JP2019041509A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化や軽量化を図ることができる電力供給システムを提供する。【解決手段】電源１の電力を複数の負荷２１〜２３に供給する電力供給システム１００は、一端が電源１と電気的に接続するヒューズ２と、ヒューズ２の他端と複数の負荷２１〜２３の間にそれぞれ電気的に接続された複数の半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａと、半導体スイッチのオン及びオフの指示信号を受ける受信部４１を有し、複数の半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフを制御する制御装置４０と、電源１からヒューズ２を介して複数の半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａへ流れる電流を検出する電流センサ２０と、を備え、制御装置４０は、受信部４１の受信結果及び電流センサ２０の検出結果の少なくとも一方に基づいて、複数の半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをＰＷＭ制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給システムに関するものである。

電源から与えられる電力を複数の負荷に分配して給電するための各給電路に分散して設けられた複数の半導体リレーを有し、その各半導体リレーが前記各負荷への給電状態を制御するリレーユニットと、リレーユニットの過熱を検出する過熱検出手段と、各半導体リレーを制御して各負荷への給電状態を制御する制御手段、を備える車載電源制御装置が知られている。

この車載電源制御装置において、上記の制御手段は、各半導体リレーを制御して各負荷への給電状態を制御する一方、過熱検出手段により過熱が検出された場合には、複数の負荷のうちの、予め定められた条件に従って決定される駆動中の少なくとも一部の負荷への給電をオフする（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−７２４８７号公報

電源の電力を複数の半導体リレーを介して複数の負荷に供給する場合、上記従来技術を含めて一般的には、過電流から負荷を保護するために、電源と複数の半導体リレーの間には溶断性のヒューズが設けられている。しかしながら、上記従来技術では、複数の負荷へ同時に給電する場合、給電した際に発生する突入電流の総和によりヒューズが溶断しないよう、ヒューズの定格電流を大きくする必要がある。また、突入電流により溶断しないよう、ヒューズを設けている電線を太くする必要がある。このため、電力供給システムが大型化や重量化する、という問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、小型化や軽量化を図ることができる電力供給システムを提供することである。

［１］本発明に係る電力供給システムは、電源の電力を複数の負荷に供給する電力供給システムであって、一端が前記電源と電気的に接続するヒューズと、前記ヒューズの他端と前記複数の負荷の間にそれぞれ電気的に接続された複数の半導体スイッチと、前記半導体スイッチのオン及びオフの指示信号を受ける受信部を有し、前記複数の半導体スイッチのオン及びオフを制御する制御装置と、前記電源から前記ヒューズを介して前記複数の半導体スイッチへ流れる電流を検出する電流センサと、を備え、前記制御装置は、前記受信部の受信結果及び前記電流センサの検出結果の少なくとも一方に基づいて、前記複数の半導体スイッチをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する電力供給システムである。

［２］上記発明において、前記制御装置は、前記複数の半導体スイッチを同時にオンさせる指示信号を前記受信部が受信した場合に、前記複数の半導体スイッチのＰＷＭ制御を開始してもよい。

［３］上記発明において、前記制御装置は、前記電流センサの検出結果から前記電源の電力を前記負荷へ供給中と判定している間に、前記複数の半導体スイッチのうちいずれか１つ以上の半導体スイッチをオンさせる指示信号を前記受信が受信した場合に、前記複数の半導体スイッチのＰＷＭ制御を開始してもよい。

［４］上記発明において、前記制御装置は、前記電流センサの検出結果から前記電源の電力を前記負荷へ供給中と判定している間に、前記電流センサにより検出された前記電流が前記ヒューズの定格電流以上になる場合に、前記複数の半導体スイッチのＰＷＭ制御を開始してもよい。

［５］上記発明において、前記制御装置は、前記電源から前記負荷へ前記電力を供給する優先順位を記憶している記憶部を有し、前記優先順位に応じて各半導体スイッチに個別に設定されたデューティ比に従って、前記複数の半導体スイッチをＰＷＭ制御してもよい。

［６］上記発明において、前記ヒューズは、それぞれの一端が前記電源と電気的に接続する複数のヒューズを含み、前記複数の半導体スイッチは、個々の前記ヒューズの他端と前記複数の負荷の間をそれぞれ電気的に接続してもよい。

本発明によれば、受信部の受信結果及び電流センサの検出結果の少なくとも一方に基づいて、複数の半導体スイッチをＰＷＭ制御するため、ヒューズに流れる電流が低減され、ヒューズの大きさを抑制できる。その結果、ヒューズを設けている電線を細くできるので、電力供給システムの小型化や軽量化を図ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システムを示すブロック図である。 図２（Ａ）は、負荷の優先順位に応じて設定された半導体スイッチのデューティ比を説明するための表であり、図２（Ｂ）は、一部の負荷が停止した際に、負荷の優先順位に応じて設定された半導体スイッチのデューティ比を説明するための表である。 図３（Ａ）は、半導体スイッチに入力される駆動信号又はＰＷＭ信号を示し、図３（Ｂ）は、負荷に流れる電流値を示す。 図４（Ａ）は、第１実施形態において、ＰＷＭ制御により、２つの半導体スイッチのうち一方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図４（Ｂ）は、他方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す駆動信号で各半導体スイッチがスイッチングした場合の、各負荷及びヒューズに流れる電流の推移を示す図である。 図５（Ａ）は、比較例において、２つの半導体スイッチを同時にオンさせた際に、一方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図５（Ｂ）は、他方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す駆動信号で各半導体スイッチがオンした場合の、各負荷及びヒューズに流れる電流の推移を示す図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る電力供給システムを示すブロック図である。 図７（Ａ）は、第２実施形態において、２つの半導体スイッチのうち一方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図７（Ｂ）は、他方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す駆動信号で各半導体スイッチがオンした場合の、各負荷及びヒューズ２に流れる電流の推移を示す図である。 図８は、本発明の第３実施形態に係る電力供給システムを示すブロック図である。 図９（Ａ）は、第３実施形態において、２つの半導体スイッチのうち一方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図９（Ｂ）は、他方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す駆動信号で各半導体スイッチがオンした場合の、ヒューズに流れる電流の推移を示す図である。 図１０は、本発明の第４実施形態に係る電力供給システムを示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態における電力供給システム１００は、バッテリなどの電源から出力される電力を、複数の負荷に供給するシステムである。電力供給システム１００は、例えば電気自動車等の車両に搭載されており、車両に設けられたバッテリの電力を、パワーウィンド、電動チルトテレスコピックステアリング、パワーシート、電動サンシェード、ランプ、ナビゲーションシステム、又は、エアーコンデョナ等の負荷に供給する。この電力供給システム１００は、図１に示すように、電源１、ヒューズ２、電力線３、電力分配装置１０、負荷２１〜２３、上位コントローラ３０、及び制御装置４０を備えている。

電源１は、例えば、車両に搭載される直流電源である。このような電源１としては、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の２次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタ等を用いることができる。

電源１は、ヒューズ２、電力線３、及び電力分配装置１０を介して負荷２１〜２３に対して電力を供給している。負荷２１〜２３の具体例としては、上述したパワーウィンド、電動チルトテレスコピックステアリング、パワーシート、電動サンシェード等が挙げられる。負荷２１〜２３には、車載に搭載されたその他の電装部品を含めてもよい。負荷２１の一端は電力分配装置１０に設けられた半導体デバイス１１と接続し、負荷２２の一端は電力分配装置１０に設けられた半導体デバイス１２と接続し、負荷２３の一端は電力分配装置１０に設けられた半導体デバイス１３と接続している。また、負荷２１〜２３の他端は、グランドと接続している。なお、図１では、負荷２１〜２３の他端をグランドと接続しているが、これに限定されない。

なお、後述するように、本実施形態では、制御装置４０により負荷に流れる電流値を一時的に制限するため、負荷２１〜２３としては、定常電流に対して制限された電流値であっても動作するものが好ましい。上述した機器以外の負荷２１〜２３としては、例えば、電動弁（電動バルブ）が挙げられる。

ヒューズ２は、電源１と電力分配装置１０の間を接続する電力線３に設けられているメインヒューズである。ヒューズ２は、電源１から流れてくる定格以上の大電流から負荷２１〜２３を保護するために設けられている。ヒューズ２の一端は、電源１と電気的に接続している。ヒューズ２の他端は、電力分配装置１０に設けられた半導体デバイス１１〜１３と電力線３を介して電気的に接続している。

ヒューズ２は、溶断特性を有している。溶断特性とは、ヒューズ２の定格電流を超える電流（溶断電流）が流れた際に、予め決められた時間内で溶断する特性である。この溶断特性は、溶断電流の大きさ、雰囲気温度、又はヒューズ２の材料等に応じて異なる。例えば、定格電流が３０Ａのヒューズであれば、仮に９０Ａの溶断電流がこのヒューズに流れ続けた場合、このヒューズは数秒で溶断する。また、仮に５０Ａの溶断電流がこのヒューズに流れ続けた場合には、このヒューズは数分で溶断する。ヒューズ２の溶断特性及びヒューズ２の定格電流の情報は、後述する制御装置４０の記憶部４２に予め記憶されている。

電力分配装置１０は、図１に示すように、半導体デバイス１１〜１３を備えている。電力分配装置１０には、電源１の電力がヒューズ２及び電力線３を介して供給される。図１の例では、ヒューズ２の他端と接続する電力線３は、電力分配装置１０の中で３本に分岐している。分岐された３本の電力線３は、半導体デバイス１１〜１３にそれぞれ接続されている。これにより、電源１と半導体デバイス１１〜１３は、ヒューズ２及び電力線３を介して電気的に接続され、電源１の電力は、半導体デバイス１１〜１３それぞれに供給される。

電力分配装置１０は、半導体デバイス１１〜１３の動作に応じて、電源１の電力を負荷２１〜２３へ供給又は遮断する。半導体デバイス１１〜１３としては、例えば、後述する半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａを含み、この半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａの制御回路、加熱保護回路、及び／又は電流検出回路等を含むＩＰＤ（Intelligent Power Device）等のＩＣが挙げられる。このＩＰＤ等のＩＣは、加熱保護回路、及び／又は電流検出回路等により、半導体スイッチの異常を診断する自己診断機能を有している。また、電力分配装置１０としては、例えば、複数の半導体デバイス１１〜１３を搭載したＥＣＵ等が挙げられる。

ここで、電力分配装置には、半導体デバイス１１〜１３の代わりに、溶断性のある機械式のヒューズを用いることが一般的であったが、この機械式のヒューズでは、負荷の異常等により一度溶断してしまうと交換作業が発生し、手間がかかることがあった。このため、機械ヒューズの代わりに、上述したＩＰＤ等の自己診断機能を有する半導体スイッチを用いることに関心が集まっている。この半導体スイッチは、自己診断機能により異常を検知して負荷への電力を遮断したとしても、交換作業を必要とせずに、通電作業だけで復帰するなどの利点を有する。このため、このような半導体スイッチは半導体ヒューズと呼ばれている。

半導体デバイス１１は、半導体スイッチ１１ａと、当該半導体スイッチ１１ａと並列に接続された還流ダイオード１１ｂと、を含んでいる。同様に、半導体デバイス１２は、半導体スイッチ１２ａと、当該半導体スイッチ１２ａと並列に接続された還流ダイオード１２ｂと、を含み、半導体デバイス１３は、半導体スイッチ１２ａとを、当該半導体スイッチ１２ａと並列に接続された還流ダイオード１２ｂと、を含んでいる。還流ダイオード１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは、電流が負荷２１、２２、又は２３から電源１の方向に流れるのを防止するために設けられている。具体的に、還流ダイオード１１ｂのカソード電極はヒューズ２の他端と接続し、還流ダイオード１１ｂのアノード電極は負荷２１と接続している。同様に、還流ダイオード１２ｂのカソード電極はヒューズ２の他端と接続し、還流ダイオード１２ｂのアノード電極は負荷２２と接続している。また、還流ダイオード１３ｂのカソード電極はヒューズ２の他端と接続し、還流ダイオード１３ｂのアノード電極は負荷２３と接続している。

半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電圧制御型の半導体素子を用いることができる。本実施形態では、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いているが、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴでもよい。

半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａは、エミッタ電極と、ソース電極と、ゲート電極と、を有している。半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのドレイン電極は、電力線３を介してヒューズ２の他端と接続している。半導体スイッチ１１ａのソース電極は負荷２１と接続し、半導体スイッチ１２ａのソース電極は負荷２２と接続し、半導体スイッチ１３ａのソース電極は負荷２３と接続している。また、半導体スイッチ１１ａのゲート電極、半導体スイッチ１２ａのゲート電極、及び半導体スイッチ１３ａのゲート電極は、それぞれ配線４、５、６を介して、制御装置４０の駆動部４３と接続している。配線４〜６はそれぞれ独立した配線である。半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのゲート電極は、駆動部４３から出力される駆動信号により、それぞれ独立に制御される。

半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａは、制御部４４からゲート電極に出力される駆動信号によりオン又はオフに切替えられる。半導体スイッチ１１ａの動作を例に挙げて説明する。

半導体スイッチ１１ａは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間の閾値電圧（Ｖ_ｇｓ）よりも高い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に導通し、オン状態となる。反対に、半導体スイッチ１１ａは、駆動信号の電圧がゲート電極−ソース電極間の閾値電圧よりも低い場合に、ドレイン電極とソース電極の間が電気的に遮断し、オフ状態となる。なお、この閾値電圧は、半導体スイッチ１１ａの製造プロセスや材料に応じて異なる電圧だが、特に限定されるものではない。

半導体スイッチ１１ａのオン状態では、ドレイン電極とソース電極の間は導通しているため、電源１と負荷２１は、ヒューズ２、電力線３、及び半導体スイッチ１１ａを介して電気的に接続された状態になる。そのため、半導体スイッチ１１ａのオン状態では、電源１から負荷２１の方向に電流が流れ、電源１の電力は負荷２１に供給される。

反対に、半導体スイッチ１１ａのオフ状態では、ドレイン電極とソース電極の間は遮断しているため、電源１と負荷２１は、電気的に遮断された状態になる。そのため、半導体スイッチ１１ａのオフ状態では、電源１から負荷２１の方向に電流が流れず、電源１の電力は負荷２１へ供給されない。つまり、半導体スイッチ１１ａのオン及びオフを制御することで、電源１の電力を負荷２１へ供給又は遮断することができる。

また、図１に示すように、半導体デバイス１１は負荷２１に対応し、半導体デバイス１２は負荷２２に対応し、半導体デバイス１３は負荷２３に対応している。半導体スイッチ１２ａ、１３ａについても、半導体スイッチ１１ａと同様の動作をするため、半導体スイッチ１２ａのオン及びオフを制御することで、電源１の電力を負荷２２へ供給又は遮断することができる。また、半導体スイッチ１３ａのオン及びオフを制御することで、電源１の電力を負荷２３へ供給又は遮断することができる。つまり、各負荷に対応している半導体デバイスの制御をすることで、具体的には、半導体スイッチのオン及びオフを制御することで、電源１の電力を各負荷へ供給又は遮断をすることができる。

なお、図１では、３つの負荷２１〜２３に対応するように、電力分配装置１０は３つの半導体デバイス１１〜１３を設ける構成を例示したが、これに限定されるものではない。電力分配装置１０は、負荷の数に対応した数の半導体デバイスを設けることができる。例えば、ｎ個の負荷に対して電源１の電力を供給する場合には、電力分配装置１０は、ｎ個の半導体デバイスを設ける。ｎは２以上の自然数である。このとき、電力線３は電力分配装置１０の中でｎ本に分岐され、ｎ本の電力線はｎ個の半導体デバイスと接続する。これにより、ｎ個の負荷と電源１との間の電気的な導通及び遮断を、それぞれ独立して切り替えることができる。

上位コントローラ３０は、車両に設けられた各種装置の情報を管理するコントローラである。本実施形態の上位コントローラ３０は、電源１の電力を負荷２１〜２３に対してどのように分配させるかを管理する。上位コントローラ３０は、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフの指示として指示信号を制御装置４０の受信部４１に出力する。この指示信号には、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフのタイミングに関する情報が含まれている。上位コントローラ３０は、例えば、運転者が全ての電装部品を操作可能な状態、いわゆる、イグニッションオン状態にするために、制御装置４０に指示信号を出力する。また、上位コントローラ３０は、所定の電源シーケンス又は動作シーケンスに応じて、制御装置４０に指示信号を出力する。

制御装置４０は、上位コントローラ３０からの指示信号に基づいて、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフを制御する制御装置である。例えば、制御装置４０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されるマイクロコンピュータが挙げられる。

制御装置４０は、図１に示すように、受信部４１、記憶部４２、駆動部４３、及び制御部４４を有している。受信部４１は、上位コントローラ３０と通信可能な装置である。上位コントローラ３０との通信手段は特に限定されない。受信部４１は、上位コントローラ３０から、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフの指示信号を受け、受信した指示信号を制御部４４へ出力する。

記憶部４２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のような情報を記憶する記憶媒体で構成されている。記憶部４２は、制御部４４が実行する、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフを制御するプログラムを記憶している。また、上述したように、記憶部４２はヒューズ２の溶断特性を記憶している。

さらに、記憶部４２は、電源１から負荷２１〜２３へ電力を供給する優先順位を記憶している。この優先順位は、負荷２１〜２３のうち電力供給が必要な負荷の序列を示している（以降、負荷の優先順位とも称する）。なお、この優先順位は、負荷の種類や、負荷としての機器又はシステムの動作シーケンスに応じて予め決定されている。

また、記憶部４２は、上述した優先順位に応じて半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａに個別に設定されたデューティ比を記憶している。半導体スイッチのデューティ比とは、半導体スイッチが所定の周期でオン及びオフを繰り返す時に、周期に対して、半導体スイッチがオンしている期間が占める割合である。

より具体的に説明すると、半導体スイッチは、上述したように、ゲート電極に入力される駆動信号によりオン又はオフする。そのため、半導体スイッチのゲート電極にパルス状の駆動信号が入力されると、半導体スイッチは、オン及びオフを繰り返すスイッチング動作を行う。記憶部４２では、この駆動信号のパルス幅を、駆動信号の周期で割った値を、半導体スイッチのデューティ比として記憶している。以降、半導体スイッチをスイッチングさせる、パルス状の駆動信号をＰＷＭ信号と称す。

記憶部４２は、図２（Ａ）に示すように、負荷の優先順位と優先順位に応じて設定されたデューティ比とを、各半導体スイッチに関連付けて記憶している。具体的には、この優先順位とデューティ比は、負荷の優先順位が高ければ、デューティ比が大きくなる関係を有している。例えば、図２（Ａ）に示す表では、負荷２２の優先順位は３つの負荷のうち最も高く（１位）、デューティ比は８０％を示している。また、同表では、負荷２１の優先順位は次に高く（２位）、デューティ比は５０％を示している。さらに、負荷２３の優先順位は３つの負荷のうち最も低く（３位）、デューティ比は４０％を示している。なお、図２（Ａ）は、負荷の優先順位に応じて設定された半導体スイッチのデューティ比を説明するための表である。

また、図２（Ａ）に示す表では、負荷２１の各情報（優先順位とデューティ比）に関連付けられた半導体スイッチとして、半導体スイッチ１１ａが示されている。同様に、負荷２２の各情報に関連付けられた半導体スイッチとして、半導体スイッチ１２ａが示されており、負荷２３の各情報に関連付けられた半導体スイッチとして、半導体スイッチ１３ａが示されている。後述する制御部４４は、複数の半導体スイッチをＰＷＭ制御する際に、記憶部４２に記憶されたこれらの情報を参照して、各半導体スイッチ毎にパルス状の制御信号を生成する。

なお、半導体スイッチに設定される具体的なデューティ比の値は、ヒューズ２の定格電流及び／又は溶断特性、定常状態で負荷に流れる電流値及び雰囲気温度等を考慮して、実験的に求めるのが好ましい。また、半導体スイッチの応答速度、後述する駆動部４３のドライブ能力、制御装置４０と半導体スイッチの間の配線インピーダンス、半導体スイッチの入力インピーダンス等を考慮することがさらに好ましい。例えば、まず、ヒューズ２が溶断しないように、各負荷に流す電流値を負荷の優先順位に応じて決定する。そして、決定した電流値が各負荷に流れるように、具体的なデューティ比の値をそれぞれ決定していく方法が挙げられる。なお、デューティ比の値の決定方法は、上記方法に限定されない。図２に示す表では、３つの負荷に対してそれぞれ異なる優先順位が示されているが、少なくとも２つの負荷の優先順位が異なっていれば優先順位が同位のものを含んでもよい。

また、記憶部４２は、図２（Ｂ）に示すような表を予め記憶していてもよい。図２（Ｂ）は、一部の負荷が停止した際に、負荷の優先順位に応じて設定された半導体スイッチのデューティ比を説明するための図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す表を前提として、負荷２３が停止した際の半導体スイッチ１１ａ、１２ａのデューティ比を示している。図２（Ｂ）の例では、負荷２３が停止した場合に、半導体スイッチ１１ａのデューティ比は７０％に設定され、半導体スイッチ１２ａのデューティ比は９０％に設定される。つまり、図２（Ｂ）では、負荷２３が停止すると、半導体スイッチ１１ａのデューティ比を５０％から７０％へ変更すること、半導体スイッチ１２ａのデューティ比を８０％から９０％へ変更することを示している。なお、記憶部４２は、各負荷の停止の組み合わせに合わせて、図２（Ｂ）に示すような表を予め記憶しておいてもよい。これにより、一部の負荷の停止したとしても、停止した負荷に流れていた電流値を、その他の負荷へ分配することができる。

次に、デューティ比と負荷に流れる電流との関係について、図３を参照しながら説明する。図３は、デューティ比と負荷に流れる電流との関係を説明するための図である。図３（Ａ）は、半導体スイッチに入力される駆動信号又はＰＷＭ信号を示し、図３（Ｂ）は、負荷に流れる電流値を示す。図３（Ａ）において、縦軸は電圧値を示し、横軸は時間を示しており、この図３（Ａ）は、ＰＷＭ信号の推移を示している。電圧値Ｖ_ｏｎでは、半導体スイッチがオンし、電圧値０では、半導体スイッチがオフする。また、図３（Ｂ）において、縦軸は電流値を示し、横軸は時間を示しており、この図３（Ｂ）は、負荷に流れる電流値を示している。

なお、図３（Ａ）に示す点線と、図３（Ｂ）に示す点線はそれぞれ対応している。図３（Ｂ）に点線で示す電流値（電流値Ｉ_１００）は、図３（Ａ）に点線で示す駆動信号（デューティ比１００％）が半導体スイッチに入力された場合の電流値を示している。また、図３（Ａ）に示す実線と、図３（Ｂ）に示す実線もそれぞれ対応している。図３（Ｂ）に実線で示す電流値（電流値Ｉ_５０）は、図３（Ａ）に実線で示すＰＷＭ信号（デューティ比５０％）が半導体スイッチに入力された場合の実質的な電流値を示している。実質的な電流値とは、負荷に流れる電流を時間で平均した電流値である。なお、図３（Ａ）に実線で示すＰＷＭ信号は、周期Ｔに対して幅Ｈの期間（期間Ｈ）は５０％とする。

例えば、図３（Ａ）に示す駆動信号又はＰＷＭ信号が入力される半導体スイッチは、図１に示す半導体スイッチ１１ａとし、図３（Ｂ）に示す電流値の電流が流れる負荷は、図１に示す負荷２１とする。この場合において、図３（Ａ）に点線で示すように、時間０において電圧値Ｖ_ｏｎ（ハイレベル）の駆動信号が半導体スイッチ１１ａに入力されると、半導体スイッチ１１ａはオンする。半導体スイッチ１１ａは、駆動信号がハイレベルを維持するため、オン状態を維持する。このため、図３（Ｂ）に点線で示すように、電源１と負荷２１は、時間が経過しても電気的に接続された状態を維持し、負荷２１には、電源１から電流値Ｉ_１００で示す電流が定常的に流れる。

一方、図３（Ａ）に実線で示すように、デューティ比５０％のＰＷＭ信号は、電圧値Ｖ_ｏｎ（ハイレベル）と電圧値０（ローレベル）を周期Ｔで繰り返すパルス信号であって、ハイレベルの期間が周期Ｔの５０％のパルス信号である。半導体スイッチ１１ａは、ハイレベルの期間（期間Ｈ）にオンするため、当該期間では、電源１と負荷２１が電気的に接続されて、負荷２１には、電源１から電流が流れる。反対に、半導体スイッチ１１ａは、ローレベルの期間（期間Ｌ）にオフするため、当該期間では、電源１と負荷２１が電気的に遮断されて、負荷２１には、電源１から電流が流れない。ＰＷＭ信号はハイレベルとローレベルを周期Ｔで繰り返すパルス信号であるため、半導体スイッチ１１ａは、オン及びオフのスイッチング動作を繰り返す。つまり、半導体スイッチ１１ａにＰＷＭ信号が入力されると、電源１と負荷２１の間では、電流の供給及び遮断が一定周期で繰り返され、負荷２１には、電源１から電流値Ｉ_１００で示す電流が間欠的に流れる。

半導体スイッチにＰＷＭ信号が入力される場合、電源１から負荷２１に流れる実質的な電流値は、半導体スイッチがオンする期間の長さ、言い換えると、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて定まる。図３の例では、半導体スイッチ１１ａにＰＷＭ信号（デューティ比５０％）が入力されると、負荷２１に流れる実質的な電流値は、時間で平均化された電流値（電流値Ｉ_５０）となる。当該電流値は、上述した図３（Ｂ）に点線で示す電流値（電流値Ｉ_１００）の半分程度に相当する。つまり、半導体スイッチをＰＷＭ制御することで、負荷に流れる電流値を半分に制限することができる。本実施形態では、ＰＷＭ制御により、電力分配装置１０に設けられた、各半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのオン及びオフを制御することで、各負荷に流れる電流値を調整する。

図１に戻り、制御装置４０について説明する。駆動部４３には、制御部４４から半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをオン及びオフする制御信号が入力される。駆動部４３は、これらの制御信号の電圧を、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａの動作電圧までレベルシフトさせて、半導体デバイス１１〜１３へ出力する駆動回路である。なお、本実施形態では、制御装置４０に駆動部４３を設けているが、半導体スイッチの動作電圧の範囲と制御部４４が出力する制御信号の電圧範囲が同じ範囲であれば、駆動部４３を設ける必要はない。また、駆動部４３を設ける位置は特に限定されず、駆動部４３を電力分配装置１０の中に設けてもよい。

制御部４４は、記憶部４２に記憶されたプログラムを実行することで、制御装置４０の機能を実現させる動作回路としてのＣＰＵで構成される。なお、動作回路として、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いてもよい。

制御部４４には、受信部４１を介して上位コントローラ３０から指示信号が入力される。制御部４４は、この指示信号に応じて、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをオン及びオフさせる制御信号をそれぞれ生成し、生成した複数の制御信号を駆動部４３に出力する。また、制御部４４は、記憶部４２にアクセスすることができ、記憶部４２に記憶されている、負荷の優先順位に応じて設定された各半導体スイッチのデューティ比を読み出す。

次に、制御部４４が実現する機能について説明する。制御部４４は、ヒューズ２に流れる電流が過渡的に増加する場面において、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをＰＷＭ制御する。

本実施形態に係る制御部４４は、複数の負荷に電力を供給していない状態、いわゆる、無負荷の状態において、突入電流が発生すると、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをＰＷＭ制御する。具体的には、制御部４４は、上位コントローラ３０の指示より、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａを同時にオンさせる必要がある場合、設定された各半導体スイッチのデューティ比に基づいて、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをＰＷＭ制御する。例えば、制御部４４は、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａを同時にオンさせる指示信号を受信すると、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのＰＷＭ制御を開始する。

制御部４４は、記憶部４２に記憶されている、半導体スイッチ１１ａのデューティ比に基づいて、半導体スイッチ１１ａをスイッチングさせる制御信号を生成する。同様に、制御部４４は、記憶部４２に記憶されている、半導体スイッチ１２ａのデューティ比に基づいて、半導体スイッチ１２ａをスイッチングさせる制御信号を生成し、半導体スイッチ１３ａのデューティ比に基づいて、半導体スイッチ１３ａをスイッチングさせる制御信号を生成する。

例えば、記憶部４２は、図２に示すような、負荷の優先順位と、当該優先順位に対応する半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのデューティ比を記憶しているとする。この場合、制御部４４は、半導体スイッチ１１ａをスイッチングさせるために、デューティ比が５０％の制御信号を生成する。同様に、制御部４４は、半導体スイッチ１２ａをスイッチングさせるために、デューティ比が８０％の制御信号を生成する。さらに、制御部４４は、半導体スイッチ１３ａをスイッチングさせるために、デューティ比が４０％の制御信号を生成する。なお、それぞれの制御信号の周期は、同じ周期であってもよいし、異なる周期であってもよい。

また、制御部４４は、各半導体スイッチのＰＷＭ制御を開始してから、所定時間が経過した後に、ＰＷＭ制御を停止し、各半導体スイッチをオン状態に固定させる。これにより、ＰＷＭ制御によって、一時的に各負荷に流れる電流値を減らしていたとしても、各負荷に定常電流を供給することができる。例えば、制御部４４は、ＰＷＭ制御を開始してから所定時間が経過すると、ＰＷＭ制御を停止させるとともに、各半導体スイッチをオン状態に固定させる。なお、所定時間は、半導体スイッチがオンしてから定常状態に収束するまでの時間、半導体スイッチと負荷の間の配線インピーダンス等を考慮して実験的に求めるのが好ましい。また、所定時間の目安として、数ｍｓｅｃ程度が好ましい。この程度の時間であれば、一時的に負荷に流れる電流値が制限されて、電装部品又はシステムの動作が遅くなったとしても、この動作遅延に対する車両の乗員の違和感を低減できる。

制御部４４は、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをスイッチングさせる制御信号を生成すると、この制御信号を駆動部４３に出力する。

ここで、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａがオンした際に発生する突入電流について説明する。突入電流とは、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、又は１３ａがオフ状態からオン状態となった際に、電源１から負荷２１、負荷２２、又は負荷２３の方向に一時的に流れる大電流である。

半導体スイッチ１１ａと負荷２１を例に挙げて説明する。半導体スイッチ１１ａがオンすると、半導体スイッチ１１ａのゲート電極に電圧が印加されて、半導体スイッチ１１ａのドレイン電極とソース電極の間が導通する。ドレイン電極とソース電極の導通により、電源１から負荷２１の方向に突入電流が発生し、電源１から負荷２１に流れる電流値は増加する。所定時間後に、突入電流のピークが発生し、その後、負荷２１が有する容量等により充電され、突入電流は減少する。そして、電源１から負荷２１に流れる電流は、負荷２１の定常電流に収束し、当該定常電流を維持し続ける。

次に、複数の半導体スイッチをＰＷＭ制御した時に、ヒューズ２に流れる突入電流への影響について、図４を参照しながら説明する。図４（Ａ）は、本発明の第１実施形態において、ＰＷＭ制御により、２つの半導体スイッチのうち一方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図４（Ｂ）は、他方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す駆動信号で各半導体スイッチがスイッチングした場合の、各負荷及びヒューズ２に流れる電流の推移を示す図である。図４（Ａ）に示す駆動信号が入力される半導体スイッチは、半導体スイッチ１１ａであり、図４（Ｂ）に示す駆動信号が入力される半導体スイッチは、半導体スイッチ１２ａである。また、図４（Ｃ）において、一点鎖線は、半導体スイッチ１１ａのスイッチングにより負荷２１に流れる電流を示し、点線は、半導体スイッチ１２ａのスイッチングにより負荷２２に流れる電流を示し、実線は、ヒューズ２に流れる電流を示す。

なお、以降では、説明の便宜上、図１に示す負荷２１〜２３のうち、負荷２１、２２を用いて説明する。この場合、上位コントローラ３０は、２つの半導体スイッチ１１ａ、１２ａを同時にオンさせる指示信号を制御部４４に出力するが、上位コントローラ３０が同時にオンさせようとする半導体スイッチの数は、特に限定されない。

制御装置４０は、上位コントローラ３０から出力される指示信号により、半導体スイッチ１１ａ、１２ａを同時にオンさせる必要があると、半導体スイッチ１１ａ、１２ａに対してＰＷＭ制御を開始する。図４（Ａ）に示すように、半導体スイッチ１１ａには、制御装置４０により、デューティ比５０％のＰＷＭ信号が入力される。また、図４（Ｂ）に示すように、半導体スイッチ１２ａには、デューティ比８０％のＰＷＭ信号が入力される。なお、それぞれのＰＷＭ信号のデューティ比は、図２（Ａ）の表に示すデューティ比が反映されている。

また、制御装置４０は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、時間ｔ_ｓｔａを経過すると、半導体スイッチ１１ａ及び半導体スイッチ１２ａのＰＷＭ制御を停止する。そして、制御装置４０は、半導体スイッチ１１ａ及び半導体スイッチ１２ａをオン状態に固定する駆動信号を出力する。図４（Ｃ）に示すように、時間ｔ_ｓｔａ以降、負荷２１、２２には定常状態の電流が流れている。

次に、ヒューズ２に流れる突入電流について説明する。図４（Ｃ）に示すように、時間０において、半導体スイッチ１１ａがデューティ比５０％のスイッチングを開始すると、負荷２１には突入電流が流れる。また、半導体スイッチ１２ａがデューティ比８０％のスイッチングを開始すると、負荷２２には突入電流が流れる。

図３を用いて説明したように、ＰＷＭ制御により半導体スイッチがオン及びオフを一定周期で繰り返すと、電源１から負荷に流れる実質的な電流値は、デューティ比に応じた電流値に相当する。そのため、半導体スイッチ１１ａ、１２ａで発生する突入電流のピーク（電流値Ｉ_ｍａｘ１、電流値Ｉ_ｍａｘ２）を、オン状態に固定した時に半導体スイッチ１１ａ、１２ａで発生する突入電流のピーク（図５（Ｃ）における電流値Ｉ_ｍａｘ１ ^’、電流値Ｉ_ｍａｘ２ ^’）よりも低減させることができる。その結果、ヒューズ２には、図４（Ｃ）に示すような突入電流が流れる。

ここで、ヒューズ２の選定について説明する。一般的には、図１の例のように、電力分配装置１０を介して電源１の電力を複数の負荷へ供給する電力供給システムの場合、各負荷を過電流から保護するため、ヒューズ２には、溶断特性のある機械式のヒューズが用いられる。上述したように、半導体スイッチがオンすると、一時的に突入電流が発生するため、ヒューズ２の選定には、各負荷の定常電流だけでなく、各負荷に流れる突入電流を考慮する必要がある。例えば、図４（Ｃ）に示す突入電流のピーク（電流値Ｉ_{ｍａｘ１２}）がヒューズ２に発生する場合、このピークよりも高い電流値Ｉ_ｔｈ１で溶断するようなヒューズ２を選定することが考えられる。

一方、比較例として、半導体スイッチ１１ａ、１２ａを同時にオンさせた後に、オン状態に固定した際に発生する突入電流について、図５に示す比較例を参照しながら説明する。図５（Ａ）は、比較例において、２つの半導体スイッチを同時にオンさせた際に、一方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図４（Ａ）に対応する図である。図５（Ｂ）は、比較例において、他方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図４（Ｂ）に対応する図である。図５（Ｃ）は、比較例において、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す駆動信号で各半導体スイッチがオンした場合の、各負荷及びヒューズ２に流れる電流の推移を示し、図４（Ｃ）に対応する図である。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、半導体スイッチ１１ａ、１２ａは、一度オンした後に、そのオン状態に固定される。電源１と負荷２１、２２は、電気的に接続された状態を維持するため、一度、電源１から負荷２１、２２に流れる突入電流が発生すると、この突入電流は、遮断されることなく負荷２１、２２へ流れ続ける。そのため、図５（Ｃ）に示すように、負荷２１に流れる突入電流のピーク（電流値Ｉ_ｍａｘ１ ^’）と、負荷２２に流れる突入電流のピーク（電流値Ｉ_ｍａｘ２ ^’）を低減させることができない。その結果、ヒューズ２に流れる突入電流のピーク（電流値Ｉ_{ｍａｘ１２} ^’）も低減させることができない。なお、図５（Ｃ）では、負荷２１に流れる電流を一点鎖線で示し、負荷２２に流れる電流を点線で示し、ヒューズ２に流れる電流を実線で示す。また、図５（Ｃ）では、比較例と第１実施形態を比較するために、図４（Ｃ）に示すヒューズ２に流れる電流を二点鎖線で示すとともに、上述した、第１実施形態におけるヒューズ２の選定の基準となる電流値Ｉ_ｔｈ１を点線で示す。

図５（Ｃ）に示すように、ヒューズ２に流れる突入電流のピーク（電流値Ｉ_{ｍａｘ１２} ^’）は、負荷２１に流れる突入電流のピーク（電流値Ｉ_ｍａｘ１ ^’）と、負荷２２に流れる突入電流のピーク（電流値Ｉ_ｍａｘ２ ^’）の総和と同程度となる。そのため、各負荷の突入電流の総和を考慮して、ヒューズ２を選定しなければならない。例えば、図５（Ｃ）に示す突入電流のピーク（電流値Ｉ_{ｍａｘ１２} ^’）がヒューズ２に発生する場合、このピークよりも高い電流閾値Ｉ_ｔｈ１ ^’で溶断するようなヒューズ２を選定しなければならない。その結果、各負荷の突入電流のピーク（電流値Ｉ_ｍａｘ１ ^’、電流値Ｉ_ｍａｘ２ ^’）に対して、定格電流が過剰に大きいヒューズ２を選定しなければならず、ヒューズ２の大きさを抑制することができない。

これに対して、本実施形態では、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照しながら説明したように、制御装置４０は、複数の半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａを同時にオンさせる指令に対して、複数の半導体スイッチをＰＷＭ制御する。これにより、ヒューズ２に流れる突入電流が低減され、各負荷の突入電流のピークに対して、定格電流が過剰に大きいヒューズ２を選定する必要がなくなる。その結果、定格電流によるヒューズ２の溶断を防止するとともに、ヒューズ２の大きさを抑制できる。また、ヒューズ２に流れる電流値が低減されるため、電力線３を細くすることもできる。これにより、電力供給システム１００全体の小型化や軽量化という効果も得られる。

また、本実施形態では、制御装置４０は、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａを同時にオンさせる指示信号を受信部が受信した場合に、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのＰＷＭ制御を開始する。これにより、負荷２１、２２、２３に流れる突入電流のピークを低減することができるため、突入電流により負荷２１、２２、２３に与えるダメージを抑制できる。また、各負荷へ流れる突入電流を低減されるため、電力分配装置１０と各負荷との間の配線の直径を小さくすることもできる。

さらに、本実施形態では、制御装置４０は、電源１から負荷２１〜２３へ電力を供給する優先順位を記憶している記憶部４２を有している。そして、制御装置４０は、この優先順位に応じて半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａに個別に設定されたデューティ比に従って、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをＰＷＭ制御している。これにより、他の負荷よりも電力が必要な負荷に対して優先的に電力を供給できるため、電源投入シーケンスに与える影響を抑制できる。

本実施形態における「電源１」は本発明における「電源」の一例に相当し、本実施形態における「ヒューズ２」は本発明における「ヒューズ」の一例に相当する。本実施形態における「半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａ」は本発明における「複数の半導体スイッチ」の一例に相当する。本実施形態における「負荷２１〜２３」は本発明における「複数の負荷」の一例に相当する。本実施形態における「受信部４１」は本発明における「受信部」の一例に相当する。本実施形態における「制御装置４０」は本発明における「制御装置」の一例に相当する。本実施形態における「電力供給システム１００」は本発明における「電力供給システム」の一例に相当する。

次に、上述した実施形態と異なる場面で、半導体スイッチをＰＷＭ制御する電力供給システム２００の一例について、図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る電力供給システム２００を示す概要図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

電流センサ２０は、電源１からヒューズ２を介して半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａに流れる直流を検出する電流センサである。電流センサ２０は、ヒューズ２と電力分配装置１０の間に直列に挿入されており、電力線３に設けられている。電流センサ２０は、検出結果を制御装置１４０が備える制御部１４４に出力する。なお、電流センサ２０を設ける位置は、特に限定されず、電源１とヒューズ２の間に直列に挿入してもよい。

本実施形態の制御装置１４０は、上述した実施形態に係る制御装置４０と比べて、制御部１４４が異なる以外は、同様の構成を備えているため、上述した実施形態の説明を援用する。

本実施形態の制御部１４４は、複数の負荷の一部に電力を供給している状態において、突入電流が発生すると、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをＰＷＭ制御する。具体的に、制御部１４４は、電流センサの検出結果から、電源１から負荷２１〜２３のいずれかに電力を供給しているか否かを判定する。例えば、制御部１４４は、電流センサにより検出された電流値が所定の閾値（第１の閾値）よりも大きい場合に、電源１から負荷２１〜２３のいずれかに電力を供給していると判定する。反対に、制御部１４４は、電流センサにより検出された電流値が第１の閾値以下の場合に、電源１から負荷２１〜２３に電力を供給していないと判定する。第１の閾値には、例えば、負荷２１〜２３の定常電流の平均値が挙げられる。なお、第１の閾値は上記平均値に限定されず、他の値を用いてもよい。

制御部１４４は、電源１から負荷２１〜２３に電力を供給しているか否かを判定するとともに、上位コントローラ３０から入力される指示信号を監視する。そして、制御部１４４は、電源１から負荷２１〜２３のいずれかに電力を供給中と判定している間に、上位コントローラ３０の指示より、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのいずれかをオンさせる必要がある場合に、設定された各半導体スイッチのデューティ比に基づいて、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをＰＷＭ制御する。例えば、制御部１４４は、電流センサ２０により検出された電流値が第１の閾値よりも大きい状態において、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのいずれかをオンさせる指示信号を受信すると、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのＰＷＭ制御を開始する。

なお、制御部１４４は、上述した実施形態に係る制御部４４と同様の方法により、ＰＷＭ制御を実行する。ＰＷＭ制御の方法については、上述した実施形態の説明を援用する。

また、制御部１４４は、ＰＷＭ制御する前に既にオン状態であった半導体スイッチと、上位コントローラ３０からオンさせる指示を受けている半導体スイッチに対して、ＰＷＭ制御を行う。例えば、半導体スイッチ１１ａのみがオンしており、負荷２１に電源１の電力を供給している状態において、制御部１４４は、半導体スイッチ１２ａをオンさせる指示信号を受信すると、半導体スイッチ１１ａ、１２ａに対してＰＷＭ制御を開始する。この時に、制御部１４４は、オフしている半導体スイッチ１３ａに対してＰＷＭ制御を行わない。

次に、本実施形態において、ＰＷＭ制御が行われる場面と、ヒューズ２に流れる突入電流について、図７を参照しながら説明する。図７（Ａ）は、本発明の第２実施形態において、２つの半導体スイッチのうち一方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図４（Ａ）に対応する。図７（Ｂ）は、他方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図４（Ｂ）に対応する。図７（Ｃ）は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す駆動信号で各半導体スイッチがスイッチングした場合の、各負荷及びヒューズ２に流れる電流の推移を示す図である。なお、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示す一点鎖線、点線、実線については、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を用いて説明した内容を援用する。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、時間０〜ｔ_ｏｎでは、制御装置１４０は、半導体スイッチ１１ａをオンさせているのに対し、半導体スイッチ１２ａをオフさせている。この期間では、負荷２１のみに電源１の電力が供給されている。

時間ｔ_ｏｎにおいて、制御装置１４０は、上位コントローラ３０から半導体スイッチ１２ａをオンさせる指示信号を受信すると、半導体スイッチ１１ａ、１２ａに対してＰＷＭ制御を開始する。図７の例では、制御装置１４０は、デューティ比５０％で半導体スイッチ１１ａをスイッチングさせる。また、制御装置１４０は、デューティ比８０％で半導体スイッチ１２ａをスイッチングさせる。

時間ｔ_ｏｎにおいて、半導体スイッチ１２ａはオフ状態からオン状態となるため、電源１から負荷２２の方向に突入電流が流れる。しかし、半導体スイッチ１２ａは、デューティ比８０％でスイッチングするため、負荷２２に流れる突入電流（電流値Ｉ_ｍａｘ１）は低減される。この時、半導体スイッチ１１ａは、デューティ比５０％でスイッチングするため、負荷２１には、定常電流のおよそ半分程度の電流（電流値Ｉ_{ｓｔａｔ２}）が流れる。ヒューズ２には、負荷２１に流れる定常電流と負荷２２に流れる突入電流との総和の電流（電流値Ｉ_{ｍａｘ１２}）が流れる。負荷２１、２２に流れる電流は、ＰＷＭ制御によりそれぞれ低減されるため、ヒューズ２に流れる突入電流も低減される。そのため、図７（Ｃ）に示す突入電流のピーク（電流値Ｉ_{ｍａｘ１２}）がヒューズ２に発生する場合、このピークよりも高い電流値Ｉ_ｔｈ２で溶断するようなヒューズ２を選定することが考えられる。

なお、上述した実施形態と同様に、制御装置１４０は、ＰＷＭ制御の実行を開始し、所定時間が経過した後に、半導体スイッチ１１ａ、１２ａをオンさせる処理を実行してもよい。所定時間は、上述した実施形態の時間と同じ時間であってもよいし、異なる時間であってもよい。

このように、本実施形態では、電力供給システム２００は、電源１からヒューズ２を介して半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａへ流れる電流の電流値を検出する電流センサ２０を備えている。また、制御装置１４０は、電流センサ２０により検出された電流値から、電源１の電力を負荷２１〜２３のいずれかに供給中と判定している間に、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのうちいずれか１つ以上の半導体スイッチをオンさせる指示信号を受信した場合に、複数の半導体スイッチのＰＷＭ制御を開始する。これにより、ヒューズ２に電流が流れている状態でさらに突入電流が発生したとしても、当該突入電流を低減できる。その結果、定常状態において、負荷に電力を与える電源投入シーケンスに対して、ヒューズ２の溶断を防止するとともに、ヒューズ２の大きさを抑制できる。

本実施形態における「電流センサ２０」は本発明における「電流センサ」の一例に相当する。

次に、上述した２つの実施形態と異なる場面で半導体スイッチをＰＷＭ制御する電力供給システム３００の一例について説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係る電力供給システム３００を示す概要図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

本実施形態の制御装置２４０は、上述した２つの実施形態に係る制御装置４０、１４０と比べて、制御部２４４が異なる以外は、同様の構成を備えているため、上述した実施形態でした説明を援用する。

本実施形態の制御部２４４は、複数の負荷に電力を供給している状態において、ヒューズ２に流れる電流がヒューズ２の定格電流以上になると、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをＰＷＭ制御する。具体的に、制御部２４４は、電流センサの結果から、電源１から負荷２１〜２３に電力を供給しているか否かを判定する。例えば、制御部２４４は、電流センサにより検出された電流値が所定の閾値（第２の閾値）よりも大きい場合に、電源１から負荷２１〜２３に電力を供給していると判定する。反対に、制御部２４４は、電流センサにより検出された電流値が第２の閾値以下の場合に、電源１から負荷２１〜２３に電力を供給していないと判定する。第２の閾値には、例えば、負荷２１〜２３の定常電流の総和よりも若干小さい電流値が挙げられる。なお、第２の閾値は上記電流値に限定されず、他の値を用いてもよい。

制御部２４４は、電源１から負荷２１〜２３に電力を供給しているか否かを判定するとともに、電流センサ２０の検出結果に基づきヒューズ２に流れる電流を監視する。そして、制御部２４４は、電源１から負荷２１〜２３に電力を供給中と判定している間に、電流センサ２０により検出された電流値が第３の閾値以上になる場合に、設定された各半導体スイッチのデューティ比に基づいて、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａをＰＷＭ制御する。第３の閾値には、ヒューズ２の定格電流の電流値が挙げられ、第２の閾値よりも大きい値が好ましい。

例えば、ヒューズ２として、定格電流が負荷２１〜２３の定常電流の総和よりも大きいヒューズを用いたとする。この場合、制御部２４４は、電流センサ２０により検出された電流値が、ヒューズ２の定格電流以上になると、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのＰＷＭ制御を開始する。

なお、制御部２４４は、上述した２つの実施形態に係る制御部４４、１４４と同様の方法により、ＰＷＭ制御の処理を実行する。ＰＷＭ制御の方法については、上述した実施形態でした説明を援用する。

次に、本実施形態において、ＰＷＭ制御が実行される場面と、ヒューズ２に流れる電流について、図９を参照しながら説明する。図９（Ａ）は、本発明の第３実施形態において、２つの半導体スイッチのうち一方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図９（Ａ）に対応する。図９（Ｂ）は、他方の半導体スイッチに入力される駆動信号を示し、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）に対応する。図９（Ｃ）は、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す駆動信号で各半導体スイッチがスイッチングした場合の、ヒューズ２に流れる電流の推移を示す図である。なお、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示す実線については、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）で説明した内容を援用する。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、時間０〜ｔ_ａｂでは、制御装置１４０は、半導体スイッチ１１ａ、１２ａをオンさせている。この期間では、負荷２１、２２に電源１の電力が供給されている。ヒューズ２には、負荷２１の定常電流と負荷２２の定常電流の総和の電流が流れている。また、制御装置２４０は、電流センサ２０の検出結果に基づいて、ヒューズ２に流れる電流を監視している。

ここで、時間ｔ_ａｂにおいて、電力供給システムに何らかの異常状態が発生したとする。異常状態としては、例えば、電力分配装置１０と負荷２１、２２の間の配線で発生する地絡又は天絡、負荷２１、２２の故障等が挙げられる。このような異常状態により、図９（Ｃ）に示すように、時間ｔ_ａｂにおいて、ヒューズ２に流れる電流は上昇し始める。なお、異常状態は特に限定されるものではない。

時間ｔ_ｐｗｍにおいて、ヒューズ２に流れる電流は、電流値Ｉ_{ｔｈ＿ｐｗｍ}に到達する。図９の例では、電流値Ｉ_{ｔｈ＿ｐｗｍ}をヒューズ２の定格電流相当とする。この場合、制御装置２４０は、電流センサ２０により、ヒューズ２に流れる電流値が定格電流以上なったことを検出し、半導体スイッチ１１ａ、１２ａに対してＰＷＭ制御を開始する。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の例では、制御装置２４０は、時間ｔ_ｐｗｍ以降、デューティ比５０％で半導体スイッチ１１ａをスイッチングさせる。また、制御装置２４０は、デューティ比８０％で半導体スイッチ１２ａをスイッチングさせる。

制御装置２４０により、半導体スイッチ１１ａ、１２ａはスイッチング動作を行うため、負荷２１、２２に流れる電流（不図示）は、それぞれ低減される。そのため、図９（Ｃ）に示すように、ヒューズ２に流れる電流のピーク（電流値Ｉ_{ｍａｘ１２}）を低減させることができる。これにより、ヒューズ２に定格電流を超える電流値の電流が流れたとしても、直ちに電流値を抑制することができ、ヒューズ２の溶断を防止することができる。

このように、本実施形態では、制御装置２４０は、電流センサ２０により検出された電流から、電源１の電力を負荷２１〜２３に供給中と判定している間に、ヒューズ２に流れる電流がヒューズ２の定格電流以上になる場合に、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのＰＷＭ制御を開始する。これにより、ヒューズ２に流れる電流を低減することができ、異常状態によるヒューズ２の溶断を防止できる。また、負荷２１〜２３に対して過電流を流すことを防止できるため、負荷２１〜２３が故障する事態を予め排除できるという効果も得られる。

次に、上述した３つの実施形態と異なる方法で各負荷に流す電流値を調整する電力供給システム４００の一例について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本発明の第４実施形態に係る電力供給システム４００を示す概要図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

電力供給システム４００は、図１０に示すように、電源１、ヒューズ２、８、電力線３、９、２５、負荷２１〜２４、上位コントローラ３０、電力分配装置１１０、及び制御装置３４０を備えている。

電源１は、ヒューズ２、電力線３、２５及び電力分配装置１１０を介して、負荷２１、２２に対して電力を供給している。また、電源１は、ヒューズ８、電力線９、２５及び電力分配装置１１０を介して負荷２３、２４に対して電力を供給している。電源１と接続する電力線２５は、２本に分岐してそれぞれヒューズ２、８の一端と接続している。

本実施形態では、電源１と電力分配装置１１０の間に２つのヒューズ２、８が設けられている。以降では、ヒューズ２を介して電源１の電力が供給される負荷２１、２２を第１グループと称し、ヒューズ８を介して電源１の電力が供給される負荷２３、２４を第２グループと称する。なお、図１０の例では、電源１と電力分配装置１１０の間に２つのヒューズを設けているため、第１グループと第２グループの２つのグループで表せるが、グループの数は特に限定されず、３以上であってもよい。例えば、電源１と電力分配装置１１０の間には、ヒューズをｍ個設けてもよい。ｍ個は２以上の自然数である。また、第１グループ及び第２グループともに、２つの負荷が含まれているが、各グループの負荷の数は特に限定されない。例えば、第１グループの負荷の数と、第２グループの負荷の数は異なっていてもよい。

電力分配装置１１０は、第１グループに対応した、半導体デバイス１１、１２を備え、第２のグループに対応した、半導体デバイス１３、１４を備えている。それぞれの半導体デバイスに含まれる半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａ、及び１４ａのゲート電極には、制御装置３４０の駆動部３４３から駆動信号が入力される。なお、半導体デバイス、半導体スイッチの説明は、上述した実施形態の説明を援用する。

制御装置３４０は、各グループごとに、負荷の優先順位、及び当該優先順位に応じて半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａそれぞれに設定されたデューティ比を記憶している記憶部３４２と、上述した実施形態に係る制御部４４が実現する機能を、各グループごとに実行する制御部３４４を有する。

記憶部３４２は、第１グループの情報として、ヒューズ２の溶断特性、負荷２１、２２の優先順位、及び当該優先順位に応じて設定された半導体スイッチ１１ａ、１２ａそれぞれのデューティ比を記憶している。また、記憶部３４２は、第２グループの情報として、ヒューズ８の溶断特性、負荷２３、２４の優先順位、及び当該優先順位に応じて設定された半導体スイッチ１３ａ、１４ａそれぞれのデューティ比を記憶している。なお、各グループごとに記憶している情報については、上述した実施形態の説明を援用する。

制御部３４４は、上位コントローラ３０からの指示信号により、複数の負荷に電力を供給していない状態、いわゆる、無負荷の状態において、複数の半導体スイッチを同時にオンさせる必要がある場合、各グループごとに、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａをＰＷＭ制御する。例えば、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａを同時にオンさせる指示信号が入力されると、制御部３４４は、第１グループの処理として、半導体スイッチ１１ａ、１２ａそれぞれのデューティ比に基づいて、半導体スイッチ１１ａ、１２ａそれぞれをスイッチングさせる制御信号を生成する。また、制御部３４４は、第２グループの処理として、半導体スイッチ１３ａ、１４ａそれぞれのデューティ比に基づいて、半導体スイッチ１３ａ、１４ａそれぞれをスイッチングさせる制御信号を生成する。なお、半導体スイッチをスイッチングさせる制御信号の生成については、上述した実施形態の説明を援用する。

例えば、負荷２１が負荷２２よりも優先順位が高く、かつ、負荷２３が負荷２４よりも優先順位が高いものとする。記憶部３４２は、優先順位に応じて設定されたデューティ比として、半導体スイッチ１１ａのデューティ比９０％、半導体スイッチ１２ａのデューティ比６０％を記憶しているとする。さらに、記憶部３４２は、優先順位に応じて設定されたデューティ比として、半導体スイッチ１３ａのデューティ比９０％、半導体スイッチ１４ａのデューティ比７０％を記憶しているとする。

この場合、制御部３４４は、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａを同時にオンさせる指示信号が入力されると、第１グループの処理として、半導体スイッチ１１ａをデューティ比９０％でスイッチングさせる制御信号を生成するとともに、半導体スイッチ１２ａをデューティ比６０％でスイッチングさせる制御信号を生成する。また、制御部３４４は、第２グループの処理として、半導体スイッチ１３ａをデューティ比９０％でスイッチングさせる制御信号を生成するとともに、半導体スイッチ１４ａをデューティ比７０％でスイッチングさせる制御信号を生成する。

制御部３４４が上記処理を実行した結果、負荷２１に流れる実質的な電流値は９０％に制限され、負荷２２に流れる実質的な電流値は６０％に制限される。また、負荷２３に流れる実質的な電流値は９０％に制限され、負荷２４に流れる実質的な電流値は７０％に制限される。なお、半導体スイッチ１１ａと半導体スイッチ１３ａのデューティ比は同じ値であるが、これに限定されず、各グループごとに異なるデューティ比であってもよい。

このように、本実施形態では、それぞれの一端が電源１と電気的に接続する複数のヒューズ２、８を備えている。また、半導体スイッチ１１ａ、１２ａはヒューズ２の他端と負荷２１、２２の間をそれぞれ電気的に接続し、半導体スイッチ１３ａ、１４ａはヒューズ８の他端と負荷２３、２４の間をそれぞれ電気的に接続している。これにより、優先順位が最も高い負荷が複数存在したとしても、これらの負荷に対して電流を大幅に減らすことなく、電力を供給することができ、その結果、電源投入シーケンスにおいて、できるだけ多くの電力を必要とする負荷が複数存在するような電力供給システムに対して、柔軟に対応できるとともに、各ヒューズの大きさを抑制できる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上述した第１〜４実施形態では、負荷の優先順位に応じて半導体スイッチに個別に設定されたデューティ比を記憶部４２が記憶している構成を例示したが、これに限定されない。例えば、制御部４４は、記憶部４２に記憶している優先順位から、半導体スイッチ個別に設定するデューティ比を算出してもよい。

また、例えば、上述した第３実施形態では、全ての負荷２１〜２３に電力を供給している状態において、ヒューズ２に流れる電流がヒューズ２の定格電流以上となる場合に、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのＰＷＭ制御を開始する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、２つの負荷２１、２２に電力を供給した場合に定格電流を超えず、全ての負荷２１〜２３に電力を供給した場合に定格電流を超えるようなヒューズ２を選定したとする。そして、半導体スイッチ１１ａ、１２ａをオン状態に固定して、負荷２１、２２に電力を供給している状態において、上位コントローラ３０の指示により、半導体スイッチ１３ａをオンさせる。半導体スイッチ１３ａがオンするため、全ての負荷２１〜２３への電力供給を開始し、ヒューズ２に流れる電流が上昇する。制御部２４４は、電流センサ２０の検出結果から電源１の電力を負荷２１、２２に供給中と判定している間に、ヒューズ２に流れる電流がヒューズ２の定格電流以上になる場合に、半導体スイッチ１１ａ、１２ａ、１３ａのＰＷＭ制御を開始する構成にしてもよい。これにより、電流が流れる全ての負荷を考慮することなく、ヒューズ２の定格電流を決定できるため、ヒューズ２の定格電流を低減させることができる。

さらに、上述した第４実施形態では、第１実施形態に係る制御部４４の機能を実現する制御部３４４を例示したが、これに限定されない。例えば、制御部３４４は、第２、３実施形態に係る制御部１４４、２４４の機能を実現してもよいし、これらの機能を組み合わせた機能を実現してもよい。

１…電源
２…ヒューズ
３…電力線
４…配線
５…配線
６…配線
１０…電力分配装置
１１…半導体デバイス
１１ａ…半導体スイッチ
１１ｂ…還流ダイオード
１２…半導体デバイス
１２ａ…半導体スイッチ
１２ｂ…還流ダイオード
１３…半導体デバイス
１３ａ…半導体スイッチ
１３ｂ…還流ダイオード
２１…負荷
２２…負荷
２３…負荷
３０…上位コントローラ
４０…制御装置
４１…受信部
４２…記憶部
４３…駆動部
４４…制御部

Claims (6)

1. 電源の電力を複数の負荷に供給する電力供給システムであって、
   一端が前記電源と電気的に接続するヒューズと、
   前記ヒューズの他端と前記複数の負荷の間にそれぞれ電気的に接続された複数の半導体スイッチと、
   前記半導体スイッチのオン及びオフの指示信号を受ける受信部を有し、前記複数の半導体スイッチのオン及びオフを制御する制御装置と、
   前記電源から前記ヒューズを介して前記複数の半導体スイッチへ流れる電流を検出する電流センサと、を備え、
   前記制御装置は、前記受信部の受信結果及び前記電流センサの検出結果の少なくとも一方に基づいて、前記複数の半導体スイッチをＰＷＭ制御する電力供給システム。
2. 請求項１に記載の電力供給システムであって、
   前記制御装置は、前記複数の半導体スイッチを同時にオンさせる指示信号を前記受信部が受信した場合に、前記複数の半導体スイッチのＰＷＭ制御を開始する電力供給システム。
3. 請求項１又は２に記載の電力供給システムであって、
   前記制御装置は、前記電流センサの検出結果から前記電源の電力を前記負荷へ供給中と判定している間に、前記複数の半導体スイッチのうちいずれか１つ以上の半導体スイッチをオンさせる指示信号を前記受信部が受信した場合に、前記複数の半導体スイッチのＰＷＭ制御を開始する電力供給システム。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の電力供給システムであって、
   前記制御装置は、前記電流センサの検出結果から前記電源の電力を前記負荷へ供給中と判定している間に、前記電流センサにより検出された前記電流が前記ヒューズの定格電流以上になる場合に、前記複数の半導体スイッチのＰＷＭ制御を開始する電力供給システム。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の電力供給システムであって、
   前記制御装置は、前記電源から前記負荷へ前記電力を供給する優先順位を記憶している記憶部を有し、前記優先順位に応じて各半導体スイッチに個別に設定されたデューティ比に従って、前記複数の半導体スイッチをＰＷＭ制御する電力供給システム。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の電力供給システムであって、
   前記ヒューズは、それぞれの一端が前記電源と電気的に接続する複数のヒューズを含み、
   前記複数の半導体スイッチは、個々の前記ヒューズの他端と前記複数の負荷の間をそれぞれ電気的に接続する電力供給システム。

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