JP2011055634A - 電源遮断装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミックコンデンサの数を低減することができ、セラミックコンデンサが短絡したときに流れる過電流を防止することができる電源遮断装置および電子機器を提供する。
【解決手段】 導通信号が遮断状態を指示し、トランジスタＴ２がオフのとき、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれかが短絡すると、抵抗素子Ｒ１での電圧降下が予め定める電位差以上の電位差になり、トランジスタＴ２のベースの電圧は、バッテリ２の電圧から予め定める電位差を減算した電圧以下になる。この状態で、導通信号が導通状態の指示に変化して、トランジスタＴ３がオンになると、トランジスタＴ２はオンになり、トランジスタＴ１のゲートの電圧をほぼソースの電圧にするので、トランジスタＴ１はオフの状態を維持する。したがって、出力部１０７から出力される電流は、抵抗素子Ｒ１で制限されるので、過電流が出力されることはない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、過電流を防止することができる電源遮断装置および電子機器に関する。

図１は、従来の技術による電源装置９の概略の構成を示す図である。電源装置９は、バッテリ２の電圧が、並列に接続されるスイッチングレギュレータ１２ａ，１２ｂ、リニアレギュレータ１３およびパワースイッチ１４などの電源回路に、入力端子１１を介して印加されている。

スイッチングレギュレータ１２ａ，１２ｂは、コイルＬ１を介して入力端子１１に接続され、リニアレギュレータ１３およびパワースイッチ１４は、入力端子１１に直接接続されている。スイッチングレギュレータ１２ａ，１２ｂ、リニアレギュレータ１３およびパワースイッチ１４は、それぞれの出力側に図示しない負荷が接続され、オン／オフ信号によって動作の開始または動作の停止が制御される。

スイッチングレギュレータ１２ａ，１２ｂおよびリニアレギュレータ１３は、それぞれの入力側および出力側に、そして、パワースイッチ１４は、出力側に、電圧変動の影響を低減するために、一端が接地されるコンデンサ、たとえばセラミックコンデンサが接続されている。

具体的には、コイルＬ１は、上流側に、各コンデンサＣ２０，Ｃ２１が直列に接続されている。スイッチングレギュレータ１２ａは、入力側に、各コンデンサＣ２２，Ｃ２３が直列に接続され、出力側に、コンデンサＣ７が接続されている。スイッチングレギュレータ１２ｂは、入力側に、各コンデンサＣ２４，Ｃ２５が直列に接続され、出力側に、コンデンサＣ８が接続されている。リニアレギュレータ１３は、入力側に、各コンデンサＣ２６，Ｃ２７が直列に接続され、出力側に、コンデンサＣ９が接続されている。パワースイッチ１４は、出力側に、各コンデンサＣ２８，Ｃ２９が直列に接続されている。

セラミックコンデンサは、導体と絶縁体とが積層されて形成されており、実装時または組立時に加えられる外力あるいは経年変化によって亀裂が生じ易く、亀裂によって短絡が発生する可能性があるという欠点がある。セラミックコンデンサが短絡すると、短絡したセラミックコンデンサとバッテリ２との間に設けられる部品に過電流が流れ、その部品の温度が定格値以上に上昇する可能性がある。

バッテリ２の電圧が直接印加される電気回路あるいは負荷の入力側に設けられるセラミックコンデンサは、セラミックコンデンサの短絡によって過電流が流れる可能性を低減するために、２つのセラミックコンデンサを直列に接続した構成、たとえば、コンデンサＣ２０，Ｃ２１、コンデンサＣ２２，Ｃ２３、コンデンサＣ２４，Ｃ２５、コンデンサＣ２６，Ｃ２７、およびコンデンサＣ２８，Ｃ２９のような構成にされる。

特許文献１に記載される他の従来の技術である電源装置は、コンバータの入力側に大容量のコンデンサが接続され、電源投入時にコンデンサを充電する大容量の突入電流が流れることを防止するために、電源とコンデンサとの間に突入電流制限用抵抗が直列に接続されている。突入電流制限用抵抗には、スイッチング素子が並列に接続されている。コンバータは、出力電圧が安定した後所定の時間リセット信号を出力する。電源装置は、リセット信号が出力されている間、スイッチング素子を遮断状態とし、コンデンサの充電が完了した後、スイッチング素子を導通状態とするので、２次突入電流を小さい値に抑えることができる。

特開２００５−２０９２８号公報

しかしながら、図１に示した電源装置９は、電源回路ごとに複数のセラミックコンデンサを直列に接続して設ける必要があり、コストが高くなるという問題がある。特許文献１に記載される電源装置は、レギュレータに相当するコンバータの入力側に接続されるセラミックコンデンサが短絡したときに流れる過電流を防止するものではない。

本発明の目的は、セラミックコンデンサの数を低減することができ、セラミックコンデンサが短絡したときに流れる過電流を防止することができる電源遮断装置および電子機器を提供することである。

本発明（１）は、入力部と出力部との間に接続され、導通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態となるスイッチング素子と、
一端が入力部に接続され、他端が出力部に接続される抵抗素子と、
前記抵抗素子の電圧降下が予め定める電位差未満であると、スイッチング素子が導通状態となるように制御し、前記抵抗素子の電圧降下が予め定める電位差以上であると、スイッチング素子が遮断状態となるように制御する制御部とを含むことを特徴とする電源遮断装置である。
また本発明（４）は、前記電源遮断装置を備えることを特徴とする電子機器である。

本発明（１）によれば、入力部と出力部との間に接続されるスイッチング素子によって、導通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とされる。抵抗素子は、一端が入力部に接続され、他端が出力部に接続される。制御部によって、前記抵抗素子の電圧降下が予め定める電位差未満であると、スイッチング素子が導通状態となるように制御され、前記抵抗素子の電圧降下が予め定める電位差以上であると、スイッチング素子が遮断状態となるように制御される。

したがって、コンデンサ、たとえばセラミックコンデンサが短絡したときに流れる過電流を防止することができ、セラミックコンデンサの数を低減することができる。セラミックコンデンサの数を低減することができるので、実装面積の低減による小型化およびコストの低減を図ることができる。さらに、セラミックコンデンサの短絡だけでなく、レギュレータなどの電源回路および負荷での短絡でも過電流を防止することができる。

また本発明（４）によれば、前記電源遮断装置を備えるので、セラミックコンデンサの数を低減した電源回路を用いることができ、電子機器の小型化が可能になる。特に、車両用電子機器は、要求される機能が増大する傾向にあっても与えられるスペースは限定されたままであり、少しでも部品点数を減らし、実装スペースを低減することが要求されている。また、車両用電子機器は、必要とする直流電圧が１つではなく、また分散して配置されるので、複数のレギュレータおよびパワースイッチが用いられ、多くの箇所にセラミックコンデンサを設ける必要がある。電源遮断装置は、これらの多くの箇所に設けられるセラミックコンデンサをそれぞれ１つにすることができるので、多くのセラミックコンデンサを低減することができ、車載用電子機器には特に有用である。

従来の技術による電源装置９の概略の構成を示す図である。 本発明の一実施形態である電源供給スイッチ回路１０を含む電源装置１の概略の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態である電源供給スイッチ回路１０ａを含む電源装置１ａの概略の構成を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態である電源供給スイッチ回路１０ｂを含む電源装置１ｂの概略の構成を示す図である。 電源供給スイッチ回路１０ｂを集積化した電源供給スイッチ回路デバイス２０を含む電源装置１ｃの概略の構成を示す図である。 電源供給スイッチ回路デバイス２０を備える車両用オーディオ機器３０を示す図である。

図２は、本発明の一実施形態である電源供給スイッチ回路１０を含む電源装置１の概略の構成を示す図である。電源装置１は、たとえば車両に搭載される電子機器などに用いられる電源装置であり、スイッチングレギュレータ、リニアレギュレータおよびパワースイッチなど複数の電源回路を含むが、以下、説明を簡単にするために、複数の電源回路のうち１つのスイッチングレギュレータ１２および１つのリニアレギュレータ１３について説明する。

電源装置１は、電源供給スイッチ回路１０、入力端子１１、スイッチングレギュレータ１２、リニアレギュレータ１３、コンデンサＣ１〜Ｃ３，Ｃ７，Ｃ８、およびコイルＬ１を含んで構成されている。入力端子１１は、直流電源、たとえばバッテリ２などの蓄電池に接続され、バッテリ２の電圧、たとえば１２Ｖが印加され、電源供給スイッチ回路１０の入力部１０６に接続されている。

スイッチングレギュレータ１２は、入力側がコイルＬ１を介して電源供給スイッチ回路１０の出力部１０７に接続され、出力部１０７から出力される電圧を所定の電圧、たとえば５Ｖに変換し、図示しない負荷に出力するスイッチング電源回路である。リニアレギュレータ１３は、入力側が電源供給スイッチ回路１０の出力部１０７に接続され、出力部１０７から出力される電圧を所定の電圧、たとえば３Ｖに変換し、図示しない他の負荷に出力する定電圧直流電源回路である。

コンデンサＣ１〜Ｃ３，Ｃ７，Ｃ８は、電圧変動の影響を低減するために設けられるコンデンサであり、たとえばセラミックコンデンサによって構成されている。コンデンサＣ１は、一端が出力部１０７とコイルＬ１との接続点に接続され、他端が接地されている。コンデンサＣ２は、一端がコイルＬ１とスイッチングレギュレータ１２の入力側との接続点に接続され、他端が接地されている。コンデンサＣ３は、一端が出力部１０７とリニアレギュレータ１３の入力側との接続点に接続され、他端が接地されている。コンデンサＣ７は、一端がスイッチングレギュレータ１２の出力側と図示しない負荷との接続点に接続され、他端が接地されている。コンデンサＣ８は、一端がリニアレギュレータ１３の出力側と図示しない他の負荷との接続点に接続され、他端が接地されている。

電源遮断装置である電源供給スイッチ回路１０は、トランジスタＴ１〜Ｔ３および抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を含んで構成されている。スイッチング素子であるトランジスタＴ１は、たとえばＰチャネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor）によって構成され、トランジスタＴ２は、たとえばＰＮＰ型のバイポーラトランジスタによって構成され、トランジスタＴ３は、たとえばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタによって構成されている。

トランジスタＴ１は、ソースが入力部１０６、トランジスタＴ２のエミッタ、抵抗素子Ｒ１の一端、および抵抗素子Ｒ３の一端に接続され、ドレインが出力部１０７、抵抗素子Ｒ１の他端、および抵抗素子Ｒ２の一端に接続され、ゲートが抵抗素子Ｒ３の他端、抵抗素子Ｒ４の一端、およびトランジスタＴ２のコレクタに接続されている。トランジスタＴ２は、ベースが抵抗素子Ｒ２の他端に接続されている。トランジスタＴ３は、コレクタが抵抗素子Ｒ４の他端に接続され、エミッタが接地され、ベースが接続部１０８に接続されている。トランジスタＴ２，Ｔ３および抵抗素子Ｒ２〜Ｒ４は、制御部を構成する。

接続部１０８には、導通信号が入力されている。導通遮断指示信号である導通信号は、電子機器への通電を開始するか否かを切り換えるアクセサリスイッチからの信号であり、電源供給スイッチ回路１０に対しては、入力部１０６と出力部１０７との間を導通状態にするかまたは遮断状態にするかを指示する。具体的には、ハイレベルのとき導通状態を指示し、ローレベルのとき遮断状態を指示する。ハイレベルは、たとえばトランジスタＴ３が導通状態のときのベースエミッタ間の電圧降下ＶＢＥよりも高い電圧であり、ローレベルは、接地レベル、たとえば０Ｖである。

また、導通信号は、スイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３などの電源回路にイネーブル信号（以下「ＥＮ信号」という）として入力されている。動作指示信号であるＥＮ信号は、電源回路の動作の開始または動作の停止を指示する信号であり、ハイレベルのとき動作の開始を指示し、ローレベルのとき動作の停止を指示する。

導通信号が遮断状態を指示するとき、トランジスタＴ３のベースの電圧はローレベルであり、トランジスタＴ３は、遮断状態（以下「オフ」という）である。トランジスタＴ３がオフであると、トランジスタＴ２のゲートの電圧は、ほぼソースの電圧に等しく、ドレインの電圧よりも高いのでトランジスタＴ２はオフである。導通信号が遮断状態を指示するとき、すなわち、導通信号がローレベルのとき、ＥＮ信号は動作の停止をスイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３に指示することになるので、スイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３は、動作を停止しているときに流れる電流（以下「スタンバイ電流」という）を消費するだけである。

抵抗素子Ｒ１は、スイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３の入力側に設けられるセラミックコンデンサ、たとえばコンデンサＣ１〜Ｃ３のうちのいずれかが短絡し、過電流が流れることを検出するために設けられる抵抗素子である。過電流が流れると、抵抗素子Ｒ１の電圧降下が大きくなり、トランジスタＴ２のベースの電圧は、バッテリ２の電圧から、トランジスタＴ２が導通状態のときのベースエミッタ間の電圧降下ＶＢＥを減算した電圧未満の電圧になり、トランジスタＴ２を導通状態（以下「オン」という）にする。トランジスタＴ２がオンになると、トランジスタＴ１のゲート電圧は、ほぼソースの電圧となり、トランジスタＴ１は、オンになることはない。

トランジスタＴ１がオフのとき、抵抗素子Ｒ１は、スタンバイ電流が流れるだけであるので、抵抗素子Ｒ１での電圧降下は予め定める電位差よりも小さい。予め定める電位差は、トランジスタＴ２が導通状態のときのベースエミッタ間の電圧降下ＶＢＥと同じ電位差である。抵抗素子Ｒ１での電圧降下が予め定める電位差よりも小さいと、トランジスタＴ２のベースの電圧は、バッテリ２の電圧から予め定める電位差を減算した電圧よりも高く、トランジスタＴ２はオフである。

トランジスタＴ２がオフの状態で、導通信号が遮断状態の指示から導通状態の指示に変化すると、トランジスタＴ３のベースの電圧がハイレベルとなり、トランジスタＴ３はオンとなる。トランジスタＴ３がオンになると、抵抗素子Ｒ３，Ｒ４に電流が流れ、トランジスタＴ１のゲートの電圧が、バッテリ２の電圧を抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ４とで分圧した電圧まで下がるので、トランジスタＴ１はオンになる。

導通信号が遮断状態の指示から導通状態の指示に変化すると、ＥＮ信号は、動作の停止の指示から動作の開始の指示に変化するので、スイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３は動作を開始し、それぞれの負荷に電流を供給する。

トランジスタＴ１がオンになり、トランジスタＴ１にスイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３への電流が流れるが、トランジスタＴ１のオン抵抗は抵抗素子Ｒ１に比して微小であるので、抵抗素子Ｒ１にはほとんど電流は流れず、大部分の電流はトランジスタＴ１を流れる。トランジスタＴ１での電圧降下は、トランジスタＴ１のオン抵抗と、動作を開始したスイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３に供給する電流とによって決まるが、トランジスタＴ１のオン抵抗は微小であるので、トランジスタＴ１での電圧降下は予め定める電位差未満であり、トランジスタＴ２のベースの電圧は、バッテリ２の電圧から予め定める電位差を減算した電圧よりも高く、トランジスタＴ２はオフのままである。

導通信号が遮断状態を指示し、トランジスタＴ１がオフのとき、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれかが短絡すると、抵抗素子Ｒ１に流れる電流は、スタンバイ電流を大きく上回る過電流が流れ、抵抗素子Ｒ１での電圧降下は急増する。抵抗素子Ｒ１での電圧降下が増加し、予め定める電位差以上の電位差になると、トランジスタＴ２のベースの電圧がバッテリ２の電圧から予め定める電位差を減算した電圧以下になる。

トランジスタＴ２のベースの電圧がバッテリ２の電圧から予め定める電位差を減算した電圧以下になっている状態で、導通信号が遮断状態の指示から導通状態の指示に変化すると、トランジスタＴ３はオフからオンになる。しかしながら、トランジスタＴ２のベースの電圧がバッテリ２の電圧から予め定める電位差を減算した電圧以下になっているので、トランジスタＴ２がオンになり、抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ４との接続点の電圧、つまりトランジスタＴ１のゲートの電圧は、ほぼソースの電圧になり、トランジスタＴ１はオフの状態を維持する。出力部１０７から出力される電流は、抵抗素子Ｒ１で制限されるので、大きな電流、つまり過電流が出力されることを防止することができる。

セラミックコンデンサは、実装時または組立時に加えられる外力の影響でわずかなクラック、つまり亀裂が発生することがある。出荷検査で問題がない程度であっても、経年変化でクラックが進行すると、リーク電流が増大して、短絡した状態と同じ状態になり、過電流が流れる。電源供給スイッチ回路１０は、このような経年変化によって増加したリーク電流を検出して、トランジスタＴ１をオフにすることができ、過電流を防止することができる。さらに、セラミックコンデンサの短絡だけでなく、レギュレータなどの電源回路および負荷での短絡による過電流を防止することもできる。

このように、電源供給スイッチ回路１０は、セラミックコンデンサのクラックによる過電流を防止することができるので、電源回路ごとに設けられるセラミックコンデンサを、複数直列に接続する必要がなく、図１に示した電源装置９に比して、電源装置１のセラミックコンデンサの数を低減することができる。セラミックコンデンサの数を低減することができるので、実装面積の低減による小型化およびコストの低減を図ることができる。

図３は、本発明の他の実施形態である電源供給スイッチ回路１０ａを含む電源装置１ａの概略の構成を示す図である。電源装置１ａは、たとえば車両に搭載される電子機器などに用いられる電源装置である。電源装置１ａは、電源供給スイッチ回路１０ａ、入力端子１１、スイッチングレギュレータ１２、リニアレギュレータ１３、コンデンサＣ１〜Ｃ３，Ｃ７，Ｃ８、およびコイルＬ１を含んで構成されている。電源装置１ａの構成要素のうち、図２に示した電源装置１の構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符を付して、重複を避けるために説明は省略する。

電源供給スイッチ回路１０ａは、トランジスタＴ１〜Ｔ４、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ６、電流源１０１および増幅器１０２を含んで構成されている。トランジスタＴ４は、たとえばＰＮＰ型のバイポーラトランジスタによって構成され、エミッタが抵抗素子Ｒ５の一端に接続され、コレクタが増幅器１０２の入力端子、および一端が接地される抵抗素子Ｒ６の他端に接続され、ベースがトランジスタＴ２のコレクタ、抵抗素子Ｒ３の他端、抵抗素子Ｒ４の一端、およびトランジスタＴ１のゲートに接続されている。

抵抗素子Ｒ５の他端は、入力部１０６、トランジスタＴ２のエミッタ、抵抗素子Ｒ３の一端、抵抗素子Ｒ１の一端、およびトランジスタＴ１のソースに接続されている。電流源１０１は、上流側が抵抗素子Ｒ２の他端、およびトランジスタＴ２のベースに接続され、下流側が接地され、制御端子が増幅器１０２の出力端子に接続される。増幅器１０２の出力端子がハイレベルのとき、電流源１０１は動作して、電流を流し、増幅器１０２の出力端子がローレベルのとき、電流源１０１は動作を停止して、電流を流さない。

導通信号がローレベルで、トランジスタＴ３がオフのとき、トランジスタＴ４は、ベースの電圧がほぼバッテリ２の電圧であり、オフである。したがって、増幅器１０２は、ローレベルを出力するので、電流源１０１は動作せず、抵抗素子Ｒ２に電流を流すことはない。

コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれもが短絡しておらず、トランジスタＴ２がオフの状態の場合、導通信号が遮断状態の指示から導通状態の指示に変化すると、つまり導通信号がローレベルからハイレベルに変化すると、トランジスタＴ３がオンになり、トランジスタＴ４のベースの電圧が、バッテリ２の電圧から、バッテリ２の電圧を抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ４とで分圧した電圧まで下がるので、トランジスタＴ４はオンになる。トランジスタＴ４がオンになると、増幅器１０２の入力端子の電圧が上昇するので、増幅器１０２はハイレベルを出力し、電流源１０１を動作させる。

コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれかが短絡している状態の場合、トランジスタＴ２がオンの状態であるので、導通信号が遮断状態の指示から導通状態の指示に変化して、トランジスタＴ３がオンになっても、トランジスタＴ４のベースの電圧は、ほぼバッテリ２の電圧のままで、トランジスタＴ４はオフのままである。トランジスタＴ４がオフのままであるので、増幅器１０２はローレベルを出力し、電流源１０１は動作しない。

導通信号が遮断状態の指示から導通状態の指示に変化して、電流源１０１が動作している状態で、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれかが短絡すると、スイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３、ならびにそれらの負荷で消費される電流以上の過電流が出力部１０７から出力され、トランジスタＴ１での電圧降下が予め定める第２の電位差以上になる。

トランジスタＴ１での電圧降下が予め定める第２の電位差以上になると、トランジスタＴ２のベースの電圧が、バッテリ２の電圧からトランジスタＴ２が導通状態のときのベースエミッタ間の電圧降下ＶＢＥを減算した電圧以下の電圧になり、トランジスタＴ２がオンになる。トランジスタＴ２がオンになると、トランジスタＴ１のゲートの電圧がほぼソースの電圧になるので、トランジスタＴ１はオフになり、出力部１０７から出力する電流は、抵抗素子Ｒ１によって制限され、過電流が流れることはない。

予め定める第２の電位差は、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれもが短絡していない状態でのトランジスタＴ１での電圧降下から、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれかが短絡した状態でのトランジスタＴ１での電圧降下までの範囲内の電位差に設定される。そして、トランジスタＴ１での電圧降下が予め定める第２の電位差に等しいときに、トランジスタＴ２がオンになるので、抵抗素子Ｒ２での電圧降下が、トランジスタＴ２が導通状態のときのベースエミッタ間の電圧降下ＶＢＥから予め定める第２の電位差を減算した電位差になるように、抵抗素子Ｒ２の抵抗値および電流源１０１の電流の電流値が決定される。トランジスタＴ２のベース電流は微小であるので、ベース電流は０であると仮定している。

たとえば、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれもが短絡していない状態でのトランジスタＴ１での電圧降下が、たとえば０．１Ｖであり、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれかが短絡した状態でのトランジスタＴ１での電圧降下が、たとえば０．３Ｖであると、予め定める第２の電位差は、たとえば０．２Ｖに決定される。トランジスタＴ２が導通状態のときのベースエミッタ間の電圧降下ＶＢＥを、たとえば０．７Ｖとすると、抵抗素子Ｒ２の電圧降下は、０．５Ｖとなる。したがって、抵抗素子Ｒ２の電圧降下が０．５Ｖになるように、抵抗素子Ｒ２の抵抗値および電流源１０１の電流の電流値を決定すればよい。

抵抗素子Ｒ２を流れる電流の電流値をＩとし、出力部１０７から出力される電流の電流値であって、セラミックコンデンサが短絡したことを検出する検出電流の電流値をＩｄｅｔとすると、図２に示した電源供給スイッチ回路１０では、Ｉｄｅｔ＝ＶＢＥ／Ｒ１であるが、電源供給スイッチ回路１０ａでは、Ｉｄｅｔ＝（ＶＢＥ−Ｉ×Ｒ２）／ＲＴとすることができる。ＲＴは、トランジスタＴ１のオン抵抗であり、Ｒ１，Ｒ２は、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値である。すなわち、トランジスタＴ１のオン抵抗ＲＴが微小な値であっても、電流源１０１の電流値および抵抗素子Ｒ２の抵抗値を選択することによって、セラミックコンデンサの短絡を検出することができる。

したがって、電源供給スイッチ回路１０ａは、導通信号が導通状態を指示していて、スイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３などの電源回路、ならびに負荷が動作中に、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれかのセラミックコンデンサが短絡しても、トランジスタＴ１を遮断状態にすることができ、過電流を防止することができる。

また、セラミックコンデンサの短絡だけでなく、レギュレータなどの電源回路および負荷での短絡故障、導電性物質の侵入による短絡、あるいは結露によるリーク電流など電流が異常に増加したことを動作中に検出して、トランジスタＴ１をオフにし、過電流を防止することができる。

図４は、本発明のさらに他の実施形態である電源供給スイッチ回路１０ｂを含む電源装置１ｂの概略の構成を示す図である。電源装置１ｂは、たとえば車両に搭載される電子機器などに用いられる電源装置である。電源装置１ｂは、電源供給スイッチ回路１０ｂ、入力端子１１、スイッチングレギュレータ１２、リニアレギュレータ１３、コンデンサＣ１〜Ｃ３，Ｃ７，Ｃ８、およびコイルＬ１を含んで構成されている。電源装置１ｂの構成要素のうち、図３に示した電源装置１ａの構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符を付して、重複を避けるために説明は省略する。

電源供給スイッチ回路１０ｂは、トランジスタＴ１〜Ｔ４、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ６、電流源１０１、増幅器１０２および遅延部（図４〜図６では「Ｄｅｌａｙ」という）１０３を含んで構成されている。遅延部１０３は、たとえば、直列に接続される抵抗素子と、一端が接地され、他端がその抵抗素子の一端に接続されるコンデンサとによって構成されている。遅延部１０３は、接続部１０８から入力される導通信号を予め定める時間遅延させて、ＥＮ信号として出力部１０９から出力する。予め定める時間は、トランジスタＴ１の寄生容量および抵抗素子Ｒ４による遅延時間以上の時間であり、たとえば数十〜百マイクロ秒である。

図２に示した電源装置１および図３に示した電源装置１ａでは、導通信号が遮断状態の指示から導通状態の指示に変化すると同時に、ＥＮ信号がスイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３などの後段の電気回路に動作の開始を指示するので、導通信号が遮断状態の指示から導通状態の指示に変化して、トランジスタＴ３およびトランジスタＴ１がオンになるよりも前に、後段の電気回路への電流が流れることがある。後段の電気回路に電流が流れると、抵抗素子Ｒ１の電圧降下が増大するので、電源供給スイッチ回路１０および電源供給スイッチ回路１０ａは、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれかが短絡したと誤検出し、トランジスタＴ２をオンにする。

しかしながら、電源装置１ｂは、遅延部１０３がＥＮ信号を導通信号よりも予め定める時間遅延させるので、コンデンサＣ１〜Ｃ３のいずれもが短絡していないとき、トランジスタＴ１がオンになる前に、スイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３などの後段の電気回路が動作を開始することがなく、電源供給スイッチ回路１０ｂの誤動作を防止することができる。

図５は、電源供給スイッチ回路１０ｂを集積化した電源供給スイッチ回路デバイス２０を含む電源装置１ｃの概略の構成を示す図である。電源装置１ｃは、たとえば車両に搭載される電子機器などに用いられる電源装置である。電源装置１ｃは、電源供給スイッチ回路デバイス２０、入力端子１１、スイッチングレギュレータ１２、リニアレギュレータ１３、コンデンサＣ１〜Ｃ３，Ｃ７，Ｃ８およびコイルＬ１を含んで構成されている。電源装置１ｃの構成要素のうち、図４に示した電源装置１ｂの構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符を付して、重複を避けるために説明は省略する。

集積回路装置である電源供給スイッチ回路デバイス２０は、図４に示した電源供給スイッチ回路１０ｂを集積化した集積回路装置であり、トランジスタＴ１〜Ｔ４、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ６、電流源１０１、増幅器１０２および遅延部１０３を含んで構成され、接続端子Ｊ１〜Ｊ５が形成されている。接続端子Ｊ１〜Ｊ４は、それぞれ図４に示した入力部１０６、出力部１０７、接続部１０８および出力部１０９に対応する接続端子であり、接続端子Ｊ５は、電源供給スイッチ回路デバイス２０を接地するための接続端子である。

電源供給スイッチ回路デバイス２０は、集積化されることによって、小型化されるとともに、信頼性が向上している。また、大量生産によるコストダウンも可能である。

図６は、電源供給スイッチ回路デバイス２０を備える車両用オーディオ機器３０を示す図である。車両用オーディオ機器３０は、車両に搭載される電子機器であり、電源供給スイッチ回路デバイス２０、入力端子１１、スイッチングレギュレータ１２ａ〜１２ｃ、リニアレギュレータ１３ａ，１３ｂ、パワースイッチ１４、コンデンサＣ１〜Ｃ１６、ダイオードＤ１，Ｄ２、コイルＬ１，Ｌ２、マイコン３１、比較器３２および直流電源３３を含んで構成されている。車両用オーディオ機器３０の構成要素のうち、図５に示した電源装置１ｃの構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符を付して、重複を避けるために説明は省略する。

車両用オーディオ機器３０では、入力端子１１は、ヒューズ３を介してバッテリ２に接続され、入力端子１５は、スイッチ４を介してバッテリ２に接続されている。ダイオードＤ１は、アノードが入力端子１１に接続され、カソードが、アノードが接地されるダイオードＤ２のカソード、コンデンサＣ１１の一端、ならびにコイルＬ２を介して接続端子Ｊ１、およびリニアレギュレータ１３ａの入力側に接続されている。コンデンサＣ１１の他端は、一端が接地されるコンデンサＣ１２の他端に接続されている。

コイルＬ２の下流側に、一端が接地されるコンデンサＣ１３の他端が接続され、リニアレギュレータ１３ａの入力側にコンデンサＣ１４の一端が接続されている。コンデンサＣ１４の他端は、一端が接地されるコンデンサＣ１５の他端に接続されている。リニアレギュレータ１３ａの出力側は、一端が接地されるコンデンサＣ１６の他端、およびマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）３１の入力側に接続されている。マイコン３１の出力側は、接続端子Ｊ３に接続されている。

コンデンサＣ１３は、たとえば電界コンデンサによって構成され、コイルＬ２の下流側の電圧変動を抑制するために設けられる。ダイオードＤ１は、バッテリ２が逆に接続されたときの逆流防止のために設けられ、ダイオードＤ２は、バッテリが外れて発電している電力の行先がなくなったときの保護のために設けられる。

コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１４〜Ｃ１６は、たとえばセラミックコンデンサによって構成され、電圧変動の影響を低減するために設けられる。コンデンサＣ１１，Ｃ１２は、電源供給スイッチ回路デバイス２０の上流側に、そして、コンデンサＣ１４，Ｃ１５は、リニアレギュレータ１３ａの上流側に設けられ、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１４，Ｃ１５は、それぞれ直列に２つ接続され、１つが短絡しても、過電流が流れないように構成されている。

比較器３２は、非反転入力端子が入力端子１５に接続され、反転入力端子が直流電源３３に接続され、出力端子がマイコン３１に接続されている。スイッチ４は、たとえばアクセサリ、つまり車両に搭載される電子機器への通電をオンオフするアクセサリスイッチである。スイッチ４がオンになると、バッテリ２の電圧が比較器３２の非反転入力端子に印加される。比較器３２は、出力端子をハイレベルにすることによって、スイッチ４がオンになったことをマイコン３１に知らせる。マイコン３１は、スイッチ４がオンになったことを知らされると、導通信号を接続端子Ｊ３に出力する。

電源供給スイッチ回路デバイス２０の下流側には、スイッチングレギュレータ１２ａ〜１２ｃ、リニアレギュレータ１３ｂ、およびパワースイッチ１４が並列に接続されている。スイッチングレギュレータ１２ａ〜１２ｃは、コイルＬ１を介して接続端子Ｊ２に接続され、リニアレギュレータ１３ｂ、およびパワースイッチ１４は、接続端子Ｊ２に直接接続されている。

コンデンサＣ１〜Ｃ１０は、たとえばセラミックコンデンサによって構成され、いずれも一端が接地されている。コンデンサＣ１の他端は、コイルＬ１の上流側に接続され、コンデンサＣ２の他端は、スイッチングレギュレータ１２ａの入力側に接続され、コンデンサＣ３の他端は、スイッチングレギュレータ１２ｂの入力側に接続され、コンデンサＣ４の他端は、スイッチングレギュレータ１２ｃの入力側に接続され、コンデンサＣ５の他端は、リニアレギュレータ１３ｂの入力側に接続され、コンデンサＣ６の他端は、パワースイッチ１４の出力側に接続され、コンデンサＣ７の他端は、スイッチングレギュレータ１２ａの出力側に接続され、コンデンサＣ８の他端は、スイッチングレギュレータ１２ｂの出力側に接続され、コンデンサＣ９の他端は、スイッチングレギュレータ１２ｃの出力側に接続され、コンデンサＣ１０の他端は、リニアレギュレータ１３ｂの出力側に接続されている。

コンデンサＣ１〜Ｃ６は、電源供給スイッチ回路デバイス２０の下流側に接続されており、短絡しても、電源供給スイッチ回路デバイス２０によって過電流が防止されるので、それぞれ１つずつである。しかし、図１に示した電源装置９では、バッテリ２の電圧が直接印加されるので、過電流の可能性を低減するためには、それぞれもう１つのセラミックコンデンサを直列に接続しておく必要がある。

すなわち、車両用オーディオ機器３０は、電源供給スイッチ回路デバイス２０を用いることによって、スイッチングレギュレータ１２ａ〜１２ｃ、およびリニアレギュレータ１３ｂなどの電源回路の直前の上流側に設けられるセラミックコンデンサの数を半減し、ならびにパワースイッチ１４などの電源回路の直後の下流側に設けられるセラミックコンデンサの数を半減することができる。

このように、入力部１０６と出力部１０７との間に接続されるトランジスタＴ１によって、導通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とされる。抵抗素子Ｒ１は、一端が入力部１０６に接続され、他端が出力部１０７に接続される。トランジスタＴ２，Ｔ３および抵抗素子Ｒ２〜Ｒ４によって、抵抗素子Ｒ１の電圧降下が予め定める電位差未満であると、トランジスタＴ１が導通状態となるように制御され、抵抗素子Ｒ１の電圧降下が予め定める電位差以上であると、トランジスタＴ１が遮断状態となるように制御される。

したがって、コンデンサ、たとえばセラミックコンデンサが短絡したときに流れる過電流を防止することができ、セラミックコンデンサの数を低減することができる。セラミックコンデンサの数を低減することができるので、実装面積の低減による小型化およびコストの低減を図ることができる。さらに、セラミックコンデンサの短絡だけでなく、レギュレータなどの電源回路および負荷での短絡でも過電流を防止することができる。

さらに、トランジスタＴ２，Ｔ３および抵抗素子Ｒ２〜Ｒ４によって、トランジスタＴ１が導通状態となっているとき、トランジスタＴ１の電圧降下が予め定める第２の電位差以上になると、トランジスタＴ１が遮断状態となるように制御される。したがって、動作中にセラミックコンデンサなどが短絡したときにも、トランジスタＴ１を遮断状態にすることができ、過電流を防止することができる。

さらに、遅延部１０３によって、トランジスタＴ１を導通状態および遮断状態のいずれにするかを指示する導通信号が予め定める時間だけ遅延される。トランジスタＴ２，Ｔ３および抵抗素子Ｒ２〜Ｒ４によって、遅延部１０３によって遅延された導通信号が、動作を開始するかまたは動作を停止するかを指示するＥＮ信号として出力部１０７に接続された電源回路に送られ、ＥＮ信号が遮断状態の指示であると、前記電源回路の動作を停止させ、ＥＮ信号が導通状態の指示であると、前記電源回路の動作を開始させる。

遅延部１０３がない場合、トランジスタＴ１の遮断状態から導通状態への切り換えと、電源回路、たとえばスイッチングレギュレータ１２およびリニアレギュレータ１３の動作の開始とが同時に指示されると、電源供給スイッチ回路１０ｂおよび電気回路のそれぞれの遅延時間の差によって、トランジスタＴ１が導通状態に切り換わる前に、電気回路が動作を開始したとき、抵抗素子Ｒ１での電圧降下が予め定める電位差以上になり、トランジスタＴ２，Ｔ３および抵抗素子Ｒ２〜Ｒ４は、セラミックコンデンサが短絡したと誤って判断し、遮断状態を維持したままになることがある。しかし、遅延部１０３がある場合、遅延部１０３によって導通信号を遅延してＥＮ信号として電気回路に指示するので、トランジスタＴ１が導通状態に切り換わる前に、電気回路が動作を開始することがなく、電源供給スイッチ回路１０ｂの誤動作を防止することができる。

さらに、電源供給スイッチ回路１０，１０ａ，１０ｂを備えるので、セラミックコンデンサの数を低減した電源回路、たとえばスイッチングレギュレータ１２ａ〜１２ｃ、リニアレギュレータ１３ｂ、およびパワースイッチ１４を用いることができ、電子機器の小型化が可能になる。特に、車両用電子機器は、要求される機能が増大する傾向にあっても与えられるスペースは限定されたままであり、少しでも部品点数を減らし、実装スペースを低減することが要求されている。また、車両用電子機器は、必要とする直流電圧が１つではなく、また分散して配置されるので、複数のレギュレータおよびパワースイッチが用いられ、多くの箇所にセラミックコンデンサを設ける必要がある。電源遮断装置は、これらの多くの箇所に設けられるセラミックコンデンサをそれぞれ１つにすることができるので、多くのセラミックコンデンサを低減することができ、車載用電子機器には特に有用である。

１，１ａ〜１ｃ，９ 電源装置
２ バッテリ
３ ヒューズ
４ スイッチ
１０，１０ａ，１０ｂ 電源供給スイッチ回路
１１，１５ 入力端子
１２ａ〜１２ｃ スイッチングレギュレータ
１３ａ，１３ｂ リニアレギュレータ
１４ パワースイッチ
１０６ 入力部
１０７，１０９ 出力部
１０８ 接続部
２０ 電源供給スイッチ回路デバイス
３０ 車両用オーディオ機器
３１ マイコン
３２ 比較器
３３ 直流電源
Ｊ１〜Ｊ５ 接続端子
１０１ 電流源
１０２ 増幅器
１０３ 遅延回路
Ｃ１〜Ｃ１６，Ｃ２０〜Ｃ２９ セラミックコンデンサ
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｌ１，Ｌ２ コイル
Ｒ１〜Ｒ６ 抵抗素子
Ｔ１〜Ｔ４ トランジスタ

Claims (4)

1. 入力部と出力部との間に接続され、導通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態となるスイッチング素子と、
   一端が入力部に接続され、他端が出力部に接続される抵抗素子と、
   前記抵抗素子の電圧降下が予め定める電位差未満であると、スイッチング素子が導通状態となるように制御し、前記抵抗素子の電圧降下が予め定める電位差以上であると、スイッチング素子が遮断状態となるように制御する制御部とを含むことを特徴とする電源遮断装置。
2. 前記制御部は、前記スイッチング素子が導通状態となっているとき、前記スイッチング素子の電圧降下が予め定める第２の電位差以上になると、前記スイッチング素子が遮断状態となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の電源遮断装置。
3. 前記スイッチング素子を導通状態および遮断状態のいずれにするかを指示する導通遮断指示信号を予め定める時間だけ遅延させる遅延部を含み、
   前記制御部は、遅延部によって遅延された導通遮断指示信号を、動作を開始するかまたは動作を停止するかを指示する動作指示信号として出力部に接続された電源回路に送り、動作指示信号が遮断状態の指示であると、前記電源回路の動作を停止させ、動作指示信号が導通状態の指示であると、前記電源回路の動作を開始させることを特徴とする請求項１または２に記載の電源遮断装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の電源遮断装置を備えることを特徴とする電子機器。

Images