JP2002199577A - 断線検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧化及び半導体スイッチの使用化が進ん
だ自動車内の負荷駆動回路に適した断線検出回路を提供
する。 【解決手段】 電源供給用のスイッチング素子２に並列
に、負荷抵抗Ｒ１に比べて十分に大きな抵抗Ｒ２の通電
経路３を形成し、この通電経路３と負荷１との接続点Ａ
の電圧変化を、マイクロコンピュータ１２で検出して、
負荷１の断線を検出する。マイクロコンピュータ１２へ
の入力電圧は、ツェナーダイオード１４により定格電圧
内に抑制する。これにより、高電圧の電源電圧＋Ｂを使
用しても、マイクロコンピュータ１２で容易に負荷１の
断線を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、負荷に対して電
源からの電源電圧をスイッチング素子のオンオフ切替に
より供給して前記負荷を駆動する場合に、前記負荷の断
線を検出する断線検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のターンシグナルランプ（方向表
示灯）は、通常は０．５〜１秒間に一回点滅し、右左折
や車線変更等自動車の進路を変更する合図に使用される
アンバー（橙）色のライトであり、ディレクション・イ
ンジケータランプ、フラッシャーまたはウインカーとも
呼ばれる。

【０００３】また、ブレーキランプ（制動灯）は、ブレ
ーキペダルを踏むと点灯する赤色のライトであり、スト
ップライト、ブレーキ灯またはブレーキライトとも呼ば
れる。

【０００４】自動車のターンシグナルランプやブレーキ
ランプは、安全確保の必要性から、断線が生じた場合
に、その旨を運転者に報知する必要がある。

【０００５】ターンシグナルランプの場合は、断線が生
じて電流が減少すると、ターンシグナルランプの点滅切
り替えを司るフラッシャーリレーと称される電磁式メカ
ニカルリレーが動作し、ターンシグナルランプの点滅速
度が増加するようになっており、車内でターンシグナル
ランプの点滅状態をモニタするモニタランプが通常時よ
りも高速で点滅を行うことで、運転者が断線のあったこ
とを認識できるようになっている。

【０００６】一方、ブレーキランプについては、電流セ
ンサユニットが電流値を監視するようになっており、こ
の監視結果に基づいて、ブレーキランプに供給される駆
動電流が正常値より小さい場合に断線と判断し、運転席
の前方にあるインストゥルメントパネル内のダイアグノ
ーシスランプと称される専用のランプを点灯させて、運
転者に修理等を督促するようになっている。

【０００７】近年、自動車エレクトロニクスの分野にお
けるエネルギー効率の向上を目指して、電源電圧の高電
圧化が検討されており、現状の１２〜１４Ｖから３６〜
４２Ｖの電源電圧レベルへの移行が検討されている。こ
れに伴い、各種スイッチ類も従来の電磁式メカニカルリ
レーからＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチに移り変わろ
うとしている。特に、ターンシグナルランプやブレーキ
ランプ等のランプ系については、従来の１２Ｖの定格品
をそのまま使用し、半導体スイッチの高速スイッチング
特性を活かして、ＰＷＭ制御による点灯が検討されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、電源電
圧の高電圧化が進み、且つ半導体スイッチが使用される
ことになると、これに対応した断線検出回路の必要性が
高くなってきた。

【０００９】そこで、この発明の課題は、高電圧化及び
半導体スイッチの使用化が進んだ自動車内の負荷駆動回
路に適した断線検出回路を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
請求項１に記載の発明は、負荷に対して電源からの電源
電圧をスイッチング素子のオンオフ切替により供給して
前記負荷を駆動する場合に、前記負荷の断線を検出する
断線検出回路であって、前記スイッチング素子に並列に
形成された通電経路と、前記スイッチング素子及び前記
通電経路と前記負荷との接続点の電圧の変化を検出する
電圧検出部とを備え、前記通電経路は、少なくとも前記
負荷の負荷抵抗に対して十分に大きい抵抗値の電圧降下
用抵抗を有するものである。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の断線検出回路であって、前記スイッチング素子は、オ
ンオフ切替して前記負荷をＰＷＭ駆動し、前記電圧検出
部は、前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負
荷との接続点に接続されたプルダウン抵抗と、前記スイ
ッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に
一端が接続される介在抵抗と、前記介在抵抗の他端に接
続される半導体集積回路と、前記半導体集積回路と前記
介在抵抗との接続点に接続されて、当該接続点の電圧が
前記半導体集積回路の定格電圧を超えるのを防止する電
圧調整子とを備え、前記半導体集積回路が、前記半導体
集積回路と前記介在抵抗との接続点からの入力電圧を検
知し、当該入力電圧が所定のしきい値電圧より高い状態
が前記スイッチング素子のオンオフ切替にも拘わらず継
続する場合に、前記負荷が断線している旨を判断する一
方、前記入力電圧が前記スイッチング素子のオンオフ切
替に対応して所定のしきい値電圧より高い状態と低い状
態とに切り替わる場合に、前記負荷が非断線であると判
断するものである。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の断線検出回路であって、前記電圧検出部は、前記スイ
ッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に
接続されたプルダウン抵抗と、前記スイッチング素子及
び前記通電経路と前記負荷との接続点に一端が接続され
る介在抵抗と、前記介在抵抗の他端に接続される半導体
集積回路と、前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接
続点に接続されて、当該接続点の電圧が前記半導体集積
回路の定格電圧を超えるのを防止する電圧調整子とを備
え、前記半導体集積回路が、前記半導体集積回路と前記
介在抵抗との接続点からの入力電圧を検知し、前記スイ
ッチング素子のオフ状態にも拘わらず前記入力電圧が所
定のしきい値電圧より高い場合に、前記負荷が断線して
いる旨を判断する一方、前記スイッチング素子のオフ状
態に対応して前記入力電圧が所定のしきい値電圧より低
い状態である場合に、前記負荷が非断線であると判断す
るものである。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項２または
請求項３に記載の断線検出回路であって、前記電圧降下
用抵抗の抵抗値をＲ２とし、前記プルダウン抵抗の抵抗
値をＲ３とし、前記しきい値電圧をＶｔｈとし、前記電
源電圧を＋Ｂとした場合に、次の式が成立するものであ
る。

【００１４】＋Ｂ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＞Ｖｔｈ

【００１５】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一の実施の形態
に係る断線検出回路の考え方を示す回路図、図２は同じ
く断線検出回路を示す回路図である。

【００１６】まず、この断線検出回路の考え方について
説明する。ターンシグナルランプやブレーキランプ等の
点滅を行うランプ系等の負荷駆動回路では、図１の如
く、ランプ等の負荷１に対して電源６の電源電圧（＋
Ｂ）を供給するために、電源６と負荷１との間にスイッ
チング素子２を介在させ、このスイッチング素子２をＰ
ＷＭ駆動することによって負荷１の駆動（点灯）制御を
行う。

【００１７】ここで、スイッチング素子２としては、図
１の例ではｎチャンネルのＭＯＳＦＥＴを使用している
が、ｐチャンネルのＭＯＳＦＥＴを使用しても差し支え
ない。また、負荷１の負荷抵抗値がＲ１であるものとし
て説明を行う。

【００１８】そして、この回路では、スイッチング素子
２に並列に通電経路３を形成している。この通電経路３
は、スイッチング素子２の閉成（オン）時のみならず、
スイッチング素子２が開成（オフ）しているときにも、
負荷１に微弱電流を供給することにより断線を検出する
ために形成されたものである。通電経路３は、電圧降下
用抵抗４と通電用スイッチ５とが直列に形成されたもの
が使用されている。

【００１９】電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２は、負荷１
の負荷抵抗値Ｒ１に比べて十分に大きな値に設定されて
おり、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）２が開成（オ
フ）しているときに通電用スイッチ５を閉成（オン）に
切り替えたときに、負荷１が駆動しない程度（即ち、負
荷１がランプである場合には当該ランプが点灯しない程
度）にまで負荷１に対する駆動電圧を低下するように、
電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２が設定されている。

【００２０】通電用スイッチ５は、図１の例ではｐｎｐ
型トランジスタが使用されているが、例えばｎｐｎ型ト
ランジスタ、ＭＯＳＦＥＴまたは電磁リレー等、どのよ
うなスイッチ部品が使用されても差し支えない。

【００２１】この場合に、電圧降下用抵抗４と負荷１と
の接続点をＡ点とし、このＡ点の電圧を考える。

【００２２】まず、負荷１が非駆動のとき、即ちスイッ
チング素子２が開成（オフ）している際に、負荷１が断
線している状況を考える。この場合、通電用スイッチ５
を閉成（オン）し、この通電用スイッチ５及び電圧降下
用抵抗４を通じて電源６からの電流が負荷１に流れ込
む。

【００２３】この際、もし負荷１に断線が生じていなけ
れば、上述のように、電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２は
負荷抵抗値Ｒ１よりも十分に大きい（Ｒ２＞＞Ｒ１）の
で、電源６から与えられる電源電圧（＋Ｂ）は電圧降下
用抵抗４で大幅に降下し、Ａ点は接地電圧（ＧＮＤ）に
近似した電圧レベル（ローレベル）となる。このため、
負荷１は駆動しない状態に保たれる。

【００２４】ところが、断線がＡ点より下流で生じる
と、負荷１には電流が流れないことから、Ａ点の電位は
電源６の電源電圧（＋Ｂ）とほぼ同じ（ハイレベル）に
なる。

【００２５】このように、スイッチング素子２が開成
（オフ）されており且つ通電用スイッチ５が閉成（オ
ン）された状態では、Ａ点において、負荷１の断線時に
はハイレベル、非断線時にはローレベルと電位が大幅に
異なることから、このＡ点の電圧の変化を、図２のよう
にマイクロコンピュータ１２で検知すれば、負荷１の断
線の有無を容易に検知することが可能となる。

【００２６】具体的に、この断線検出回路は、図２の如
く、上記の通電経路３と、Ａ点の電圧を検出することに
より負荷１の断線の有無を検出する電圧検出部１０とを
備える。

【００２７】通電経路３については先に説明したとおり
である。

【００２８】電圧検出部１０は、Ａ点に接続されたプル
ダウン抵抗１１と、このＡ点とプルダウン抵抗１１との
間の接続点に一端が接続される介在抵抗１３と、この介
在抵抗１３の他端（Ｂ点）と接地点（ＧＮＤ）との間に
接続されてＢ点の電圧がマイクロコンピュータ１２の定
格電圧を超えるのを防止するツェナーダイオード（電圧
調整子）１４と、このツェナーダイオード１４と介在抵
抗１３との接続点（Ｂ点）の電圧の変化に基づいて負荷
１の断線の有無を検出するマイクロコンピュータ（半導
体集積回路）１２とを備える。

【００２９】ツェナーダイオード１４の降伏電圧（ツェ
ナー電圧）は、マイクロコンピュータ１２の定格電圧よ
り小さい例えば５Ｖ程度に設定されており、またマイク
ロコンピュータ１２が断線が否かを判断する基準として
のしきい値電圧Ｖｔｈは５Ｖ未満が望ましい。

【００３０】また、電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２及び
プルダウン抵抗１１の抵抗値Ｒ３は、マイクロコンピュ
ータ１２の入力インピーダンスが無限大であると仮定し
た場合に、スイッチング素子２が開成（オフ）されてお
り、且つ通電用スイッチ５が閉成（オン）された状態
で、両抵抗４，１１が分圧抵抗となってＡ点の電圧を規
定することになるため、マイクロコンピュータ１２のし
きい値電圧をＶｔｈとすると、次の（１）式が成立する
ように規定される。

【００３１】 ＋Ｂ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＞Ｖｔｈ … （１） マイクロコンピュータ１２は、スイッチング素子２が所
望のデューティ比でオンオフ切替されている状態でＢ点
の電圧を検出し、このＢ点の電圧が、マイクロコンピュ
ータ１２の内部に保有するしきい値電圧Ｖｔｈに対して
ハイレベルとローレベルとが交互に表れる場合に、負荷
１の断線が生じていないものと判断する一方、スイッチ
ング素子２をオンオフ切替したのに拘わらず、ハイレベ
ルが維持される場合には、負荷１に断線が生じていると
判断する機能を有する。マイクロコンピュータ１２の機
能は、ＲＯＭおよびＲＡＭ等が接続された一般的なＣＰ
Ｕ内において所定のソフトウェアプログラムによって実
現されるものである。

【００３２】上記構成の断線検出回路を用いた場合の動
作を説明する。

【００３３】まず、スイッチング素子２を図３（Ａ）の
ように所望のデューティ比でオンオフ切替し、負荷１を
ＰＷＭ駆動する。

【００３４】この際、通電用スイッチ５は常時閉成状態
にしておく。

【００３５】まず、負荷１に断線が生じていない場合を
考える。この場合において、スイッチング素子２が閉成
（オン）しているときには、Ａ点の電位は、電源６の電
源電圧（＋Ｂ）に近似する。

【００３６】一方、スイッチング素子２が開成（オフ）
しているときのＡ点の電位は、電圧降下用抵抗４の抵抗
値Ｒ２が負荷抵抗値Ｒ１よりも十分に大きい（Ｒ２＞＞
Ｒ１）ことから、電源６から与えられる電源電圧（＋
Ｂ）が電圧降下用抵抗４で大幅に降下する。したがっ
て、Ａ点は接地電圧（ＧＮＤ）に近似した電圧レベル
（ローレベル）となる。

【００３７】したがって、負荷１に断線が生じていない
場合に、スイッチング素子２を図３（Ａ）のように所望
のデューティ比でオンオフ切替したときには、Ａ点の電
圧は図３（Ｂ）の符号Ｔ１のようにハイレベルとローレ
ベルとが繰り返されるようになる。

【００３８】次に、負荷１に断線が生じている場合を考
える。この場合において、スイッチング素子２が閉成
（オン）しているときには、Ａ点の電位は、電源６の電
源電圧（＋Ｂ）に近似してハイレベルになる。

【００３９】一方、スイッチング素子２が開成（オフ）
しても、断線がＡ点より下流で生じているため、負荷１
には電流が流れない。このことから、Ａ点の電位は電源
６の電源電圧（＋Ｂ）とほぼ同じ（ハイレベル）にな
る。

【００４０】したがって、負荷１に断線が生じている場
合は、スイッチング素子２を図３（Ａ）のようにオンオ
フ切替しても、Ａ点の電圧は図３（Ｂ）の符号Ｔ２のよ
うにハイレベルが維持されたままになる。

【００４１】ここで、Ａ点がハイレベルである場合に
は、電源電圧＋Ｂが高電圧の場合に、Ａ点の電圧がＢ点
の電圧より大となって、Ｂ点の電圧はツェナーダイオー
ド１４のツェナー電圧である５Ｖ（しきい値電圧Ｖｔｈ
より大で且つマイクロコンピュータ１２の定格電圧より
小である電圧）になる。一方、Ａ点がローレベルである
場合には、Ｂ点の電圧は接地（ＧＮＤ）レベルに近似し
たレベルになる。したがって、マイクロコンピュータ１
２でＢ点の電圧を検出し、このＢ点の電圧が、マイクロ
コンピュータ１２の内部に保有するしきい値電圧Ｖｔｈ
に対してハイレベルとローレベルとが交互に表れる場合
には、負荷１の断線が生じていないものと判断する一
方、スイッチング素子２をオンオフ切替したのに拘わら
ず、ハイレベルが維持される場合には、負荷１に断線が
生じていると判断する。

【００４２】また、この実施の形態では、スイッチング
素子２をオフの状態にしたまま負荷１を非駆動にしてい
るときでも、負荷１の断線を検出することができる。即
ち、スイッチング素子２が開成（オフ）している場合
に、通電用スイッチ５を閉成（オン）し、この通電用ス
イッチ５及び電圧降下用抵抗４を通じて電源６からの電
流が負荷１に流れ込む。

【００４３】この際、もし負荷１に断線が生じていなけ
れば、上述のように、電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２は
負荷抵抗値Ｒ１よりも十分に大きい（Ｒ２＞＞Ｒ１）の
で、電源６から与えられる電源電圧（＋Ｂ）は電圧降下
用抵抗４で大幅に降下し、Ａ点は接地電圧（ＧＮＤ）に
近似した電圧レベル（ローレベル）となる。このため、
負荷１は駆動しない状態に保たれる。

【００４４】一方、断線がＡ点より下流で生じると、負
荷１には電流が流れないことから、Ａ点の電位は電源６
の電源電圧（＋Ｂ）とほぼ同じ（ハイレベル）になる。

【００４５】このことを、電圧検出部１０のマイクロコ
ンピュータ１２で検知判断することで、容易に負荷１の
断線判断を行うことができる。

【００４６】以上のように、この断線検出回路では、電
源として高電圧のものを使用し、且つスイッチング素子
２として半導体スイッチが使用されるような場合にも、
十分に負荷１の負荷抵抗Ｒ１に比べて十分に大きな抵抗
値Ｒ２を有する電圧降下用抵抗４を有した通電経路３を
形成するとともに、電圧検出部１０のツェナーダイオー
ド１４でＢ点の入力電圧を制限した状態で半導体集積回
路であるマイクロコンピュータ１２で断線検出判断を容
易に行うことができる。

【００４７】

【発明の効果】請求項１及び請求項４に記載の発明によ
れば、負荷に電源電圧を供給するためのスイッチング素
子に並列に通電経路を形成し、スイッチング素子及び通
電経路と負荷との接続点の電圧の変化を電圧検出部で検
出する場合に、通電経路に、少なくとも負荷の負荷抵抗
に対して十分に大きい抵抗値の電圧降下用抵抗を有せし
めているので、負荷が非断線であれば、スイッチング素
子をオフしている際にも通電経路の電圧降下用抵抗で電
圧を十分に降下させて、負荷が駆動しない程度に電流を
供給することができる。一方、負荷が断線していれば、
負荷に電流が流れないため、電圧降下用抵抗での電圧降
下がなされず、負荷にかかる電圧は電源電圧に近似す
る。したがって、かかる電圧の変化を電圧検出部で検出
することで容易に負荷の断線を検出することができる。
特に、電源電圧が高電圧であったり、スイッチング素子
として半導体スイッチが使用されるような場合にも、容
易に負荷の断線を検出できる。

【００４８】請求項２に記載の発明によれば、スイッチ
ング素子をオンオフ切替して負荷をＰＷＭ駆動する場合
に、電圧検出部の半導体集積回路への入力電圧がスイッ
チング素子のオンオフ切替に対応しているかどうかを判
断するだけで、容易に負荷の断線を検出判断することが
できる。特に、半導体集積回路での判断を行う場合に、
入力電圧の上昇を電圧調整子で定格電圧に抑制している
ので、半導体集積回路を使用しても容易に断線検出を行
うことができる。

【００４９】請求項３に記載の発明によれば、スイッチ
ング素子をオフしたままで負荷の断線検出を行う場合
に、電圧検出部の半導体集積回路への入力電圧がハイレ
ベルかローレベルかを判断するだけで、容易に負荷の断
線を検出判断することができる。特に、半導体集積回路
での判断を行う場合に、入力電圧の上昇を電圧調整子で
定格電圧に抑制しているので、半導体集積回路を使用し
ても容易に断線検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一の実施の形態に係る断線検出回路
の考え方を示す回路図である。

【図２】この発明の一の実施の形態に係る断線検出回路
を示す回路図である。

【図３】スイッチング素子のオンオフ切替とＡ点での電
圧の変化との対応を示す図である。

【符号の説明】

１ 負荷 ２ スイッチング素子 ３ 通電経路 ４ 電圧降下用抵抗 ５ 通電用スイッチ ６ 電源 １０ 電圧検出部 １１ プルダウン抵抗 １２ マイクロコンピュータ １３ 介在抵抗 １４ ツェナーダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 史章 愛知県名古屋市南区菊住１丁目７番10号 株式会社オートネットワーク技術研究所内 Ｆターム(参考） 5G004 AA04 AB02 BA05 CA02 DA02 DC04 DC14 EA01 5J055 AX36 BX16 CX22 DX05 DX22 EX07 EX12 EY01 EY13 EY21 EZ39 FX05 FX08 FX22 FX32 FX34 GX01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷に対して電源からの電源電圧をスイ
   ッチング素子のオンオフ切替により供給して前記負荷を
   駆動する場合に、前記負荷の断線を検出する断線検出回
   路であって、 前記スイッチング素子に並列に形成された通電経路と、 前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との
   接続点の電圧の変化を検出する電圧検出部とを備え、 前記通電経路は、少なくとも前記負荷の負荷抵抗に対し
   て十分に大きい抵抗値の電圧降下用抵抗を有することを
   特徴とする断線検出回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の断線検出回路であっ
   て、 前記スイッチング素子は、オンオフ切替して前記負荷を
   ＰＷＭ駆動し、 前記電圧検出部は、前記スイッチング素子及び前記通電
   経路と前記負荷との接続点に接続されたプルダウン抵抗
   と、 前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との
   接続点に一端が接続される介在抵抗と、 前記介在抵抗の他端に接続される半導体集積回路と、 前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点に接続さ
   れて、当該接続点の電圧が前記半導体集積回路の定格電
   圧を超えるのを防止する電圧調整子とを備え、 前記半導体集積回路が、前記半導体集積回路と前記介在
   抵抗との接続点からの入力電圧を検知し、当該入力電圧
   が所定のしきい値電圧より高い状態が前記スイッチング
   素子のオンオフ切替にも拘わらず継続する場合に、前記
   負荷が断線している旨を判断する一方、前記入力電圧が
   前記スイッチング素子のオンオフ切替に対応して所定の
   しきい値電圧より高い状態と低い状態とに切り替わる場
   合に、前記負荷が非断線であると判断することを特徴と
   する断線検出回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の断線検出回路であっ
   て、 前記電圧検出部は、前記スイッチング素子及び前記通電
   経路と前記負荷との接続点に接続されたプルダウン抵抗
   と、 前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との
   接続点に一端が接続される介在抵抗と、 前記介在抵抗の他端に接続される半導体集積回路と、 前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点に接続さ
   れて、当該接続点の電圧が前記半導体集積回路の定格電
   圧を超えるのを防止する電圧調整子とを備え、 前記半導体集積回路が、前記半導体集積回路と前記介在
   抵抗との接続点からの入力電圧を検知し、前記スイッチ
   ング素子のオフ状態にも拘わらず前記入力電圧が所定の
   しきい値電圧より高い場合に、前記負荷が断線している
   旨を判断する一方、前記スイッチング素子のオフ状態に
   対応して前記入力電圧が所定のしきい値電圧より低い状
   態である場合に、前記負荷が非断線であると判断するこ
   とを特徴とする断線検出回路。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載の断線検
   出回路であって、 前記電圧降下用抵抗の抵抗値をＲ２とし、前記プルダウ
   ン抵抗の抵抗値をＲ３とし、前記しきい値電圧をＶｔｈ
   とし、前記電源電圧を＋Ｂとした場合に、次の式が成立
   することを特徴とする断線検出回路。 ＋Ｂ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＞Ｖｔｈ