JP2000032650A - 負荷の制御のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力段の稼働性を高めると同時に良好な短絡
保護も得ることのできる、負荷の制御のための方法及び
装置を提供すること。 【解決手段】 識別された短絡が、順応的に適合化され
た制御休止に結び付くようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング手段
と負荷が供給電圧源とアースとの間に直列に接続され、
負荷のアース及び/又は供給電圧源に対する短絡が識別
される、負荷の制御のための方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】負荷の制御のための方法及び装置は公知
である。複数の負荷の制御のもとでは頻繁に出力段が用
いられる。この出力段とアース間の短絡ないしは出力段
と供給電圧源の間の短絡の際には、非常に高い短絡電流
が生じる。そのため使用される出力段は、このような高
い短絡電流による損傷あるいは熱的負荷に対して保護さ
れている。

【０００３】これに対しては種々の手法が公知である。
それにより短絡電流の閉ループ制御が行われてもよい
し、出力段からの状態応答を介した制御構成素子による
短絡遮断ないし監視も可能である。この場合自己保全機
能（自己インテリジェンス）を備えた出力段と、マイク
ロプロセッサなどの外部インテリジェンスによる保護機
能を備えた出力段との間では相違がある。

【０００４】この場合出力段には次のような回路部分が
頻繁に設けられている。すなわち短絡の最初の瞬間に、
出力段を流れる電流を許容値まで制限する回路部分が設
けられている。電流制御モードでは高い損失出力が出力
段に生じるので、一般に出力段は強制的に遮断される。

【０００５】例えば容量性負荷の放電や短い電圧ピーク
などのもとでの誤った遮断を避けるために、この遮断は
例えば１００ｍｓの期間の経過後に初めて実施される。
出力段の再投入は、制御信号の次の制御縁のもとで自動
的に行われる。

【０００６】目下の短絡の際に投入接続信号が強制遮断
の直後に続くならば、直ちに再び非常に高い損失出力を
伴った電流制御モードへ切換られる。すなわち相応に迅
速な制御信号のもとでは常に高い平均損失出力が出力段
に生じる。このような出力段は、短絡保護にもかかわら
ず熱的な損傷を被る。

【０００７】この熱的な損傷を回避するために、出力段
が短絡後にもはや投入接続されることのない固定の休止
期間を介在させることも公知である。このような解決手
段の欠点は、出力段のシステムへの稼働性が、ごく短期
間生じた短絡のもとでも既に不必要に長い期間に亘って
もはや与えられなくなることである。

【０００８】その他に前記損失出力をチップ温度に依存
して考慮することも可能である。しかしながらこの解決
手段は種々の欠点も有している。この介入操作は、ノー
マルモードでの最大許容温度、例えば１５０℃を上回っ
て初めて投入されるが、この介入に関する検査性は良く
ない。短絡モードは高温のために出力段の信頼性を損ね
る。短絡解消後の再投入の可能性は遅延を伴った熱時定
数に基づいて現われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、出力
段の稼働性を高めると同時に良好な短絡保護も得られ
る、負荷の制御のための方法及び装置を提供することで
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によ
り、識別された短絡が順応的に適合化された制御休止に
結び付くようにされて解決される。

【００１１】本発明の手法によれば、短絡に強い出力段
が得られる。出力段の非有効化がエラー発生時の出力段
の実際の負荷に合わせられる。散発的な短絡は、出力段
の必要最低限の非有効化しか引き起こさない。出力段の
熱的負荷は最小である。このための回路は実質的には簡
単な論理回路と今日使われているプロセッサで構成され
ているだけで、大きなコストを必要とするものではな
い。

【００１２】本発明の別の有利な実施例及び改善例は従
属請求項に記載される。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１には本発明による装置がブロ
ック回路図で示されている。この場合負荷は符号１００
で示されている。この負荷の一方の端子は給電電圧源Ｕ
batに直接接続されている。そのもう一方の第２の端子
はスイッチング手段１１０と電流測定手段１２０を介し
てアースに接続されている。

【００１４】このような負荷は特に自動車において、多
種多様な目的のために用いられている。そのような負荷
としては例えば燃料調量の制御のために用いられる電磁
弁が挙げられる。しかしながら本発明の手法は、このよ
うな電磁弁に限定されるものではなく、基本的には自動
車における全ての負荷に対して用いることが可能であ
る。

【００１５】負荷１００と、スイッチング手段１１０
と、電流測定手段１２０の順序は一例として示されてい
るだけのものである。従って例えばスイッチング手段１
１０を、供給電圧源と負荷１００の間に接続させること
もできる。さらにこの負荷とアースの間に第２のスイッ
チング手段を設けることも可能である。

【００１６】スイッチング手段１１０は、論理回路１３
０から制御信号を印加される。この論理回路１３０は増
幅器１４５を介してマイクロプロセッサ１４０に接続さ
れている。このマイクロプロセッサ１４０は、例えば内
燃機関の出力送出の制御に用いられ、内燃機関の種々の
作動パラメータに依存して、スイッチング手段並びに負
荷１００の制御のための信号ＩＮを設定する。

【００１７】さらに増幅器１４５の出力信号は短絡カウ
ンタ１５０を介して論理回路１３０に供給される。この
短絡回路１５０は、さらにリセット設定回路１５５と遅
延回路１６０に接続されている。この遅延回路１６０は
さらに論理回路１３０に相応の信号を印加する。遅延回
路１６０は短絡識別器１７０の出力信号を処理してい
る。この短絡識別器１７０の第１の入力側は、負荷１０
０とスイッチング手段１１０の間にある接続点Ａに接続
されている。さらに短絡識別器１７０の第２の入力側
は、比較値設定回路１７５に接続されている。

【００１８】選択的に、電流リミッタ１８０による短絡
識別機能を取り入れることも可能である。このことは、
電流リミッタ１８０が、相応の閾値を上回った場合に、
短絡識別の出力信号に相応する信号を遅延回路１６０に
供給することを意味する。

【００１９】電流測定抵抗１２０の出力側は、短絡電流
リミッタ１８０に接続されている。この電流リミッタ１
８０は、スイッチング手段１１０の制御入力側にも信号
を印加する。

【００２０】次に本発明による装置の機能を、内燃機関
における燃料噴射弁の制御の例で以下に説明する。

【００２１】種々の動作パラメータに基づいて、マイク
ロプロセッサ１４０は制御信号ＩＮをスイッチング手段
１１０の制御のために算出する。この制御信号は、噴射
すべき燃料量を定める。前記信号の第１のレベルでは、
スイッチング手段１１０は、負荷を通る電流通流をトリ
ガする。そして前記信号の第２のレベルでは、負荷を通
る電流通流が中断される。

【００２２】ここにおいて、スイッチング手段１１０と
バッテリ電圧Ｕbatの間で短絡が発生した場合には、閉
成されているスイッチング手段１１０のもとで、著しく
過大な電流がこのスイッチング手段を通って流れる。な
ぜなら接続点Ａと供給電圧源の間の抵抗が０になるから
である。

【００２３】そのような短絡を識別するために、例えば
短絡識別器１７０が設けられる。この短絡識別器１７０
は、負荷１００とスイッチング手段１１０の間の接続点
Ａに印加される電圧に基づいて短絡を識別する。これに
対して短絡識別器１７０は、例えば図１に示されている
ように比較器として構成されている。この短絡識別器１
７０は、接続点Ａにおける電圧を、比較値設定回路１７
５によって設定された値Ｕthと比較する。接続点Ａにお
ける電圧がこの所望の値Ｕthからずれている場合には、
短絡識別器１７０が短絡を示唆する信号を出力する。こ
の信号は設定時間のための遅延回路１６０において例え
ば１００ｍｓ遅延させられる。そしてこの遅延時間の経
過後に、遅延回路１６０は短絡を示す信号を論理回路１
３０に送出する。この遅延期間内に短絡識別器１７０
が、短絡がもはや存在しないことを識別した場合には、
論理回路１３０への信号の転送はなくなる。遅延回路１
６０からの信号ＯＦＦは、スイッチング手段１００を開
放状態に移行させる。

【００２４】１００ｍｓの遅延時間は、短時間の電圧中
断や短絡が遮断（オフ）に結びつかないように作用す
る。この短時間の電圧中断は、特に容量性又は誘導性の
負荷の際に生じる。通常は、次の制御信号の際にスイッ
チング手段が通常モードのように操作される。

【００２５】付加的にまたは選択的に、スイッチング手
段１１０を通って流れる電流を、電流測定抵抗１２０を
用いて検出してもよい。電流リミッタ１８０は、スイッ
チング手段１１０を次のように制御する。すなわち電流
が最大許容値を超えて上昇することのないように制御す
る。

【００２６】制御信号ＩＮが相前後して発生した場合に
は、そのような展開のもとでは次のようなことが考えら
れる。すなわち非常に高い損失出力が出力段か又はスイ
ッチング手段１１０において生じている。このような損
失出力は、熱的な破壊や少なくとも１つの出力段１１０
に熱的障害を引き起こしかねない。それ故に本発明で
は、識別した短絡に、順応的に適合化された制御休止が
結びつけられる。

【００２７】このことは例えば次のことによって実現さ
れる。すなわち短絡カウンタ１５０を用いて、発生した
短絡をカウントすることによって実現される。出力段の
最初のスイッチオンの際にこのカウンタはゼロにセット
される。各スイッチオン信号ＩＮは出力段のスイッチオ
ンを引き起こす。

【００２８】ここにおいてスイッチオン過程にて短絡が
発生した場合には、短絡カウンタが増分される。論理回
路１３０は、所定の数の制御パルスを抑圧する。抑圧さ
れる制御信号の数は、短絡カウンタの内容ＫＳＺによっ
て定まる。例えば論理回路１３０は、制御信号を２^KSZ
番目の制御パルスによって初めて再トリガする。その後
でも相変わらず短絡が存在している場合には、短絡カウ
ンタの内容ＫＳＺは所定の上限値ＫＳＺＭＡＸまでさら
に増分される。このことはスイッチオン休止が短絡の加
わっている時間に依存して増加することを意味してい
る。作用的にはこのことは、出力段の温度が許容外に高
まる前に平均損失出力を取り消してゆくことを意味して
いる。

【００２９】再びスイッチオンされた後でもはや短絡が
存在しない場合には、短絡カウンタ１５０はゼロにリセ
ットされる。スイッチング手段１１０は、再び制御信号
ＩＮに追従する。

【００３０】図２にはこの手法がフローチャートで詳細
に表されている。第１のプログラムステップ２００では
制御装置及び/又は出力段のスイッチオンのもとで短絡
カウンタＫＳＺがゼロにセットされる。引き続きステッ
プ２１０では、出力段をスイッチオンする制御信号ＩＮ
が追従する。すなわち、スイッチング手段１１０が閉成
され電流通流がトリガされる。続いて問い合わせステッ
プ２２０では短絡の有無が検査される。このことは例え
ば短絡識別器１７０によって行われる。短絡が識別され
なかった場合には、ステップ２３０に進められ、そこで
短絡カウンタＫＳＺがゼロにセットされる。

【００３１】問い合わせステップ２２０において短絡が
識別された場合には、ステップ２４０において論理回路
１３０が次のような制御信号を送出する。すなわち出力
段を遮断する、つまりスイッチング手段１１０の電流通
流を中断させる制御信号を送出する。短絡が識別された
場合には、負荷を通る電流通流が阻止される。

【００３２】続く問い合わせステップ２５０では、短絡
カウンタＫＳＺの内容が最大値ＫＳＺＭＡＸ以上かどう
かが検査される。ＫＳＺＭＡＸ以上でない場合には、ス
テップ２６０において短絡カウンタＫＳＺが１だけ増分
される。この問い合わせにおいて最大値ＫＳＺＭＡＸに
達していることが識別された場合には、ステップ２７０
に続けられ、さらにステップ２３０とステップ２６０に
も結び付けられる。ステップ２７０では２^KSZの制御パ
ルスの経過後に信号がスイッチング手段１１０にトリガ
される。このことは、短絡が識別された場合に所定数の
後続する負荷の制御が中断されることを意味する。

【００３３】図３には、種々の信号が時間軸ｔに亘って
プロットされている。すなわち図３のａにはマイクロプ
ロセッサの制御信号ＩＮが示され、図３のｂにはスイッ
チング手段１１０の切換状態が示され、図３のｃには短
絡カウンタＫＳＺの内容が示されている。図示の実施例
では、マイクロプロセッサ１４０が制御信号ＩＮを固定
の周期期間による固定の時間間隔で設定している。この
制御信号ＩＮがそのハイレベルからローレベルに低下す
ると直ちにスイッチング手段１１０はその非導通状態か
ら導通状態に移行する。

【００３４】時点ｔ１では短絡が発生している。これ
は、次のパルス、すなわち信号ＩＮの次の下降エッジで
短絡が識別されることにつながる。論理回路はスイッチ
ング手段１１０を次のように制御する。すなわちスイッ
チング手段１１０がその遮断状態に移行するように制御
する。同時に短絡カウンタは値１だけ高められる。この
ことは、スイッチング手段が２番目の後続パルスのもと
で再びその閉成状態に移行することを意味する。この時
点では短絡はまだ存在しており、短絡識別回路はさらに
短絡を識別して短絡カウンタが値２まで高められる。４
番目のパルスの後でスイッチング手段１１０は再びその
閉成状態に移行される。ここでも図示の実施例では短絡
がまだ存在しており、このことが識別されてスイッチン
グ手段１１０はその遮断状態にもたらされる。同時に短
絡カウンタは値３まで高められる。

【００３５】時点ｔ２では短絡がなくなり、このことは
次のようなことに結び付く。すなわち８番目のパルスの
もとでスイッチング手段１１０がその導通状態に留まる
ことに結び付く。短絡はもはや存在していないので、短
絡カウンタはゼロにリセットされる。この時点からは通
常のスイッチング手段１１０の制御が行われる。

【００３６】短絡が識別された場合には、負荷を通る電
流通流が中断される。所定数の後続する制御のもとで、
負荷を通る電流通流は遮断され続ける。この場合に中断
された制御の数は、短絡の持続時間に依存する。すなわ
ち短絡の続く時間が長ければ長いほど、中断される制御
の数も増す。

【００３７】本発明による手法のもとでは、この制御の
数の代わりに、制御信号を所定の期間だけ中断させるこ
とも可能である。このことは、短絡が識別された場合に
所定の期間だけ、後続する制御が中断されることを意味
する。

【００３８】そのような手法は、特に制御パルスが不規
則に発生するケース、例えばブレーキシステムに用いる
ような電磁弁などのケースで有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置のブロック回路図である。

【図２】本発明をフローチャートで示した図である。

【図３】種々の信号を時間軸に亘ってプロットした図で
ある。

【符号の説明】

１００ 負荷 １１０ スイッチング手段 １２０ 電流測定手段 １３０ 論理回路 １４０ マイクロプロセッサ １５０ 短絡カウンタ １６０ 遅延回路 １７０ 短絡識別器 １８０ 電流リミッタ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング手段と負荷が供給電圧源と
   アースとの間に直列に接続され、負荷のアース及び/又
   は供給電圧源に対する短絡が識別される、負荷の制御の
   ための方法において、 識別された短絡が、順応的に適合化された制御休止に結
   び付くようにしたことを特徴とする、負荷の制御のため
   の方法。
2. 【請求項２】 短絡が識別された場合に、負荷を通る電
   流の通流を中断する、請求項１記載の負荷の制御のため
   の方法。
3. 【請求項３】 短絡が識別された場合に、所定数の後続
   の制御を中断する、請求項１又は２記載の負荷の制御の
   ための方法。
4. 【請求項４】 短絡が識別された場合に、所定の持続時
   間に対し、後続の制御を中断する、請求項１又は２記載
   の負荷の制御のための方法。
5. 【請求項５】 短絡が識別された場合に、短絡カウンタ
   の値（ＫＳＺ）を高め、中断された制御の数を短絡カウ
   ンタの値に依存して設定する、請求項１〜４いずれか１
   項記載の負荷の制御のための方法。
6. 【請求項６】 中断された制御の数及び/又は制御休止
   の持続時間を短絡の持続時間に依存させる、請求項１〜
   ５いずれか１項記載の負荷の制御のための方法。
7. 【請求項７】 スイッチング手段と負荷が供給電圧源と
   アースとの間に直列に接続されており、負荷のアース及
   び/又は供給電圧源に対する短絡を識別する手段が設け
   られている、負荷の制御のための装置において、 短絡が識別された場合に、順応的に適合化された制御休
   止を生ぜしめる手段が設けられていることを特徴とす
   る、負荷の制御のための装置。