JPH0281515A - 負荷駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は出力短絡の保護機能を有する負荷駆動回路に
関する。

［従来の技術］ 最近の自動車における各種制御系の電子化は目覚ましい
ものがある。

しかして、従来、このような自動車に用いられる電子ユ
ニットとして、第６図に示すようなリレー、バルブある
いはモータなどの負荷を駆動する負荷駆動回路がある。

このものは、通常５Ｖで駆動されるマイクロコンピュー
タなどの制御装置１により電圧シフト回路２を介して駆
動スイッチ回路３を制御し、この駆動スイッチ回路３を
介して負荷４を駆動するようにしている。この場合、駆
動スイッチ回路３側に電源線５、負荷４側にアース６が
接続される。

ところで、一般に自動車では、電源線５をバッテリの正
極端子に接続し、アース６をシャーシに接続するように
している。このため、仮に自動車内に配線される駆動ス
イッチ回路３と負荷４の間の負荷駆動線７の被覆が破損
して直接シャーシに接触すると、駆動スイッチ回路３が
オン状態にあると、駆動スイッチ回路３に過大な電流が
流れ、駆動スイッチ回路３のスイッチ素子などを破壊し
、電子ユニットの使用を不能にするだけでなく、火災の
発生を招（おそれがあった。

そこで、従来、駆動スイッチ回路３に過大電流が流れる
のを制限するため、第７図および第８図に示すような電
流制限機能を持たせたものが考えられている。第７図の
ものは、制御装置１の出力端子ＰにｒＨＪ出力を発生す
ると、抵抗Ｒ１、Ｒ２の間の分圧電圧によりトランジス
タＱｌをオンし、駆動トランジスタＱ２にベース電流を
流し、同駆動トランジスタＱ２をオンして、負荷４を駆
動するようになるが、ここで、駆動トランジスタＱ２の
エミッタに抵抗Ｒを接続することにより、定電流駆動出
力を得るようにしている。また、第８図のものも、第７
図と同様な動作により駆動トランジスタＱ２をオンして
、負荷４を駆動するようになるが、ここでは駆動トラン
ジスタＱ２のベースに電流制限抵抗Ｒを接続することに
より、出力電流をベース電流のｈｆ’ｅ倍に制限するよ
うにしている。

ところで、バッテリの電圧を１２Ｖとすると、２．４Ｗ
の負荷を駆動するには、少なくとも２００ｍＡの駆動電
流が必要とされている（実際には、駆動トランジスタを
十分に飽和させるために、もう少しの駆動電流が必要で
ある。）。

このような条件の下で、通常時は、駆動トランジスタに
は、はとんど電圧がかかつておらず、消費電力も非常に
小さい。ちなみに、駆動トランジスタの飽和電圧を０．
２Ｖとすると、０．２ＶＸ２００ｍＡ−４０ｍＷ程度で
ある。

ところが、上述したように負荷駆動線７がアス６（シャ
ーシ）に接触したような場合は、１２ＶＸ２００ｍＡ−
２，４Ｗとなり、かなり大きな電力を消費することにな
る。このことは、はとんど起り得ない負荷駆動線７がシ
ャーシに接触した場合を想定して、駆動トランジスタＱ
２に許容消費電力の大きなをものを使用して電子ユニッ
トの回路設計をしなくてはならないことであり、トラン
ジスタの消費電力を大きくすることで、放熱板などが必
要となり、価格面だけでなくスペースなどの点で不利に
なり、さらには、電子ユニット内部の温度上昇によりユ
ニット基板での高密度実装化なども制限され、小型化へ
の障害にもなっていた。

［発明が解決しようとする課題］ このように従来のものは、負荷駆動線がシャーシに接触
した場合を想定して、駆動トランジスタに一、、１（容
消費電力の大きなをものを使用するようにしているため
、放熱板などが必要となり、価格面だけでなく取付はス
ペースなどの点で不利になり、さらには、電子ユニット
内部の温度上昇によりユニット基板での高密度実装化な
ども制限され、電子ユニットの小型化への障害になる問
題点があった。

そこで、この発明の目的とするところは、負荷駆動用ト
ランジスタでの発熱を防止し、トランジスタの小容量化
を可能にするとともに、電子ユニットの小型化および低
価格化に大いに寄与できる負荷駆動回路の保護回路を提
供するにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、電源が供給される負荷に直列に接続され、
該負荷のオンオフ状態を制御する第１のトランジスタを
、負荷のオンオフ制御指令に応動する第２のトランジス
タによりオンオフ制御するとともに、この第２のトラン
ジスタを上記第１のトランジスタに流れる過電流に応動
する制御回路により上記第１のトランジスタをオフさせ
るように動作せしめるようになっている。

［作用］ この発明によれば、γに源とアース間の短絡事故などに
より、負荷に直列に接続された負荷駆動用のトランジス
タに過電流が流れると、このトランジスタを直ちにオフ
することができ、トランジスタでの発熱を未然に防止で
きるので、トランジスタの小容量化を図ることができる
。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面にしたがい説明する。

第１図は、同実施例の回路構成を示すものである。図に
おいて、１１は制御装置で、この制御装置１１は、＋５
Ｖの別電源により駆動されるマイクロコンピュータより
なっている。この制御装置１１は、出力端子ＰにｒＨＪ
レベル、ｒＬＪレベルの出力の他に、ハイインピーダン
ス状態を設定できるようにしたもので、常時ｒＬＪレベ
ル出力を発生し、負荷駆動の場合、パルス状のｒＨＪレ
ベル出力を発生したのち、直ちにハイインピーダンス状
態になるようにしている。このような動作は、通常のマ
イクロコンピュータの制御回路では簡単に応じることが
できる。

制御装置１１の出力端子Ｐは、抵抗Ｒ１１を介してアー
スに接続するとともに、抵抗Ｒ１３を介してトランジス
タＱｌｌのベースに接続する。抵抗Ｒ１３は、制御装置
１１の出力端子ＰよりトランジスタＱｌｌに過大電流が
流れるのを防止するものである。

この抵抗ＲＨは後述する抵抗Ｒ１１とＲ１４の接続点と
制御装置１１の出力端子Ｐとの間に接続してもよい。

トランジスタＱｌｌは、エミッタをアースに接続し、コ
レクタを抵抗Ｒ１２を介して負荷駆動用トランジスタＱ
１２のベースに接続している。そして、負荷駆動用トラ
ンジスタＱ１２は、エミッタを電源線１２に接続し、コ
レクタを負荷１３を介してアースに接続している。また
、負荷駆動用トランジスタＱ１２は、コレクタを抵抗Ｒ
１４、Ｒ１１を介してアースに接続し、これら抵抗Ｒ１
４、Ｒ１１の接続点を抵抗Ｒ１３を介して上記トランジ
スタＱｌｌのベースに接続している。ここでの抵抗Ｒ１
１は必ずしも必要としない。

ここで、電源線１２は、自動車バッテリの正極端子に接
続され、アースは、自動車のシャーシに接続される。

次に、このように構成した実施例の動作を説明する。

いま、負荷駆動を行なわない場合は、第２図（ａ）の期
間Ａに示すように制御装置１１の出力端子Ｐは「Ｌ」レ
ベル出力を発生している。この状態では、トランジスタ
Ｑｌｌはオフのままで、負荷駆動用トランジスタＱ１２
もオフしており、第２図（ｂ）の期間Ａに示すように負
荷１３はオフ状態になっている。

この状態から、負荷駆動を行なう場合は、第２図（ａ）
の期間Ｂに示すように、制御装置１１の出力端子Ｐはパ
ルス状のｒＨＪレベル出力を発生したのち、直ちにハイ
インピーダンス状態に移行する。すると、まずパルス状
のｒＨＪレベル出力によりトランジスタＱｌｌがオンし
、負荷駆動用トランジスタＱ１２にベース電流が流れ、
同トランジスタＱ１２もオンする。これにより電源線１
２より負荷駆動用トランジスタＱ１２を介して負荷１３
に７ｆｉ流が供給され、第２図（ｂ）の期間Ｂに示すよ
うに負荷１３がオン状態になる。この状態で、負荷１３
の両端電圧が抵抗Ｒ１４、Ｒ１１の両端に印加され、こ
れら抵抗Ｒ１４、Ｒ１１の接続点の電圧が抵抗ＲＩ３を
介してトランジスタＱｌｌのベースに与えられる。した
がって、この状態で、制御装置１１の出力端子Ｐがハイ
インピーダンス状態になっても、トランジスタＱｌｌは
オン状態を維持され、負荷駆動用トランジスタＱ１２も
ベース電流が流れ続けるので、負荷１３はオン状態を維
持される。

その後、負荷駆動を停止する場合は、第２図（ａ）の期
間Ｃに示すように制御装置１１の出力端子ＰはｒＬＪレ
ベル出力を発生する。すると、トランジスタＱｌｌがオ
フし、負荷駆動用トランジスタＱ１２のベース電流が無
くなるので、トランジスタＱ１２もオフし、第２図（ｂ
）の期間Ｃに示すように負荷１３はオフ状態復帰する。

次に、負荷駆動用トランジスタＱ１２と負荷１３の間の
駆動線１４の彼覆が破損して直接アースに接触したよう
な場合、負荷駆動用トランジスタＱ１２がオン状態にあ
ると負荷駆動用トランジスタＱ１２にバッテリとシャー
シ間の電圧ががかかり負荷駆動のための大きな電流が流
れるので、負荷駆動用トランジスタＱＩ２の消費電力は
非常に大きくなってしまう。しかし、この場合、制御線
１４の電位が０であるので、制御装置１１の出力端子Ｐ
がハイインピーダンス状態のままでは、抵抗Ｒ１４、Ｒ
１１の両端電圧が無くなり、この結果、トランジスタＱ
ｌｌがオフし、負荷駆動用トランジスタＱ１２のベース
電流が無くなり、同トランジスタＱ１２もオフする。こ
れにより負荷駆動用トランジスタＱ１２に電流が流れな
くなるので、同トランジスタＱ１２での電力消費を速や
かに無くすことができる。

ところで、このような回路構成では、負荷駆動用トラン
ジスタＱ１２が一旦オフ状態になると、このままでは回
路がオン状態に復帰することがない。

そこで、このような場合に回路復帰させるには、第３図
（ａ）に示すような時間ＴＩのｒＨＪレベル出力を、時
間Ｔ２ごとに間欠的に２回発生し、この間をハイインピ
ーダンス状態に設定するような出力を制御装置１１の出
力端子Ｐに発生させるようにする。ここでの時間Ｔ２は
、負荷１３がオンであるべき時にオフ状態であることめ
（許容される時間で、時間ＴＩに比べて十分に大きいも
のである。

しかして、最初のパルス状のｒＨＪレベル出力が与えら
れるとトランジスタＱｌｌがオンし、負荷駆動用トラン
ジスタＱ１２にベース電流を流して、同トランジスタＱ
１２のオン動作により負荷１３をオン状態にする。しか
し、この時点で駆動線１４のアースへの接触状態が回復
していない場合には、再びトランジスタＱＩＬ負荷駆動
用トランジスタＱ１２がオフして、負荷駆動用トランジ
スタＱ１２に流れる電流がしゃ断されるようになる。そ
して、所定時間Ｔ２の後、再びパルス状のｒＨＪレベル
出力が与えられ、トランジスタＱｌｌがオンし、負荷駆
動用トランジスタＱＩ２にベース電流が流れ、同トラン
ジスタＱ１２がオンすることにより、再び負荷１３をオ
ン状態にする。そして、この時点で回路が正常に回復し
ていれば、そのまま負荷１３をオン状態に保持するよう
にする。

この場合、最初のパルス状ｒＨＪ出力の発生時間Ｔ１だ
け、トランジスタＱ１１、負荷駆動用トランジスタＱ１
２がオン状態になるので、この間、負荷駆動用トランジ
スタＱ１２に大きな電流が流れるが、この時間は全体時
間のＴＩ　／Ｔ２であり、極めて小さい電力消費に抑え
ることができる。

次に、この発明の他実施例を第４図にしたがい説明する
。

第４図は、負荷２３側に電源線２２を接続した場合を示
すものである。この場合、制御装置２１は、出力端子Ｐ
にｒＨＪレベル、「Ｌ」レベルの出力の他に、ハイイン
ピーダンス状態を設定できるようにしたもので、常時ｒ
ＨＪレベルの出力を発生し、負荷駆動の場合、パルス状
のｒＬＪレベル出力を発生したのち、直ちにハイインピ
ーダンス状態を設定するようにしている。そして、制御
装置２１の出力端子Ｐを、抵抗Ｒ２１を介してアースに
接続するとともに、抵抗Ｒ２３を介してトランジスタＱ
２１のベースに接続する。

トランジスタＱ２１は、エミッタをアースに接続し、コ
レクタを負荷駆動用トランジスタＱ２２のベースに接続
している。負荷駆動用トランジスタＱ２２は、エミッタ
をアースに接続し、コレクタを負荷２３を介して電源線
２２に接続している。また、負荷駆動用トランジスタＱ
２２は、ベースをプルアップ抵抗Ｒ２１を介して電源＋
ＶＣＣに接続するとともに、コレクタを抵抗Ｒ２４、Ｒ
２１を介してアースに接続し、これら抵抗Ｒ２４、Ｒ２
１の接続点を抵抗Ｒ２３を介して上記トランジスタＱ２
１のベースに接続している。ここでの抵抗Ｒ２１は必ず
しも必要としない。

ここで、電源線２２は、自動車バッテリの正極端子に接
続され、アースは、自動車のシャーシに接読される。

しかして、このような構成によると、負荷駆動を行なわ
ない場合は、第５図（ａ）の期間Ａに示すように制御装
置１１の出力端子ＰはｒＨＪレベル出力が発生する。す
ると、トランジスタＱ２１がオンし、負荷駆動用トラン
ジスタＱ２２にベース電流が流れないので、同負荷駆動
用トランジスタＱ２２もオフしており、第５図（ｂ）の
期間Ａに示すように負荷２３はオフ状態になる。

この状態から、負荷駆動を行なうには、第５図（ａ）の
期間Ｂに示すように、制御装置１１の出力端子Ｐはパル
ス状のｒＬＪレベル出力を発生したのち、直ちにハイイ
ンピーダンス状態を設定する。すると、パルス状のｒＬ
Ｊレベル出力によりトランジスタＱ２１がオフし、プル
アップ抵抗Ｒ２２を介して負荷駆動用トランジスタＱ２
２にベース電流が流れ、同トランジスタＱ２２がオンす
る。これにより？Ｉｌ源１ｉ１２２より負荷２３、負荷
駆動用トランジスタＱ２２を介して電流が流れるように
なり、第５図（ｂ）の期間Ｂに示すように負荷２３がオ
ン状態になる。この状態で、負荷駆動用トランジスタＱ
２２の両端電圧が抵抗Ｒ２４、Ｒ２１の両端に印加され
、これら抵抗Ｒ２４、Ｒ２１の接続点の電圧が抵抗Ｒ２
３を介してトランジスタＱ２１のベースに与えられるが
、この時の負荷駆動用トランジスタＱ２２は飽和状態に
あり、同負荷駆動用トランジスタＱ２２のコレクタ電流
は、非常に小さいので、トランジスタＱ２１にベース電
流が供給されず、オフのままである。これにより負荷駆
動用トランジスタＱ２２はオン状態を維持されるので、
負荷２３はオン状態を維持される。

その後、負荷駆動を停止する場合は、第５図（ａ）の期
間Ｃに示すように制御装置１１の出力端子ＰはｒＨＪレ
ベル出力を発生する。すると、トランジスタＱ２１がオ
ンし、負荷駆動用トランジスタＱ２２のベース電流が無
くなるので、同トランジスタＱ２２もオフし、第５図（
ｂ）の期間Ｃに示すように負荷２３はオフ状態になる。

次に、負荷駆動用トランジスタＱ２２と負荷２３の間の
駆動線２４の被覆が破損して直接電源線２２に接触した
ような場合、負荷駆動用トランジスタＱ２２がオン状態
にあると負荷駆動用トランジスタＱ２２には大電流が流
れ消費電力は大きくなる。

しかし、この場合、負荷駆動用トランジスタＱ２２のコ
レクタの電圧が上昇し、制御装置２１の出力端子Ｐがハ
イインピーダンス状態なので、抵抗Ｒ２４、Ｒ２１の分
圧電属がトランジスタＱ２１のベースに与えられ、トラ
ンジスタＱ２１がオンする。すると負荷駆動用トランジ
スタＱ２２のベース電流が無くなり、同トランジスタＱ
２２はオフする。これにより負荷駆動用トランジスタＱ
２２に電流が流れなくなるので、負荷駆動用トランジス
タＱ２２での電力消費を速やかに無くすことができる。

なお、回路復帰を行なうために、制御装置１１の出力端
子ＰにｒＬＪレベル出力を、間欠的に発生する場合にお
いても、上述した実施例と同様に負荷駆動用トランジス
タＱ２２に大きな電流が流れている時間をＴｌ　／Ｔ２
とでき、小さな消費電力に抑えることができる。

［発明の効果］ この発明は、電源が供給される負荷に直列に接続され、
該負荷のオンオフ状態を制御する第１のトランジスタを
、負荷のオンオフ制御指令に応動する第２のトランジス
タによりオンオフ制御するとともに、この第２のトラン
ジスタを上記第１のトランジスタに流れる過電流に応動
する制御回路により上記第１のトランジスタをオフさせ
るように動作せしめるようになっている。これにより、
電源とアース間の短絡事故などにより、負荷駆動用の第
１のトランジスタに過電流が流れると、このトランジス
タを直ちにオフすることができるので、トランジスタで
の発熱を未然に防止でき、トランジスタの小容量化を図
ることができる。このことは、従来のものに比べ、放熱
板などを一切必要とせず、価格面、取付はスペースの点
で著しく有利にできるとともに、電子ユニット内部での
温度上昇もなくなるので、高密度の実装化も可能となり
、電子ユニットの小型化および低価格化に大いに寄与で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図およ
び第３図は同実施例の動作を説明するためのタイムチャ
ート、第４図はこの発明の他実施例を示す回路図、第５
図は同地実施例の動作を説明するためのタイムチャート
、第６図乃至第８図は従来の負荷駆動回路の一例を示す
回路図である。 １１．２１・・・制御装置、１２．２２・・・電源線、
１３．２３・・・負荷、１４．２４・・・駆動線、Ｑｌ
ｌ、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２・・・トランジスタ、Ｒ１
１−Ｒｌ４、Ｒ２１−Ｒ２４・・・抵抗。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源と、この電源が供給される負荷と、この負荷に直列
   に接続され該負荷のオンオフ状態を制御する第１のトラ
   ンジスタと、上記負荷のオンオフ制御指令に応じて上記
   第１のトランジスタのオンオフ状態を制御する第２のト
   ランジスタと、上記第１のトランジスタに流れる過電流
   に応動し上記第２のトランジスタを上記第１のトランジ
   スタをオフさせるように動作せしめる制御回路とを具備
   したことを特徴とする負荷駆動回路。