特開 2023-164511 駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023164511

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/08 20060101AFI20231102BHJP

   H03K 17/695 20060101ALI20231102BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

H03K17/08 C

H03K17/695

H02M1/00 E

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023144080

(22)【出願日】2023-09-06

(62)【分割の表示】P 2020155303の分割

【原出願日】2020-09-16

(71)【出願人】

【識別番号】395011665

【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000183406

【氏名又は名称】住友電装株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】若園 佳佑

(72)【発明者】

【氏名】杉沢 佑樹

(57)【要約】

【課題】スイッチング素子が設けられた導電路の一方側の電圧が大きく低下した場合にスイッチング素子を迅速にオフ状態に切り替え得る駆動装置を、より簡易に実現する。
【解決手段】駆動装置２０は、第１スイッチング素子１１を駆動する駆動装置である。駆動装置２０は、保護スイッチ４０を備える。保護スイッチ４０は、第１スイッチング素子１１の第１端子と第３端子との間に設けられ、第３端子の電圧が第２閾値以上の場合にオフ状態となり、第２閾値未満である場合にオン状態となる。保護スイッチ４０がオン状態のときに第１端子と第３端子との電位差が第１閾値未満となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端子と第２端子と第３端子とを有するスイッチング素子を備え、前記第１端子と前記第３端子の電位差が第１閾値以上である場合に前記スイッチング素子がオン状態となり前記第１閾値未満である場合に前記スイッチング素子がオフ状態となる回路において、前記スイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
保護スイッチを備え、
前記保護スイッチは、前記第１端子と前記第３端子との間に設けられ、前記第３端子の電圧が第２閾値以上の場合にオフ状態となり、前記第２閾値未満である場合にオン状態となり、
前記保護スイッチがオン状態のときに前記第１端子と前記第３端子との電位差が前記第１閾値未満となる
駆動装置。

【請求項2】

所定電圧のハイレベル信号を出力する信号出力部と、
前記信号出力部と前記第１端子との間に設けられる信号線と、
前記信号線に介在する第１抵抗部と、
前記第１抵抗部とは異なる第２抵抗部と、
前記第１抵抗部と前記第２抵抗部との間に設けられる素子部と、
を備え、
前記素子部の一端は、前記信号線における前記第１抵抗部と前記第１端子との間に電気的に接続され、
前記素子部の他端は、前記第３端子に電気的に接続され、
前記第２抵抗部の一端は、前記第３端子に電気的に接続され、
前記第２抵抗部の他端は、基準導電路に電気的に接続され、
前記信号出力部が前記ハイレベル信号を出力することを条件として、前記第１抵抗部と前記素子部と前記第２抵抗部とを介して前記信号出力部から前記基準導電路へと電流が流れ、前記第３端子が前記第２閾値以上の電圧となり、且つ前記素子部で生じる電圧降下により前記第１端子と前記第３端子の電位差が前記第１閾値以上となる
請求項１に記載の駆動装置。

【請求項3】

前記第１端子と前記第３端子との間を短絡状態と前記短絡状態が解除された解除状態とに切り替える切替部を備え、
前記信号出力部が前記ハイレベル信号を出力している状態で、前記切替部が前記短絡状態に切り替えた場合に前記スイッチング素子がオフ状態となり、
前記信号出力部が前記ハイレベル信号を出力している状態で、前記切替部が前記解除状態を維持することを条件として前記スイッチング素子がオン状態となる
請求項２に記載の駆動装置。

【請求項4】

前記スイッチング素子は、第１導電路と第２導電路との間に設けられ、
前記第２端子は、前記第１導電路に電気的に接続され、
前記第３端子は、前記第２導電路に電気的に接続され、
前記第１導電路側には第１電源部が設けられ、
前記第２導電路側には第２電源部が設けられ、
少なくとも前記スイッチング素子がオン状態であることを条件として前記第１電源部と前記第２電源部との間で電流が流れる構成であり、
前記第１電源部と前記第２電源部との間が導通しているときに前記第３端子の電圧が前記第２閾値以上である状態が正常状態であり、
前記第１電源部と前記第２電源部との間が導通しているときに前記第３端子の電圧が前記第２閾値未満である状態が異常状態である
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、駆動素子保護回路の一例が開示される。特許文献１に開示される駆動素子保護回路は、電源電圧が低電圧保護値以下に低下すると、所定の監視時間の間、駆動回路から低デューティ信号を出力する。このような動作により、上記駆動素子保護回路は、モータ１０に短絡異常が生じた場合でも、駆動トランジスタに過剰な電流が流れることを防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－２３２９４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図５には、スイッチング素子１０４の第１端子（図５の例ではゲート端子）と第３端子（図５の例ではソース端子）の電位差が閾値以上である場合にオン状態となり閾値未満である場合にオフ状態となる回路が例示される。このような回路では、第３端子（図５の例ではソース端子）側の導電路で地絡が発生している状態でスイッチング素子１０４をオン状態に切り替えると、オン状態に切り替えた直後からスイッチング素子１０４に過剰な電流が流れる虞がある。回路をこのような過電流から保護するためには、図５のように、スイッチング素子１０４が設けられた導電路の電圧や電流を検出する検出回路を設け、検出回路が電圧異常（例えば、閾値電圧以下に低下した低電圧状態）や過電流を検出した場合に、制御部１０８がスイッチング素子１０４をオフ動作するような対策が考えられる。しかし、このような対策では、電流や電圧を検出した上でスイッチング素子１０４をオフ動作させるような対応が必須となってしまう。

【0005】

本開示は、スイッチング素子が設けられた導電路に地絡が発生した場合にスイッチング素子を保護し得る駆動装置を、より簡易に実現する技術を提供することを一つの目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一つである駆動装置は、
第１端子と第２端子と第３端子とを有するスイッチング素子を備え、前記第１端子と前記第３端子の電位差が第１閾値以上である場合に前記スイッチング素子がオン状態となり前記第１閾値未満である場合に前記スイッチング素子がオフ状態となる回路において、前記スイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
保護スイッチを備え、
前記保護スイッチは、前記第１端子と前記第３端子との間に設けられ、前記第３端子の電圧が第２閾値以上の場合にオフ状態となり、前記第２閾値未満である場合にオン状態となる
前記保護スイッチがオン状態のときに前記第１端子と前記第３端子との電位差が前記第１閾値未満となる。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る技術は、スイッチング素子が設けられた導電路の一方側の電圧が大きく低下した場合にスイッチング素子を迅速にオフ状態に切り替え得る駆動装置を、より簡易に実現する技術を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態の駆動装置を備えた車載システムを概略的に例示する回路図である。

【図2】図２は、図１の車載システムにおいて駆動装置を具体化した一例を示す回路図である。

【図3】図３は、図２の車載システムが正常状態のときの、駆動信号、スイッチング素子（ＳＷ１）のソース電圧、保護スイッチ（ＳＷ３）の状態、スイッチング素子（ＳＷ１）の状態、の関係を示すタイミングチャートである。

【図4】図４は、図２の車載システムが異常状態のときの、駆動信号、スイッチング素子（ＳＷ１）のソース電圧、保護スイッチ（ＳＷ３）の状態、スイッチング素子（ＳＷ１）の状態、の関係を示すタイミングチャートである。

【図5】図５は、比較例の駆動装置を備えた車載システムを概略的に例示する回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。なお、以下で例示される〔１〕～〔６〕の特徴は、矛盾しない範囲でどのように組み合わされてもよい。

【0010】

〔１〕第１端子と第２端子と第３端子とを有するスイッチング素子を備え、前記第１端子と前記第３端子の電位差が第１閾値以上である場合に前記スイッチング素子がオン状態となり前記第１閾値未満である場合に前記スイッチング素子がオフ状態となる回路において、前記スイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
保護スイッチを備え、
前記保護スイッチは、前記第１端子と前記第３端子との間に設けられ、前記第３端子の電圧が第２閾値以上の場合にオフ状態となり、前記第２閾値未満である場合にオン状態となり、
前記保護スイッチがオン状態のときに前記第１端子と前記第３端子との電位差が前記第１閾値未満となる
駆動装置。

【0011】

上記の〔１〕の駆動装置は、第１端子と第３端子との電位差が第１閾値以上となる電圧信号を第１端子に入力することでスイッチング素子をオン動作させ得る回路を保護する機能を有する。この駆動装置は、第３端子側の導電路が第２閾値未満となるような異変が発生した場合には、保護スイッチを強制的かつ迅速にオン状態とし、スイッチング素子を強制的かつ迅速にオフ状態とすることができる。よって、この駆動装置は、スイッチング素子が設けられた導電路の一方側の電圧が大きく低下した場合にスイッチング素子を迅速にオフ状態に切り替え得る構成を、より簡易に実現することができる。

【0012】

〔２〕上記の〔１〕の駆動装置において、以下の特徴を有する。この〔２〕の駆動装置は、所定電圧のハイレベル信号を出力する信号出力部と、上記信号出力部と上記第１端子との間に設けられる信号線と、を備える。更に、この〔２〕の駆動装置は、上記信号線に介在する第１抵抗部と、上記第１抵抗部とは異なる第２抵抗部と、上記第１抵抗部と上記第２抵抗部との間に設けられる素子部と、を備える。上記素子部の一端は、上記信号線における上記第１抵抗部と上記第１端子との間に電気的に接続される。上記素子部の他端は、上記第３端子に電気的に接続される。上記第２抵抗部の一端は、上記第３端子に電気的に接続される。上記第２抵抗部の他端は、基準導電路に電気的に接続される。上記信号出力部が上記ハイレベル信号を出力することを条件として、上記第１抵抗部と上記素子部と上記第２抵抗部とを介して上記信号出力部から上記基準導電路へと電流が流れ、上記第３端子が上記第２閾値以上の電圧となり、且つ上記素子部で生じる電圧降下により上記第１端子と上記第３端子の電位差が第１閾値以上となる。

【0013】

上記の〔２〕の駆動装置は、信号出力部からハイレベル信号が出力されることを条件として、上記第１抵抗部と上記素子部と上記第２抵抗部とを介して上記信号出力部から上記基準導電路へと電流が流れる。そして、素子部で生じる電圧降下により第１端子と上記第３端子の電位差が第１閾値以上となる。この構成では、信号出力部からハイレベル信号が出力された場合、素子部に適正に電流が流れる場合には、スイッチング素子を適正にオン動作させることができる。更に、信号出力部からハイレベル信号が出力された場合、第２抵抗部にある程度の電流が流れる限りは、第３端子の電圧を基準導電路に対して高め、第２閾値以上の電圧に安定的に定めることができる。駆動装置は、このような動作を基本動作としつつ、第３端子に接続された導電路の電圧が第２閾値未満となるような異変が発生した場合には、保護スイッチを強制的にオン状態に切り替えることができる。

【0014】

〔３〕上記の〔２〕の駆動装置において、以下の特徴を有する。この〔３〕の駆動装置は、上記第１端子と上記第３端子との間を短絡状態と上記短絡状態が解除された解除状態とに切り替える切替部を備える。上記信号出力部が上記ハイレベル信号を出力している状態で、上記切替部が上記短絡状態に切り替えた場合に上記スイッチング素子がオフ状態となる。上記信号出力部が上記ハイレベル信号を出力している状態で、上記切替部が上記解除状態を維持することを条件として上記スイッチング素子がオン状態となる。

【0015】

上記の〔３〕の駆動装置は、信号出力部が上記ハイレベル信号を出力している状態において、切替部によってスイッチング素子をオン状態とオフ状態とに切り替えることができる。

【0016】

〔４〕上記〔１〕から〔３〕のいずれか一つに記載の駆動装置において以下の特徴を有する。上記スイッチング素子は、第１導電路と第２導電路との間に設けられる。上記第２端子は、上記第１導電路に電気的に接続される。上記第３端子は、上記第２導電路に電気的に接続される。上記第１導電路側には第１電源部が設けられる。上記第２導電路側には第２電源部が設けられる。少なくとも上記スイッチング素子がオン状態であることを条件として上記第１電源部と上記第２電源部との間で電流が流れる構成である。上記第１電源部と上記第２電源部との間が導通しているときに上記第３端子の電圧が上記第２閾値以上である状態が正常状態である。上記第１電源部と上記第２電源部との間が導通しているときに上記第３端子の電圧が上記第２閾値未満である状態が異常状態である。

【0017】

上記の〔４〕の駆動装置は、第１電源部と第２電源部との間にスイッチング素子が介在する回路に適用することができる。そして、上記正常状態のときには、第１電源部と第２電源部との間が導通しているときに保護スイッチをオフ状態で維持し、上記異常状態のときには、第１電源部と第２電源部との間が導通しているときに保護スイッチをオン状態で維持することができる。つまり、この駆動装置は、電源部の出力に基づく適正電圧が第３端子に印加される場合には保護スイッチをオフ状態で維持し、保護スイッチに基づく強制オフ動作をスイッチング素子に行わせないようにすることができる。一方、この駆動装置は、地絡等により電源部の出力に基づく適正電圧が第３端子に印加されない場合には、保護スイッチをオン状態で維持し、スイッチング素子を強制的かつ安定的にオフ状態とすることができる。

【0018】

〔５〕上記〔４〕に記載の駆動装置において以下の特徴を有する。この〔５〕の駆動装置は、上記第１電源部と上記第２電源部との間において上記スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子を備える。上記第２導電路は、上記第２スイッチング素子の一方側において上記第３端子と上記第２スイッチング素子との間に接続される一方の導電路と、上記第２スイッチング素子の他方側に接続される他方の導電路と、を有する。上記保護スイッチの一端は上記第１端子に電気的に接続され、上記保護スイッチの他端は上記一方の導電路に電気的に接続される。上記スイッチング素子及び上記第２スイッチング素子がいずれもオン状態であることを条件として上記第１電源部と上記第２電源部との間での通電が許容される。上記スイッチング素子及び上記第２スイッチング素子がいずれもオフ状態である場合に上記第１電源部と上記第２電源部との間での通電が遮断される。上記スイッチング素子及び上記第２スイッチング素子がいずれもオン状態である場合において上記正常状態のときに、上記第３端子の電圧が上記第２閾値以上となる。上記スイッチング素子及び上記第２スイッチング素子がいずれもオン状態である場合において上記異常状態のときに、上記第３端子の電圧が上記第２閾値未満となる。

【0019】

上記の〔５〕の駆動装置は、スイッチング素子及び第２スイッチング素子のオンオフの切り替えによって第１電源部と第２電源部との間を通電状態と遮断状態とに切り替える回路に適用することができる。この回路は、スイッチング素子及び第２スイッチング素子がいずれもオン状態である場合において上記正常状態のときには、第１電源部と第２電源部との間が通電状態となって第３端子の電圧が第２閾値以上となる。つまり、両スイッチング素子がいずれもオン状態である場合において正常状態のときには、両電源部間を通電状態で維持しつつスイッチング素子に対して保護スイッチに基づく強制オフ動作を行わないようにすることができる。一方、両スイッチング素子がいずれもオン状態である場合において異常状態となった場合、即座に保護スイッチをオン状態にすることができるため、直前まで両電源部間が通電状態となっていても、スイッチング素子を即座に強制オフ状態に切り替えることができる。

【0020】

〔６〕上記〔２〕から〔５〕のいずれか一つに記載の駆動装置において以下の特徴を有する。上記素子部はツェナーダイオードであり、ツェナーダイオードのアノードが第３端子に電気的に接続され、ツェナーダイオードのカソードが第１端子に電気的に接続される。上記信号出力部から上記ハイレベル信号が出力された場合、上記ツェナーダイオードが降伏し、上記第１端子と上記第３端子の電位差が上記第１閾値以上で保持される。

【0021】

上記の〔６〕の駆動装置は、第１端子と第３端子を強制的に短絡させる動作が行われていない場合において信号出力部からハイレベル信号が出力された場合、第１抵抗部とツェナーダイオードと第２抵抗部とを介して信号出力部から基準導電路へと電流が流れる。そして、ツェナーダイオードで生じる電圧降下により第１端子と第３端子の電位差が第１閾値以上で保持され、スイッチング素子を安定的にオン状態で維持することができる。そして、正常状態では、第２抵抗部を介して基準導電路へと電流が流れることで、第３端子は基準導電路よりも高い電圧で維持され、第３端子の電圧を第２閾値以上に安定的に保つことができる。

【0022】

＜第１実施形態＞
１．車載システムの概要
以下の説明は、第１実施形態に係る駆動装置が適用されるシステムの一例である車載システム１００に関する。図１に示される車載システム１００は、複数の電源（第１電源部９１及び第２電源部９２）を備えた車載用の電源システムとして構成されている。

【0023】

図１に示される車載システム１００は、第１電源部９１、第２電源部９２、負荷９４、第１導電路８１、第２導電路８２、リレー装置１を備えるシステムである。

【0024】

負荷９４は、第２導電路８２を介して電力供給を受け得る電気部品であればよい。負荷９４は、アクチュエータやモータなど、様々な車載用電気部品が採用され得る。

【0025】

第１電源部９１は、第１の出力電圧（例えば、１２Ｖ）を出力する第１蓄電部として構成されている。第２電源部９２は、第２の出力電圧（例えば、１２Ｖ）を出力する第２蓄電部として構成されている。第１の出力電圧と第２の出力電圧は同程度であってもよく、異なっていてもよい。第１電源部９１及び第２電源部９２は、例えば、鉛バッテリ、リチウムイオン電池などのバッテリや、電気二重層キャパシタなどのキャパシタなど、公知の蓄電部によって構成されている。第１電源部９１及び第２電源部９２は、互いに同一種類の蓄電部によって構成されていてもよく、互いに異なる種類の蓄電部によって構成されていてもよい。

【0026】

第１導電路８１は、第１電源部９１の高電位側の端子に電気的に接続された導電路である第１導電路８１は、スイッチング素子１１のドレイン端子と第１電源部９１との間に接続される。第１導電路８１には、第１電源部９１からの電力供給に基づいて第１の出力電圧が印加される。

【0027】

第２導電路８２は、第２電源部９２の高電位側の端子に電気的に接続された導電路である。第２導電路８２には、第２電源部９２からの電力供給に基づいて第２の出力電圧が印加される。第２導電路８２は、導電路８２Ａ，８２Ｂを備える。導電路８２Ａは、一方の導電路の一例に相当する。導電路８２Ａは、第２スイッチング素子１２の一方側において第１スイッチング素子１１のソース端子（第３端子）と第２スイッチング素子１２のソース端子との間に接続される。導電路８２Ｂは、他方の導電路の一例に相当する。導電路８２Ｂは、第２スイッチング素子１２の他方側において、第２スイッチング素子１２のドレイン端子と第２電源部９２との間に接続される。

【0028】

リレー装置１は、第１スイッチング素子１１、第２スイッチング素子１２、駆動装置２０、を備える。リレー装置１は、第１電源部９１と第２電源部９２との間を、通電状態と遮断状態とに切り替える装置である。

【0029】

第１スイッチング素子１１は、スイッチング素子の一例に相当する。第１スイッチング素子１１は、第１ＦＥＴとして機能し得る。第１スイッチング素子１１は、第１のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）として構成される。図１の例では、第１スイッチング素子１１は、ゲート端子、ドレイン端子、ソース端子を有するＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されている。第１スイッチング素子１１のゲート端子は、第１端子の一例に相当する。第１スイッチング素子１１のドレイン端子は、第２端子の一例に相当する。第１スイッチング素子１１のソース端子は、第３端子の一例に相当する。第１スイッチング素子１１は、ゲート端子とドレイン端子の電位差が第１閾値以上である場合にオン状態となり、ゲート端子とドレイン端子の電位差が第１閾値未満である場合にオフ状態となる。なお、第１スイッチング素子１１は、単にスイッチング素子１１とも称される。

【0030】

第１スイッチング素子１１は、第１導電路８１と第２導電路８２との間に設けられる。第１スイッチング素子１１のゲート端子には、後述される信号線５１を構成する信号線５１Ｂが電気的に接続される。第１スイッチング素子１１のドレイン端子は、第１導電路８１に電気的に接続される。第１スイッチング素子１１のドレイン端子には、第１電源部９１に出力電圧に応じた電圧が印加される。第１スイッチング素子１１のソース端子には、第２導電路８２の一部を構成する導電路８２Ａが電気的に接続される。第１スイッチング素子１１のソース端子には、素子部２４（ツェナーダイオード）の一端が電気的に接続され、第２抵抗部３２の一端が電気的に接続される。第１スイッチング素子１１のボディダイオードは、アノードがソース端子に電気的に接続されるとともに導電路８２Ａに電気的に接続され、カソードがドレイン端子に電気的に接続されるとともに第１導電路８１に電気的に接続される。このように、第１スイッチング素子１１に対し、第１導電路８１側には第１電源部９１が設けられ、第２導電路８２側には第２電源部９２が設けられる。この構成は、第１スイッチング素子１１がオン状態であることを条件として第１電源部９１側から第２電源部９２側へと電流が流れ、第１スイッチング素子１１がオフ状態である場合には第１電源部９１側から第２電源部９２側へは電流は流れない。

【0031】

第２スイッチング素子１２は、第２ＦＥＴとして機能し得る。第２スイッチング素子１２は、第２のＭＯＳＦＥＴとして構成される。図１の例では、第２スイッチング素子１２は、ゲート端子、ドレイン端子、ソース端子を有するＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されている。第２スイッチング素子１２のゲート端子には、駆動回路からのオン信号及びオフ信号が入力される。駆動回路は、制御部２８の一部又は全部によって構成されていてもよく、制御部２８とは異なる回路によって構成されていてもよい。第２スイッチング素子１２は、自身のゲート端子に対して駆動回路からオン信号（所定のハイレベル電圧の信号）が与えられた場合にオン状態となり、自身のゲート端子に対してオフ信号（例えば、所定のローレベル電圧の信号）が与えられた場合にオフ状態となる。

【0032】

第２スイッチング素子１２は、第１導電路８１と第２導電路８２との間において、第１スイッチング素子１１と直列に接続される。第２スイッチング素子１２のドレイン端子は、第２導電路８２の一部を構成する導電路８２Ｂに電気的に接続される。第２スイッチング素子１２のドレイン端子には、第２電源部９２に出力電圧に応じた電圧が印加される。第２スイッチング素子１２のソース端子には、第１スイッチング素子１１のソース端子が電気的に接続されるとともに、素子部２４の一端及び第２抵抗部３２の一端が電気的に接続される。第２スイッチング素子１２のボディダイオードは、アノードがソース端子に電気的に接続されるとともに導電路８２Ａに電気的に接続され、カソードがドレイン端子に電気的に接続されるとともに導電路８２Ｂに電気的に接続される。

【0033】

このように、第１スイッチング素子１１のボディダイオードと、第２スイッチング素子１２のボディダイオードは、互いに逆向きに配置される。この構成は、第２スイッチング素子１２がオン状態であることを条件として第２電源部９２側から第１電源部９１側へと電流が流れ、第２スイッチング素子１２がオフ状態である場合には第２電源部９２側から第１電源部９１側には電流が流れない。より具体的には、リレー装置１は、第１スイッチング素子１１及び第２スイッチング素子１２がいずれもオン状態であることを条件として第１電源部９１と第２電源部９２の間の通電を双方向に許容する。第１スイッチング素子１１及び第２スイッチング素子１２がいずれもオフ状態である場合に第１電源部９１と第２電源部９２の間の通電を双方向に遮断する。

【0034】

２．駆動装置の詳細
駆動装置２０は、第１スイッチング素子１１を駆動する駆動装置である。駆動装置２０は、主に、信号線５１、第１抵抗部３１、第２抵抗部３２、素子部２４、スイッチ２６、保護スイッチ４０、昇圧回路２２、などを備える。

【0035】

昇圧回路２２は、信号出力部の一例に相当する。昇圧回路２２は、第１電源部９１からダイオード６２を介して入力される電力に基づく入力電圧を昇圧し、入力電圧よりも高い所定電圧のハイレベル信号（例えば、２４Ｖの電圧の信号）を出力する。昇圧回路２２が出力するハイレベル信号は、例えば、第１電源部９１の出力電圧よりも大きく、第２電源部９２の出力電圧よりも大きい。昇圧回路２２は、入力電圧を昇圧して入力電圧よりも高い出力電圧を生成し得る回路であれば、公知の様々な回路が採用され得る。なお、ダイオード６２のカソードと昇圧回路２２との間に配置される入力線とグラウンドとの間にはコンデンサ６４が接続されている。

【0036】

信号線５１は、昇圧回路２２とスイッチング素子１１のゲート端子との間に設けられる。信号線５１のうち、第１抵抗部３１と昇圧回路２２の間に接続される導電路が、信号線５１Ａである。信号線５１のうち、第１抵抗部３１とスイッチング素子１１のゲート端子との間に接続される導電路が、信号線５１Ｂである。

【0037】

第１抵抗部３１は、信号線５１の途中に介在する抵抗である。第１抵抗部３１の一端は昇圧回路２２に電気的に接続される。第１抵抗部３１の他端は、スイッチ２６の一端、素子部２４の一端、保護スイッチ４０の一端、及びスイッチング素子１１のゲート端子に電気的に接続される。

【0038】

素子部２４は、第１抵抗部３１と第２抵抗部３２との間に設けられる素子である。素子部２４の一端は、信号線５１における第１抵抗部３１とスイッチング素子１１のゲート端子との間に電気的に接続される。素子部２４の他端は、スイッチング素子１１のソース端子に電気的に接続される。図１の例では、素子部２４はツェナーダイオードであり、このツェナーダイオードのアノードがスイッチング素子１１のソース端子に電気的に接続され、このツェナーダイオードのカソードがスイッチング素子１１のゲート端子に電気的に接続される。素子部２４を構成するツェナーダイオードは、信号線５１Ｂに対し導電路８２Ａよりも一定値以上高い電圧が印加された場合に降伏し、信号線５１Ｂと導電路８２Ａの間を一定電圧に保つ。

【0039】

第２抵抗部３２は、第１抵抗部３１とは異なる抵抗である。第２抵抗部３２の一端は、スイッチング素子１１のソース端子に電気的に接続される。第２抵抗部３２の他端は、基準導電路に電気的に接続される。基準導電路は、一定の低電圧に維持される導電路であり、図１の例ではグラウンドである。図１の構成では、昇圧回路２２とグラウンドとの間において、第１抵抗部３１と素子部２４と第２抵抗部３２とが直列に接続されている。

【0040】

スイッチ２６は、信号線５１Ｂと導電路８２Ａの間に設けられる。スイッチ２６は、信号線５１Ｂと導電路８２Ａの間を、当該スイッチ２６を介して通電する状態（具体的には、短絡した状態）と、当該スイッチ２６を介しての通電を解除した状態（具体的には、短絡を解除した状態）とに切り替わる。スイッチ２６は、半導体スイッチによって構成されていてもよく、機械式のリレーによって構成されていてもよい。

【0041】

制御部２８は、スイッチ２６をオンさせるオン信号と、スイッチ２６をオフさせるオフ信号とを切り替えて出力する制御装置である。制御部２８は、スイッチ２６を駆動する駆動回路として機能する。制御部２８は、例えば、マイクロコンピュータなどの情報処理装置によって構成されていてもよく、その他のハードウェア回路によって構成されていてもよい。

【0042】

スイッチ２６は、制御部２８からオン信号が与えられた場合にオン状態となって信号線５１Ｂと導電路８２Ａの間を短絡させる。スイッチ２６は、制御部２８からオフ信号が与えられた場合にオフ状態となって信号線５１Ｂと導電路８２Ａの間の短絡を解除する。スイッチ２６がオン状態のときにはスイッチ２６を介して信号線５１Ｂから導電路８２Ａへと電流が流れることが許容され、スイッチ２６がオフ状態のときにはスイッチ２６を介して電流は流れない。制御部２８及びスイッチ２６は、切替部の一例に相当し、スイッチング素子１１のゲート端子とソース端子の間を短絡状態と短絡状態が解除された解除状態とに切り替える。制御部２８及びスイッチ２６は、スイッチ２６をオン状態に切り替えることで、スイッチング素子１１のゲート端子とソース端子の間を短絡させて同電位とし、これらゲート端子とソース端子の電位差を第１閾値未満とする。一方で、制御部２８及びスイッチ２６は、スイッチ２６をオフ状態に切り替えることで、上記短絡状態を解除する。

【0043】

保護スイッチ４０は、スイッチング素子１１のゲート端子とソース端子の間に設けられる。保護スイッチ４０は、スイッチング素子１１のソース端子の電圧（グラウンドを基準とした電圧）が第２閾値以上の場合にオフ状態となり、第２閾値未満である場合にオン状態となる。保護スイッチ４０の一端はスイッチング素子１１のゲート端子に電気的に接続される。保護スイッチ４０の他端は導電路８２Ａ（一方の導電路）に電気的に接続される。保護スイッチ４０は、自身がオン状態のときにスイッチング素子１１のゲート端子とソース端子の電位差を第１閾値未満とするように配置される。

【0044】

保護スイッチ４０は、上述の機能を有するスイッチであれば様々な構成が採用され得る。以下で説明される代表例は、保護スイッチ４０及び周辺回路が図２のような構成をなすものである。

【0045】

図２に示される駆動装置２０において、保護スイッチ４０は、いわゆるノーマリクローズの半導体スイッチとして構成されている。具体的には、保護スイッチ４０は、デプレッション型のＭＯＳＦＥＴやジャンクションＦＥＴなどによって構成することができる。図２の例では、導電路８２Ａとグラウンドとの間に抵抗４２，４４が直列に接続され、導電路８２Ａとグラウンドの間の電圧を抵抗４２，４４の分圧比で分圧した電圧が保護スイッチ４０のゲートに入力される。この構成では、導電路８２Ａの電圧が高いほど、保護スイッチ４０のゲートに入力される電圧が高くなる。そして、グラウンドに対する導電路８２Ａの電圧が第２閾値以上である場合には保護スイッチ４０はオフ状態で維持され、グラウンドに対する導電路８２Ａの電圧が第２閾値未満である場合には保護スイッチ４０はオン状態で維持される。

【0046】

３．駆動装置の動作
まず、導電路８２Ｂや負荷９４などに地絡が発生していない正常状態のときの動作が説明される。なお、本明細書では、第１電源部９１と第２電源部９２との間が導通しているときにスイッチング素子１１のソース端子の電圧が第２閾値以上である状態が正常状態である。即ち、第１スイッチング素子１１及び第２スイッチング素子１２がいずれもオン状態である場合において正常状態のときに、スイッチング素子１１のソース端子の電圧が第２閾値以上となる。第１電源部９１と第２電源部９２との間が導通しているときにスイッチング素子１１のソース端子の電圧が第２閾値未満である状態が異常状態である。即ち、第１スイッチング素子１１及び第２スイッチング素子１２がいずれもオン状態である場合において異常状態のときに、スイッチング素子１１のソース端子の電圧が第２閾値未満となる。

【0047】

図３には、上述の正常状態のときの駆動信号、スイッチング素子（ＳＷ１）のソース電圧、保護スイッチ（ＳＷ３）の状態、スイッチング素子（ＳＷ１）の状態、の関係が示される。図３、図４において、駆動信号がＯＮの状態とは、スイッチ２６がオフの状態であり、駆動信号がＯＦＦの状態とは、スイッチ２６がオンの状態である。図２に示される駆動装置２０では、制御部２８は、第１スイッチング素子１１をオン動作させる場合にスイッチ２６に対するオフ信号（駆動信号としてのＯＮ信号）を出力する。制御部２８は、第１スイッチング素子１１をオフ動作させる場合にスイッチ２６に対するオン信号（駆動信号としてのＯＦＦ信号）を出力する。図３のように、制御部２８がスイッチ２６に対するオン信号（駆動信号としてのＯＦＦ信号）を出力する場合、即ち、短絡状態（スイッチ２６のオン状態）に切り替えた場合には、第１スイッチング素子１１はオフ状態となる。このとき、第２スイッチング素子１２がオフ状態であれば、第１スイッチング素子１１のソース端子の電圧は、第２閾値Ｖｔｈ未満で維持され、保護スイッチ４０（ＳＷ３）はオン状態で維持される。

【0048】

正常状態のときに制御部２８がスイッチ２６に対するオフ信号（駆動信号としてのＯＮ信号）を出力すると、昇圧回路２２がハイレベル信号を出力している場合、第１抵抗部３１、素子部２４、第２抵抗部３２を介して昇圧回路２２からグラウンドへと電流が流れる。図３のように、昇圧回路２２から第１抵抗部３１、素子部２４、第２抵抗部３２を介してグラウンドへと電流が流れると、導電路８２Ａの電圧及びスイッチング素子１１のソース端子の電圧は、第２閾値Ｖｔｈ以上となる。この状態では、保護スイッチ４０（ＳＷ３）はオフ状態で維持される。そして、このように電流が流れている場合、素子部２４によってスイッチング素子１１のゲート端子とソース端子との間が第１閾値以上の所定電圧にクランプされ、スイッチング素子１１はオン状態で維持される。このように、正常状態において昇圧回路２２がハイレベル信号を出力しているとき、制御部２８及びスイッチ２６（切替部）が解除状態（スイッチ２６のオフ状態）を維持することを条件として第１スイッチング素子１１がオン状態で維持される。

【0049】

なお、上述の正常状態において昇圧回路２２から第１抵抗部３１、素子部２４、第２抵抗部３２を介してグラウンドへと電流が流れているときの導電路８２Ａの電圧は、例えば、導電路８２Ｂの電圧よりも大きく、第２電源部９２の出力電圧よりも大きい。

【0050】

図４には、上述の異常状態のときの駆動信号、スイッチング素子（ＳＷ１）のソース電圧、保護スイッチ（ＳＷ３）の状態、スイッチング素子（ＳＷ１）の状態、の関係が示される。図４の場合でも、制御部２８がスイッチ２６に対するオン信号（駆動信号としてのＯＦＦ信号）を出力する場合、即ち、短絡状態（スイッチ２６のオン状態）に切り替えた場合には、第１スイッチング素子１１（ＳＷ１）はオフ状態で維持される。

【0051】

上述の異常状態のときに制御部２８がスイッチ２６に対するオフ信号（駆動信号としてのＯＮ信号）を出力した場合、昇圧回路２２がハイレベル信号を出力していても、負荷９４での地絡等に起因して導電路８２Ａ，８２Ｂの電圧が０Ｖ近い状態されてしまう。つまり、導電路８２Ａの電圧及びスイッチング素子１１のソース端子の電圧は、第２閾値Ｖｔｈ未満で維持され、保護スイッチ４０（ＳＷ３）はオン状態で維持される。従って、制御部２８がスイッチ２６に対するオフ信号（駆動信号としてのＯＮ信号）を出力した後でも、保護スイッチ４０（ＳＷ３）はオン状態で維持され、スイッチング素子１１はオフ状態で維持される。

【0052】

４．効果の例
次の説明は、第１実施形態の効果の一例に関する。駆動装置２０は、第１スイッチング素子１１のゲート端子（第１端子）とソース端子（第３端子）との電位差が第１閾値以上となる電圧信号をゲート端子に入力することで第１スイッチング素子１１をオン動作させ得る回路を保護する機能を有する。この駆動装置２０は、第１スイッチング素子１１のソース端子側の導電路８２Ａが第２閾値未満となるような異変が発生した場合には、保護スイッチ４０を強制的かつ迅速にオン状態とし、第１スイッチング素子１１を強制的かつ迅速にオフ状態とすることができる。よって、この駆動装置２０は、第１スイッチング素子１１が設けられた導電路の一方側の電圧が大きく低下した場合に第１スイッチング素子１１を迅速にオフ状態に切り替え得る構成を、より簡易に実現することができる。

【0053】

駆動装置２０は、昇圧回路２２（信号出力部）からハイレベル信号が出力されることを条件として、昇圧回路２２（信号出力部）から、第１抵抗部３１、素子部２４、第２抵抗部３２を介してグラウンド（基準導電路）へと電流が流れる。そして、素子部２４で生じる電圧降下により第１スイッチング素子１１のゲート端子とソース端子の電位差が第１閾値以上となる。この構成では、昇圧回路２２からハイレベル信号が出力された場合、素子部２４に適正な電流が流れる限りは、第１スイッチング素子１１を適正にオン動作させることができる。更に、この駆動装置２０は、昇圧回路２２からハイレベル信号が出力された場合、第１スイッチング素子１１のソース端子（第３端子）に接続された導電路８２等に異変（地絡等）が発生しない限りは、第１スイッチング素子１１のソース端子の電圧をある程度高い電圧（第２閾値以上の電圧）に設定することができる。従って、第１スイッチング素子１１のソース端子に接続された導電路８２等に電圧低下の異変（地絡等）が発生しない状態では、保護スイッチ４０をオフ状態のまま安定的に維持することができる。一方、この駆動装置２０は、第１スイッチング素子１１のソース端子が第２閾値未満となる異変（導電路８２での地絡等）が発生した場合、保護スイッチを強制的にオン状態に切り替えることができ、第１スイッチング素子１１に過剰な電流が流れることを抑制することができる。

【0054】

駆動装置２０は、昇圧回路２２（信号出力部）がハイレベル信号を出力している状態において、制御部２８及びスイッチ２６（切替部）によって第１スイッチング素子１１をオン状態とオフ状態とに切り替えることができる。

【0055】

駆動装置２０は、第１電源部９１と第２電源部９２との間に第１スイッチング素子１１が介在する回路に適用することができる。そして、正常状態のときには、第１電源部９１と第２電源部９２の間が導通しているときに保護スイッチ４０をオフ状態で維持し、異常状態のときには、第１電源部９１と第２電源部９２の間が導通しているときに保護スイッチ４０をオン状態で維持することができる。つまり、この駆動装置２０は、第１電源部９１と第２電源部９２の間が導通しているときに、電源部の出力に基づく適正電圧が第１スイッチング素子１１のソース端子（第３端子）に印加される場合には保護スイッチ４０をオフ状態で維持する。この場合、駆動装置２０は、保護スイッチ４０に基づく強制オフ動作を第１スイッチング素子１１に行わせない。一方、駆動装置２０は、第１電源部９１と第２電源部９２の間が導通しているときに、地絡等により電源部の出力に基づく適正電圧が第３端子に印加されない場合、保護スイッチ４０をオン状態で維持する。この場合、駆動装置２０は、第１スイッチング素子１１を強制的かつ安定的にオフ状態にすることができる。

【0056】

駆動装置２０は、「第１スイッチング素子１１及び第２スイッチング素子１２のオンオフの切り替えによって第１電源部９１と第２電源部９２の間を通電状態と遮断状態とに切り替える回路」に適用され得る。この回路は、第１スイッチング素子１１及び第２スイッチング素子１２がいずれもオン状態である場合において正常状態のときには、第１電源部９１と第２電源部９２との間が通電状態となってソース端子（第３端子）の電圧が第２閾値以上となる。つまり、両スイッチング素子がいずれもオン状態である場合において正常状態のときには、両電源部間を通電状態で維持しつつ第１スイッチング素子１１に対して保護スイッチ４０に基づく強制オフ動作を行わない。一方、両スイッチング素子がいずれもオン状態である場合において異常状態となった場合、即座に保護スイッチ４０をオン状態にすることができるため、直前まで両電源部間が通電状態となっていても、スイッチング素子１１を即座に強制オフ状態に切り替えることができる。

【0057】

駆動装置２０は、第１スイッチング素子１１のゲート端子（第１端子）とソース端子（第３端子）との間を強制的に短絡させる動作が行われていない場合において昇圧回路２２（信号出力部）からハイレベル信号が出力された場合、素子部２４に電流が流れる。この場合、第１抵抗部３１と素子部２４（ツェナーダイオード）と第２抵抗部３２とを介して昇圧回路２２（信号出力部）からグラウンド（基準導電路）へと電流が流れる。そして、素子部２４（ツェナーダイオード）で生じる電圧降下により第１スイッチング素子１１のゲート端子とソース端子の電位差が第１閾値以上で保持され、スイッチング素子１１を安定的にオン状態で維持することができる。そして、正常状態では、第２抵抗部３２を介してグラウンドへと電流が流れることで、第１スイッチング素子１１のソース端子はグラウンドよりも高い電圧で維持され、第２閾値以上に安定的に保たれやすい。

【0058】

＜他の実施形態＞
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。

【0059】

上記の実施形態では、駆動装置２０がスイッチング素子１１，１２を含んでいなかったが、駆動装置２０がスイッチング素子１１，１２を含んでいてもよい。即ち、リレー装置１の全体が駆動装置に該当してもよい。

【0060】

上記の実施形態では、第１スイッチング素子１１及び第２スイッチング素子１２がＭＯＳＦＥＴによって構成されていたが、この例に限定されない。第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子は、例えば、Ｎチャネル型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。この場合、第１スイッチング素子を構成するＩＧＢＴのゲート端子が第１端子に相当し、コレクタ端子が第２端子に相当し、エミッタ端子が第３端子に相当すればよい。

【0061】

上記の実施形態では、素子部２４としてツェナーダイオードが例示されたが、素子部は、抵抗やその他の素子によって構成されていてもよい。

【0062】

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態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た範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0063】

１１ ：第１スイッチング素子（スイッチング素子）
１２ ：第２スイッチング素子
２０ ：駆動装置
２２ ：昇圧回路（信号出力部）
２４ ：素子部
２６ ：スイッチ（切替部）
２８ ：制御部（切替部）
３１ ：第１抵抗部
３２ ：第２抵抗部
４０ ：保護スイッチ
５１ ：信号線
５１Ａ ：信号線
５１Ｂ ：信号線
８１ ：第１導電路
８２ ：第２導電路
８２Ａ ：導電路（一方の導電路）
８２Ｂ ：導電路（他方の導電路）
９１ ：第１電源部
９２ ：第２電源部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2023-09-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端子と第２端子と第３端子とを有するスイッチング素子を備え、前記第１端子と前記第３端子の電位差が第１閾値以上である場合に前記スイッチング素子がオン状態となり前記第１閾値未満である場合に前記スイッチング素子がオフ状態となる回路において、前記スイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
ノーマリクローズの半導体スイッチとして構成されている保護スイッチを備え、
前記保護スイッチは、前記第１端子と前記第３端子との間に設けられ、前記第３端子の電圧が第２閾値以上の場合にオフ状態となり、前記第２閾値未満である場合にオン状態となり、
前記保護スイッチがオン状態のときに前記第１端子と前記第３端子との電位差が前記第１閾値未満となる
駆動装置。

【請求項2】

前記第３端子とグラウンドとの間に第１抵抗及び第２抵抗が直列に接続され、前記第３端子と前記グラウンドの間の電圧を前記第１抵抗及び前記第２抵抗の分圧比で分圧した電圧が前記保護スイッチのゲートに入力される
請求項１に記載の駆動装置。