JP2004208449A

JP2004208449A - 電子機器の制御装置

Info

Publication number: JP2004208449A
Application number: JP2002376476A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ono; 浩一小野; Heikichi Tanno; 平吉丹野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】電子機器の制御装置において、短絡保護は重要であるが、簡単な構成で実現できなかった。本願発明は、短絡保護とともに電子機器制御装置の外部に設けられたセンサの温度を改善できる電子機器の制御装置を提供することにある。
【解決手段】バッテリと、バッテリ電圧を入力信号として定電圧を出力するするレギュレータと、前記レギュレータ出力電圧を基準電圧として外部センサからのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、制御用マイコンとからなる電子機器の制御装置であって、前記レギュレータ出力電圧の外部センサへの供給と、前記Ａ／Ｄコンバータへの基準電圧の供給はダイオードを介して供給する電子機器の制御装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサに電源を供給しセンサからの信号を検出する電子機器の制御装置に係り、特に短絡保護機能を備えた電子機器の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２０００−３２４６７８号公報
【特許文献２】特開２０００−２７０４６４号公報
従来このような電子機器の短絡保護は、外部センサ電源供給端にバッファや電流制限回路を設けて一定時間電子機器の短絡を保護している。また、出力電圧を監視して、出力電圧が設定電圧よりも所定値以上低くなったとき出力を遮断して短絡から機器を保護することなどがおこなわれている。
前記特許文献１の記載は、出力短絡保護機能を有するスイッチ電源回路およびそれを用いた車載電子機器に関するものである。具体的には、電子機器の電源回路に短絡保護機能をもたせるとともに、電源回路の入力電圧が電源回路の動作可能電圧範囲の下限よりも低いときは、負荷短絡保護機能を停止する低電圧検出機能をもたせている。これによって、負荷短絡保護機能は電源回路が正常に動作しているときだけ働かせるようにして、入力電圧がどのような値になっても電源回路が立ち上がり、電子機器が正常に動作するようにしている。
また、前記特許文献２は、電力の供給ラインごとに負荷回路の短絡を確実に検出して電力の供給を停止するものである。短絡によって生じる電圧レベルの低下を検出して、電力供給ラインに接続されているトランジスタをマイコンで制御して、電力の供給を停止する。マイコンには、別途バックアップ電源が用意されていて、電力の供給の停止があっても影響がない構成をとっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された従来技術では、電流制限回路を設けて一定時間バッテリにショートしたような場合の保護を行ってきた。しかし、時間に制限無しに保護しようとした場合、電源回路の発熱や電流制限回路の部品サイズが大きくなる事や部品点数が増えるという問題があった。また自動車のような場合、電源供給線の引き回しがあり、単なる負荷端の短絡ではなく、例えばセンサへの電源供給部が、バッテリの端子に短絡することもあり得るので、このような場合も考慮して短絡保護を考える必要がある。
本発明の目的は、このような場合を考慮し、センサへの電源供給端子がバッテリの端子電圧にショートしたような場合でも、時間制限無しに確実に電子機器を保護し、かつ周囲温度の変化に対しても安定したセンサ特性が得られる電子機器の制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、外部センサ電源出力端にダイオードを配置し、ダイオードの順方向電圧降下によりセンサ出力電圧が変動する分は、Ａ／Ｄコンバータのダイナミックレンジを決定する基準電圧端子にも前記ダイオードと同一種類のダイオードを配置しＡ／Ｄコンバ−タでの前記外部センサの信号検出精度を悪化させることなく、また、バッテリ端子電圧へのショート時には電子機器の短絡保護をおこなうことができる。具体的な解決手段を以下に示す。
バッテリと、バッテリ電圧を入力信号として定電圧を出力するするレギュレータと、前記レギュレータ出力電圧を基準電圧として外部センサからのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、制御用マイコンとからなる電子機器の制御装置において、前記レギュレータ出力電圧が供給される少なくとも一つのセンサおよび前記Ａ／Ｄコンバータへの基準電源電圧の供給は逆電圧阻止手段を介して供給することにある。
また、前記レギュレータ出力電圧を基準電圧としダイナミックレンジが決定されセンサからのアナログ入力信号を検出するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの基準電圧入力端と接地との間に前記レギュレータの出力電圧が供給されるセンサの消費電流に見合った負荷電流が流れる抵抗を備えたこと。また、前記逆電圧阻止手段はダイオードであること。また、前記逆電圧阻止手段としてのダイオードは前記センサへの電源供給部およびＡ／Ｄ変換器の基準電圧を供給する部分のダイオードは同じ仕様のダイオードであること。また、Ａ／Ｄコンバータはワンチップマイコンに内蔵されているＡ／Ｄコンバータであること。
また、前記Ａ／Ｄコンバータ基準電圧入力端と、前記電子機器の短絡保護装置から前記外部センサ用電源供給端にそれぞれダイオードを有し、前記外部センサ用電源供給端の前記ダイオードの前段に電源遮断手段を有すること。前記電源遮断手段はトランジスタあるいはＦＥＴによる遮断手段であること、に特徴がある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について、図面を用いて説明する。図１は本発明のブロック構成図を示している。まず、全体構成であるが、電子制御機器の制御装置５にバッテリ１から電源が供給される。電子機器の制御装置５に供給されたバッテリ電圧は、レギュレータ２で安定した電圧に変換され、Ａ／Ｄコンバ−タ−（通常はマイクロコンピュータ１０に内蔵されている）４、マイクロコンピュータ１０の電源として供給される。また、ダイオード７を経由してＡ／Ｄコンバータのダイナミックレンジを決定する基準電圧として基準電圧端子１３にも供給される。またこの端子１３には抵抗９を介して接地されている。
【０００６】
さらに、ボルテージフォロア３とダイオード８を経由して電子機器の制御装置５の外部に設けられたセンサ電源供給端子１１（Ｖ11）から外部センサ６へ電源が供給される。
【０００７】
外部センサ６によるアナログ検出信号は、外部センサ信号入力端子１２から電子機器の制御装置５に入力され、保護回路１４を経由してＡ／Ｄコンバータ４でデジタル信号に変換される。その信号は、マイクロコンピュータ１０に送られ各種制御に使用される（機器の制御部分については省略している）。
【０００８】
ここで、外部センサへの電源供給端子１１がバッテリ端子電圧等（あるいは異常電圧）にショートした場合、時間制限無しに電子機器制御装置５の短絡保護の目的で、制御装置５の発熱や破壊を防止するためにダイオード８を設けている。自動車における電源線の引き回しなどでは、前記センサ電源供給端子１１がバッテリ電源の端子と短絡する場合も皆無ではないので、そのような場合を想定して対策をしておくことは、頻度は極めて低い短絡ではあるが、保護については十分考慮する必要がある。
【０００９】
また、外部センサ電源供給端子１１がバッテリ電圧へのショートなどの異常状態ではなく、正常に動作しているときも温度の影響を考えなければならない。すなわち温度によって、外部センサの検出特性に影響がないようにしなければならない。ダイオ−ド８のＶＦ（ダイオードの正方向電圧降下）による供給電源電圧の低下分およびＶＦの温度変動による外部センサ６への供給電圧の変動があると、センサで検出された検出信号のＡ／Ｄコンバ−タでの検出値に影響する。この影響を補償するために、この実施例では、Ａ／Ｄコンバータ４の基準電圧端子１３に、外部センサ用電源供給端子１１の前段に設けたダイオード８と同一仕様のダイオード７を設け、ダイオード７を経由して基準電圧端子１３に電圧を供給するように構成している。
【００１０】
さらに、図１の実施例では、ダイオード７とダイオード８のＩＦ（正方向電流）値を同一とするため、外部センサ電源供給端子１１からのセンサ６の消費電流と同一の電流を消費する抵抗９を基準電圧端子１３に設けている。したがって、ダイオード８および７に流れる電流値が等しくなるので、前記ＩＦおよびＶＦは常温のみならず、温度特性についても整合をはかることができる。図１の５Ａの部分はいわゆる短絡保護に寄与する部分であり、特に短絡保護ではダイオード８が有効である。ボルテージフフォロワ３は直接的に短絡保護というよりも、外部に取り付けたセンサの負荷が変化したようなときにバッファとして有効である。保護回路１４は短絡保護そのものというよりも、センサ６からの異常電圧抑制あるいはノイズ信号がＡ／Ｄ変換器に入力されるのを抑制する回路である。
【００１１】
次に図２の（Ａ）〜（Ｃ）により、図１においてダイオード７および抵抗９を設けない場合の動作特性例について説明する。ダイオード８のＶＦは、図２の（Ｃ）に示すように温度上昇にともなって低下することが知られている。したがって、図２の（Ａ）に示すように、温度が上昇するにしたがって外部センサに供給される電圧Ｖ11は上昇し、図２の（Ｂ）に示すように外部センサからの信号入力端子１２の信号は供給電圧の上昇に伴って上昇する特性を示す。そして、Ａ／Ｄコンバ−タへの入力信号も上昇することになる。Ａ／Ｄコンバータの基準電圧端子に印加される電圧はレギュレータの出力電圧であり、一定の電圧値が供給されているから、図２の（Ｂ）の電圧がＡ／Ｄコンバータの入力電圧となるため、あたかもセンサの出力信号が変化したのと同じような動作になってしまう。
【００１２】
図２の（Ｃ）はダイオードの順方向電圧の変化を示していて、センサ信号は制御に使用されるため、供給電源電圧の変動によるセンサ信号の変動は、制御に悪影響が出てしまう。特に、レギュレータ２で定電圧特性を保持していたとしても、図２の（Ｃ）に示すようにダイオードの温度特性によって、センサの出力電圧は温度によって変化する。
【００１３】
次に、図３で、図１においてダイオード７を設けた場合の動作特性例について、図２と比較して説明する。図３の（Ａ）はＡ／Ｄコンバータの基準端子電圧（Ｖ_１３）と外部センサへの供給電圧（Ｖ_１１）の特性で、外部センサへの供給電圧が温度上昇と共に変化するが、基準端子電圧も同様に変化するので、この基準電圧によりＡ／Ｄ変換した結果は図３の（Ｂ）に示したように温度の影響を受けない。すなわち、ダイオード７を設けているために、Ａ／Ｄコンバータへの入力信号が上昇しても、Ａ／Ｄのダイナミックレンジも同様に変化するため、Ａ／Ｄコンバータによる検出電圧は温度によって上昇・下降などの変化をすることなく、一定になり、温度の影響のない、センサの信号のみがデジタル信号に変換されることになる。
【００１４】
また図１に示したように抵抗９を設けることによって、前記外部端子から供給される電流値のマッチングを図ることができるから、温度特性の整合は一層改善される。外部センサ６に変更がなければ、抵抗９は同じでも良いが、センサ６が変更され、消費電流が異なるような場合にはそれに応じて抵抗９も変更することが望ましい。
【００１５】
図４の（Ａ）、（Ｂ）は本発明の他の実施例を示している。図４の（Ａ）はバッファ回路としてのボルテージフォロア３の前段に電源遮断手段３０を設けた例である。図１の回路でも短絡保護をおこなえるが、その短絡状態が長時間におよぶような場合、あるいは他の要因で電源の供給を停止したほうがよい場合など、マイクロコンピュータ１０にその判断論理プログラムを用意し、マイクロコンピュータ１０からの信号により電源供給遮断回路３０を動作させて電源の供給を停止させる例である。電源供給遮断回路３０はトランジスタで構成してもよいし、またＦＥＴで構成してもよい。
【００１６】
また、図４の（Ｂ）は複数のセンサを有するような場合、複数のセンサ出力を取り込んで、マイクロコンピュータ１０に多数決原理の判断論理プログラムをもたせ、複数センサのどれが確かなセンサ出力を電子機器の制御装置５に入力しているかなどを判断するときに用いられる。ここでは端子Ｖ１１ａ〜Ｖ１１ｎにそれぞれセンサが接続された場合を示している。電子機器の制御装置５への入力端子はＶ１２ａ〜Ｖ１２ｎである。同種類でないセンサが複数接続されているような場合は、検出信号の相関関係による論理でセンサの異常を判断することもできる。
【００１７】
前記のような場合は、端子電圧Ｖ11からの消費電流に応じて抵抗９を変更すれば、前記と同様に温度変化に影響されないセンサ特性を得ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明による電子機器の制御装置によれば、外部センサ信号の検出精度を悪化させることなく、外部センサ電源端がバッテリ電圧にショートした場合でも電子機器の短絡保護をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す構成図である。
【図２】ダイオード７を設けない場合の順方向電圧効果が温度で変動した場合の外部センサ信号のＡ／Ｄコンバータでの検出時の影響を示す説明図である。
【図３】ダイオードのＶＦおよびＩＦの整合をはかった場合の電圧特性を表す図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１：バッテリ２；レギュレータ３；ボルテージフォロア４；Ａ／Ｄコンバータ５；電子機器の短絡保護装置６；センサ７；ダイオード８；ダイオード９；抵抗１０；マイクロコンピュ−タ１１；外部センサ電源供給端子１２；外部センサ信号入力端子１３；基準電圧端子１４；保護回路３０；電源遮断手段。

Claims

バッテリと、バッテリ電圧を入力信号として定電圧を出力するするレギュレータと、前記レギュレータ出力電圧を基準電圧として外部センサからのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、制御用マイコンとからなる電子機器の制御装置であって、前記レギュレータ出力電圧が供給される少なくとも一つのセンサおよび前記Ａ／Ｄコンバータへの基準電源電圧の供給は両方とも逆電圧阻止手段を介して供給される電子機器の制御装置。
請求項１において、前記レギュレータ出力電圧を基準電圧としダイナミックレンジが決定されセンサからのアナログ入力信号を検出するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータの基準電圧入力端と接地との間に前記レギュレータの出力電圧が供給されるセンサの消費電流に見合った負荷電流が流れる抵抗を備えた電子機器の制御装置。
請求項１において、前記逆電圧阻止手段は両方ともダイオードである電子機器の制御装置。
請求項３において、逆電圧阻止手段としての両ダイオードは同じ仕様のダイオードを用いた電子機器の制御装置。
請求項１、２において、Ａ／Ｄコンバータはワンチップマイコンに内蔵されているＡ／Ｄコンバータを用いる電子機器の制御装置。
バッテリ電圧をレギュレートするレギュレータと、このレギュレータ出力電圧を基準電圧としダイナミックレンジが決定されセンサからの入力信号を検出するＡ／Ｄコンバータと、前記レギュレータ出力電圧をセンサ用電源として供給する電子機器の制御装置において、前記Ａ／Ｄコンバータ基準電圧入力端と前記センサへの電源の供給はそれぞれ同一仕様のダイオードを介して供給され、前記センサへの電源供給のための前記ダイオードの前段にバッファとしてのボルテージフォロワ回路を設けた電子機器の制御装置。
バッテリ電圧をレギュレートするレギュレータと、このレギュレータ出力電圧を基準電圧としダイナミックレンジが決定し、外部センサからの入力信号を検出するＡ／Ｄコンバータとからなり、前記レギュレータ出力電圧を外部センサ用電源として供給する電子機器の短絡保護装置において、前記Ａ／Ｄコンバータ基準電圧入力端と、前記電子機器の制御装置の外部に接続されたセンサ用電源供給はそれぞれダイオード介して供給されると共に、前記外部センサ用電源供給端に設けられた前記ダイオードの前段に電源遮断手段を有する電子機器の制御装置。
請求項７において、電源遮断手段はトランジスタあるいはＦＥＴによる遮断手段である電子機器の制御装置。