JP2006320130A - 車載電子制御装置用電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】車載電子制御装置の電気的負荷と電子制御回路へ電源を供給する電源回路において、電気的負荷を駆動する回路と電子制御回路へ電源を送る回路におけるノイズフィルタ回路の使用状態を改良することによりノイズの低減を確保しながら、ノイズフィルタの実装面積の縮小化、コストダウンを図ることができる。
【解決手段】車載電子制御装置（ＥＣＵ）の電源回路１０は、バッテリ電源Ｂからの電源ラインＬ_B にノイズフィルタ回路１１を設け、その下流を電子制御回路２０への電源ラインＬ_B2と電気的負荷のソレノイド１６への電源ラインＬ_B1に分岐し、ノイズフィルタ回路１１を共通に用いる。電源ラインＬ_B1には半導体スイッチング素子を含むＰＷＭ方式の駆動回路１３、電源ラインＬ_B2には半導体スイッチング素子を含むスイッチング電源回路１５（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両のブレーキ装置を制御する車載電子制御装置の電源ラインにおけるノイズフィルタ回路の簡略化を図った車載電子制御装置用電源回路に関する。

車両のブレーキ装置を制御する車載電子制御装置（ＥＣＵ）は、車両の走行状態や液圧回路の液圧等の各種センサからの信号に基づいて制御信号を出力するマイクロコンピュータによる電子制御回路と、入力側の各種センサ、監視回路等と、出力側の電磁弁、液圧ポンプ用のモータ、フェールセーフリレー等の電気的負荷を含む電気、電子部品を集約してＩＣ化した周辺ＩＣとを備えている。このＥＣＵでは、バッテリ電源からフェールセーフリレーや電磁弁のソレノイド等の電気的負荷へ電源ラインから電源を供給すると共に、周辺ＩＣやマイクロコンピュータへ電源を供給するラインが設けられている。

このようなバッテリ電源から電気的負荷と、周辺ＩＣやマイクロコンピュータのような電子回路へ電源を供給する電源ラインは、それぞれの対象に応じて異なる電圧で供給されるのが一般的であり、その一例として特許文献１では、バッテリ電圧Ｖ_B （例４２Ｖ）からマイクロコンピュータへは電圧Ｖ₁ （例１４Ｖ）で、センサを駆動する電圧はＶ₂ （例２４Ｖ）でというように異なる電源電圧を供給している。そして、このようなバッテリ電源の電圧と異なる電源電圧を必要とするそれぞれの回路へは、それぞれＤＣ−ＤＣコンバータを介して所定の電源電圧に変換して供給しているが、ＤＣ−ＤＣコンバータを含む複数のスイッチングレギュレータを用いると、各々のスイッチング電源回路のスイッチングノイズが協調し合い、さらなるラジオノイズの悪化を招くため、この先行例では複数のスイッチング素子の発振回路の発振周波数を異なる周波数に設定し、ラジオノイズを低減するようにしている。

これに対し、ブレーキ装置用の車載電子制御装置（ＥＣＵ）では、電気的負荷、特に電磁弁のソレノイドへの電源ラインへは、従来はシリーズ電源が供給されていたが、最近では図２に示すように、シリーズ電源に代えてソレノイド６の駆動用として熱損失の小さい半導体スイッチング素子を用いたＰＷＭ駆動回路３を介して電源ラインＬ_B から電源電圧Ｖ_B が供給されるようになっている。２はフェールセーフリレーである。このようなスイッチング電源を使用する場合、スイッチングノイズの影響でラジオノイズ等の悪化を招くため、電源ラインＬ_B 中にノイズフィルタ回路１ｂを挿入している。この場合、マイクロコンピュータへの電源ラインＩＧの電圧を所定電圧Ｖ_OUT に設定するためのＤＣ−ＤＣコンバータによるスイッチング電源回路５に対してもスイッチング素子のノイズ低減のため別途ノイズフィルタ回路１ａが挿入されている。

このため、ＰＷＭ駆動回路３とスイッチング電源回路５のそれぞれに対し、ノイズフィルタを必要とすることとなる。しかし、フィルタ回路の特徴として、部品サイズが大きく、従って基板実装面積が大きくなるという難点があり、ＥＣＵの小型化の支障となり、コストが上昇するという点で改善すべき問題が残されている。
特開２００３−３０９９６８号公報

この発明は、上記の問題に留意して、車載電子制御装置の電気的負荷と電子制御回路へ電源を供給する電源回路において、電気的負荷を駆動する回路と電子制御回路へ電源を送る回路におけるノイズフィルタ回路の使用状態を改良することによりノイズの低減を確保しながら、ノイズフィルタの実装面積の縮小化、コストダウンを図ることができる車載電子制御装置用電源回路を提供することを課題とする。

この発明は、上記の問題に留意して、車載バッテリ電源Ｂから電源を供給する電源ラインＬ_B にノイズフィルタ回路１１を設け、このラインのノイズフィルタ回路１１より下流を、マイクロコンピュータ２２、周辺ＩＣ２１を含む電子制御回路２０へ起動回路１４と半導体スイッチング素子を含むスイッチング電源回路１５を介して電源供給する電源ラインＬ_B2と、上記電子制御回路２０により制御される電気的負荷に半導体スイッチング素子を含む駆動回路１３を介して電源を供給する電源ラインＬ_B1とに分岐して、ノイズフィルタ回路１１を上記下流側の２つの電源ラインＬ_B1，Ｌ_B2に共用するようにした車載電子制御装置用電源回路の構成としたのである。

このような構成の電源回路によれば、電子制御回路２０へ所定電圧の電源を供給する電源ラインＬ_B2と、電気的負荷へ電源を供給する電源ラインＬ_B1に対し、共通のノイズフィルタ回路１１を用いることができ、下流の電源ラインでのノイズの低減を確保しつつ、ノイズフィルタ回路１１の部品点数を減少させて回路の合理化、実装面積の減少化が可能となる。

ノイズフィルタ回路１１ではバッテリ電源Ｂから供給される電流、電圧の変動を抑制して下流側へノイズが伝達されるのを防止しつつ電源を供給する。又、ノイズフィルタ回路１１の下流で電子制御回路２０へ電源を供給する電源ラインＬ_B2は、バッテリ電源Ｂの電圧より低い電圧の電源を供給するため、スイッチング電源回路１５を設けて所定の電圧に変換する。このスイッチング電源回路１５には一般に半導体スイッチング素子が用いられ、所定の周期でスイッチング操作される。このためスイッチング動作により生じる脈流はスイッチング電源回路１５に含まれる平滑回路で平滑化されノイズの発生が抑制される。

なお、起動回路は電子制御回路２０のマイクロコンピュータ２２、周辺ＩＣ２１をイグニッションスイッチの信号に基づいて瞬時に立上げるために挿入されている。ノイズフィルタ回路１１の下流の電気的負荷へ電源を供給する電源ラインＬ_B1は、半導体スイッチング素子を含む駆動回路１３によりソレノイドのような負荷をＰＷＭ駆動し熱損失の小さい状態で作動させる。このようなスイッチング動作時に生じるノイズも上流側のノイズフィルタ回路１１により抑制され、電源回路でのノイズが共通のノイズフィルタ回路１１で抑制されることとなる。

上記スイッチング電源回路１５は、半導体スイッチング素子１５ａ、及びＬＣ回路（コイル１５ｂ、コンデンサ１５ｃ、ダイオード１５ｄを含む）から成るＤＣ−ＤＣコンバータを用いる。バッテリ電源の電圧（２４Ｖ）を、電子制御回路２０の動作電圧（５Ｖ又は３．３Ｖ）に降圧するためである。又、電気的負荷のソレノイド１６は、複数組設けられ、各ソレノイドへの電源ラインは複数のＰＷＭ駆動回路へ分岐して接続され、それぞれのソレノイドを熱損失の小さい手段で駆動する。

この発明の請求項１による車載電子制御装置用電源回路は、バッテリ電源からの電力を共通のノイズフィルタ回路を有する電源ラインを介して送り、その下流を分岐して電子制御回路と電気的負荷のそれぞれに分岐された電源ラインで給電し、下流側へのノイズ伝達の抑制を確保しつつノイズフィルタ回路を共通化したから、電気的負荷や電子制御回路のように異なる電圧電源を必要とし、かつ半導体スイッチング素子を用いた回路に生じるノイズを低減しつつ、ノイズフィルタ回路の部品点数の減少を図り、基板への実装面積の縮小に寄与し、かつコストダウンを可能とするという利点が得られる。

請求項２の発明では、電気的負荷をソレノイドとし、このソレノイドの駆動回路をＰＷＭ駆動回路、そしてスイッチング電源回路を半導体素子によるＤＣ−ＤＣコンバータとしたことから、電子制御回路２０に必要な所定の電圧に変換して電源電圧を供給し、かつラジオノイズを発生する電気的負荷に対し熱損失の小さい作動を経済的コストで実現することができる。請求項３の発明では、ソレノイドを複数組とし、複数のＰＷＭ駆動回路へ電源ラインを分岐して各ソレノイドを駆動するようにしたことから、共通のノイズフィルタ回路により複数のＰＷＭ駆動回路とスイッチング電源回路のノイズ低減を図ることができることとなる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、実施形態の車載電子制御装置（ＥＣＵ）用電源回路の概略系統図である。上記周辺ＩＣ２１、マイクロコンピュータ２２等を含む電子制御回路２０は、車両のブレーキ装置を液圧回路を介して制御するように主として液圧回路に設けられた電磁弁、液圧ポンプ等を駆動する。上記電子制御回路の制御方式は、例えばＡＢＳ制御や走行安定制御、その他各種の制御方式があり、いずれの場合も電磁弁のソレノイドを駆動制御することによりそれぞれの制御が行なわれる。このような電子制御回路、及びソレノイド、ポンプモータへ電源を供給するこの実施形態の電源回路１０は、次のように構成されている。

図示のように、電源回路１０のバッテリＢの電源ラインＬ_B は、ノイズフィルタ回路１１を介してノイズ除去した後、Ｐ点で電源ラインＬ_B1とＬ_B2の２つに分岐される。一方の電源ラインＬ_B1は、フェールセーフリレー１２を経てＰＷＭ駆動方式の駆動回路１３へ接続され、この駆動回路１３により電磁弁のソレノイド１６を駆動するように電力を供給する。他方の電源ラインＬ_B2は、起動回路１４を経てスイッチング電源回路１５で所定の電圧に変換され、所定電圧の電源ラインＬ_B2’を介して電子制御回路２０の周辺ＩＣ２１、マイクロコンピュータ２２に電源を供給する。

バッテリ電源Ｂからの電源ラインＬ_B 上のノイズフィルタ回路１１は、図示のように、コイル１１ａとコンデンサ１１ｂ，１１ｂとから成るＬＣフィルタ回路である。一方の電源ラインＬ_B1上のフェールセーフリレー１２は、ＭＯＳＦＥＴの半導体スイッチング素子が用いられ、マイクロコンピュータ２２を含む電子制御回路２０の起動後直ちにオンの信号が電子制御回路２０の周辺ＩＣ２１から送られて通電状態とされ、異常がない限り通電状態に保持される。駆動回路１３は、従来のシリーズ電源供給方式に代えて、熱損失の小さいＭＯＳＦＥＴ半導体スイッチング素子を用い、マイクロコンピュータ２２からの制御信号に基づいてソレノイド１６をＰＷＭ駆動する。なお、ソレノイド１６は、実際の車両では複数個用いられるが、簡略化のため代表例の２つのみを図示している。各ソレノイド１６に１つの駆動回路１３が対応し、駆動回路１３も複数組設けられている。

Ｐ点で分岐された他方の電源ラインＬ_B2上の起動回路１４は、実際のＥＣＵでは電子制御回路２０が２系統独立に設けられ、それぞれの電子制御回路が他の車載電子制御回路へのゲートウェイ機能を果すために必要とされるものである。起動回路１４はＭＯＳＦＥＴ半導体スイッチング素子１４ａを用い、バッテリ電源Ｂからの電源ラインから分岐されたライン上でイグニッションスイッチＳ_IGを経て送られるラインＩＧの入力を、例えば図１の（ｂ）図に一例として示すオペアンプによる起動信号回路１４’を介して出力信号に変換し、このような回路の出力信号を起動信号として起動回路１４を導通状態とする。なお、この起動回路１４はこの発明の趣旨には直接関係しないため、詳細な説明は省略する。

スイッチング電源回路１５は、ＭＯＳＦＥＴ半導体のスイッチング素子１５ａ、コイル１５ｂ、コンデンサ１５ｃ、ダイオード１５ｄから成る降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであり、例えばバッテリ電源電圧２４Ｖを５Ｖ又は３．３Ｖの電圧Ｖ_B’に降圧して出力する。この出力は、周辺ＩＣ２１、マイクロコンピュータ２２の電源として供給される。なお、図示していないがスイッチング素子１５ａを駆動する駆動回路が設けられており、ＤＣ−ＤＣコンバータとして作動するのに必要な所定の周波数の信号によりオン、オフ制御される。

上記の構成とした実施形態の電源回路によれば、ＰＷＭ方式の駆動回路１３、スイッチング電源回路１５は半導体のスイッチング素子をいずれも有し、それぞれの動作周期で駆動され、そのスイッチング動作によるノイズを完全に除去することはできないが、分岐された電気的負荷用の電源ラインＬ_B1と電子制御回路２０用の電源ラインＬ_B2に対し共通のノイズフィルタ回路１１を用いることにより基本的なノイズ除去作用は確保される。そして、ノイズフィルタ回路１１を共通化することによりＥＣＵの基板に対し実装面積が縮小され、コストダウンを図ることができる。

バッテリ電源Ｂからの電圧Ｖ_B を２つの電源ラインＬ_B1とＬ_B2へ供給する場合、イグニッションスイッチＳ_IGが投入されると、電圧Ｖ_B を信号入力として起動回路１４が作動することにより電圧Ｖ_B’の電源がスイッチング電源回路１５を経て電子制御回路の周辺ＩＣ２１、マイクロコンピュータ２２へ供給され、ＥＣＵが起動する。その結果、周辺ＩＣ２１からフェールセーフリレー１２がオンとなり、駆動回路１３が作動可能な状態となる。

マイクロコンピュータ２２等の演算、周辺ＩＣ２１との間の接続端子の異常等の故障が発生した場合、周辺ＩＣ２１からフェールセーフリレー１２への信号を遮断することによってフェールセーフリレー１２をオフとし、ソレノイド１６への電源供給を断つこともできる。これは、電源ラインＬ_B2に起動回路１４を設けることによって、共通化されたノイズフィルタ回路１１を用いたソレノイド１６へ電源を供給する電源ラインＬ_B1で駆動回路１３を作動させることができるようにしたからである。

なお、半導体スイッチング素子を含むスイッチング電源回路１５と駆動回路１３の動作周期はそれぞれ異なるため、スイッチングノイズの影響が協調することはない。

この発明の車載電子制御装置用電源回路は、電気的負荷と電子制御回路への電源ラインに共通のノイズフィルタ回路を備えたものであり、異なる電源電圧で作動する複数の電源ラインを有し、ラジオノイズが協調する可能性のあるスイッチング素子を有する回路に利用することができる。

実施形態の車載電子制御装置の電源回路の概略系統図 従来例の車載電子制御装置の電源回路の概略系統図

符号の説明

１０ 電源回路
１１ ノイズフィルタ回路
１２ フェールセーフリレー
１３ ＰＷＭ駆動回路
１４ 起動回路
１４’ 起動信号回路
１５ スイッチング電源回路
１６ ソレノイド
２０ 電子制御回路
２１ 周辺ＩＣ
２２ マイクロコンピュータ

Claims (3)

1. 車載バッテリ電源（Ｂ）から電源を供給する電源ライン（Ｌ_B）にノイズフィルタ回路（１１）を設け、このラインのノイズフィルタ回路（１１）より下流を、マイクロコンピュータ（２２）、周辺ＩＣ（２１）を含む電子制御回路（２０）へ起動回路（１４）と半導体スイッチング素子を含むスイッチング電源回路（１５）を介して電源供給する電源ライン（Ｌ_B2）と、上記電子制御回路（２０）により制御される電気的負荷に半導体スイッチング素子を含む駆動回路（１３）を介して電源を供給する電源ライン（Ｌ_B1）とに分岐して、ノイズフィルタ回路（１１）を上記下流側の２つの電源ライン（Ｌ_B1，Ｌ_B2）に共用するようにした車載電子制御装置用電源回路。
2. 前記電気的負荷を電磁弁のソレノイド（１６）とし、このソレノイド（１６）を駆動する駆動回路（１３）を半導体スイッチング素子を用いたＰＷＭ駆動回路とし、スイッチング電源回路（１５）を半導体スイッチング素子とＬＣ回路から成るＤＣ−ＤＣコンバータとしたことを特徴とする請求項１に記載の車載電子制御装置用電源回路。
3. 前記電気的負荷のソレノイド（１６）を複数組設け、各ソレノイドへの電源ラインを複数のＰＷＭ駆動回路へ分岐して接続したことを特徴とする請求項２に記載の車載電子制御装置用電源回路。

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