特開 2024-55589 保護装置

(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】P2024055589

(43)【公開日】2024-04-18

(54)【発明の名称】保護装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/16 20060101AFI20240411BHJP

   H02H 3/20 20060101ALI20240411BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20240411BHJP

【ＦＩ】

H03K17/16 H

H02H3/20

H02M1/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022162647

(22)【出願日】2022-10-07

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391045897

【氏名又は名称】古河ＡＳ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安井 崇博

(72)【発明者】

【氏名】遠山 陽平

(72)【発明者】

【氏名】秋山 輝

(72)【発明者】

【氏名】平山 裕樹

【テーマコード（参考）】

5G004

5H740

5J055

【Ｆターム（参考）】

5G004AA04

5G004BA07

5G004EA01

5H740BA12

5H740BB08

5H740BB10

5H740BC01

5H740BC02

5H740JA01

5H740JB01

5H740KK01

5H740MM01

5J055AX25

5J055AX26

5J055BX16

5J055CX07

5J055DX13

5J055DX22

5J055EY01

5J055EY10

5J055EY12

5J055EY21

(57)【要約】

【課題】コストおよび大型化を抑え、スイッチが誘導性負荷の逆起電力による負サージによって壊れるのを防ぐ保護装置を提供すること。
【解決手段】保護装置は、入力される制御信号に応じてオンまたはオフとなり、前記オンのときに電源からの電力を誘導性負荷へ供給し、前記オフのときに前記電源から前記誘導性負荷への電力供給を遮断するスイッチを制御するスイッチ制御部を有し、前記スイッチ制御部は、前記スイッチの前記電力の経路となる両端子間の電位差が、前記スイッチの耐圧値よりも小さい所定の保護閾値に達したと判定した場合、所定の期間だけ前記スイッチをオンにする保護制御信号を前記スイッチに出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力される制御信号に応じてオンまたはオフとなり、前記オンのときに電源からの電力を誘導性負荷へ供給し、前記オフのときに前記電源から前記誘導性負荷への電力供給を遮断するスイッチを制御するスイッチ制御部を有し、
前記スイッチ制御部は、前記スイッチの前記電力の経路となる両端子間の電位差が、前記スイッチの耐圧値よりも小さい所定の保護閾値に達したと判定した場合、所定の期間だけ前記スイッチをオンにする保護制御信号を前記スイッチに出力する
保護装置。

【請求項2】

前記スイッチの両端子間の電位差を検出する電位差検出部を備える
請求項１に記載の保護装置。

【請求項3】

前記スイッチ制御部は、前記誘導性負荷の前記電力の経路となる両端子間の電位差に基づいて、前記スイッチの両端子間の電位差が前記保護閾値に達したかを判定する
請求項１に記載の保護装置。

【請求項4】

前記スイッチの耐圧値よりも小さい基準電圧値に、前記スイッチに流れる電流値の増減に応じて絶対値が増減する負値の補正値を加算して、前記保護閾値を生成する加算部を備える
請求項１に記載の保護装置。

【請求項5】

前記スイッチの両端子間の電位差を、前記スイッチに流れる電流値に基づいて算出する電位差算出部を備える
請求項１に記載の保護装置。

【請求項6】

前記スイッチは、前記誘導性負荷とグラウンドとの間に位置し、
前記スイッチの両端子間の電位差は、前記誘導性負荷と前記スイッチとの間の電位に基づいて取得される
請求項１に記載の保護装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、保護装置に関する。

【背景技術】

【0002】

誘導性負荷へ電力を供給するスイッチを保護する発明として、例えば特許文献１に開示された保護装置がある。この保護装置は、例えばショートの発生により誘導性負荷へ流れる電流が過電流検出の閾値を超えると、誘導性負荷へ電力を供給する半導体スイッチとしてのＦＥＴ（Field Effect Transistor）のゲートに対して、デューティ比が徐々に小さくなるようにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を出力し、最終的にＰＷＭ信号のデューティ比を０にする。これにより負荷へ流れる電流の変動が抑制され、ＦＥＴの破壊を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－９０３６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

誘導性負荷へ電力を供給する回路においては、スイッチをオフにして電力の供給を停止した場合、誘導性負荷の逆起電力によりスイッチの後段で負サージが発生する。特許文献１に開示された保護装置は、このような負サージに対応するため、スイッチの後段で誘導性負荷と並列にクランプダイオードを設けているが、クランプダイオードを設けることによりコストがかかる。また、負サージが大きい場合は、これに対応するため容量の大きくかつ大型のクランプダイオードが必要となるため、コストがかかるとともに保護装置が大型化する。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストおよび大型化を抑え、スイッチが誘導性負荷の逆起電力による負サージによって壊れるのを防ぐ保護装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、入力される制御信号に応じてオンまたはオフとなり、前記オンのときに電源からの電力を誘導性負荷へ供給し、前記オフのときに前記電源から前記誘導性負荷への電力供給を遮断するスイッチを制御するスイッチ制御部を有し、前記スイッチ制御部は、前記スイッチの前記電力の経路となる両端子間の電位差が、前記スイッチの耐圧値よりも小さい所定の保護閾値に達したと判定した場合、所定の期間だけ前記スイッチをオンにする保護制御信号を前記スイッチに出力する保護装置である。

【0007】

前記保護装置は、前記スイッチの両端子間の電位差を検出する電位差検出部を備えるものでもよい。

【0008】

前記スイッチ制御部は、前記誘導性負荷の前記電力の経路となる両端子間の電位差に基づいて、前記スイッチの両端子間の電位差が前記保護閾値に達したかを判定するものでもよい。

【0009】

前記保護装置は、前記スイッチの耐圧値よりも小さい基準電圧値に、前記スイッチに流れる電流値の増減に応じて絶対値が増減する負値の補正値を加算して、前記保護閾値を生成する加算部を備えるものでもよい。

【0010】

前記保護装置は、前記スイッチの両端子間の電位差を、前記スイッチに流れる電流値に基づいて算出する電位差算出部を備えるものでもよい。

【0011】

前記スイッチは、前記誘導性負荷とグラウンドとの間に位置し、前記スイッチの両端子間の電位差は、前記誘導性負荷と前記スイッチとの間の電位に基づいて取得されるものでもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、コストおよび大型化を抑え、スイッチが誘導性負荷の逆起電力による負サージによって壊れるのを防ぐことができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態１に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１における制御信号、Ｖｄｓ、および負荷電流の変化を示すタイムチャートである。

【図3】図３は、実施形態２に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、実施形態３に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、実施形態４に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。

【図6】図６は、実施形態５に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素については適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。

【0015】

［実施形態１］
（全体構成）
図１は、実施形態１に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。電気装置１０は、実施形態１に係る保護装置１と、電源２と、スイッチ３と、誘導性負荷４と、通常動作制御部５と、信号入力部６と、抵抗７ａ、７ｂと、を備えている。

【0016】

電気装置１０は、たとえば車両に搭載されている。電源２は、たとえば車両に搭載されるバッテリである。電源２が供給する電力は、スイッチ３を経由して誘導性負荷４へ供給される。

【0017】

スイッチ３は、たとえば、ＦＥＴやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチ素子３ａと、コンデンサ３ｂとを備えている。半導体スイッチ素子３ａはＮチャネルＭＯＳＦＥＴでもよい。コンデンサ３ｂは、半導体スイッチ素子３ａの寄生コンデンサを含むが、半導体スイッチ素子３ａと並列接続した外付けのコンデンサを含んでもよい。スイッチ３は、電力の経路となる両端子のうち一方の端子（たとえばドレイン端子）が電源２側に接続されており、両端子のうちもう一方の端子（たとえばソース端子）が誘導性負荷４側に接続されている。スイッチ３は、信号入力部６から半導体スイッチ素子３ａの制御端子（たとえばゲート端子）に入力される制御信号によってオンまたはオフとなり、オンのときに電源２からの電力を誘導性負荷４へ供給し、オフのときに電源２から誘導性負荷４への電力供給を遮断する。

【0018】

図１において、スイッチ３における電力の経路となる両端子間の電位差をＶｄｓで示している。

【0019】

誘導性負荷４は、たとえば車両において電源２から供給される電力で駆動する誘導性負荷であり、コイルを内蔵しているモータなどの機器である。誘導性負荷４は、グラウンドＧに接続されている。図１において、誘導性負荷４における電力の経路となる両端子間の電位差をＶＬで示している。

【0020】

通常動作制御部５は、たとえばマイクロコントローラを含んで構成されている。通常動作制御部５は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの上位装置から受け取った通常動作制御指令に応じて、信号入力部６を経由して半導体スイッチ素子３ａの制御端子に通常動作制御信号を出力する。ここで、通常動作とは、誘導性負荷４が搭載される対象（たとえば車両）においてその機能を発揮するために行う誘導性負荷４の動作である。通常動作制御信号とは、誘導性負荷４が通常動作を行うようにスイッチ３を動作させるための制御信号である。したがって、誘導性負荷４は、通常動作制御部５からの通常動作制御信号に従ってスイッチ３を経由して電力が供給されることによって、その機能を発揮すべく通常動作を行ない、電力供給が遮断されることによって通常動作を停止する。

【0021】

信号入力部６は、通常動作制御部５からの通常動作制御信号または保護装置１からの保護動作制御信号を半導体スイッチ素子３ａの制御端子に出力する。信号入力部６は、たとえばＯＲ回路を含んで構成されている。

【0022】

抵抗７ａは、たとえばゲート抵抗として機能する。抵抗７ｂは、たとえばゲート－ソース間抵抗として機能する。

【0023】

（保護装置の構成）
保護装置１は、電位差検出部１ａと、基準電圧発生部１ｂと、比較部１ｃと、保護動作制御部１ｄと、を備えている。保護動作制御部１ｄは、スイッチ制御部の一例である。

【0024】

電位差検出部１ａは、スイッチ３における電力の経路となる両端子間の電位差Ｖｄｓを検出する。電位差検出部１ａは、たとえば差動検出回路を含んで構成されている。

【0025】

基準電圧発生部１ｂは、後述するように実施形態１において保護閾値となる基準電圧を発生する。基準電圧発生部１ｂは、たとえば直流定電圧源を含んで構成されている。

【0026】

比較部１ｃは、電位差検出部１ａが検出した電位差Ｖｄｓの値と、基準電圧発生部１ｂが発生した基準電圧の値（保護閾値）とを比較し、その比較結果を保護動作制御部１ｄに出力する。比較部１ｃは、たとえば比較回路を含んで構成されている。

【0027】

保護動作制御部１ｄは、比較部１ｃから受け取った比較結果に基づいて、信号入力部６を経由して、保護動作制御信号を半導体スイッチ素子３ａの制御端子に出力する。ここで、保護動作とは、通常動作の終了時にスイッチ３をオフにして電力の供給を遮断した場合、誘導性負荷４の逆起電力により発生する負サージから、スイッチ３を保護するためのスイッチ３の動作である。保護動作制御信号とは、スイッチ３を保護動作させるための制御信号である。保護動作制御部１ｄは、たとえばマイクロコントローラを含んで構成されている。

【0028】

ここで、保護動作制御部１ｄは、比較部１ｃから受け取った比較結果に基づいて、スイッチ３の両端子間の電位差Ｖｄｓが、上述した保護閾値に達したと判定した場合、所定の期間だけスイッチ３をオンにする保護制御信号をスイッチ３に出力する。

【0029】

保護動作制御部１ｄの動作とこれによって得られる効果について、図２のタイムチャートを参照して説明する。図２は、図１における制御信号、Ｖｄｓ、および負荷電流の変化を示すタイムチャートである。

【0030】

図２において、制御信号のうち信号Ｓ１は通常動作制御信号である。時刻０から時刻ｔ１までは、スイッチ３にはオン信号である通常動作制御信号が入力されている。これにより、スイッチ３はオンとなっており、電力が誘導性負荷４に供給される。そして、誘導性負荷４には定常電流が流れる。一方、時刻０から時刻ｔ１においては、Ｖｄｓは、スイッチ３の半導体スイッチ素子３ａのオン抵抗などに応じた低い値となっている。

【0031】

時刻ｔ１において、通常動作制御信号がオフになると、誘導性負荷４の逆起電力により負サージが発生する。この負サージによって、スイッチ３のコンデンサ３ｂが充電されるので、Ｖｄｓは徐々に増加する。一方、負荷電流は、通常動作時に誘導性負荷４が蓄えたエネルギーがスイッチ３や誘導性負荷４によって消費されるので、低下する。

【0032】

その後、保護動作制御部１ｄは、Ｖｄｓが保護閾値（図２における保護電圧）に達したと判定したら、所定の期間だけスイッチ３をオンにする保護制御信号Ｓ２１を出力する。保護制御信号Ｓ２１は、たとえば図２に示すように所定のパルス幅を有する矩形状のパルス信号である。これにより、スイッチ３はオンとなり、コンデンサ３ｂが放電するとともに、Ｖｄｓは半導体スイッチ素子３ａののオン抵抗などに応じた低い値に低下する。

【0033】

ここで、保護制御信号Ｓ２１がオンである所定の期間は、コンデンサ３ｂの容量Ｃおよび内部抵抗（等価直列抵抗）ＥＳＲ、ならびに半導体スイッチ素子３ａのオン抵抗Ｒｏｎによって決まる時定数に応じて、コンデンサ３ｂが十分放電してＶｄｓが十分低くなるような適正な値とすることができる。たとえば、所定の期間を、コンデンサ３ｂが９５％以上放電するまでの時間にする場合は、当該所定の期間は上記時定数の３倍以上にする。すなわち、（所定の期間）≧Ｃ（Ｒｏｎ＋ＥＳＲ）３にする。

【0034】

また、保護閾値は、スイッチ３の耐圧値よりも小さい値に設定される。これにより、スイッチ３のＶｄｓが負サージによって過度に上昇することが抑制され、スイッチ３が破壊することが防止される。

【0035】

その後、保護制御信号Ｓ２１がオフになると、再び負サージが発生し、これによりＶｄｓは徐々に増加する。そこで、保護動作制御部１ｄは、Ｖｄｓが保護閾値に達したと判定したら、所定の期間だけスイッチ３をオンにする保護制御信号Ｓ２２を出力する。これにより、再びＶｄｓは低い値に低下する。

【0036】

その後も、保護動作制御部１ｄは、Ｖｄｓが保護閾値に達したと判定する度に、保護制御信号Ｓ２３～Ｓ２７を順次出力する。なお、パルス幅は、たとえば全ての保護制御信号Ｓ２１～Ｓ２７において等しいが、互いに異なるものが含まれていてもよい。また、図２に示すように負荷電流は徐々に低下するので、Ｖｄｓの上昇の傾きは徐々に小さくなる。

【0037】

そして、時刻ｔ２以降は、Ｖｄｓが保護閾値に達したと判定されないので、保護動作制御部１ｄは保護制御信号を出力しなくなる。

【0038】

以上のように構成された保護装置１によれば、スイッチ３が負サージによって壊れるのを防ぐことができる。また、保護装置１では、クランプダイオードが不要なので、コストおよび大型化が抑制される。

【0039】

また、保護装置１を備えた電気装置１０によれば、誘導性負荷４に蓄えられたエネルギーをスイッチ３自体ではあまり消費しない。したがって、スイッチ３の発熱が抑えられるので、誘導性負荷４の定格に対してスイッチ３の定格に過度にマージンを設ける必要がない。その結果、スイッチ３を適正に低コストかつ小型化できる。

【0040】

［実施形態２］
図３は、実施形態２に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。電気装置１０Ａは、図１に示す電気装置１０の構成において、保護装置１を、実施形態２に係る保護装置１Ａに置き換えた構成を有する。

【0041】

保護装置１Ａは、図１に示す保護装置１の構成において、電位差検出部１ａを、電位差検出部１Ａａに置き換えた構成を有する。

【0042】

電位差検出部１Ａａは、ダイオード１Ａａ１と、抵抗１Ａａ２と、ツェナーダイオード１Ａａ３とを含んで構成されている。ダイオード１Ａａ１は、アノードが電源２とスイッチ３との間に接続されており、カソードが抵抗１Ａａ２を経由してツェナーダイオード１Ａａ３のカソードに接続されている。ツェナーダイオード１Ａａ３のアノードは、スイッチ３と誘導性負荷４との間に接続されている。

【0043】

電位差検出部１Ａａは、誘導性負荷４における電力の経路となる両端子間の電位差ＶＬと、ツェナーダイオード１Ａａ３のツェナー電圧Ｖｚとを加算した値であるＶＬｓ（＝ＶＬ＋Ｖｚ）を比較部１ｃに出力する。

【0044】

比較部１ｃは、電位差検出部１ａが検出したＶＬｓの値と、基準電圧発生部１ｂが発生した基準電圧Ｖｔｈの値とを比較し、その比較結果を保護動作制御部１ｄに出力する。

【0045】

保護動作制御部１ｄは、比較部１ｃから受け取った比較結果に基づいて、スイッチ３の両端子間の電位差Ｖｄｓが保護閾値に達したと判定する。具体的には、ＶＬｓの値が基準電圧Ｖｔｈの値と等しい場合、Ｖｄｓが保護閾値に達したと判定する。

【0046】

すなわち、保護装置１Ａでは、保護動作制御部１ｄは、ＶＬに基づいて、Ｖｄｓが保護閾値に達したかを判定する。

【0047】

ここで、ツェナー電圧Ｖｚの値は、電源２の電源電圧Ｖｂと保護閾値Ｖｄｓｔｈと基準電圧Ｖｔｈとに基づいて設定される。例えば、Ｖｂが最大で１６Ｖ、保護閾値Ｖｄｓｔｈが２７Ｖであれば、ＶＬ＝Ｖｂ－Ｖｄｓｔｈ＝１６Ｖ－２７Ｖ＝－１１Ｖである。このとき、基準電圧Ｖｔｈが１Ｖであれば、Ｖｚは、Ｖｔｈ－ＶＬ＝１Ｖ－（－１１Ｖ）＝１２Ｖである。なお、逆に基準電圧Ｖｔｈを、ＶｂとＶｄｓとＶｚとに基づいて設定してもよい。

【0048】

保護装置１Ａによれば、保護装置１と同様に、スイッチ３が負サージによって壊れるのを防ぐことができ、保護装置１Ａのコストおよび大型化が抑制される。また、保護装置１Ａを備えた電気装置１０Ａによれば、スイッチ３を適正に低コストかつ小型化できる。

【0049】

［実施形態３］
図４は、実施形態３に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。電気装置１０Ｂは、図１に示す電気装置１０の構成において、保護装置１を、実施形態３に係る保護装置１Ｂに置き換えた構成を有する。

【0050】

保護装置１Ｂは、図１に示す保護装置１の構成に、電流検出部１ｅ、電圧変換部１ｆ、乗算部１ｇ、および加算部１ｈを追加した構成を有する。

【0051】

電流検出部１ｅは、スイッチ３の両端子間に流れる電流Ｉｄｓの値を検出し、電圧変換部１ｆに出力する。電流Ｉｄｓは、負荷に流れる負荷電流と等しい。

【0052】

電圧変換部１ｆは、入力された電流Ｉｄｓの検出値をこの検出値に比例する電圧値（正値）に変換し、乗算部１ｇに出力する。

【0053】

乗算部１ｇは、入力された電圧値に負値の係数を乗算して負値の補正値を生成し、加算部１ｈに出力する。

【0054】

基準電圧発生部１ｂは、基準電圧を発生し、加算部１ｈに出力する。基準電圧は、スイッチ３の耐圧値よりも小さい。

【0055】

加算部１ｈは、基準電圧発生部１ｂから入力された基準電圧の値に、乗算部１ｇから入力された負値の補正値を加算して、保護閾値を生成する。

【0056】

比較部１ｃは、電位差検出部１ａが検出した電位差Ｖｄｓの値と、基準電圧発生部１ｂが発生した保護閾値とを比較し、その比較結果を保護動作制御部１ｄに出力する。

【0057】

保護動作制御部１ｄは、比較部１ｃから受け取った比較結果に基づいて、信号入力部６を経由して、保護動作制御信号を半導体スイッチ素子３ａの制御端子に出力する。具体的には、保護動作制御部１ｄは、比較部１ｃから受け取った比較結果に基づいて、電位差Ｖｄｓが、上述した保護閾値に達したと判定した場合、所定の期間だけスイッチ３をオンにする保護制御信号をスイッチ３に出力する。

【0058】

ここで、電位差検出部１ａが電位差Ｖｄｓを検出してから、保護動作制御部１ｄが出力した保護動作制御信号によってスイッチ３がオンになるまでには、或る程度の遅延時間ｔｄが存在する。この遅延時間ｔｄが経過する間にも、電位差Ｖｄｓは上昇し続け保護閾値をオーバーするおそれがある。このような場合、スイッチ３の破壊を防止するために、スイッチ３の耐圧値に対して保護閾値を設定する場合に、予測されるオーバー量よりも大きな差を設ける（マージンを設ける）手法が考えられる。しかし、あまりマージンを大きくすると、スイッチ３の耐圧値に対して低すぎる電位差Ｖｄｓに達したときにスイッチ３をオンにしてしまうことになる。この場合、スイッチ３がオンの期間に消費されるエネルギーが比較的少なくなるので、図１に示すような負荷電流が０Ａに収まるまでに比較的時間が掛かることになる。

【0059】

本発明者らが鋭意検討したところ、オーバー量をＶｄｓ＿ｏｖｅｒとすると、以下の式（１）が成り立つので、Ｖｄｓ＿ｏｖｅｒは式（２）によって表すことができることを見出した。
Ｉｄｓ（ｔ）×ｔｄ＝Ｃ×Ｖｄｓ＿ｏｖｅｒ ・・・ （１）
Ｖｄｓ＿ｏｖｅｒ＝Ｉｄｓ（ｔ）×ｔｄ／Ｃ ・・・ （２）
なお、式（１）、（２）において、Ｃはスイッチ３のコンデンサ３ｂの容量である。

【0060】

式（２）から、Ｖｄｓ＿ｏｖｅｒはＩｄｓ（ｔ）の増減に応じて増減する、すなわち、Ｉｄｓ（ｔ）が大きくなるとＶｄｓ＿ｏｖｅｒも大きくなり、Ｉｄｓ（ｔ）が小さくなるとＶｄｓ＿ｏｖｅｒも小さくなる。

【0061】

そこで、実施形態２に係る保護装置１Ｂでは、基準電圧値に、Ｉｄｓ（ｔ）の増減に応じて絶対値が増減する負値の補正値を加算して、保護閾値としている。これにより、保護閾値は、図２の時刻ｔ２の直後のようにＩｄｓ（ｔ）が大きくＶｄｓ＿ｏｖｅｒが大きい場合は、基準電圧値に対してより低くなる。その結果、スイッチ３の耐圧値に対する保護閾値のマージンは大きくなるので、Ｖｄｓ＿ｏｖｅｒが大きくてもＶｄｓが耐圧値に達しにくくなる。その後、Ｉｄｓ（ｔ）が徐々に小さくなると、Ｖｄｓ＿ｏｖｅｒも小さくなるが、このとき補正値の絶対値も徐々に小さくなるので、保護閾値は徐々に大きくなる。その結果、スイッチ３の耐圧値に対する保護閾値のマージンは小さくなる。

【0062】

このように、保護装置１Ｂでは、Ｖｄｓ＿ｏｖｅｒの大きさに応じて保護閾値の値が適正に変化するので、遅延時間ｔｄによるＶｄｓ＿ｏｖｅｒの発生の問題を解決できるととに、負荷電流が０Ａに収まるまでに掛かる時間が過度に長くなることが抑制される。また、スイッチ３として、基準電圧値に対してマージンを取るために耐圧値が過度に大きいものを用いなくてもよいので、スイッチ３をより適正に低コストかつ小型化することができる。

【0063】

また、保護装置１Ｂによれば、保護装置１と同様に、スイッチ３が負サージによって壊れるのを防ぐことができ、保護装置１Ｂのコストおよび大型化が抑制されるとともに、スイッチ３を適正に低コストかつ小型化できる。

【0064】

［実施形態４］
図５は、実施形態４に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。電気装置１０Ｃは、図１に示す電気装置１０の構成において、保護装置１を、実施形態４に係る保護装置１Ｃに置き換えた構成を有する。

【0065】

保護装置１Ｃは、図１に示す保護装置１の構成において、電流検出部１ｅを追加し、電位差検出部１ａを電位差算出部１ｉに置き換えた構成を有する。

【0066】

電流検出部１ｅは、スイッチ３の両端子間に流れる電流Ｉｄｓの値を検出し、電位差算出部１ｉに出力する。

【0067】

電位差算出部１ｉは、入力された電流Ｉｄｓの検出値に基づいて、電位差Ｖｄｓを算出し、比較部１ｃに出力する。電位差算出部１ｉは、たとえば積分回路を含んで構成されている。

【0068】

比較部１ｃは、電位差算出部１ｉが算出した電位差Ｖｄｓの値と、基準電圧発生部１ｂが発生した基準電圧の値（保護閾値）とを比較し、その比較結果を保護動作制御部１ｄに出力する。

【0069】

保護動作制御部１ｄは、比較部１ｃから受け取った比較結果に基づいて、電位差Ｖｄｓが、上述した保護閾値に達したと判定した場合、所定の期間だけスイッチ３をオンにする保護制御信号をスイッチ３に出力する。

【0070】

電位差算出部１ｉの動作についてより具体的に説明する。本発明者らが鋭意検討したところ、電位差Ｖｄｓについては、以下の式（３）が成り立つので、Ｖｄｓは式（４）によって表すことができる。なお、ｔはスイッチ３がオフの時間である。
∫Ｉｄｓ（ｔ）ｄｔ＝Ｃ×Ｖｄｓ ・・・ （３）
Ｖｄｓ＝∫Ｉｄｓ（ｔ）ｄｔ／Ｃ ・・・ （４）
なお、式（３）、（４）において、Ｃはスイッチ３のコンデンサ３ｂの容量である。

【0071】

そこで、電位差算出部１ｉは、入力された電流Ｉｄｓの検出値に基づいて式（４）に示すような積分演算を実行し、電位差Ｖｄｓを算出する。なお、電位差算出部１ｉの積分回路は、たとえばスイッチ３がオンの期間に、保護動作制御部１ｄからのリセット信号によってリセットされる。

【0072】

保護装置１Ｃによれば、保護装置１と同様に、スイッチ３が負サージによって壊れるのを防ぐことができ、保護装置１Ｃのコストおよび大型化が抑制されるとともに、スイッチ３を適正に低コストかつ小型化できる。

【0073】

また、保護装置１Ｃによれば、電位差算出部１ｉを、簡易な積分演算を実行できる要素で構成できるので、構成や実施が比較的容易である。

【0074】

［実施形態５］
図６は、実施形態５に係る保護装置を備えた電気装置の構成を示すブロック図である。電気装置１０Ｄは、図１に示す電気装置１０の構成において、スイッチ３と誘導性負荷４との配置を入れ替え、保護装置１を、実施形態５に係る保護装置１Ｄに置き換えた構成を有する。

【0075】

具体的には、電気装置１０Ｄにおいては、スイッチ３は誘導性負荷４とグラウンドＧとの間に位置する。すなわち、スイッチ３は、電力の経路となる両端子のうち一方の端子（たとえばドレイン端子）が誘導性負荷４側に接続されており、両端子のうちもう一方の端子（たとえばソース端子）がグラウンドＧ側に接続されている。このような配置は、スイッチ３が誘導性負荷４の低電圧側に接続されるので、ローサイドスイッチとも呼ばれる。一方、実施形態１～４のような配置は、スイッチ３が誘導性負荷４の高電圧側に接続されるので、ハイサイドスイッチとも呼ばれる。

【0076】

また、保護装置１Ｄは、図１に示す保護装置１の構成において、電位差検出部１ａを電位差検出部１ｊに置き換えた構成を有する。

【0077】

電位差検出部１ｊは、誘導性負荷４とスイッチ３との間の電位を検出する。スイッチ３の端子（たとえばソース端子）がグラウンドＧ側に接続されているので、検出された電位は、スイッチ３の電位差Ｖｄｓに相当する。電位差検出部１ｊは、たとえば分圧回路を含んで構成されている。

【0078】

比較部１ｃは、電位差検出部１ａが検出した電位差Ｖｄｓの値と、基準電圧発生部１ｂが発生した基準電圧の値（保護閾値）とを比較し、その比較結果を保護動作制御部１ｄに出力する。

【0079】

保護動作制御部１ｄは、比較部１ｃから受け取った比較結果に基づいて、電位差Ｖｄｓが、上述した保護閾値に達したと判定した場合、所定の期間だけスイッチ３をオンにする保護制御信号をスイッチ３に出力する。

【0080】

保護装置１Ｄによれば、保護装置１と同様に、スイッチ３が負サージによって壊れるのを防ぐことができ、保護装置１Ｄのコストおよび大型化が抑制されるとともに、スイッチ３を適正に低コストかつ小型化できる。

【0081】

なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施形態３のように補正値を用いて保護閾値を生成する構成を他の実施形態と組み合わせてもよいし、実施形態５のようなローサイドスイッチの配置において他の実施形態の構成を適用してもよい。

【0082】

また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0083】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ ：保護装置
１ａ、１Ａａ、１ｊ ：電位差検出部
１ｂ ：基準電圧発生部
１ｃ ：比較部
１ｄ ：保護動作制御部
１ｅ ：電流検出部
１ｆ ：電圧変換部
１ｇ ：乗算部
１ｈ ：加算部
１ｉ ：電位差算出部
１Ａａ１ ：ダイオード
１Ａａ２、７ａ、７ｂ ：抵抗
１Ａａ３ ：ツェナーダイオード
２ ：電源
３ ：スイッチ
３ａ ：半導体スイッチ素子
３ｂ ：コンデンサ
４ ：誘導性負荷
５ ：通常動作制御部
６ ：信号入力部
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ ：電気装置
Ｇ ：グラウンド
Ｓ１ ：信号
Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７ ：保護制御信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】