JP2007302087A - コネクタのフェールセーフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタ端子の断線を検知し、断線が検知された場合には信号電流の入出力を停止してコネクタの故障を回避することを課題とする。
【解決手段】外部電源１７から制御装置１１の電源回路１３に電源電流を入力する並列のコネクタ端子ａ１、ａ２のいずれか一方のコネクタ端子が断線してフェールした場合には、入出力停止回路１５ａはその断線を検知して、断線していない他方のコネクタ端子を介した電源電流の入力を停止し、並列のコネクタ端子ａ１，ａ２を介した電源電流の入力を停止するセーフ動作を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、並列複数のコネクタ端子を介して１つの信号電流を伝送するコネクタのフェールセーフ装置に関する。

従来、コネクタを介して接続される外部回路の異常（断線／短絡）を診断する類の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献１に記載された技術では、車載用制御装置に含まれるコネクタを介して車載用制御装置に接続された外部回路の断線状態または短絡状態を診断し、コネクタの接続不良に起因する障害が外部回路自体の障害であると誤認されることを防止している。

このような技術では、コネクタの１つのコネクタ端子に対して１つの外部回路、すなわち１つの信号が対応して割り当てられている。したがって、１つのコネクタ端子を介して車載用制御回路と外部回路との間で１つの信号の入出力がなされていた。

一方、近年電子部品の小型化や集積化とともにコネクタの小型化も進んでおり、コネクタの小型化に伴ってコネクタ端子の径も細くなり、１つのコネクタ端子に流せる許容電流値も小さくなってきている。

このようなコネクタを用いて大電流を入出力しようとした場合には、１つの信号電流に対して複数のコネクタ端子を割り当て、複数のコネクタ端子を介して１つの信号電流を入出力していた。例えば１つのコネクタ端子の許容電流値が３Ａ程度のコネクタを介して５Ａ程度の信号電流を入出力する場合には、２つのコネクタ端子をこの信号電流に割り当て、並列した２つのコネクタ端子を介して５Ａの信号電流を入出力するようにしていた。
特開平１１−１１７８００号公報

しかし、上記のように並列複数のコネクタ端子を介して１つの信号電流を入力するようにした場合に、複数のコネクタ端子の内接続不良や断線等により電流を流せないコネクタ端子が発生した場合には、残りの正常なコネクタ端子を介して信号電流が流れることになる。このような場合には、正常なコネクタ端子に許容電流値を越えた電流が流れるおそれがあった。例えば、先の場合と同様に、許容電流値が３Ａ程度のコネクタ端子を２つ並列に使用して５Ａ程度の信号電流を入出力した場合に、一方のコネクタ端子が断線すると他方のコネクタ端子に許容電流値を上回る５Ａ程度の電流が流れることになる。コネクタ端子に許容電流値以上の電流が流れると、コネクタ端子が発熱して焼損断線するおそれや、発熱したコネクタ端子の周辺に発熱による悪影響を及ぼし、例えばコネクタ自体が故障するおそれもあった。

このような不具合を回避するために、例えば上記のような一例では、さらにコネクタ端子を１つ増やして、３つのコネクタ端子で１つの信号電流を流すことが考えられる。このような場合には、１つのコネクタ端子が故障して電流を流せなくなった場合でも、２つのコネクタ端子で信号電流を流すことができるので、１つのコネクタ端子に許容電流値以上の電流が流れることは回避される。

しかし、上記のような場合には、コネクタ端子の個数が増加することになり、コネクタの小型化が妨げられたり、製造コストが上昇するといった不具合を招くことになる。また、上記のような一例の場合に、さらに加えてもう１つコネクタ端子が故障して電流を流せないような事態に至った場合には、残りの正常な１つのコネクタ端子に信号電流がすべて流れ、１つのコネクタ端子に許容電流値を越えた電流が流れることになり、上述したと同様の不具合を招くことになる。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コネクタ端子の断線を検知し、断線が検知された場合には信号電流の入出力を停止してコネクタの故障を回避するコネクタのフェールセーフ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、並列複数のコネクタ端子を介して１つの信号電流を伝送するコネクタのフェールセーフ装置において、並列複数の前記コネクタ端子の内、少なくとも１つの前記コネクタ端子が断線してフェールした場合には、その断線を検知して、断線していない他のすべての前記コネクタ端子を介した前記１つの信号電流の伝送を停止し、並列複数の前記コネクタ端子を介した前記１つの信号電流の伝送を停止するセーフ動作を行う入出力停止手段を有することを特徴とする。

上記特徴の請求項１記載の発明によれば、コネクタ端子の断線が検知された際には、信号電流の伝送を停止することで、１つのコネクタ端子に許容電流値を上回る電流が流れることを回避することが可能となり、コネクタ端子の故障を防止することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のコネクタのフェールセーフ装置において、前記入出力停止手段は、ＡＮＤ回路で構成されていることを特徴とする。

上記特徴の請求項２記載の発明によれば、容易に入出力停止手段を構成することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のコネクタのフェールセーフ装置において、前記複数のコネクタ端子の一方は電源に接続され、前記電源の高位電源電位または低位電源電位が与えられていることを特徴とする。

上記特徴の請求項３記載の発明によれば、比較的簡単な構成で入出力停止手段を構成することができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係るコネクタのフェールセーフ装置を含む制御装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１の制御装置１１は、例えば車両のエンジン等の被制御対象を電気的に制御する制御装置であり、制御中枢となるＣＰＵ１２、このＣＰＵ１２に電源を供給する電源回路１３、ＣＰＵ１２の制御の下に外部の負荷１８を駆動する駆動回路１４等の内部回路を備えている。また、制御装置１１は、この制御装置１１に対して外部機器となる外部電源１７や負荷１８と制御装置１１とを電気的に接続するコネクタ１６を備えている。

このコネクタ１６は、６つのコネクタ端子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２を備え、それぞれ対となる並列のコネクタ端子ａ１，ａ２、コネクタ端子ｂ１，ｂ２ならびにコネクタ端子ｃ１，ｃ２は、１つの信号電流に対応して割り付けられている。すなわち、ハーネス１９を介して外部電源１７の（＋）端子とコネクタ端子ａ１，ａ２とが接続され、このコネクタ端子ａ１，ａ２を介して外部電源１７から制御装置１１に電流が供給される。また、ハーネス１９ならびに負荷１８を介して外部電源１７の（＋）端子とコネクタ端子ｂ１，ｂ２とが接続され、外部電源１７から負荷１８に供給制御される電流がコネクタ端子ｂ１，ｂ２を介して制御装置１１に入力される。さらに、ハーネス１９を介して外部電源１７の（−）端子とコネクタ端子ｃ１，ｃ２とが接続され、このコネクタ端子ｃ１，ｃ２を介して制御装置１１から外部電源１７に電流が流れる。

なお、この実施例では、コネクタ１６の端子数は６端子であるが、これに限ることはなく必要に応じて設けられる。また、１つの信号電流を入出力するコネクタ端子数は２つに限ることはなく、１つのコネクタ端子の電流許容値と入出力する信号の電流量に応じて適宜設定され、例えば１つの信号電流の電流量が１０Ａ程度で、１つのコネクタ端子の電流許容量が３Ａ程度である場合には、少なくとも４つのコネクタ端子にこの信号電流を割り付けて入出力するようすればよい。

制御装置１１は、コネクタ１６のフェールセーフ装置として機能する入出力停止回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃを備えている。入出力停止回路１５ａは、コネクタ端子ａ１，ａ２と電源回路１３との間に接続され、入出力停止回路１５ｂは、コネクタ端子ｂ１，ｂ２と駆動回路１４を構成するトランジスタのコレクタ端子との間に接続され、入出力停止回路１５ｃは、コネクタ端子ｃ１，ｃ２と駆動回路１４を構成するトランジスタのエミッタ端子との間に接続されている。

これらの入出力停止回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、対応するコネクタ端子が断線したり、もしくは対応したコネクタ端子に接続された配線が断線したりしてコネクタ端子を介して制御装置１１と外部電源１７との間で信号電流の入出力が不能になるという通電障害が発生した場合に、この通電障害のフェールを検知して、通電を停止遮断するセーフ動作機能を備えている。

入出力停止回路１５ａ，１５ｂは、例えば図２に示すようなＡＮＤ回路２１で構成される。ＡＮＤ回路２１で構成された入出力停止回路１５ａ（または１５ｂ）では、一方の例えばコネクタ端子ａ１（またはｂ１）が断線して通電障害が発生した場合には、ＡＮＤ回路２１のコネクタ端子ａ１（ｂ１）が接続されたゲートに外部電源１７からハイレベルの信号が入力されずロウレベルとなる。これにより、コネクタ端子ａ２（ｂ２）が正常であってコネクタ端子ａ２（ｂ２）に接続されたＡＮＤ回路２１のゲートに外部電源１７からハイレベルの信号が印加されている場合であっても、ＡＮＤ回路２１の出力はロウレベルとなる。一方、コネクタ端子ａ２（ｂ２）が断線して通電障害が発生した場合でも同様である。

このように、一方のコネクタ端子ａ１（ｂ１）またはコネクタ端子ａ２（ｂ２）が断線して制御装置１１と外部電源１７との間で通電障害が発生した場合には、他方のコネクタ端子ａ２（ｂ２）またはコネクタ端子ａ１（ｂ１）を介した外部電源１７から制御装置１１への信号電流の入力が停止される。これにより、断線していない一方のコネクタ端子ａ１（ｂ１）またはａ２（ｂ２）を介して制御装置１１に電流が流れることは回避される。

例えば各コネクタ端子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２の許容電流値が３Ａ程度とし、並列のコネクタ端子ａ１，ａ２（またはｂ１，ｂ２）を介して５Ａ程度の電流が外部電源１７から制御装置１１に流れて消費されるものとすると、並列のコネクタ端子の一方が断線した場合に、入出力停止回路１５ａ，１５ｂを備えていない場合には、並列のコネクタ端子の他方の正常なコネクタ端子に５Ａ程度の電流が流れることになる。このような場合には、１つのコネクタ端子に許容電流値を超える電流が流れることになり、コネクタ端子が発熱し、焼損して溶断するおそれや、発生した熱が周囲に悪影響を及ぼし、例えば他のコレクタ端子が損傷したり劣化したりするおそれがある。

これに対して、入出力停止回路１５ａ、１５ｂを設けることで、並列の一方のコネクタ端子に通電障害のフェールが発生してそれを検知すると、他方のコネクタ端子を介した信号電流の入出力を停止遮断してセーフ動作が行われる。これにより、１つのコネクタ端子に許容電流値を超える電流が流れることは防止され、上述した発熱や発熱による悪影響を排除することができる。

図３は図２に示す入出力停止回路１５ａ（１５ｂ）の具体的な回路構成を示す図である。

図３において、入出力停止回路１５ａ（１５ｂ）は、ｎｐｎ型のトランジスタ３１ａ，３１ｂを備えて構成されている。トランジスタ３１ａ、３１ｂのエミッタ端子は共通接続されて電源回路１３（駆動回路１４）に接続され、トランジスタ３１ａのコレクタ端子はコネクタ端子ａ１（ｂ１）に接続され、トランジスタ３１ａのベース端子はコネクタ端子ａ２（ｂ２）に接続され、トランジスタ３１ｂのコレクタ端子はコネクタ端子ａ２（ｂ２）に接続され、トランジスタ３１ｂのベース端子はコネクタ端子ａ１（ｂ１）に接続されている。

このような構成において、コネクタ端子ａ１（ｂ１）が断線した場合には、コネクタ端子ａ１に接続されたトランジスタ３１ｂのベース端子に外部電源１７の高位電源電圧が印加されずロウレベル状態となる。これにより、トランジスタ３１ｂは非導通状態となり、コネクタ端子ａ２（ｂ２）を介した外部電源１７と制御装置１１の内部回路との間の電流経路が遮断されて、外部電源１７から電源回路１３（駆動回路１４）への電源電流の供給が停止される。

一方、コネクタ端子ａ２（ｂ２）が断線した場合には、コネクタ端子ａ２に接続されたトランジスタ３１ａのベース端子に外部電源１７の高位電源電圧が印加されずロウレベル状態となる。これにより、トランジスタ３１ａは非導通状態となり、コネクタ端子ａ１（ｂ１）を介した外部電源１７と制御装置１１の内部回路との間の電流経路が遮断されて外部電源１７から電源回路１３（駆動回路１４）への電源電流の供給が停止される。

これにより、一方のコネクタ端子ａ１（ｂ１）またはａ２（ｂ２）が断線した際には、他方のコネクタ端子ａ２（ｂ２）またはａ１（ｂ１）を介した電流経路を遮断することが可能となり、並列の対となるコネクタ端子ａ１（ｂ１），ａ２（ｂ２）を介した信号電流の入力を停止することができる。

なお、１つの信号電流を並列のｎ個のコネクタ端子を介して入出力するような場合には、図３に示す構成を拡張して対応することが可能であり、ｎ個の各コネクタ端子のそれぞれに（ｎ−１）個のトランジスタを直列に接続し、直列接続された（ｎ−１）個の各トランジスタのベース端子に対応するコネクタ端子を接続することで実現することができる。

図４は図２に示す入出力停止回路１５ａ，１５ｂの具体的な他の回路構成を示す図である。

図４において、入出力停止回路１５ａ（１５ｂ）は、電磁式のリレー４１ａ，４１ｂを備えて構成されている。リレー４１ａは、電流経路を開閉制御するスイッチ部がコネクタ端子ａ２（ｂ２）と電源回路１３（駆動回路１４）との間に接続され、スイッチ部をスイッチング制御するコイル部がコネクタ端子ａ１（ｂ１）と接地電位との間に接続されている。リレー４１ｂは、電流経路を開閉制御するスイッチ部がコネクタ端子ａ１（ｂ１）と電源回路１３（駆動回路１４）との間に接続され、スイッチ部をスイッチング制御するコイル部がコネクタ端子ａ２（ｂ２）と接地電位との間に接続されている。

このような構成において、コネクタ端子ａ１（ｂ１）が断線した場合には、コネクタ端子ａ１に接続されたリレー４１ａのコイルに外部電源１７から電流が供給されずリレー４１ａのスイッチ部はオフ状態となる。これにより、コネクタ端子ａ２（ｂ２）を介した外部電源１７と制御装置１１の内部回路との間の電流経路が遮断されて外部電源１７から電源回路１３（駆動回路１４）への電源電流の供給が停止される。

一方、コネクタ端子ａ２（ｂ２）が断線した場合には、コネクタ端子ａ２に接続されたリレー４１ｂのコイルに外部電源１７から電流が供給されずリレー４１ｂのスイッチ部はオフ状態となる。これにより、コネクタ端子ａ１（ｂ１）を介した外部電源１７と制御装置１１の内部回路との間の電流経路が遮断されて外部電源１７から電源回路１３（駆動回路１４）への電源電流の供給が停止される。

これにより、一方のコネクタ端子ａ１（ｂ１）またはａ２（ｂ２）が断線した際には、他方のコネクタ端子ａ２（ｂ２）またはａ１（ｂ１）を介した電流経路を遮断することが可能となり、並列の対となるコネクタ端子ａ１（ｂ１），ａ２（ｂ２）を介した信号電流の入力を停止することができる。

図５は入出力停止回路１５ｃの回路構成を示す図である。

図５において、入出力停止回路１５ｃは、ｐｎｐ型のトランジスタ５１ａ，５１ｂを備えて構成されている。トランジスタ５１ａ、５１ｂのエミッタ端子は共通接続されて駆動回路１４に接続され、トランジスタ５１ａのコレクタ端子はコネクタ端子ｃ１に接続され、トランジスタ５１ａのベース端子はコネクタ端子ｃ２に接続され、トランジスタ５１ｂのコレクタ端子はコネクタ端子ｃ２に接続され、トランジスタ５１ｂのベース端子はコネクタ端子ｃ１に接続されている。また、トランジスタ５１ａのベース端子は高抵抗のプルアップ抵抗５２を介して高位電源に接続され、トランジスタ５１ｂのベース端子も高抵抗のプルアップ抵抗５２を介して高位電源に接続されている。

このような構成において、コネクタ端子ｃ１が断線した場合には、コネクタ端子ｃ１に接続されたトランジスタ５１ｂのベース端子はプルアップ抵抗５２を介して高位電源に接続されて高位電源電圧が印加されハイレベル状態となる。これにより、トランジスタ５１ｂは非導通状態となり、コネクタ端子ｃ２を介した外部電源１７と駆動回路１４との間の電流経路が遮断されて駆動回路１４から外部電源１７への電流が停止される。

一方、コネクタ端子ｃ２が断線した場合には、コネクタ端子ａ２に接続されたトランジスタ５１ａのベース端子はプルアップ抵抗５２を介して高位電源に接続されて高位電源電圧が印加されハイレベル状態となる。これにより、トランジスタ５１ａは非導通状態となり、コネクタ端子ｃ１を介した外部電源１７と駆動回路１４との間の電流経路が遮断されて駆動回路１４から外部電源１７への電流が停止される。

これにより、一方のコネクタ端子ｃ１またはｃ２が断線した際には、他方のコネクタ端子ｃ２またはｃ１を介した電流経路を遮断することが可能となり、並列の対となるコネクタ端子ｃ１，ｃ２を介した信号電流の出力を停止することができる。

本発明の実施例１に係るコネクタのフェールセーフ装置を含む制御装置の構成を示す図である。 入出力停止回路の構成を示す図である。 入出力停止回路の具体的な構成を示す図である。 入出力停止回路の具体的な他の構成を示す図である。 入出力停止回路の具体的な他の構成を示す図である。

符号の説明

ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２…コネクタ端子
１１…制御装置
１２…ＣＰＵ
１３…電源回路
１４…駆動回路
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…入出力停止回路
１６…コネクタ
１７…外部電源
１８…負荷
１９…ハーネス
２１…ＡＮＤ回路
３１ａ，３１ｂ，５１ａ，５１ｂ…トランジスタ
４１ａ，４１ｂ…リレー
５２…プルアップ抵抗

Claims (3)

1. 並列複数のコネクタ端子を介して１つの信号電流を伝送するコネクタのフェールセーフ装置において、
   並列複数の前記コネクタ端子の内、少なくとも１つの前記コネクタ端子が断線してフェールした場合には、その断線を検知して、断線していない他のすべての前記コネクタ端子を介した前記１つの信号電流の伝送を停止し、並列複数の前記コネクタ端子を介した前記１つの信号電流の伝送を停止するセーフ動作を行う入出力停止手段を
   有することを特徴とするコネクタのフェールセーフ装置。
2. 前記入出力停止手段は、ＡＮＤ回路で構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のコネクタのフェールセーフ装置。
3. 前記複数のコネクタ端子の一方は電源に接続され、前記電源の高位電源電位または低位電源電位が与えられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のコネクタのフェールセーフ装置。

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