CN104577959B - 感应性负载的供电控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的感应性负载的供电控制装置以检测接地布线的断路异常来避免异常控制状态的持续为目的,包括:对供电开关元件(140a、140b)进行开关控制的微处理器(130A)、恒压电源(120)、与感应性负载并联连接的续流二极管(152a、152b),若接地端子(104)断路,则连接在电源端子(103b)与接地端子(104)之间的电源电容器(113)利用被间歇性驱动的感应性负载的续流电流进行充电,从而电压上升,若该电压超过规定的阈值,则检测出接地布线的断路异常,并一起切断供电开关元件(140a、140b)。

Description

感应性负载的供电控制装置
技术领域
本发明涉及对连接在直流电源与感应性负载之间的供电开关元件的通电率进行控制的感应性负载的供电控制装置。尤其涉及直流电源、感应性负载、供电控制装置的各接地端子分别通过接地布线与共用的接地电路相连接的供电控制装置的改良。
背景技术
以往,例如在作为一部分车载电负载的线性螺线管中,在作为车载电池的直流电源与多个作为感应性负载的线性螺线管各自的上游位置之间设有供电开关元件,可通过控制该供电开关元件的通电率来可变地调整感应性负载的励磁电流。
作为上述现有的电负载的电流控制装置,公开了外部反馈控制方式的电流控制装置,该外部反馈控制方式的电流控制装置根据与微处理器产生的通电目标电流相对应的通电指令信号、及由和线性螺线管串联连接的电流检测电阻检测得到的电流检测信号进行联动,经由硬件构成的比较偏差积分电路对供电开关元件的通电率进行控制(例如,参照专利文献1)。
此外,公开了如下内部反馈控制方式的电负载的电流控制装置:设定通电目标电流的微处理器根据由和线性螺线管串联连接的电流检测电阻检测得到的电流检测信号进行联动,经由软件构成的比较偏差积分单元对供电开关元件的通电率进行控制(例如,参照专利文献2)。
还公开了如下车载电负载的供电控制装置:作为感应性负载的车载电负载及其供电控制装置的各接地端子分别与车身相连接,并且在各接地端子之间通过外部共用负线作了进一步连接(例如,参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2006-100509号公报(图1、说明书摘要)
专利文献2:日本专利特开2006-238668号公报(图1、说明书摘要)
专利文献3:日本专利特开2008-107157号公报(图1、说明书摘要)
发明内容
发明所要解决的问题
根据上述的专利文献1及专利文献2,成为供电控制装置的电流控制装置、成为直流电源的车载电池、及成为感应性负载的线性螺线管的各负端子分别通过接地布线与共用的接地电路即车体相连接。
此外,电流控制装置具有异常判定功能,例如在将闭路指令提供给供电开关元件的情况下,当感应性负载上没有施加电压时,认为开关元件或负载布线产生断路异常,在将开路指令提供给供电开关元件的情况下,当感应性负载上施加了电压时,认为开关元件产生短路异常、或者正侧负载布线与电源线相接触而导致电源短路异常等,采用对每一个线性螺线管分别进行异常检测的结构。
然而,存在如下问题:即,在由于电流控制装置的负端子连接器的接触不良、或者接地布线在车体连接部的端子处松动等而导致接地布线断路异常的情况下,电流控制装置将会进行不确定的控制动作,不能正确地进行异常判定。
此外,在上述专利文献3的情况下,需要在感应性负载即车载电负载与供电控制装置之间追加车体接地连接以外的外部共用负线,因此存在布线成本上升的问题。
本发明的目的在于,提供一种感应性负载的供电控制装置,该感应性负载的供电控制装置的直流电源、感应性负载及供电控制装置的各接地端子分别通过接地布线与共用的接地电路相连,为了抑制布线成本,废弃了将感应性负载与供电控制装置的各接地端子直接连接的追加布线,该感应性负载的供电控制装置能检测出供电控制装置的接地布线的断路异常的发生,且使得异常的控制状态不会持续。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的感应性负载的供电控制装置包括:多个供电开关元件,该多个供电开关元件设置在负端子与接地电路相连的直流电源与多个感应性负载之间,且连接在直流电源的正端子与多个感应性负载的各个正端子之间而被间歇性地驱动;以及微处理器,该微处理器至少对多个供电开关元件进行开关控制,由直流电源经由电源端子与接地端子对该感应性负载的供电控制装置进行供电,对微处理器提供规定的稳定控制电压的恒压电源、电源电容器、分压电阻相互并联连接在电源端子与接地端子之间,并且在多个供电开关元件的输出端与接地端子之间分别连接有续流二极管,续流二极管以以下的关系相连:在多个供电开关元件中的某一个闭合从而使励磁电流流过多个感应性负载中的某一个的状态下,若将闭合的供电开关元件断开,则励磁电流经由接地端子和续流二极管发生续流衰减,若接地端子与接地电路之间的接地布线发生断路异常,则流过多个感应性负载中的某一个的励磁电流经由直流电源、电源电容器、及某一个续流二极管而回流衰减,电源电容器利用回流电流进行充电,电源电容器的两端电压即监视电压上升,在由分压电阻分压得到的监视分压电压超过规定的阈值电压时,检测出接地端子与接地电路之间发生了接地布线的断路异常,并存储这一情况,对于多个供电开关元件的驱动指令信号与断路异常的检测存储相联动地同时停止。
发明效果
根据本发明的感应性负载的供电控制装置,具备连接在多个感应性负载的上游位置与直流电源之间的多个供电开关元件、及分别与感应性负载并联连接的续流二极管,并且在供电控制装置的电源端子与接地端子之间连接有电源电容器,在直流电源及感应性负载的接地电路与供电控制装置的接地端子之间的布线发生断路时,关注电源电容器的两端电压因感应性负载的励磁电流流入电源电容器而异常上升的情况,检测出接地布线的断路异常,因此具有如下效果:省略了供电控制装置与感应性负载的负端子之间的直接布线来抑制布线成本,在构成了直流电源与感应性负载之间的接地电路的状态下,检测出只有供电控制装置的接地端子开放的异常状态,能防止供电控制装置的误动作。
此外,具有如下效果:能够检测出单单通过个别地监视感应性负载的供电控制状态所无法确定的接地布线发生断路异常的情况,并存储这一情况,从而能快速地停止所有负载的驱动。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的感应性负载的供电控制装置的整体电路图。
图2是表示图1中的主要部分结构的电路图。
图3是用于说明实施方式1的负线断路状态的电路图。
图4是用于说明实施方式1的感应性负载的供电控制装置的动作的时序图。
图5是用于说明实施方式1的感应性负载的供电控制装置的动作的流程图。
图6是本发明的实施方式2所涉及的感应性负载的供电控制装置的整体电路图。
图7是表示图6中的主要部分细节的框图。
图8是用于说明实施方式2的负线断路状态的电路图。
图9是用于说明实施方式2的负线断路状态的流程图。
图10是本发明的其它实施方式所涉及的感应性负载的供电控制装置的主要部分细节的电路图。
具体实施方式
实施方式1
以下,基于表示感应性负载的供电控制装置的整体电路的图1与表示图1中的主要部分结构的图2,对本发明的实施方式1的结构进行说明。
首先,图1中以微处理器130A为主体进行工作的感应性负载的供电控制装置100A(下面,简称为供电控制装置)例如由作为车载电池的直流电源101来供电,并向线性螺线管等多个感应性负载108a、108b供电,从而驱动感应性负载108a、108b。
直流电源101的正极端子经由电源继电器的输出接点102b与供电控制装置100A的电源端子103b相连接,将主电源电压Vbb施加给供电控制装置100A。此外,直流电源101的正极端子经由电源继电器的励磁线圈102c与供电控制装置100A的供电激励端子103c相连接,且直流电源101的正极端子经由电源开关102a与供电控制装置100A的辅助电源端子103a相连接,将辅助电源电压Vba施加于供电控制装置100A。
直流电源101的负极端子、感应性负载108a、108b的负极端子、及供电控制装置100A的接地端子104分别通过各接地布线与例如作为车身的共用的接地电路GND0相连接。
另外,输入信号INP从与传感器组输入端子105相连的ON-OFF传感器或模拟传感器即输入传感器组106经由输入接口电路116输入至微处理器130A的输入端口。
供电控制装置100A以恒压电源120、微处理器130A、及供电开关元件140a、140b为主体而构成,供电开关元件140a、140b的正侧端子经由防逆流二极管112连接至电源端子103b。
在电源端子103b与接地端子104之间连接有电源电容器113,并且防逆流二极管114与第二电压限制二极管115的串联电路、分压电阻124、125的串联电路、及恒压电源120相互并联连接。该接地端子104连接至设置于供电控制装置100A内的未图示电路基板的接地图案GND1。
另外,防逆流二极管112与防逆流二极管114用于在直流电源101如虚线所示那样错误地以相反极性连接的情况下防止电源短路。
此外,恒压电源120经由控制晶体管121产生例如DC5V的稳定控制电压Vcc,并经由并行设置的平滑电源电容器122向微处理器130A供电。恒压控制电路123对控制晶体管121的导通状态进行控制,从而即使主电源电压Vbb的值发生变动,也能使稳定控制电压Vcc的值为固定值。
反转逻辑元件117产生在电源开关102a闭合后逻辑电平变为低电平(“L”)的电源开关信号IGS,并输入至微处理器130A。
自保持驱动电路118由在电源开关102a闭合后被施加辅助电源电压Vba而导通的晶体管构成,若该晶体管导通,则电流流过励磁线圈102c,电源继电器的输出接点102b闭合。
另外,若恒压电源120产生稳定控制电压Vcc而使微处理器130A启动,则产生自保持指令信号DR0并将自保持驱动电路118的晶体管维持在闭合状态。
由分压电阻124、125产生的分压电压经由构成低通滤波器的噪声吸收电容器126形成电压监视信号ERA,并输入至微处理器130A的模拟输入端口。
供电开关元件140a的下游端子经由电流检测电阻150a与第一负载端子107a而与第一感应性负载108a的上游端子相连,并且经由续流二极管152a与接地图案GND1相连。
同样,供电开关元件140b的下游端子经由电流检测电阻150b与第二负载端子107b而与第二感应性负载108b的上游端子相连,并且经由续流二极管152b与接地图案GND1相连。
经由各个差动放大器151a、151b,电流检测电阻150a、150b的两端电压被作为电流检测信号Vca、Vcb检测出,将该电流检测信号Vca、Vcb输入至微处理器130A的模拟输入端口。
供电开关元件140a、140b分别被微处理器130A所产生的驱动指令信号DR1a、DR1b间歇性驱动,利用其通电率来分别控制流过感应性负载108a、108b的励磁电流。
图2示出了图1中的供电开关元件140a的细节。图中,晶体管141使用将源极端子S设为上游正端子、将漏极端子D设为下游负端子的P沟道场效应晶体管,利用内部的寄生二极管142使电流自由地从漏极端子D流向源极端子S方向。
晶体管141的源极端子S与栅极端子G之间并联连接有栅极电阻143与恒压二极管144,在栅极端子G与接地图案GND1之间连接有驱动电阻145、辅助晶体管146、低压切断元件149a的串联电路。
作为NPN结型晶体管的辅助晶体管146的基极端子经由基极电阻147与微处理器130A相连接,由微处理器130A的驱动指令信号DR1a进行开关驱动。辅助晶体管146的基极端子与发射极端子之间连接有开路稳定电阻148。
作为NPN结型晶体管的低压切断元件149a的基极端子与晶体管141的源极端子S之间连接有压降二极管149b与驱动电阻149c的串联电路,在基极端子与发射极端子之间连接有开路稳定电阻149d。
在图1中的电源电容器113的两端电压降低,变为难以利用恒压电源120产生稳定控制电压Vcc的状态之前,压降二极管149b切断晶体管141的栅极电路。
另外,供电开关元件140b具有与供电开关元件140a同样的结构,低压切断元件149a被供电开关元件140a、140b所共用。
微处理器130A包括:非易失性闪存即程序存储器131、作为该程序存储器131的一部分区域或者追加连接的非易失性数据存储器132、运算处理用的RAM存储器133、多信道AD转换器134、以及与外部设备进行相互通信的串并联转换器135。
多信道AD转换器134将差动放大器151a、151b的输出即电流检测信号Vca、Vcb、由图1中的电压监视信号ERA所得到的模拟电压进行数字转换,并输入至微处理器130A。
另外,防逆流二极管112用于在直流电源101如图1所示的虚线那样以相反极性连接时,防止产生从接地端子104经由续流二极管152a、152b及供电开关元件140a、140b的各寄生二极管142而到达电源端子103b的短路电流,实际上为了抑制正常运行时的正方向电流所导致的电压下降,通常使场效应晶体管反向导通来使用。
在以上的供电控制装置中,以2个感应性负载108a、108b为对象进行了说明,但通常连接有更多的感应性负载、电灯负载等电负载,其中的一部分也在电负载的下游位置与供电开关元件相连接。
接着,对图1、图2中的供电控制装置的动作进行详细说明。
首先,对图1、图2中所有处于正常状态下的供电控制装置100A的动作进行说明。
运行开始时,若电源开关102a闭合,则电流从直流电源101流过自保持驱动电路118,励磁线圈102c被激励,从而电源继电器的输出接点102b闭合。由此,由直流电源101向供电控制装置100A施加主电源电压Vbb。
该主电源电压Vbb例如在DC10~16V的范围内变动,因此经由恒压电源120产生例如DC5V的稳定控制电压Vcc,将该稳定控制电压Vcc提供给微处理器130A。
其结果,微处理器130A在进行初始化处理后开始控制动作,产生自保持指令信号DR0以维持自保持驱动电路118的导通状态,之后即使电源开关102a断开,也能持续励磁线圈102c的激励状态直至微处理器130A自己停止控制动作,在该动作期间中写入RAM存储器133的学习存储信息及异常发生信息被传输到非易失性数据存储器132,并被保存。
在电源开关102a闭合时,微处理器130A与输入传感器组106的动作状态及存储于程序存储器131的输入输出控制程序的内容相联动,对感应性负载108a、108b和其它未图示的电负载组进行驱动控制。
微处理器130A决定要通电的多个感应性负载108a、108b,同时对所决定的感应性负载108a、108b设定通电目标电流,并产生驱动指令信号DR1a、DR1b,使得由电流检测电阻150a、150b检测到的励磁电流的值与通电目标电流值相一致,还增加或减少供电开关元件140a、140b的通电率(导通时间与开关周期的比率)来进行负反馈控制。
另外,若通电过程中供电开关元件140a、140b断开,则流过感应性负载108a、108b的励磁电流经由续流二极管152a、152b和电流检测电阻150a、150b而续流衰减。
接着,基于图3对供电控制装置100A的接地端子104与接地电路GND0之间由于未图示的连接器的接触不良或端子螺钉松动而导致接地布线断路异常的情况下的动作进行说明。
另外,图3中,图1中省略的充电用发电机109a与第一电压限制二极管109b同直流电源101并联连接,将第一电压限制二极管109b的第一限制电压Vz1设定为比车载电池即直流电源101的最大充电电压要大的值,与供电控制装置100A内的电源电容器113并联连接的第二电压限制二极管115的第二限制电压Vz2的值是比第一限制电压Vz1大的值,设定为小于电源电容器113及恒压电源120的允许耐压的值。
此外,图中由点划线包围的部分表示电源及控制电路110A。
图3中,供电控制装置100A开始运行时、或运行过程中,在微处理器130A对所有感应性负载108a、108b都没有产生驱动信号指令DR1a、DR1b的状态下,接地端子104的接地布线处于断路状态,在电源开关102a闭合或者已经闭合的情况下,直流电源101的输出电流例如为200mA,其中一部分为励磁线圈102c的励磁电流,大半是从恒压电源120流向微处理器130A的消耗电流。
另一方面,感应性负载108a、108b的负载电阻例如为6Ω,由感应性负载108a、108b所产生的电压降为6×200/2=600mV。
因此,与供电控制装置100A的无负载消耗电流相比,感应性负载108a、108b的额定电流足够大,因此在负载电阻较小时,即使发生接地布线的断路异常,也能将主电源电压Vbb几乎整个电压施加于供电控制装置100A,从而微处理器130A自身能正常地动作。
由此,以下将恒压电源120与感应性负载108a、108b处于串联连接状态并由直流电源101供电的状态称为串联供电状态。
在上述串联供电状态下,微处理器130A对感应性负载108a、108b的某一方开始间歇性通电控制,例如供电开关元件140a闭合,则励磁电流从直流电源101经由电源继电器的输出接点102b、防逆流二极管112、供电开关元件140a、电流检测电阻150a、感应性负载108a、接地电路GND0流过感应性负载108a。
由此,感应性负载108a的正侧电位上升,但由于感应性负载108b侧的正侧电位较低,因此对恒压电源120施加了足够的电源电压。
此处,若供电开关元件140a断开,则流过感应性负载108a的励磁电流仅由感应性负载108a、接地电路GND0、直流电源101、电源继电器的输出接点102b、电源电容器113、续流二极管152a、电流检测电阻150a、感应性负载108a的路径回流,利用该回流电流对电源电容器113进行充电。
例如以2ms的周期对供电开关元件140a进行间歇性控制,若继续间歇性动作,不久之后分压电阻124、125的监视分压电压将超过规定的阈值,从而微处理器130A可检测出接地布线的断路异常。
其结果是,对于所有供电开关元件140a、140b的驱动指令信号DR1a、DR1b同时停止,电源电容器113的过剩充电电压向恒压电源120放电,从而恢复到上述串联供电状态。
然而,一旦微处理器130A检测到接地布线的断路异常,就会存储该情况,即使电源电容器113的两端电压恢复到正常状态,对于所有供电开关元件140a、140b的驱动指令信号DR1a、DR1b也持续同时停止的状态,在电源开关102a断开后再次闭合的时刻,断路异常的存储信息才会复位。
在上述串联供电状态下,若向所有供电开关元件140a、140b提供通电率100%的完全导通指令,则感应性负载108a、108b的正侧电位上升,成为停止对电源电容器113及恒压电源120供电的无供电状态。
若该无供电状态持续,则电源电容器113的充电电压将发生放电衰减,不久之后微处理器130A变为不工作状态,供电开关元件140a、140b断开并再次恢复到上述串联供电状态,并且持续这样的不稳定交替动作状态。
然而,供电开关元件140a、140b的栅极电路连接低压切断元件149a,因此在微处理器130A变为不工作状态之前,供电开关元件140a、140b将断开并恢复到串联供电状态,若该交替动作状态持续,则供电开关元件140a、140b断开时感应性负载108a、108b的回流电流会使电源电容器113的充电电压上升,不久将检测到接地布线的断路异常,其结果是,供电开关元件140a、140b同时断开。
另一方面,当接地端子104的接地布线正常,利用充电用发电机109a对直流电源101即车载电池进行充电时,若发生了电池的端子脱落,则充电用发电机109a会突然变为轻负载状态,输出电压上升,由于充电用发电机109a内的调节器的响应延迟而产生过渡性的浪涌电压。
该浪涌电压虽然会被第一电压限制二极管109b所吸收,但这样的端子脱落异常在判定阈值电压的设定值较小的情况下能被微处理器130A检测出来,在设定值较大的情况下也可以不进行检测。
若利用微处理器130A检测出端子脱落,则与此同时所有供电开关元件一起断开,但在没有检测出端子脱落的情况下,能利用充电用发电机109a的输出电压来维持供电控制装置100A的控制状态。
接着,利用表示实施方式1中的供电控制装置的时序图的图4A至图4H对其动作进行详细说明。
图4A表示电源开关102a的动作状态,示出了在时刻T01闭合,在时刻T4断开的情况。
图4B表示微处理器130A的动作状态,示出了在时刻T02开始动作,在时刻T5停止动作的情况。
另外,在时刻T01与时刻T02的期间,电源继电器的输出接点102b闭合,恒压电源120产生稳定控制电压Vcc,并进行微处理器130A的初始化处理。在时刻T4与时刻T5的期间,RAM存储器133中写入的学习存储信息及异常发生信息被传输并保存到非易失性的数据存储器132中。
图4C示出了对于例如供电开关元件140a的驱动指令信号DR1a的逻辑波形,在时刻T03开始产生驱动指令信号DR1a,在后述的时刻T13停止产生驱动指令信号DR1a。
图4D示出了接地端子104的断路状态,示出了到时刻T11为止正常,在时刻T11以后产生接地布线断路异常的情况。
图4E示出了在后述的时刻T12至时刻T2的期间中检测出接地布线的断路状态的情况,在该期间电压监视信号ERA的值处于超过规定的阈值电压的状态。
图4F示出了在时刻T12检测出断路异常之后到时刻T5为止的期间,存储断路异常产生的情况。
图4G示出了随着在时刻T12检测出断路异常,在时刻T13所有输出一起停止,在时刻T13到时刻T5的期间中,所有供电开关元件140a、140b处于断开状态。
图4H示出了将接地电路GND0设为基准电位“0”时各部分电位的变动。
首先,电源开关102a闭合时,在时刻T01至时刻T4的期间中产生辅助电源电压Vba。
此外,在输出接点102b闭合时,从时刻T02之前到时刻T5之后的期间中产生主电源电压Vbb。
供电控制装置100A内的接地图案GND1的电位大致等于基准电位“0”直至产生接地布线断路异常的时刻T11为止。
然而,在发生断路异常后,伴随着图4C所示的供电开关元件140a的间歇性动作,来自感应性负载108a的回流电流导致电源电容器113的充电电压增加,其结果是,如果不进行图4G的输出停止处理,电源电容器113的两端电压将增加至第二电压限制二极管115的第二限制电压Vz2、例如DC36V,主电源电压Vbb=-22V时的接地图案GND1的电位会在14-36=-22V时饱和。
另外,利用分压电阻124、125对时刻T12的电源电容器113的两端电压即监视电压Ver的值进行分压而得到的监视分压电压的数字转换值等于规定的数字阈值电压。
在时刻T13,若停止供电开关元件140a的间歇性驱动,则由感应性负载108a的回流电流进行的充电停止,并向恒压电源120进行放电,从而电源电容器113的两端电压逐渐降低,不久在达到规定的监视电压Ver以下的时刻T2解除图4E的断路检测,然后在时刻T3成为上述的串联供电状态。
其结果,对电源电容器113或恒压电源120施加串联供电电压Voff,由此时的消耗电流、感应性负载108a、108b的并联合成电阻的值所计算出的残留电压Vsol施加于感应性负载108a、108b。
此外,若将监视电压Ver的值设为小于与充电用发电机109a并联连接的第一电压限制二极管109b的第一限制电压Vz1的值,则能检测出电池的端子脱落,但若将监视电压Ver的值设为超过第一限制电压Vz1的值,则供电控制装置100A不进行端子脱落的检测,因此不会不慎地使供电开关元件一起断开。
接着,利用表示流程图的图5,对实施方式1的供电控制装置的动作进行详细说明。
图5中,在工序500a中,使电源开关102a闭合,并使成为电源开关元件的电源继电器的输出接点102b闭合。
在接下来的工序500b中,向恒压电源120施加主电源电压Vbb,从而产生规定的稳定控制电压Vcc。
在接下来的工序500中,进行对于微处理器130A的上电复位处理,然后微处理器130A开始控制动作。
在接下来的工序501a中,判定是否设置了未图示的标记、即判定是否首次执行工序501a,若是首次动作(是),则转移至工序501b并设置未图示的所述标记,若不是首次动作(否),则转移至工序502a。
在工序501b中,进行规定的初始化处理,然后转移至工序502a。
在工序502a中,读取电源开关信号IGS的逻辑电平,并转移至工序502b。
在工序502b中,与工序502a中读取到的电源开关信号IGS的逻辑电平进行联动,当电源开关102a闭合时(是),转移到工序504a,当电源开关102a断开时(否),转移到工序503。
在工序块503中,微处理器130A停止产生控制输出,并且将存储于RAM存储器133中的学习存储信息及异常发生信息传输并保存至非易失性的数据存储器132,然后停止控制动作,其结果是,解除自保持指令信号DR0并对电源继电器的励磁线圈102c去激励,并断开作为电源开关元件的输出接点102b。
在电源开关102a闭合时所执行的工序504a中,读取输入传感器组106的动作状态并转移至工序504b,工序504b中从多个感应性负载108a、108b中选择决定要通电的负载并转移至工序504c,工序504c中,设定与所选择决定的感应性负载108a、108b相对应的通电目标电流,并转移至工序505a。
上述工序504a至工序504c构成目标电流设定单元504。
接着,工序505a中,读取作为差动放大器151a、151b的输出信号的电流检测信号Vca、Vcb,并转移至工序505b,在工序505b中,计算出负反馈控制信号电压并转移至工序505c,该负反馈控制信号电压是一偏差比例电压与一偏差积分电压的代数相加值,其中,该偏差比例电压与工序504c中所设定的通电目标电流值和工序505a所读取到的检测励磁电流值的偏差值成正比,该偏差积分电压与偏差值的时间积分值成正比。
在工序505c中,判定工序505b所计算出的负反馈控制信号电压的值是否超过了规定的允许偏差电压,若未超过(否)则转移至工序505d,若超过(是)则转移至工序505e。
在工序505d中,根据工序505b中所计算出的负反馈控制信号电压对成为控制对象的供电开关元件140a、140b的通电率进行增减,在工序505e中,使成为控制对象的供电开关元件140a、140b的通电率变为零(驱动停止),并且存储控制异常的产生。
即,该工序505e为控制异常处理单元。此外,上述工序505a至工序505e构成负反馈控制单元505。
接着,在工序506a中,读取由分压电阻124、125所产生的电压监视信号ERA并转移至工序506b,在工序506b中,判定工序506a中所读取到的电压监视信号ERA的数字转换值是否超过规定的数字阈值电压Vsd,若未超过(否)则转移至动作结束工序510,若超过(是)则转移至工序506c。
在工序506c中,存储发生了接地布线断路异常的情况并转移至工序506d,在工序506d中,使对于所有供电开关元件140a、140b的驱动指令信号DR1a、DR1b一起停止,并转移至动作结束工序510。
上述工序506a至工序506d构成断路异常判定单元506。
之后,微处理器130A执行其它的控制程序,然后回到动作开始工序500,并反复执行从工序500到工序510为止的一系列控制流程。
如上所述,根据实施方式1的感应性负载的供电控制装置,包括:多个供电开关元件140a、140b,该多个供电开关元件140a、140b设置于负端子与接地电路GND0相连的直流电源101和多个感应性负载108a、108b之间,且连接在直流电源101的正端子与多个感应性负载108a、108b的各个正端子之间并被间歇性驱动;以及微处理器130A,该微处理器130A至少对多个供电开关元件140a、140b进行开关控制,从直流电源101经由电源端子103b与接地端子104对感应性负载的供电控制装置100A进行供电,对微处理器130A提供规定的稳定控制电压Vcc的恒压电源120、电源电容器113、分压电阻124、125相互并联连接在电源端子103b与接地端子104之间,并且在多个供电开关元件140a、140b的输出端与接地端子104之间分别连接有续流二极管152a、152b,续流二极管152a、152b以以下的关系相连:在多个供电开关元件140a、140b中的某一个闭合从而使励磁电流流过多个感应性负载108a、108b中的某一个的状态下,若将闭合的供电开关元件140a、140b断开,则励磁电流经由接地端子104和续流二极管152a、152b发生续流衰减,若在接地端子104与接地电路GND0之间产生接地布线的断路异常,则流过多个感应性负载108a、108b中的某一个的励磁电流经由直流电源101、电源电容器113、及某一个续流二极管152a、152b而回流衰减,电源电容器113利用回流电流进行充电,电源电容器113的两端电压即监视电压Ver上升,在由分压电阻124、125分压得到的监视分压电压超过规定的阈值电压时,检测出接地端子104与接地电路GND0之间产生了接地布线的断路异常,并存储这一情况,对于多个供电开关元件140a、140b的驱动指令信号DR1a、DR1b与断路异常的检测存储相联动地一起停止。
即,包括:连接在多个感应性负载的上游位置与直流电源之间的多个供电开关元件、及与各个感应性负载并联连接的续流二极管,并且在供电控制装置的电源端子与接地端子之间连接有电源电容器,在直流电源及感应性负载的接地电路与供电控制装置的接地端子之间的布线发生断路时,关注电源电容器的两端电压因感应性负载的励磁电流流入电源电容器而异常上升的情况,从而检测出接地布线的断路异常。
因此,省略了供电控制装置与感应性负载的负端子之间的直接布线来抑制布线成本,在由此构成直流电源与感应性负载之间的接地电路的状态下,能够检测出只有供电控制装置的接地端子开放的异常状态,从而能防止供电控制装置的误动作。
将监视分压电压作为电压监视信号ERA经由多信道AD转换器134输入至微处理器130A,与微处理器130A相协作的程序存储器131具有成为断路异常判定单元506的控制程序,在电压监视信号ERA的数字转换值超过规定的数字阈值电压Vsd时,断路异常判定单元506存储发生接地布线的断路异常的异常发生信息,并使对于多个供电开关元件140a、140b的驱动指令信号DR1a、DR1b一起停止,然后利用微处理器130A的上电复位电路、或者在向微处理器130A供电的首次动作开始时所执行的控制程序即初始化单元501b来删除所存储的异常发生信息。
即,由分压电阻产生的监视分压电压经由多信道AD转换器输入至微处理器,利用微处理器来存储发生接地布线的断路异常的异常发生信息和进行初始化处理。
因此,即使由于伴随着监视电压异常的发生停止供电用开关元件的驱动从而使得监视电压恢复正常,不切断电源就无法再次开始供电,因此能利用简单的硬件结构来获得廉价的供电控制装置。
此外,在多个感应性负载108a、108b的上游位置串联连接有电流检测电阻150a、150b,差动放大器151a、151b的输出电压经由多信道AD转换器134输入至微处理器130A,该差动放大器151a、151b产生与电流检测电阻150a、150b的两端电压成正比的电流检测信号Vca、Vcb,与微处理器130A相协作的程序存储器131具有目标电流设定单元504与成为负反馈控制单元505的控制程序,目标电流设定单元504与输入至微处理器130A的输入传感器组106的动作状态相联动地分别对多个感应性负载108a、108b设定通电目标电流值。
负反馈控制单元505计算出由目标电流设定单元504所设定的通电目标电流值与电流检测信号Vca、Vcb的值的偏差值,至少产生负反馈控制信号,该负反馈控制信号通过将与偏差值成正比的值和与偏差值的积分值成正比的值进行代数相加而得,并且判定负反馈控制信号的值是否是在规定的频带内的值,若在频带内,则根据与负反馈控制信号的值成正比的通电占空比而产生驱动控制指令信号DR1a、DR1b,并间歇性驱动从多个感应性负载108a、108b中所选择的感应性负载108a、108b的供电开关元件140a、140b,负反馈控制单元505还具备控制异常处理单元505e,当负反馈控制信号的值在规定的频带范围以外时,该控制异常处理单元505e存储发生控制异常这一情况,停止对所选择的感应性负载108a、108b的供电开关元件140a、140b进行通电驱动。
即,利用电流检测电阻检测出对于感应性负载的供电电流,并经由多信道AD转换器输入至微处理器,微处理器与输入传感器组的动作状态相联动地设定通电目标电流,根据与检测电流之间的偏差值来控制供电开关元件的间歇性通电率,并且在偏差值异常时存储异常发生状态,停止供电开关元件的通电驱动。
因此,减轻了用于进行负反馈控制的硬件负担,从而能获得廉价的供电控制装置,并且能检测出多个感应性负载中的某一个的正侧布线的断路异常、由于与电源线相接触而产生的短路异常、由于与接地电路相接触而产生的接地异常、供电开关元件的断路、短路异常、感应性负载自身的断路、短路异常。
在所有供电开关元件均处于断开状态时,若供电控制装置的接地端子断路,则由于不会在分压电阻中产生直流电源的电源电压以上的过大电压,因此不能检测出断路异常,但无论通电目标电流是否为零,都有微小的电流从恒压电源流入各感应性负载,从而能检测出控制异常的发生,在多个感应性负载全部控制异常时,能判定为接地端子发生断路。
直流电源101是由充电用发电机109a进行充电的车载电池,充电用发电机109a与具有第一限制电压Vz1的第一电压限制二极管109b并联连接,该第一限制电压Vz1比车载电池的最大充电电压要大,且电源电容器113与具有第二限制电压Vz2的第二电压限制二极管115并联连接,该第二限制电压Vz2比第一电压限制二极管109b的第一限制电压Vz1要大,第二限制电压Vz2是小于电源电容器113及恒压电源120的允许耐压的值,在监视分压电压等于阈值电压的时刻,作为电源电容器113的两端电压的阈值监视电压是超过直流电源101的最大充电电压的值,且是小于第一限制电压Vz1的值。
即,与电源电容器并联连接的第二电压限制二极管的第二限制电压设定为比车载电池即直流电源的充电用发电机中设置的第一电压限制二极管的第一限制电压大,并且在进行接地布线的断路异常判定时的电源电容器的两端电压是超过车载电池的最大充电电压的值,且设定为小于第一限制电压的值。
因此,在供电控制装置的接地布线没有发生断路的正常状态下,伴随着车载电池的电源端子断开连接从而充电用发电机的负载电流急剧降低,控制响应发生延迟,由此,充电用发电机的输出电压过渡地急剧增加时,过渡的高压发电能量被第一电压限制二极管所吸收,而不会对第二电压限制二极管造成负担,因此具有能使用小型小容量的第二电压限制二极管的效果。
在车载电池的端子脱落的情况下,或者车载电池的电源端子连接正常的情况下,当供电控制装置的接地布线发生了断路异常时,电源电容器的两端电压会超过最大充电电压从而能迅速地检测出异常发生。
直流电源101是由充电用发电机109a进行充电的车载电池,充电用发电机109a与具有第一限制电压Vz1的第一电压限制二极管109b并联连接,该第一限制电压Vz1比车载电池的最大充电电压要大,且电源电容器113与具有第二限制电压Vz2的第二电压限制二极管115并联连接,该第二限制电压Vz2比第一电压限制二极管109b的第一限制电压Vz1要大,第二限制电压Vz2是小于电源电容器113及恒压电源120的允许耐压的值,在监视分压电压等于阈值电压的时刻,作为电源电容器113的两端电压的阈值监视电压是超过第一限制电压Vz1的值,且是小于第二限制电压Vz1的值。
即,与电源电容器并联连接的第二电压限制二极管的第二限制电压设定为比车载电池即直流电源的充电用发电机中设置的第一电压限制二极管的第一限制电压大,并且在进行接地布线的断路异常判定时的电源电容器的两端电压是超过第一限制电压的值,且设定为小于第二限制电压的值。
因此,在供电控制装置的接地布线没有发生断路的正常状态下,伴随着车载电池的电源端子断开连接从而充电用发电机的负载电流急剧降低,控制响应将发生延迟,由此,充电用发电机的输出电压过渡地急剧增加时的过渡的高压发电能量被第一电压限制二极管所吸收,而不会对第二电压限制二极管造成负担,因此具有能使用小型小容量的第二电压限制二极管的效果。
此外,在车载电池的端子发生脱落时,供电控制装置并没有检测出该情况,因此不用将供电开关元件一起切断,能继续对各供电开关元件进行开关控制。
在车载电池的端子发生脱落时,在充电用发电机或电源继电器箱或保险丝盒等外部设备中检测端子脱落异常的情况下,利用供电控制装置进行重复的检测,能防止不慎使得各控制设备独自进行应对处理。
实施方式2
图6、图7是表示实施方式2的感应性负载的供电控制装置的整体及主要部分细节的电路图。图中,对与表示实施方式1的图1及图2相同的部分标注了同一符号并省略了说明,以不同点为中心来进行说明。
图6中,感应性负载的供电控制装置100B(以下简称为供电控制装置)与图1的情况相同,以恒压电源120、微处理器130B及多个供电开关元件140a、140b为主体而构成,与图1的装置相比,第一不同点在于增加了负反馈控制电路170。
此外,第二不同点在于将分压电阻124、125所产生的分压监视电压输入至比较器127,与成为模拟阈值电压Vsa的比较基准电压128进行比较,并作为电压异常判定信号ERB输入至微处理器130B。
微处理器130B设定通电目标电流,产生占空比与所设定的通电目标电流的值成正比的脉冲序列信号即目标电流设定信号PWMa、PWMb,并输入至负反馈控制电路170,如图7中后述的那样,负反馈控制电路170将通电目标电流与由电流检测信号Vca、Vcb所得到的励磁电流的检测值相比较,产生对于供电开关元件140a、140b的驱动指令信号DR1a、DR1b。
在供电控制装置100B的外部,与图1的情况相同,电源开关102a与作为供电用开关元件的电源继电器的输出接点102b相连,从直流电源101接收辅助电源电压Vba和主电源电压Vbb,与输入传感器组106的动作状态和与微处理器130B相协作的程序存储器131中存储的控制程序的内容相联动,来控制多个感应性负载108a、108b的励磁电流。
另外,具有输出接点102b的电源继电器的激励控制由供电控制装置100B以外的部分进行,在电源开关102a闭合后到输出接点102b闭合为止的延迟期间中,从电源开关102a经由供电二极管111来向恒压电源120供电。
对于感应性负载108a、108b的励磁电流经由电源开关102a来供电,若电源开关102a断开,则励磁电流立即被切断,但恒压电源120由输出接点120b持续供电,在此期间进行微处理器130B的停电退避处理。
图7是表示图6中负反馈控制电路170的细节的框图。
图7中,微处理器130B所产生的脉冲序列信号即目标电流设定信号PWMa经构成滤波电路的滤波电阻701a与滤波电容器702a进行滤波,从而产生与通电目标电流值成正比的模拟目标电压Vta。
前级比较电路703a生成模拟目标电压Vta与和电流检测信号Vca成正比的检测信号电压之间的偏差电压,并输入至偏差信号生成电路704a。
偏差信号生成电路704a生成一偏差比例电压与一偏差积分电压的代数相加值即负反馈控制电压Vda,其中,该偏差比例电压与所述偏差电压成正比,该偏差积分电压与偏差电压的时间积分值成正比。
通电率控制用比较电路706a对锯齿状波信号产生电路705a所产生的规定周期的锯齿状波电压与负反馈控制电压Vda进行大小比较,在负反馈控制电压Vda较大时,产生逻辑电平为高电平“H”的逻辑信号,并经由栅极电路707a作为驱动指令信号DR1a对供电开关元件140a进行闭路驱动。
在负反馈控制电压Vda超过异常判定基准电压709a时,异常判定比较电路708a产生控制异常检测信号ERRa,输入至微处理器130B,并且作用在栅极电路707a上以停止产生驱动指令信号DR1a。
与感应性负载108b侧的驱动指令信号DR1b、模拟目标电压Vtb、负反馈控制电压Vdb相关联的一系列控制电路也同样地构成。
由触发器电路构成的电压异常存储电路710利用图6的比较器127产生的电压异常判定信号ERB来置位,该置位输出信号作用于栅极电路707a及栅极电路707b,从而使驱动指令信号DR1a及驱动指令信号DR1b一起停止。
复位脉冲产生电路711在开始对供电控制装置100B供电的时刻产生复位脉冲信号,并对电压异常存储电路710的存储信息进行上电复位。
另外,也可以将电压异常存储电路710产生的异常发生存储信号输入到微处理器130B来取代直接将比较器127所产生的电压异常判定信号ERB输入到微处理器130B。
接着,对于图6的供电控制装置100B,利用负线断路状态下的供电电路图即图8,对与图3的不同点进行说明。
另外,在图6及图8中,供电开关元件140a、140b采用与图2相同的结构。因此,在电源开关102a闭合时,从电源开关102a而非图3的输出接点102b向供电开关元件140a、140b供电,并经由电源开关102a与供电二极管111向恒压电源120供电,因此接地端子104断路时供电控制装置100B的动作状态与图4的时序图所示的相同。
此外,图中由点划线包围的部分表示电源及控制电路110B。
接着,对实施方式2所涉及的感应性负载的供电控制装置的动作进行详细说明。
首先,对图6及图7中全都处于正常状态下的供电控制装置100B的动作进行说明。
运行开始时,首先,若闭合电源开关102a,则辅助电源电压Vba从直流电源101经由供电二极管111施加于供电控制装置100B,接着,若电源继电器的输出接点102b闭合,则主电源电压Vbb从直流电源101施加于供电控制装置100B。
恒压电源120将例如在DC10~16V范围内变动的主电源电压Vbb、或者从该电压减去供电二极管11所产生的电压降后得到的电压作为输入电压来工作,例如产生DC5V的稳定控制电压Vcc提供给微处理器130B。
其结果,微处理器130B在进行初始化处理后开始控制动作,不久电源开关102a断开,利用电源开关信号IGS探知该情况,微处理器130B将RAM存储器133中写入的学习存储信息、异常发生信息传输并保存于非易失性的数据存储器132。
之后,微处理器130B将已完成存储信息退避的情况经由串并联转换器135通知给外部设备,之后停止控制动作。
在电源开关102a闭合时,微处理器130B与输入传感器组106的动作状态及存储于程序存储器131的输入输出控制程序的内容相联动,对感应性负载108a、108b和其它未图示的电负载组进行驱动控制。
此外,微处理器130B从多个感应性负载108a、108b中决定要进行通电的负载,并对于所决定的感应性负载108a、108b设定通电目标电流,产生占空比与通电目标电流值成正比d脉冲序列信号即目标电流设定信号PWMa、PWMb。
负反馈控制电路170生成负反馈控制电压Vda、Vdb,该负反馈控制电压Vda、Vdb与对目标电流设定信号PWMa、PWMb进行滤波后得到的模拟目标电压Vta、Vtb、和电流检测信号Vca、Vcb的检测电压的偏差电压相联动,并产生驱动指令信号DR1a、DR1b,使得由电流检测电阻150a、150b所检测到的励磁电流值与通电目标电流值相一致,还增加或减少供电开关元件140a、140b的通电率(导通时间与开关周期的比率)来进行负反馈控制。
接着,利用图9的流程图对图6的供电控制装置100B的动作进行说明。图9是与实施方式1所说明的图5相对应的图,因此下面以与图5的不同点为中心来进行说明。
图9中,在工序900a中,电源开关102a闭合,辅助电源电压Vba施加于恒压电源120。接下来的工序500b中,恒压电源120产生规定的稳定控制电压Vcc。
在接下来的工序900中,进行对于微处理器130B的上电复位处理,开始微处理器130B的控制动作。
在接下来的工序501a中,判定是否设置了未图示的标记、即判定是否首次执行工序501a,若是首次动作(是),则转移至工序501b并设置未图示的所述标记,若不是首次动作(否),则转移至工序502a。
即,工序501b构成初始化单元501b,在进行了规定的初始化处理后转移至工序502a。
在工序502a中,读取电源开关信号IGS的逻辑电平,并转移至工序502b。
在工序502b中,与工序502a中读取到的电源开关信号IGS的逻辑电平进行联动,当电源开关102a闭合时进行是的判定,并转移到工序504a,当电源开关102a断开时(否),转移到工序503。
工序903中,微处理器130B停止控制输出的产生,并且将存储于RAM存储器133中的学习存储信息及异常发生信息传输并保存至非易失性的数据存储器132,之后经由串并联转换器135来通知动作结束,在接收到确认回信或经过了规定时间的时刻,停止所有的控制动作。
在工序504a中,读取出输入传感器组106的动作状态并转移至工序504b,在工序504b中,从对多个感应性负载108a、108b中选择决定对哪一个进行通电,并转移至工序904c,在工序904c中,设定与所选择决定的感应性负载108a、108b相对应的通电目标电流,对负反馈控制电路170提供目标电流设定信号PWMa、PWMb,并转移至905b。
上述工序504a至工序904c构成目标电流设定单元904。
在工序904c后续的工序905b中,读取出负反馈控制电路170所产生的控制异常检测信号ERRa、ERRb,并转移至工序905c,在工序905c中,利用工序905b所读取到的控制异常检测信号ERRa、ERRb的结果来判定是否发生了控制异常,若发生了异常(是)则转移至工序905e,若没有发生异常(否)则转移至工序906a。在工序905e中,将成为控制对象的供电开关元件104a、104b的通电率设为零,并存储控制异常的发生,转移至工序906a。
上述工序905b至工序905e构成控制异常处理单元905。
在工序906a中,读取由比较器127产生的电压异常判定信号ERB并转移至工序906b,在工序906b中,利用工序906a中所读取到的电压异常判定信号ERB的逻辑电平,来判定由分压电阻124、125得到的分压监视电压是否超过了规定的模拟阈值电压Vsa,若未超过(否)则转移至动作结束工序910,若超过(是)则转移至工序506c。在工序506c中,存储发生了接地布线断路异常的情况并转移至工序906d,在工序906d中,使所有供电开关元件140a、140b的目标电流设定信号PWMa、PWMb一起停止,并转移至动作结束工序910。
上述的工序906a至工序906d(包含工序506c)构成断路异常处理单元906。
之后,在动作结束工序910中,微处理器130B执行其它的控制程序,然后回到动作开始工序900,并反复执行从工序900到工序910为止的一系列控制流程。
图10是表示图6中使用其它的供电开关元件的示例的主要部分电路图,以与图2所示的实施例的不同点为中心对其结构进行详细说明。
图10中,使用供电开关元件160a、160b来代替供电开关元件140a、140b,并使用结型晶体管161来代替场效应晶体管141。晶体管161的发射极端子E与防逆流二极管112相连,集电极端子C经由电流检测电阻150a、150b与感应性负载108a、108b的正侧端子相连。
在晶体管161的发射极端子E与基极端子B之间连接有电路稳定电阻163。此外,在晶体管161的基极电路中,与图2的晶体管141的栅极电路同样地连接有辅助晶体管146与低压切断元件149a的串联电路,各辅助晶体管146的基极端子上施加驱动指令信号DR1a、DR1b。
低压切断元件149a与各辅助晶体管146的发射极端子侧公共地串联连接。
在以上的说明中,对使用PNP结型晶体管161以代替P沟道型场效应晶体管141的情况进行了阐述,但也能使用N沟道型场效应晶体管以代替P沟道型场效应晶体管141。
另外,对于实施方式1的情况,也能使用PNP结型晶体管161或N沟道型场效应晶体管以代替P沟道型场效应晶体管141
在以上的说明中,对如下情况进行了说明:即,感应性负载与电流检测电阻串联连接,由微处理器或由硬件构成的负反馈控制电路进行励磁电流的负反馈控制,但在即使电源电压有变动也只要对感应性负载施加规定的励磁电压的情况下,无需电流检测电阻,也可以进行与电源电压值成反比地控制供电开关元件的通电率的开环控制。
此外,对充电用发电机109a与第一电压限制二极管109b并联连接的情况进行了说明,但在没有并联连接第一电压限制二极管109b的情况下,由车载电池的端子脱落而产生的过渡的异常高电压会被与电源电容器113并联连接的第二电压限制二极管115所吸收。因而,供电控制装置100A、100B在车载电池的端子脱落的情况或接地端子104的接地布线发生断路异常的情况下,都能进行异常检测,能使感应性负载的驱动一起停止。
如上所述,根据实施方式2的感应性负载的供电控制装置,利用比较器127对监视分压电压与规定的模拟阈值电压Vsa进行比较,若监视分压电压过大则产生电压异常判定信号ERB,电压异常存储电路710存储该电压异常判定信号ERB作为异常发生信息,并且输入至多个栅极电路707a、707b,利用多个栅极电路707a、707b使多个供电开关元件140a、140b的驱动指令信号DR1a、DR1b一起停止。此外,在直流电源101与电源端子103b相连接的时刻,电压异常存储电路710利用复位脉冲产生电路711进行上电复位并删除异常发生信息。
即,利用比较电路对分压电阻得到的监视分压电压与规定的模拟阈值电压进行比较,若监视电压过大,则通过电压异常存储电路来存储该情况,之后经由栅极电路使多个供电开关元件的驱动指令信号一起停止,并且电压异常存储电路在电源接通时利用复位脉冲产生电路进行上电复位。
因此,即使伴随着监视电压异常的发生而停止供电用开关元件的驱动来使监视电压恢复正常,如果不切断电源就无法再次开始供电,因此能不依赖于微处理器的动作而进行异常判定处理。
微处理器130B经由负反馈控制电路170对多个供电开关元件140a、140b的通电电流进行控制,并且与微处理器130B相协作的程序存储器131具有成为目标电流设定单元904和控制异常处理单元905的控制程序,目标电流设定单元904与输入至微处理器130B的输入传感器组106的动作状态相联动,分别对多个感应性负载108a、108b设定通电目标电流,产生占空比与通电目标电流成正比的脉宽调制信号即目标电流设定信号PWMa、PWMb并输入至负反馈控制电路170,在多个感应性负载108a、108b的上游位置串联连接了电流检测电阻150a、150b,产生与电流检测电阻150a、150b的两端电压成正比的电流检测信号Vca、Vcb的差动放大器151a、151b的输出电压输入至负反馈控制电路170,负反馈控制电路170包括:偏差信号生成电路704a、704b,该偏差信号生成电路704a、704b与目标电流设定单元904所设定的目标电流设定信号PWMa、PWMb的滤波信号的值和电流检测信号Vca、Vcb的值的偏差值相联动,至少将与偏差值成正比的值和与偏差值的积分值成正比的值代数相加;通电率控制用比较电路706a、706b,该通电率控制用比较电路706a、706b将偏差信号生成电路704a、704b的输出电压与规定周期的锯齿状波信号产生电路705a、705b的输出电压相比较,产生驱动指令信号DR1a、DR1b;以及异常判定比较电路708a、708b,该异常判定比较电路708a、708b在偏差信号生成电路704a、704b的输出电压为规定频带值范围以外的情况下,产生控制异常检测信号ERRa、ERRb,控制异常处理单元905若接收到控制异常检测信号ERRa、ERRb,则存储控制异常的发生,并停止产生目标电流设定信号PWMa、PWMb。
即,利用电流检测电阻检测出对于感应性负载的供电电流,并输入至负反馈控制电路,微处理器与输入传感器组的动作状态相联动地设定通电目标电流,负反馈控制电路与目标电流和检测电流之间的偏差值相联动地控制供电开关元件的间歇性通电率,并且在偏差值异常时存储异常发生状态,停止供电开关元件的通电驱动。
因此,减轻了用于进行负反馈控制的微处理器的控制负担,并且能检测出多个感应性负载中的某一个的正侧布线的断路异常、由于与电源线相接触而产生的电源短路异常、由于与接地电路相接触而产生的接地异常、供电开关元件的断路、短路异常、感应性负载自身的断路、短路异常。
在所有供电开关元件均处于断开状态时,若供电控制装置的接地端子断路,则由于不会在分压电阻上产生直流电源的电源电压以上的过大电压,因此不能检测出断路异常,但无论通电目标电流是否为零,都会有微小的电流从恒压电源流入各感应性负载,从而能检测出控制异常的发生,在多个感应性负载全部控制异常时,能判定为接地端子发生断路。
此外,与微处理器130B相协作的程序存储器131还具有成为断路异常处理单元906的控制程序,由分压电阻124、125产生的监视分压电压输入至比较器127,比较器127将监视分压电压与规定的模拟阈值电压Vsa相比较,若监视分压电压过大,则产生电压异常判定信号ERB,断路异常处理单元906通过将电压异常判定信号ERB或者利用电压异常存储电路710存储了电压异常判定信号ERB而得的异常存储信号输入至微处理器130B,来识别并存储接地布线断路异常的发生,并使多个供电开关元件140a、140b的目标电流设定信号PWMa、PWMb一起停止。
即,微处理器通过输入比较器所产生的电压异常判定信号或者由电压异常存储电路所存储的异常存储信号,来识别并存储接地布线的断路异常的发生,并使多个供电开关元件的目标电流设定信号一起停止。
因而,伴随着接地布线的断路异常的发生,检测个别控制异常的异常判定比较电路不会错误地进行过小电流判定。
多个供电开关元件140a、140b、160a、160b是场效应晶体管141或结型晶体管161,晶体管的栅极电路或者基极电路与低压切断元件149a串联连接,低压切断元件149a在电源电容器113的两端电压是规定的低压电压以下的值时断开,使多个供电开关元件140a、140b、160a、160b断开,规定的低压电压为与恒压电源120产生稳定控制电压Vcc所需的最小输入电源电压相对应的电压。
即,在电源电容器的两端电压是用于获得稳定控制电压的最小电压时,设置有使供电开关元件断开的低压切断元件。
因此,在与多个感应性负载串联连接的供电开关元件全部处于完全导通控制状态时,如果供电控制装置的接地端子断路,则停止对恒压电源的供电,电源电容器的充电电压逐渐降低,在微处理器不工作之前供电开关元件将断开,重新开始对恒压电源进行供电,并且利用伴随着供电开关元件断开所产生的感应性负载的回流电流对电源电容器进行充电,能利用微处理器检测接地布线的断路异常。
另外,本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合,或者对个事实方式适当地进行变形、省略。
标号说明
100A、100B:感应性负载的供电控制装置、101:直流电源、
102a:电源开关、102b:输出接点、102c:励磁线圈、
103a:辅助电源端子、103b:电源端子、103c:供电激励端子、
104:接地端子、105:传感器组输入端子、106:输入传感器组、
107a:第一负载端子、107b:第二负载端子、108a、108b:感应性负载、109a:充电用发电机、109b:第一电压限制二极管、
110A、110B:电源及控制电路、111:供电二极管、
112:防逆流二极管、113:电源电容器、114:防逆流二极管、115:第二电压限制二极管、116:输入接口电路、
117:反转逻辑元件、118:自保持驱动电路、120:恒压电源、
121:控制晶体管、122:滤波电源电容器、123:恒压控制电路、
124、125:分压电阻、126:噪声吸收电容器、127:比较器、
128:比较基准电压、130A、130B:微处理器、
131:程序存储器、132:数据存储器、133:RAM存储器、
134:多信道AD转换器、135:串并联转换器、
140a、140b:供电开关元件、141:晶体管(场效应型)、
142:寄生二极管、143:栅极电阻、144:恒压二极管、
145:驱动电阻、146:辅助晶体管、147:基极电阻、
148:开路稳定电阻、149a:低压切断元件、149b:压降二极管、
149c:驱动电阻、149d:开路稳定电阻、150a、150b:电流检测电阻、
151a、151b:差动放大器、152a、152b:续流二极管、
160a、160b:供电开关元件、161:晶体管(结型)、
163:开路稳定电阻、170:负反馈控制电路、501b:初始化单元、
504:目标电流设定单元、505:负反馈控制单元、505e:控制异常处理单元、
506:断路异常判定单元、701a、701b:滤波电阻、
702a、702b:滤波电容器、703a、703b:前级比较电路、
704a、704b:偏差信号生成电路、705a、705b:锯齿状波信号产生电路、706a、706b:通电率控制用比较电路、707a、707b:栅极电路、
708a、708b:异常判定比较电路、709a、709b:异常判定基准电压、
710:电压异常存储电路、711:复位脉冲产生电路、
904:目标电流设定单元、905:控制异常处理单元、906:断路异常处理单元、
DR0:自保持指令信号、DR1a、DR1b:驱动指令信号、
ERA:电压监视信号、ERB:电压异常判定信号、
ERRa、ERRb:控制异常检测信号、GND0:接地电路、
GND1:接地图案、IGS:电源开关信号、INP:输入信号、
PWMa、PWMb:目标电流设定信号、Vba:辅助电源电压、Vbb:主电源电压、Vca、Vcb:电流检测信号、Vcc:稳定控制电压、Ver:监视电压、
Voff:串联供电电压、Vsa:模拟阈值电压、Vsd:数字阈值电压、
Vsol:残留电压、Vta、Vtb:模拟目标电压、
Vda、Vdb:负反馈控制电压、Vz1:第一限制电压、Vz2:第二限制电压。

Claims (9)

1.一种感应性负载的供电控制装置,包括:
多个供电开关元件(140a、140b),该多个供电开关元件(140a、140b)设置于负端子与接地电路相连的直流电源(101)和多个感应性负载(108a、108b)之间,且连接在所述直流电源(101)的正端子与所述多个感应性负载(108a、108b)的各个正端子之间并被间歇性驱动;以及微处理器(130A),该微处理器(130A)至少对所述多个供电开关元件(140a、140b)进行开关控制,所述直流电源(101)经由电源端子与接地端子对所述供电控制装置进行供电,其特征在于,
对所述微处理器(130A)提供规定的稳定控制电压的恒压电源(120)、电源电容器(113)、分压电阻(124、125)相互并联连接在所述电源端子与所述接地端子之间,
并且在所述多个供电开关元件(140a、140b)的输出端与所述接地端子之间分别连接有续流二极管(152a、152b),所述续流二极管(152a、152b)以以下的关系进行连接:在所述多个供电开关元件(140a、140b)中的某一个闭合而使励磁电流流过所述多个感应性负载(108a、108b)中的某一个的状态下,若将闭合的所述供电开关元件(140a、140b)断开,则所述励磁电流经由所述接地端子和所述续流二极管(152a、152b)发生续流衰减,
若在所述接地端子与所述接地电路之间发生接地布线的断路异常,则流过所述多个感应性负载(108a、108b)中的某一个的励磁电流经由所述直流电源(101)、所述电源电容器(113)、及某一个所述续流二极管(152a、152b)而回流衰减,所述电源电容器(113)利用回流电流进行充电,
在所述电源电容器(113)的两端电压即监视电压上升,由所述分压电阻(124、125)分压得到的监视分压电压超过规定的阈值电压时,检测出在所述接地端子与所述接地电路之间发生了所述接地布线的断路异常,并存储这一情况,
对于所述多个供电开关元件(140a、140b)的驱动指令信号与所述断路异常的检测存储相联动地一起停止。
2.如权利要求1所述的感应性负载的供电控制装置,其特征在于,
所述监视分压电压作为电压监视信号经由多信道AD转换器(134)输入至所述微处理器(130A),
与所述微处理器(130A)相协作的程序存储器具有成为断路异常判定单元的控制程序,
若所述电压监视信号的数字转换值超过规定的数字阈值电压,则所述断路异常判定单元存储由所述接地布线的断路异常的发生而得到的异常发生信息,并使对于所述多个供电开关元件(140a、140b)的驱动指令信号一起停止,
所存储的所述异常发生信息由对于所述微处理器(130A)的上电复位电路、或者在对所述微处理器(130A)进行供电的初次动作开始时刻所执行的控制程序即初始化单元来删除。
3.如权利要求1所述的感应性负载的供电控制装置,其特征在于,
所述监视分压电压被输入至比较器(127),所述比较器(127)将所述监视分压电压与规定的模拟阈值电压进行比较,若所述监视分压电压过大,则产生电压异常判定信号,所述电压异常判定信号作为异常发生信息而存储在电压异常存储电路中,并且经由所述电压异常存储电路输入至多个栅极电路,利用所述多个栅极电路使对于所述多个供电开关元件(140a、140b)的驱动指令信号一起停止,
所述电压异常存储电路在所述电源端子与所述直流电源(101)相连接的时刻,利用复位脉冲产生电路进行上电复位,从而删除所述异常发生信息。
4.如权利要求1至3任一项所述的感应性负载的供电控制装置,其特征在于,
所述多个感应性负载(108a、108b)的上游位置串联连接有电流检测电阻(150a、150b),
产生与所述电流检测电阻(150a、150b)的两端电压成正比的电流检测信号的差动放大器的输出电压经由多信道AD转换器(134)输入至所述微处理器(130A),并且与所述微处理器(130A)相协作的程序存储器具有成为目标电流设定单元及负反馈控制单元的控制程序,
所述目标电流设定单元与输入至所述微处理器(130A)的输入传感器组(106)的动作状态相联动,分别对所述多个感应性负载(108a、108b)设定通电目标电流的值,
所述负反馈控制单元计算出由所述目标电流设定单元设定的所述通电目标电流的值与所述电流检测信号的值的偏差值,产生至少将与所述偏差值成正比的值和与所述偏差值的积分值成正比的值代数相加而得的负反馈控制信号,
判定所述负反馈控制信号的值是否是规定的频带内的值,若在频带内,则产生通电占空比与所述负反馈控制信号的值成正比的所述驱动指令信号,并间歇性驱动所述多个感应性负载中被选择的感应性负载(108a、108b)的供电开关元件(140a、140b),
具有控制异常处理单元,在所述负反馈控制信号的值在规定的频带值范围以外时,存储发生了控制异常这一情况,并停止对所述选择的感应性负载(108a、108b)的供电开关元件(140a、140b)进行通电驱动。
5.如权利要求1至3任一项所述的感应性负载的供电控制装置,其特征在于,
所述微处理器(130A)经由负反馈控制电路对所述多个供电开关元件(140a、140b)的通电电流进行控制,
与所述微处理器(130A)相协作的程序存储器具有成为目标电流设定单元与控制异常处理单元的控制程序,
所述目标电流设定单元与输入至所述微处理器(130A)的输入传感器组的动作状态相联动,分别对所述多个感应性负载(108a、108b)设定通电目标电流,产生占空比与所述通电目标电流成正比的脉宽调制信号即目标电流设定信号,并输入至所述负反馈控制电路,
所述多个感应性负载(108a、108b)的上游位置串联连接有电流检测电阻(150a、150b),产生与所述电流检测电阻(150a、150b)的两端电压成正比的电流检测信号的差动放大器的输出电压输入至所述负反馈控制电路,
所述负反馈控制电路包括:偏差信号生成电路,该偏差信号生成电路与由所述目标电流设定单元所设定的所述目标电流设定信号的滤波信号的值和所述电流检测信号的值的偏差值相联动,且至少将与所述偏差值成正比的值及与所述偏差值的积分值成正比的值进行代数相加;通电率控制用比较电路,该通电率控制用比较电路将所述偏差信号生成电路的输出电压与规定周期的锯齿状波信号产生电路的输出电压相比较,产生所述驱动指令信号;以及异常判定比较电路,该异常判定比较电路在所述偏差信号生成电路的输出电压为规定的频带值范围以外的情况下,产生控制异常检测信号,
所述控制异常处理单元接收到所述控制异常检测信号时,存储控制异常的发生,并停止产生所述目标电流设定信号。
6.如权利要求5所述的感应性负载的供电控制装置,其特征在于,
与所述微处理器(130A)相协作的程序存储器还具有成为断路异常处理单元的控制程序,
由所述分压电阻(124、125)所产生的监视分压电压输入至比较器(127),所述比较器(127)将所述监视分压电压与规定的模拟阈值电压相比较,若所述监视分压电压过大,则产生电压异常判定信号,
所述断路异常处理单元通过将所述电压异常判定信号或者利用电压异常存储电路存储所述电压异常判定信号而得的异常存储信号输入至所述微处理器(130A),来识别并存储所述接地布线的断路异常的发生,并使所述多个供电开关元件(140a、140b)的所述目标电流设定信号一起停止。
7.如权利要求1至3任一项所述的感应性负载的供电控制装置,其特征在于,
所述多个供电开关元件(140a、140b)是场效应晶体管或者结型晶体管,所述晶体管的栅极电路或者基极电路与低压切断元件(149a)串联连接,所述低压切断元件(149a)在所述电源电容器(113)的两端电压为规定的低压电压以下的值时断开,从而使所述多个供电开关元件(140a、140b)断开,
所述规定的低压电压是与所述恒压电源产生所述稳定控制电压所需的最小输入电源电压相对应的电压。
8.如权利要求1至3任一项所述的感应性负载的供电控制装置,其特征在于,
所述直流电源(101)是利用充电用发电机(109a)进行充电的车载电池,具有第一限制电压的第一电压限制二极管(109b)与所述充电用发电机(109a)并联连接,该第一限制电压的值比所述车载电池的最大充电电压要大,
具有第二限制电压的第二电压限制二极管(115)与所述电源电容器(113)并联连接,该第二限制电压是比所述第一电压限制二极管(109b)的第一限制电压大的值,所述第二限制电压是小于所述电源电容器(113)及所述恒压电源的允许耐压的值,
在所述监视分压电压等于所述阈值电压的时刻,所述电源电容器(113)的两端电压即阈值监视电压是超过所述直流电源(101)的最大充电电压的值,且是小于所述第一限制电压的值。
9.如权利要求1至3任一项所述的感应性负载的供电控制装置,其特征在于,
所述直流电源(101)是利用充电用发电机(109a)进行充电的车载电池,具有第一限制电压的第一电压限制二极管(109b)与所述充电用发电机(109a)并联连接,该第一限制电压的值比所述车载电池的最大充电电压要大,
具有第二限制电压的第二电压限制二极管(115)与所述电源电容器(113)并联连接,该第二限制电压是比所述第一电压限制二极管(109b)的第一限制电压大的值,所述第二限制电压是小于所述电源电容器(113)及所述恒压电源的允许耐压的值,
在所述监视分压电压等于所述阈值电压的时刻,所述电源电容器(113)的两端电压即阈值监视电压是超过所述第一限制电压的值,且是小于所述第二限制电压的值。
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