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公開番号2021097387
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210624
出願番号2019229585
出願日20191219
発明の名称駆動装置
出願人株式会社オートネットワーク技術研究所,住友電装株式会社,住友電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H03K 17/687 20060101AFI20210528BHJP(基本電子回路)
要約【課題】制御用の電圧の基準電位が変動した場合であっても、誤りなくスイッチをオン又はオフに切替えることができる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置11は負荷13を駆動する。負荷13を介して流れる電流の電流経路において、負荷13の下流側にNチャネル型のMOSFET20が配置されている。直流電源10及びMOSFET20のゲート間に回路抵抗21が接続されている。MOSFET20のゲート及びソース間に第1スイッチ22が接続されている。マイコン30は、第2スイッチ26の出力端の電位を基準とした電圧を第2スイッチ26の制御端に出力する。これにより、第2スイッチ26がオン又はオフに切替わる。切替え回路25は、第2スイッチ26がオンに切替わった場合に第1スイッチ22をオンに切替え、第2スイッチ26がオフに切替わった場合に第1スイッチ22をオフに切替える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
負荷を駆動する駆動装置であって、
前記負荷を介して流れる電流の電流経路にて前記負荷の下流側に配置されるNチャネル型のMOSFETと、
直流電源及び前記MOSFETのゲート間に接続される抵抗と、
前記MOSFETのゲート及びソース間に接続される第1スイッチと、
電流が出力される出力端の電位を基準とした制御端の電圧が閾値以上である場合にオンである第2スイッチと、
前記第2スイッチがオンに切替わった場合に前記第1スイッチをオンに切替え、前記第2スイッチがオフに切替わった場合に前記第1スイッチをオフに切替える切替え回路と、
前記第2スイッチの出力端の電位を基準とした電圧を前記第2スイッチの前記制御端に出力する出力部と
を備える駆動装置。
続きを表示(約 550 文字)【請求項2】
前記第2スイッチの出力端は第1導線を介してグランド導体に接続され、
前記MOSFETのソースは第2導線を介して前記グランド導体に接続される
請求項1に記載の駆動装置。
【請求項3】
前記第1スイッチは、電流が出力される出力端の電位を基準とした制御端の電圧が第2の閾値以上である場合にオンであり、
前記第1スイッチの制御端及び出力端間に接続される第2の抵抗を備え、
電流が入力される前記第1スイッチの入力端は前記MOSFETのゲートに接続され、
前記第1スイッチの出力端は前記MOSFETのソースに接続され、
前記切替え回路は、
電流が入力される入力端の電位を基準とした制御端の電圧が第3の閾値未満である場合にオンである第3スイッチと、
前記第3スイッチの制御端及び入力端間に接続される第3の抵抗と
を有し、
前記第3スイッチの入力端は前記直流電源に接続され、
電流が出力される前記第3スイッチの出力端は、前記第1スイッチの制御端に接続され、
前記第3スイッチの制御端は、電流が入力される第2スイッチの入力端に接続される
請求項1又は請求項2に記載の駆動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は駆動装置に関する。
続きを表示(約 7,000 文字)【背景技術】
【0002】
車両には、直流電源、例えば、バッテリが負荷に電力を供給する電源システムが搭載されている。電源システムは、負荷を駆動する駆動装置を備える。特許文献1には、負荷を駆動する駆動装置が開示されている。この駆動装置は、負荷を介して流れる電流経路において、負荷の下流側に配置されたスイッチと、スイッチをオン又はオフに切替える駆動回路とを有する。スイッチがオンである場合、電流は、直流電源から負荷及びスイッチの順に流れ、負荷に電力が供給される。
【0003】
スイッチはNチャネル型のFET(Field Effect Transistor)である。スイッチのドレインは負荷に接続されている。スイッチのソースは接地されている。駆動回路は、ハイレベル電圧及びローレベル電圧によって構成される制御信号をスイッチのゲートに出力する。スイッチは、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が閾値以上となった場合にオンに切替わり、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が閾値未満となった場合にオフに切替わる。駆動回路は、制御信号の電圧をハイレベルに切替えることによってスイッチをオンに切替え、制御信号の電圧をローレベル電圧に切替えることによってスイッチをオフに切替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2011−216229号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載されているような従来の駆動装置では、駆動回路は、導線によって接地されている。グランド導体への接続によって接地が実現される。導線の一端が駆動回路に接続されている。導線の他端は接地されている。駆動回路が出力する制御信号の電圧は、導線の一端の電位を基準とした電圧である。車両では、負荷とは異なる電気機器が共通の導線を介して接地される可能性がある。この構成では、電気機器の作動又は動作の停止によって、導線を流れる電流が変動する。導線は、通常、インダクタ成分及び抵抗成分を有する。このため、導線を流れる電流が変動した場合、接地電位を基準とした導線の一端の電圧は変動する。また、電気機器が共通の導線を介して接地されていない場合であっても、ノイズに係る電流が導線を流れるか、又は、グランド導体における導線の接触抵抗が増加したとき、接地電位を基準とした導線の一端の電圧は変動する。
【0006】
スイッチのソースは接地されているので、スイッチは、接地電位を基準としたゲートの電圧に応じてオン又はオフに切替わる。接地電位を基準とした導線の一端の電圧が負の電圧である場合、制御信号の電圧がハイレベル電圧を出力しているにも関わらず、スイッチがオンに切替わらない可能性がある。接地電位を基準とした導線の一端の電圧が高い場合、制御信号の電圧がローレベル電圧を出力しているにも関わらず、スイッチがオフに切替わらない可能性がある。
【0007】
本開示は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、制御用の電圧の基準電位が変動した場合であっても、誤りなくスイッチをオン又はオフに切替えることができる駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一態様に係る駆動装置は、負荷を駆動する駆動装置であって、前記負荷を介して流れる電流の電流経路にて前記負荷の下流側に配置されるNチャネル型のMOSFETと、直流電源及び前記MOSFETのゲート間に接続される抵抗と、前記MOSFETのゲート及びソース間に接続される第1スイッチと、電流が出力される出力端の電位を基準とした制御端の電圧が閾値以上である場合にオンである第2スイッチと、前記第2スイッチがオンに切替わった場合に前記第1スイッチをオンに切替え、前記第2スイッチがオフに切替わった場合に前記第1スイッチをオフに切替える切替え回路と、前記第2スイッチの出力端の電位を基準とした電圧を前記第2スイッチの前記制御端に出力する出力部とを備える。
【発明の効果】
【0009】
上記の態様によれば、制御用の電圧の基準電位が変動した場合であっても、誤りなくMOSFETをオン又はオフに切替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施形態1における電源システムの要部構成を示すブロック図である。
駆動装置の回路図である。
MOSFETの切替えを説明するためのタイミングチャートである。
実施形態2における駆動装置の要部構成を示すブロック図である。
駆動装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
第1下流駆動回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【0012】
(1)本開示の一態様に係る駆動装置は、負荷を駆動する駆動装置であって、前記負荷を介して流れる電流の電流経路にて前記負荷の下流側に配置されるNチャネル型のMOSFETと、直流電源及び前記MOSFETのゲート間に接続される抵抗と、前記MOSFETのゲート及びソース間に接続される第1スイッチと、電流が出力される出力端の電位を基準とした制御端の電圧が閾値以上である場合にオンである第2スイッチと、前記第2スイッチがオンに切替わった場合に前記第1スイッチをオンに切替え、前記第2スイッチがオフに切替わった場合に前記第1スイッチをオフに切替える切替え回路と、前記第2スイッチの出力端の電位を基準とした電圧を前記第2スイッチの前記制御端に出力する出力部とを備える。
【0013】
上記の一態様にあっては、出力部は、第2スイッチの出力端の電位を基準とした制御用の電圧を出力する。第2スイッチは、出力端の電位を基準とした制御端の電圧に応じてオン又はオフに切替わる。このため、制御用の電圧の基準電位、即ち、接地電位を基準とした第2スイッチの出力端の電圧が変動した場合であっても、第2スイッチは、誤りなくオン又はオフに切替わる。
【0014】
切替え回路は、第2スイッチがオンに切替わった場合、第1スイッチをオンに切替える。第1スイッチがオンに切替わった場合、MOSFETにおいて、ソースの電位を基準としたゲートの電圧はゼロVに低下し、MOSFETはオフに切替わる。切替え回路は、第2スイッチがオフに切替わった場合、第1スイッチをオフに切替える。第1スイッチがオフに切替わった場合、MOSFETにおいて、ソースの電位を基準としたゲートの電圧が上昇し、MOSFETはオンに切替わる。第2スイッチの切替えに誤りがない場合、MOSFETの切替えも誤りなく行われる。結果、制御用の電圧の基準電位が変動した場合であっても、MOSFETは誤りなくオン又はオフに切替わる。
【0015】
(2)本開示の一態様に係る駆動装置では、前記第2スイッチの出力端は第1導線を介してグランド導体に接続され、前記MOSFETのソースは第2導線を介して前記グランド導体に接続される。
【0016】
上記の一態様にあっては、グランド導体への接続により、接地が実現されている。第1導線は、インダクタ成分及び抵抗成分を有する。このため、第1導線を流れる電流が変動した場合、グランド導体の電位、即ち、接地電位を基準とした第2スイッチの出力端の電圧が変動する。
【0017】
(3)本開示の一態様に係る駆動装置は、前記第1スイッチは、電流が出力される出力端の電位を基準とした制御端の電圧が第2の閾値以上である場合にオンであり、前記第1スイッチの制御端及び出力端間に接続される第2の抵抗を備え、電流が入力される前記第1スイッチの入力端は前記MOSFETのゲートに接続され、前記第1スイッチの出力端は前記MOSFETのソースに接続され、前記切替え回路は、電流が入力される入力端の電位を基準とした制御端の電圧が第3の閾値未満である場合にオンである第3スイッチと、前記第3スイッチの制御端及び入力端間に接続される第3の抵抗とを有し、前記第3スイッチの入力端は前記直流電源に接続され、電流が出力される前記第3スイッチの出力端は、前記第1スイッチの制御端に接続され、前記第3スイッチの制御端は、電流が入力される第2スイッチの入力端に接続される。
【0018】
上記の一態様にあっては、例えば、MOSFETのソース及び第2スイッチの出力端が各別に接地される。第2スイッチがオンである場合、電流が第3の抵抗及び第2スイッチの順に流れる。このとき、第3スイッチにおいて、入力端の電位を基準とした制御端の電圧は、負の電圧であり、第3の閾値未満である。従って、第2スイッチがオンである場合、第3スイッチはオンである。第3スイッチがオンである場合、電流が第3スイッチ及び第2の抵抗の順に流れる。このとき、第1スイッチにおいて、出力端の電位を基準とした制御端の電圧は、正の電圧であり、第2の閾値以上である。従って、第3スイッチがオンである場合、第1スイッチはオンである。
【0019】
第2スイッチがオフである場合、第3の抵抗を電流が流れない。このとき、第3スイッチにおいて、入力端の電位を基準とした制御端の電圧は、ゼロVであり、第3の閾値以上である。従って、第2スイッチがオフである場合、第3スイッチはオフである。第3スイッチがオフである場合、電流が第2の抵抗を流れない。このとき、第1スイッチにおいて、出力端の電位を基準とした制御端の電圧が、ゼロVであり、第2の閾値未満である。従って、第3スイッチがオフである場合、第1スイッチはオフである。
【0020】
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係る電源システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0021】
(実施形態1)
<電源システムの構成>
図1は実施形態1における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、好適に車両に搭載されており、直流電源10、駆動装置11、複数の電気機器12、負荷13、第1導線14、第2導線15及びグランド導体16を備える。直流電源10は、例えば、バッテリである。負荷13は、車両に搭載される電気機器である。電気機器12は、例えば、ECU(Electronic Control Unit)である。第1導線14及び第2導線15それぞれは、インダクタ成分及び抵抗成分を有する。第1導線14の等価回路は、インダクタ14a及び導線抵抗14bの直列回路で表される。第1導線14の一端及び他端それぞれは直列回路の一端及び他端に対応する。第2導線15の等価回路も、インダクタ及び導線抵抗の直列回路で表される。
【0022】
直流電源10の正極は、駆動装置11及び複数の電気機器12に各別に接続されている。駆動装置11は、負荷13の一端及び他端に各別に接続されている。直流電源10の負極はグランド導体16に接続されている。駆動装置11及び複数の電気機器12は、第1導線14の一端に接続されている。第1導線14の他端はグランド導体16に接続されている。駆動装置11は、更に、第2導線15の一端に接続されている。第2導線15の他端はグランド導体16に接続されている。
【0023】
グランド導体16は例えば車両のボディである。直流電源10の負極をグランド導体16に接続することによって、直流電源10の負極の接地が実現されている。駆動装置11及び複数の電気機器12を、第1導線14を介してグランド導体16に接続することによって、駆動装置11及び複数の電気機器12の接地が実現されている。
【0024】
直流電源10は、駆動装置11及び複数の電気機器12に電力を供給する。直流電源10が駆動装置11に電力を供給している場合、電流は、直流電源10の正極から駆動装置11、第1導線14及びグランド導体16の順に流れ、直流電源10の負極に戻る。直流電源10が電気機器12に電力を供給している場合、電流は、直流電源10の正極から電気機器12、第1導線14及びグランド導体16の順に流れ、直流電源10の負極に戻る。
【0025】
電気機器12が作動した場合、又は、電気機器12が動作を停止した場合、電気機器12から第1導線14に出力される電流は変動する。電気機器12が作動した場合、電気機器12から第1導線14に出力される電流は上昇する。電気機器12が動作を停止した場合、電気機器12から第1導線14に出力される電流は低下する。
【0026】
複数の電気機器12は、作動又は動作の停止を各別に行う。このため、第1導線14を流れる電流は大きく変動する。第1導線14を流れる電流が上昇した場合、第1導線14の導線抵抗14bが生じる電圧降下の幅が上昇するので、グランド導体16の電位を基準とした第1導線14の一端の電圧は上昇する。第1導線14を流れる電流の上昇幅が大きい程、グランド導体16の電位を基準とした第1導線14の一端の電圧の上昇幅は大きい。
【0027】
第1導線14を流れる電流が低下した場合、インダクタ14aは、グランド導体16側の一端の電位を基準とした第1導線14の一端の電圧を低下させる。これにより、グランド導体16の電位を基準とした第1導線14の一端の電圧は低下する。第1導線14を流れる電流が低下する幅が大きい程、グランド導体16の電位を基準とした第1導線14の一端の電圧が低下する幅は大きい。
以上のことから、グランド導体16の電位を基準とした第1導線14の一端の電圧は変動する。第1導線14の一端の電圧は、駆動装置11及び第1導線14間の接続ノードの電圧である。
【0028】
なお、電源システム1は電気機器12を有していなくてもよい。即ち、第1導線14の一端に電気機器12が接続されていなくてもよい。この場合であっても、ノイズに係る電流が第1導線14を流れるか、又は、グランド導体16における第1導線14の接触抵抗が増加したとき、第1導線14を流れる電流が変動する。結果、グランド導体16の電位を基準とした第1導線14の一端の電圧は変動する。
以下では、例として、複数の電気機器12が第1導線14の一端に接続されている構成を説明する。
【0029】
負荷13の一端は駆動装置11を介して直流電源10の正極に接続されている。駆動装置11は、スイッチとして機能するNチャネル型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)20(図2参照)を有する。負荷13の他端は、MOSFET20及び第2導線15を介してグランド導体16に接続されている。駆動装置11は、MOSFET20をオンに切替える。これにより、直流電源10は負荷13に電力を供給し、負荷13は作動する。駆動装置11は、MOSFET20をオンに切替えることによって負荷13を駆動する。駆動装置11は、MOSFET20をオフに切替える。これにより、直流電源10は負荷13への電力供給を停止し、負荷13は動作を停止する。
駆動装置11は、後述するように、グランド導体16の電位を基準とした第1導線14の一端の電圧が変動した場合であっても、MOSFET20をオン又はオフに誤りなく切替えることできる。
【0030】
<駆動装置11の構成>
図2は駆動装置11の回路図である。駆動装置11は、MOSFET20に加えて、回路抵抗21、第1スイッチ22、第1スイッチ抵抗23,24、切替え回路25、第2スイッチ26、第2スイッチ抵抗27,28、レギュレータ29及びマイクロコンピュータ(以下、マイコン)30を有する。切替え回路25は、第3スイッチ40及び第3スイッチ抵抗41,42を有する。第1スイッチ22及び第2スイッチ26それぞれは、NPN型のバイポーラトランジスタである。第3スイッチ40はPNP型のバイポーラトランジスタである。
(【0031】以降は省略されています)

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