過電流保護回路
【課題】複数の比較器を備えなくても過電流検出を行うことが可能な過電流保護回路を提供する。
【解決手段】負荷３に供給される負荷電流値Ｉの検出信号としてドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを検出し、それをＡＤ変換器６ｄによってＡＤ変換する。そして、ＡＤ変換器６ｄによってデジタル化された値から負荷電流値Ｉを取得すると共に、関数式を用いた演算もしくは負荷電流値Ｉと加算数値との関係を示したテーブルとを用いて負荷電流値Ｉと対応する加算数値を演算し、この加算数値を加算していって、積算値が所定の判定閾値に達したら負荷３に流れる電流を制限する。また、負荷電流値Ｉが一定値以下のときには積算値から減算数値を減算する。そして、積算値が第１判定閾値に達したときに、過電流検出を行う。
【解決手段】負荷３に供給される負荷電流値Ｉの検出信号としてドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを検出し、それをＡＤ変換器６ｄによってＡＤ変換する。そして、ＡＤ変換器６ｄによってデジタル化された値から負荷電流値Ｉを取得すると共に、関数式を用いた演算もしくは負荷電流値Ｉと加算数値との関係を示したテーブルとを用いて負荷電流値Ｉと対応する加算数値を演算し、この加算数値を加算していって、積算値が所定の判定閾値に達したら負荷３に流れる電流を制限する。また、負荷電流値Ｉが一定値以下のときには積算値から減算数値を減算する。そして、積算値が第１判定閾値に達したときに、過電流検出を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に接続されたワイヤなどの保護対象を過電流から保護する過電流保護回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１において、負荷に流れる電流の電流値（負荷電流値）を電流検出手段によって検出し、検出された負荷電流値に基づいて過電流検出を行う回路保護装置が提案されている。この回路保護装置では、検出された負荷電流値を複数の比較器によってパラレルに比較し、各比較器によって閾値を超えていると判定した最も大きな閾値に対応した加算値を加算していくと共に、加算結果が所定の判定値を超えた時点で過電流検出を行い、負荷への通電を遮断するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７９１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的にワイヤの線径を可能な限り小さくするために、電流遮断特性は出来るだけワイヤの劣化特性に近づけたいという要求があるが、上記従来の回路保護装置では、電流の閾値の数に応じた複数の比較器を持つ必要があるため、電流遮断特性をワイヤ劣化特性に近づけるには比較器の数が多くなり回路が複雑になるという問題がある。また、負荷に対する電流供給のオンオフを半導体スイッチによって制御しているが、半導体スイッチの温度によって供給される電流特性が変わる。この電流特性の変化に応じた温度補正を行うことが好ましいが、上記従来の回路保護装置では、そのような温度補正を行うことができないことから、過電流検出の精度も高くなく、より高精度に過電流検出が行えるようにすることが望まれる。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、簡素な回路構成で高精度な過電流検出を行うことが可能な過電流保護回路を提供することを第１の目的とする。さらに、より高精度に過電流検出を行うことが可能となる過電流保護回路を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電流値検出部（６）により、負荷（３）に流れる電流の値である負荷電流値（Ｉ）を検出し、加減算部（７）により、電流値検出部（６）で検出された負荷電流値（Ｉ）に基づいて加減算値を決定すると共に、加減算値を用いて加減算を行った積算結果を記憶して該積算結果を出力し、比較回路（８）により、加減算部（７）から出力される積算結果を判定閾値と比較することで過電流検出結果を示す出力を発生させ、制御回路（５）により、比較回路（８）の過電流検出結果に基いて負荷駆動手段（２）を制御して負荷（３）およびワイヤ（４）に流れる電流を制限することで、保護対象を過電流から保護する。このような構成において、電流値検出部（６）は、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号を入力し、当該検出信号をＡＤ変換するＡＤ変換器（６ｄ）と、該ＡＤ変換器（６ｄ）によってデジタル変換された検出信号から負荷電流値（Ｉ）を演算する電流値演算回路（６ｅ）とを有し、加減算部（７）は、電流値演算回路（６ｅ）で演算された負荷電流値（Ｉ）と、負荷電流値（Ｉ）と加減算値における加算数値との関係を示した関数式もしくはテーブルを用いて加算数値を決定する加算値決定回路（７ａ）とを有していることを特徴としている。
【０００７】
このように、負荷（３）に供給される負荷電流値（Ｉ）の検出信号を検出すると共に、それをＡＤ変換器（６ｄ）によってＡＤ変換し、ＡＤ変換器（６ｄ）によってデジタル化された値から負荷電流値（Ｉ）を取得している。そして、関数式を用いた演算もしくは負荷電流値（Ｉ）と加減算値における加算数値との関係を示したテーブルとを用いて加算数値を決定し、この加算数値を加算していって、積算値が所定の判定閾値に達したら負荷（３）に流れる電流を制限している。
【０００８】
このような過電流保護回路では、１つの加算値決定回路（７ａ）を用い、得られた負荷電流値（Ｉ）に応じて加算数値を設定し、積算結果に対して加算するようにしている。したがって、従来のように複数の比較器を用いなくても、負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値を精度良く設定することが可能となり、簡素な回路構成で高精度な過電流保護を行うことが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、負荷駆動手段は半導体スイッチ（２）であり、半導体スイッチ（２）の温度に対応する温度検出信号を検出する温度検出回路（６ｂ）を有し、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号をＡＤ変換器（６ｄ）に入力すると共に、該ＡＤ変換器（６ｄ）にて入力された信号をデジタル変換し、電流値演算回路（６ｅ）にて、デジタル変換された温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号に基づいて、負荷電流値（Ｉ）を温度補正することを特徴としている。
【００１０】
このように、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号をＡＤ変換器（６ｄ）に入力するようにしている。そして、デジタル変換された温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号に基づいて、負荷電流値（Ｉ）を温度補正する。このように、デジタル化した負荷電流値（Ｉ）や温度検出信号を用いることにより、負荷電流値（Ｉ）の温度補正をより容易に行うことが可能となる。したがって、的確に温度補正を行うことが可能となり、より高精度に過電流検出を行うことが可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号のいずれを選択して出力するかの切替えを行うマルチプレクサ（６ｃ）を有し、マルチプレクサ（６ｃ）にて負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号を切替えてＡＤ変換器（６ｄ）に入力することを特徴としている。
【００１２】
このように、マルチプレクサ（６ｃ）を用いることで、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号を切替えてＡＤ変換器（６ｄ）に入力することができる。これにより、１つのＡＤ変換器（６ｄ）のみを用いて、マルチプレクサ（６ｃ）にて切替えられた負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号のデジタル変換を行うことが可能となる。
【００１３】
例えば、請求項４に記載したように、電流値検出部（６）に対して、半導体スイッチ（２）の温度に対する電流補正情報を記憶した電流補正情報記憶部（６ｆ）を備え、電流値演算回路（６ｅ）にて、電流補正情報記憶部（６ｆ）に記憶された電流補正情報を用いて、デジタル変換された温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号から得られる半導体スイッチ（２）の温度に対応して負荷電流値（Ｉ）の温度補正を行うことができる。
【００１４】
具体的には、請求項５に記載したように、電流値検出部（６）に対して、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号として半導体スイッチ（２）のドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）を検出する電圧検出回路（６ａ）を備え、電流値演算回路（６ｅ）では、ドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）と半導体スイッチ（２）のオン抵抗（Ｒｏｎ）とから負荷電流値（Ｉ）を演算する。また、電流補正情報記憶部（６ｆ）では、電流補正情報として、半導体スイッチ（２）の温度に対するオン抵抗（Ｒｏｎ）の関係を記憶する。そして、電流値演算回路（６ｅ）にて、半導体スイッチ（２）の温度に対応してオン抵抗（Ｒｏｎ）を補正することにより、ドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）とオン抵抗（Ｒｏｎ）とから演算される負荷電流値（Ｉ）の温度補正を行うことができる。
【００１５】
また、例えば、請求項６に記載したように、加算値決定回路（７ａ）は、負荷電流値（Ｉ）の２乗に比例する値を演算し、該２乗に比例する値を加算数値とすることができる。この場合、例えば、加算値決定回路（７ａ）は、積算結果が大きくなるに従って比例係数を小さくして、負荷電流値（Ｉ）の２乗に比例する値を演算するようにすれば、より精度を出すことが可能となる。同様に、例えば、加減算部（７）では、積算結果が小さくなるに従って減算数値が小さく設定されるようにすることで、より精度を出すことが可能となる。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、加減算部（７）は、負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値の関係を示した電流判定表を記憶する電流判定表記憶部（７ｂ）を有し、加算値決定回路（７ａ）は、電流判定表記憶部（７ｂ）に記憶された電流判定表を用いて、電流値演算回路（６ｅ）から伝えられる負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値を決定することを特徴としている。
【００１７】
このように、電流判定表記憶部（７ｂ）に記憶されたテーブルを用いて、検出された負荷電流値（Ｉ）と対応する加算数値を読み出すことによっても、加算数値を決定することができる。
【００１８】
また、請求項８に記載した加減算値を負荷電流値（Ｉ）の二乗に比例する加算の項や、請求項９に記載した積算結果に比例する減算の項を含む関数式に基づいて演算することができる。これらの場合、請求項１０に記載したように、加減算値における加算の項を、保護対象が劣化せずに定常的に流すことが可能な最大電流値の二乗に反比例するものとすることができ、請求項１１に記載したように、加減算値における減算の項を、積算結果として許容できる値であるか否かの判定を行う判定値に反比例するものとすることができる。このような場合にも、請求項１２に記載したように、負荷電流値（Ｉ）が、保護対象が劣化せずに定常的に流すことが可能な最大電流値以下であるときに加減算値にける減算数値の減算を行うようにすることができる。
【００１９】
請求項１３に記載の発明では、加減算部（７）は、負荷電流値（Ｉ）が所定電流値よりも大きいときには加算数値の加算を行うと共に、負荷電流値（Ｉ）が所定電流値以下のときには加減算値における減算数値の減算を行い、所定電流値は、保護対象許容電流値または保護対象発煙電流値であることを特徴としている。このように、所定電流値は、保護対象許容電流値または保護対象発煙電流値に設定することができる。
【００２０】
請求項１４に記載の発明では、加減算部（７）は、制御回路（５）により負荷駆動手段（２）がオフされた後も減算数値の減算を継続し、制御回路（５）は、加減算部（７）の積算結果が第１所定判定値よりも小さい第２所定判定値まで低下したときに負荷駆動手段（２）をオンすることを特徴としている。
【００２１】
このように、制御回路（５）により負荷駆動手段（２）がオフされた後も減算数値の減算を継続することで、その後に負荷駆動手段（２）を再びオンして負荷（３）の駆動を可能にすることができる。
【００２２】
また、請求項１５に示すように、負荷駆動手段（２）によって複数の負荷（３）への電流供給を制御している形態においては、電流検出部（６）に、複数の負荷（３）それぞれに電流を供給するワイヤ（４）の１つ１つをチャネルとして、各チャネルの負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号を入力すると共に、入力された検出信号のいずれを選択して出力するかの切替えを行うマルチプレクサ（９ａ）を備え、該マルチプレクサ（９ａ）の切替えにより、チャネル毎に負荷電流値（Ｉ）を検出し、該検出されたチャネル毎の負荷電流値（Ｉ）に基づいて、チャネル毎の過電流検出を行うことができる。このように、マルチチャネルに対応した過電流保護回路とすることもできる。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる過電流保護回路１のブロック構成を示した図である。
【図２】図１に示す過電流保護回路１の一部の回路構成の一例を示した図である。
【図３】半導体スイッチ２の温度に対するオン抵抗Ｒｏｎの補正係数の関係を示すマップの一例を示した図である。
【図４】負荷電流値Ｉと加算数値との関係の一例を示した図表である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる過電流保護回路１のブロック構成を示した図である。
【図６】線種毎の負荷電流値Ｉと加算数値との関係の一例を示した図表である。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる過電流保護回路１の回路構成の一例を示した図である。
【図８】本発明の第４実施形態にかかる過電流保護回路１の加減算回路７や比較回路８および制御回路５で実行される加減算処理の詳細を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、ワイヤ（ワイヤハーネス）を保護対象として過電流が流れることによるワイヤの焼損を防止する場合を例に挙げて説明する。図１に、本実施形態にかかる過電流保護回路１のブロック構成を示すと共に、図２に、図１に示す過電流保護回路１の一部の回路構成の一例を示し、これらの図を参照して本実施形態にかかる過電流保護回路１について説明する。
【００２７】
本実施形態で示される過電流保護回路１は、例えば車両に搭載されるものであり、ワイヤに接続された負荷に電源を供給する電源供給装置としての役割を果たすものである。この過電流保護回路１はワイヤに流れる過電流を検出し、負荷を保護する機能を備えている。以下、この図を参照して、本実施形態にかかる過電流保護回路１について説明する。
【００２８】
図１に示すように、過電流保護回路１は、半導体スイッチ２を制御することによって電源Ｂａｔｔから負荷３への電流供給を制御し、負荷３を駆動する。また、過電流保護回路１は、負荷３に供給される電流が過電流となったことを検出し、半導体スイッチ２を制御して負荷３に供給される電流をオフもしくは減少させることによって制限することで、負荷３に対して電流供給を行っているワイヤ４を過電流から保護する。過電流保護回路１は、具体的には、制御回路５、電流値検出部６、加減算部７および比較回路８を有した構成とされている。
【００２９】
半導体スイッチ２は、負荷駆動手段に相当するものであり、図１に示すように負荷３のハイサイド側に接続された半導体スイッチング素子によって構成される。半導体スイッチング素子としては、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴもしくはバイポーラトランジスタなどを適用することができるが、例えば半導体スイッチ２として、図２に示すようにｎ型のＭＯＳＦＥＴが適用される場合、半導体スイッチ２のドレインが電源Ｂａｔｔに接続されると共にソースが負荷３に接続され、半導体スイッチ２のゲートが例えば入力用バッファ５ａを介して制御回路５に接続される。また、半導体スイッチ２を通じて負荷３に流される電流と対応する信号（以下、検出信号という）が電流値検出部６に入力される。例えば、パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電流ＩＤＳ、もしくは図２に示すようにその電流ＩＤＳと対応するドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが検出信号となる。また、半導体スイッチ２にセンス素子を備えたり、半導体スイッチ２にシャント抵抗を接続することで、電流値検出部６に検出信号が入力される構造としても良い。半導体スイッチ２にセンス素子を備えた構造とする場合、センス素子から流されるセンス電流、つまり負荷３に流れる電流を所定比率で減衰した電流が検出信号となり、半導体スイッチ２のローサイド側にシャント抵抗が接続される構造とする場合、シャント抵抗の両端電圧（またはハイサイド電圧）が検出信号となる。
【００３０】
制御回路５は、半導体スイッチ２を制御し、電源Ｂａｔｔから負荷３への電流供給を制御する。例えば、上記したように、半導体スイッチ２にｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴが適用されている場合、制御回路５は、ｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御することにより半導体スイッチ２を制御する。また、制御回路５は、比較回路８の比較結果に基づいて過電流検出を行い、過電流検出時には、ゲート電圧を制御することで半導体スイッチ２を制御し、負荷３に供給される電流をオフもしくは減少させることによって制限する。これにより、負荷３に対して電流供給を行っているワイヤ４を過電流から保護し、ワイヤ４の焼損を防止している。
【００３１】
電流値検出部６は、半導体スイッチ２から伝えられる検出信号に基づいて、負荷３に接続されたワイヤ４に流れる電流の電流値（負荷電流値）を演算している。本実施形態では、負荷電流値そのものを演算しているだけでなく、半導体スイッチ２の温度情報に基づいて、負荷電流値に温度補正を掛け、半導体スイッチ２の温度を加味した補正後の負荷電流値を演算するようにしている。具体的には、電流値検出部６は、検出信号入力回路６ａ、温度検出回路６ｂ、マルチプレクサ６ｃ、ＡＤ変換器６ｄ、電流値演算回路６ｅおよび電流補正情報記憶部６ｆを有した構成とされている。
【００３２】
検出信号入力回路６ａは、半導体スイッチ２から検出信号を入力するものであり、本実施形態の場合には、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを検出する電圧検出回路を構成するＶＤＳ検出回路によって構成している。ここでは、半導体スイッチ２にｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴが適用されている場合を想定しており、例えば図２に示すようにアンプ６ａａによって構成される。具体的には、検出信号としてドレイン−ソース間電流ＩＤＳと対応するドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを入力し、それを例えばＧＮＤ基準で増幅してマルチプレクサ６ｃに対して出力している。
【００３３】
温度検出回路６ｂは、半導体スイッチ２の温度に応じた信号となる温度検出信号を検出している。例えば、半導体スイッチ２には、図２に示すようなダイオード２０（実際には複数段のダイオード）によって構成された温特回路が備えられており、ダイオード２０の温特により温特回路のハイサイド電位が半導体スイッチ２の温度に応じて変化することから、温度検出回路６ｂは、そのハイサイド電位を温度検出信号として検出し、それをマルチプレクサ６ｃに対して出力している。
【００３４】
マルチプレクサ６ｃは、信号選択を行う部分であり、検出信号入力回路６ａと温度検出回路６ｂのいずれの出力をＡＤ変換器６ｄに伝えるかを選択する。例えば、マルチプレクサ６ｃは、制御回路５からの切替信号に基づいて選択する信号の切替えを行っており、例えば時分割によって所定のサンプリング周期毎に検出信号入力回路６ａの出力と温度検出回路６ｂの出力が交互に繰り返しＡＤ変換器６ｄに入力されるようにしている。
【００３５】
ＡＤ変換器６ｄは、入力されたドレイン−ソース間電圧ＶＤＳと温度検出信号のアナログ値をデジタル変換し、デジタル信号として電流値演算回路６ｅに出力している。
【００３６】
電流値演算回路６ｅは、半導体スイッチ２を介して負荷３に流される負荷電流値を演算する。具体的には、電流値演算回路６ｅは、半導体スイッチ２のオン抵抗Ｒｏｎと検出信号入力回路６ａが出力するドレイン−ソース間電圧ＶＤＳをデジタル変換した値から負荷電流値Ｉを演算し、その結果を加減算部７に出力している。このときの負荷電流値Ｉの演算式は、基本的には次の数式１を用いている。
【００３７】
（数１） Ｉ＝ＶＤＳ／Ｒｏｎ
また、本実施形態の場合、電流値演算回路６ｅは、電流補正情報記憶部６ｆの記憶内容に基づいてオン抵抗Ｒｏｎを温度補正し、補正後のオン抵抗Ｒｏｎを上記数式１に対して代入することにより補正後の負荷電流値Ｉを演算している。
【００３８】
電流補正情報記憶部６ｆは、半導体スイッチ２の温度に対する電流補正情報、具体的には上記電流値演算回路６ｅによるオン抵抗Ｒｏｎの温度補正用データを記憶している。例えば、半導体スイッチ２の温度に対するオン抵抗Ｒｏｎの補正係数の関係を示すマップを記憶している。図３は、この半導体スイッチ２の温度に対するオン抵抗Ｒｏｎの補正係数の関係を示すマップの一例を示した図である。この図に示すように、半導体スイッチ２の温度が高くなるほど補正係数が大きくなるようにされ、例えば補正係数α１に半導体スイッチ２の温度Ｔを掛けると共に定数Ａを足すことによって、その温度Ｔでのオン抵抗Ｒｏｎを演算するようにしている。すなわち、数式２を用いてオン抵抗Ｒｏｎを演算している。この数式で表されるように、抵抗Ｒｏｎを温度に対してほぼ線形近似することが可能となる。補正係数α１や定数Ａについては、温度に応じて可変としても良く、例えば２５℃以上と２５℃未満で補正係数α１や定数Ａを変えても良い。このように計算式を温度に応じて変更すれば、オン抵抗Ｒｏｎが温度に対して完全に線形ではないことから、より高精度にオン抵抗Ｒｏｎを演算することが可能となる。
【００３９】
（数２） Ｒｏｎ＝α１×Ｔ＋Ａ
なお、半導体スイッチ２の温度に対するオン抵抗Ｒｏｎの補正係数の関係は、ドレイン−ソース間電流ＩＤＳの大きさによって若干異なるが、図３中に示したようにほぼ同様の特性となる。このため、異なる値の電流ＩＤＳ毎にマップを記憶していても良いが、代表的な１つのマップのみを記憶しておいても良い。このオン抵抗Ｒｏｎについては、半導体スイッチ２を構成している素子の温度とオン抵抗Ｒｏｎとの関係について予め調べておくことで、温度検出回路６ｂの検出結果に基づいて容易に演算することができる。勿論、電流依存性を加味して、ドレイン−ソース間電流ＩＤＳに応じて計算式を変更しても良く、そのようにすることでより高精度化も可能となる。例えば、電流ＩＤＳが１０Ａの場合を想定してオン抵抗Ｒｏｎを演算しておき、計算結果が電流ＩＤＳ＝１０Ａのときと合致せず、電流ＩＤ＝５０Ａのときと合致する場合には、オン抵抗Ｒｏｎを補正して再計算するなどの方法を採用することもできる。
【００４０】
このように、電流値演算回路６ｅにより、温度補正を行ったオン抵抗Ｒｏｎを用いると共に、上記した数式１に対して温度検出回路６ｂが検出した温度検出信号をデジタル変換した値と補正を行ったオン抵抗Ｒｏｎを代入することで負荷電流値Ｉを演算すれば、温度変化を加味したより高精度に過電流検出を行うことが可能となる。
【００４１】
加減算部７は、電流値検出部６での演算結果に基づいて、所定数値を加減算する部分である。加減算部７は負荷３について、電流値検出部６で検出される負荷電流値Ｉ、つまり過電流レベルに応じた計算を行う。この加減算部７は、マイクロコンピュータによるソフトウェアによって加減算を行う構成であっても良いし、ハードウェアのデジタル回路によって加減算を行う構成であっても良い。具体的には、加減算部７は、加算値決定回路７ａ、電流判定表記憶部７ｂ、加算回路７ｃ、減算回路７ｄおよび積算レジスタ７ｅを有した構成とされている。
【００４２】
なお、図２では、図１における加算値決定回路７ａ、電流判定表記憶部７ｂ、加算回路７ｃおよび減算回路７ｄをまとめて加減算回路と簡略化してあるが、同じ構成ものである。ただし、これらをまとめた１つの回路として把握することもできる。また、これらに加えて積算レジスタ７ｅまでまとめた１つの回路として把握することもできる。
【００４３】
加算値決定回路７ａは、デジタル化された負荷電流値Ｉに対応した所定数値として、加算に用いられる加算数値を決定し、それを加算回路７ｃに送る。加算値決定回路７ａは、基本的には単純に負荷電流値Ｉの２乗に比例した値、すなわちジュール熱における発熱量に比例する値を加算数値としているが、さらに精度を出すために積算値が大きくなるに従い比例係数を小さくすることもできる。ただし、そのままでは積算値を格納するメモリの容量が大きくなるため、必要に応じて例えば２乗後に上位１０ｂｉｔのみを採用し加算回路に送るようにすることもできる。
【００４４】
また、加算値決定回路７ａは、上記のような負荷電流値Ｉの２乗に比例した数値ではなく、検出された負荷電流値Ｉに対応する加算数値を記憶データに基づいて決定することもできる。この場合、電流判定表記憶部７ｂが用いられる。
【００４５】
電流判定表記憶部７ｂは、負荷電流値Ｉと加算数値の関係を示したテーブルなどを記憶させたものであり、加算値決定回路７ａは、この電流判定表記憶部７ｂに記憶されたテーブルを用いて、検出された負荷電流値Ｉと対応する加算数値を読み出すことによっても、加算数値を決定することができる。
【００４６】
図４は、負荷電流値Ｉと加算数値との関係の一例を示した図表である。この図に示すように、例えば、負荷電流値ＩをＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５・・・（Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４＞Ｉ５・・・）という複数の検出電流範囲を設定し、各検出電流範囲における検出電流値下限の２乗（検出電流値＞Ｉ１ならＩ１の２乗、Ｉ１＞検出電流値＞Ｉ２ならＩ２の２乗）を１０倍した値などを加算数値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５・・・としている。また、図４には記載していないが、負荷電流値Ｉが所定電流値以下の場合には加算数値を０に設定している。このように、電流判定表記憶部７ｂに負荷電流値Ｉと加算数値との関係を示したテーブルなどを記憶しておくことで、そのテーブルを用いて負荷電流値Ｉに対応する加算数値を演算することもできる。このようにテーブルを用いて負荷電流値Ｉに対応する加算数値を演算する場合であっても、デジタル化された負荷電流値Ｉに基づいて演算できることから、より精度のよい加算数値を設定することが可能となる。
【００４７】
ただし、このような電流判定表記憶部７ｂは、テーブルなどのデータを記憶しておく必要があり、本実施形態の場合には１つの負荷３に接続されるワイヤ４に流れる電流のみを検出していることからそのテーブルは１つで良いが、検出するワイヤ４の数が増加するほど、そのワイヤ特性に応じて記憶しなければならないデータ数が増加する。このため、メモリ容量低減の観点からは、加算値決定回路７ａが単に負荷電流値Ｉの２乗に比例する値を演算することで加算数値を決定する手法の方が好ましい。
【００４８】
加算回路７ｃは、加算値決定回路７ａで決定された加算数値を前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して加算することで、今回のサンプリング周期での積算結果を演算する。例えば、上記した加算数値の設定の場合、負荷電流値Ｉが所定電流値以下のときに加算数値が０に設定されるため、負荷電流値Ｉが所定電流値よりも大きいときに加算数値が加算されていくことになる。加算回路７ｃには、制御回路５から加減算タイミング信号が入力されるようになっており、この加減算タイミング信号に基づいて、サンプリング周期毎に加算数値を前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して加算できるようにしてある。
【００４９】
減算回路７ｄは、前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して予め決められた減算数値を所定のサンプリング周期毎に減算することで、今回のサンプリング周期での積算結果を演算する。減算回路７ｄには、制御回路５から加減算タイミング信号が入力されるようになっており、この加減算タイミング信号に基づいて、サンプリング周期毎に減算数値を前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して減算できるようにしてある。
【００５０】
減算回路７ｄでの減算数値は、負荷電流値Ｉが所定電流値以下の場合に一定値となるように設定されていても良いが、精度を出すために積算値が小さくなるに従い減算値も小さくすると好ましい。また、負荷電流値Ｉの大きさに応じて予め決められた値となるように、もしくは、負荷電流値Ｉにかかわらず一定値となるように設定されていても良い。また、減算数値を一定値にするのではなく、ワイヤ４と環境温度との関係に基づいて、半導体スイッチ２の温度と環境温度との差が大きくなるほど減算数値を大きくなるような設定としても良い。減算数値を負荷電流値Ｉが所定電流値以下のときに一定値とする設定の場合には、負過電流値Ｉが所定電流値以下の場合に減算数値が減算されていくことになる。
【００５１】
積算レジスタ７ｅは、前回のサンプリング周期の際の積算結果を記憶（格納）している。また、積算レジスタ７ｅは、加算回路７ｃもしくは減算回路７ｄによる前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して加算数値もしくは減算数値を加減算して演算された今回のサンプリング周期の際の積算結果を演算すると、それを比較回路８に出力したのち、前回のサンプリング周期の際の積算結果を今回のサンプリング周期の際の積算結果に書き換えて記憶する。つまり、上記した加算回路７ｃや減算回路７ｄは、積算レジスタ７ｅに記憶されている前回のサンプリング周期の際の積算結果を用いて上記加算数値や減算数値の加減算を行っており、加減算後に再び積算レジスタ７ｅにその結果を記憶している。
【００５２】
なお、ここでは、負荷電流値Ｉが一定値、つまり所定電流値よりも大きいときには加算回路７ｃにて加算数値を加算し、負荷電流値Ｉが所定電流値以下のときに減算回路８ｄにて減算数値を減算する場合を例に挙げている。このため、各サンプリング周期毎に加算数値の加算と減算数値の減算のいずれか一方のみが行われる形態について説明しているが、負荷電流値Ｉに応じて加算数値と減算数値の両方を設定し、同じサンプリング周期中に加減算の両方が行われるようにする場合には、加算回路７ｃと減算回路７ｄによる加減算後の積算結果が積算レジスタ７ｅに記憶されることになる。また、ここでいう所定電流値とは、例えばワイヤ許容電流値、つまり保護対象となるワイヤ４が劣化せず定常的に流すことが許容される最大電流値またはワイヤ発煙電流値とすることができる。
【００５３】
比較回路８は、例えばデジタル比較器にて構成され、第１判定閾値と積算レジスタ７ｅから出力される積算結果とを大小比較し、積算結果が第１判定閾値を超えた場合に、過電流が発生しているとして、その旨を制御回路５に伝える。比較回路８には、ワイヤ４の線種毎に予め決められた比較値が記憶されており、その比較値を第１判定閾値として用いて積算レジスタ７ｅか出力される積算結果と比較している。この比較回路８での比較結果に基づいて、制御回路５は過電流検出を行っており、過電流検出時には、ゲート電圧を制御することで半導体スイッチ２を制御し、負荷３に供給される電流をオフもしくは減少させることによって制限する。このようにして、負荷３に対して電流供給を行っているワイヤ４を過電流から保護でき、ワイヤ４の焼損を防止することが可能となる。
【００５４】
また、比較回路８は、第１判定閾値よりも小さい第２判定閾値と積算レジスタ７ｅから出力される積算結果とを大小比較しており、負荷３に供給される電流が制限された後で、積算結果が第２判定閾値まで低下すると、その旨を制御回路５に伝え、再び半導体スイッチ２がオンされるようにする。これにより、ワイヤ４に過電流が流れなくなって焼損の虞が低下したときに、再び負荷３を作動させるようにしている。このため、例えば半導体スイッチ２がオフされたとしても、一定時間後に半導体スイッチ２が再びオンされるので、一旦遮断された負荷３を再駆動することが可能となる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の過電流保護回路１では、負荷３に供給される負荷電流値Ｉの検出信号、本実施形態の場合には負荷電流値Ｉに対応する値であるドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを検出すると共に、それをＡＤ変換器６ｄによってＡＤ変換している。そして、ＡＤ変換器６ｄによってデジタル化された値から負荷電流値Ｉを取得すると共に、関数式を用いた演算もしくは負荷電流値Ｉと加算数値との関係を示したテーブルとを用いて負荷電流値Ｉと対応する加算数値を演算し、この加算数値を加算していって、積算値が所定の判定閾値に達したら負荷３に流れる電流を制限している。また、負荷電流値Ｉが一定値以下のときには積算値から減算数値を減算するようにしている。そして、積算値が第１判定閾値に達したときに、過電流検出を行うようにしている。
【００５６】
このような過電流保護回路１では、１つの加算値決定回路７ａを用い、得られた負荷電流値Ｉに応じて加算数値を設定し、積算結果に対して加算するようにしている。また、負荷電流値Ｉが一定値以下の場合には積算結果から所定の減算数値が減算されるようにしている。したがって、従来のように複数の比較器を用いなくても、負荷電流値Ｉに対応する加算数値を精度良く設定することが可能となり、より高精度に過電流保護を行うことが可能となる。また、デジタル化した負荷電流値Ｉや温度検出信号を用いることにより、負荷電流値Ｉの温度補正をより容易に行うことが可能となる。したがって、的確に温度補正を行うことが可能となり、より高精度に過電流検出を行うことが可能となる。
【００５７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の過電流保護回路をマルチチャネルに対応できるように変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５８】
図５は、本実施形態にかかる過電流保護回路１のブロック構成を示した図である。この図に示すように、本実施形態の過電流保護回路１は、複数の負荷３を駆動するための複数の半導体スイッチ２を駆動する構成とされ、制御回路５によって各半導体スイッチ２が駆動できるようにしてある。過電流保護回路１に備えられた各構成は、複数の負荷３に対して電流供給を行っている各ワイヤ４の過電流保護用として共用できるようにしてある。
【００５９】
具体的には、各半導体スイッチ２からの検出信号がマルチプレクサ９ａに入力されると共に、各半導体スイッチ２の温度検出信号がマルチプレクサ９ｂに入力されるようにしてある。そして、各負荷３に電流を供給するワイヤ４の１つ１つをチャネルとして、各マルチプレクサ９ａ、９ｂで過電流検出対象となるチャネルの入力信号を選択し、選択された入力信号がマルチプレクサ９ａ、９ｂから検出信号入力回路６ａおよび温度検出回路６ｂに入力されるようにしてある。マルチプレクサ９ａ、９ｂを含め、電流値演算回路６ｅや加算値決定回路７ａおよび加算回路７ｃなどには、制御回路５から選択チャネル信号が入力されるようになっており、選択チャネル信号に基づいて、各部がどのチャネルを過電流検出対象とするか把握できるようにしてある。
【００６０】
この場合にも、基本的には加算値決定回路７ａにより、単純に負荷電流値Ｉの２乗に比例した値を演算することで加算数値を求めている。さらに、精度を出すために積算値が大きくなるに従い比例係数を小さくして加算数値を演算すると好ましい。このように、負荷電流値Ｉに基づいて加算数値を演算により求めるようにしている。ただし、負過電流値Ｉと加算数値との関係を記憶しておき、それに基づいて加算数値を求めることできる。例えば、電流判定表記憶部７ｂに、ワイヤ４の線種毎に、負荷電流値Ｉと加算数値の関係を記憶する。図６は、線種毎の負荷電流値Ｉと加算数値との関係の一例を示した図表である。この図に示すように、例えば、線種毎に負荷電流値ＩをＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５・・・（Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４＞Ｉ５・・・）という複数の検出電流範囲を設定し、各検出電流範囲における検出電流値下限の２乗（検出電流値＞Ｉ１ならＩ１の２乗、Ｉ１＞検出電流値＞Ｉ２ならＩ２の２乗）を１０倍した値などを加算数値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５・・・としている。このように、線種毎に負荷電流値Ｉに対応する加算数値を記憶しておくこともできる。
【００６１】
このような構成の過電流保護回路１では、チャネル毎に順番に切替えて過電流検出を行うことにより各チャネルのワイヤ４を過電流から保護する。
【００６２】
例えば、時分割により所定の制御周期毎に過電流検出対象となるチャネルを切替えると共に、その制御周期よりも短いサンプリング周期毎にマルチプレクサ６ｃで選択される信号を切替えることで、各チャネルの電圧ＶＤＳと温度検出信号がＡＤ変換器６ｄに順番に入力されるようにする。そして、電流値演算回路６ｅは、制御回路５から入力される選択チャネル信号より過電流検出対象となっているチャネルを把握しているため、そのチャネルに対応する負荷電流値Ｉを演算する。例えば、オン抵抗Ｒｏｎの温度補正を行う場合には、電流補正情報記憶部６ｆからそのチャネルに対応する情報を読み出し、それに基づいてオン抵抗Ｒｏｎを温度補正するようにしている。
【００６３】
このようにして、過電流検出対象となっているチャネルの負荷電流値Ｉを演算すると、加算値決定回路７ａにて加算数値を決定する。このときにも、デジタル化された負荷電流値Ｉに基づいて加算数値を決定している。加算数値を演算によって求める場合には、基本的には単純に負荷電流値Ｉの２乗に比例した値を加算数値としているが、さらに精度を出すために積算値が大きくなるに従い比例係数を小さくすることもできる。また、電流判定表を用いる場合には、電流判定表記憶部７ｂから過電流検出対象となっているチャネルと対応する電流判定表を読み出し、それを利用して加算数値を決定するようにしている。
【００６４】
さらに、加算回路７ｃでは、加算値決定回路７ａで決定した加算数値を積算レジスタ７ｅに記憶されている積算結果に加算する。同様に、減算回路７ｄも所定の減算数値を積算レジスタ７ｅに記憶されている積算結果に減算する。積算レジスタ７ｅでは、チャネル毎に積算結果を記憶するようにしてあり、加算回路７ｃおよび減算回路７ｄは、過電流検出対象となっているチャネルの積算結果に対して加算数値や減算数値の加減算を行うようにしている。また、その積算結果が比較回路８に出力され、比較回路８で第１、第２判定閾値と比較されることで、過電流検出が行われる。そして、過電流検出が為されると、制御回路５は、自分自身でどのチャネルが過電流検出対象となっているかを把握しているため、過電流検出が為されたチャネルの半導体スイッチ２を制御し、負荷３への電流供給を制限する。
【００６５】
このように、マルチプレクサ９ａ、９ｂを備えたり、各部にどのチャネルが過電流検出対象となっているかを示す選択チャネル信号を伝えるという構成以外は、第１実施形態と共通の構成を用いて、複数チャネルのワイヤ４の過電流保護を行うことが可能となる。
【００６６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して検出信号入力回路を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６７】
図７は、本実施形態にかかる過電流保護回路１の回路構成の一例を示した図である。この図に示すように、本実施形態では、第１実施形態のような検出信号入力回路に代えて、センス素子を用いて検出信号入力回路を構成している。例えば、図７に示すように半導体スイッチ２として、ｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴが適用される場合、パワーＭＯＳＦＥＴをメインＭＯＳＦＥＴ２ａとセンスＭＯＳＦＥＴ２ｂとによって構成する。センスＭＯＳＦＥＴ２ｂは、メインＭＯＳＦＥＴ２ａのドレイン−ソース間電流ＩＤＳに対して所定比率で減衰したセンス電流を流すセンス素子である。
【００６８】
また、検出信号入力回路６ａを例えばアンプ６ａａとＮＰＮトランジスタ６ａｂおよび抵抗６ａｃによって構成している。そして、メインＭＯＳＦＥＴ２ａとセンスＭＯＳＦＥＴ２ｂのソース電位をアンプ６ａａに入力すると共に、抵抗６ａｃのハイサイド電位をマルチプレクサ６ｃに入力する。このような構成によれば、アンプ６ａａにてメインＭＯＳＦＥＴ２ａとセンスＭＯＳＦＥＴ２ｂのソース電位の電位差を増幅することでＮＰＮトランジスタ６ａｂのベース電圧を変化させる。これに基づいて、ＮＰＮトランジスタ６ａｂのコレクタ電流が変化して抵抗６ａｃのハイサイド側電位が変化する。したがって、このハイサイド側電位をマルチプレクサ６ｃに入力することで、パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電流ＩＤＳを用いて加算数値や減算数値を設定することができる。
【００６９】
このように、検出信号入力回路６ａの構成については第１実施形態の構成に限るものではなく、本実施形態のようにセンス素子を用いて検出信号を入力する構成とすることもできる。
【００７０】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して加減算回路７での加減算の方法を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７１】
図８は、本実施形態にかかる過電流保護回路１の加減算回路７や比較回路８および制御回路５で実行される加減算処理の詳細を示したフローチャートである。なお、ここでは加減算回路７を１つの回路としてまとめて把握した場合を想定して加減算処理を実行しており、所定の制御周期毎に本処理を実行している。
【００７２】
まず、ステップ１００では、検出信号入力回路６ａを介してドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを検出する。また、ステップ１１０では温度検出回路６ｂを介して半導体スイッチ２に備えられたダイオード２０の順方向電圧Ｖｆを検出し、ステップ１２０では、予め決められた関数式に順方向電圧Ｖｆを代入することで、オン抵抗Ｒｏｎを演算する。ここでは、次式を用いてオン抵抗Ｒｏｎを演算している。なお、Ｃは係数、Ｄは定数であり、共に予め決められた値である。
【００７３】
（数３） Ｒｏｎ＝Ｃ×Ｖｆ＋Ｄ
つまり、オン抵抗Ｒｏｎは、ほぼ順方向電圧Ｖｆに比例していることから、数式３のような一次関数に近似することでオン抵抗Ｒｏｎを求めることができる。なお、オン抵抗Ｒｏｎは、実際には順方向電圧Ｖｆの二乗式になることから、順方向電圧Ｖｆの二乗に比例する値を演算する関数式を用いてオン抵抗Ｒｏｎを演算しても良い。
【００７４】
これらステップ１００やステップ１１０、１２０の処理は、マルチプレクサ６ｃによる信号の切替えに基づいて順に行われる。
【００７５】
続いて、ステップ１３０では、ドレイン−ソース間電流ＩＤＳを演算する。ドレイン−ソース間電流ＩＤＳは、次式のようにドレイン−ソース間電圧ＶＤＳをオン抵抗Ｒｏｎで割った値として演算される。
【００７６】
（数４） ＩＤＳ＝ＶＤＳ／Ｒｏｎ
そして、ステップ１４０において、今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）を演算する。具体的には、今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）は、前回の積算値（ｎ−１）に対して加減算値を加減算することより求められる。加減算値は、加算数値を決める加算の項と減算数値を決める減算の項を合わせた値とされ、例えば次式とされる。
【００７７】
【数５】
数式５に示されるように、本実施形態では、加算の項は、負荷電流値Ｉに相当するドレイン−ソース間電流ＩＤＳの二乗に比例しつつ、保護対象となるワイヤ４が劣化せずに定常的に流すことができる最大電流値Ｉ＿ｌｉｍｉｔの二乗に反比例する項としてある。ドレイン−ソース間電流ＩＤＳの二乗はワイヤ４での発熱量に相当するため、加算の項を発熱量に比例する項とすることでこの発熱量が大きいほど加算数値が大きくなるようにしている。また、定常的に流すことができる最大電流値Ｉ＿ｌｉｍｉｔは、ワイヤ４の抵抗値に相当する値であり、許容値が大きいほど大きな抵抗値と考えることができる。このため、加算の項を定常的に流すことができる最大電流値Ｉ＿ｌｉｍｉｔの二乗に反比例する項とすることで、定常的に流すことができる最大電流値Ｉ＿ｌｉｍｉｔが大きいほど加算値が小さくなるようにしている。
【００７８】
また、減算の項は、前回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ−１）に比例しつつ、積算結果の判定値、つまり積算値として許容できる最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭに反比例する項としてある。積算値は、温度に応じた値になる。このため、前回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ−１）が大きいほど、そこからの温度低下が大きいことから、減算の項を前回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ−１）に比例する項としている。また、最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭは、積算値がこの値を超えると半導体スイッチ２を遮断するという値であり、前回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ−１）の最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭに対する割合として減算数値を求めるようにしている。
【００７９】
その後、ステップ１５０において、既に半導体スイッチ２を遮断中であるか否かを判定する。この判定は、後述するステップ１７０において半導体スイッチ２を遮断していれば肯定判定され、遮断していなければ否定判定されることになる。
【００８０】
ここで否定判定された場合には、ステップ１６０に進んで今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）が最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭを超えたか否かを判定する。そして、超えていなければ半導体スイッチ２を遮断することなく上記処理を繰り返し、超えていればステップ１７０に進んで半導体スイッチ２を遮断する。それに加えて、半導体スイッチ２を遮断した時には、遮断中であることを示すフラグなどをセットしておく。
【００８１】
また、ステップ１５０で肯定判定された場合には、ステップ１８０に進んで今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）が復帰用の最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭ（復帰）未満になったか否かを判定する。最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭ（復帰）は、遮断時の判定値として用いられる最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭよりも小さな値に設定され、ある程度ワイヤ４の温度が低下したと考えられる値に設定される。ここで否定判定されれば、まだワイヤ４への通電を開始すると焼損する可能性があることから半導体スイッチ２の遮断状態を継続し、肯定判定されるとステップ１９０に進んで半導体スイッチ２を復帰させる。
【００８２】
このように、加減算回路７による加減算値を演算すると共に今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）を演算し、これを最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭや最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭ（復帰）と比較する。そして、その比較結果に基づいて、半導体スイッチ２のオンオフを制御することができる。そして、このときの加減算回路７での加減算方法について、数式５のような演算方法を用いることができ、その場合でも上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
なお、本実施形態でも、所定電流値、例えば保護対象となるワイヤ４が劣化せず定常的に流すことが許容される最大電流値以下のときに減算数値を一定値として、加減算を行うようにしても良い。
【００８４】
（他の実施形態）
上記実施形態に示された過電流保護回路１の回路構成は単なる一例であり、適宜変更することができる。例えば、第２実施形態で示したように、過電流保護回路１に設けられるチャンネル数は２個に限られない。更に、上記実施形態では、加算値決定回路７ａで決定される加算数値の演算方法の一例について説明したが、他の演算方法を採用しても良い。また、上記実施形態では、マルチプレクサ６ｃを用いて、負荷電流値Ｉに対応する検出信号と温度検出回路６ｂが検出する温度検出信号を切替えてＡＤ変換器６ｄに入力するようにしている。しかしながら、これも単なる一例を示したに過ぎず、ＡＤ変換器６ｄを２つ備えて、各信号それぞれが別々のＡＤ変換器６ｄに入力される構成としても良い。ただし、上記実施形態のようにマルチプレクサ６ｃを用いることで、１つのＡＤ変換器６ｄのみを用いて、マルチプレクサ６ｃにて切替えられた負荷電流値Ｉに対応する検出信号と温度検出回路６ｂが検出する温度検出信号のデジタル変換を行うことが可能となる。
【００８５】
また、上記第１実施形態において、加算値決定回路７ａによる加算数値の決定方法や減算回路７ｄでの減算数値の決定方法の一例について説明したが、加算数値と減算数値を同一の式で演算するようにしても良い。そして、例えば負荷電流値Ｉが所定電流値より大きければ加算数値を加算、負荷電流値Ｉが所定電流値以下であれば減算数値を減算すれば良い。
【００８６】
また、上記実施形態では、半導体スイッチ２の温度に対する負荷電流値Ｉの補正を行うようにしているが、この補正は加算数値の演算の前後いずれで行っても構わない。
【００８７】
さらに、上記各実施形態では、過電流からの保護対象としてワイヤ４を例に挙げて説明したが、ワイヤ４以外にも保護対象となり得る。例えば、パワーＭＯＳＦＥＴなどで構成される半導体スイッチ２や、ランプなどで構成される負荷３を保護対象として、これらに過電流が流れることを防止し、これらに流れる電流が保護対象許容電流以内に抑えられるようにする場合もある。このような場合に対しても、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１ 過電保護出回路
２ 半導体スイッチ
３ 負荷
４ ワイヤ
５ 制御回路
６ 電流値検出部
６ａ 検出信号入力回路
６ｂ 温度検出回路
６ｃ マルチプレクサ
６ｄ ＡＤ変換器
６ｅ 電流値演算回路
６ｆ 電流補正情報記憶部
７ 加減算部
７ａ 加算値決定回路
７ｂ 電流判定表記憶部
７ｃ 加算回路
７ｄ 減算回路
７ｅ 積算レジスタ
８ 比較回路
９ａ、９ｂ マルチプレクサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に接続されたワイヤなどの保護対象を過電流から保護する過電流保護回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１において、負荷に流れる電流の電流値（負荷電流値）を電流検出手段によって検出し、検出された負荷電流値に基づいて過電流検出を行う回路保護装置が提案されている。この回路保護装置では、検出された負荷電流値を複数の比較器によってパラレルに比較し、各比較器によって閾値を超えていると判定した最も大きな閾値に対応した加算値を加算していくと共に、加算結果が所定の判定値を超えた時点で過電流検出を行い、負荷への通電を遮断するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７９１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的にワイヤの線径を可能な限り小さくするために、電流遮断特性は出来るだけワイヤの劣化特性に近づけたいという要求があるが、上記従来の回路保護装置では、電流の閾値の数に応じた複数の比較器を持つ必要があるため、電流遮断特性をワイヤ劣化特性に近づけるには比較器の数が多くなり回路が複雑になるという問題がある。また、負荷に対する電流供給のオンオフを半導体スイッチによって制御しているが、半導体スイッチの温度によって供給される電流特性が変わる。この電流特性の変化に応じた温度補正を行うことが好ましいが、上記従来の回路保護装置では、そのような温度補正を行うことができないことから、過電流検出の精度も高くなく、より高精度に過電流検出が行えるようにすることが望まれる。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、簡素な回路構成で高精度な過電流検出を行うことが可能な過電流保護回路を提供することを第１の目的とする。さらに、より高精度に過電流検出を行うことが可能となる過電流保護回路を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電流値検出部（６）により、負荷（３）に流れる電流の値である負荷電流値（Ｉ）を検出し、加減算部（７）により、電流値検出部（６）で検出された負荷電流値（Ｉ）に基づいて加減算値を決定すると共に、加減算値を用いて加減算を行った積算結果を記憶して該積算結果を出力し、比較回路（８）により、加減算部（７）から出力される積算結果を判定閾値と比較することで過電流検出結果を示す出力を発生させ、制御回路（５）により、比較回路（８）の過電流検出結果に基いて負荷駆動手段（２）を制御して負荷（３）およびワイヤ（４）に流れる電流を制限することで、保護対象を過電流から保護する。このような構成において、電流値検出部（６）は、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号を入力し、当該検出信号をＡＤ変換するＡＤ変換器（６ｄ）と、該ＡＤ変換器（６ｄ）によってデジタル変換された検出信号から負荷電流値（Ｉ）を演算する電流値演算回路（６ｅ）とを有し、加減算部（７）は、電流値演算回路（６ｅ）で演算された負荷電流値（Ｉ）と、負荷電流値（Ｉ）と加減算値における加算数値との関係を示した関数式もしくはテーブルを用いて加算数値を決定する加算値決定回路（７ａ）とを有していることを特徴としている。
【０００７】
このように、負荷（３）に供給される負荷電流値（Ｉ）の検出信号を検出すると共に、それをＡＤ変換器（６ｄ）によってＡＤ変換し、ＡＤ変換器（６ｄ）によってデジタル化された値から負荷電流値（Ｉ）を取得している。そして、関数式を用いた演算もしくは負荷電流値（Ｉ）と加減算値における加算数値との関係を示したテーブルとを用いて加算数値を決定し、この加算数値を加算していって、積算値が所定の判定閾値に達したら負荷（３）に流れる電流を制限している。
【０００８】
このような過電流保護回路では、１つの加算値決定回路（７ａ）を用い、得られた負荷電流値（Ｉ）に応じて加算数値を設定し、積算結果に対して加算するようにしている。したがって、従来のように複数の比較器を用いなくても、負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値を精度良く設定することが可能となり、簡素な回路構成で高精度な過電流保護を行うことが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、負荷駆動手段は半導体スイッチ（２）であり、半導体スイッチ（２）の温度に対応する温度検出信号を検出する温度検出回路（６ｂ）を有し、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号をＡＤ変換器（６ｄ）に入力すると共に、該ＡＤ変換器（６ｄ）にて入力された信号をデジタル変換し、電流値演算回路（６ｅ）にて、デジタル変換された温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号に基づいて、負荷電流値（Ｉ）を温度補正することを特徴としている。
【００１０】
このように、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号をＡＤ変換器（６ｄ）に入力するようにしている。そして、デジタル変換された温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号に基づいて、負荷電流値（Ｉ）を温度補正する。このように、デジタル化した負荷電流値（Ｉ）や温度検出信号を用いることにより、負荷電流値（Ｉ）の温度補正をより容易に行うことが可能となる。したがって、的確に温度補正を行うことが可能となり、より高精度に過電流検出を行うことが可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号のいずれを選択して出力するかの切替えを行うマルチプレクサ（６ｃ）を有し、マルチプレクサ（６ｃ）にて負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号を切替えてＡＤ変換器（６ｄ）に入力することを特徴としている。
【００１２】
このように、マルチプレクサ（６ｃ）を用いることで、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号を切替えてＡＤ変換器（６ｄ）に入力することができる。これにより、１つのＡＤ変換器（６ｄ）のみを用いて、マルチプレクサ（６ｃ）にて切替えられた負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号のデジタル変換を行うことが可能となる。
【００１３】
例えば、請求項４に記載したように、電流値検出部（６）に対して、半導体スイッチ（２）の温度に対する電流補正情報を記憶した電流補正情報記憶部（６ｆ）を備え、電流値演算回路（６ｅ）にて、電流補正情報記憶部（６ｆ）に記憶された電流補正情報を用いて、デジタル変換された温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号から得られる半導体スイッチ（２）の温度に対応して負荷電流値（Ｉ）の温度補正を行うことができる。
【００１４】
具体的には、請求項５に記載したように、電流値検出部（６）に対して、負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号として半導体スイッチ（２）のドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）を検出する電圧検出回路（６ａ）を備え、電流値演算回路（６ｅ）では、ドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）と半導体スイッチ（２）のオン抵抗（Ｒｏｎ）とから負荷電流値（Ｉ）を演算する。また、電流補正情報記憶部（６ｆ）では、電流補正情報として、半導体スイッチ（２）の温度に対するオン抵抗（Ｒｏｎ）の関係を記憶する。そして、電流値演算回路（６ｅ）にて、半導体スイッチ（２）の温度に対応してオン抵抗（Ｒｏｎ）を補正することにより、ドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）とオン抵抗（Ｒｏｎ）とから演算される負荷電流値（Ｉ）の温度補正を行うことができる。
【００１５】
また、例えば、請求項６に記載したように、加算値決定回路（７ａ）は、負荷電流値（Ｉ）の２乗に比例する値を演算し、該２乗に比例する値を加算数値とすることができる。この場合、例えば、加算値決定回路（７ａ）は、積算結果が大きくなるに従って比例係数を小さくして、負荷電流値（Ｉ）の２乗に比例する値を演算するようにすれば、より精度を出すことが可能となる。同様に、例えば、加減算部（７）では、積算結果が小さくなるに従って減算数値が小さく設定されるようにすることで、より精度を出すことが可能となる。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、加減算部（７）は、負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値の関係を示した電流判定表を記憶する電流判定表記憶部（７ｂ）を有し、加算値決定回路（７ａ）は、電流判定表記憶部（７ｂ）に記憶された電流判定表を用いて、電流値演算回路（６ｅ）から伝えられる負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値を決定することを特徴としている。
【００１７】
このように、電流判定表記憶部（７ｂ）に記憶されたテーブルを用いて、検出された負荷電流値（Ｉ）と対応する加算数値を読み出すことによっても、加算数値を決定することができる。
【００１８】
また、請求項８に記載した加減算値を負荷電流値（Ｉ）の二乗に比例する加算の項や、請求項９に記載した積算結果に比例する減算の項を含む関数式に基づいて演算することができる。これらの場合、請求項１０に記載したように、加減算値における加算の項を、保護対象が劣化せずに定常的に流すことが可能な最大電流値の二乗に反比例するものとすることができ、請求項１１に記載したように、加減算値における減算の項を、積算結果として許容できる値であるか否かの判定を行う判定値に反比例するものとすることができる。このような場合にも、請求項１２に記載したように、負荷電流値（Ｉ）が、保護対象が劣化せずに定常的に流すことが可能な最大電流値以下であるときに加減算値にける減算数値の減算を行うようにすることができる。
【００１９】
請求項１３に記載の発明では、加減算部（７）は、負荷電流値（Ｉ）が所定電流値よりも大きいときには加算数値の加算を行うと共に、負荷電流値（Ｉ）が所定電流値以下のときには加減算値における減算数値の減算を行い、所定電流値は、保護対象許容電流値または保護対象発煙電流値であることを特徴としている。このように、所定電流値は、保護対象許容電流値または保護対象発煙電流値に設定することができる。
【００２０】
請求項１４に記載の発明では、加減算部（７）は、制御回路（５）により負荷駆動手段（２）がオフされた後も減算数値の減算を継続し、制御回路（５）は、加減算部（７）の積算結果が第１所定判定値よりも小さい第２所定判定値まで低下したときに負荷駆動手段（２）をオンすることを特徴としている。
【００２１】
このように、制御回路（５）により負荷駆動手段（２）がオフされた後も減算数値の減算を継続することで、その後に負荷駆動手段（２）を再びオンして負荷（３）の駆動を可能にすることができる。
【００２２】
また、請求項１５に示すように、負荷駆動手段（２）によって複数の負荷（３）への電流供給を制御している形態においては、電流検出部（６）に、複数の負荷（３）それぞれに電流を供給するワイヤ（４）の１つ１つをチャネルとして、各チャネルの負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号を入力すると共に、入力された検出信号のいずれを選択して出力するかの切替えを行うマルチプレクサ（９ａ）を備え、該マルチプレクサ（９ａ）の切替えにより、チャネル毎に負荷電流値（Ｉ）を検出し、該検出されたチャネル毎の負荷電流値（Ｉ）に基づいて、チャネル毎の過電流検出を行うことができる。このように、マルチチャネルに対応した過電流保護回路とすることもできる。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる過電流保護回路１のブロック構成を示した図である。
【図２】図１に示す過電流保護回路１の一部の回路構成の一例を示した図である。
【図３】半導体スイッチ２の温度に対するオン抵抗Ｒｏｎの補正係数の関係を示すマップの一例を示した図である。
【図４】負荷電流値Ｉと加算数値との関係の一例を示した図表である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる過電流保護回路１のブロック構成を示した図である。
【図６】線種毎の負荷電流値Ｉと加算数値との関係の一例を示した図表である。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる過電流保護回路１の回路構成の一例を示した図である。
【図８】本発明の第４実施形態にかかる過電流保護回路１の加減算回路７や比較回路８および制御回路５で実行される加減算処理の詳細を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、ワイヤ（ワイヤハーネス）を保護対象として過電流が流れることによるワイヤの焼損を防止する場合を例に挙げて説明する。図１に、本実施形態にかかる過電流保護回路１のブロック構成を示すと共に、図２に、図１に示す過電流保護回路１の一部の回路構成の一例を示し、これらの図を参照して本実施形態にかかる過電流保護回路１について説明する。
【００２７】
本実施形態で示される過電流保護回路１は、例えば車両に搭載されるものであり、ワイヤに接続された負荷に電源を供給する電源供給装置としての役割を果たすものである。この過電流保護回路１はワイヤに流れる過電流を検出し、負荷を保護する機能を備えている。以下、この図を参照して、本実施形態にかかる過電流保護回路１について説明する。
【００２８】
図１に示すように、過電流保護回路１は、半導体スイッチ２を制御することによって電源Ｂａｔｔから負荷３への電流供給を制御し、負荷３を駆動する。また、過電流保護回路１は、負荷３に供給される電流が過電流となったことを検出し、半導体スイッチ２を制御して負荷３に供給される電流をオフもしくは減少させることによって制限することで、負荷３に対して電流供給を行っているワイヤ４を過電流から保護する。過電流保護回路１は、具体的には、制御回路５、電流値検出部６、加減算部７および比較回路８を有した構成とされている。
【００２９】
半導体スイッチ２は、負荷駆動手段に相当するものであり、図１に示すように負荷３のハイサイド側に接続された半導体スイッチング素子によって構成される。半導体スイッチング素子としては、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴもしくはバイポーラトランジスタなどを適用することができるが、例えば半導体スイッチ２として、図２に示すようにｎ型のＭＯＳＦＥＴが適用される場合、半導体スイッチ２のドレインが電源Ｂａｔｔに接続されると共にソースが負荷３に接続され、半導体スイッチ２のゲートが例えば入力用バッファ５ａを介して制御回路５に接続される。また、半導体スイッチ２を通じて負荷３に流される電流と対応する信号（以下、検出信号という）が電流値検出部６に入力される。例えば、パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電流ＩＤＳ、もしくは図２に示すようにその電流ＩＤＳと対応するドレイン−ソース間電圧ＶＤＳが検出信号となる。また、半導体スイッチ２にセンス素子を備えたり、半導体スイッチ２にシャント抵抗を接続することで、電流値検出部６に検出信号が入力される構造としても良い。半導体スイッチ２にセンス素子を備えた構造とする場合、センス素子から流されるセンス電流、つまり負荷３に流れる電流を所定比率で減衰した電流が検出信号となり、半導体スイッチ２のローサイド側にシャント抵抗が接続される構造とする場合、シャント抵抗の両端電圧（またはハイサイド電圧）が検出信号となる。
【００３０】
制御回路５は、半導体スイッチ２を制御し、電源Ｂａｔｔから負荷３への電流供給を制御する。例えば、上記したように、半導体スイッチ２にｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴが適用されている場合、制御回路５は、ｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御することにより半導体スイッチ２を制御する。また、制御回路５は、比較回路８の比較結果に基づいて過電流検出を行い、過電流検出時には、ゲート電圧を制御することで半導体スイッチ２を制御し、負荷３に供給される電流をオフもしくは減少させることによって制限する。これにより、負荷３に対して電流供給を行っているワイヤ４を過電流から保護し、ワイヤ４の焼損を防止している。
【００３１】
電流値検出部６は、半導体スイッチ２から伝えられる検出信号に基づいて、負荷３に接続されたワイヤ４に流れる電流の電流値（負荷電流値）を演算している。本実施形態では、負荷電流値そのものを演算しているだけでなく、半導体スイッチ２の温度情報に基づいて、負荷電流値に温度補正を掛け、半導体スイッチ２の温度を加味した補正後の負荷電流値を演算するようにしている。具体的には、電流値検出部６は、検出信号入力回路６ａ、温度検出回路６ｂ、マルチプレクサ６ｃ、ＡＤ変換器６ｄ、電流値演算回路６ｅおよび電流補正情報記憶部６ｆを有した構成とされている。
【００３２】
検出信号入力回路６ａは、半導体スイッチ２から検出信号を入力するものであり、本実施形態の場合には、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを検出する電圧検出回路を構成するＶＤＳ検出回路によって構成している。ここでは、半導体スイッチ２にｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴが適用されている場合を想定しており、例えば図２に示すようにアンプ６ａａによって構成される。具体的には、検出信号としてドレイン−ソース間電流ＩＤＳと対応するドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを入力し、それを例えばＧＮＤ基準で増幅してマルチプレクサ６ｃに対して出力している。
【００３３】
温度検出回路６ｂは、半導体スイッチ２の温度に応じた信号となる温度検出信号を検出している。例えば、半導体スイッチ２には、図２に示すようなダイオード２０（実際には複数段のダイオード）によって構成された温特回路が備えられており、ダイオード２０の温特により温特回路のハイサイド電位が半導体スイッチ２の温度に応じて変化することから、温度検出回路６ｂは、そのハイサイド電位を温度検出信号として検出し、それをマルチプレクサ６ｃに対して出力している。
【００３４】
マルチプレクサ６ｃは、信号選択を行う部分であり、検出信号入力回路６ａと温度検出回路６ｂのいずれの出力をＡＤ変換器６ｄに伝えるかを選択する。例えば、マルチプレクサ６ｃは、制御回路５からの切替信号に基づいて選択する信号の切替えを行っており、例えば時分割によって所定のサンプリング周期毎に検出信号入力回路６ａの出力と温度検出回路６ｂの出力が交互に繰り返しＡＤ変換器６ｄに入力されるようにしている。
【００３５】
ＡＤ変換器６ｄは、入力されたドレイン−ソース間電圧ＶＤＳと温度検出信号のアナログ値をデジタル変換し、デジタル信号として電流値演算回路６ｅに出力している。
【００３６】
電流値演算回路６ｅは、半導体スイッチ２を介して負荷３に流される負荷電流値を演算する。具体的には、電流値演算回路６ｅは、半導体スイッチ２のオン抵抗Ｒｏｎと検出信号入力回路６ａが出力するドレイン−ソース間電圧ＶＤＳをデジタル変換した値から負荷電流値Ｉを演算し、その結果を加減算部７に出力している。このときの負荷電流値Ｉの演算式は、基本的には次の数式１を用いている。
【００３７】
（数１） Ｉ＝ＶＤＳ／Ｒｏｎ
また、本実施形態の場合、電流値演算回路６ｅは、電流補正情報記憶部６ｆの記憶内容に基づいてオン抵抗Ｒｏｎを温度補正し、補正後のオン抵抗Ｒｏｎを上記数式１に対して代入することにより補正後の負荷電流値Ｉを演算している。
【００３８】
電流補正情報記憶部６ｆは、半導体スイッチ２の温度に対する電流補正情報、具体的には上記電流値演算回路６ｅによるオン抵抗Ｒｏｎの温度補正用データを記憶している。例えば、半導体スイッチ２の温度に対するオン抵抗Ｒｏｎの補正係数の関係を示すマップを記憶している。図３は、この半導体スイッチ２の温度に対するオン抵抗Ｒｏｎの補正係数の関係を示すマップの一例を示した図である。この図に示すように、半導体スイッチ２の温度が高くなるほど補正係数が大きくなるようにされ、例えば補正係数α１に半導体スイッチ２の温度Ｔを掛けると共に定数Ａを足すことによって、その温度Ｔでのオン抵抗Ｒｏｎを演算するようにしている。すなわち、数式２を用いてオン抵抗Ｒｏｎを演算している。この数式で表されるように、抵抗Ｒｏｎを温度に対してほぼ線形近似することが可能となる。補正係数α１や定数Ａについては、温度に応じて可変としても良く、例えば２５℃以上と２５℃未満で補正係数α１や定数Ａを変えても良い。このように計算式を温度に応じて変更すれば、オン抵抗Ｒｏｎが温度に対して完全に線形ではないことから、より高精度にオン抵抗Ｒｏｎを演算することが可能となる。
【００３９】
（数２） Ｒｏｎ＝α１×Ｔ＋Ａ
なお、半導体スイッチ２の温度に対するオン抵抗Ｒｏｎの補正係数の関係は、ドレイン−ソース間電流ＩＤＳの大きさによって若干異なるが、図３中に示したようにほぼ同様の特性となる。このため、異なる値の電流ＩＤＳ毎にマップを記憶していても良いが、代表的な１つのマップのみを記憶しておいても良い。このオン抵抗Ｒｏｎについては、半導体スイッチ２を構成している素子の温度とオン抵抗Ｒｏｎとの関係について予め調べておくことで、温度検出回路６ｂの検出結果に基づいて容易に演算することができる。勿論、電流依存性を加味して、ドレイン−ソース間電流ＩＤＳに応じて計算式を変更しても良く、そのようにすることでより高精度化も可能となる。例えば、電流ＩＤＳが１０Ａの場合を想定してオン抵抗Ｒｏｎを演算しておき、計算結果が電流ＩＤＳ＝１０Ａのときと合致せず、電流ＩＤ＝５０Ａのときと合致する場合には、オン抵抗Ｒｏｎを補正して再計算するなどの方法を採用することもできる。
【００４０】
このように、電流値演算回路６ｅにより、温度補正を行ったオン抵抗Ｒｏｎを用いると共に、上記した数式１に対して温度検出回路６ｂが検出した温度検出信号をデジタル変換した値と補正を行ったオン抵抗Ｒｏｎを代入することで負荷電流値Ｉを演算すれば、温度変化を加味したより高精度に過電流検出を行うことが可能となる。
【００４１】
加減算部７は、電流値検出部６での演算結果に基づいて、所定数値を加減算する部分である。加減算部７は負荷３について、電流値検出部６で検出される負荷電流値Ｉ、つまり過電流レベルに応じた計算を行う。この加減算部７は、マイクロコンピュータによるソフトウェアによって加減算を行う構成であっても良いし、ハードウェアのデジタル回路によって加減算を行う構成であっても良い。具体的には、加減算部７は、加算値決定回路７ａ、電流判定表記憶部７ｂ、加算回路７ｃ、減算回路７ｄおよび積算レジスタ７ｅを有した構成とされている。
【００４２】
なお、図２では、図１における加算値決定回路７ａ、電流判定表記憶部７ｂ、加算回路７ｃおよび減算回路７ｄをまとめて加減算回路と簡略化してあるが、同じ構成ものである。ただし、これらをまとめた１つの回路として把握することもできる。また、これらに加えて積算レジスタ７ｅまでまとめた１つの回路として把握することもできる。
【００４３】
加算値決定回路７ａは、デジタル化された負荷電流値Ｉに対応した所定数値として、加算に用いられる加算数値を決定し、それを加算回路７ｃに送る。加算値決定回路７ａは、基本的には単純に負荷電流値Ｉの２乗に比例した値、すなわちジュール熱における発熱量に比例する値を加算数値としているが、さらに精度を出すために積算値が大きくなるに従い比例係数を小さくすることもできる。ただし、そのままでは積算値を格納するメモリの容量が大きくなるため、必要に応じて例えば２乗後に上位１０ｂｉｔのみを採用し加算回路に送るようにすることもできる。
【００４４】
また、加算値決定回路７ａは、上記のような負荷電流値Ｉの２乗に比例した数値ではなく、検出された負荷電流値Ｉに対応する加算数値を記憶データに基づいて決定することもできる。この場合、電流判定表記憶部７ｂが用いられる。
【００４５】
電流判定表記憶部７ｂは、負荷電流値Ｉと加算数値の関係を示したテーブルなどを記憶させたものであり、加算値決定回路７ａは、この電流判定表記憶部７ｂに記憶されたテーブルを用いて、検出された負荷電流値Ｉと対応する加算数値を読み出すことによっても、加算数値を決定することができる。
【００４６】
図４は、負荷電流値Ｉと加算数値との関係の一例を示した図表である。この図に示すように、例えば、負荷電流値ＩをＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５・・・（Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４＞Ｉ５・・・）という複数の検出電流範囲を設定し、各検出電流範囲における検出電流値下限の２乗（検出電流値＞Ｉ１ならＩ１の２乗、Ｉ１＞検出電流値＞Ｉ２ならＩ２の２乗）を１０倍した値などを加算数値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５・・・としている。また、図４には記載していないが、負荷電流値Ｉが所定電流値以下の場合には加算数値を０に設定している。このように、電流判定表記憶部７ｂに負荷電流値Ｉと加算数値との関係を示したテーブルなどを記憶しておくことで、そのテーブルを用いて負荷電流値Ｉに対応する加算数値を演算することもできる。このようにテーブルを用いて負荷電流値Ｉに対応する加算数値を演算する場合であっても、デジタル化された負荷電流値Ｉに基づいて演算できることから、より精度のよい加算数値を設定することが可能となる。
【００４７】
ただし、このような電流判定表記憶部７ｂは、テーブルなどのデータを記憶しておく必要があり、本実施形態の場合には１つの負荷３に接続されるワイヤ４に流れる電流のみを検出していることからそのテーブルは１つで良いが、検出するワイヤ４の数が増加するほど、そのワイヤ特性に応じて記憶しなければならないデータ数が増加する。このため、メモリ容量低減の観点からは、加算値決定回路７ａが単に負荷電流値Ｉの２乗に比例する値を演算することで加算数値を決定する手法の方が好ましい。
【００４８】
加算回路７ｃは、加算値決定回路７ａで決定された加算数値を前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して加算することで、今回のサンプリング周期での積算結果を演算する。例えば、上記した加算数値の設定の場合、負荷電流値Ｉが所定電流値以下のときに加算数値が０に設定されるため、負荷電流値Ｉが所定電流値よりも大きいときに加算数値が加算されていくことになる。加算回路７ｃには、制御回路５から加減算タイミング信号が入力されるようになっており、この加減算タイミング信号に基づいて、サンプリング周期毎に加算数値を前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して加算できるようにしてある。
【００４９】
減算回路７ｄは、前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して予め決められた減算数値を所定のサンプリング周期毎に減算することで、今回のサンプリング周期での積算結果を演算する。減算回路７ｄには、制御回路５から加減算タイミング信号が入力されるようになっており、この加減算タイミング信号に基づいて、サンプリング周期毎に減算数値を前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して減算できるようにしてある。
【００５０】
減算回路７ｄでの減算数値は、負荷電流値Ｉが所定電流値以下の場合に一定値となるように設定されていても良いが、精度を出すために積算値が小さくなるに従い減算値も小さくすると好ましい。また、負荷電流値Ｉの大きさに応じて予め決められた値となるように、もしくは、負荷電流値Ｉにかかわらず一定値となるように設定されていても良い。また、減算数値を一定値にするのではなく、ワイヤ４と環境温度との関係に基づいて、半導体スイッチ２の温度と環境温度との差が大きくなるほど減算数値を大きくなるような設定としても良い。減算数値を負荷電流値Ｉが所定電流値以下のときに一定値とする設定の場合には、負過電流値Ｉが所定電流値以下の場合に減算数値が減算されていくことになる。
【００５１】
積算レジスタ７ｅは、前回のサンプリング周期の際の積算結果を記憶（格納）している。また、積算レジスタ７ｅは、加算回路７ｃもしくは減算回路７ｄによる前回のサンプリング周期の際の積算結果に対して加算数値もしくは減算数値を加減算して演算された今回のサンプリング周期の際の積算結果を演算すると、それを比較回路８に出力したのち、前回のサンプリング周期の際の積算結果を今回のサンプリング周期の際の積算結果に書き換えて記憶する。つまり、上記した加算回路７ｃや減算回路７ｄは、積算レジスタ７ｅに記憶されている前回のサンプリング周期の際の積算結果を用いて上記加算数値や減算数値の加減算を行っており、加減算後に再び積算レジスタ７ｅにその結果を記憶している。
【００５２】
なお、ここでは、負荷電流値Ｉが一定値、つまり所定電流値よりも大きいときには加算回路７ｃにて加算数値を加算し、負荷電流値Ｉが所定電流値以下のときに減算回路８ｄにて減算数値を減算する場合を例に挙げている。このため、各サンプリング周期毎に加算数値の加算と減算数値の減算のいずれか一方のみが行われる形態について説明しているが、負荷電流値Ｉに応じて加算数値と減算数値の両方を設定し、同じサンプリング周期中に加減算の両方が行われるようにする場合には、加算回路７ｃと減算回路７ｄによる加減算後の積算結果が積算レジスタ７ｅに記憶されることになる。また、ここでいう所定電流値とは、例えばワイヤ許容電流値、つまり保護対象となるワイヤ４が劣化せず定常的に流すことが許容される最大電流値またはワイヤ発煙電流値とすることができる。
【００５３】
比較回路８は、例えばデジタル比較器にて構成され、第１判定閾値と積算レジスタ７ｅから出力される積算結果とを大小比較し、積算結果が第１判定閾値を超えた場合に、過電流が発生しているとして、その旨を制御回路５に伝える。比較回路８には、ワイヤ４の線種毎に予め決められた比較値が記憶されており、その比較値を第１判定閾値として用いて積算レジスタ７ｅか出力される積算結果と比較している。この比較回路８での比較結果に基づいて、制御回路５は過電流検出を行っており、過電流検出時には、ゲート電圧を制御することで半導体スイッチ２を制御し、負荷３に供給される電流をオフもしくは減少させることによって制限する。このようにして、負荷３に対して電流供給を行っているワイヤ４を過電流から保護でき、ワイヤ４の焼損を防止することが可能となる。
【００５４】
また、比較回路８は、第１判定閾値よりも小さい第２判定閾値と積算レジスタ７ｅから出力される積算結果とを大小比較しており、負荷３に供給される電流が制限された後で、積算結果が第２判定閾値まで低下すると、その旨を制御回路５に伝え、再び半導体スイッチ２がオンされるようにする。これにより、ワイヤ４に過電流が流れなくなって焼損の虞が低下したときに、再び負荷３を作動させるようにしている。このため、例えば半導体スイッチ２がオフされたとしても、一定時間後に半導体スイッチ２が再びオンされるので、一旦遮断された負荷３を再駆動することが可能となる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の過電流保護回路１では、負荷３に供給される負荷電流値Ｉの検出信号、本実施形態の場合には負荷電流値Ｉに対応する値であるドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを検出すると共に、それをＡＤ変換器６ｄによってＡＤ変換している。そして、ＡＤ変換器６ｄによってデジタル化された値から負荷電流値Ｉを取得すると共に、関数式を用いた演算もしくは負荷電流値Ｉと加算数値との関係を示したテーブルとを用いて負荷電流値Ｉと対応する加算数値を演算し、この加算数値を加算していって、積算値が所定の判定閾値に達したら負荷３に流れる電流を制限している。また、負荷電流値Ｉが一定値以下のときには積算値から減算数値を減算するようにしている。そして、積算値が第１判定閾値に達したときに、過電流検出を行うようにしている。
【００５６】
このような過電流保護回路１では、１つの加算値決定回路７ａを用い、得られた負荷電流値Ｉに応じて加算数値を設定し、積算結果に対して加算するようにしている。また、負荷電流値Ｉが一定値以下の場合には積算結果から所定の減算数値が減算されるようにしている。したがって、従来のように複数の比較器を用いなくても、負荷電流値Ｉに対応する加算数値を精度良く設定することが可能となり、より高精度に過電流保護を行うことが可能となる。また、デジタル化した負荷電流値Ｉや温度検出信号を用いることにより、負荷電流値Ｉの温度補正をより容易に行うことが可能となる。したがって、的確に温度補正を行うことが可能となり、より高精度に過電流検出を行うことが可能となる。
【００５７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の過電流保護回路をマルチチャネルに対応できるように変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５８】
図５は、本実施形態にかかる過電流保護回路１のブロック構成を示した図である。この図に示すように、本実施形態の過電流保護回路１は、複数の負荷３を駆動するための複数の半導体スイッチ２を駆動する構成とされ、制御回路５によって各半導体スイッチ２が駆動できるようにしてある。過電流保護回路１に備えられた各構成は、複数の負荷３に対して電流供給を行っている各ワイヤ４の過電流保護用として共用できるようにしてある。
【００５９】
具体的には、各半導体スイッチ２からの検出信号がマルチプレクサ９ａに入力されると共に、各半導体スイッチ２の温度検出信号がマルチプレクサ９ｂに入力されるようにしてある。そして、各負荷３に電流を供給するワイヤ４の１つ１つをチャネルとして、各マルチプレクサ９ａ、９ｂで過電流検出対象となるチャネルの入力信号を選択し、選択された入力信号がマルチプレクサ９ａ、９ｂから検出信号入力回路６ａおよび温度検出回路６ｂに入力されるようにしてある。マルチプレクサ９ａ、９ｂを含め、電流値演算回路６ｅや加算値決定回路７ａおよび加算回路７ｃなどには、制御回路５から選択チャネル信号が入力されるようになっており、選択チャネル信号に基づいて、各部がどのチャネルを過電流検出対象とするか把握できるようにしてある。
【００６０】
この場合にも、基本的には加算値決定回路７ａにより、単純に負荷電流値Ｉの２乗に比例した値を演算することで加算数値を求めている。さらに、精度を出すために積算値が大きくなるに従い比例係数を小さくして加算数値を演算すると好ましい。このように、負荷電流値Ｉに基づいて加算数値を演算により求めるようにしている。ただし、負過電流値Ｉと加算数値との関係を記憶しておき、それに基づいて加算数値を求めることできる。例えば、電流判定表記憶部７ｂに、ワイヤ４の線種毎に、負荷電流値Ｉと加算数値の関係を記憶する。図６は、線種毎の負荷電流値Ｉと加算数値との関係の一例を示した図表である。この図に示すように、例えば、線種毎に負荷電流値ＩをＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５・・・（Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３＞Ｉ４＞Ｉ５・・・）という複数の検出電流範囲を設定し、各検出電流範囲における検出電流値下限の２乗（検出電流値＞Ｉ１ならＩ１の２乗、Ｉ１＞検出電流値＞Ｉ２ならＩ２の２乗）を１０倍した値などを加算数値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５・・・としている。このように、線種毎に負荷電流値Ｉに対応する加算数値を記憶しておくこともできる。
【００６１】
このような構成の過電流保護回路１では、チャネル毎に順番に切替えて過電流検出を行うことにより各チャネルのワイヤ４を過電流から保護する。
【００６２】
例えば、時分割により所定の制御周期毎に過電流検出対象となるチャネルを切替えると共に、その制御周期よりも短いサンプリング周期毎にマルチプレクサ６ｃで選択される信号を切替えることで、各チャネルの電圧ＶＤＳと温度検出信号がＡＤ変換器６ｄに順番に入力されるようにする。そして、電流値演算回路６ｅは、制御回路５から入力される選択チャネル信号より過電流検出対象となっているチャネルを把握しているため、そのチャネルに対応する負荷電流値Ｉを演算する。例えば、オン抵抗Ｒｏｎの温度補正を行う場合には、電流補正情報記憶部６ｆからそのチャネルに対応する情報を読み出し、それに基づいてオン抵抗Ｒｏｎを温度補正するようにしている。
【００６３】
このようにして、過電流検出対象となっているチャネルの負荷電流値Ｉを演算すると、加算値決定回路７ａにて加算数値を決定する。このときにも、デジタル化された負荷電流値Ｉに基づいて加算数値を決定している。加算数値を演算によって求める場合には、基本的には単純に負荷電流値Ｉの２乗に比例した値を加算数値としているが、さらに精度を出すために積算値が大きくなるに従い比例係数を小さくすることもできる。また、電流判定表を用いる場合には、電流判定表記憶部７ｂから過電流検出対象となっているチャネルと対応する電流判定表を読み出し、それを利用して加算数値を決定するようにしている。
【００６４】
さらに、加算回路７ｃでは、加算値決定回路７ａで決定した加算数値を積算レジスタ７ｅに記憶されている積算結果に加算する。同様に、減算回路７ｄも所定の減算数値を積算レジスタ７ｅに記憶されている積算結果に減算する。積算レジスタ７ｅでは、チャネル毎に積算結果を記憶するようにしてあり、加算回路７ｃおよび減算回路７ｄは、過電流検出対象となっているチャネルの積算結果に対して加算数値や減算数値の加減算を行うようにしている。また、その積算結果が比較回路８に出力され、比較回路８で第１、第２判定閾値と比較されることで、過電流検出が行われる。そして、過電流検出が為されると、制御回路５は、自分自身でどのチャネルが過電流検出対象となっているかを把握しているため、過電流検出が為されたチャネルの半導体スイッチ２を制御し、負荷３への電流供給を制限する。
【００６５】
このように、マルチプレクサ９ａ、９ｂを備えたり、各部にどのチャネルが過電流検出対象となっているかを示す選択チャネル信号を伝えるという構成以外は、第１実施形態と共通の構成を用いて、複数チャネルのワイヤ４の過電流保護を行うことが可能となる。
【００６６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して検出信号入力回路を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６７】
図７は、本実施形態にかかる過電流保護回路１の回路構成の一例を示した図である。この図に示すように、本実施形態では、第１実施形態のような検出信号入力回路に代えて、センス素子を用いて検出信号入力回路を構成している。例えば、図７に示すように半導体スイッチ２として、ｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴが適用される場合、パワーＭＯＳＦＥＴをメインＭＯＳＦＥＴ２ａとセンスＭＯＳＦＥＴ２ｂとによって構成する。センスＭＯＳＦＥＴ２ｂは、メインＭＯＳＦＥＴ２ａのドレイン−ソース間電流ＩＤＳに対して所定比率で減衰したセンス電流を流すセンス素子である。
【００６８】
また、検出信号入力回路６ａを例えばアンプ６ａａとＮＰＮトランジスタ６ａｂおよび抵抗６ａｃによって構成している。そして、メインＭＯＳＦＥＴ２ａとセンスＭＯＳＦＥＴ２ｂのソース電位をアンプ６ａａに入力すると共に、抵抗６ａｃのハイサイド電位をマルチプレクサ６ｃに入力する。このような構成によれば、アンプ６ａａにてメインＭＯＳＦＥＴ２ａとセンスＭＯＳＦＥＴ２ｂのソース電位の電位差を増幅することでＮＰＮトランジスタ６ａｂのベース電圧を変化させる。これに基づいて、ＮＰＮトランジスタ６ａｂのコレクタ電流が変化して抵抗６ａｃのハイサイド側電位が変化する。したがって、このハイサイド側電位をマルチプレクサ６ｃに入力することで、パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電流ＩＤＳを用いて加算数値や減算数値を設定することができる。
【００６９】
このように、検出信号入力回路６ａの構成については第１実施形態の構成に限るものではなく、本実施形態のようにセンス素子を用いて検出信号を入力する構成とすることもできる。
【００７０】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して加減算回路７での加減算の方法を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７１】
図８は、本実施形態にかかる過電流保護回路１の加減算回路７や比較回路８および制御回路５で実行される加減算処理の詳細を示したフローチャートである。なお、ここでは加減算回路７を１つの回路としてまとめて把握した場合を想定して加減算処理を実行しており、所定の制御周期毎に本処理を実行している。
【００７２】
まず、ステップ１００では、検出信号入力回路６ａを介してドレイン−ソース間電圧ＶＤＳを検出する。また、ステップ１１０では温度検出回路６ｂを介して半導体スイッチ２に備えられたダイオード２０の順方向電圧Ｖｆを検出し、ステップ１２０では、予め決められた関数式に順方向電圧Ｖｆを代入することで、オン抵抗Ｒｏｎを演算する。ここでは、次式を用いてオン抵抗Ｒｏｎを演算している。なお、Ｃは係数、Ｄは定数であり、共に予め決められた値である。
【００７３】
（数３） Ｒｏｎ＝Ｃ×Ｖｆ＋Ｄ
つまり、オン抵抗Ｒｏｎは、ほぼ順方向電圧Ｖｆに比例していることから、数式３のような一次関数に近似することでオン抵抗Ｒｏｎを求めることができる。なお、オン抵抗Ｒｏｎは、実際には順方向電圧Ｖｆの二乗式になることから、順方向電圧Ｖｆの二乗に比例する値を演算する関数式を用いてオン抵抗Ｒｏｎを演算しても良い。
【００７４】
これらステップ１００やステップ１１０、１２０の処理は、マルチプレクサ６ｃによる信号の切替えに基づいて順に行われる。
【００７５】
続いて、ステップ１３０では、ドレイン−ソース間電流ＩＤＳを演算する。ドレイン−ソース間電流ＩＤＳは、次式のようにドレイン−ソース間電圧ＶＤＳをオン抵抗Ｒｏｎで割った値として演算される。
【００７６】
（数４） ＩＤＳ＝ＶＤＳ／Ｒｏｎ
そして、ステップ１４０において、今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）を演算する。具体的には、今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）は、前回の積算値（ｎ−１）に対して加減算値を加減算することより求められる。加減算値は、加算数値を決める加算の項と減算数値を決める減算の項を合わせた値とされ、例えば次式とされる。
【００７７】
【数５】
数式５に示されるように、本実施形態では、加算の項は、負荷電流値Ｉに相当するドレイン−ソース間電流ＩＤＳの二乗に比例しつつ、保護対象となるワイヤ４が劣化せずに定常的に流すことができる最大電流値Ｉ＿ｌｉｍｉｔの二乗に反比例する項としてある。ドレイン−ソース間電流ＩＤＳの二乗はワイヤ４での発熱量に相当するため、加算の項を発熱量に比例する項とすることでこの発熱量が大きいほど加算数値が大きくなるようにしている。また、定常的に流すことができる最大電流値Ｉ＿ｌｉｍｉｔは、ワイヤ４の抵抗値に相当する値であり、許容値が大きいほど大きな抵抗値と考えることができる。このため、加算の項を定常的に流すことができる最大電流値Ｉ＿ｌｉｍｉｔの二乗に反比例する項とすることで、定常的に流すことができる最大電流値Ｉ＿ｌｉｍｉｔが大きいほど加算値が小さくなるようにしている。
【００７８】
また、減算の項は、前回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ−１）に比例しつつ、積算結果の判定値、つまり積算値として許容できる最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭに反比例する項としてある。積算値は、温度に応じた値になる。このため、前回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ−１）が大きいほど、そこからの温度低下が大きいことから、減算の項を前回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ−１）に比例する項としている。また、最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭは、積算値がこの値を超えると半導体スイッチ２を遮断するという値であり、前回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ−１）の最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭに対する割合として減算数値を求めるようにしている。
【００７９】
その後、ステップ１５０において、既に半導体スイッチ２を遮断中であるか否かを判定する。この判定は、後述するステップ１７０において半導体スイッチ２を遮断していれば肯定判定され、遮断していなければ否定判定されることになる。
【００８０】
ここで否定判定された場合には、ステップ１６０に進んで今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）が最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭを超えたか否かを判定する。そして、超えていなければ半導体スイッチ２を遮断することなく上記処理を繰り返し、超えていればステップ１７０に進んで半導体スイッチ２を遮断する。それに加えて、半導体スイッチ２を遮断した時には、遮断中であることを示すフラグなどをセットしておく。
【００８１】
また、ステップ１５０で肯定判定された場合には、ステップ１８０に進んで今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）が復帰用の最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭ（復帰）未満になったか否かを判定する。最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭ（復帰）は、遮断時の判定値として用いられる最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭよりも小さな値に設定され、ある程度ワイヤ４の温度が低下したと考えられる値に設定される。ここで否定判定されれば、まだワイヤ４への通電を開始すると焼損する可能性があることから半導体スイッチ２の遮断状態を継続し、肯定判定されるとステップ１９０に進んで半導体スイッチ２を復帰させる。
【００８２】
このように、加減算回路７による加減算値を演算すると共に今回の積算値ＣＯＵＮＴ（ｎ）を演算し、これを最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭや最大値ＣＯＵＮＴ＿ＬＩＭ（復帰）と比較する。そして、その比較結果に基づいて、半導体スイッチ２のオンオフを制御することができる。そして、このときの加減算回路７での加減算方法について、数式５のような演算方法を用いることができ、その場合でも上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
なお、本実施形態でも、所定電流値、例えば保護対象となるワイヤ４が劣化せず定常的に流すことが許容される最大電流値以下のときに減算数値を一定値として、加減算を行うようにしても良い。
【００８４】
（他の実施形態）
上記実施形態に示された過電流保護回路１の回路構成は単なる一例であり、適宜変更することができる。例えば、第２実施形態で示したように、過電流保護回路１に設けられるチャンネル数は２個に限られない。更に、上記実施形態では、加算値決定回路７ａで決定される加算数値の演算方法の一例について説明したが、他の演算方法を採用しても良い。また、上記実施形態では、マルチプレクサ６ｃを用いて、負荷電流値Ｉに対応する検出信号と温度検出回路６ｂが検出する温度検出信号を切替えてＡＤ変換器６ｄに入力するようにしている。しかしながら、これも単なる一例を示したに過ぎず、ＡＤ変換器６ｄを２つ備えて、各信号それぞれが別々のＡＤ変換器６ｄに入力される構成としても良い。ただし、上記実施形態のようにマルチプレクサ６ｃを用いることで、１つのＡＤ変換器６ｄのみを用いて、マルチプレクサ６ｃにて切替えられた負荷電流値Ｉに対応する検出信号と温度検出回路６ｂが検出する温度検出信号のデジタル変換を行うことが可能となる。
【００８５】
また、上記第１実施形態において、加算値決定回路７ａによる加算数値の決定方法や減算回路７ｄでの減算数値の決定方法の一例について説明したが、加算数値と減算数値を同一の式で演算するようにしても良い。そして、例えば負荷電流値Ｉが所定電流値より大きければ加算数値を加算、負荷電流値Ｉが所定電流値以下であれば減算数値を減算すれば良い。
【００８６】
また、上記実施形態では、半導体スイッチ２の温度に対する負荷電流値Ｉの補正を行うようにしているが、この補正は加算数値の演算の前後いずれで行っても構わない。
【００８７】
さらに、上記各実施形態では、過電流からの保護対象としてワイヤ４を例に挙げて説明したが、ワイヤ４以外にも保護対象となり得る。例えば、パワーＭＯＳＦＥＴなどで構成される半導体スイッチ２や、ランプなどで構成される負荷３を保護対象として、これらに過電流が流れることを防止し、これらに流れる電流が保護対象許容電流以内に抑えられるようにする場合もある。このような場合に対しても、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１ 過電保護出回路
２ 半導体スイッチ
３ 負荷
４ ワイヤ
５ 制御回路
６ 電流値検出部
６ａ 検出信号入力回路
６ｂ 温度検出回路
６ｃ マルチプレクサ
６ｄ ＡＤ変換器
６ｅ 電流値演算回路
６ｆ 電流補正情報記憶部
７ 加減算部
７ａ 加算値決定回路
７ｂ 電流判定表記憶部
７ｃ 加算回路
７ｄ 減算回路
７ｅ 積算レジスタ
８ 比較回路
９ａ、９ｂ マルチプレクサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷（３）を駆動する負荷駆動手段（２）と、
前記負荷（３）および前記負荷駆動手段（２）に接続されるワイヤ（４）と、
前記負荷（３）に流れる電流の値である負荷電流値（Ｉ）を検出する電流値検出部（６）と、
前記電流値検出部（６）で検出された負荷電流値（Ｉ）に基づいて加減算値を決定すると共に、前記加減算値を用いて加減算を行った積算結果を記憶し、該積算結果を出力する加減算部（７）と、
前記加減算部（７）から出力される積算結果を判定閾値と比較し、過電流検出結果を示す出力を発生させる比較回路（８）と、
入力条件に従って前記負荷駆動手段（２）を制御すると共に、前記比較回路（８）の出力する過電流検出結果に基づいて前記負荷駆動手段（２）を制御して前記負荷（３）および前記ワイヤ（４）に流れる電流を制限することで、保護対象を過電流から保護する制御回路（５）とを有し、
前記電流値検出部（６）は、前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号を入力し、当該検出信号をＡＤ変換するＡＤ変換器（６ｄ）と、該ＡＤ変換器（６ｄ）によってデジタル変換された前記検出信号から前記負荷電流値（Ｉ）を演算する電流値演算回路（６ｅ）とを有し、
前記加減算部（７）は、前記電流値演算回路（６ｅ）で演算された前記負荷電流値（Ｉ）と、前記負荷電流値（Ｉ）と前記加減算値における加算数値の関係を示した関数式もしくはテーブルを用いて前記加算数値を決定する加算値決定回路（７ａ）とを有していることを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
前記負荷駆動手段は半導体スイッチ（２）であり、
前記半導体スイッチ（２）の温度に対応する温度検出信号を検出する温度検出回路（６ｂ）とを有し、
前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号を前記ＡＤ変換器（６ｄ）に入力すると共に、該ＡＤ変換器（６ｄ）にて入力された信号をデジタル変換し、前記電流値演算回路（６ｅ）にて、前記デジタル変換された前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号に基づいて、前記負荷電流値（Ｉ）を温度補正することを特徴とする請求項１に記載の過電流保護回路。
【請求項３】
前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号のいずれを選択して出力するかの切替えを行うマルチプレクサ（６ｃ）を有し、
前記マルチプレクサ（６ｃ）にて、前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号を切替えて前記ＡＤ変換器（６ｄ）に入力することを特徴とする請求項２に記載の過電流保護回路。
【請求項４】
前記電流値検出部（６）には、前記半導体スイッチ（２）の温度に対する電流補正情報を記憶した電流補正情報記憶部（６ｆ）が備えられており、
前記電流値演算回路（６ｅ）は、前記電流補正情報記憶部（６ｆ）に記憶された電流補正情報を用いて、前記デジタル変換された前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号から得られる前記半導体スイッチ（２）の温度に対応して前記負荷電流値（Ｉ）の温度補正を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の過電流保護回路。
【請求項５】
前記電流値検出部（６）は、前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号として前記半導体スイッチ（２）のドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）を検出する電圧検出回路（６ａ）を有し、
前記電流値演算回路（６ｅ）は、前記ドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）と前記半導体スイッチ（２）のオン抵抗（Ｒｏｎ）とから前記負荷電流値（Ｉ）を演算していると共に、前記電流補正情報記憶部（６ｆ）は、前記電流補正情報として、前記半導体スイッチ（２）の温度に対する前記オン抵抗（Ｒｏｎ）の関係を記憶しており、
前記電流値演算回路（６ｅ）は、前記半導体スイッチ（２）の温度に対応して前記オン抵抗（Ｒｏｎ）を補正することにより、前記ドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）と前記オン抵抗（Ｒｏｎ）とから演算される前記負荷電流値（Ｉ）の温度補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の過電流保護回路。
【請求項６】
前記加算値決定回路（７ａ）は、前記負荷電流値（Ｉ）の２乗に比例する値を演算し、該２乗に比例する値を前記加算数値とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項７】
前記加減算部（７）は、前記負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値の関係を示した電流判定表を記憶する電流判定表記憶部（７ｂ）を有し、
前記加算値決定回路（７ａ）は、前記電流判定表記憶部（７ｂ）に記憶された前記電流判定表を用いて、前記電流値演算回路（６ｅ）から伝えられる前記負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値を決定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項８】
前記加減算値は、前記負荷電流値（Ｉ）の二乗に比例する加算の項を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項９】
前記加減算値は、前記積算結果に比例する減算の項を含むことを特徴とする請求項８に記載の過電流保護回路。
【請求項１０】
前記加減算値における前記加算の項は、前記保護対象が劣化せずに定常的に流すことが可能な最大電流値の二乗に反比例することを特徴とする請求項９に記載の過電流保護回路。
【請求項１１】
前記加減算値における前記減算の項は、前記積算結果として許容できる値であるか否かの判定を行う判定値に反比例することを特徴とする請求項１０に記載の過電流保護回路。
【請求項１２】
前記負荷電流値（Ｉ）が、前記保護対象が劣化せずに定常的に流すことが可能な最大電流値以下であるときに前記加減算値にける減算数値の減算を行うことを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項１３】
前記加減算部（７）は、前記負荷電流値（Ｉ）が所定電流値よりも大きいときには前記加算数値の加算を行うと共に、前記負荷電流値（Ｉ）が前記所定電流値以下のときには前記加減算値における減算数値の減算を行い、前記所定電流値は、保護対象許容電流値または保護対象発煙電流値であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項１４】
前記加減算部（７）は、前記制御回路（５）により前記負荷駆動手段（２）がオフされた後も前記減算数値の減算を継続し、
前記制御回路（５）は、前記加減算部（７）の積算結果が前記第１所定判定値よりも小さい第２所定判定値まで低下したときに前記負荷駆動手段（２）をオンすることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項１５】
前記負荷駆動手段（２）は、前記負荷（３）として複数の負荷（３）への電流供給を制御しており、
前記電流検出部（６）は、前記複数の負荷（３）それぞれに電流を供給する前記ワイヤ（４）の１つ１つをチャネルとして、各チャネルの前記負荷電流値（Ｉ）に対応する前記検出信号を入力すると共に、入力された前記検出信号のいずれを選択して出力するかの切替えを行うマルチプレクサ（９ａ）を有し、該マルチプレクサ（９ａ）の切替えにより、チャネル毎に前記負荷電流値（Ｉ）を検出し、
該検出されたチャネル毎の前記負荷電流値（Ｉ）に基づいて、チャネル毎の過電流検出を行うことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項１】
負荷（３）を駆動する負荷駆動手段（２）と、
前記負荷（３）および前記負荷駆動手段（２）に接続されるワイヤ（４）と、
前記負荷（３）に流れる電流の値である負荷電流値（Ｉ）を検出する電流値検出部（６）と、
前記電流値検出部（６）で検出された負荷電流値（Ｉ）に基づいて加減算値を決定すると共に、前記加減算値を用いて加減算を行った積算結果を記憶し、該積算結果を出力する加減算部（７）と、
前記加減算部（７）から出力される積算結果を判定閾値と比較し、過電流検出結果を示す出力を発生させる比較回路（８）と、
入力条件に従って前記負荷駆動手段（２）を制御すると共に、前記比較回路（８）の出力する過電流検出結果に基づいて前記負荷駆動手段（２）を制御して前記負荷（３）および前記ワイヤ（４）に流れる電流を制限することで、保護対象を過電流から保護する制御回路（５）とを有し、
前記電流値検出部（６）は、前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号を入力し、当該検出信号をＡＤ変換するＡＤ変換器（６ｄ）と、該ＡＤ変換器（６ｄ）によってデジタル変換された前記検出信号から前記負荷電流値（Ｉ）を演算する電流値演算回路（６ｅ）とを有し、
前記加減算部（７）は、前記電流値演算回路（６ｅ）で演算された前記負荷電流値（Ｉ）と、前記負荷電流値（Ｉ）と前記加減算値における加算数値の関係を示した関数式もしくはテーブルを用いて前記加算数値を決定する加算値決定回路（７ａ）とを有していることを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
前記負荷駆動手段は半導体スイッチ（２）であり、
前記半導体スイッチ（２）の温度に対応する温度検出信号を検出する温度検出回路（６ｂ）とを有し、
前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号を前記ＡＤ変換器（６ｄ）に入力すると共に、該ＡＤ変換器（６ｄ）にて入力された信号をデジタル変換し、前記電流値演算回路（６ｅ）にて、前記デジタル変換された前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号に基づいて、前記負荷電流値（Ｉ）を温度補正することを特徴とする請求項１に記載の過電流保護回路。
【請求項３】
前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号のいずれを選択して出力するかの切替えを行うマルチプレクサ（６ｃ）を有し、
前記マルチプレクサ（６ｃ）にて、前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号と前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号を切替えて前記ＡＤ変換器（６ｄ）に入力することを特徴とする請求項２に記載の過電流保護回路。
【請求項４】
前記電流値検出部（６）には、前記半導体スイッチ（２）の温度に対する電流補正情報を記憶した電流補正情報記憶部（６ｆ）が備えられており、
前記電流値演算回路（６ｅ）は、前記電流補正情報記憶部（６ｆ）に記憶された電流補正情報を用いて、前記デジタル変換された前記温度検出回路（６ｂ）が検出する温度検出信号から得られる前記半導体スイッチ（２）の温度に対応して前記負荷電流値（Ｉ）の温度補正を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の過電流保護回路。
【請求項５】
前記電流値検出部（６）は、前記負荷電流値（Ｉ）に対応する検出信号として前記半導体スイッチ（２）のドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）を検出する電圧検出回路（６ａ）を有し、
前記電流値演算回路（６ｅ）は、前記ドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）と前記半導体スイッチ（２）のオン抵抗（Ｒｏｎ）とから前記負荷電流値（Ｉ）を演算していると共に、前記電流補正情報記憶部（６ｆ）は、前記電流補正情報として、前記半導体スイッチ（２）の温度に対する前記オン抵抗（Ｒｏｎ）の関係を記憶しており、
前記電流値演算回路（６ｅ）は、前記半導体スイッチ（２）の温度に対応して前記オン抵抗（Ｒｏｎ）を補正することにより、前記ドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）と前記オン抵抗（Ｒｏｎ）とから演算される前記負荷電流値（Ｉ）の温度補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の過電流保護回路。
【請求項６】
前記加算値決定回路（７ａ）は、前記負荷電流値（Ｉ）の２乗に比例する値を演算し、該２乗に比例する値を前記加算数値とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項７】
前記加減算部（７）は、前記負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値の関係を示した電流判定表を記憶する電流判定表記憶部（７ｂ）を有し、
前記加算値決定回路（７ａ）は、前記電流判定表記憶部（７ｂ）に記憶された前記電流判定表を用いて、前記電流値演算回路（６ｅ）から伝えられる前記負荷電流値（Ｉ）に対応する加算数値を決定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項８】
前記加減算値は、前記負荷電流値（Ｉ）の二乗に比例する加算の項を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項９】
前記加減算値は、前記積算結果に比例する減算の項を含むことを特徴とする請求項８に記載の過電流保護回路。
【請求項１０】
前記加減算値における前記加算の項は、前記保護対象が劣化せずに定常的に流すことが可能な最大電流値の二乗に反比例することを特徴とする請求項９に記載の過電流保護回路。
【請求項１１】
前記加減算値における前記減算の項は、前記積算結果として許容できる値であるか否かの判定を行う判定値に反比例することを特徴とする請求項１０に記載の過電流保護回路。
【請求項１２】
前記負荷電流値（Ｉ）が、前記保護対象が劣化せずに定常的に流すことが可能な最大電流値以下であるときに前記加減算値にける減算数値の減算を行うことを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項１３】
前記加減算部（７）は、前記負荷電流値（Ｉ）が所定電流値よりも大きいときには前記加算数値の加算を行うと共に、前記負荷電流値（Ｉ）が前記所定電流値以下のときには前記加減算値における減算数値の減算を行い、前記所定電流値は、保護対象許容電流値または保護対象発煙電流値であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項１４】
前記加減算部（７）は、前記制御回路（５）により前記負荷駆動手段（２）がオフされた後も前記減算数値の減算を継続し、
前記制御回路（５）は、前記加減算部（７）の積算結果が前記第１所定判定値よりも小さい第２所定判定値まで低下したときに前記負荷駆動手段（２）をオンすることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【請求項１５】
前記負荷駆動手段（２）は、前記負荷（３）として複数の負荷（３）への電流供給を制御しており、
前記電流検出部（６）は、前記複数の負荷（３）それぞれに電流を供給する前記ワイヤ（４）の１つ１つをチャネルとして、各チャネルの前記負荷電流値（Ｉ）に対応する前記検出信号を入力すると共に、入力された前記検出信号のいずれを選択して出力するかの切替えを行うマルチプレクサ（９ａ）を有し、該マルチプレクサ（９ａ）の切替えにより、チャネル毎に前記負荷電流値（Ｉ）を検出し、
該検出されたチャネル毎の前記負荷電流値（Ｉ）に基づいて、チャネル毎の過電流検出を行うことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の過電流保護回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８５４４３（Ｐ２０１３−８５４４３Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１３６８１（Ｐ２０１２−１１３６８１）
【出願日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（３９０００１８１２）アンデン株式会社 (97)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（３９０００１８１２）アンデン株式会社 (97)
【Ｆターム（参考）】
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