JP2006208153A - 診断機能付スイッチ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーに代えてＦＥＴスイッチを用いることにより上記課題を解消し、スイッチの状態も常時監視することが可能な診断機能付スイッチ回路を提供する。
【解決手段】直流電圧の供給側とこの直流電圧を受ける受信側の間に接続されるスイッチ回路であって、直列に接続した２つのＦＥＴスイッチを２系統有するＦＥＴスイッチ部と、前記ＦＥＴスイッチ部を、通常時は２系統共にＯＮにし、診断時は１系統単位でＯＦＦにする制御回路と、前記直列接続したＦＥＴ間とＧＮＤとの間に接続した診断用の抵抗と、前記制御回路の動作状態を認識して、前記診断用の抵抗の電圧レベルを検出し、通常時は前記ＦＥＴスイッチ部に印加されている電圧が検出されるとき、また診断時は０Ｖが検出されるときを、それぞれ正常と判定し、それ以外の電圧レベルが検出されるときは異常と判定する診断回路を備える。

【選択図】 図１

Description

本発明は、稼動中の動作診断が可能な診断機能付スイッチ回路に関するものである。

電圧を負荷に供給する等の回路において、供給電圧と負荷との間に、接点スイッチを用いたスイッチ回路を設け、通常時はオン（ＯＮ）状態であるが、まれに発生する緊急事態等ではオフ（ＯＦＦ）状態にするようにしたものがある。このようなスイッチ回路では、緊急事態等でオフ（ＯＦＦ）状態にすべきときに、スイッチがＯＮ状態に固着されたままでＯＦＦ状態に切換えできないときは、事前にその異常を検知し、しかるべき対応がとれるようにするための自己診断機能を有するものがある。

この種のスイッチ回路に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００５−３５２２号公報（段落００２２〜００３９、図１〜５）

図３は特許文献１に記載の診断回路に同等な従来のスイッチ回路の一例を示す構成図である。このスイッチ回路は、２組のｃ接点リレー（以下単にリレーという）１と２、各リレーを制御する制御回路３と、各リレーのｂ接点にそれぞれ接続された抵抗Ｒ１とＲ２、この抵抗Ｒ１とＲ２に発生する電圧レベルを診断する診断回路４から構成される。なお、診断回路４は前記制御回路３の動作に同期して動作するように構成されている。

このスイッチ回路は、電圧Ｅボルト（以下ボルトをＶと表記する）の直流電源１０の高圧側と負荷１１の間に挿入接続される。なお、直流電源１０の低圧側と、負荷１１の他端および前記抵抗Ｒ１とＲ２の他端は共通接続されている。

このような構成において、通常時は、制御回路３の制御により、リレー１，２のｃ接点（共通接点）は共にａ接点側にオン（ＯＮ）している。診断時は、制御回路３の制御により、リレー１，２を１点ずつｂ接点側にＯＮさせる。リレー１，２を同時にｂ接点側にＯＮにはしない。
スイッチ回路が正常であれば、診断回路４では、ａ接点側ＯＮ時には０Ｖ、ｂ接点側へＯＮしたときには当該リレー側に接続された抵抗（Ｒ１またはＲ２）に生じる所定電圧が観測できる。診断回路４は、抵抗に生じた所定電圧値が異常であればリレーの異常と診断し、対応した処置、例えば表示や警報出力を行う。

しかし、このような従来のスイッチ回路では次のような課題がある。
（１）リレーの使用に下記のようなデメリットがある。
・実装面積や体積が大であり、チャタリングが発生し、消費電力が大である。
・寿命があり、使用温度範囲が狭く、信頼性が低い。
・動作速度が遅い。
・価格が高い。
（２）リレーが動作することは診断できるが、ｂ接点側に正常に接触しているかどうかが不明確である。

本発明の目的は、このような課題を解消するものであり、リレーに代えてＦＥＴスイッチを用いることにより上記課題を解消し、スイッチの状態も常時監視することが可能な診断機能付スイッチ回路を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
直流電圧の供給側とこの直流電圧を受ける受信側の間に接続されるスイッチ回路であって、
直列に接続した２つのＦＥＴスイッチを２系統有するＦＥＴスイッチ部と、
前記ＦＥＴスイッチ部を、通常時は２系統共にＯＮにし、診断時は１系統単位でＯＦＦにする制御回路と、
前記直列接続したＦＥＴ間とＧＮＤとの間に接続した診断用の抵抗と、
前記制御回路の動作状態を認識して、前記診断用の抵抗の電圧レベルを検出し、通常時は前記ＦＥＴスイッチ部に印加されている電圧が検出されるとき、また診断時は０Ｖが検出されるときを、それぞれ正常と判定し、それ以外の電圧レベルが検出されるときは異常と判定する診断回路
を備えたことを特徴とする。

このような構成により次のような効果が発揮される。すなわち、実装面積や体積が小さく、チャタリングが発生せず、消費電力が小さく、また、寿命が長く、使用温度範囲が広く、信頼性が高い。また安価であり、動作速度が速い。さらに、スイッチの状態も常時監視することができる。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の診断機能付スイッチ回路において、
前記直列に接続した各２つのＦＥＴスイッチは、ソース極同士を接続したＮチャンネル同士、およびＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴであり、
この２系統の前記ＭＯＳＦＥＴと前記制御回路間に、絶縁用のフォトＭＯＳドライバがそれぞれ接続されたことを特徴とする。

このような構成によれば、ＦＥＴに存在する既成ダイオードの向きが逆向きにでき、電流の回り込みをなくし、診断の検出率を上げることができる。

この場合、請求項３のように、前記ＦＥＴスイッチ部と前記フォトＭＯＳドライバを一体化したフォトＭＯＳリレーを使用することもできる。
また、請求項４のように、前記診断用の抵抗の接続基準を、前記ＧＮＤではなく、前記電圧の供給側へ接続するようにもできる。
また、請求項５のように、前記診断用の抵抗は、複数にして分圧できるように構成することができる。これにより診断回路の動作電圧を小さくすることができる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
実装面積や体積が小さく、チャタリングが発生せず、消費電力が小さく、また、寿命が長く、使用温度範囲が広く、信頼性が高い。また安価であり、動作速度も速く、さらに、スイッチの状態も常時監視することができる。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る診断機能付スイッチ回路の一実施例を示す構成図である。図１において図３と異なる所は、ＦＥＴスイッチの部である。なお、図３と同一の構成要素についてはその説明を省略する。

ＦＥＴスイッチ部は、従来のリレー１，２に代わるもので、直列に接続した２つのＦＥＴスイッチを２系統有する。１組は直列接続された２つのスイッチＳＷ１１とＳＷ１２であり、他の１組は直列接続された２つのスイッチＳＷ２１とＳＷ２２である。そしてこの２組のスイッチは、並列接続されている。
抵抗Ｒ１はスイッチＳＷ１１とＳＷ１２の共通接続点に、また抵抗Ｒ２はスイッチＳＷ２１とＳＷ２２の共通接続点に、それぞれ接続されている。

このような構成における動作を次に説明する。スイッチＳＷ１１とＳＷ１２の組と、スイッチＳＷ２１とＳＷ２２の組とは、通常時は共にＯＮである。このとき、抵抗Ｒ１とＲ２の電圧レベルは診断回路４にて測定される。
診断時は、スイッチＳＷ１１とＳＷ１２、またはＳＷ２１とＳＷ２２のいずれか一方を、ＯＦＦにする。ＯＦＦにした方のスイッチに接続されている抵抗（Ｒ１またはＲ２）の電圧レベルは０Ｖとなり、診断回路４にて観測される。

上記スイッチのＯＮ固着時あるいはＯＦＦ固着時に、上記以外の電圧レベルが観測されれば、それは故障が発生したことを意味し、診断回路４は測定電圧からその故障発生を検出することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

例えば、図２に示すような構成としてもよい。図１の構成と異なるところは、フォトＭＯＳドライバを使用することにより、スイッチ部と制御回路３間を絶縁した点である。

この場合、スイッチＳＷ１１とＳＷ１２はＮ型ＭＯＳＦＥＴ同士、ＳＷ２１とＳＷ２２もＮ型ＭＯＳＦＥＴ同士である。なお、すべてのスイッチがＰ型、あるいはスイッチＳＷ１１とＳＷ１２はＮ型でＳＷ２１とＳＷ２２がＰ型同士、またはその逆にしてもよい。
そして直列接続のＦＥＴ（ＳＷ１１とＳＷ１２、およびＳＷ２１とＳＷ２２）はソース・ドレインの向きが逆になるようにソース極同士を接続し、ＦＥＴに存在する既成ダイオードの向きが逆向きになるようにする。これにより、電流の回り込みをなくし、診断の検出率を上げることができる。
また、診断用の各抵抗を、図示のように、それぞれ２つにして分圧することにより、診断回路４の動作電圧を小さくすることもできる。

また、図１および図２における診断抵抗Ｒ１とＲ２（またはＲ１２とＲ２２）の基準はＧＮＤに限るものではなく、例えば、電圧の供給側へ接続してもよい。
また、実施例では、本発明のスイッチ回路の入力には直流電源、出力には負荷が接続された例を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、入力には直流電圧、出力にはその直流電圧を受信する回路や装置であっても構わない。

本発明に係る診断機能付スイッチ回路の一実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 従来のスイッチ回路の一例を示す構成図である。

符号の説明

３ 制御回路
４ 診断回路
１０ 直流電源
１１ 負荷
７、８ フォトＭＯＳドライバ
ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２２ スイッチ
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２ 抵抗

Claims (5)

1. 電圧の供給側とこの電圧を受ける受信側の間に接続されるスイッチ回路であって、
   直列に接続した２つのＦＥＴスイッチを２系統有するＦＥＴスイッチ部と、
   前記ＦＥＴスイッチ部を、通常時は２系統共にＯＮにし、診断時は１系統単位でＯＦＦにする制御回路と、
   前記直列接続したＦＥＴ間とＧＮＤとの間に接続した診断用の抵抗と、
   前記制御回路の動作状態を認識して、前記診断用の抵抗の電圧レベルを検出し、通常時は前記ＦＥＴスイッチ部に印加されている電圧が検出されるとき、また診断時は０Ｖが検出されるときを、それぞれ正常と判定し、それ以外の電圧レベルが検出されるときは異常と判定する診断回路
   を備え、稼動中の動作診断が可能であることを特徴とする診断機能付スイッチ回路。
2. 請求項１に記載の診断機能付スイッチ回路において、
   前記直列に接続した各２つのＦＥＴスイッチは、ソース極同士を接続したＮチャンネル同士、またはＰチャンネル同士のＭＯＳＦＥＴであり、
   この２系統の前記ＭＯＳＦＥＴと前記制御回路間に、絶縁用のフォトＭＯＳドライバがそれぞれ接続された
   ことを特徴とする診断機能付スイッチ回路。
3. 前記ＦＥＴスイッチ部と前記フォトＭＯＳドライバが一体化されたフォトＭＯＳリレーを使用することを特徴とする請求項２に記載の診断機能付スイッチ回路。
4. 前記診断用の抵抗の接続基準は、前記ＧＮＤではなく前記電圧の供給側へ接続したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の診断機能付スイッチ回路。
5. 前記診断用の抵抗は、複数にして分圧できるように構成し、診断回路の動作電圧を低くすることを可能にしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の診断機能付スイッチ回路。
   

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