JP2009254187A - Double system power source - Google Patents
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Abstract
【課題】電源切替回路が正常か否かの診断を常時行い、故障が発生している場合は故障部位を特定し、使用者に警告することが可能な二重系電源装置を実現する。
【解決手段】メインバッテリ1の電力は遮断機3からメイン電源供給ライン4を介してインバータ及びモータ負荷17に供給される。サブバッテリ6の電力も、スイッチ7〜10、サブ電源供給ライン11を介して負荷17に供給される。遮断機3、スイッチ7〜10の動作はマイコン16によって制御され、通常動作時は、遮断機3がオンでスイッチ7〜10はオフとされ、サブ電源供給ライン11からインバータ及びモータ負荷17への給電は遮断されている。マイコン16は制御ライン18〜20、26を介してスイッチ7〜10のゲートに接続され、スイッチ7、8はトランジスタ15によりモニタされ、スイッチ9、10はトランジスタ14によりモニタされる。
【選択図】図1To realize a dual power supply device capable of always diagnosing whether or not a power supply switching circuit is normal and identifying a failure part when a failure has occurred and warning a user.
Power from a main battery is supplied from a circuit breaker through a main power supply line to an inverter and motor load. The electric power of the sub battery 6 is also supplied to the load 17 through the switches 7 to 10 and the sub power supply line 11. The operation of the circuit breaker 3 and the switches 7 to 10 is controlled by the microcomputer 16, and during the normal operation, the circuit breaker 3 is turned on and the switches 7 to 10 are turned off, and from the sub power supply line 11 to the inverter and the motor load 17. Power supply is cut off. The microcomputer 16 is connected to the gates of the switches 7 to 10 through control lines 18 to 20 and 26, the switches 7 and 8 are monitored by the transistor 15, and the switches 9 and 10 are monitored by the transistor 14.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、二重系の電源供給装置に関する。 The present invention relates to a dual power supply apparatus.
近年、例えば、自動車のブレーキやトランスミッションのシフト機構など、従来、油圧や機械的に作動していたデバイスが電動化されてきている。これにより、電装装置の優秀な制御性から車両の安全性、運動性が向上されている。 In recent years, devices that have been conventionally hydraulically or mechanically operated, such as automobile brakes and transmission shift mechanisms, have been electrified. This improves the safety and mobility of the vehicle due to the excellent controllability of the electrical equipment.
しかしながら、これらの電装装置はその動力源が電気エネルギーであり、動力源である電源が故障したり、その電源に並列に接続されている負荷が短絡故障した場合など、系の電源が失陥すると電装装置の機能も失陥してしまっていた。 However, these electrical devices have a power source of electrical energy, and if the power source that is the power source fails, or if the load connected in parallel to the power source fails, the power source of the system fails. The function of the electrical equipment has also been lost.
このような故障による電装装置機能失陥を回避するため、特許文献1には、電源を2重系にし、適宜切り替えて電源を維持する装置が記載されている。
In order to avoid such a failure of the electrical device function due to such a failure,
しかしながら、上記従来技術においては、電源切替回路が正常に動作可能か否かの判断はなされておらず、2重系の電源系統のうち、故障が発生した電源系統から他の電源系統へ電源供給を切り替えようとした際、その切替回路が確実に動作するという保証は無い。 However, in the above prior art, it is not determined whether or not the power supply switching circuit can operate normally, and power is supplied from the power supply system in which a failure has occurred to another power supply system among the dual power supply systems. There is no guarantee that the switching circuit will operate reliably.
このため、いざ電源を切り替える必要が生じたとき、電源切替回路が動作せず、電源のバックアップ機能を達成することができない事態が生じる可能性がある。 For this reason, when it becomes necessary to switch the power supply, there is a possibility that the power supply switching circuit does not operate and the backup function of the power supply cannot be achieved.
本発明の目的は、二重系電源装置において、電源切替回路が正常に動作可能か否かの診断を常時行い、故障が発生している場合は故障部位を特定し、使用者に警告することが可能な二重系電源装置を実現することである。 An object of the present invention is to always perform diagnosis of whether or not a power switching circuit can operate normally in a dual power supply apparatus, and if a failure has occurred, identify the failure part and warn the user. It is to realize a dual power supply device capable of achieving the above.
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
本発明の二重系電源装置は、4つのP−MOS構造の半導体スイッチのソースとドレインとが交互に接続されるように互いに直列に接続されて形成され、サブ電源と負荷との間に接続される切替回路と、遮断機の開閉動作及び切替回路の各半導体スイッチのオンオフ動作を制御する制御手段と、切替回路の半導体スイッチのソース電圧をモニタし、制御手段にモニタ信号を出力するモニタ手段とを備え、制御手段は、遮断機を閉として、メイン電源から負荷への電力供給期間に、各半導体素子のオンオフ動作を行い、モニタ手段からのモニタ信号に基いて、各半導体スイッチの故障診断を行う。 The dual system power supply device of the present invention is formed by connecting in series so that the sources and drains of four P-MOS semiconductor switches are alternately connected, and connected between the sub power supply and the load. Switching circuit, control means for controlling opening / closing operation of the circuit breaker and on / off operation of each semiconductor switch of the switching circuit, and monitoring means for monitoring the source voltage of the semiconductor switch of the switching circuit and outputting a monitor signal to the control means The control means closes the circuit breaker, performs the on / off operation of each semiconductor element during the power supply period from the main power supply to the load, and diagnoses the failure of each semiconductor switch based on the monitor signal from the monitor means I do.
二重系電源装置において、電源切替回路が正常に動作可能か否かの診断を常時行い、故障が発生している場合は故障部位を特定し、使用者に警告することが可能な二重系電源装置を実現することができる。 In a dual system power supply unit, it is always possible to diagnose whether or not the power supply switching circuit can operate normally, and if a fault has occurred, the faulty part can be identified and the user can be alerted A power supply device can be realized.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
本発明の一実施形態である二重系電源装置の全体構成図である。図1において、1はメインバッテリ充電装置、2はメインバッテリである。5はサブバッテリ充電装置、6はサブバッテリである。 1 is an overall configuration diagram of a dual power supply apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a main battery charging device, and 2 is a main battery. 5 is a sub-battery charging device, and 6 is a sub-battery.
メインバッテリ1の電力は、遮断機3からメイン電源供給ライン4を介してインバータ及びモータ負荷17に供給される。また、サブバッテリ6の電力も、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10(第1の半導体スイッチ、第2の半導体スイッチ、第3の半導体スイッチ、第4の半導体スイッチ)、サブ電源供給ライン11を介して、インバータ及びモータ負荷17に供給される。
The electric power of the
遮断機3、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10の動作は、マイコン16によって制御され、通常動作時は、遮断機3がオン状態で、スイッチ(SW1)〜スイッチ(SW4)10はオフとされており、サブ電源供給ライン11からインバータ及びモータ負荷17への給電は遮断されている。マイコン16は制御ライン20を介してスイッチ(SW1)7のゲートに接続されている。
The operations of the
同様に、マイコン16は、制御ライン19、18、26を介して、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10のゲートに接続されている。遮断機3は、マイコン16からI/F12を介してオンオフが制御される。
Similarly, the
スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10は、P型MOS構造の電界効果トランジスタで、それぞれのゲートをLレベルに制御すると、S−D(ソース−ドレイン)間の通電が可能となる半導体スイッチである。 The switch (SW1) 7, the switch (SW2) 8, the switch (SW3) 9, and the switch (SW4) 10 are field effect transistors having a P-type MOS structure. A semiconductor switch that can be energized between the drain and the drain.
I/F13は、メイン電源供給ライン4の電圧をモニタするためのインターフェースであり、メインバッテリ2と遮断機3との間に接続され、マイコン16にアナログ信号を出力する。
The I /
いま、メイン電源供給ライン4に地絡、断線故障が発生した場合の動作について、図2を用いて説明する。
Now, an operation when a ground fault or disconnection failure occurs in the main
メイン電源供給ライン4に地絡、断線故障が発生すると、メイン電源供給ライン4の電圧が降下する(図2の時点t0)。
When a ground fault or disconnection failure occurs in the main
マイコン16は、内蔵のA/Dコンバータにより、メイン電源ライン4の電圧をモニタし、この電圧がある閾値Vth以下の状態が、閾値時間Tth以上続いた場合、遮断機3を遮断する(時点t1)。
The
地絡故障の際の閾値電圧Vthは、マイコン16やI/F12の最低動作電圧を下回らない範囲で設定する。
The threshold voltage Vth at the time of the ground fault is set within a range not lower than the minimum operating voltage of the
また、マイコン16には、メイン電源供給ライン4から、ダイオード21、コンデンサ22、レギュレータ23、ライン24を介して電源供給可能であり、かつ、サブ電源供給ライン11からレギュレータ23、ライン24を介しても電源供給される構成となっている。マイコン16に供給される電力は、コンデンサ22に蓄電され、メイン電源供給ライン4が失陥しても、マイコン16の動作を保持する事が可能となっている。
The
また、メイン電源供給ライン4に地絡故障などが発生した場合、コンデンサ22に蓄電された電荷が地絡故障個所に放電する恐れがあるが、これをダイオード21により防いでいる。
Further, when a ground fault or the like occurs in the main
時刻t1にて遮断機3を遮断後、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10をONとし、サブ電源供給ライン11から負荷17に電源を供給する。
After shutting off the
サブ電源6から、負荷17へ電力供給を切り替える際、必ず遮断機3が完全に遮断されてから、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10をオンとする必要がある。
When switching the power supply from the sub power supply 6 to the
遮断機3が完全に遮断されないうちに、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10をオンとすると、サブバッテリ6に蓄えられた電気エネルギーが、遮断機3を介して短絡故障個所に流れてしまい、不必要に電気エネルギーを消費してしまうからである。
If the switch (SW1) 7, the switch (SW2) 8, the switch (SW3) 9, and the switch (SW4) 10 are turned on before the
また、スイッチ(SW1)7〜スイッチ(SW4)10をオンする際、ほぼ同時にオンさせることが好ましい。同時にONさせることが不可能な場合、スイッチ(SW2)8はスイッチ(SW1)7よりも早く、スイッチ(SW4)10はスイッチ(SW3)9よりも早くオンさせるタイミング(時点t2、t3)を設定することが重要である。 Further, when the switches (SW1) 7 to (SW4) 10 are turned on, it is preferable to turn them on almost simultaneously. When it is impossible to turn on at the same time, the switch (SW2) 8 is set earlier than the switch (SW1) 7 and the switch (SW4) 10 is turned on earlier than the switch (SW3) 9 (time points t2, t3). It is important to.
例えば、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8がオン状態において、スイッチ(SW3)9がスイッチ(SW4)10より早くオンした場合の不都合について述べる。 For example, an inconvenience when the switch (SW3) 9 is turned on earlier than the switch (SW4) 10 when the switch (SW1) 7 and the switch (SW2) 8 are on will be described.
この場合、サブバッテリ6に蓄えられた電気エネルギーは、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW3)9を介して、スイッチ(SW4)10がオンするまで、スイッチ(SW4)10の寄生ダイオードを経由し、インバータ及びモータ負荷17に供給されることになる。
In this case, the electrical energy stored in the sub-battery 6 is switched to the switch (SW4) 10 until the switch (SW4) 10 is turned on via the switch (SW1) 7, the switch (SW2) 8, and the switch (SW3) 9. Is supplied to the inverter and the
寄生ダイオードとは、MOS半導体を製造する上で、チャネル周辺に寄生して生成されるダイオードである。ダイオードによる順方向電圧は、通常0.5V〜1V程度であり、この寄生ダイオードに負荷電流が流れると、スイッチ(SW4)10において、莫大な損失が発生して、過熱し、更には破損に至る可能性がる。 A parasitic diode is a diode that is generated in a parasitic manner around a channel in manufacturing a MOS semiconductor. The forward voltage by the diode is normally about 0.5V to 1V, and if a load current flows through this parasitic diode, a huge loss occurs in the switch (SW4) 10, which causes overheating and further damage. There is a possibility.
また、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10がオン状態において、スイッチ(SW1)7がスイッチ(SW2)8より早くオンした場合の不都合について述べる。 Further, inconvenience when the switch (SW1) 7 is turned on earlier than the switch (SW2) 8 while the switch (SW3) 9 and the switch (SW4) 10 are on will be described.
この場合、サブバッテリ6蓄えられた電気エネルギーは、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10、スイッチ(SW1)7を介して、スイッチ(SW2)8がオンするまで、このスイッチ(SW2)8の寄生ダイオードを経由し、インバータ及びモータ負荷17に供給されることになる。この場合も、スイッチ(SW2)8において莫大な損失が発生して、過熱し、更には破損に至る可能性がある。
In this case, the electrical energy stored in the sub-battery 6 is supplied to the switch (SW2) 8 until the switch (SW2) 8 is turned on via the switch (SW3) 9, the switch (SW4) 10, and the switch (SW1) 7. Is supplied to the inverter and the
以上の様に、メイン電源ライン4の故障を検知し、サブ電源ライン11からの電力をインバータ及びモータ負荷17に供給し、バックアップする。
As described above, the failure of the main
次に、メイン電源ライン4の正常動作時における、バックアップ電源供給ライン11の故障診断方法について図3、図4、図5を用いて述べる。
Next, a failure diagnosis method for the backup power supply line 11 during normal operation of the main
図3、図4に示すように、メイン電源ライン4の正常動作時、遮断機3がオン状態において、スイッチ(SW1)〜スイッチ(SW4)10を切替制御する。
As shown in FIGS. 3 and 4, during normal operation of the main
(スイッチ(SW1)7の故障診断)
まず、スイッチ(SW1)7の故障診断について説明する。スイッチ(SW1)7〜スイッチ(SW4)10は、サブバッテリ6からレギュレータ23に向かって、ソース、ドレイン、ドレイン、ソース、ソース、ドレイン、ドレイン、ソースの順に接続されている。また、トランジスタ15のベースは、スイッチ(SW1)7のドレインとスイッチ(SW2)8のソースに接続され、トランジスタ15のエミッタは接地されている。また、トランジスタ15のコレクタは、抵抗を介してレギュレータ23の出力ライン24に接続されるとともに、マイコン16に接続されている。
(Failure diagnosis of switch (SW1) 7)
First, failure diagnosis of the switch (SW1) 7 will be described. The switches (SW1) 7 to (SW4) 10 are connected from the sub battery 6 toward the
このため、スイッチ(SW1)7のドレインには、バックアップ電源6の電圧が常時印加され、スイッチ(SW1)7のオフ動作が正常であれば、スイッチ(SW1)7のソース側に電圧は発生しない。スイッチ(SW1)7のソース側に電圧が発生しなければ、スイッチ(SW1)7及びスイッチ(SW2)8のモニタのためのトランジスタ15がオンせず、SW1、2モニタ出力(トランジスタ15のコレクタ出力)は、Hレベルを維持した状態になる(図3、図4および図5の時点t1)。
For this reason, the voltage of the backup power supply 6 is always applied to the drain of the switch (SW1) 7, and if the OFF operation of the switch (SW1) 7 is normal, no voltage is generated on the source side of the switch (SW1) 7. . If no voltage is generated on the source side of the switch (SW1) 7, the
この場合、メイン電源ライン4の電圧が、インバータ及びモータ負荷17を経由して、サブ電源ライン11に印加されうるが、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW4)10の寄生ダイオードによってブロックされる。ここで、万一、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW4)10のうちのいずれかがショート故障していた場合においても、ショート故障していない方のスイッチの寄生ダイオードの作用で、電圧をブロックすることが可能である。
In this case, the voltage of the main
また、スイッチ(SW1)7のオン動作は、スイッチ(SW2)8〜スイッチ(SW4)をオフの状態で行い、スイッチ(SW1)7のソースの電圧をモニタすることで確認できる。すなわち、スイッチ(SW1)7をオン時、このスイッチ(SW1)7のソースに電圧が発生すれば、トランジスタ15がオンし、モニタ出力(SW1、2MONI)は、Lレベルとなる(図3、図4および図5の時点t2)。
Further, the ON operation of the switch (SW1) 7 can be confirmed by performing the switches (SW2) 8 to (SW4) in the OFF state and monitoring the voltage of the source of the switch (SW1) 7. That is, when the switch (SW1) 7 is turned on, if a voltage is generated at the source of the switch (SW1) 7, the
スイッチ(SW1)7がショート故障を起こしていた場合、スイッチ(SW1)7をオフさせていたときにおいても、スイッチ(SW1)7のソース側には電位が生じる。スイッチ(SW1)7のソース側に電圧が発生していると、スイッチ(SW1)7及びスイッチ(SW2)8のモニタのためのトランジスタ15がオンし、モニタ出力は、Lレベルとなる(図3、図4および図5の時点t4)。
When the switch (SW1) 7 has a short circuit fault, a potential is generated on the source side of the switch (SW1) 7 even when the switch (SW1) 7 is turned off. When voltage is generated on the source side of the switch (SW1) 7, the
この場合、サブバッテリ6の充電電圧がメインバッテリ2の充電電圧よりも高いとき、サブバッテリ6からの電流がショートしたスイッチ(SW1)7を経由し、スイッチ(SW2)8の寄生ダイオードに流れ込む。しかし、スイッチ(SW2)8とスイッチ(SW3)9との接続点(互いに直列接続された4つの半導体スイッチを2つづつに分ける点)と、メイン電源供給ライン4との間に接続された抵抗25によって、流れ込む電流は制限される。このため、スイッチ(SW2)8の過熱を招くことはない。
In this case, when the charging voltage of the sub battery 6 is higher than the charging voltage of the
逆に、メインバッテリ2の充電電圧がサブバッテリ6の充電電圧よりも高い場合、流れ込み電流はスイッチ(SW2)8の寄生ダイオードによりブロックされる。
On the contrary, when the charging voltage of the
スイッチ(SW1)7がオープン故障を起こしていた場合に、スイッチ(SW1)7をオンさせていたときにおいても、スイッチ(SW1)7のソース側には電位が発生しない。スイッチ(SW1)7のソース側に電圧が発生しないと、トランジスタ15がオンせず、モニタ出力は、Hレベルを出力した状態になる(図3、図4および図5の時点t5)。
When the switch (SW1) 7 has an open failure, no potential is generated on the source side of the switch (SW1) 7 even when the switch (SW1) 7 is turned on. If no voltage is generated on the source side of the switch (SW1) 7, the
上記電圧のモニタは、電圧をアナログ信号としてモニタしてもよく、また予め設定した閾値電圧でオンするトランジスタスイッチ回路を形成しておき、トランジスタモニタ回路の出力を論理的に判断しても良い。 The voltage may be monitored by monitoring the voltage as an analog signal, or by forming a transistor switch circuit that turns on at a preset threshold voltage and logically judging the output of the transistor monitor circuit.
(スイッチ(SW2)8の故障診断)
次に、スイッチ(SW2)8の故障診断方法について説明する。
(Failure diagnosis of switch (SW2) 8)
Next, a failure diagnosis method for the switch (SW2) 8 will be described.
スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10がオフの状態において、スイッチ(SW2)8のドレインには、メインバッテリ2から抵抗25を介してバイアス電圧が印加されている。抵抗25の電源供給先は、メインバッテリ2以外に、図6に示すように、サブバッテリ6から供給を受けても良い。
When the switch (SW1) 7, the switch (SW3) 9, and the switch (SW4) 10 are off, a bias voltage is applied from the
スイッチ(SW2)8のオフ動作が正常に機能していれば、このスイッチ(SW2)8のソース側に電圧は発生しない。スイッチ(SW2)8のソース側に電圧が発生しなければ、トランジスタ15がオンせず、スイッチ7、8のモニタ出力SW1、2MONIは、Hレベルとなる(図3、図4および図5の時点t1)。このようにして、スイッチ(SW2)8のオフ診断を実施する。
If the off operation of the switch (SW2) 8 functions normally, no voltage is generated on the source side of the switch (SW2) 8. If no voltage is generated on the source side of the switch (SW2) 8, the
次に、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW3)9、スイッチ(SW4)10がオフの状態において、スイッチ(SW2)8をオンさせる。スイッチ(SW2)8をオンさせると、このスイッチ(SW2)8のソースには、抵抗25を介して印加されるメイン電源2のライン電圧が現れる。この電圧によって、トランジスタ15がオンし、スイッチ7、8のモニタ出力SW1、2MONIは、Lレベルとなる(図3、図4および図5の時点t3)。
Next, the switch (SW2) 8 is turned on while the switch (SW1) 7, the switch (SW3) 9, and the switch (SW4) 10 are off. When the switch (SW2) 8 is turned on, the line voltage of the
この時、メインバッテリ2の充電電圧がサブバッテリ6の充電電圧よりも高い場合、メインバッテリ2からの電流がスイッチ(SW2)8を経由し、スイッチ(SW1)7の寄生ダイオードに流れ込む。しかし、抵抗25によって、流れ込み電流は制限されるため、スイッチ(SW1)7の過熱を招くことはない。
At this time, when the charging voltage of the
逆に、サブバッテリ6の充電電圧がメインバッテリ2の充電電圧よりも高い場合、流れ込み電流はスイッチ(SW1)7の寄生ダイオードにブロックされる。このようにして、スイッチ(SW2)8のオン動作診断を実施する。
On the contrary, when the charging voltage of the sub battery 6 is higher than the charging voltage of the
スイッチ(SW2)8がショート故障を起こしていた場合、スイッチ(SW2)8をオフさせていたときにおいても、このスイッチ(SW2)8のソース側には電位が生じる。スイッチ(SW2)8のソース側に電圧が発生していると、トランジスタ15がオンし、スイッチ7、8のモニタ出力は、Lレベルとなる(図3、図4および図5の時点t4)。
When the switch (SW2) 8 has a short circuit fault, a potential is generated on the source side of the switch (SW2) 8 even when the switch (SW2) 8 is turned off. When a voltage is generated on the source side of the switch (SW2) 8, the
この時、メインバッテリ2の充電電圧がサブバッテリ6の充電電圧よりも高い場合、メインバッテリ2からの電流がショートしたスイッチ(SW2)8を経由し、スイッチ(SW1)7の寄生ダイオードに流れ込む。しかし、抵抗25によって、流れも込み電流は制限されるため、スイッチ(SW1)7の過熱を招くことはない。逆に、メインバッテリ2の充電電圧がサブバッテリ6の充電電圧よりも高い場合、流れ込む電流はスイッチ(SW1)7の寄生ダイオードにブロックされる。
At this time, when the charging voltage of the
スイッチ(SW2)8がオープン故障を起こしていた場合、このスイッチ(SW2)8をオンさせていたときにおいても、スイッチ(SW2)8のソース側には電位が発生しない。スイッチ(SW2)8のソース側に電圧が発生しないと、トランジスタ15がオンせず、スイッチ7、8のモニタ出力は、Hレベルとなる(図3、図4および図5の時点t6)。
When the switch (SW2) 8 has an open failure, no potential is generated on the source side of the switch (SW2) 8 even when the switch (SW2) 8 is turned on. If no voltage is generated on the source side of the switch (SW2) 8, the
電圧のモニタは、電圧をアナログ信号としてモニタしてもよく、また予め設定した閾値電圧でオンするトランジスタスイッチ回路を形成しておき、そのトランジスタモニタ回路の出力を論理的に判断しても良い。 The voltage may be monitored as an analog signal, or a transistor switch circuit that is turned on with a preset threshold voltage may be formed, and the output of the transistor monitor circuit may be logically determined.
(スイッチ(SW3)9の故障診断)
次に、スイッチ(SW3)9の故障診断方法について説明する。
(Failure diagnosis of switch (SW3) 9)
Next, a failure diagnosis method for the switch (SW3) 9 will be described.
スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW4)10がオフの状態において、スイッチ(SW3)9のドレインには、メイン電源供給ライン4から抵抗25を介してバイアス電圧が印加されている。図6に示したように、抵抗25の電源供給先は、メイン電源供給ライン4以外に、サブバッテリ6から供給を受けても良い。
When the switch (SW1) 7, the switch (SW2) 8, and the switch (SW4) 10 are off, a bias voltage is applied to the drain of the switch (SW3) 9 from the main
スイッチ(SW3)9のオフ動作が正常に機能していれば、スイッチ(SW3)9のソース側に電圧は発生しない。スイッチ(SW3)9のソース側に電圧が発生しなければ、スイッチ(SW3)9及びスイッチ(SW4)10のモニタのためのトランジスタ14がオンせず、モニタ出力は、Hレベルとなる(図3、図4および図5の時点t1)。トランジスタ14のベースは、スイッチ(SW3)9とスイッチ(SW4)10との接続点に接続され、エミッタは接地される。また、トランジスタ14のコレクタは、抵抗を介してレギュレータ23の出力ライン24に接続されるとともに、マイコン16に接続されている。
If the off operation of the switch (SW3) 9 is functioning normally, no voltage is generated on the source side of the switch (SW3) 9. If no voltage is generated on the source side of the switch (SW3) 9, the
このようにして、スイッチ(SW3)9のオフ診断を実施する。 In this way, the switch (SW3) 9 is turned off.
次に、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW4)10がオフの状態において、スイッチ(SW3)9をオンさせる。スイッチ(SW3)9をオンさせると、このスイッチ(SW3)9のソースには、抵抗25を介して印加されるメイン電源2のライン電圧が現れる。この電圧によって、トランジスタ14がオンし、スイッチ9、10のモニタ出力SW3、4MONIは、Lレベルとなる(図3、図4および図5の時点t3)。
Next, the switch (SW3) 9 is turned on while the switch (SW1) 7, the switch (SW2) 8, and the switch (SW4) 10 are off. When the switch (SW3) 9 is turned on, the line voltage of the
この時、メインバッテリ2の充電電圧がサブバッテリ6の充電電圧よりも高い場合、メインバッテリ2からの電流がスイッチ(SW3)9を経由し、スイッチ(SW4)10の寄生ダイオードに流れ込む。しかし、抵抗25によって、流れ込み電流は制限されるため、スイッチ(SW4)10の過熱を招くことはない。
At this time, when the charging voltage of the
逆に、サブバッテリ6の充電電圧がメインバッテリ2の充電電圧よりも高い場合、流れ込み電流はスイッチ(SW1)7の寄生ダイオードによりブロックされる。このようにして、スイッチ(SW3)9のオン動作診断を実行する。
On the contrary, when the charging voltage of the sub battery 6 is higher than the charging voltage of the
スイッチ(SW3)9がショート故障を起こしていた場合、スイッチ(SW3)9をオフさせていた場合においても、スイッチ(SW3)9のソース側には電位が生じる。スイッチ(SW3)9のソース側に電圧が発生していると、スイッチ9、10のモニタのためのトランジスタ14がオンし、モニタ出力SW3、4MONIは、Lレベルとなる(図3、図4および図5の時点t9)。
When the switch (SW3) 9 has a short circuit fault, even when the switch (SW3) 9 is turned off, a potential is generated on the source side of the switch (SW3) 9. When a voltage is generated on the source side of the switch (SW3) 9, the
スイッチ(SW3)9がオープン故障を起こしていた場合、スイッチ(SW3)9をオンさせていた場合においても、スイッチ(SW3)9のソース側には電位が発生しない。スイッチ(SW3)9のソース側に電圧が発生しないと、スイッチ9、10のモニタのためのトランジスタ14がオンせず、モニタ出力SW3、4MONIは、Hレベルとなる(図3、図4および図5の時点t7)。
When the switch (SW3) 9 has caused an open failure, no potential is generated on the source side of the switch (SW3) 9 even when the switch (SW3) 9 is turned on. If no voltage is generated on the source side of the switch (SW3) 9, the
なお、電圧のモニタは、電圧をアナログ信号としてモニタしてもよく、また予め設定した閾値電圧でオンするトランジスタスイッチ回路を形成しておき、トランジスタモニタ回路の出力を論理的に判断しても良い。 The voltage may be monitored as an analog signal, or a transistor switch circuit that is turned on with a preset threshold voltage may be formed to logically determine the output of the transistor monitor circuit. .
(スイッチ(SW4)10の故障診断)
次に、スイッチ(SW4)10の故障診断について説明する。スイッチ(SW4)10のドレインには、遮断機3を経由してメインバッテリ2の電圧が常時印加されている。スイッチ(SW4)10のオフ動作が正常であれば、スイッチ(SW4)10のソース側に電圧は発生しない。スイッチ(SW4)10のソース側に電圧が発生しなければ、スイッチ9、10のモニタのためのトランジスタ14がオンせず、モニタ出力SW3、4MONIは、Hレベルとなる(図3、図4および図5の時点t1)。
(Failure diagnosis of switch (SW4) 10)
Next, failure diagnosis of the switch (SW4) 10 will be described. The voltage of the
この場合、バックアップ電源ライン11の電圧が、インバータ及びモータ負荷17を経由して、メイン電源ライン4に印加されうるが、スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW3)9の寄生ダイオードによってブロックされる。ここで、万一スイッチ(SW1)7、スイッチ(SW3)9のいずれかがショート故障していた場合においても、もう片方の寄生ダイオードの作用で、電圧をブロックするこが可能である。
In this case, the voltage of the backup power supply line 11 can be applied to the main
また、スイッチ(SW4)10のオン動作はスイッチ(SW1)7、スイッチ(SW2)8、スイッチ(SW3)9をオフの状態で、スイッチ(SW4)10をオンさせ、スイッチ(SW4)10のソースの電圧をモニタすることで確認できる。 The switch (SW4) 10 is turned on by turning on the switch (SW4) 10 with the switch (SW1) 7, the switch (SW2) 8, and the switch (SW3) 9 turned off, and the source of the switch (SW4) 10. This can be confirmed by monitoring the voltage.
すなわち、スイッチ(SW4)10のオン時に、スイッチ(SW4)10のソースに電圧が発生すれば、スイッチ9、10のモニタのためのトランジスタ14がオンし、モニタ出力SW3、4MONIは、Lレベルとなる(図3、図4および図5の時点t2)。
That is, when a voltage is generated at the source of the switch (SW4) 10 when the switch (SW4) 10 is turned on, the
スイッチ(SW4)10がショート故障を起こしていた場合、スイッチ(SW4)10をオフさせていた場合においても、スイッチ(SW4)10のソース側には電位が生じる。スイッチ(SW4)10のソース側に電圧が発生していると、スイッチ9、10のモニタのための14がオンし、モニタ出力SW3、4MONIは、Lレベルとなる(図3、図4および図5の時点t9)。
When the switch (SW4) 10 has a short circuit failure, even when the switch (SW4) 10 is turned off, a potential is generated on the source side of the switch (SW4) 10. When a voltage is generated on the source side of the switch (SW4) 10, the
スイッチ(SW4)10がオープン故障を起こしていた場合、スイッチ(SW4)10をオンさせていたときにおいても、スイッチ(SW4)10のソース側には電位が発生しない。スイッチ(SW4)10のソース側に電圧が発生しないと、スイッチ9、10のモニタのためのトランジスタ14がオンせず、モニタ出力SW3、4MONIは、Hレベルとなる(図3、図4および図5の時点t8)。
When the switch (SW4) 10 has an open failure, no potential is generated on the source side of the switch (SW4) 10 even when the switch (SW4) 10 is turned on. If no voltage is generated on the source side of the switch (SW4) 10, the
以上のように、本発明によれば、電源切替回路が正常に動作可能か否かの診断を常時行い、故障が発生している場合は故障部位を特定し、使用者に警告することが可能な二重系電源装置を実現することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to constantly diagnose whether or not the power supply switching circuit can be normally operated, and when a failure occurs, it is possible to identify the failure part and warn the user. A simple dual power supply can be realized.
さらに、本発明によれば、サブ電源6の動作中であっても、モータ負荷の回生作用による逆起電力を、サブ電源6自体に吸収可能である。 Furthermore, according to the present invention, even when the sub power source 6 is in operation, the back electromotive force due to the regenerative action of the motor load can be absorbed by the sub power source 6 itself.
また、メイン電源2の通電中に、サブ電源切替回路(スイッチ7〜10)のショート、オープン故障診断を実施することが可能である。
Further, while the
また、上記診断動作において、メイン電源電圧、サブ電源電圧、負荷側の電圧の大小に関係なく、診断が実施可能である。 In the diagnosis operation, diagnosis can be performed regardless of the magnitude of the main power supply voltage, the sub power supply voltage, and the load side voltage.
なお、電圧のモニタは、電圧をアナログ信号としてモニタしてもよく、また予め設定した閾値電圧でONするトランジスタスイッチ回路を形成しておき、トランジスタモニタ回路の出力を論理的に判断しても良い。 The voltage may be monitored as an analog signal, or a transistor switch circuit that is turned on with a preset threshold voltage may be formed to logically determine the output of the transistor monitor circuit. .
また、上記診断は、メイン電源2が正常作動中に、常時診断するように構成したものであるが、装置起動時の初期、若しくは終了時にのみ実行するように構成することも可能である。
Further, the diagnosis is configured so that the
また、マイコン16は、スイッチ7〜10の診断を行った結果、故障が発生したことを判断すると、警報を行い、図5に示すような故障部分、故障内容を表示手段に表示するように構成することが可能である。
Further, when the
また、半導体スイッチ7〜10のソース電圧をモニタするモニタ手段として、トランジスタ14、15としたが、半導体スイッチ7と半導体スイッチ8間のソース電圧と、半導体スイッチ9と半導体スイッチ10との間のソース電圧とを閾値と比較し、比較した結果を示す信号を上記制御手段に出力する閾値判別回路であってもよい。
The
さらに、本発明は、車両用の電源装置のみならず、バッテリを搭載し、バッテリからの電力により動作する装置であれば、その他の装置にも適用可能である。例えば、船舶、ロボット、工作機械、ビデオカメラ等にも適用可能である。 Furthermore, the present invention can be applied not only to a power supply device for a vehicle, but also to other devices as long as the device is equipped with a battery and operates with electric power from the battery. For example, the present invention can be applied to ships, robots, machine tools, video cameras, and the like.
1・・・メインバッテリ充電装置、2・・・メインバッテリ、3・・・遮断機、4・・・メイン電源供給ライン、5・・・サブバッテリ充電装置、6・・・サブバッテリ、7〜10・・・半導体スイッチ(切替回路)、11・・・バックアップ電源供給ライン、12・・・遮断機駆動インターフェース、13・・・メイン電源供給ライン電圧モニタインターフェース、14、15・・・トランジスタ(モニタ回路)、16・・・マイコン、17・・・インバータ及びモータ、18〜20、26・・・制御ライン、21・・・ダイオード、22・・・コンデンサ、23・・・電源レギュレータ、25・・・抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記メイン電源と負荷との間に接続される遮断機と、
サブ電源と、
4つのP−MOS構造の半導体スイッチのソースとドレインとが交互に接続されるように互いに直列に接続されて形成され、上記サブ電源と負荷との間に接続される切替回路と、
上記遮断機の開閉動作及び上記切替回路の各半導体スイッチのオンオフ動作を制御する制御手段と、
上記切替回路の半導体スイッチのソース電圧をモニタし、上記制御手段にモニタ信号を出力するモニタ手段と、
を備え、上記制御手段は、上記遮断機を閉として、メイン電源から負荷への電力供給期間に、上記各半導体素子のオンオフ動作を行い、上記モニタ手段からのモニタ信号に基いて、上記各半導体スイッチの故障診断を行うことを特徴とする二重系電源装置。 The main power supply,
A circuit breaker connected between the main power source and the load;
Sub power supply,
A switching circuit formed by connecting the P-MOS semiconductor switches connected in series so that the sources and drains of the semiconductor switches are alternately connected, and connected between the sub power source and the load;
Control means for controlling the opening / closing operation of the circuit breaker and the on / off operation of each semiconductor switch of the switching circuit;
Monitoring means for monitoring a source voltage of the semiconductor switch of the switching circuit and outputting a monitor signal to the control means;
The control means closes the circuit breaker, performs an on / off operation of each semiconductor element during a power supply period from a main power source to a load, and based on a monitor signal from the monitor means, A dual power supply device characterized by performing a switch failure diagnosis.
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