特表 2024-504799 過電圧保護回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-01

(54)【発明の名称】過電圧保護回路

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/20 20060101AFI20240125BHJP

【ＦＩ】

H02H3/20 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023546086

(86)(22)【出願日】2022-01-24

(85)【翻訳文提出日】2023-07-28

(86)【国際出願番号】 KR2022001261

(87)【国際公開番号】W WO2022164163

(87)【国際公開日】2022-08-04

(31)【優先権主張番号】10-2021-0012392

(32)【優先日】2021-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517099982

【氏名又は名称】エルジー イノテック カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100159259

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 実

(72)【発明者】

【氏名】クォン キ ヒョン

(72)【発明者】

【氏名】ナ ホ チュン

【テーマコード（参考）】

5G004

【Ｆターム（参考）】

5G004AA04

5G004AB02

5G004DA04

5G004DC06

5G004EA01

(57)【要約】

本発明の一実施例に係る過電圧保護回路は、電源が入力される入力端と負荷に電源を出力する出力端、前記入力端と前記出力端との間に位置し、ターンオフ時に前記負荷への出力を遮断する第１スイッチ、前記入力端に接続されて過電圧を感知して導通する第１ツェナーダイオード、前記第１ツェナーダイオード導通時にターンオンされる第２スイッチ、および前記第１スイッチがターンオン時、ターンオンされる第３スイッチを含み、前記第１スイッチは、前記入力端に入力される電源によってターンオンされ、前記第３スイッチがターンオン時にターンオフされる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源が入力される入力端と負荷に電源を出力する出力端と、
前記入力端と前記出力端との間に位置し、ターンオフ時に前記負荷への出力を遮断する第１スイッチと、
前記入力端に接続されて過電圧を感知して導通する第１ツェナーダイオードと、
前記第１ツェナーダイオード導通時にターンオンされる第２スイッチと、
前記第１スイッチがターンオン時、ターンオンされる第３スイッチと、を含み、
前記第１スイッチは、
前記入力端に入力される電源によってターンオンされ、前記第３スイッチがターンオン時にターンオフされることを特徴とする過電圧保護回路。

【請求項2】

前記第１スイッチはＰＭＯＳであり、
前記第１ツェナーダイオードのカソードは、前記第１スイッチのドレーンと接続され、
前記第１ツェナーダイオードのアノードは、直列に接続される第１抵抗および第２抵抗を介してグラウンドと接続されることを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護回路。

【請求項3】

前記第２スイッチはＮＭＯＳであり、
前記第２スイッチのゲートは、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間のノードに接続され、
前記第２スイッチのソースは、グラウンドと接続され、
前記第２スイッチのドレーンは、直列に接続される第３抵抗および第４抵抗と接続されることを特徴とする請求項２に記載の過電圧保護回路。

【請求項4】

前記第３スイッチはＰＭＯＳであり、
前記第３スイッチのゲートは、前記第３抵抗および前記第４抵抗の間のノードに接続され、
前記第３スイッチのソースは、第５抵抗を介してグラウンドと接続され、
前記第３スイッチのドレーンは、前記第１スイッチのドレーンと接続されることを特徴とする請求項３に記載の過電圧保護回路。

【請求項5】

前記第１スイッチのゲートは、前記第３スイッチのソースおよび前記第５抵抗の間のノードに接続され、
前記第１スイッチのソースは、前記出力端と接続され、
前記第１スイッチのドレーンは、前記入力端と接続されることを特徴とする請求項４に記載の過電圧保護回路。

【請求項6】

前記第１スイッチのゲートおよびドレーンの間にそれそれ並列に接続される第６抵抗および第２ツェナーダイオードを含むことを特徴とする請求項５に記載の過電圧保護回路。

【請求項7】

前記第５抵抗の値が、前記第６抵抗の値より大きく、
前記第１スイッチは、前記入力端に電源入力時に、前記第５抵抗および前記第６抵抗の電圧分配によってターンオンされることを特徴とする請求項６に記載の過電圧保護回路。

【請求項8】

前記第２ツェナーダイオードは、前記第１スイッチのゲートに印加される過電圧を検出することを特徴とする請求項６に記載の過電圧保護回路。

【請求項9】

前記入力端は、
バッテリーまたは前記バッテリーを充電するＤＣ－ＤＣコンバータから電源の入力を受けることを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護回路。

【請求項10】

前記出力端は、
バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と接続されることを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過電圧保護回路に関し、より具体的に瞬間的な過電圧および連続的な過電圧を遮断して負荷を保護する過電圧保護回路に関する発明である。

【背景技術】

【0002】

電気車両のように、バッテリー電源を利用する装置の場合、高電圧が入力される時、内部を保護する過電圧保護回路が適用される。図１は、マイルドハイブリッド車両（ｍＨＥＶ）に適用される過電圧保護回路であり、１２Ｖバッテリーと４８Ｖバッテリーの４８Ｖ電圧を１２Ｖに変換するＤＣ－ＤＣコンバータから電源の入力を受けて、バッテリー管理装置（ＢＭＳ）に出力して、過電圧を保護するために、ツェナーダイオードを利用する。

【0003】

基本ＫＬ３０電源（１２Ｖバッテリー）を使用するＢＭＳ場合、入力に対する過電圧保護回路はツェナーダイオード（Ｄ３）を利用して、入力過電圧（Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）発生時、過電圧を制限（ｃｌａｍｐｉｎｇ）してＢＭＳを保護する。マイルドハイブリッドカー４８Ｖシステムでも、上記と同様にＢＭＳは、ＫＬ３０電源の入力を受け、４８Ｖ／１２Ｖ ＤＣ－ＤＣコンバータで、ＫＬ３０バッテリーを充電して、ＫＬ３０電源を使用する負荷に電源を供給する。

【0004】

この時、４８／１２Ｖ ＤＣ－ＤＣコンバータに故障が発生して、４０Ｖ ＯＶＰ（ｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）が発生する場合、これと接続される負荷である電気装置に損傷（ｄａｍａｇｅ）が発生しないべきである。図１のように、ツェナーダイオードを利用する場合、瞬間ＯＶＰは遮断できるが、連続的なＯＶＰによって、ツェナーダイオードは、連続電圧クランピングを行う場合、正格電力損失（ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）過多によって、損傷が発生することになって、連続的に入力される４０Ｖ以上ＯＶＰは保護できない問題がある。

【0005】

図２は、ツェナーダイオードでないレギュレーター（ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）を利用する過電圧保護回路で、レギュレーターを利用する場合でも、連続的なＯＶＰが印加される場合、正格電力損失（Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）過多によって、損傷が発生することになって、連続的に入力されるＯＶＰは保護できない問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする技術的課題は、瞬間的な過電圧および連続的な過電圧を遮断して負荷を保護する過電圧保護回路に関する発明である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記技術的課題を解決するために、本発明の一実施例に係る過電圧保護回路は、電源が入力される入力端と負荷に電源を出力する出力端と、前記入力端と前記出力端との間に位置し、ターンオフ時に前記負荷への出力を遮断する第１スイッチと、前記入力端に接続されて過電圧を感知して導通する第１ツェナーダイオードと、前記第１ツェナーダイオード導通時にターンオンされる第２スイッチと、前記第１スイッチがターンオン時に、ターンオンされる第３スイッチを含み、前記第１スイッチは、前記入力端に入力される電源によってターンオンされ、前記第３スイッチがターンオン時にターンオフされる。

【0008】

また、前記第１スイッチは、ＰＭＯＳで、前記第１ツェナーダイオードのカソードは、前記第１スイッチのドレーンと接続され、前記第１ツェナーダイオードのアノードは、直列に接続される第１抵抗および第２抵抗を介してグラウンドと接続されてもよい。

【0009】

また、前記第２スイッチは、ＮＭＯＳで、前記第２スイッチのゲートは、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間のノードに接続され、前記第２スイッチのソースは、グラウンドと接続され、前記第２スイッチのドレーンは。直列に接続される第３抵抗および第４抵抗と接続されてもよい。

【0010】

また、前記第３スイッチは、ＰＭＯＳで、前記第３スイッチのゲートは、前記第３抵抗および前記第４抵抗の間のノードに連結され、前記第３スイッチのソースは、第５抵抗を介してグラウンドと接続され、前記第３スイッチのドレーンは、前記第１スイッチのドレーンと接続されてもよい。

【0011】

また、前記第１スイッチのゲートは、前記第３スイッチのソースおよび前記第５抵抗の間のノードに接続され、前記第１スイッチのソースは、前記出力端と接続され、前記第１スイッチのドレーンは、前記入力端と接続されてもよい。

【0012】

また、前記第１スイッチのゲートおよびドレーンの間に、それそれ並列に接続される第６抵抗および第２ツェナーダイオードを含むことができる。

【0013】

また、前記第５抵抗の値が、前記第６抵抗の値よりも大きく、前記第１スイッチは、前記入力端に電源入力時、前記第５抵抗および前記第６抵抗の電圧分配によってターンオンできる。

【0014】

また、前記第２ツェナーダイオードは、前記第１スイッチのゲートに印加される過電圧を検出することができる。

【0015】

また、前記入力端は、バッテリーまたは前記バッテリーを充電するＤＣ－ＤＣコンバータから電源の入力を受けることができる。

【0016】

また、前記出力端は、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と接続されてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明の実施例によると、瞬間的な過電圧だけでなく連続的な過電圧を遮断することができる。簡単な回路構成を介して実現することによって、ＰＣＢ空間活用に容易で、回路を追加するにも低費用で実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の比較実施例に係る過電圧保護回路を示した図。

【図2】本発明の比較実施例に係る過電圧保護回路を示した図。

【図3】本発明の一実施例に係る過電圧保護回路のブロック図。

【図4】本発明の実施例に係る過電圧保護回路の回路図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

【0020】

但し、本発明の技術思想は、説明される一部の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現することができ、本発明の技術思想の範囲内であれば、実施例間でその構成要素のうちの一つ以上を選択的に結合または置換して使用することができる。

【0021】

また、本発明の実施例で使用される用語（技術および科学的用語を含む）は、明らかに特別に定義されて記述されない限り、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に一般的に理解できる意味と解釈することができ、予めに定義された用語のように一般的に使用される用語は、関連技術の文脈上の意味を考慮してその意味を解釈することができるであろう。

【0022】

また、本発明の実施例で使用された用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。

【0023】

本明細書において、単数形は文面で特に言及しない限り複数形も含むことができ、「Ａおよび（と）Ｂ、Ｃのうち少なくとも一つ（または一個以上）」と記載される場合、Ａ、Ｂ、Ｃで組み合わせられるすべての組み合わせのうち一つ以上を含むことができる。

【0024】

また、本発明の実施例の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、(ａ)、（ｂ）等の用語を用いることができる。このような用語は、その構成要素を別の構成要素と区別するためのものだけであって、その用語によって該当構成要素の本質や順番または順序などに限定されない。

【0025】

なお、ある構成要素が別の構成要素に「連結」、「結合」、または「接続」されると記載された場合、その構成要素はその別の構成要素に直接的に「連結」、「結合」、または「接続」される場合だけでなく、その構成要素とその別の構成要素との間にあるさらに別の構成要素によって「連結」、「結合」、または「接続」される場合も含むことができる。

【0026】

また、各構成要素の「上（の上）」または「下（の下）」に形成または配置されると記載される場合、「上（の上）」または「下（の下）」は、二つの構成要素が互いに直接接触する場合だけでなく、一つ以上のさらに別の構成要素が二つの構成要素の間に形成または配置される場合も含む。また、「上（の上）」または「下（の下）」で表現される場合、一つの構成要素を基準に上側方向だけでなく下側方向の意味も含むことができる。

【0027】

図３は、本発明の一実施例に係る過電圧保護回路のブロック図で、図４は、本発明の実施例に係る過電圧保護回路の回路図である。

【0028】

本発明の一実施例に係る過電圧保護回路１００は、入力端１１０、出力端１２０、第１スイッチ１３０、第１ツェナーダイオード１４０、第２スイッチ１５０、第３スイッチ１６０で構成され、第２ツェナーダイオード、ダイオードおよび抵抗を含むことができる。

【0029】

入力端１１０は、電源が入力され、出力端１２０は負荷に電源を出力する。過電圧保護回路は、入力端１１０に入力された電源を出力端１２０を介して負荷に出力するが、過電圧が発生する場合、負荷に過電圧電源が出力されないようにする。

【0030】

ここで、入力端１１０は、バッテリーまたは前記バッテリーを充電するＤＣ－ＤＣコンバータから電源の入力を受けることができ、出力端１２０は、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と接続されている。本発明の実施例に係る過電圧保護回路１００は、バッテリー電源を負荷に印加時発生する過電圧から負荷を保護することができる。例えば、マイルドハイブリッドカー（ｍＨＥＶ）で、バッテリー電源がバッテリー管理装置（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＢＭＳ）に入力される時、過電圧発生時バッテリー管理装置を保護する役割をすることができる。ここで、バッテリー管理装置は、バッテリーの充放電を走行状態に応じて管理する装置である。マイルドハイブリッドカーの場合、バッテリー管理装置に１２Ｖバッテリーの電源が印加されるだけでなく４８Ｖシステムにより４８Ｖ／１２Ｖ ＤＣ－ＤＣコンバータを介して変換された電源が印加されることができる。

【0031】

ショートなどの故障によって１２ＶバッテリーやＤＣ－ＤＣコンバータから瞬間的な過電圧が発生する場合、ツェナーダイオードで保護が可能であるが、ＤＣ－ＤＣコンバータの故障によって電圧変換が正常に行われない場合、定格電圧である１２Ｖよりも大きい電圧が連続的に入力されることができる。例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータで４０Ｖ以上の過電圧を有する電源が入力されることができ、この場合、ツェナーダイオードに損傷が発生することにより負荷を保護し難い。これを解決するために、本発明の実施例に係る過電圧保護回路１００は、複数のスイッチを利用する。

【0032】

第１スイッチ１３０は、前記入力端と前記出力端との間に位置し、ターンオフ時に前記負荷への出力を遮断する。第１スイッチ１３０は、入力端１１０と出力端１２０との間、即ち、入力ラインに接続され、入力端１１０と出力端１２０との間を接続したり接続を遮断する役割をする。第１スイッチ１３０が、ターンオフされると、入力端１１０と出力端１２０の接続が遮断され、出力端１２０を通した負荷への電源出力が遮断されて、過電圧から負荷を保護することができる。

【0033】

第１スイッチ１３０は、入力端１１０に電源が入力されると、入力端１１０に入力される電源によってターンオンされる。第１スイッチ１３０は、ＰＭＯＳであってもよく、入力端１１０に入力される電源を利用して、第１スイッチ１３０のゲートにゲート電圧よりも大きい電圧を印加してターンオンされるようにする。第１スイッチ１３０～第３スイッチ１６０は、ＭＯＳＦＥＴでなく受動素子など様々なスイッチング素子で形成してもよい。

【0034】

電圧が正常範囲にある場合、第１スイッチ１３０は、ターンオンされた以後、オン状態を維持する。しかし、過電圧が発生する場合、第１ツェナーダイオード１４０、第２スイッチ１５０、第３スイッチ１６０を利用して、第１スイッチ１３０がターンオフされるようにする。

【0035】

第１ツェナーダイオード１４０は、入力端１１０に接続されて過電圧を感知して導通する。ツェナーダイオード（Ｚｅｎｅｒ Ｄｉｏｄｅ）は、ＰＮ接合ダイオードで、非常に低く一定の降伏電圧（ツェナー電圧）特性を有しており、逆方向にツェナー電圧以上の電圧がかかると電流が流れる。このような特性を利用して、入力端１１０に印加される過電圧を感知する役割をする。

【0036】

第１ツェナーダイオード１４０は、入力端１１０に分岐されて接続され、入力端にツェナー電圧以上の過電圧が印加されると、電流がグラウンドに流れるように経路を形成し、過電圧が出力端１２０でなくグラウンドに流れるようにする。これにより、過電圧から負荷を保護することができる。しかし、連続的な過電圧が印加される場合、第１ツェナーダイオード１４０に損傷が発生する可能性があり、損傷が発生した場合、正常な過電圧保護が行われなくなるため、連続的な過電圧を遮断するために、第１スイッチ１３０をターンオフさせなければならない。

【0037】

第２スイッチ１５０は、第１ツェナーダイオード１４０導通時にターンオンされ、第３スイッチ１６０は、第１スイッチ１３０がターンオン時、ターンオンされ、第３スイッチ１６０がターンオンされると、第１スイッチ１３０がターンオフされる。第１ツェナーダイオード１４０導通→第２スイッチ１５０ターンオン→第３スイッチ１６０ターンオン→第１スイッチ１３０ターンオフにより過電圧が発生すると、第１スイッチ１３０がターンオフされて負荷を保護する過程が行われる。

【0038】

第１スイッチ１３０はＰＭＯＳで、第１ツェナーダイオード１４０のカソードは、第１スイッチ１３０のドレーンと接続され、第１ツェナーダイオード１４０のアノードは、直列に連結される第１抵抗および第２抵抗を介してグラウンドと接続されてもよい。第１ツェナーダイオード１４０が、過電圧によって導通されると、電流が第１抵抗および第２抵抗を介してグラウンドに抜ける。

【0039】

第２スイッチ１５０はＮＭＯＳで、第２スイッチ１５０のゲートは、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間ノードに接続され、第２スイッチ１５０のソースは、グラウンドと接続され、第２スイッチ１５０のドレーンは、直列に接続される第３抵抗および第４抵抗と接続することができる。ＮＭＯＳはゲート－ソース電圧が閾値より高いとターンオンされ、ゲート－ソース電圧が閾値より低いとターンオフされる。第１ツェナーダイオード１４０が導通しないと、第２抵抗によってグラウンドと接続され、第２スイッチ１５０のゲート－ソース電圧が閾値より低く、オフ状態を維持する。過電圧によって、第１ツェナーダイオード１４０が導通されて第１抵抗および第２抵抗に電流が流れると、第１抵抗と第２抵抗に過電圧が分配されてかかるようになり、第２抵抗にかかる電圧が第２スイッチ１５０のゲートに印加され、第２スイッチ１５０のゲート－ソース電圧が閾値より高くなり、第２スイッチ１５０がターンオンされる。第２抵抗にかかる電圧が第２スイッチのゲート－ソース電圧に該当するが、過電圧の大きさがしきい値以上である時、第２スイッチ１５０がターンオンされるように第１抵抗と第２抵抗の抵抗値を設定することができる。例えば、第１ツェナーダイオード１４０のツェナー電圧が３０Ｖの時、過電圧が４０Ｖ以上であればこれを遮断するように設定し、第２スイッチ１５０のゲート－ソース電圧の閾値は５Ｖである場合、過電圧が４０Ｖであれば、第１ツェナーダイオード１４０に３０Ｖがかかり、第１抵抗と第２抵抗の大きさを同じに設定すれば、第２抵抗には５Ｖがかかり第２スイッチ１５０をターンオンさせることができる。追加されるダイオードや素子による電圧損失、誤差などを考慮して、第１抵抗と第２抵抗の値を設定したり、使用者によって設定されてもよい。第２スイッチ１５０がターンオンされると、第３抵抗および第４抵抗に電流が流れる。

【0040】

第３スイッチ１６０はＰＭＯＳで、第３スイッチ１６０のゲートは、前記第３抵抗および前記第４抵抗の間のノードに接続され、第３スイッチ１６０のソースは、第５抵抗を介してグラウンドに接続され、第３スイッチ１６０のドレーンは、第１スイッチ１３０のドレーンに接続されてもよい。ＰＭＯＳは、ゲート－ソース電圧が閾値より高いとターンオフされ、ゲート－ソース電圧が閾値より低いとターンオンされる。第２スイッチ１５０がオフ状態である場合、第３スイッチのゲートは、第３抵抗によって入力端１１０と接続されるが、第３スイッチ１６０のゲート－ソース電圧が閾値より高く、オフ状態を維持する。過電圧によって、第１ツェナーダイオード１４０が導通し、第２スイッチ１５０がターンオンなつて第３抵抗および第４抵抗に電圧がかかると、第３抵抗および第４抵抗の電圧分配によって、ゲート電圧が低くなり、それにより第３スイッチ１６０のゲート－ソース電圧が閾値より低くなり、第３スイッチ１６０がターンオンされる。

【0041】

第１スイッチ１３０のゲートは、第３スイッチ１６０のソースおよび前記第５抵抗の間のノードに接続され、第１スイッチ１３０のソースは、出力端１２０に接続され、第１スイッチ１３０のドレーンは、入力端１１０に接続され、第１スイッチ１３０のゲートおよびドレーンの間には、第６抵抗および第２ツェナーダイオードがそれそれ並列に接続されてもよい。ここで、前記第５抵抗の値が前記第６抵抗の値より大きく、前記第１スイッチ１３０は、前記入力端に電源入力時、前記第５抵抗および前記第６抵抗の電圧分配によってターンオンすることができる。

【0042】

入力端に正常範囲の電圧を有する電源が印加されると、第５抵抗および第６抵抗に電流が流れ、第５抵抗および第６抵抗の間のノードに接続される第１スイッチ１３０のゲートに電圧が印加され、この時、第５抵抗および第６抵抗の電圧分配によって、第６抵抗にかかる電圧が閾値より低くなるように設定することができる。これにより、第１スイッチ１３０のゲート－ソース電圧が閾値より低くなり、第１スイッチ１３０がターンオンされる。第１スイッチ１３０がターンオンされると、入力端１１０に入力された電源が出力端１２０を介して負荷出力される。

【0043】

この時、電圧が正常範囲である時、第１スイッチ１３０のゲート－ソース電圧が閾値より低くなるように第５抵抗の値と第６抵抗の値を設定することができる。入力端１１０に入力される電圧、第１スイッチ１３０のゲート－ソース電圧の閾値、第５抵抗および第６抵抗にかかる電圧の大きさに応じて設定することができる。例えば、正常範囲でバッテリー電圧１２Ｖが入力される状況で、第１スイッチ１３０のゲート－ソース電圧の閾値が５Ｖである場合、第１スイッチ１３０のゲート－ソース電圧は、第６抵抗にかかる電圧になるが、第６抵抗よりも第５抵抗にかかる電圧がより大きくなければ、第１スイッチ１３０のゲート－ソース電圧が閾値より低くなり、第１スイッチ１３０をターンオンさせることができる。このために、第５抵抗の値が第６抵抗の値より大きく設定することができる。

【0044】

正常動作時、第１スイッチ１３０のゲートを保護するために、第２ツェナーダイオードを接続して、第２ツェナーダイオードは、第１スイッチ１３０のゲートに印加される過電圧を検出して、過電圧発生時、第１スイッチ１３０のゲートに過電圧が印加されるのを遮断することができる。過電圧発生時、第１ツェナーダイオード１４０、第２スイッチ１５０、第３スイッチ１６０の動作によって、第１スイッチ１３０がオフされるまで時間がかかることがあるため、第１スイッチ１３０のゲート保護のために、第１スイッチ１３０のゲートおよびソースの間に第２ツェナーダイオードを接続する。

【0045】

過電圧が発生して第１ツェナーダイオード１４０が導通され、第２スイッチ１５０がターンオンされると、第３スイッチ１６０がターンオンされる。第３スイッチ１６０がターンオンされると、第６抵抗でなく第３スイッチ１６０の経路に沿って電流が流れる。第６抵抗を介して、第１スイッチ１３０のゲートとソースが接続される場合、第１スイッチ１３０のソースの電圧がゲートの電圧より高く、第１スイッチ１３０のゲート－ソース電圧はロー（ＬＯＷ）で第１スイッチ１３０がオン状態を維持する、第３スイッチ１６０がターンオンされると、第３スイッチ１６０のターンオンによって、第１スイッチ１３０のソースとゲートの電位差が低くなり、第１スイッチ１３０のゲート－ソース電圧は閾値より高くなり、これによりハイ（ＨＩＧＨ）となり、第１スイッチ１３０がターンオフされる。

【0046】

本発明の実施例に係る過電圧保護回路１００は、図４のような回路で実施することができる。

【0047】

本発明の実施例に係る過電圧保護回路１００は、１２Ｖバッテリー２２０で形成されるＫＬ３０電源と４８Ｖ／１２Ｖ ＤＣ－ＤＣコンバータ２１０から電源の入力を受けてバッテリー管理装置であるＢＭＳ２３０に電源を出力することができる。過電圧からＢＭＳ２３０を保護するために、本発明の実施例に係る過電圧保護回路１００は、第１ツェナーダイオード１４０であるＤ１、第１スイッチ１３０であるＭ１、第２スイッチ１５０であるＭ２、第３スイッチ１６０であるＭ３を含み、ダイオードＤ３、第２ツェナーダイオードＤ２、および第１抵抗であるＲ１、第２抵抗であるＲ２、第３抵抗であるＲ３、第４抵抗であるＲ４、第５抵抗であるＲ５、第６抵抗であるＲ６を含むことができる。

【0048】

入力端を介して電源が入力されると、Ｄ３およびＭ１を経て出力端に出力される。ここで、Ｄ３は逆方向、即ち、入力端に電源が出力されるのを防止する。Ｄ１は、過電圧を検出して遮断するために、過電圧範囲でツェナー電圧が設定されることができる。例えば、入力電圧の正常範囲が１２Ｖの時、ツェナー電圧は２７Ｖ～２８Ｖに設定することができる。これは要求される仕様や使用者によって設定することができる。

【0049】

正常電圧が印加される場合、Ｄ１はダイオード特性により導通されず、Ｍ２のゲート－ソース電圧が閾値より低いため、オフ状態を維持する。Ｍ２がオフ状態であれば、Ｍ３はＲ３を介してゲートに高い電圧がかかり、ゲート－ソース電圧が閾値より高くなり、オフ状態になる。Ｍ３がオフ状態であれば、Ｍ１は、Ｒ６とＲ５の電圧分配によりゲート－ソース電圧はＲ６にかかる電圧になり、Ｒ６にＭ１のゲート－ソース電圧の閾値より低くなるようにＲ６とＲ５の抵抗値を設定して、Ｍ１がターンオンされるようにすることができる。これにより、電圧が正常範囲で、Ｄ１未導通、Ｍ２、Ｍ３はオフ、Ｍ１はターンオンして、正常電圧の電源がＢＭＳ２３０に出力されるようにすることができる。Ｄ２は、Ｍ１に過電圧が印加されることを検出して防止する役割をする。

【0050】

正常動作中Ｄ１のツェナー電圧以上の過電圧が発生すると、Ｄ１が導通され、Ｒ１およびＲ２の電圧分配によりＲ２にかかる電圧がＭ２のゲート－ソース電圧になるが、Ｒ２にかかる電圧がＭ２のゲート－ソース電圧より大きくなると、Ｍ２がターンオンされる。過電圧の大きさがしきい値以上の時、Ｍ２をターンオンするようにしきい値に応じてＲ１およびＲ２の値を設定することができる。

【0051】

Ｍ２がターンオンされると、Ｒ３およびＲ４に電流が流れ、Ｒ４によりＭ３のゲート電圧が低くなり、Ｍ３のゲート－ソース電圧が閾値より低くなってターンオンされる。Ｍ３がターンオンされると、Ｒ６に電流が流れず、Ｍ３に流れるため、Ｍ１のゲート－ソース電圧の大きさがローから電位差が小さくなってハイになり、これにより、Ｍ１のゲート－ソース電圧が閾値より大きくなるとターンオフされる。Ｍ１がターンオフされると、ＢＭＳ２３０への電源の出力が遮断されて、過電圧からＢＭＳ２３０を保護することができる。

【0052】

前記の通り、ツェナーダイオードと共に、スイッチを利用することによって過電圧を遮断して負荷に接続されるＢＭＳ内のＩＣのような回路などを保護することができる。瞬間的な過電圧は、ツェナーダイオードで検出および遮断し、連続的な過電圧については、順に動作するスイッチを利用して、出力端への出力を遮断することができる。これにより、４８Ｖマイルドハイブリッドカーなど、連続的な過電圧が発生しうる装置において、４０Ｖ以上の過電圧を遮断することができて、過電圧保護が可能である。また、簡単な素子で回路を実現することによって、ＰＣＢ空間活用が容易であり、回路を追加しても低費用で実施が可能である。

【0053】

本実施例と関連する技術分野で通常の知識を有する者は、上記した記載の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形で実施できることを理解できるであろう。従って、開示された方法は、限定的な観点でなく、説明的な観点から考慮されるべきである。本発明の範囲は、前述の説明ではなく、特許請求範囲に示されており、それと同等の範囲内にあるすべての相違点は、本発明に含まれたものと解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2023-07-31

【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】

電源が入力される入力端と負荷に電源を出力する出力端と、
前記入力端と前記出力端との間に位置し、ターンオフ時に前記負荷への出力を遮断する第１スイッチと、
前記入力端に接続されて過電圧を感知して導通する第１ツェナーダイオードと、
前記第１ツェナーダイオード導通時にターンオンされる第２スイッチと、
前記第１スイッチがターンオン時、ターンオンされる第３スイッチと、を含み、
前記第１スイッチは、
前記入力端に入力される電源によってターンオンされ、前記第３スイッチがターンオン時にターンオフされ、
前記第１スイッチは、ＰＭＯＳであり、
前記第１ツェナーダイオードのカソードは、前記第１スイッチのドレーンと接続され、
前記第１ツェナーダイオードのアノードは、直列に接続される第１抵抗および第２抵抗を介してグラウンドと接続され、
前記第２スイッチはＮＭＯＳであり、
前記第２スイッチのゲートは、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間のノードに接続され、
前記第２スイッチのソースは、グラウンドと接続され、
前記第２スイッチのドレーンは、直列に接続される第３抵抗および第４抵抗と接続されることを特徴とする、過電圧保護回路。

【請求項2】

前記第３スイッチはＰＭＯＳであり、
前記第３スイッチのゲートは、前記第３抵抗および前記第４抵抗の間のノードに接続され、
前記第３スイッチのソースは、第５抵抗を介してグラウンドと接続され、
前記第３スイッチのドレーンは、前記第１スイッチのドレーンと接続されることを特徴とする、請求項１に記載の過電圧保護回路。

【請求項3】

前記第１スイッチのゲートは、前記第３スイッチのソースおよび前記第５抵抗の間のノードに接続され、
前記第１スイッチのソースは、前記出力端と接続され、
前記第１スイッチのドレーンは、前記入力端と接続されることを特徴とする、請求項２に記載の過電圧保護回路。

【請求項4】

前記第１スイッチのゲートおよびドレーンの間にそれそれ並列に接続される第６抵抗および第２ツェナーダイオードを含むことを特徴とする、請求項３に記載の過電圧保護回路。

【請求項5】

前記第５抵抗の値が、前記第６抵抗の値より大きく、
前記第１スイッチは、前記入力端に電源入力時に、前記第５抵抗および前記第６抵抗の電圧分配によってターンオンされることを特徴とする、請求項４に記載の過電圧保護回路。

【請求項6】

前記第２ツェナーダイオードは、前記第１スイッチのゲートに印加される過電圧を検出することを特徴とする、請求項４に記載の過電圧保護回路。

【請求項7】

前記入力端は、バッテリーまたは前記バッテリーを充電するＤＣ－ＤＣコンバータから電源の入力を受けることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。

【請求項8】

前記出力端は、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と接続されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。

【請求項9】

電源が入力される入力端と、
負荷に電源を出力する出力端、
ＰＭＯＳであり、前記入力端に接続されるドレーンと前記出力端と接続されるソースを含む第１スイッチ、
前記入力端に接続されて、前記第１スイッチのドレーンに接続されるカソードと直列に接続される第１抵抗及び第２抵抗を通してグラウンドと接続されるアノードを含む第１ツェナーダイオード、
ＮＭＯＳであり、前記第１抵抗及び前記第２抵抗との間のノードに接続されるゲート、グラウンドと接続されるソースと、直列に接続される第３抵抗及び第４抵抗と接続されるドレーンを含む第２スイッチ、および
ＮＭＯＳであり、前記第３抵抗及び前記第４抵抗との間のノードに接続されるゲート、第５抵抗を通してグラウンドと接続されるソースと、前記第１スイッチのドレーンと接続されるドレーンを含む第３スイッチを含むことを特徴とする、過電圧保護回路。

【請求項10】

バッテリーの充放電を管理するバッテリー管理装置において、
過電圧から前記バッテリー管理装置を保護する過電圧保護回路を含み、
前記過電圧保護回路は、
電源が入力される入力端と負荷に電源を出力する出力端と、
前記入力端と前記出力端との間に位置し、ターンオフ時に前記負荷への出力を遮断する第１スイッチと、
前記入力端に接続されて過電圧を感知して導通する第１ツェナーダイオードと、
前記第１ツェナーダイオード導通時にターンオンされる第２スイッチと、
前記第１スイッチがターンオン時、ターンオンされる第３スイッチと、を含み、
前記第１スイッチは、前記入力端に入力される電源によってターンオンされ、前記第３スイッチがターンオン時にターンオフされ、
前記第１スイッチは、ＰＭＯＳであり、
前記第１ツェナーダイオードのカソードは、前記第１スイッチのドレーンと接続され、
前記第１ツェナーダイオードのアノードは、直列に接続される第１抵抗および第２抵抗を介してグラウンドと接続され、
前記第２スイッチは、ＮＭＯＳであり、
前記第２スイッチのゲートは、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間のノードに接続され、
前記第２スイッチのソースは、グラウンドと接続され、
前記第２スイッチのドレーンは、直列に接続される第３抵抗および第４抵抗と接続されることを特徴とする、バッテリー管理装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図4】

【国際調査報告】