JP2004144000A

JP2004144000A - スタータリレー駆動回路

Info

Publication number: JP2004144000A
Application number: JP2002308896A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsukada; 塚田　康一
Original assignee: Denso Corp; Anden Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Denso Electronics Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP4070577B2

Abstract

【課題】車両水没時のリーク電流によるスタータ誤動作を確実に防止可能なスタータリレー駆動回路を提供すること。
【解決手段】水没センサ２の出力信号により車両水没時にオフする直列スイッチ３をスタータリレー１のコイル１１と直列に接続し、水没センサ２により水没時にオンする並列スイッチ５をスタータリレー１のコイル１１と並列に接続する。これにより、コイル１１と直列接続される回路抵抗の増大を抑止しつつ、確実に水没時のスタータモータ誤起動を防止してバッテリ消耗を回避することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用のスタータリレー駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワーウインドウ装置装備車両が水没した場合における乗員脱出を確保するために、車両水没を検出してパワーウインドウ装置を強制作動させ、窓を開く技術が提案されている。
【０００３】
たとえば、下記特許文献１は、車両水没時にパワーウインドウ装置の制御部への浸水によりパワーウインドウが開不能となって乗員が内部に閉じ込められるのを防止するために、第一の水没センサが水没を検出した場合に窓昇降用モータへの通電を制御する上昇用リレーのコイルに通電し、第二の水没センサが水没を検出した場合に窓昇降用モータへの通電を制御する下降用リレーのコイルに通電し、更に乗員が窓開を決意して窓降下用の操作スイッチを操作した場合には窓上昇用のリレーのコイルへの通電を禁止することにより窓を降下させる技術を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開平２０００−３４８６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１などの車両水没時乗員脱出技術にもかかわらず、水没のためにバッテリ電圧が大幅に低下した場合、パワーウインドウ装置の動作自体が不能となってしまえば、上記技術を実施することができなくなってしまう。同じく、車両には、パワーウインドウ装置のみならず、動作を確保するべき重要な電機装置や電子装置も存在するが、それらも水没によりバッテリ電圧が低下してしまうと、動作不能となってしまう。
【０００６】
水没によるバッテリ電圧急低下に最も影響が大きい現象は、水没によりスタータリレーを駆動する回路（スタータリレー駆動回路ともいう）にリーク電流が流れ、スタータリレーのコイルにその接点をオンするに足る電流が流れ、スタータリレーの接点を通じてスタータモータに通電されてしまうスタータ誤作動現象である。
【０００７】
スタータモータの起動電流が大きい（起動時電気抵抗が小さい）ために、車両水没によりスタータ誤作動現象が生じると、バッテリ電圧は極めて短期間に大きく低下してしまう。
【０００８】
この現象を防止するには、水没リーク電流によりスタータリレーが作動するのを防止すればよい。たとえば、スタータリレーのコイルと直列にスイッチである直列スイッチを設け、水没センサが水没を検出したらこのスイッチをオフすることによりスタータリレーのコイルに水没リーク電流が流れるのを禁止する方法が考えられる。
【０００９】
しかしながら、この場合においても、スタータリレーのコイルと直列スイッチとを接続する配線部分である中間配線部が水没によりコイル通電方向に電位変化すると、直列スイッチを経由せずに電流が流れ、スタータリレーがスタータ誤作動する可能性が生じる。このような電位変化は、たとえば直列スイッチの主電極間のリークにより生じたり、この中間配線部に属する露出端子が高電位の露出配線や金属ケースに近接していたりする場合に顕著となる。
【００１０】
また、この直列スイッチが万が一故障して水没にも関わらずオフしない場合には、水没時の上記スタータ誤作動現象によりバッテリ電圧は急激に低下してしまう。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、水没時のリーク電流によりスタータが誤動作するのを良好に防止可能なスタータリレー駆動回路を提供することをその目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の第一発明のスタータリレー駆動回路は、スタータリレーの駆動に際してそのコイルに通電するスタータリレー駆動回路であって、
水没センサから出力される水没信号の入力によりオンして前記スタータリレーのコイルに流れる電流を迂回させる並列スイッチを備えることを特徴としている。
【００１３】
すなわち、この発明のスタータリレー駆動回路は、水没時にスタータリレーのコイルへ流れようとする電流を迂回させるべく浸水検出時のみオンするスイッチである並列スイッチを具備するので、水没時にスタータリレーのコイルへ流れる電流をバイパスすることができ、非水没時におけるスイッチの合計オン抵抗を増加することなく、水没によるスタータリレーの誤オンを良好に防止することができる。
【００１４】
好適な態様において、前記水没センサから出力される水没信号の入力によりオフする直列スイッチと、前記スタータリレーの前記コイルの一端と前記直列スイッチの一端とを接続する中間配線部とを備え、前記並列スイッチは、前記中間配線部に接続される主電極を有するとともに前記水没信号の入力時にオンし、前記水没信号の非入力時にオフして前記中間配線部の電位を前記コイルの通電電流を低減する方向へシフトさせる。好適な態様において、前記並列スイッチは前記コイルと並列接続されるが、スタータリレーのコイルと他の回路素子との直列回路に対してこの並列スイッチを並列接続することも可能である。
【００１５】
すなわち、この発明のスタータリレー駆動回路は、スタータリレーのコイルと直列接続する直列スイッチに加えて、水没信号の入力によりオンしてスタータリレーのコイルへ流れる電流をバイパスする並列スイッチをもつので、非水没時におけるスイッチの合計オン抵抗を増加することなく、水没によるスタータリレーの誤オンを良好に防止することができる。
【００１６】
更に詳しく説明すると、水没時に直列スイッチがオフするので水没時にたとえこの直列スイッチより外側（スタータリレーのコイルからみて）の配線部分が水没リークにより電位変化してもスタータリレーのコイルに電流が流れてスタータリレーが誤オンすることを防止することができる。また、水没時に並列スイッチがオンするのでたとえ直列スイッチとスタータリレーのコイルとを接続する中間配線部が水没リークにより電位変化してもスタータリレーのコイルに電流が流れてスタータリレーが誤オンすることを防止することができる。
【００１７】
好適な態様において、前記直列スイッチは、非水没時かつエンジン始動時にオンされる。これにより、直列スイッチをエンジン始動信号により作動してスタータリレーのコイルに電流を流す始動スイッチを兼用することができ、回路構成を簡素化することができる。
【００１８】
好適な態様において、前記並列スイッチは、ＭＯＳトランジスタからなる。この並列スイッチをＭＯＳトランジスタを採用する場合、このＭＯＳトランジスタは寄生ダイオードをもつので、スタータリレーをオフする時にそのコイルから放出される磁気エネルギーによるフライホイル電流をこのＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードを通じて放出することができ、従来必要であった、フライホイルダイオードやそれと並列接続されてフライホイル電流を一時的に吸収するフライホイルコンデンサを省略したり、小容量化することができる。すなわち、並列スイッチがフライホイル素子を兼ねることができる。
【００１９】
好適な態様において、前記ＭＯＳトランジスタは前記コイルの通電電流の遮断時にオンする。これにより、コイルの通電電流遮断時のフライホイル電流をＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードだけでなくチャンネルを通じて流すことができるので、従来のフライホイルダイオードやフライホイルコンデンサを一層良好に代替することができる。
【００２０】
【発明を実施するための態様】
以下、本発明のスタータリレー駆動回路の一例を用いるエンジン始動回路を図面を参照して説明する。図１はこのエンジン始動回路を示す回路図である。
【００２１】
１はエンジン始動用のスタータリレー、２は水没時に水没信号を出力する水没センサ、３は水没信号の入力によりオフする直列スイッチ、４はスタータリレー１のコイル１１の一端と直列スイッチ３の一端とを接続する配線（中間配線部の一部）、５はスタータリレー１のコイル１１と並列接続される並列スイッチ、６は入力する水没信号に基づいて直列スイッチ３及び並列スイッチ５を駆動制御するスタータリレー駆動回路、７はエンジン始動制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）、８はニュートラルスタートスイッチ、９は水没制御装置、１０はスタータモータである。スタータリレー駆動回路６は、ハイブリッドＩＣであって、直列スイッチ３及び並列スイッチ５を含み、水没制御装置９は、水没センサ２、スタータリレー駆動回路６、外付けのフライホイルコンデンサ１００及び外付けの抵抗器１０１を含んでいる。スタータリレー駆動回路６をモノリシックＩＣ構成としたり、水没センサ２とスタータリレー駆動回路６とを一体化したり、スタータリレー駆動回路６とスタータリレー１とを一体化したりすることは当然、この実施例の変形範囲である。
【００２２】
このエンジン始動回路を更に詳細に説明する。
【００２３】
スタータリレー１の常開接点１２が閉じるとバッテリ電圧が複巻ＤＣモータからなるスタータモータ１０に印加されて、スタータモータ１０が起動される。
【００２４】
スタータリレー１のコイル１１の高位端子には、ＥＣＵ７のドライブトランジスタ７０を通じてバッテリ電圧が印加される。コイル１１の高位端子は水没制御装置９の電源ターミナル９１に接続され、コイル１１の低位端子は配線（中間配線部の一部をなす）４を通じて水没制御装置９の出力ターミナル９２（中間配線部の一部をなす）に接続され、水没制御装置９の接地ターミナル９３は、ニュートラルスタートスイッチ８を通じて接地されている。このニュートラルスイッチをＥＣＵ７とコイル１１との間に配置し、接地ターミナル９３を直接接地する構成を採用してもよい。水没制御装置９の電源ターミナル９１はスタータリレー駆動回路６の電源ターミナル６１に、水没制御装置９の出力ターミナル９２はスタータリレー駆動回路６の出力ターミナル６２に、水没制御装置９の接地ターミナル９３は抵抗器１０１を通じてスタータリレー駆動回路６の接地ターミナル６３に接続されている。フライホイルコンデンサ１００はスタータリレー１のコイル１１と並列接続されている。
【００２５】
良く知られているように、スタータリレー１のコイル１１に所定レベル以上の電流が通電されると、常開接点１２が閉じてスタータモータ１０に大きな（数百Ａ）の起動電流が流れ、スタータモータ１０が起動される。
【００２６】
水没センサ（水没検出センサともいう）２は、互いに所定間隔離れて配置され図示しない開放ケースに収容された３つの電極板２１〜２３を有し、出力電極板２２は、電源電極板２１及び接地電極板２３の間に介設されている。電源電極板２１は及び電源ターミナル９１に、出力電極板２２はスタータリレー駆動回路６の入力ターミナル６４に、接地電極板２３は接地ターミナル９３に接続されている。なお、この実施例では、３電極型水没センサを採用したが、２電極型の水没センサあるいは浸水検出機能をもつ他の水没センサを採用しても良いことは当然である。
【００２７】
水没センサ２の出力電極板２２は抵抗ｒ１を通じてＰ−ＭＯＳトランジスタＴＲ１のゲート電極に接続され、このゲート電極は抵抗ｒ２を通じて電源ターミナル６１に接続されている。したがって、電源ターミナル９１に電圧が印加されても、水没センサ２が浸水状態でなければＭＯＳトランジスタＴＲ１はオフし、水没センサ２が浸水状態となれば水没センサ２の出力電極板２２の電位低下によりＰ−ＭＯＳトランジスタＴＲ１はターンオンする。
【００２８】
電源ターミナル９１に電圧が印加されている状態において浸水状態となってＰ−ＭＯＳトランジスタＴＲ１がオンすると、並列スイッチ駆動用前置増幅回路を構成するトランジスタＴＲ２、直列スイッチ駆動用前置増幅回路を構成するトランジスタＴＲ３がそれぞれターンオンする。トランジスタＴＲ２がターンオンしてそのコレクタ電位が接地電位に降下すると、この電位降下は、チャージポンプＣＰ内部で反転、レベルシフトされてＮ−ＭＯＳトランジスタからなる並列スイッチ５のゲート電極に伝達され、並列スイッチ５をオンさせる。同じく、トランジスタＴＲ３がターンオンしてそのコレクタ電位が接地電位に降下すると、この電位降下は、Ｎ−ＭＯＳトランジスタからなる直列スイッチ３のゲート電極に伝達され、直列スイッチ３をオフさせる。
【００２９】
電源ターミナル９１に電圧が印加されている状態において浸水状態ではなくＰ−ＭＯＳトランジスタＴＲ１がオフする状態では、トランジスタＴＲ２、ＴＲ３がそれぞれターンオフ状態となる。トランジスタＴＲ２がターンオフしてそのコレクタ電位が上昇すると、この電位上昇は、チャージポンプ回路ＣＰにより反転、レベルシフトされてＮ−ＭＯＳトランジスタからなる並列スイッチ５のゲート電極に伝達され、並列スイッチ５はオフ状態となる。また、トランジスタＴＲ３がターンオフしてそのコレクタ電位が上昇すると、この電位上昇は、Ｎ−ＭＯＳトランジスタからなる直列スイッチ３のゲート電極に伝達され、直列スイッチ３をオンさせる。
【００３０】
上記した反転、レベルシフト動作やトランジスタＴＲ２のコレクタへの給電動作を行うチャージポンプ回路ＣＰの内部構成については説明を省略するが、ハイサイド配置のＭＯＳトランジスタである並列スイッチ５のゲート駆動のためのこの種のチャージポンプ回路自体はもはや周知事項である。
【００３１】
（動作）
非浸水状態において、イグニッション信号がＥＣＵ７に入力されると、上述したように、並列スイッチ５はオフのままであり、直列スイッチ３がオンするので、スタータリレー１のコイル１１に通電されて、常開接点１２が閉じ、スタータモータ１０が起動される。すなわち、水没制御装置９の電源ターミナル９１は、スタータモータ起動時に直列スイッチ３をオンさせる機能をもつスタータ起動信号入力接点を兼ねている。
【００３２】
非浸水状態において、イグニッション信号がオフ状態となると、ＥＣＵ７のドライバトランジスタ７０はオフし、ＥＣＵ７からスタータモータ１０及び水没制御装置９への給電が停止され、並列スイッチ５はオフのままであり、直列スイッチ３がオフする。すると、スタータリレー１のコイル１１に蓄積されていた磁気エネルギーによりフライホイル電流が生じ、このフライホイル電流は、フライホイルダイオード１０２及びフライホイルコンデンサ１００を通じて環流する。この時、ＭＯＳトランジスタである並列スイッチ５の寄生ダイオードもこの環流電流を通過させる。したがって、並列スイッチ５を構成するＭＯＳトランジスタを十分大きくすれば、フライホイルダイオード１０２やフライホイルコンデンサ１００を小容量化したり、省略したりすることができる。
【００３３】
浸水状態によりたとえばＥＣＵ７の誤動作などが生じた場合、水没制御装置９の電源ターミナル９１には高電圧が印加される。しかし、この時、水没センサ２の水没検出により直列スイッチ３のオンが禁止されているため、スタータリレー１のコイル１１に通電が生じることはない。また、たとえ浸水による迷走電流やリーク電流により直列スイッチ３が誤オンしたとしても、並列スイッチ５がスタータリレー１のコイル１１と並列に接続されているために、大部分の電流は並列スイッチ５を迂回することになり、スタータリレー１のコイル１１を流れる電流は極めて小さくなり、常開接点１２が閉じることはなく、浸水時のスタータモータ１０の誤起動によるバッテリ消耗を確実に防止することが可能となる。並列スイッチ５及び直列スイッチ３の動作モードを図２に示す。
【００３４】
（変形態様）
水没制御装置９の電源ターミナル９１への印加電圧が低下してから所定時間だけ並列スイッチ５をオン状態に保持することができる。
【００３５】
このような回路構成は、並列スイッチ５をなすＭＯＳトランジスタのゲート電極と電源ターミナル９１との間に抵抗を接続し、このゲート電極と接地ターミナル９３（又は電源ターミナル９１）との間にコンデンサを接続することにより実現することができる。
【００３６】
このようにすれば、イグニッション信号がオフレベルとなってドライバトランジスタ７０がオフし、電源ターミナル９１の電位が降下しても、並列スイッチ５をなすＭＯＳトランジスタのゲート電位を電源ターミナル９１の電位よりも所定時間だけ高く保持して並列スイッチ５をこの所定時間オンすることができる。
【００３７】
その結果、スタータリレー１のコイル１１がドライバトランジスタ７０がオフした直後の所定期間に放出するフライホイル電流を、並列スイッチ５をなすＭＯＳトランジスタのチャンネル領域を通じて環流させることができ、その分だけ、フライホイルコンデンサ１００やフライホイルダイオード１０２の容量削減や省略を実現することができ、回路構成を簡素化することができる。
【００３８】
（変形態様）
図１に示す回路図では、直列スイッチ３はスタータリレー１よりも低電位側（ローサイド）に配置したが、逆に高電位側（ハイサイド）に配置してもよい。
【００３９】
（変形態様）
図１の回路では、並列スイッチ５及び直列スイッチ３としてＮ−ＭＯＳトランジスタを採用したが、並列スイッチ５をＰ−ＭＯＳトランジスタとしてもよく、両スイッチ３、５をＣＭＯＳインバータとしてもよい。このようにすれば回路構成を簡素化することができる。
【００４０】
（変形態様）
図１の回路では、並列スイッチ５及び直列スイッチ３としてＮ−ＭＯＳトランジスタを採用したが、浸水時にオフする直列スイッチを省略することもできる。この場合においても、浸水時に並列スイッチ５がオンすれば、スタータリレー１のコイル１１に誤って電流が流れようとしても、この電流の一部又は大部分を並列スイッチに迂回させることができるので、上記と同様の効果を奏することができる。なお、この場合、並列スイッチのオン抵抗は、コイル１１の抵抗より小さくすることが好ましい。
【００４１】
（変形態様）
並列スイッチの代わりに、ターミナル６２又は９２、又は、ターミナル９２に接続されるコイルのリード端子などに隣接して導電部材を近接配置し、この導電部材に所定電位を与えるようにしてもよい。ただし、この所定電位は、ターミナル９２に接続されない側のコイルのリード端子の電位に等しいことが好ましい。たとえば、図１に示す実施例（コイル１１が直列スイッチ３よりもハイサイド側に配置される回路例）ではバッテリ電圧又はＥＣＵ７の出力電圧をこの導電部材に印加する。
【００４２】
このようにすれば、ターミナル６２又は９２、又は、ターミナル９２に接続されるコイル１１のリード端子などが浸水しても、これらターミナル６２又は９２、又は、ターミナル９２に接続されるコイル１１のリード端子にはコイル通電を邪魔する方向に電流リークが生じることになるので、浸水によるスタータリレー１の誤オンを抑止することができる。
【００４３】
以上、上記説明したこの発明の趣旨を逸脱しない範囲にて、当業者の既知の技術知識の範囲で上記実施態様を変更することは当然この発明の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスタータリレー駆動回路を採用したエンジン始動回路を示す回路図である。
【図２】図１に示す並列スイッチ及び直列スイッチの動作状態を示す動作モード図である。
【符号の説明】
１　スタータリレー
２　水没センサ
３　直列スイッチ
４　配線（中間配線部）
５　並列スイッチ
６　スタータリレー駆動回路
７　電子制御装置（ＥＣＵ）
８　ニュートラルスタートスイッチ
９　水没制御装置
１０　スタータモータ
１１　コイル
１００　フライホイルコンデンサ
１０２　フライホイルダイオード

Claims

スタータリレーの駆動に際してそのコイルに通電するスタータリレー駆動回路であって、
水没を検出する水没センサから出力される水没信号の入力によりオンして前記スタータリレーのコイルに流れる電流を迂回させる並列スイッチを備えることを特徴とするスタータリレー駆動回路。
請求項１記載のスタータリレー駆動回路において、
前記水没センサから出力される水没信号の入力によりオフする直列スイッチと、
前記スタータリレーの前記コイルの一端と前記直列スイッチの一端とを接続する中間配線部と、
を備え、
前記並列スイッチは、
前記中間配線部に接続される主電極を有するとともに前記水没信号の入力時にオンし、前記水没信号の非入力時にオフして前記中間配線部の電位を前記コイルの通電電流を低減する方向へシフトさせることを特徴とするスタータリレー駆動回路。
請求項２記載のスタータリレー駆動回路において、
前記直列スイッチは、
非水没時かつエンジン始動時にオンされることを特徴とするスタータリレー駆動回路。
請求項２記載のスタータリレー駆動回路において、
前記並列スイッチは、ＭＯＳトランジスタからなることを特徴とする前記コイルと並列接続されることを特徴とするスタータリレー駆動回路。
請求項４記載のスタータリレー駆動回路において、
前記ＭＯＳトランジスタは、前記コイルの通電電流の遮断時にオンすることを特徴とするスタータリレー駆動回路。