡検出回路３０Ｅは、シャント抵抗検出値を取得し、取得した値に応じて、比較器３２で用いる閾値ＴＨ１、ＴＨ２を切り替える。すなわち、シャント抵抗電圧値が０Ｖであれば、ＬＥＤユニット１０への電力供給が停止されているので、この場合には第１閾値ＴＨ１を用いるように切り替える。一方、シャント抵抗電圧値が、ＬＥＤユニット１０へ電力供給している電圧（０．２Ｖ程度）であれば、第２閾値ＴＨ２を用いるように切り替える。

　ここで、ＬＥＤユニット１０への電力供給時において、地絡抵抗Ｒａが大きい状態（リーク状態）で地絡が生じた場合には、電圧降下量は第１閾値ＴＨ１よりも高くなる場合がある。よって、電力供給時においても第１閾値ＴＨ１を用いて地絡判定を実施すると、上記リーク状態を検知できなくなることが懸念される。

　この懸念に対し、本実施形態では、電圧降下量の正常値は、電力供給時には停止時よりも大きいことに着目し、供給時には停止時に比べて閾値を大きくするように変更する。そのため、上述したリーク状態での地絡が生じた場合であっても、その地絡を精度良く検知できるようになる。

　（変形例）
　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態や構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

　上記第１実施形態では、地絡検出回路３０は、シャント抵抗ＲｓおよびダイオードＤでの電圧降下量に基づき地絡有無を検知しているが、ダイオードＤのみによる電圧降下量に基づき地絡有無を検知するように構成してもよい。

　地絡の発生が検知された場合にＤＣＤＣコンバータ４０による電力供給を制限するにあたり、上記各実施形態では、ＤＣＤＣコンバータ４０の作動を停止して制限している。これに対し、シャント抵抗検出値に基づくフィードバック制御を禁止しつつ、所定量の駆動電流出力は許可して、ＬＥＤユニット１０を正常時よりも低輝度で点灯させるようにしても良い。

　上記各実施形態では、ＬＥＤドライバ（電力供給装置）による電力供給対象（負荷）が、ＬＥＤ１１を備えるＬＥＤユニット１０である場合を例に説明しているが、ＬＥＤユニット１０以外の負荷であってもよい。また、該負荷は車両に搭載されたものに限定されない。

　上記第１実施形態では、ダイオードＤ（地絡検知素子）は、シャント抵抗Ｒｓの高電位側に直列接続されているが、ダイオードＤをシャント抵抗Ｒｓの低電位側に直列接続しても良い。

Claims

　負荷（１０）へ直流の電力を供給する電力供給装置（２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ）において、
　前記負荷の低電位側に直列接続されたシャント抵抗（Ｒｓ）と、
　前記シャント抵抗で生じる電圧降下量に応じて、前記負荷への電力供給状態を制御する電力供給制御手段（４０）と、
　前記負荷の低電位側に直列接続されて電圧降下を生じさせる地絡検知素子（Ｄ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ）と、
　前記地絡検知素子へ検知電流を流した時に生じる電圧降下量が、所定の閾値未満である場合には、地絡が生じているとみなして前記電力供給手段による電力供給を制限する制限手段（３０）と、を備える電力供給装置。
　前記地絡検知素子は、前記シャント抵抗の高電位側に直列接続されている請求項１に記載の電力供給装置。
　前記地絡検知素子は、カソード側が低電位側に接続されたダイオード（Ｄ）である請求項１または２に記載の電力供給装置。
　前記ダイオードと並列接続されたスイッチング素子（５０）を備え、
　前記負荷への電力供給時には前記スイッチング素子をオン作動させ、前記負荷への電力供給停止時には前記スイッチング素子をオフ作動させる制御手段（６０）を備える請求項３に記載の電力供給装置。
　前記地絡検知素子はスイッチング素子（５０Ｃ）であり、
　前記負荷への電力供給時には前記スイッチング素子をオン作動させ、前記負荷への電力供給停止時には電力供給時に比べて高インピーダンスの状態で前記スイッチング素子をオン作動させる制御手段（６０Ｃ）を備える請求項１または２に記載の電力供給装置。
　前記制御手段（６０Ｃ）は、前記負荷に過大な電流が印加されているとみなした場合に、前記スイッチング素子をオフ作動させる請求項５に記載の電力供給装置。
　前記地絡検知素子は、電界効果トランジスタ（５０Ｄ）であり、
　該電界効果トランジスタの寄生ダイオードのアノード側が前記負荷の側に位置するよう、前記電界効果トランジスタは接続されており、
　前記負荷への電力供給時には前記電界効果トランジスタをオン作動させ、前記負荷への電力供給停止時には前記電界効果トランジスタをオフ作動させる制御手段（６０Ｄ）を備える請求項１または２に記載の電力供給装置。
　前記制限手段（３０）は、前記負荷を作動させる要求が生じた場合に、前記電力供給手段から前記負荷への電力供給に先立ち前記電圧降下量を検出し、その検出した電圧降下量が前記閾値以上である場合に、前記電力供給手段による電力供給を許可する請求項１～７のいずれか１つに記載の電力供給装置。
　前記地絡検知素子へ前記検知電流を出力する検知電流出力回路（３１）を備える請求項８に記載の電力供給装置。
　前記検知電流を、前記電力供給手段から前記負荷を通じて前記地絡検知素子へ出力する請求項８に記載の電力供給装置。
　前記閾値を、前記負荷への電力供給時には停止時に比べて大きい値に変更する変更手段を備える請求項１～１０のいずれか１つに記載の電力供給装置。