JP2019134581A - Overcurrent protection circuit of vehicle measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用計器の過電流保護回路に関する。 The present invention relates to an overcurrent protection circuit for a vehicle instrument.
従来から、例えば、特許文献1に記載されるように、過電流を遮断するために過電流を検出する手段として電流検出抵抗が用いられていた。
Conventionally, as described in
上記特許文献1の構成では、電流検出抵抗による電圧損失が問題となっていた。
In the configuration of
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、電圧損失を抑制できる車両用計器の過電流保護回路を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said actual condition, and it aims at providing the overcurrent protection circuit of the meter for vehicles which can suppress a voltage loss.
上記目的を達成するため、本発明に係る車両用計器の過電流保護回路は、電源供給部に接続される電源入力部と、車両情報を表示する表示部に接続される電源出力部と、を備える車両用計器の過電流保護回路であって、前記電源入力部と前記電源出力部の間に接続される電力線に設けられ、前記電源出力部に接続されるドレイン端子、前記電源入力部に接続されるソース端子、及びグランドに接続されるゲート端子を有し、PチャネルFETからなる第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子の前記ゲート端子と前記ソース端子の間に接続される抵抗と、一端が前記グランドに接続され、他端が前記電力線における前記第1スイッチング素子と前記電源入力部の間に接続される第1コンデンサと、前記電力線にそれぞれ接続される第1端子及び第2端子を有し、前記電力線に過電流が発生した場合、前記第1端子と前記第2端子の間の電位差の変化に基づきオンすることにより前記第1スイッチング素子の前記ゲート端子に前記第1スイッチング素子をオフさせる電圧を印加する第2スイッチング素子と、一端が前記グランドに接続され、他端が前記第2スイッチング素子の前記第2端子に接続される第2コンデンサと、前記第2コンデンサと前記電力線の間に、自身のカソード端子が前記第2コンデンサを向くように設けられる第1ダイオードと、を備える。 In order to achieve the above object, an overcurrent protection circuit for a vehicle meter according to the present invention comprises a power input unit connected to a power supply unit, and a power output unit connected to a display unit for displaying vehicle information. An overcurrent protection circuit for a vehicle instrument comprising a power line connected between the power input unit and the power output unit, a drain terminal connected to the power output unit, and a connection to the power input unit A first switching element comprising a P-channel FET, and a resistor connected between the gate terminal and the source terminal of the first switching element; One end is connected to the ground, and the other end is connected to the power line and a first capacitor connected between the first switching element and the power input unit in the power line. The gate terminal of the first switching element has one terminal and a second terminal, and is turned on based on a change in potential difference between the first terminal and the second terminal when an overcurrent occurs in the power line. A second switching element that applies a voltage for turning off the first switching element, a second capacitor having one end connected to the ground and the other end connected to the second terminal of the second switching element, A first diode provided between the second capacitor and the power line so that its cathode terminal faces the second capacitor;
本発明によれば、車両用計器の過電流保護回路において、電圧損失を抑制できる。 According to the present invention, voltage loss can be suppressed in an overcurrent protection circuit for a vehicle meter.
本発明に係る過電流保護回路を備える車両用計器の一実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。本実施形態に係る車両用計器は、車速、エンジン回転数等の車両情報を表示する。 An embodiment of a vehicle meter equipped with an overcurrent protection circuit according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The vehicle meter according to the present embodiment displays vehicle information such as vehicle speed and engine speed.
(構成)
図1に示すように、車両用計器1は、電源供給部10と、電源供給部10からの電力に基づき表示部50を駆動させるための駆動電圧Vdを生成する計器ユニット20と、計器ユニット20からの駆動電圧Vdに基づき動作する表示部50と、を備える。
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the
電源供給部10は車載バッテリBtを備える。車載バッテリBtの正極は計器ユニット20の電源端子Pvに接続され、車載バッテリBtの負極は計器ユニット20のグランド端子Pgに接続される。車載バッテリBtは計器ユニット20に電力を供給する。
なお、電源供給部10は、車載バッテリBtに加えて、エンジンの駆動により発電する図示しないオルタネータを備えていてもよい。
The
In addition to the in-vehicle battery Bt, the
表示部50は、計器ユニット20からのPWM信号である駆動電圧Vdを動作電源として、車速、エンジン回転数等の車両情報を表示する負荷である。表示部50は、例えば、液晶表示素子、バックライト等のLED(Light Emitting Diode)又は指針駆動用モータ等を備える。
The
計器ユニット20は、過電流保護機能付きの出力回路30と、電源回路40と、マイコン(マイクロコンピュータ)60と、を備える。
出力回路30は、過電流保護回路の一例であり、表示部50の短絡等に伴う過電流Ioを検知したのち遮断する機能に加えて、マイコン60による制御のもと、表示部50へ出力する駆動電圧Vdを生成する機能も有する。詳しくは、出力回路30は、寄生ダイオードDfが寄生するPチャネルFET(Field Effect Transistor)素子Q1と、NチャネルFET素子Q4と、PNPトランジスタQ2と、NPNトランジスタQ3と、ダイオードD1,D2と、コンデンサC1,C2,C3と、抵抗R1,R2,R3,R4,R5と、電源入力部Pi及び電源出力部Poと、電力線Lvと、を備える。
The instrument unit 20 includes an
The
出力回路30の電源入力部Piは、電源回路40を介して電源供給部10に接続されている。出力回路30の電源出力部Poは表示部50に接続されている。電力線Lvは、電力が供給される電気線であり、電源入力部Piと電源出力部Poの間を連結する。
The power input unit Pi of the
PチャネルFET素子Q1は電力線Lvに設けられ、自身がオンすることにより電力線Lvを導通し、自身がオフすることにより電力線Lvを遮断する。詳しくは、PチャネルFET素子Q1のドレイン端子Dは電源出力部Poに接続されている。PチャネルFET素子Q1のソース端子Sは電源入力部Piに接続されている。PチャネルFET素子Q1のゲート端子GはNチャネルFET素子Q4を介してグランドに接続されている。 The P-channel FET element Q1 is provided on the power line Lv. When the P-channel FET element Q1 is turned on, the P-channel FET element Q1 conducts the power line Lv. Specifically, the drain terminal D of the P-channel FET element Q1 is connected to the power output part Po. The source terminal S of the P-channel FET element Q1 is connected to the power input part Pi. The gate terminal G of the P-channel FET element Q1 is connected to the ground via the N-channel FET element Q4.
寄生ダイオードDfは、PチャネルFET素子Q1に並列に接続されている。寄生ダイオードDfのカソード端子Ctは電源入力部Piを向き、ダイオードD1のアノード端子Anは電源出力部Poを向く。 The parasitic diode Df is connected in parallel to the P-channel FET element Q1. The cathode terminal Ct of the parasitic diode Df faces the power input part Pi, and the anode terminal An of the diode D1 faces the power output part Po.
NチャネルFET素子Q4のソース端子Sは、PチャネルFET素子Q1のゲート端子Gに接続されている。NチャネルFET素子Q4のドレイン端子Dはグランドに接続されている。NチャネルFET素子Q4のゲート端子Gは、抵抗R4を介してマイコン60に接続されている。NチャネルFET素子Q4は、マイコン60による制御のもと、PチャネルFET素子Q1のゲート電圧VGを制御することでPチャネルFET素子Q1をオン又はオフに切り替える。
The source terminal S of the N channel FET element Q4 is connected to the gate terminal G of the P channel FET element Q1. The drain terminal D of the N-channel FET element Q4 is connected to the ground. The gate terminal G of the N channel FET element Q4 is connected to the
抵抗R5の一端は抵抗R4とマイコン60の間に接続され、抵抗R5の他端はグランドに接続されている。
One end of the resistor R5 is connected between the resistor R4 and the
PNPトランジスタQ2、ダイオードD1,D2及びコンデンサC2は、過電流Ioを検知するために設けられる。
PNPトランジスタQ2のベース端子Bは、電力線LvにおけるPチャネルFET素子Q1と電源入力部Piとの間の位置A1に接続されている。PNPトランジスタQ2のエミッタ端子EはコンデンサC2を介してグランドに接続されている。コンデンサC2は、チャージされた電荷によりPNPトランジスタQ2のエミッタ電圧VEを設定するために設けられる。コンデンサC2は、例えば、電解コンデンサである。PNPトランジスタQ2のコレクタ端子CはコンデンサC3を介してグランドに接続されている。コンデンサC3は、PNPトランジスタQ2のチャタリングを抑制する機能に加えて、PNPトランジスタQ2がオンしたときから過電流Ioを遮断するまでの時間をコンデンサC3の容量値を調整することにより延長させる機能を有する。コンデンサC3は、例えばセラミックコンデンサである。
The PNP transistor Q2, the diodes D1 and D2, and the capacitor C2 are provided for detecting the overcurrent Io.
The base terminal B of the PNP transistor Q2 is connected to a position A1 between the P-channel FET element Q1 and the power input part Pi on the power line Lv. The emitter terminal E of the PNP transistor Q2 is connected to the ground via a capacitor C2. Capacitor C2 is provided for setting emitter voltage VE of PNP transistor Q2 by the charged electric charge. The capacitor C2 is, for example, an electrolytic capacitor. The collector terminal C of the PNP transistor Q2 is connected to the ground via a capacitor C3. The capacitor C3 has a function of extending the time from when the PNP transistor Q2 is turned on until the overcurrent Io is cut off by adjusting the capacitance value of the capacitor C3, in addition to the function of suppressing chattering of the PNP transistor Q2. . The capacitor C3 is a ceramic capacitor, for example.
ダイオードD1,D2は、PNPトランジスタQ2におけるエミッタ端子Eとベース端子Bの間に接続されている。ダイオードD1,D2は互いに異なる向きで、かつ並列に接続されている。詳しくは、ダイオードD1のカソード端子CtはコンデンサC2及びPNPトランジスタQ2のエミッタ端子Eを向き、ダイオードD1のアノード端子Anは電力線Lvを向く。ダイオードD2のカソード端子Ctは電力線Lvを向き、ダイオードD2のアノード端子AnはコンデンサC2及びPNPトランジスタQ2のエミッタ端子Eを向く。ダイオードD1,D2は、PNPトランジスタQ2においてエミッタ端子Eとベース端子Bの間の電位差を形成するために設けられる。これにより、ノイズ等の電圧変動により不用意にPNPトランジスタQ2がオン・オフ間で切り替わることが抑制され、PNPトランジスタQ2の動作を安定させることができる。 The diodes D1 and D2 are connected between the emitter terminal E and the base terminal B in the PNP transistor Q2. The diodes D1 and D2 are connected in parallel in different directions. Specifically, the cathode terminal Ct of the diode D1 faces the capacitor C2 and the emitter terminal E of the PNP transistor Q2, and the anode terminal An of the diode D1 faces the power line Lv. The cathode terminal Ct of the diode D2 faces the power line Lv, and the anode terminal An of the diode D2 faces the capacitor C2 and the emitter terminal E of the PNP transistor Q2. The diodes D1, D2 are provided to form a potential difference between the emitter terminal E and the base terminal B in the PNP transistor Q2. Thereby, the PNP transistor Q2 is prevented from being inadvertently switched between on and off due to voltage fluctuations such as noise, and the operation of the PNP transistor Q2 can be stabilized.
NPNトランジスタQ3のベース端子Bは、抵抗R2を介してコンデンサC3とPNPトランジスタQ2のコレクタ端子Cの間に接続されている。抵抗R2は、コンデンサC2からPNPトランジスタQ2を介してNPNトランジスタQ3のベース端子Bへ流れる電流を調整するために設けられている。抵抗R3の一端は抵抗R2とNPNトランジスタQ3のベース端子Bの間に接続され、抵抗R3の他端はグランドに接続されている。抵抗R3は、NPNトランジスタQ3のベース・エミッタ間の電位差を安定させ、ノイズ等の電圧変動によるNPNトランジスタQ3の誤動作を抑制するために設けられている。NPNトランジスタQ3のエミッタ端子Eはグランドに接続されている。また、NPNトランジスタQ3のコレクタ端子Cは、NチャネルFET素子Q4のゲート端子Gと抵抗R4の間に接続されている。NPNトランジスタQ3は、過電流Ioを遮断したときにオンすることにより、マイコン60からのPWM制御信号Spwmをグランドに流し、これにより、PチャネルFET素子Q1及びNチャネルFET素子Q4を強制的にオフさせる。
The base terminal B of the NPN transistor Q3 is connected between the capacitor C3 and the collector terminal C of the PNP transistor Q2 via the resistor R2. The resistor R2 is provided for adjusting the current flowing from the capacitor C2 through the PNP transistor Q2 to the base terminal B of the NPN transistor Q3. One end of the resistor R3 is connected between the resistor R2 and the base terminal B of the NPN transistor Q3, and the other end of the resistor R3 is connected to the ground. The resistor R3 is provided in order to stabilize the potential difference between the base and emitter of the NPN transistor Q3 and to suppress malfunction of the NPN transistor Q3 due to voltage fluctuations such as noise. The emitter terminal E of the NPN transistor Q3 is connected to the ground. The collector terminal C of the NPN transistor Q3 is connected between the gate terminal G of the N-channel FET element Q4 and the resistor R4. The NPN transistor Q3 is turned on when the overcurrent Io is cut off to flow the PWM control signal Spwm from the
コンデンサC1の一端は電力線Lvの位置A2に接続され、コンデンサC1の他端はグランドに接続されている。コンデンサC1は、電力線Lvに供給される電力を安定させるために設けられている。コンデンサC1は、例えば、電解コンデンサである。 One end of the capacitor C1 is connected to the position A2 of the power line Lv, and the other end of the capacitor C1 is connected to the ground. The capacitor C1 is provided to stabilize the power supplied to the power line Lv. The capacitor C1 is, for example, an electrolytic capacitor.
電源回路40は、車載バッテリBtからの電源電圧を受け入れる回路である。電源回路40は、例えば、電源電圧に含まれるノイズを除去するノイズフィルタ、電源電圧に含まれるサージをカットするサージ保護回路又はDC/DCコンバータ等のスイッチングレギュレータ回路等を備える。
The
マイコン60は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等から構成される。マイコン60は、所定のデューティ比を有するPWM制御信号Spwmを生成し、そのPWM制御信号SpwmをNチャネルFET素子Q4のゲート端子Gに出力する。PWM制御信号Spwmは、図2に示すように、Hi及びLoを繰り返す。マイコン60は、過電流Ioが発生していない場合、PWM制御信号SpwmのHiをNチャネルFET素子Q4のゲート端子Gに印加することによりNチャネルFET素子Q4、ひいてはPチャネルFET素子Q1をオンし、PWM制御信号SpwmのLoをNチャネルFET素子Q4のゲート端子Gに印加することによりNチャネルFET素子Q4、ひいてはPチャネルFET素子Q1をオフする。これにより、PWM制御信号Spwmに対応する駆動電圧Vdが生成される。マイコン60は、外部のECU(Electronic Control Unit)からの車両情報に応じて、PWM制御信号Spwmのデューティ比を変化させる。
The
(作用)
次に、図1を参照しつつ、過電流Ioが発生せずに正常範囲内の通常電流Inが電力線Lvに供給される通常時の出力回路30の作用について説明する。通常時においては、通常電流InはコンデンサC1に流れ込むとともに、ダイオードD1を介してコンデンサC2に流れ込む。コンデンサC1,C2の電荷のチャージが完了すると、コンデンサC2には、コンデンサC1よりもダイオードD1の電圧降下分だけ低い電荷がチャージされる。ここで、PNPトランジスタQ2のベース端子BにはコンデンサC1の電位と同等の電圧が印加され、PNPトランジスタQ2のエミッタ端子EにはコンデンサC2の電位と同等の電圧が印加される。よって、PNPトランジスタQ2においては、そのベース電圧VBは、そのエミッタ電圧VEよりもダイオードD1の電圧降下分だけ高くなり、これにより、PNPトランジスタQ2はオフする。PNPトランジスタQ2がオフしているとき、コンデンサC3には電荷がチャージされないため、NPNトランジスタQ3もオフする。
(Function)
Next, the operation of the
この通常時であって、マイコン60からPWM制御信号SpwmのLoが出力されている場合、NチャネルFET素子Q4のゲート端子Gは抵抗R4,R5を介してグランドに接続される。これにより、NチャネルFET素子Q4のゲート・ソース間の電位差が閾値以上となり、NチャネルFET素子Q4はオフする。NチャネルFET素子Q4がオフされると、PチャネルFET素子Q1のソース端子S及びゲート端子Gには抵抗R1を介して同等の電圧が印加される。これにより、PチャネルFET素子Q1のゲート・ソース間の電位差が閾値より小さくなり、PチャネルFET素子Q1はオン条件を満たさず、PチャネルFET素子Q1はオフする。このとき、PチャネルFET素子Q1のドレイン電圧VDは実質0Vである。
In this normal time, when the Lo of the PWM control signal Spwm is output from the
一方、この通常時であって、マイコン60からPWM制御信号SpwmのHiが出力されている場合、NチャネルFET素子Q4のゲート・ソース間の電位差が閾値より小さくなることにより、NチャネルFET素子Q4はオンする。NチャネルFET素子Q4がオンすると、PチャネルFET素子Q1のゲート端子GはNチャネルFET素子Q4を介してグランドに接続される。これにより、PチャネルFET素子Q1のゲート電圧VGは0Vとなる。よって、ゲート・ソース間の電位差が閾値より大きくなることでPチャネルFET素子Q1のオン条件を満たし、PチャネルFET素子Q1はオンとなる。PチャネルFET素子Q1がオンすると、PチャネルFET素子Q1のソース端子Sに入力された電流はドレイン端子Dから電源出力部Poに向けて流れる。
On the other hand, in this normal time, when the Hi of the PWM control signal Spwm is output from the
次に、負荷である表示部50が短絡して過電流Ioが発生したときの出力回路30の作用について説明する。
過電流Ioが発生すると、電力線Lvに印加される電圧は急激に低下する。これにより、コンデンサC1にチャージされた電荷は、電力線Lvに放出されてPチャネルFET素子Q1を通過するように流れる。そして、コンデンサC1の電位が低下すると、コンデンサC2の電荷はダイオードD2を介して電力線Lvに放出される。これにより、ダイオードD2は、PNPトランジスタQ2をオンさせるのに必要なエミッタ・ベース間の電位差、例えば、−0.7Vを発生させる。これと同時に、PNPトランジスタQ2のベース端子Bからも電流が電力線Lvに流れ出す。このように、過電流発生時には、PNPトランジスタQ2はオフからオンに切り替わる。
Next, the operation of the
When the overcurrent Io is generated, the voltage applied to the power line Lv rapidly decreases. Thereby, the electric charge charged in the capacitor C1 is discharged to the power line Lv and flows so as to pass through the P-channel FET element Q1. When the potential of the capacitor C1 decreases, the charge of the capacitor C2 is released to the power line Lv through the diode D2. As a result, the diode D2 generates an emitter-base potential difference, for example, −0.7 V, necessary to turn on the PNP transistor Q2. At the same time, a current flows out from the base terminal B of the PNP transistor Q2 to the power line Lv. Thus, when an overcurrent occurs, the PNP transistor Q2 is switched from off to on.
PNPトランジスタQ2がオンすると、コンデンサC2にチャージされた電荷は、PNPトランジスタQ2のコレクタ端子CからコンデンサC3を経てグランドに流れ出す。これにより、コンデンサC3には電荷がチャージされる。NPNトランジスタQ3をオンするために必要な電位までコンデンサC3に電荷がチャージするためには所定のチャージ時間が必要となる。このチャージ時間は、コンデンサC3の容量値により設定される。よって、PNPトランジスタQ2がオンしてからチャージ時間が経過したとき、コンデンサC3には上記必要な電位まで電荷がチャージされ、NPNトランジスタQ3がオンする。NPNトランジスタQ3がオンすると、NチャネルFET素子Q4のゲート端子GはNPNトランジスタQ3を介してグランドに接続される。このとき、マイコン60からのPWM制御信号SpwmはNPNトランジスタQ3を介してグランドに流れる。これにより、NチャネルFET素子Q4、ひいてはPチャネルFET素子Q1はオフに維持される。従って、過電流Ioを遮断することができる。
When the PNP transistor Q2 is turned on, the charge charged in the capacitor C2 flows from the collector terminal C of the PNP transistor Q2 to the ground via the capacitor C3. As a result, the capacitor C3 is charged. A predetermined charging time is required to charge the capacitor C3 to the potential required to turn on the NPN transistor Q3. This charging time is set by the capacitance value of the capacitor C3. Therefore, when the charge time has elapsed after the PNP transistor Q2 is turned on, the capacitor C3 is charged with the required potential, and the NPN transistor Q3 is turned on. When the NPN transistor Q3 is turned on, the gate terminal G of the N-channel FET element Q4 is connected to the ground via the NPN transistor Q3. At this time, the PWM control signal Spwm from the
次に、図2に示すタイミングチャートに従って、PチャネルFET素子Q1、PNPトランジスタQ2、NPNトランジスタQ3、NチャネルFET素子Q4、PWM制御信号Spwm及び電力線Lvに供給される電流Iの状態を説明する。
過電流Ioが発生しない通常期間T1においては、上述したようにPNPトランジスタQ2及びNPNトランジスタQ3はオフに維持されるとともに、PWM制御信号SpwmのHi及びLoに応じてPチャネルFET素子Q1及びNチャネルFET素子Q4がオン及びオフの間で切り替わる。
時刻taにおいて過電流Ioが発生した直後に、まずPNPトランジスタQ2がオフからオンに切り替わる。そして、PNPトランジスタQ2がオンしてからチャージ時間Tchが経過した時刻tbにおいて、NPNトランジスタQ3はオフからオンに切り替わる。時刻tb以降においてはNPNトランジスタQ3がオンされているため、PチャネルFET素子Q1及びNチャネルFET素子Q4は、PWM制御信号Spwmに関わらず、オフに維持される。これにより、過電流Ioは0Aとなり、過電流Ioから電源回路40を保護することができる。
Next, the state of the current I supplied to the P-channel FET element Q1, the PNP transistor Q2, the NPN transistor Q3, the N-channel FET element Q4, the PWM control signal Spwm, and the power line Lv will be described according to the timing chart shown in FIG.
In the normal period T1 in which the overcurrent Io does not occur, the PNP transistor Q2 and the NPN transistor Q3 are kept off as described above, and the P-channel FET element Q1 and the N-channel according to the Hi and Lo of the PWM control signal Spwm. The FET element Q4 switches between on and off.
Immediately after the occurrence of the overcurrent Io at time ta, the PNP transistor Q2 is first switched from off to on. Then, at time tb when the charge time Tch has elapsed since the PNP transistor Q2 was turned on, the NPN transistor Q3 is switched from off to on. Since the NPN transistor Q3 is turned on after time tb, the P-channel FET element Q1 and the N-channel FET element Q4 are kept off regardless of the PWM control signal Spwm. Thereby, the overcurrent Io becomes 0 A, and the
時刻tb以降、PチャネルFET素子Q1がオフされる期間においては、コンデンサC1,C2には電荷がチャージされる。これにより、PNPトランジスタQ2は通常時と同様の状態となってオフする。このため、コンデンサC3にチャージされた電荷は放出されて、NPNトランジスタQ3をオンに維持できなくなり、NPNトランジスタQ3はオフする。この場合に、マイコン60からPWM制御信号SpwmのHiが出力されると、PチャネルFET素子Q1及びNチャネルFET素子Q4がオンする。このときに、短絡状態が解消されていなければ、出力回路30は、再び、時刻ta以降の動作を行うことにより過電流Ioを遮断する。一方、このときに、短絡状態が解消されていれば、出力回路30は、通常期間T1における動作を行う。
After time tb, during the period when the P-channel FET element Q1 is turned off, the capacitors C1 and C2 are charged. As a result, the PNP transistor Q2 is turned off in the same state as in the normal state. For this reason, the electric charge charged in the capacitor C3 is released, the NPN transistor Q3 cannot be kept on, and the NPN transistor Q3 is turned off. In this case, when Hi of the PWM control signal Spwm is output from the
(効果)
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(effect)
As mentioned above, according to one Embodiment described, there exist the following effects.
(1)車両用計器1の過電流保護回路に相当する過電流保護機能付きの出力回路30は、電源供給部10に接続される電源入力部Piと、車両情報を表示する表示部50に接続される電源出力部Poと、を備える。出力回路30は、電源入力部Piと電源出力部Poの間に接続される電力線Lvに設けられ、電源出力部Poに接続されるドレイン端子D、電源入力部Piに接続されるソース端子S、及びグランドに接続されるゲート端子Gを有し、第1スイッチング素子に相当するPチャネルFET素子Q1と、PチャネルFET素子Q1のゲート端子Gとソース端子Sの間に接続される抵抗R1と、一端がグランドに接続され、他端が電力線LvにおけるPチャネルFET素子Q1と電源入力部Piの間に接続される第1コンデンサに相当するコンデンサC1と、電力線Lvにそれぞれ接続される第1端子に相当するベース端子B及び第2端子に相当するエミッタ端子Eを有し、電力線Lvに過電流Ioが発生した場合、ベース端子Bとエミッタ端子Eの間の電位差の変化に基づきオンすることによりPチャネルFET素子Q1のゲート端子GにPチャネルFET素子Q1をオフさせる電圧を印加する第2スイッチング素子に相当するPNPトランジスタQ2と、一端がグランドに接続され、他端がPNPトランジスタQ2のエミッタ端子Eに接続される第2コンデンサに相当するコンデンサC2と、コンデンサC2と電力線Lvの間に、自身のカソード端子CtがコンデンサC2を向くように設けられる第1ダイオードに相当するダイオードD1と、を備える。
この構成によれば、短絡により過電流Ioが発生したとき、PNPトランジスタQ2がオンすることにより、PチャネルFET素子Q1のゲート端子Gには抵抗R1を介してソース端子Sと同等の電圧が印加される。これにより、PチャネルFET素子Q1はオフし、過電流Ioが遮断される。この構成では、過電流Ioを検出するために従来のように電圧損失が大きい電流検出抵抗が用いられないため、電圧損失を抑制できる。これにより、車載バッテリBtからの電源電圧に近い電圧を表示部50に供給可能である。
また、従来の電流検出抵抗を用いる手法では、電力線に供給される電流が大きくなるほど、過電流判定をするための閾値を大きく設定する必要があるが、この場合には、より小さい抵抗値の誤差の少ない抵抗を用いる必要があり、このような抵抗は一般的に高価であった。上記構成では、電力線Lvに供給される電流が大きい場合であっても、上記高価な抵抗を用いる必要なく、安価に構成できる。
さらに、コンデンサC2及びダイオードD2により、過電流Ioが発生した場合にPNPトランジスタQ2がオンし、かつ通常時にはPNPトランジスタQ2がオフするように、PNPトランジスタQ2のベース・エミッタ間の電位差が制御される。これにより、ノイズ等の電圧変動により不用意にPNPトランジスタQ2がオン・オフ間で切り替わることが抑制され、PNPトランジスタQ2、ひいてはPチャネルFET素子Q1を安定的に動作させることができる。
(1) The
According to this configuration, when an overcurrent Io occurs due to a short circuit, the PNP transistor Q2 is turned on, so that a voltage equivalent to that of the source terminal S is applied to the gate terminal G of the P-channel FET element Q1 via the resistor R1. Is done. As a result, the P-channel FET element Q1 is turned off and the overcurrent Io is cut off. In this configuration, since the current detection resistor having a large voltage loss is not used to detect the overcurrent Io, the voltage loss can be suppressed. Thereby, the voltage close | similar to the power supply voltage from the vehicle-mounted battery Bt can be supplied to the
In addition, in the conventional method using the current detection resistor, it is necessary to set a larger threshold for overcurrent determination as the current supplied to the power line becomes larger. In this case, an error with a smaller resistance value is required. It is necessary to use a low resistance, and such a resistor is generally expensive. In the above configuration, even when the current supplied to the power line Lv is large, the expensive resistor can be used without being expensive.
Furthermore, the potential difference between the base and emitter of the PNP transistor Q2 is controlled by the capacitor C2 and the diode D2 so that the PNP transistor Q2 is turned on when an overcurrent Io is generated and is normally turned off. . This suppresses inadvertent switching of the PNP transistor Q2 between on and off due to voltage fluctuations such as noise, and allows the PNP transistor Q2 and thus the P-channel FET element Q1 to operate stably.
(2)PNPトランジスタQ2は、ベース端子B、エミッタ端子E、及びグランドに接続されるコレクタ端子Cを備える。出力回路30は、PNPトランジスタQ2のコレクタ端子Cとグランドの間に接続される第3コンデンサに相当するコンデンサC3と、コンデンサC3とPNPトランジスタQ2のコレクタ端子Cの間に接続されるベース端子B、グランドに接続されるエミッタ端子E、及びコレクタ端子Cを備える第3スイッチング素子に相当するNPNトランジスタQ3と、グランドに接続されるドレイン端子D、PチャネルFET素子Q1のゲート端子Gに接続されるソース端子S、及びPWM制御信号Spwmを送信するマイコン60とNPNトランジスタQ3のコレクタ端子Cに接続されるゲート端子Gを有し、第4スイッチング素子に相当するNチャネルFET素子Q4と、を備える。
この構成によれば、短絡により過電流Ioが発生したとき、PNPトランジスタQ2がオンすることにより、コンデンサC3への電荷のチャージが開始される。PNPトランジスタQ2がオンしてからチャージ時間Tchが経過すると、コンデンサC3にチャージされた電荷により、NPNトランジスタQ3がオンする。これにより、NチャネルFET素子Q4のゲート端子Gはグランドに接続される。従って、PチャネルFET素子Q1及びNチャネルFET素子Q4は、マイコン60からのPWM制御信号Spwmに関わらず、オフに維持される。チャネルFET素子Q1がオフすることにより過電流Ioが遮断される。
また、上記構成では、過電流Ioが発生していない通常時には、マイコン60は、PWM制御信号SpwmをNチャネルFET素子Q4のゲート端子Gに出力することによりチャネルFET素子Q1をオン及びオフの間で切り替える。これにより、出力回路30は駆動電圧Vdを生成できる。このように、PチャネルFET素子Q1及びNチャネルFET素子Q4は、通常時に駆動電圧Vdを生成するために利用され、過電流発生時にはその過電流Ioを遮断するために利用される。よって、過電流保護のために新たにFETを設ける必要がなく、より簡易な構成を実現できる。
また、上記構成では、過電流Ioが発生していない通常時には、PNPトランジスタQ2及びNPNトランジスタQ3はオフに維持され、電流がグランドに流れることはない。このため、過電流の有無を監視するために必要な電力を低減することができる。
また、出力回路30は、一般的な電気部品であるFET、トランジスタ及びダイオードの組み合わせからなるため、従来に比べて安価に構成することができる。
また、従来、例えば、マイコンは、電力線に印加される電圧値を検知し、その検知した電圧値と過電流判定閾値の比較に基づき過電流が発生したか否かを判定することが考えられる。しかし、この従来の構成では、PWM制御信号のデューティ比の変化に合わせて複数の過電流判定閾値を設定する必要があった。また、PWM制御信号のデューティ比が小さい場合、検知される電圧値の平均値が0Vに近づくため、過電流発生時の電圧低下との判別が困難であった。上記本実施形態の構成では、出力回路30は、PWM制御信号Spwmのデューティ比の変化に関わらず、過電流Ioを遮断することができる。このため、上記本実施形態の構成では、この従来の構成のような問題は生じない。
(2) The PNP transistor Q2 includes a base terminal B, an emitter terminal E, and a collector terminal C connected to the ground. The
According to this configuration, when an overcurrent Io occurs due to a short circuit, the PNP transistor Q2 is turned on to start charging the capacitor C3. When the charge time Tch elapses after the PNP transistor Q2 is turned on, the NPN transistor Q3 is turned on by the charge charged in the capacitor C3. Thereby, the gate terminal G of the N channel FET element Q4 is connected to the ground. Therefore, the P-channel FET element Q1 and the N-channel FET element Q4 are kept off regardless of the PWM control signal Spwm from the
In the above configuration, during normal times when no overcurrent Io is generated, the
In the above configuration, the PNP transistor Q2 and the NPN transistor Q3 are kept off during normal times when the overcurrent Io is not generated, and no current flows to the ground. For this reason, electric power required in order to monitor the presence or absence of overcurrent can be reduced.
Further, since the
Conventionally, for example, it is conceivable that the microcomputer detects a voltage value applied to the power line and determines whether or not an overcurrent has occurred based on a comparison between the detected voltage value and an overcurrent determination threshold. However, in this conventional configuration, it is necessary to set a plurality of overcurrent determination thresholds in accordance with a change in the duty ratio of the PWM control signal. In addition, when the duty ratio of the PWM control signal is small, the average value of the detected voltage values approaches 0 V, so that it is difficult to distinguish from a voltage drop when an overcurrent occurs. In the configuration of the present embodiment, the
(3)出力回路30は、コンデンサC2と電力線Lvの間に、自身のカソード端子Ctが電力線Lvを向くようにダイオードD1と並列に設けられる第2ダイオードに相当するダイオードD2を備える。
この構成によれば、ダイオードD2により、PNPトランジスタQ2のベース・エミッタ間の電位差が制御される。これにより、通常時に、ノイズ等の電圧変動によりPNPトランジスタQ2が誤ってオン状態となることを抑制し、PNPトランジスタQ2の動作を安定させることができる。
(3) The
According to this configuration, the potential difference between the base and the emitter of the PNP transistor Q2 is controlled by the diode D2. Thereby, it is possible to suppress the PNP transistor Q2 from being erroneously turned on due to voltage fluctuations such as noise during normal times, and to stabilize the operation of the PNP transistor Q2.
(変形例)
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
(Modification)
In addition, the said embodiment can be implemented with the following forms which changed this suitably.
上記実施形態においては、出力回路30は、ダイオードD1,D2を一つずつ備えていたが、複数個ずつ備えていてもよい。例えば、図3に示すように、複数のダイオードD1a〜D1nは直列に接続され、複数のダイオードD2a〜D2nは直列に接続されている。なお、「n」は任意の自然数である。直列に接続されるダイオードD1a〜D1nと直列に接続されるダイオードD2a〜D2nは互いに並列に接続される。この構成によれば、ダイオードD1a〜D1n,D2a〜D2nによる電圧降下により、PNPトランジスタQ2のエミッタ・ベース間の電位差を大きく設定し易い。これにより、PNPトランジスタQ2の動作を安定させることができる。
また、図3に示すように、出力回路30は、コンデンサC2と並列に接続される抵抗R6を備えていてもよい。抵抗R6によりダイオードD1a〜D1nの順方向電圧を飽和電圧に近づけることができる。
In the above embodiment, the
Further, as shown in FIG. 3, the
また、NPNトランジスタQ3のコレクタ端子Cは、図3に示すように、マイコン60に接続されていてもよい。この場合、マイコン60は、過電流発生時に、NPNトランジスタQ3がオンすることを検知すると、NチャネルFET素子Q4のゲート端子GにLoを出力する。
Further, the collector terminal C of the NPN transistor Q3 may be connected to the
上記実施形態における図1に示す出力回路30のマイコン60を代替する他の回路構成によって実現してもよい。
You may implement | achieve by the other circuit structure which substitutes for the
上記実施形態において、出力回路30は、PチャネルFET素子Q1の上流側(ドレイン端子D側)にツェナーダイオード等のサージアブソーバーを備えていてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態においては、コンデンサC1,C2は電解コンデンサであったが、電解コンデンサに限らず、セラミックコンデンサ又はタンタルコンデンサであってもよい。同様に、コンデンサC3はセラミックコンデンサであったが、セラミックコンデンサに限らず、電解コンデンサ又はタンタルコンデンサであってもよい。 In the above embodiment, the capacitors C1 and C2 are electrolytic capacitors, but are not limited to electrolytic capacitors, and may be ceramic capacitors or tantalum capacitors. Similarly, the capacitor C3 is a ceramic capacitor, but is not limited to a ceramic capacitor, and may be an electrolytic capacitor or a tantalum capacitor.
上記実施形態におけるトランジスタQ2,Q3はFETであってもよい。この場合、FETのオン条件は、上記実施形態と同様の作用及び効果を奏するように設定される。 The transistors Q2 and Q3 in the above embodiment may be FETs. In this case, the ON condition of the FET is set so as to exhibit the same operation and effect as in the above embodiment.
1 車両用計器
10 電源供給部
20 計器ユニット
30 出力回路
40 電源回路
50 表示部
60 マイコン
130 過電流保護回路
C1,C2,C3 コンデンサ
D1,D2,D1a〜D1n,D2a〜D2n ダイオード
Q1 PチャネルFET素子
Q2 PNPトランジスタ
Q3 NPNトランジスタ
Q4 NチャネルFET素子
R1,R2,R3,R4,R5,R6 抵抗
Bt 車載バッテリ
Lv 電力線
Spwm PWM制御信号
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電源入力部と前記電源出力部の間に接続される電力線に設けられ、前記電源出力部に接続されるドレイン端子、前記電源入力部に接続されるソース端子、及びグランドに接続されるゲート端子を有し、PチャネルFETからなる第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子の前記ゲート端子と前記ソース端子の間に接続される抵抗と、
一端が前記グランドに接続され、他端が前記電力線における前記第1スイッチング素子と前記電源入力部の間に接続される第1コンデンサと、
前記電力線にそれぞれ接続される第1端子及び第2端子を有し、前記電力線に過電流が発生した場合、前記第1端子と前記第2端子の間の電位差の変化に基づきオンすることにより前記第1スイッチング素子の前記ゲート端子に前記第1スイッチング素子をオフさせる電圧を印加する第2スイッチング素子と、
一端が前記グランドに接続され、他端が前記第2スイッチング素子の前記第2端子に接続される第2コンデンサと、
前記第2コンデンサと前記電力線の間に、自身のカソード端子が前記第2コンデンサを向くように設けられる第1ダイオードと、を備える、
車両用計器の過電流保護回路。 An overcurrent protection circuit for a vehicle meter comprising a power input unit connected to a power supply unit and a power output unit connected to a display unit for displaying vehicle information,
A drain terminal connected to the power output unit, a source terminal connected to the power input unit, and a gate terminal connected to the ground, provided on a power line connected between the power input unit and the power output unit A first switching element comprising a P-channel FET,
A resistor connected between the gate terminal and the source terminal of the first switching element;
A first capacitor having one end connected to the ground and the other end connected between the first switching element in the power line and the power input unit;
A first terminal and a second terminal connected to the power line, respectively, and when an overcurrent occurs in the power line, the power line is turned on based on a change in potential difference between the first terminal and the second terminal; A second switching element that applies a voltage for turning off the first switching element to the gate terminal of the first switching element;
A second capacitor having one end connected to the ground and the other end connected to the second terminal of the second switching element;
A first diode provided between the second capacitor and the power line so that its cathode terminal faces the second capacitor;
Overcurrent protection circuit for vehicle meters.
前記過電流保護回路は、
前記第2スイッチング素子の前記コレクタ端子と前記グランドの間に接続される第3コンデンサと、
前記第3コンデンサと前記第2スイッチング素子の前記コレクタ端子の間に接続されるベース端子、前記グランドに接続されるエミッタ端子、及びコレクタ端子を備えるNPNトランジスタからなる第3スイッチング素子と、
前記グランドに接続されるドレイン端子、前記第1スイッチング素子の前記ゲート端子に接続されるソース端子、及びPWM制御信号を送信するマイコンと前記第3スイッチング素子の前記コレクタ端子に接続されるゲート端子を有し、NチャネルFETからなる第4スイッチング素子と、を備える、
請求項1に記載の車両用計器の過電流保護回路。 The second switching element comprises a PNP transistor comprising a base terminal as the first terminal, an emitter terminal as the second terminal, and a collector terminal connected to the ground,
The overcurrent protection circuit is
A third capacitor connected between the collector terminal of the second switching element and the ground;
A third switching element comprising an NPN transistor comprising a base terminal connected between the third capacitor and the collector terminal of the second switching element, an emitter terminal connected to the ground, and a collector terminal;
A drain terminal connected to the ground, a source terminal connected to the gate terminal of the first switching element, a microcomputer transmitting a PWM control signal, and a gate terminal connected to the collector terminal of the third switching element. And a fourth switching element made of an N-channel FET.
The overcurrent protection circuit of the vehicle meter according to claim 1.
請求項1又は2に記載の車両用計器の過電流保護回路。 A second diode provided between the second capacitor and the power line in parallel with the first diode so that its cathode terminal faces the power line;
The overcurrent protection circuit for the vehicle meter according to claim 1 or 2.
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