特許第6736996号(P6736996)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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  • 特許6736996-電源遮断装置 図000002
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6736996
(24)【登録日】2020年7月20日
(45)【発行日】2020年8月5日
(54)【発明の名称】電源遮断装置
(51)【国際特許分類】
   H02J 7/00 20060101AFI20200728BHJP
   H02H 3/087 20060101ALI20200728BHJP
【FI】
   H02J7/00 S
   H02J7/00 Y
   H02H3/087
【請求項の数】4
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2016-117745(P2016-117745)
(22)【出願日】2016年6月14日
(65)【公開番号】特開2017-225219(P2017-225219A)
(43)【公開日】2017年12月21日
【審査請求日】2019年5月13日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000011
【氏名又は名称】アイシン精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】特許業務法人R&C
(72)【発明者】
【氏名】三宅 基史
【審査官】 大濱 伸也
(56)【参考文献】
【文献】 特開2012−016094(JP,A)
【文献】 特開2008−206258(JP,A)
【文献】 特開2009−097954(JP,A)
【文献】 特開2005−337038(JP,A)
【文献】 特開2000−078880(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 7/00−7/12
H02J 7/34−7/36
H01M 10/42−10/48
H02H 3/087
G01R 31/36−31/396
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いのソース端子同士が接続され、互いに同じチャネルの極性からなる一対の電界効果トランジスタと、
前記一対の電界効果トランジスタのうちの一方の電界効果トランジスタのドレーン端子に接続され、バッテリからの電力が供給される入力端子と、
前記一対の電界効果トランジスタのうちの他方の電界効果トランジスタのドレーン端子に接続され、前記電力を負荷に供給する出力端子と、
前記一対の電界効果トランジスタの夫々のドレーン端子に隣接して設けられる一対の温度検出素子と、
前記一対の温度検出素子の検出結果に基づいて前記一対の電界効果トランジスタの故障診断を行う診断部と、
前記一対の電界効果トンランジスタが実装される基板と、
を備え
前記基板における前記ソース端子が接続されたパターンの幅は、前記ドレーン端子が接続されるパターンの幅よりも狭く形成されている電源遮断装置。
【請求項2】
前記一対の温度検出素子は、夫々、前記一対の電界効果トランジスタの夫々のドレーン端子に接続されている請求項1に記載の電源遮断装置。
【請求項3】
前記基板における前記一方の電界効果トランジスタの端子が接続されるパターンと、前記他方の電界効果トランジスタの端子が接続されるパターンとが互いに対称に配置されている請求項1又は2に記載の電源遮断装置。
【請求項4】
前記一方の電界効果トランジスタと前記他方の電界効果トランジスタとは、互いに隣接して配置されている請求項1からのいずれか一項に記載の電源遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力の通電を制御する電源遮断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば電気機器において、安全性や操作性の観点から継電器が利用されてきた。このような継電器の中には、例えば非特許文献1に記載の技術のように、半導体スイッチを用いて構成されるものがある。
【0003】
非特許文献1に記載の電源遮断装置は、一対の電界効果トランジスタのドレーン端子同士が接続された状態で電源ラインに設けられ、ドレーン端子の電圧を2つの抵抗器で分圧した電圧値(以下「分圧値」とする)に基づき一対の電界効果トランジスタが故障しているか否かを診断している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】発明推進協会公開技報公技番号2012−504284号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
非特許文献1に記載の電源遮断装置では、一対の電界効果トランジスタの双方をオフ状態にした時の分圧値、一対の電界効果トランジスタのうちの一方の電界効果トンランジスタのみをオン状態にした時の分圧値、一対の電界効果トランジスタの双方をオン状態にした時の分圧値に基づいて電界効果トンランジスタの故障診断が行われる。このため、非特許文献1に記載の技術に係る故障診断は、実際に電源遮断装置を介して下流側に電力供給を行いながら診断を行うことができず、故障診断は電源遮断装置を使用する前に行う必要がある。また、一対の電界効果トランジスタの動作を適宜切り換えながら行うことになるので、診断に時間を要する。
【0006】
そこで、実使用中に故障診断を行うことが可能な電源遮断装置が求められる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る電源遮断装置の特徴構成は、互いのソース端子同士が接続され、互いに同
じチャネルの極性からなる一対の電界効果トランジスタと、前記一対の電界効果トランジ
スタのうちの一方の電界効果トランジスタのドレーン端子に接続され、バッテリからの電
力が供給される入力端子と、前記一対の電界効果トランジスタのうちの他方の電界効果ト
ランジスタのドレーン端子に接続され、前記電力を負荷に供給する出力端子と、前記一対
の電界効果トランジスタの夫々のドレーン端子に隣接して設けられる一対の温度検出素子
と、前記一対の温度検出素子の検出結果に基づいて前記一対の電界効果トランジスタの故
障診断を行う診断部と、前記一対の電界効果トンランジスタが実装される基板と、を備え、前記基板における前記ソース端子が接続されたパターンの幅は、前記ドレーン端子が接続されるパターンの幅よりも狭く形成されている点にある。
【0008】
このような特徴構成とすれば、一対の電界効果トランジスタのソース端子同士を接続することにより、夫々の電界効果トランジスタ内に形成される寄生ダイオードの整流方向が互いに異なるように寄生ダイオードを配置することができる。したがって、電界効果トランジスタが仮にオープンモードで故障した場合には、その時点の電流が流れる方向が寄生ダイオードの逆方向に沿うものであれば寄生ダイオードのアノード側に電圧が生じないので、出力端子にドレーン端子が接続された側の電界効果トランジスタが故障していると判定することができる。一方、電界効果トランジスタがオープンモードで故障した時点の電流が流れる方向が寄生ダイオードの順方向に沿うものであれば寄生ダイオードの順方向電圧と流れる電流とに応じて寄生ダイオードが発熱するので電界効果トランジスタの温度が上昇し、温度検出素子の検出結果に基づいて入力端子にドレーン端子が接続された側の電界効果トランジスタが故障していると判定することができる。このように本特徴構成であれば、電源遮断装置を実際に使用しながら故障診断を行うことができる。また、ソース端子に接続されたパターンからの放熱を低減することができ、一対の電界効果トランジスタにおける互いの熱の譲受を抑制することが可能となる。
【0009】
また、前記一対の温度検出素子は、夫々、前記一対の電界効果トランジスタの夫々のドレーン端子に接続されていると好適である。
【0010】
このような構成とすれば、電界効果トランジスタの熱を、ドレーン端子を介して直接、温度検出素子に伝達することが可能となる。したがって、電界効果トランジスタのPN接合の接合温度により近い温度を検出することが可能となる。
【0013】
また、前記基板における前記一方の電界効果トランジスタの端子が接続されるパターンと、前記他方の電界効果トランジスタの端子が接続されるパターンとが互いに対称に配置されていると好適である。
【0014】
このような構成とすれば、端子の配置が互いに等しい一対の電界効果トランジスタを用いることにより、基板における一方の電界効果トランジスタの端子が接続されるパターンと、他方の電界効果トランジスタの端子が接続されるパターンとが互いに等しくなるように配置することができる。したがって、一対の電界効果トランジスタの夫々の温度環境に対するパターンの差異による影響を低減することができる。
【0015】
また、前記一方の電界効果トランジスタと前記他方の電界効果トランジスタとは、互いに隣接して配置されていると好適である。
【0016】
例えばチップの一方の面にドレーン端子が設けられ、チップの他方の面にソース端子及びゲート端子が設けられる電界効果トランジスタにあっては、電界効果トランジスタの熱はドレーン端子から放熱されることが多くなる。そこで、上述した構成とすることにより、電界効果トランジスタの発熱を適切に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】電源遮断装置の構成を示した回路図である。
図2】基板に形成されたパターンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明に係る電源遮断装置は、使用中であっても故障診断を行うことができるように構成される。以下、本実施形態の電源遮断装置1について説明する。図1には、電源遮断装置1の回路図が示される。電源遮断装置1は、一対の電界効果トランジスタ10(以下「FET」とする)、入力端子20、出力端子30、一対の温度検出素子40、診断部50、制御部60を備えて構成される。特に、診断部50は、FET10の故障診断に係る処理を行うために、CPUを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。
【0019】
一対のFET10は、FET10A及びFET10Bからなり、FET10A及びFET10Bは、互いのソース端子同士が接続される。したがって、一対のFET10は、直列に接続されることになる。また、一対のFET10は、互いに同じチャネルの極性のものを用いて構成される。同じチャネルの極性とは、FET10AがP型のFETを用いて構成される場合には、FET10BもP型のFETを用いて構成されることを意味し、FET10AがN型のFETを用いて構成される場合には、FET10BもN型のFETを用いて構成されることを意味する。本実施形態では、図1に示されるように、一対のFET10は、P型のFETを用いて構成される。
【0020】
一対のFET10のうちの一方のFET10Aのドレーン端子は、入力端子20に接続される。入力端子20には、バッテリ2からの電力が供給される。バッテリ2からの電力とは、本電源遮断装置1の制御対象となる電力である。このバッテリ2は、例えば車両に搭載されるバッテリとすることが可能である。
【0021】
一対のFET10のうちの他方のFET10Bのドレーン端子は、出力端子30に接続される。出力端子30には、バッテリ2からの電力を供給する負荷3が接続される。本実施形態では、負荷3とは、例えばモータやソレノイドバルブ等の誘導性負荷が相当する。
【0022】
ここで、上述したように一対のFET10はP型FETが用いられる。したがって、夫々のFET10A,10Bは、夫々、ドレーン端子にアノードが接続され、且つ、ソース端子にカソードが接続された状態で寄生ダイオード11A,11B(以下「ダイオード11A,11B」とする)が形成される。
【0023】
一対のFET10のゲート端子の夫々は、エミッタ端子が接地されているトランジスタ12A,12B(本実施形態ではnpn型トランジスタ)のコレクタ端子が接続される。トランジスタ12A,12Bは、制御部60からベース端子に電流が供給可能に構成される。したがって、一対のFET10の夫々は、制御部60からトランジスタ12A,12Bのベース端子に電流が供給された際に、オン状態となる。
【0024】
一対の温度検出素子40は、温度検出素子40A及び温度検出素子40Bからなる。温度検出素子40Aの一方の端子はFET10Aのドレーン端子に接続され、他方の端子は、一方の端子が接地された所定の抵抗値を有する抵抗器41Aの他方の端子に接続される。温度検出素子40Bの一方の端子はFET10Bのドレーン端子に接続され、他方の端子は、一方の端子が接地された所定の抵抗値を有する抵抗器41Bの他方の端子に接続される。一対の温度検出素子40は、本実施形態では、温度上昇に応じて抵抗値が大きくなる特性を有するサーミスタを用いて構成される。これにより、環境温度が高くなった場合には、温度検出素子40A及び抵抗器41Aにより分圧される電圧値、及び温度検出素子40B及び抵抗器41Bにより分圧される電圧値が小さくなり、環境温度が低くなった場合には大きくなる。
【0025】
診断部50は、このような一対の温度検出素子40の検出結果に基づいて一対のFET10の故障診断を行う。具体的には、制御部60が、一対のFET10がオン状態になるようにトランジスタ12A,12Bのベース端子に電流を供給した際の、温度検出素子40A及び抵抗器41Aにより分圧される電圧値、及び温度検出素子40B及び抵抗器41Bにより分圧される電圧値と、バッテリ2からの電圧を各素子の抵抗値で分圧した所期の値との比較結果と、により一対のFET10が故障しているか否かを適切に診断することが可能となる。
【0026】
仮にFET10Aが故障している場合には、バッテリ2からの電流がダイオード11Aを介してFET10B側に流れることになる。この場合、ダイオード11Aの順方向電圧及びダイオード11Aを流れる電流により、ダイオード11Aが発熱する。この熱を受けて、温度検出素子40Aの抵抗値が大きくなるため、温度検出素子40A及び抵抗器41Aにより分圧される電圧値が所期の値よりも小さくなる。したがって、この場合には、診断部50は温度検出素子40Aの検出結果に基づいてFET10Aが故障しているか否かを診断することが可能である。
【0027】
一方、仮にFET10Bが故障している場合には、バッテリ2からの電流はFET10Bのドレーン端子側には流れない。このため、温度検出素子40B及び抵抗器41Bにより分圧される電圧値が所期の値よりも小さくなる。したがって、この場合には、診断部50は温度検出素子40Bの検出結果に基づいてFET10Bが故障しているか否かを診断することが可能である。
【0028】
なお、負荷3側から出力端子30を介してFET10Bのドレーン端子に電圧が印加される可能性もある。この場合には、当該電圧に起因した電流が、ダイオード11B及びトランジスタ12Bを介してグランドに流れ、この電流とダイオード11Bの順方向電圧とにより、ダイオード11Bが発熱する。この熱を受けて、温度検出素子40Bの抵抗値が大きくなるため、温度検出素子40B及び抵抗器41Bにより分圧される電圧値が所期の値よりも小さくなる。したがって、この場合には、診断部50は温度検出素子40Aの検出結果に基づいてFET10Aが故障しているか否かを診断することが可能である。
【0029】
このように本電源遮断装置1は、一対のFET10が故障しているか否かを一対の温度検出素子40の検出結果に基づき判定する。特に、温度検出素子40がダイオード11A,11Bの発熱に応じて抵抗値が変化することが重要である。そこで、電源遮断装置1は、以下に記載するように構成すると良い。
【0030】
上述した一対のFET10を含む各部品は、図2に示されるように基板70に実装される。ここで、図2は、一対のFET10が搭載された部分における基板70の上面図である。基板70とは、例えばプリント基板を用いることが可能である。図2では、理解を容易にするために、夫々のFET10A,10Bのドレーン端子には符号Dを付し、ソース端子には符号Sを付し、ゲート端子には符号Gを付している。なお、図2において、ハッチングを付した部分は配線のパターンである。
【0031】
図2に示されるように、一対の温度検出素子40は、夫々、一対のFET10の夫々のドレーン端子Dに隣接して設けられる。FET10は、半導体ウエハ上に形成されたチップをダイシングし、樹脂で封入して構成される。チップの裏面にはドレーン端子Dが設けられ、ソース端子S及びゲート端子Gはチップの表面に設けられる。このため、FET10の熱はドレーン端子Dから放熱されることが多くなるため、FET10の発熱を調べる上で、温度検出素子40はドレーン端子Dに隣接して設けると良い。
【0032】
また、基板70におけるソース端子Sが接続されたパターン91の幅は、ドレーン端子Dが接続されたパターン92の幅よりも狭く形成される。これにより、ソース端子Sに接続されたパターン91からの放熱を低減することができ、一対のFET10における互いの熱の譲受を抑制することが可能となる。
【0033】
また、一方のFET10Aと他方のFET10Bとは、互いに隣接して配置される。これにより、一対のFET10の夫々の温度環境を均一にすることが可能となる。
【0034】
更に、本実施形態では、基板70における一方のFET10Aの端子が接続されるパターンと、他方のFET10Bの端子が接続されるパターンとが互いに対称に配置されている。図2示されるように、FET10の端子の配置は、FET10A及びFET10Bは互いに同じである。したがって、基板70における一方のFET10Aの端子が接続されるパターンと、他方のFET10Bの端子が接続されるパターンとは、互いに点対称になるように配置すると良い。これにより、一対のFET10の夫々の温度環境を均一にすることが可能となる。
【0035】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、一対のFET10がP型FETを用いて構成した場合の例を挙げて説明したが、一対のFET10を、N型FETを用いて構成することも可能である。
【0036】
上記実施形態では、一対の温度検出素子40がサーミスタを用いて構成した場合の例を挙げて説明したが、サーミスタ以外の温度検出素子を用いて構成することも可能である。
【0037】
上記実施形態では、一対の温度検出素子40は、夫々、一対の電界効果トランジスタ10の夫々のドレーン端子に接続されているとして説明したが、一対の温度検出素子40の夫々の一方の端子と、一対の電界効果トランジスタ10の夫々のドレーン端子との間に、所定の抵抗値を有する抵抗器を設け、一対の温度検出素子40の夫々の他方の端子を接地して構成することも可能である。この場合には、一対の温度検出素子40は、温度上昇に伴い抵抗値が小さくなるような特性のものを用いると良い。このような構成であっても、ダイオード11Aやダイオード11Bの発熱に応じて、温度検出素子40A及び抵抗器41Aにより分圧される電圧値や、温度検出素子40B及び抵抗器41Bにより分圧される電圧値を所期の値よりも小さくすることができる。したがって、この場合でも、温度検出素子40A,40Bの検出結果に基づいてFET10A,10Bが故障しているか否かを診断することが可能である。
【0038】
上記実施形態では、基板70におけるソース端子が接続されたパターンの幅は、ドレーン端子が接続されるパターンの幅よりも狭く形成されているとして説明したが、ソース端子が接続されたパターンの幅と、ドレーン端子が接続されるパターンの幅とを同じように構成しても良いし、ソース端子が接続されたパターンの幅が、ドレーン端子が接続されるパターンの幅よりも広くなるように形成しても良い。
【0039】
上記実施形態では、基板70における一方の電界効果トランジスタ10Aの端子が接続されるパターンと、他方の電界効果トランジスタ10Bの端子が接続されるパターンとが互いに対称に配置されているとして説明したが、基板70における一方の電界効果トランジスタ10Aの端子が接続されるパターンと、他方の電界効果トランジスタ10Bの端子が接続されるパターンとが互いに非対称になるように配置することも可能である。
【0040】
上記実施形態では、一方の電界効果トランジスタ10Aと他方の電界効果トランジスタ10Bとは、互いに隣接して配置されているとして説明したが、一方の電界効果トランジスタ10Aと他方の電界効果トランジスタ10Bとは、互いに離間して配置することも可能である。
【0041】
本発明は、電力の通電を制御する電源遮断装置に用いることが可能である。
【符号の説明】
【0042】
1:電源遮断装置
2:バッテリ
10:FET(電界効果トランジスタ)
10A:一方のFET(電界効果トランジスタ)
10B:他方のFET(電界効果トランジスタ)
20:入力端子
30:出力端子
40:一対の温度検出素子
50:診断部
70:基板
91:パターン
92:パターン
D:ドレーン端子
S:ソース端子
図1
図2