電流検出回路
【課題】コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出できるようにする。
【解決手段】直列接続された抵抗３９ｂ〜３９ｈにより基準電圧を分圧して複数の異なる電圧を生成する。各抵抗３９ｂ〜３９ｈを用いて生成された各電圧を閾値電圧として負荷に流れる電流レベルを判定する複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈと、基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路３００と、を備え、基準電圧をシフトさせる前にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルと基準電圧がシフトさせた後にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出する。
【解決手段】直列接続された抵抗３９ｂ〜３９ｈにより基準電圧を分圧して複数の異なる電圧を生成する。各抵抗３９ｂ〜３９ｈを用いて生成された各電圧を閾値電圧として負荷に流れる電流レベルを判定する複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈと、基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路３００と、を備え、基準電圧をシフトさせる前にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルと基準電圧がシフトさせた後にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に流れる電流を検出する電流検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電線に接続された半導体スイッチに流れる電流値に比例した検出値の２乗電流値を演算し、その２乗電流値から得られた電線の温度上昇相当値と異常判定値とを比較して温度上昇相当値が異常判定値を超えると半導体スイッチを遮断する電源供給装置が、例えば特許文献１で提案されている。
【０００３】
この特許文献１では、半導体スイッチでの熱変動に相当する熱流の時間による過渡的な熱変動は所定の論理式により表され、この論理式をデジタル演算にて計算を進めることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４２１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、熱流の時間による過渡的な熱変動を所定の論理式に従ってデジタル演算するためのマイクロコンピュータおよび周辺回路を備える必要があり、半導体スイッチを保護する回路が複雑および煩雑になってしまう。
【０００６】
そこで、定期的に負荷に流れる電流を過電流検出回路で検出し、この過電流検出回路により検出された電流値に比例した２乗電流値を算出し、その２乗電流値から得られた電線の温度上昇相当値が判定値を超えると負荷に流れる電流を遮断するように構成して、ワイヤおよび負荷を過電流から保護するようにしている。
【０００７】
このような過電流保護回路で用いられる過電流検出回路の構成を図１２に示す。図１２に示す過電流検出回路３０は、複数の負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出する回路である。
【０００８】
スケジューリング回路２０は、複数のチャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）に対応した選択信号を出力するための回路である。このスケジューリング回路２０は、カウンタ回路により０．１６ミリ秒（ｍｓ）毎に、０、１、２、３、４、５に対応する３ビットの選択信号を繰り返し出力する。
【０００９】
セレクタ３１ｂ〜３１ｈは、スケジューリング回路２０より入力される選択信号に応じて、順次、各半導体スイッチ１０〜１５に流れる電流に対応する電圧を複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈへ通過させる。
【００１０】
また、基準電圧発生回路３００ａとグランドとの間には、直列に接続された抵抗３９ｂ〜３９ｈが配置されている。抵抗３９ｂ〜３９ｈは、アナログスイッチ３８と抵抗３９ｂとの接続点の電圧（基準電圧）を分圧している。
【００１１】
基準電圧発生回路３００ａと抵抗３９ｂとの接続点がコンパレータ３２ｂの反転入力端子に接続され、各抵抗の接続点がコンパレータ３２ｃ〜３２ｈの反転入力端子にそれぞれ接続されている。すなわち、抵抗３９ｂ〜３９ｈにより基準電圧を分圧した電圧が各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈの反転入力端子に印加されるようになっている。
【００１２】
この過電流検出回路３０は、電流しきい値の異なる７段のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈを有し、各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより負荷６ａ〜６ｆに流れる電流レベルを判定する。
【００１３】
基準電圧発生回路３００ａには、セレクタ３１ｊから各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）のワイヤ８ａ〜８ｆの線種を表す信号が入力されるようになっている。なお、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種は、太さに応じて０．５ｓｑ、０．７５ｓｑ、０．８５ｓｑ、１．２５ｓｑに分類されている。
【００１４】
基準電圧発生回路３００ａは、セレクタ３１ｊから入力される信号に応じた定電圧（基準電圧）を生成し、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）に対応する定電圧（基準電圧）を出力する。この基準電圧発生回路３００ａにより、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じて基準電圧が変更され、各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈの非反転入力端子に印加される電流しきい値が最適値に設定されるようになっている。
【００１５】
また、コンパレータ３２ｂ〜３２ｈの出力は、それぞれＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇ、インバータ３４に入力されている。ＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇおよびインバータ３４により、電流が電流しきい値を超えたコンパレータのみからハイレベルの信号が出力されるようになっている。
【００１６】
このような過電流検出回路３０においては、コンパレータの段数を多くするほど、負荷に流れる電流を精度良く検出することが可能となる。また、負荷に流れる電流を精度良く検出することにより、検出した電流値に比例した２乗電流値を精度良く算出することができ、ワイヤ許容電流特性に沿うような過電流遮断特性で負荷に流れる電流を遮断することが可能となる。
【００１７】
しかし、図１２に示した過電流検出回路３０の構成では、コンパレータが７個しかないため分解能が低く、図１３に示すように、過電流遮断特性は階段状となる。このため、理想的な過電流遮断特性で負荷に流れる電流を遮断することができないといった問題がある。
【００１８】
なお、コンパレータの数を増やすことで、分解能を向上することは可能であるが、理想的な過電流遮断特性で負荷に流れる電流を遮断するようにするためにはコンパレータの数を大幅に増やす必要があり、コストアップとなってしまう。
【００１９】
本発明は上記問題に鑑みたもので、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出回路であって、直列に接続された複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）により基準電圧を分圧して複数の異なる電圧を生成する電圧生成回路と、電圧生成回路により生成された各電圧を閾値電圧として負荷に流れる電流レベルを判定する複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）と、基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路（３００）と、を備え、基準電圧をシフトさせる前に複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された電流レベルと基準電圧がシフトさせた後に複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された電流レベルとに基づいて負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出することを特徴としている。
【００２１】
このような構成によれば、基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路（３００）を備え、基準電圧をシフトさせる前に複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された電流レベルと基準電圧がシフトさせた後に複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された電流レベルとに基づいて負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出するので、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができる。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、基準電圧シフト手段（３００）は、電流値の異なる複数の定電流源（３００ａ、３１０ａ、３２０ａ、３３０ａ、３００ｂ、３１０ｂ、３２０ｂ、３３０ｂ）と、複数の定電流源（３００ａ、３１０ａ、３２０ａ、３３０ａ、３００ｂ、３１０ｂ、３２０ｂ、３３０ｂ）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）との間に配置され、複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に流れる定電流を切り替える切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と、を備え、複数の抵抗に流れる定電流を周期的に切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）に切り替えさせて、切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴としている。
【００２３】
このように、複数の抵抗に流れる定電流を周期的に切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）に切り替えさせて、切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることができる。
【００２４】
また、請求項３に記載の発明は、基準電圧シフト手段（３００）は、電源端子と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間に配置され、当該複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）と直列に接続されたレベルシフト用抵抗（３６０）と、レベルシフト用抵抗（３６０）と並列に接続され、制御信号に応じてレベルシフト用抵抗の両端間をオンまたはオフする切替手段（３５０）と、を備え、周期的に切替手段（３５０）をオンまたはオフさせてレベルシフト用抵抗（３６０）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴としている。
【００２５】
このように、周期的に切替手段（３５０）をオンまたはオフさせてレベルシフト用抵抗（３６０）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることもできる。
【００２６】
また、請求項４に記載の発明は、複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に定電圧を供給する抵抗（３８０、３８１、３８２、３８３）と、
電圧の異なる複数の電源端子（Ａ、Ｂ）と抵抗（３８０、３８１、３８２、３８３）との間に配置され、抵抗（３８０、３８１、３８２、３８３）を介して複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替える切替手段（３７０）と、を備え、周期的に切替手段（３７０）に複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替えさせて切替手段（３７０）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴としている。
【００２７】
このように、周期的に切替手段（３７０）に複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替えさせて切替手段（３７０）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることもできる。
【００２８】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電流検出回路を有する過電流保護回路の構成を示す図である。
【図２】図１の一部詳細図である。
【図３】スケジューリング回路の回路構成図である。
【図４】スケジューリング回路より出力される選択信号とシフト信号の波形を表す図である。
【図５】基準電圧シフト回路の詳細について説明するための図である。
【図６】銅線ワイヤハーネスの電流しきい値の一例を示す図である。
【図７】基準電圧のシフト前とシフト後の電流しきい値と積算値の関係を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る電流検出回路の過電流遮断特性を示す図である。
【図９】比較回路の回路構成を示す図である。
【図１０】第２実施形態に係る電流検出回路の構成を示す図である。
【図１１】第３実施形態に係る電流検出回路の構成を示す図である。
【図１２】過電流検出回路の構成例について説明するための図である。
【図１３】課題について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電流検出回路（過電流検出回路）を有する過電流保護回路について図を参照して説明する。本過電流保護回路は、例えば車両に搭載されるものであり、ワイヤ（ワイヤハーネス）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。また、過電流保護回路は、電流検出回路により負荷に流れる過電流を検出し、検出された電流値に比例した２乗電流値を算出し、その２乗電流値から得られた電線の温度上昇相当値が判定値を超えると負荷に流れる電流を遮断して負荷を保護する機能を備えている。
【００３１】
図１は、本実施形態に係る電流検出回路を有する過電流保護回路の全体構成図である。図２は、図１の一部詳細回路図である。また、図３は、図１、図２に示されるスケジューリング回路２０の回路構成図である。図１に示されるように、過電流保護回路１は、複数の半導体スイッチ１０〜１５、スケジューリング回路２０、ＥＥＰＲＯＭ２１、過電流検出回路３０、加減算回路４０、複数のレジスタ５０〜５５、比較回路６０、および制御回路７０を備えて構成されている。
【００３２】
まず、過電流保護回路１は、電源端子２、複数の入力端子３ａ〜３ｆ、および複数の出力端子４ａ〜４ｆを備えている。電源端子２は電源５に接続され、電源５から過電流保護回路１に電源が供給される。この電源は、各出力端子４ａ〜４ｆを介して複数の負荷６ａ〜６ｆに供給される。
【００３３】
複数の入力端子３ａ〜３ｆは、各負荷６ａ〜６ｆのいずれかを駆動するための指令を制御回路７０に入力するための端子であり、図１に示されるようにスイッチ７ａ〜７ｆが接続されている。各スイッチ７ａ〜７ｆがオンされると、例えば入力端子３ａ〜３ｃは電源電位とされ、例えば入力端子３ｄ〜３ｆはグランド電位とされる。
【００３４】
複数の出力端子４ａ〜４ｆには、ワイヤ８ａ〜８ｆを介して負荷６ａ〜６ｆがそれぞれ接続されている。したがって、各負荷６ａ〜６ｆは、ワイヤ８ａ〜８ｆを介してそれぞれ通電されるようになっている。各負荷６ａ〜６ｆとして、例えば、ランプ、モータ、ＬＥＤ、ホーン等が採用される。また、ワイヤ８ａ〜８ｆは、接続される負荷６ａ〜６ｆに応じてその径や材質が異なる。
【００３５】
なお、本実施形態では、過電流保護回路１の出力端子４ａ〜４ｆをそれぞれチャンネル（ｃｈ）と呼ぶ。図１に示されるように、出力端子４ａ〜４ｆは６個あるので、過電流保護回路１は６個のチャンネルを持っている。
【００３６】
複数の半導体スイッチ１０〜１５は、電源端子２と各出力端子４ａ〜４ｆとの間にそれぞれ接続されたスイッチング素子であり、各負荷６ａ〜６ｆをそれぞれ駆動する駆動手段である。半導体スイッチ１０〜１５としては、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等が採用される。半導体スイッチ１０〜１５として例えばｎ型のＭＯＳＦＥＴを用いると、半導体スイッチ１０〜１５のドレインが電源端子２にそれぞれ接続され、ソースが各出力端子４ａ〜４ｆにそれぞれ接続される。また、半導体スイッチ１０〜１５のゲートは制御回路７０に接続される。
【００３７】
スケジューリング回路２０は、過電流検出回路３０と加減算回路４０と比較回路６０とを複数の負荷６ａ〜６ｆ毎に時分割制御することで、複数のｃｈ１〜ｃｈ６で過電流検出回路３０と加減算回路４０と比較回路６０とを共通使用できるようにするための回路である。
【００３８】
図３に示されるように、スケジューリング回路２０は、一定のサンプリング周期（例えば０．１６ｍｓ）で信号を出力するように、フリップフロップ２０ａを備えている。これによると、フリップフロップ２０ａの出力に１を足して０．１６ｍｓ毎に信号が出力されるように構成されている。上述のように、本実施形態ではチャンネルは６個（ｃｈ１〜ｃｈ６）あるので、０．１６ｍｓ毎に０、１、…、５に対応した信号が出力され、５に対応した信号が出力されるとフリップフロップ２０ａがリセットされ、再び０に対応した信号が出力される。
【００３９】
したがって１ｍｓでｃｈ１からｃｈ６までを切り替える信号がスケジューリング回路２０から出力されることとなる。例えば、０に対応した信号がｃｈ１を示し、１に対応した信号がｃｈ２を示している。以下では、フリップフロップ２０ａ（つまりスケジューリング回路２０）から一定のサンプリング周期で出力される信号を選択信号という。
【００４０】
また、スケジューリング回路２０は、一定周期（本実施形態では、１ｍｓ）でレベルが反転するシフト信号を出力するようになっている。スケジューリング回路２０は、出力端子と入力端子間にインバータが接続されたフリップフロップ２０ｂを有している。このフリップフロップ２０ｂは、フリップフロップ２０ａから５に対応した信号が出力されると、フリップフロップ２０ａと同様にリセットされる。
【００４１】
図４に、選択信号とシフト信号の波形を示す。図に示すように、シフト信号は、選択信号が０、１、…、５になると、レベルが反転する。なお、シフト信号の周期は、２ｍｓとなる。
【００４２】
図１に示されるＥＥＰＲＯＭ２１は、過電流を判定するための所定判定値、各出力端子４ａ〜４ｆに接続されたワイヤ８ａ〜８ｆの径や材質、負荷６ａ〜６ｆの種類、後述する所定数値等のデータが記憶されたいわゆるメモリである。ＥＥＰＲＯＭ２１は、自己が記憶したデータを過電流検出回路３０、加減算回路４０、および比較回路６０にそれぞれ出力する。
【００４３】
図２に示すように、過電流検出回路３０は、複数のセレクタ３１ｂ〜３１ｈ、複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈ、複数のＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇ、およびインバータ３４の他に、複数のコンパレータ３２ｉ〜３２ｎ、ＩＤ１検出時動作回路３７ａ、ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂ、セレクタ３１ｉ、３１ｊおよび基準電圧シフト回路３００を備えている。
【００４４】
複数のコンパレータ３２ｉ〜３２ｎのうち、コンパレータ３２ｉの非反転入力端子にはｃｈ１の電流が入力される。同様に、コンパレータ３２ｊの非反転入力端子にはｃｈ２の電流が入力され、コンパレータ３２ｋの非反転入力端子にはｃｈ３の電流が入力され、コンパレータ３２ｌの非反転入力端子にはｃｈ４の電流が入力され、コンパレータ３２ｍの非反転入力端子にはｃｈ５の電流が入力され、コンパレータ３２ｎの非反転入力端子にはｃｈ６の電流が入力される。また、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎの反転入力端子には、一定（例えば８０Ａ）の電流しきい値（ＩＤ１）が入力され、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎで各ｃｈの電流に対応する電圧とＩＤ１とが比較される。各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎの比較結果はＩＤ１検出時動作回路３７ａにそれぞれ出力される。
【００４５】
なお、この電流しきい値（ＩＤ１）は半導体スイッチ１０〜１５に係る半導体スイッチ許容電流値である（後述の図６参照）。
【００４６】
ＩＤ１検出時動作回路３７ａは、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎの比較結果を制御回路７０に出力する。また、ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂは、制御回路７０の指令に従ってフラグをセットする回路である。例えば、フラグが立っているときはＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂからハイ信号が出力され、フラグが立っていないときはＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂからロー信号が出力される。ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂの出力は、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従ってセレクタ３１ｉを介して加減算回路４０のフリップフロップ４１ａに出力される。
【００４７】
図５に示すように、基準電圧シフト回路３００は、複数の定電流源３００ａ、３００ｂ、３１０ａ、３１０ｂ、３２０ａ、３２０ｂ、３３０ａ、３３０ｂ、アナログスイッチ３４０、３４１、３４２、３４３、３８を備えている。
【００４８】
アナログスイッチ３８とグランドとの間に抵抗３９ｂ〜３９ｈが直列に接続される。これらの抵抗３９ｂ〜３９ｈは、アナログスイッチ３８と抵抗３９ｂの接続点の電圧（基準電圧）を分圧して複数の異なる電圧を生成する電圧生成回路を構成している。アナログスイッチ３８と抵抗３９ｂとの接続点がコンパレータ３２ｂの反転入力端子に接続され、各抵抗の接続点がコンパレータ３２ｃ〜３２ｈの各反転入力端子にそれぞれ接続されている。コンパレータ３２ｃ〜３２ｈは、抵抗３９ｂ〜３９ｈにより生成された各電圧を閾値電圧として負荷に流れる電流レベルを判定する。
【００４９】
アナログスイッチ３４０は、スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従って抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流源３００ａと定電流源３００ｂのいずれか一方の定電流が流れるように切り替えを行う。また、アナログスイッチ３４１は、スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従って抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流源３１０ａと定電流源３１０ｂのいずれか一方の定電流が流れるように切り替えを行う。また、アナログスイッチ３４２は、スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従って抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流源３２０ａと定電流源３２０ｂのいずれか一方の定電流が流れるように切り替えを行う。また、アナログスイッチ３４３は、スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従って抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流源３３０ａと定電流源３３０ｂのいずれか一方の定電流が流れるように切り替えを行う。
【００５０】
スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従ってアナログスイッチ３４０〜３４３の切り替えが行われることで、コンパレータ３２ｂの反転入力端子の電圧（基準電圧）がシフトすることになる。本過電流検出回路３０は、このようにして基準電圧をシフトさせ、基準電圧をシフトさせる前のコンパレータの出力と、基準電圧をシフトさせた後のコンパレータの出力から、負荷６ａ〜６ｆに流れる電流レベルを高分解能で判定する。
【００５１】
アナログスイッチ３８にはセレクタ３１ｊが接続され、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って各チャンネルに接続されたワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じた信号が入力されるようになっている。これにより、抵抗３９ｂ〜３９ｈの直列回路に流れる電流値が可変するので、各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈに設定される電流しきい値がワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じて変更されるようになっている。
【００５２】
ここで、ワイヤ８ａ〜８ｆは、例えばＡＶＳＳ線やＡＶＳＳＦ線であり、太さは０．５ｓｑ、０．７５ｓｑ、０．８５ｓｑ、１．２５ｓｑ等である。このように、各ワイヤ８ａ〜８ｂの特徴はそれぞれ異なるので、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じて各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈの電流しきい値を変更している。
【００５３】
図６は、銅線ワイヤハーネスの電流しきい値の一例を示した図である。この図に示される銅線ワイヤハーネスの電流しきい値は、基準電圧をシフトさせる前の電流しきい値である。この図に示されるように、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種に関わらず、ＩＤ１が半導体スイッチ１０〜１５の許容通電電流値（８０Ａ）に設定されている。また、図６の右欄の検出電流値の算出式に基づいて、設定１〜設定４に示されるように、ワイヤ８ａ〜８ｆの太さに応じた電流しきい値が各レベルに応じて設定されている。例えば、ワイヤ許容電流値をＺとすると、ＩＤ２〜ＩＤ６についてはＺに対して所定の重みが付けられた数値が電流しきい値とされ、ＩＤ７についてはＺが電流しきい値とされ、ＩＤ８についてはＺ×０．９５が電流しきい値とされている。このように、ワイヤ８ａ〜８ｆに応じた電流しきい値がそれぞれ設定されている。
【００５４】
図７に、図６に示される設定２（線径０．７５ｓｑ）における基準電圧のシフト前とシフト後の電流しきい値と積算値の関係を示す。なお、設定２における基準電圧のシフトは、アナログスイッチ３４１の切り替えにより行われる。基準電圧のシフト前では、ＩＤ１〜ＩＤ８の電流しきい値は、それぞれ８０Ａ、５０．９Ａ、３６Ａ、２５．５Ａ、１８Ａ、１２．７Ａ、９Ａ、８．６Ａとなっているのに対し、基準電圧のシフト後では、ＩＤ１〜ＩＤ７の電流しきい値は、それぞれ８０Ａ、６２．４Ａ、４４．１Ａ、３１．２Ａ、２２Ａ、１５．６Ａ、１１Ａとなっている。すなわち、基準電圧のシフト前では、定電流源３１０ａから抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流が流れて、図７に示される基準電圧のシフト前の電流しきい値となり、基準電圧のシフト後では、定電流源３１０ｂから抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流が流れて、図７に示される基準電圧のシフト後の電流しきい値となる。
【００５５】
ここで、例えば、負荷６ａ〜６ｆに流れる電流が１５Ａとなっている場合、基準電圧をシフトさせない場合には、電流しきい値が１５Ａよりも小さく設定されているＩＤ６に対応するコンパレータ３２ｆの出力がハイレベルとなる。
【００５６】
これに対し、基準電圧をシフトさせる場合、基準電圧のシフト前では、ＩＤ６に対応するコンパレータ３２ｆの出力がハイレベルとなり、基準電圧のシフト後では、ＩＤ７に対応するコンパレータ３２ｇの出力がハイレベルとなる。
【００５７】
このように、基準電圧をシフトさせる前の電流レベルの判定結果と、基準電圧をシフトさせた後の電流レベルの判定結果から、電流レベルをより詳細に絞り込んで検出することが可能となる。すなわち、７個のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈの電流しきい値をシフトさせることで、あたかも１４個のコンパレータを用いたような電流レベルの判定を行うことが可能となる。
【００５８】
また、基準電圧をシフトさせる前の電流レベルの判定結果と、基準電圧をシフトさせた後の電流レベルの判定結果に基づいて、積算値合計についても詳細に特定することができる。
【００５９】
図８に、本過電流検出回路３０を有する過電流保護回路１におけるワイヤ許容電流特性と過電流遮断特性の関係を示す。本過電流検出回路３０では、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができるので、積算値合計についても詳細に特定することができる。したがって、過電流保護回路１における過電流遮断特性をワイヤ許容電流特性に近づけることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、加減算回路４０における各所定数値選択回路４２ａ〜４２ｈには加算値がそれぞれ設定され、対応するフリップフロップ４１ａ〜４１ｈからハイ信号が入力された場合、所定の加算値を加減算器４３に出力するようになっている。一方、所定数値選択回路４２ｉは、セレクタ４５を介してチャンネル毎に設定された減算値を出力するようになっている。
【００６１】
このため、本実施形態では、加減算回路４０は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を、今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に今回取得した検出電流値が所定電流値よりも小さい場合は減算する。ここで、所定電流値は、ワイヤ許容電流値またはワイヤ発煙電流値とされる。
【００６２】
具体的には、図７に示されるように、基準電圧のシフト前では、過電流検出回路３０で検出される検出電流値（Ｉ）が５０．９Ａ以上で、かつ、８０Ａ未満の場合には加算値として「６４」が設定される。また、検出電流値（Ｉ）が３６Ａ以上で、かつ、５０．９Ａ未満の場合には加算値として「３２」が設定され、検出電流値（Ｉ）が２５．５Ａ以上で、かつ、３６Ａ未満の場合には加算値として「１６」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１８Ａ以上で、かつ、２５．５Ａ未満の場合には加算値として「８」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１２．７Ａ以上で、かつ、１８Ａ未満の場合には加算値として「４」が設定され、検出電流値（Ｉ）が９Ａ以上で、かつ、１２．７Ａ未満の場合には加算値として「２」が設定され、検出電流値（Ｉ）が８．６Ａ以上で、かつ、９Ａ未満の場合には加算値として「０」が設定される。
【００６３】
一方、基準電圧のシフト後では、過電流検出回路３０で検出される検出電流値（Ｉ）が６２．４Ａ以上の場合には加算値（積算値）として「６４」が設定され、検出電流値（Ｉ）が４４．１Ａ以上で、かつ、６２．４Ａ未満の場合には加算値として「３２」が設定される。また、検出電流値（Ｉ）が３１．２Ａ以上で、かつ、４４．１Ａ未満の場合には加算値として「１６」が設定され、検出電流値（Ｉ）が２２Ａ以上で、かつ、３１．２Ａ未満の場合には加算値として「８」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１５．６Ａ以上で、かつ、２２Ａ未満の場合には加算値として「４」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１１Ａ以上で、かつ、１５．６Ａ未満の場合には加算値として「２」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１１Ａ以上で、かつ、１２．７Ａ未満の場合には加算値として「２」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１１Ａ未満の場合には加算値として「０」が設定される。
【００６４】
したがって、過電流検出回路３０で検出される検出電流値（Ｉ）が６２．４Ａ以上の場合、基準電圧のシフト前後の積算合計値は「１２８」となり、検出電流値（Ｉ）が５０．９Ａ以上で、かつ、６２．４Ａ未満の場合、基準電圧のシフト前後の積算合計値は「９６」となる。また、検出電流値（Ｉ）が４４．１Ａ以上で、かつ、５０．９Ａ未満の場合、基準電圧のシフト前後の積算合計値は「６４」となり、検出電流値（Ｉ）が３６Ａ以上で、かつ、４４．１Ａ未満の場合、基準電圧のシフト前後の積算合計値は、「４８」となる。このように、基準電圧をシフトさせることで、積算合計値を細かく特定することが可能となる。
【００６５】
また、過電流検出回路３０で検出される検出電流値がＩＤ８≦Ｉ＜ＩＤ７の場合には、加算値として「０」が設定されているので、加減算回路４０は加算値として「０」を加算することとなる。
【００６６】
このような加算の場合については、各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）で共通の加算値が採用されている。
【００６７】
このように、過電流検出回路３０で検出される検出電流値がＩＤ６以上に対応した各所定数値選択回路４２ａ〜４２ｈにはそれぞれ加算数値のみが設定されている。したがって、加減算回路４０は、今回取得した検出電流値が所定電流値（ワイヤ許容電流値Ｚ）よりも大きい場合は予め設定された加算値を加算する。すなわち、加減算器４３は加算のみを行うこととなる。
【００６８】
なお、本実施形態では、検出電流値がＩＤ１以上の場合の加算値を「１２８」としているが、これは加算値の一例であり、「１２８」でなくても良い。例えば、半導体スイッチ１０〜１５の保護のために検出電流値がＩＤ１以上つまり８０Ａ以上のときには１００μｓで半導体スイッチ１０〜１５を遮断すると仮定すると、１ｍｓで６チャンネル分の電流検出を行うので、１２８×（１００μｓ／１ｍｓ）という演算から得られる「１３」を加算数値としても良い。
【００６９】
一方、過電流検出回路３０で検出される検出電流値ＩがＩ＜ＩＤ８の場合、所定数値選択回路４２ｉにはワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じた減算値が設定されている。このため、加減算回路４０は、今回取得した検出電流値が所定電流値（ワイヤ許容電流値Ｚ）よりも小さい場合は減算する。すなわち、加減算器４３は減算のみを行うこととなる。
【００７０】
この場合、図７に示されるように、各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）には減算値として「−１」または「−２」が設定され、用途に応じていずれか一方が選択される。その選択はＥＥＰＲＯＭ２１に予め記憶されており、過電流保護回路の作動の際に読み出される。
【００７１】
図２に示される加減算回路４０は、過電流検出回路３０が検出した電流値に対応した所定数値を加算かつ減算する回路である。加減算回路４０は複数の負荷６ａ〜６ｆそれぞれについて（つまりｃｈ１〜ｃｈ６について）検出された検出電流値に応じた計算を行う。
【００７２】
このような加減算回路４０は、複数のフリップフロップ４１ａ〜４１ｉと、複数の所定数値選択回路４２ａ〜４２ｉと、加減算器４３と、複数の読み出し回路４４ａ〜４４ｆと、複数の書き込み回路４５ａ〜４５ｆと、を備えて構成されている。
【００７３】
複数のフリップフロップ４１ａ〜４１ｉは、入力したハイ信号またはロー信号を一定のサンプリング周期（例えば０．１６ｍｓ）毎に出力する手段である。フリップフロップ４１ａはコンパレータ３２ａの出力を保持し、フリップフロップ４１ｂ〜４１ｈはＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇの出力をそれぞれ保持し、フリップフロップ４１ｉはインバータ３４の出力を保持するようになっている。
【００７４】
複数の所定数値選択回路４２ａ〜４２ｉは、対応するフリップフロップ４１ａ〜４１ｉからハイ信号が入力された場合、各検出電流範囲に応じた所定数値を加減算器４３に出力する回路である。
【００７５】
図２に示される加減算器４３は、過電流検出回路３０より前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を、今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に今回取得した検出電流値が所定電流値よりも小さい場合は減算する。
【００７６】
比較回路６０は、過電流か否かを判定するための判定しきい値と加減算回路４０の計算結果とをチャンネル毎に比較する回路である。図９に、比較回路６０の回路構成を示す。この比較回路６０は、２つのセレクタ６１、６２とコンパレータ６３とを備えて構成されている。
【００７７】
セレクタ６１は、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って、チャンネル毎に設定された過電流を示す判定しきい値を出力する回路である。チャンネル毎の判定しきい値は、ＥＥＰＲＯＭ２１に格納されている。また、セレクタ６２は、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って、各レジスタ５０〜５５に格納された計算結果をコンパレータ６３に入力する回路である。
【００７８】
コンパレータ６３は、セレクタ６２から入力される加減算回路４０の計算結果がセレクタ６１から入力される判定しきい値を超える場合、過電流が流れているとしてハイ信号を出力する。上述のように、セレクタ６１、６２はスケジューリング回路２０から入力された選択信号に従って選択信号が示すチャンネルに対応した第１判定しきい値や計算結果を出力している。したがって、コンパレータ６３は、ｃｈ１からｃｈ６まで順にチャンネル毎に設定された第１判定しきい値と計算結果とを比較していく。
【００７９】
図１に示されるように、制御回路７０は、入力条件に従って半導体スイッチ１０〜１５をオン／オフ制御する回路である。入力条件とは、スイッチ７ａ〜７ｆのいずれかがオンされたことや、比較回路６０から過電流を検出したという比較結果が入力されたことを指す。すなわち、制御回路７０は、加減算回路４０の計算結果が第１判定しきい値を超えた場合に比較回路６０からハイ信号を入力すると半導体スイッチ１０〜１５をオフする。これにより、過電流からワイヤ８ａ〜８ｆを保護する。
【００８０】
また、制御回路７０は、第１判定しきい値よりも小さい第２判定しきい値を有しており、加減算回路４０の計算結果が第２判定しきい値に達したときに半導体スイッチ１０〜１５を再びオンする。これにより、ワイヤ８ａ〜８ｆに過電流が流れなくなったら、再び負荷６ａ〜６ｆが作動する。これにより、半導体スイッチ１０〜１５がオフされたとしても、一定時間後に半導体スイッチ１０〜１５が再びオンされるので、一旦遮断された負荷６ａ〜６ｆの駆動が可能になる。
【００８１】
なお、図２では、第１判定しきい値と加減算合計値との比較をコンパレータ６３で行っているが、第２判定しきい値と加減算合計値との比較についても図示しないコンパレータにより行っている。以上が、本実施形態に係る過電流保護回路の全体構成である。
【００８２】
次に、上記の過電流保護回路の作動について説明する。上述のように、チャンネルは６個あるが、以下では１つのチャンネル（ヘッドランプ）について負荷電流に対する過電流保護回路１の作動を述べる。スケジューリング回路２０により、一定のサンプリング周期でｃｈ１〜ｃｈ６が切り替えられるので、過電流保護回路１のｃｈ１〜ｃｈ６に対する作動は同じである。
【００８３】
まず、スイッチ７ａ〜７ｆが操作されて制御回路７０により所望の半導体スイッチ１０〜１５がオンされると、負荷にラッシュ電流が流れる。これにより、過電流検出回路３０は、ラッシュ電流の値に応じた検出結果を加減算回路４０に出力し、加減算回路４０は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を、今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に今回取得した検出電流値が所定電流値よりも小さい場合は減算する。
【００８４】
ラッシュ電流は瞬間的に大電流となるが、急激に減少する。このため、過電流検出回路３０で検出される電流の値は時間の経過と共に、急激に小さくなる。このため、加減算合計値は、ラッシュ電流が流れた後に上昇するが、ある一定時間を過ぎると、加算数値よりも減算数値が大きくなり、加減算合計値はやがて０になる。
【００８５】
このような定常負荷電流が流れる場合、加減算合計値は第１判定しきい値を超えないので、比較回路６０では過電流が流れていると判定されず、制御回路７０により半導体スイッチ１０〜１５がオフされることもない。
【００８６】
一方、ワイヤ８ａ〜８ｆに過電流が流れた場合、ラッシュ電流のように大きな電流が流れてもすぐに電流値が小さくなる場合とは異なり、大きな電流が流れ続ける。このため、加減算合計値は過電流が流れ続ける間は上昇し続け、加減算合計値は第１判定しきい値を超える。このため、制御回路７０は半導体スイッチ１０〜１５をオフする。
【００８７】
これにより、ワイヤ８ａ〜８ｆに電流が流れなくなるので、負荷電流は０になる。ここで、過電流検出回路３０はこの０の電流を検出し続け、加算数値よりも減算数値のほうが大きくなり、実質的には前回計算した結果を一定の減算数値で減算していくこととなる。
【００８８】
そして、前回計算した結果を減算した結果、加減算合計値が第２判定しきい値に達すると、制御回路７０は半導体スイッチ１０〜１５を再びオンする。これにより、ワイヤ８ａ〜８ｆに再び電流が流れるが、この電流が過電流であると、加減算合計値は再び第１判定しきい値を超えて半導体スイッチ１０〜１５がオフされる。
【００８９】
この後、上記と同様に、加減算合計値が第２判定しきい値に達するので半導体スイッチ１０〜１５がオンされるが、ワイヤ８ａ〜８ｆには過電流が流れるので加減算合計値は第１判定しきい値を超えて半導体スイッチ１０〜１５がオフされるという動作が繰り返される。
【００９０】
なお、本例においては、第２判定しきい値に達した場合に、上述のように再び半導体スイッチ１０〜１５をオンする動作（リトライ動作）と、半導体スイッチ１０〜１５をオフのままとする動作（ラッチ動作）とをＥＥＰＲＯＭ２１により選択可能としている。
【００９１】
このようにして過電流を検出してワイヤ８ａ〜８ｆおよび負荷６ａ〜６ｆを保護する。なお、上記の動作は、一定のサンプリング周期でチャンネル毎に行われる。
【００９２】
上記した構成によれば、基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路３００を備え、基準電圧をシフトさせる前に複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルと基準電圧がシフトさせた後に複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出するので、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができる。
【００９３】
（第２実施形態）
本実施形態に係る基準電圧シフト回路３００の構成を図１０に示す。以下、上記実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。上記第１実施形態では、例えば、アナログスイッチ３４０により定電流源３００ａと定電流源３１０ｂを切り替えてアナログスイッチ３４０と抵抗３９ｂ間の基準電圧をシフトさせ、基準電圧をシフトさせる前にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルと基準電圧をシフトさせた後にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出するように構成したが、本実施形態では、アナログスイッチ３００と抵抗３９ｂ〜３９ｈ間に、抵抗３９ｂ〜３９ｈと直列に接続されたレベルシフト用抵抗３６０を設け、更に、レベルシフト用抵抗３６０と並列に接続され、スケジューリング回路２０により生成されたシフト信号（制御信号に相当する）に応じてレベルシフト用抵抗３６０の両端間をオンまたはオフするアナログスイッチ３５０を設け、アナログスイッチ３５０をオンオフさせてレベルシフト用抵抗３６０と抵抗３９ｂ間の基準電圧をシフトさせるように構成されている。
【００９４】
このような構成において、基準電圧をシフトさせる前にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルと基準電圧をシフトさせた後にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出することにより、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができる。
【００９５】
（第３実施形態）
本実施形態に係る基準電圧シフト回路３００の構成を図１１に示す。本実施形態では、抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電圧を供給する抵抗３８０、３８１、３８２、３８３と、電圧の異なる複数の電源端子Ａ、Ｂと抵抗３８０、３８１、３８２、３８３との間に配置され、抵抗３８０、３８１、３８２、３８３を介して抵抗３９ｂ〜３９ｈに印加される電圧をシフト信号（制御信号）に応じて切り替えるアナログスイッチ３７０と、を備え、周期的にアナログスイッチ３７０に抵抗３９ｂ〜３９ｈに印加される電圧を切り替えさせてアナログスイッチ３７０と抵抗３９ｂ間の基準電圧をシフトさせる。
【００９６】
このような構成において、基準電圧をシフトさせる前にコンパレータ３９ｂ〜３９ｈにより判定された電流レベルと基準電圧をシフトさせた後にコンパレータ３９ｂ〜３９ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出することにより、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができる。
【００９７】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、本電流検出回路３０を、負荷に流れる電流を遮断して負荷を保護する過電流保護回路に用いた例を示したが、このような回路以外の用途に用いることもできる。
【００９８】
また、上記第１〜第３実施形態では、基準電圧を２段階でシフトさせたが、基準電圧を３段階以上でシフトさせるように構成してもよい。このように、基準電圧をより多くの段階でシフトさせることにより、更に分解能を高くすることができる。
【００９９】
また、上記第１〜第３実施形態では、シフト信号に応じて切り替わるアナログスイッチ３４０〜３４３、３５０、３７０を切替手段として備えた構成を示したが、例えば、スイッチングトランジスタ、リレー等、アナログスイッチ以外の素子を用いて切替手段を構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１ 過電流保護回路
６ａ〜６ｆ 負荷
１０〜１５ 半導体スイッチ
２０ スケジューリング回路
３０ 過電流検出回路
４０ 加減算回路
５０〜５５ レジスタ
６０ 比較回路
７０ 制御回路
３００ 基準電圧シフト回路
３４０〜３４３ アナログスイッチ
３９ｂ〜３９ｈ、３８０〜３８３ 抵抗
３００ａ〜３３０ａ、３００ｂ〜３３０ｂ 定電流源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に流れる電流を検出する電流検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電線に接続された半導体スイッチに流れる電流値に比例した検出値の２乗電流値を演算し、その２乗電流値から得られた電線の温度上昇相当値と異常判定値とを比較して温度上昇相当値が異常判定値を超えると半導体スイッチを遮断する電源供給装置が、例えば特許文献１で提案されている。
【０００３】
この特許文献１では、半導体スイッチでの熱変動に相当する熱流の時間による過渡的な熱変動は所定の論理式により表され、この論理式をデジタル演算にて計算を進めることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４２１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、熱流の時間による過渡的な熱変動を所定の論理式に従ってデジタル演算するためのマイクロコンピュータおよび周辺回路を備える必要があり、半導体スイッチを保護する回路が複雑および煩雑になってしまう。
【０００６】
そこで、定期的に負荷に流れる電流を過電流検出回路で検出し、この過電流検出回路により検出された電流値に比例した２乗電流値を算出し、その２乗電流値から得られた電線の温度上昇相当値が判定値を超えると負荷に流れる電流を遮断するように構成して、ワイヤおよび負荷を過電流から保護するようにしている。
【０００７】
このような過電流保護回路で用いられる過電流検出回路の構成を図１２に示す。図１２に示す過電流検出回路３０は、複数の負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出する回路である。
【０００８】
スケジューリング回路２０は、複数のチャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）に対応した選択信号を出力するための回路である。このスケジューリング回路２０は、カウンタ回路により０．１６ミリ秒（ｍｓ）毎に、０、１、２、３、４、５に対応する３ビットの選択信号を繰り返し出力する。
【０００９】
セレクタ３１ｂ〜３１ｈは、スケジューリング回路２０より入力される選択信号に応じて、順次、各半導体スイッチ１０〜１５に流れる電流に対応する電圧を複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈへ通過させる。
【００１０】
また、基準電圧発生回路３００ａとグランドとの間には、直列に接続された抵抗３９ｂ〜３９ｈが配置されている。抵抗３９ｂ〜３９ｈは、アナログスイッチ３８と抵抗３９ｂとの接続点の電圧（基準電圧）を分圧している。
【００１１】
基準電圧発生回路３００ａと抵抗３９ｂとの接続点がコンパレータ３２ｂの反転入力端子に接続され、各抵抗の接続点がコンパレータ３２ｃ〜３２ｈの反転入力端子にそれぞれ接続されている。すなわち、抵抗３９ｂ〜３９ｈにより基準電圧を分圧した電圧が各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈの反転入力端子に印加されるようになっている。
【００１２】
この過電流検出回路３０は、電流しきい値の異なる７段のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈを有し、各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより負荷６ａ〜６ｆに流れる電流レベルを判定する。
【００１３】
基準電圧発生回路３００ａには、セレクタ３１ｊから各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）のワイヤ８ａ〜８ｆの線種を表す信号が入力されるようになっている。なお、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種は、太さに応じて０．５ｓｑ、０．７５ｓｑ、０．８５ｓｑ、１．２５ｓｑに分類されている。
【００１４】
基準電圧発生回路３００ａは、セレクタ３１ｊから入力される信号に応じた定電圧（基準電圧）を生成し、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）に対応する定電圧（基準電圧）を出力する。この基準電圧発生回路３００ａにより、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じて基準電圧が変更され、各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈの非反転入力端子に印加される電流しきい値が最適値に設定されるようになっている。
【００１５】
また、コンパレータ３２ｂ〜３２ｈの出力は、それぞれＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇ、インバータ３４に入力されている。ＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇおよびインバータ３４により、電流が電流しきい値を超えたコンパレータのみからハイレベルの信号が出力されるようになっている。
【００１６】
このような過電流検出回路３０においては、コンパレータの段数を多くするほど、負荷に流れる電流を精度良く検出することが可能となる。また、負荷に流れる電流を精度良く検出することにより、検出した電流値に比例した２乗電流値を精度良く算出することができ、ワイヤ許容電流特性に沿うような過電流遮断特性で負荷に流れる電流を遮断することが可能となる。
【００１７】
しかし、図１２に示した過電流検出回路３０の構成では、コンパレータが７個しかないため分解能が低く、図１３に示すように、過電流遮断特性は階段状となる。このため、理想的な過電流遮断特性で負荷に流れる電流を遮断することができないといった問題がある。
【００１８】
なお、コンパレータの数を増やすことで、分解能を向上することは可能であるが、理想的な過電流遮断特性で負荷に流れる電流を遮断するようにするためにはコンパレータの数を大幅に増やす必要があり、コストアップとなってしまう。
【００１９】
本発明は上記問題に鑑みたもので、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出回路であって、直列に接続された複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）により基準電圧を分圧して複数の異なる電圧を生成する電圧生成回路と、電圧生成回路により生成された各電圧を閾値電圧として負荷に流れる電流レベルを判定する複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）と、基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路（３００）と、を備え、基準電圧をシフトさせる前に複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された電流レベルと基準電圧がシフトさせた後に複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された電流レベルとに基づいて負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出することを特徴としている。
【００２１】
このような構成によれば、基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路（３００）を備え、基準電圧をシフトさせる前に複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された電流レベルと基準電圧がシフトさせた後に複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された電流レベルとに基づいて負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出するので、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができる。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、基準電圧シフト手段（３００）は、電流値の異なる複数の定電流源（３００ａ、３１０ａ、３２０ａ、３３０ａ、３００ｂ、３１０ｂ、３２０ｂ、３３０ｂ）と、複数の定電流源（３００ａ、３１０ａ、３２０ａ、３３０ａ、３００ｂ、３１０ｂ、３２０ｂ、３３０ｂ）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）との間に配置され、複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に流れる定電流を切り替える切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と、を備え、複数の抵抗に流れる定電流を周期的に切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）に切り替えさせて、切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴としている。
【００２３】
このように、複数の抵抗に流れる定電流を周期的に切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）に切り替えさせて、切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることができる。
【００２４】
また、請求項３に記載の発明は、基準電圧シフト手段（３００）は、電源端子と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間に配置され、当該複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）と直列に接続されたレベルシフト用抵抗（３６０）と、レベルシフト用抵抗（３６０）と並列に接続され、制御信号に応じてレベルシフト用抵抗の両端間をオンまたはオフする切替手段（３５０）と、を備え、周期的に切替手段（３５０）をオンまたはオフさせてレベルシフト用抵抗（３６０）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴としている。
【００２５】
このように、周期的に切替手段（３５０）をオンまたはオフさせてレベルシフト用抵抗（３６０）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることもできる。
【００２６】
また、請求項４に記載の発明は、複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に定電圧を供給する抵抗（３８０、３８１、３８２、３８３）と、
電圧の異なる複数の電源端子（Ａ、Ｂ）と抵抗（３８０、３８１、３８２、３８３）との間に配置され、抵抗（３８０、３８１、３８２、３８３）を介して複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替える切替手段（３７０）と、を備え、周期的に切替手段（３７０）に複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替えさせて切替手段（３７０）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴としている。
【００２７】
このように、周期的に切替手段（３７０）に複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替えさせて切替手段（３７０）と複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることもできる。
【００２８】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電流検出回路を有する過電流保護回路の構成を示す図である。
【図２】図１の一部詳細図である。
【図３】スケジューリング回路の回路構成図である。
【図４】スケジューリング回路より出力される選択信号とシフト信号の波形を表す図である。
【図５】基準電圧シフト回路の詳細について説明するための図である。
【図６】銅線ワイヤハーネスの電流しきい値の一例を示す図である。
【図７】基準電圧のシフト前とシフト後の電流しきい値と積算値の関係を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る電流検出回路の過電流遮断特性を示す図である。
【図９】比較回路の回路構成を示す図である。
【図１０】第２実施形態に係る電流検出回路の構成を示す図である。
【図１１】第３実施形態に係る電流検出回路の構成を示す図である。
【図１２】過電流検出回路の構成例について説明するための図である。
【図１３】課題について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電流検出回路（過電流検出回路）を有する過電流保護回路について図を参照して説明する。本過電流保護回路は、例えば車両に搭載されるものであり、ワイヤ（ワイヤハーネス）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。また、過電流保護回路は、電流検出回路により負荷に流れる過電流を検出し、検出された電流値に比例した２乗電流値を算出し、その２乗電流値から得られた電線の温度上昇相当値が判定値を超えると負荷に流れる電流を遮断して負荷を保護する機能を備えている。
【００３１】
図１は、本実施形態に係る電流検出回路を有する過電流保護回路の全体構成図である。図２は、図１の一部詳細回路図である。また、図３は、図１、図２に示されるスケジューリング回路２０の回路構成図である。図１に示されるように、過電流保護回路１は、複数の半導体スイッチ１０〜１５、スケジューリング回路２０、ＥＥＰＲＯＭ２１、過電流検出回路３０、加減算回路４０、複数のレジスタ５０〜５５、比較回路６０、および制御回路７０を備えて構成されている。
【００３２】
まず、過電流保護回路１は、電源端子２、複数の入力端子３ａ〜３ｆ、および複数の出力端子４ａ〜４ｆを備えている。電源端子２は電源５に接続され、電源５から過電流保護回路１に電源が供給される。この電源は、各出力端子４ａ〜４ｆを介して複数の負荷６ａ〜６ｆに供給される。
【００３３】
複数の入力端子３ａ〜３ｆは、各負荷６ａ〜６ｆのいずれかを駆動するための指令を制御回路７０に入力するための端子であり、図１に示されるようにスイッチ７ａ〜７ｆが接続されている。各スイッチ７ａ〜７ｆがオンされると、例えば入力端子３ａ〜３ｃは電源電位とされ、例えば入力端子３ｄ〜３ｆはグランド電位とされる。
【００３４】
複数の出力端子４ａ〜４ｆには、ワイヤ８ａ〜８ｆを介して負荷６ａ〜６ｆがそれぞれ接続されている。したがって、各負荷６ａ〜６ｆは、ワイヤ８ａ〜８ｆを介してそれぞれ通電されるようになっている。各負荷６ａ〜６ｆとして、例えば、ランプ、モータ、ＬＥＤ、ホーン等が採用される。また、ワイヤ８ａ〜８ｆは、接続される負荷６ａ〜６ｆに応じてその径や材質が異なる。
【００３５】
なお、本実施形態では、過電流保護回路１の出力端子４ａ〜４ｆをそれぞれチャンネル（ｃｈ）と呼ぶ。図１に示されるように、出力端子４ａ〜４ｆは６個あるので、過電流保護回路１は６個のチャンネルを持っている。
【００３６】
複数の半導体スイッチ１０〜１５は、電源端子２と各出力端子４ａ〜４ｆとの間にそれぞれ接続されたスイッチング素子であり、各負荷６ａ〜６ｆをそれぞれ駆動する駆動手段である。半導体スイッチ１０〜１５としては、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等が採用される。半導体スイッチ１０〜１５として例えばｎ型のＭＯＳＦＥＴを用いると、半導体スイッチ１０〜１５のドレインが電源端子２にそれぞれ接続され、ソースが各出力端子４ａ〜４ｆにそれぞれ接続される。また、半導体スイッチ１０〜１５のゲートは制御回路７０に接続される。
【００３７】
スケジューリング回路２０は、過電流検出回路３０と加減算回路４０と比較回路６０とを複数の負荷６ａ〜６ｆ毎に時分割制御することで、複数のｃｈ１〜ｃｈ６で過電流検出回路３０と加減算回路４０と比較回路６０とを共通使用できるようにするための回路である。
【００３８】
図３に示されるように、スケジューリング回路２０は、一定のサンプリング周期（例えば０．１６ｍｓ）で信号を出力するように、フリップフロップ２０ａを備えている。これによると、フリップフロップ２０ａの出力に１を足して０．１６ｍｓ毎に信号が出力されるように構成されている。上述のように、本実施形態ではチャンネルは６個（ｃｈ１〜ｃｈ６）あるので、０．１６ｍｓ毎に０、１、…、５に対応した信号が出力され、５に対応した信号が出力されるとフリップフロップ２０ａがリセットされ、再び０に対応した信号が出力される。
【００３９】
したがって１ｍｓでｃｈ１からｃｈ６までを切り替える信号がスケジューリング回路２０から出力されることとなる。例えば、０に対応した信号がｃｈ１を示し、１に対応した信号がｃｈ２を示している。以下では、フリップフロップ２０ａ（つまりスケジューリング回路２０）から一定のサンプリング周期で出力される信号を選択信号という。
【００４０】
また、スケジューリング回路２０は、一定周期（本実施形態では、１ｍｓ）でレベルが反転するシフト信号を出力するようになっている。スケジューリング回路２０は、出力端子と入力端子間にインバータが接続されたフリップフロップ２０ｂを有している。このフリップフロップ２０ｂは、フリップフロップ２０ａから５に対応した信号が出力されると、フリップフロップ２０ａと同様にリセットされる。
【００４１】
図４に、選択信号とシフト信号の波形を示す。図に示すように、シフト信号は、選択信号が０、１、…、５になると、レベルが反転する。なお、シフト信号の周期は、２ｍｓとなる。
【００４２】
図１に示されるＥＥＰＲＯＭ２１は、過電流を判定するための所定判定値、各出力端子４ａ〜４ｆに接続されたワイヤ８ａ〜８ｆの径や材質、負荷６ａ〜６ｆの種類、後述する所定数値等のデータが記憶されたいわゆるメモリである。ＥＥＰＲＯＭ２１は、自己が記憶したデータを過電流検出回路３０、加減算回路４０、および比較回路６０にそれぞれ出力する。
【００４３】
図２に示すように、過電流検出回路３０は、複数のセレクタ３１ｂ〜３１ｈ、複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈ、複数のＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇ、およびインバータ３４の他に、複数のコンパレータ３２ｉ〜３２ｎ、ＩＤ１検出時動作回路３７ａ、ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂ、セレクタ３１ｉ、３１ｊおよび基準電圧シフト回路３００を備えている。
【００４４】
複数のコンパレータ３２ｉ〜３２ｎのうち、コンパレータ３２ｉの非反転入力端子にはｃｈ１の電流が入力される。同様に、コンパレータ３２ｊの非反転入力端子にはｃｈ２の電流が入力され、コンパレータ３２ｋの非反転入力端子にはｃｈ３の電流が入力され、コンパレータ３２ｌの非反転入力端子にはｃｈ４の電流が入力され、コンパレータ３２ｍの非反転入力端子にはｃｈ５の電流が入力され、コンパレータ３２ｎの非反転入力端子にはｃｈ６の電流が入力される。また、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎの反転入力端子には、一定（例えば８０Ａ）の電流しきい値（ＩＤ１）が入力され、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎで各ｃｈの電流に対応する電圧とＩＤ１とが比較される。各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎの比較結果はＩＤ１検出時動作回路３７ａにそれぞれ出力される。
【００４５】
なお、この電流しきい値（ＩＤ１）は半導体スイッチ１０〜１５に係る半導体スイッチ許容電流値である（後述の図６参照）。
【００４６】
ＩＤ１検出時動作回路３７ａは、各コンパレータ３２ｉ〜３２ｎの比較結果を制御回路７０に出力する。また、ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂは、制御回路７０の指令に従ってフラグをセットする回路である。例えば、フラグが立っているときはＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂからハイ信号が出力され、フラグが立っていないときはＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂからロー信号が出力される。ＩＤ１検出時フラグ回路３７ｂの出力は、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従ってセレクタ３１ｉを介して加減算回路４０のフリップフロップ４１ａに出力される。
【００４７】
図５に示すように、基準電圧シフト回路３００は、複数の定電流源３００ａ、３００ｂ、３１０ａ、３１０ｂ、３２０ａ、３２０ｂ、３３０ａ、３３０ｂ、アナログスイッチ３４０、３４１、３４２、３４３、３８を備えている。
【００４８】
アナログスイッチ３８とグランドとの間に抵抗３９ｂ〜３９ｈが直列に接続される。これらの抵抗３９ｂ〜３９ｈは、アナログスイッチ３８と抵抗３９ｂの接続点の電圧（基準電圧）を分圧して複数の異なる電圧を生成する電圧生成回路を構成している。アナログスイッチ３８と抵抗３９ｂとの接続点がコンパレータ３２ｂの反転入力端子に接続され、各抵抗の接続点がコンパレータ３２ｃ〜３２ｈの各反転入力端子にそれぞれ接続されている。コンパレータ３２ｃ〜３２ｈは、抵抗３９ｂ〜３９ｈにより生成された各電圧を閾値電圧として負荷に流れる電流レベルを判定する。
【００４９】
アナログスイッチ３４０は、スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従って抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流源３００ａと定電流源３００ｂのいずれか一方の定電流が流れるように切り替えを行う。また、アナログスイッチ３４１は、スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従って抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流源３１０ａと定電流源３１０ｂのいずれか一方の定電流が流れるように切り替えを行う。また、アナログスイッチ３４２は、スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従って抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流源３２０ａと定電流源３２０ｂのいずれか一方の定電流が流れるように切り替えを行う。また、アナログスイッチ３４３は、スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従って抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流源３３０ａと定電流源３３０ｂのいずれか一方の定電流が流れるように切り替えを行う。
【００５０】
スケジューリング回路２０より入力されるシフト信号に従ってアナログスイッチ３４０〜３４３の切り替えが行われることで、コンパレータ３２ｂの反転入力端子の電圧（基準電圧）がシフトすることになる。本過電流検出回路３０は、このようにして基準電圧をシフトさせ、基準電圧をシフトさせる前のコンパレータの出力と、基準電圧をシフトさせた後のコンパレータの出力から、負荷６ａ〜６ｆに流れる電流レベルを高分解能で判定する。
【００５１】
アナログスイッチ３８にはセレクタ３１ｊが接続され、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って各チャンネルに接続されたワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じた信号が入力されるようになっている。これにより、抵抗３９ｂ〜３９ｈの直列回路に流れる電流値が可変するので、各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈに設定される電流しきい値がワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じて変更されるようになっている。
【００５２】
ここで、ワイヤ８ａ〜８ｆは、例えばＡＶＳＳ線やＡＶＳＳＦ線であり、太さは０．５ｓｑ、０．７５ｓｑ、０．８５ｓｑ、１．２５ｓｑ等である。このように、各ワイヤ８ａ〜８ｂの特徴はそれぞれ異なるので、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じて各コンパレータ３２ｂ〜３２ｈの電流しきい値を変更している。
【００５３】
図６は、銅線ワイヤハーネスの電流しきい値の一例を示した図である。この図に示される銅線ワイヤハーネスの電流しきい値は、基準電圧をシフトさせる前の電流しきい値である。この図に示されるように、ワイヤ８ａ〜８ｆの線種に関わらず、ＩＤ１が半導体スイッチ１０〜１５の許容通電電流値（８０Ａ）に設定されている。また、図６の右欄の検出電流値の算出式に基づいて、設定１〜設定４に示されるように、ワイヤ８ａ〜８ｆの太さに応じた電流しきい値が各レベルに応じて設定されている。例えば、ワイヤ許容電流値をＺとすると、ＩＤ２〜ＩＤ６についてはＺに対して所定の重みが付けられた数値が電流しきい値とされ、ＩＤ７についてはＺが電流しきい値とされ、ＩＤ８についてはＺ×０．９５が電流しきい値とされている。このように、ワイヤ８ａ〜８ｆに応じた電流しきい値がそれぞれ設定されている。
【００５４】
図７に、図６に示される設定２（線径０．７５ｓｑ）における基準電圧のシフト前とシフト後の電流しきい値と積算値の関係を示す。なお、設定２における基準電圧のシフトは、アナログスイッチ３４１の切り替えにより行われる。基準電圧のシフト前では、ＩＤ１〜ＩＤ８の電流しきい値は、それぞれ８０Ａ、５０．９Ａ、３６Ａ、２５．５Ａ、１８Ａ、１２．７Ａ、９Ａ、８．６Ａとなっているのに対し、基準電圧のシフト後では、ＩＤ１〜ＩＤ７の電流しきい値は、それぞれ８０Ａ、６２．４Ａ、４４．１Ａ、３１．２Ａ、２２Ａ、１５．６Ａ、１１Ａとなっている。すなわち、基準電圧のシフト前では、定電流源３１０ａから抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流が流れて、図７に示される基準電圧のシフト前の電流しきい値となり、基準電圧のシフト後では、定電流源３１０ｂから抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電流が流れて、図７に示される基準電圧のシフト後の電流しきい値となる。
【００５５】
ここで、例えば、負荷６ａ〜６ｆに流れる電流が１５Ａとなっている場合、基準電圧をシフトさせない場合には、電流しきい値が１５Ａよりも小さく設定されているＩＤ６に対応するコンパレータ３２ｆの出力がハイレベルとなる。
【００５６】
これに対し、基準電圧をシフトさせる場合、基準電圧のシフト前では、ＩＤ６に対応するコンパレータ３２ｆの出力がハイレベルとなり、基準電圧のシフト後では、ＩＤ７に対応するコンパレータ３２ｇの出力がハイレベルとなる。
【００５７】
このように、基準電圧をシフトさせる前の電流レベルの判定結果と、基準電圧をシフトさせた後の電流レベルの判定結果から、電流レベルをより詳細に絞り込んで検出することが可能となる。すなわち、７個のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈの電流しきい値をシフトさせることで、あたかも１４個のコンパレータを用いたような電流レベルの判定を行うことが可能となる。
【００５８】
また、基準電圧をシフトさせる前の電流レベルの判定結果と、基準電圧をシフトさせた後の電流レベルの判定結果に基づいて、積算値合計についても詳細に特定することができる。
【００５９】
図８に、本過電流検出回路３０を有する過電流保護回路１におけるワイヤ許容電流特性と過電流遮断特性の関係を示す。本過電流検出回路３０では、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができるので、積算値合計についても詳細に特定することができる。したがって、過電流保護回路１における過電流遮断特性をワイヤ許容電流特性に近づけることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、加減算回路４０における各所定数値選択回路４２ａ〜４２ｈには加算値がそれぞれ設定され、対応するフリップフロップ４１ａ〜４１ｈからハイ信号が入力された場合、所定の加算値を加減算器４３に出力するようになっている。一方、所定数値選択回路４２ｉは、セレクタ４５を介してチャンネル毎に設定された減算値を出力するようになっている。
【００６１】
このため、本実施形態では、加減算回路４０は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を、今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に今回取得した検出電流値が所定電流値よりも小さい場合は減算する。ここで、所定電流値は、ワイヤ許容電流値またはワイヤ発煙電流値とされる。
【００６２】
具体的には、図７に示されるように、基準電圧のシフト前では、過電流検出回路３０で検出される検出電流値（Ｉ）が５０．９Ａ以上で、かつ、８０Ａ未満の場合には加算値として「６４」が設定される。また、検出電流値（Ｉ）が３６Ａ以上で、かつ、５０．９Ａ未満の場合には加算値として「３２」が設定され、検出電流値（Ｉ）が２５．５Ａ以上で、かつ、３６Ａ未満の場合には加算値として「１６」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１８Ａ以上で、かつ、２５．５Ａ未満の場合には加算値として「８」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１２．７Ａ以上で、かつ、１８Ａ未満の場合には加算値として「４」が設定され、検出電流値（Ｉ）が９Ａ以上で、かつ、１２．７Ａ未満の場合には加算値として「２」が設定され、検出電流値（Ｉ）が８．６Ａ以上で、かつ、９Ａ未満の場合には加算値として「０」が設定される。
【００６３】
一方、基準電圧のシフト後では、過電流検出回路３０で検出される検出電流値（Ｉ）が６２．４Ａ以上の場合には加算値（積算値）として「６４」が設定され、検出電流値（Ｉ）が４４．１Ａ以上で、かつ、６２．４Ａ未満の場合には加算値として「３２」が設定される。また、検出電流値（Ｉ）が３１．２Ａ以上で、かつ、４４．１Ａ未満の場合には加算値として「１６」が設定され、検出電流値（Ｉ）が２２Ａ以上で、かつ、３１．２Ａ未満の場合には加算値として「８」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１５．６Ａ以上で、かつ、２２Ａ未満の場合には加算値として「４」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１１Ａ以上で、かつ、１５．６Ａ未満の場合には加算値として「２」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１１Ａ以上で、かつ、１２．７Ａ未満の場合には加算値として「２」が設定され、検出電流値（Ｉ）が１１Ａ未満の場合には加算値として「０」が設定される。
【００６４】
したがって、過電流検出回路３０で検出される検出電流値（Ｉ）が６２．４Ａ以上の場合、基準電圧のシフト前後の積算合計値は「１２８」となり、検出電流値（Ｉ）が５０．９Ａ以上で、かつ、６２．４Ａ未満の場合、基準電圧のシフト前後の積算合計値は「９６」となる。また、検出電流値（Ｉ）が４４．１Ａ以上で、かつ、５０．９Ａ未満の場合、基準電圧のシフト前後の積算合計値は「６４」となり、検出電流値（Ｉ）が３６Ａ以上で、かつ、４４．１Ａ未満の場合、基準電圧のシフト前後の積算合計値は、「４８」となる。このように、基準電圧をシフトさせることで、積算合計値を細かく特定することが可能となる。
【００６５】
また、過電流検出回路３０で検出される検出電流値がＩＤ８≦Ｉ＜ＩＤ７の場合には、加算値として「０」が設定されているので、加減算回路４０は加算値として「０」を加算することとなる。
【００６６】
このような加算の場合については、各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）で共通の加算値が採用されている。
【００６７】
このように、過電流検出回路３０で検出される検出電流値がＩＤ６以上に対応した各所定数値選択回路４２ａ〜４２ｈにはそれぞれ加算数値のみが設定されている。したがって、加減算回路４０は、今回取得した検出電流値が所定電流値（ワイヤ許容電流値Ｚ）よりも大きい場合は予め設定された加算値を加算する。すなわち、加減算器４３は加算のみを行うこととなる。
【００６８】
なお、本実施形態では、検出電流値がＩＤ１以上の場合の加算値を「１２８」としているが、これは加算値の一例であり、「１２８」でなくても良い。例えば、半導体スイッチ１０〜１５の保護のために検出電流値がＩＤ１以上つまり８０Ａ以上のときには１００μｓで半導体スイッチ１０〜１５を遮断すると仮定すると、１ｍｓで６チャンネル分の電流検出を行うので、１２８×（１００μｓ／１ｍｓ）という演算から得られる「１３」を加算数値としても良い。
【００６９】
一方、過電流検出回路３０で検出される検出電流値ＩがＩ＜ＩＤ８の場合、所定数値選択回路４２ｉにはワイヤ８ａ〜８ｆの線種に応じた減算値が設定されている。このため、加減算回路４０は、今回取得した検出電流値が所定電流値（ワイヤ許容電流値Ｚ）よりも小さい場合は減算する。すなわち、加減算器４３は減算のみを行うこととなる。
【００７０】
この場合、図７に示されるように、各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ６）には減算値として「−１」または「−２」が設定され、用途に応じていずれか一方が選択される。その選択はＥＥＰＲＯＭ２１に予め記憶されており、過電流保護回路の作動の際に読み出される。
【００７１】
図２に示される加減算回路４０は、過電流検出回路３０が検出した電流値に対応した所定数値を加算かつ減算する回路である。加減算回路４０は複数の負荷６ａ〜６ｆそれぞれについて（つまりｃｈ１〜ｃｈ６について）検出された検出電流値に応じた計算を行う。
【００７２】
このような加減算回路４０は、複数のフリップフロップ４１ａ〜４１ｉと、複数の所定数値選択回路４２ａ〜４２ｉと、加減算器４３と、複数の読み出し回路４４ａ〜４４ｆと、複数の書き込み回路４５ａ〜４５ｆと、を備えて構成されている。
【００７３】
複数のフリップフロップ４１ａ〜４１ｉは、入力したハイ信号またはロー信号を一定のサンプリング周期（例えば０．１６ｍｓ）毎に出力する手段である。フリップフロップ４１ａはコンパレータ３２ａの出力を保持し、フリップフロップ４１ｂ〜４１ｈはＡＮＤ回路３３ａ〜３３ｇの出力をそれぞれ保持し、フリップフロップ４１ｉはインバータ３４の出力を保持するようになっている。
【００７４】
複数の所定数値選択回路４２ａ〜４２ｉは、対応するフリップフロップ４１ａ〜４１ｉからハイ信号が入力された場合、各検出電流範囲に応じた所定数値を加減算器４３に出力する回路である。
【００７５】
図２に示される加減算器４３は、過電流検出回路３０より前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を、今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に今回取得した検出電流値が所定電流値よりも小さい場合は減算する。
【００７６】
比較回路６０は、過電流か否かを判定するための判定しきい値と加減算回路４０の計算結果とをチャンネル毎に比較する回路である。図９に、比較回路６０の回路構成を示す。この比較回路６０は、２つのセレクタ６１、６２とコンパレータ６３とを備えて構成されている。
【００７７】
セレクタ６１は、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って、チャンネル毎に設定された過電流を示す判定しきい値を出力する回路である。チャンネル毎の判定しきい値は、ＥＥＰＲＯＭ２１に格納されている。また、セレクタ６２は、スケジューリング回路２０から入力される選択信号に従って、各レジスタ５０〜５５に格納された計算結果をコンパレータ６３に入力する回路である。
【００７８】
コンパレータ６３は、セレクタ６２から入力される加減算回路４０の計算結果がセレクタ６１から入力される判定しきい値を超える場合、過電流が流れているとしてハイ信号を出力する。上述のように、セレクタ６１、６２はスケジューリング回路２０から入力された選択信号に従って選択信号が示すチャンネルに対応した第１判定しきい値や計算結果を出力している。したがって、コンパレータ６３は、ｃｈ１からｃｈ６まで順にチャンネル毎に設定された第１判定しきい値と計算結果とを比較していく。
【００７９】
図１に示されるように、制御回路７０は、入力条件に従って半導体スイッチ１０〜１５をオン／オフ制御する回路である。入力条件とは、スイッチ７ａ〜７ｆのいずれかがオンされたことや、比較回路６０から過電流を検出したという比較結果が入力されたことを指す。すなわち、制御回路７０は、加減算回路４０の計算結果が第１判定しきい値を超えた場合に比較回路６０からハイ信号を入力すると半導体スイッチ１０〜１５をオフする。これにより、過電流からワイヤ８ａ〜８ｆを保護する。
【００８０】
また、制御回路７０は、第１判定しきい値よりも小さい第２判定しきい値を有しており、加減算回路４０の計算結果が第２判定しきい値に達したときに半導体スイッチ１０〜１５を再びオンする。これにより、ワイヤ８ａ〜８ｆに過電流が流れなくなったら、再び負荷６ａ〜６ｆが作動する。これにより、半導体スイッチ１０〜１５がオフされたとしても、一定時間後に半導体スイッチ１０〜１５が再びオンされるので、一旦遮断された負荷６ａ〜６ｆの駆動が可能になる。
【００８１】
なお、図２では、第１判定しきい値と加減算合計値との比較をコンパレータ６３で行っているが、第２判定しきい値と加減算合計値との比較についても図示しないコンパレータにより行っている。以上が、本実施形態に係る過電流保護回路の全体構成である。
【００８２】
次に、上記の過電流保護回路の作動について説明する。上述のように、チャンネルは６個あるが、以下では１つのチャンネル（ヘッドランプ）について負荷電流に対する過電流保護回路１の作動を述べる。スケジューリング回路２０により、一定のサンプリング周期でｃｈ１〜ｃｈ６が切り替えられるので、過電流保護回路１のｃｈ１〜ｃｈ６に対する作動は同じである。
【００８３】
まず、スイッチ７ａ〜７ｆが操作されて制御回路７０により所望の半導体スイッチ１０〜１５がオンされると、負荷にラッシュ電流が流れる。これにより、過電流検出回路３０は、ラッシュ電流の値に応じた検出結果を加減算回路４０に出力し、加減算回路４０は、前回取得した検出電流値に応じた所定数値を用いた計算結果に対して今回取得した検出電流値に応じた所定数値を、今回取得した検出電流値が所定電流値よりも大きい場合は加算し、逆に今回取得した検出電流値が所定電流値よりも小さい場合は減算する。
【００８４】
ラッシュ電流は瞬間的に大電流となるが、急激に減少する。このため、過電流検出回路３０で検出される電流の値は時間の経過と共に、急激に小さくなる。このため、加減算合計値は、ラッシュ電流が流れた後に上昇するが、ある一定時間を過ぎると、加算数値よりも減算数値が大きくなり、加減算合計値はやがて０になる。
【００８５】
このような定常負荷電流が流れる場合、加減算合計値は第１判定しきい値を超えないので、比較回路６０では過電流が流れていると判定されず、制御回路７０により半導体スイッチ１０〜１５がオフされることもない。
【００８６】
一方、ワイヤ８ａ〜８ｆに過電流が流れた場合、ラッシュ電流のように大きな電流が流れてもすぐに電流値が小さくなる場合とは異なり、大きな電流が流れ続ける。このため、加減算合計値は過電流が流れ続ける間は上昇し続け、加減算合計値は第１判定しきい値を超える。このため、制御回路７０は半導体スイッチ１０〜１５をオフする。
【００８７】
これにより、ワイヤ８ａ〜８ｆに電流が流れなくなるので、負荷電流は０になる。ここで、過電流検出回路３０はこの０の電流を検出し続け、加算数値よりも減算数値のほうが大きくなり、実質的には前回計算した結果を一定の減算数値で減算していくこととなる。
【００８８】
そして、前回計算した結果を減算した結果、加減算合計値が第２判定しきい値に達すると、制御回路７０は半導体スイッチ１０〜１５を再びオンする。これにより、ワイヤ８ａ〜８ｆに再び電流が流れるが、この電流が過電流であると、加減算合計値は再び第１判定しきい値を超えて半導体スイッチ１０〜１５がオフされる。
【００８９】
この後、上記と同様に、加減算合計値が第２判定しきい値に達するので半導体スイッチ１０〜１５がオンされるが、ワイヤ８ａ〜８ｆには過電流が流れるので加減算合計値は第１判定しきい値を超えて半導体スイッチ１０〜１５がオフされるという動作が繰り返される。
【００９０】
なお、本例においては、第２判定しきい値に達した場合に、上述のように再び半導体スイッチ１０〜１５をオンする動作（リトライ動作）と、半導体スイッチ１０〜１５をオフのままとする動作（ラッチ動作）とをＥＥＰＲＯＭ２１により選択可能としている。
【００９１】
このようにして過電流を検出してワイヤ８ａ〜８ｆおよび負荷６ａ〜６ｆを保護する。なお、上記の動作は、一定のサンプリング周期でチャンネル毎に行われる。
【００９２】
上記した構成によれば、基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路３００を備え、基準電圧をシフトさせる前に複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルと基準電圧がシフトさせた後に複数のコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出するので、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができる。
【００９３】
（第２実施形態）
本実施形態に係る基準電圧シフト回路３００の構成を図１０に示す。以下、上記実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。上記第１実施形態では、例えば、アナログスイッチ３４０により定電流源３００ａと定電流源３１０ｂを切り替えてアナログスイッチ３４０と抵抗３９ｂ間の基準電圧をシフトさせ、基準電圧をシフトさせる前にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルと基準電圧をシフトさせた後にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出するように構成したが、本実施形態では、アナログスイッチ３００と抵抗３９ｂ〜３９ｈ間に、抵抗３９ｂ〜３９ｈと直列に接続されたレベルシフト用抵抗３６０を設け、更に、レベルシフト用抵抗３６０と並列に接続され、スケジューリング回路２０により生成されたシフト信号（制御信号に相当する）に応じてレベルシフト用抵抗３６０の両端間をオンまたはオフするアナログスイッチ３５０を設け、アナログスイッチ３５０をオンオフさせてレベルシフト用抵抗３６０と抵抗３９ｂ間の基準電圧をシフトさせるように構成されている。
【００９４】
このような構成において、基準電圧をシフトさせる前にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルと基準電圧をシフトさせた後にコンパレータ３２ｂ〜３２ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出することにより、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができる。
【００９５】
（第３実施形態）
本実施形態に係る基準電圧シフト回路３００の構成を図１１に示す。本実施形態では、抵抗３９ｂ〜３９ｈに定電圧を供給する抵抗３８０、３８１、３８２、３８３と、電圧の異なる複数の電源端子Ａ、Ｂと抵抗３８０、３８１、３８２、３８３との間に配置され、抵抗３８０、３８１、３８２、３８３を介して抵抗３９ｂ〜３９ｈに印加される電圧をシフト信号（制御信号）に応じて切り替えるアナログスイッチ３７０と、を備え、周期的にアナログスイッチ３７０に抵抗３９ｂ〜３９ｈに印加される電圧を切り替えさせてアナログスイッチ３７０と抵抗３９ｂ間の基準電圧をシフトさせる。
【００９６】
このような構成において、基準電圧をシフトさせる前にコンパレータ３９ｂ〜３９ｈにより判定された電流レベルと基準電圧をシフトさせた後にコンパレータ３９ｂ〜３９ｈにより判定された電流レベルとに基づいて負荷６ａ〜６ｆに流れる電流を検出することにより、コンパレータの数を増やすことなく、高分解能で負荷に流れる電流を検出することができる。
【００９７】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、本電流検出回路３０を、負荷に流れる電流を遮断して負荷を保護する過電流保護回路に用いた例を示したが、このような回路以外の用途に用いることもできる。
【００９８】
また、上記第１〜第３実施形態では、基準電圧を２段階でシフトさせたが、基準電圧を３段階以上でシフトさせるように構成してもよい。このように、基準電圧をより多くの段階でシフトさせることにより、更に分解能を高くすることができる。
【００９９】
また、上記第１〜第３実施形態では、シフト信号に応じて切り替わるアナログスイッチ３４０〜３４３、３５０、３７０を切替手段として備えた構成を示したが、例えば、スイッチングトランジスタ、リレー等、アナログスイッチ以外の素子を用いて切替手段を構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１ 過電流保護回路
６ａ〜６ｆ 負荷
１０〜１５ 半導体スイッチ
２０ スケジューリング回路
３０ 過電流検出回路
４０ 加減算回路
５０〜５５ レジスタ
６０ 比較回路
７０ 制御回路
３００ 基準電圧シフト回路
３４０〜３４３ アナログスイッチ
３９ｂ〜３９ｈ、３８０〜３８３ 抵抗
３００ａ〜３３０ａ、３００ｂ〜３３０ｂ 定電流源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出回路であって、
直列に接続された複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）により基準電圧を分圧して複数の異なる電圧を生成する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路により生成された各電圧を閾値電圧として前記負荷に流れる電流レベルを判定する複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）と、
前記基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路（３００）と、を備え、
前記基準電圧をシフトさせる前に前記複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された前記電流レベルと前記基準電圧がシフトさせた後に前記複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された前記電流レベルとに基づいて前記負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出することを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記基準電圧シフト手段（３００）は、電流値の異なる複数の定電流源（３００ａ、３１０ａ、３２０ａ、３３０ａ、３００ｂ、３１０ｂ、３２０ｂ、３３０ｂ）と、
前記複数の定電流源（３００ａ、３１０ａ、３２０ａ、３３０ａ、３００ｂ、３１０ｂ、３２０ｂ、３３０ｂ）と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）との間に配置され、前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に流れる定電流を切り替える切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と、を備え、
前記複数の抵抗に流れる定電流を周期的に前記切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）に切り替えさせて、前記切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
【請求項３】
前記基準電圧シフト手段（３００）は、電源端子と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間に配置され、当該複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）と直列に接続されたレベルシフト用抵抗（３６０）と、
前記レベルシフト用抵抗（３６０）と並列に接続され、制御信号に応じて前記レベルシフト用抵抗の両端間をオンまたはオフする切替手段（３５０）と、を備え、
周期的に前記切替手段（３５０）をオンまたはオフさせて前記レベルシフト用抵抗（３６０）と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
【請求項４】
前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に定電圧を供給する定電流源（３８０、３８１、３８２、３８３）と、
電圧の異なる複数の電源端子（Ａ、Ｂ）と前記抵抗（３８０、３８１、３８２、３８３）との間に配置され、前記定電流源（３８０、３８１、３８２、３８３）を介して前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替える切替手段（３７０）と、を備え、
周期的に前記切替手段（３７０）に前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替えさせて前記切替手段（３７０）と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
【請求項１】
負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出する電流検出回路であって、
直列に接続された複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）により基準電圧を分圧して複数の異なる電圧を生成する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路により生成された各電圧を閾値電圧として前記負荷に流れる電流レベルを判定する複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）と、
前記基準電圧をシフトさせる基準電圧シフト回路（３００）と、を備え、
前記基準電圧をシフトさせる前に前記複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された前記電流レベルと前記基準電圧がシフトさせた後に前記複数のコンパレータ（３２ｂ〜３２ｈ）により判定された前記電流レベルとに基づいて前記負荷（６ａ〜６ｆ）に流れる電流を検出することを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記基準電圧シフト手段（３００）は、電流値の異なる複数の定電流源（３００ａ、３１０ａ、３２０ａ、３３０ａ、３００ｂ、３１０ｂ、３２０ｂ、３３０ｂ）と、
前記複数の定電流源（３００ａ、３１０ａ、３２０ａ、３３０ａ、３００ｂ、３１０ｂ、３２０ｂ、３３０ｂ）と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）との間に配置され、前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に流れる定電流を切り替える切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と、を備え、
前記複数の抵抗に流れる定電流を周期的に前記切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）に切り替えさせて、前記切替手段（３４０、３４１、３４２、３４３）と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
【請求項３】
前記基準電圧シフト手段（３００）は、電源端子と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間に配置され、当該複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）と直列に接続されたレベルシフト用抵抗（３６０）と、
前記レベルシフト用抵抗（３６０）と並列に接続され、制御信号に応じて前記レベルシフト用抵抗の両端間をオンまたはオフする切替手段（３５０）と、を備え、
周期的に前記切替手段（３５０）をオンまたはオフさせて前記レベルシフト用抵抗（３６０）と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
【請求項４】
前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に定電圧を供給する定電流源（３８０、３８１、３８２、３８３）と、
電圧の異なる複数の電源端子（Ａ、Ｂ）と前記抵抗（３８０、３８１、３８２、３８３）との間に配置され、前記定電流源（３８０、３８１、３８２、３８３）を介して前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替える切替手段（３７０）と、を備え、
周期的に前記切替手段（３７０）に前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）に印加される電圧を切り替えさせて前記切替手段（３７０）と前記複数の抵抗（３９ｂ〜３９ｈ）間の基準電圧をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−５０４０４（Ｐ２０１３−５０４０４Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９１７６（Ｐ２０１１−１８９１７６）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【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３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（３９０００１８１２）アンデン株式会社 (97)
【Ｆターム（参考）】
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