JP2008145127A - 負荷駆動回路及び負荷駆動回路の故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータなどの負荷を駆動中であっても、回路の故障診断を可能とする負荷駆動回路を提供する。
【解決手段】ドライバ５は、負荷３０を駆動する。フライホイールダイオード７は、ドライバ５に負荷３０と並列接続され、負荷３０から出力される電流を回生電流とするように接続する。演算回路２は、ドライバ５を駆動するパルス信号を生成して出力し、負荷３０が接続するドライバ５のドレイン端子５−２での電圧の変化を検出し、検出した電圧の変化と、生成するパルス信号とに基づいて故障判定を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の電子制御システムのコンピュータユニットに用いられるアクチュエータなどの負荷の駆動に用いられる負荷駆動回路及び負荷駆動回路の故障診断方法に関する。

従来、自動車の電子制御システムなどに用いられるアクチュエータなどの負荷を駆動する負荷駆動回路において、当該回路の故障診断を行なう技術として、図３に示す負荷駆動回路１ａや特許文献１に示される回路構成が用いられていた。

図３に示す負荷駆動回路１ａでは、演算回路２ａにより、スイッチング素子であるＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のドライバ５を駆動させるためのパルス信号をＯＵＴ端子１０から出力する。このとき、演算回路２ａでは、当該出力したパルス信号のデューティ比と、ドライブ回路の電源（＋Ｂ）の電圧と、アクチュエータである負荷３０の負荷抵抗値に基づいて、予想される負荷電流を算出しておく。そして、算出した負荷電流値と、ＡＮＩ端子１２を通じて得られる電流検出回路６にて検出された負荷電流値とを比較して、負荷駆動回路１ａの出力に関連する出力回路と負荷３０とを含む出力構成４０ａの故障診断を行なうという方法が用いられている。すなわち、算出された負荷電流値と、検出された負荷電流値の比較を行なった結果、両者に一定以上の差がなければ出力構成４０ａは、正常と判定し、一定以上の差が生じた場合は、出力構成４０ａの何れかの構成において故障が発生しているという判定を行なうことになる。
特開２０００−２６９０２９号公報

しかしながら、従来の故障診断の方法では、以下に示すような問題がある。まず、出力構成４０ａに含まれているＦＷＤ（FlyWheel Diode：フライホイールダイオード）７において静電気・過電圧・過電流あるいは偶発的な障害により短絡故障が発生している場合、演算回路２ａからのＯＵＴ端子から出力されるパルス信号によりドライバ５がオン状態になると、ドライバ５の出力がＧＮＤと短絡状態になるため、ドライバ５を含む出力構成４０ａに過大な電流が流れてしまうという問題がある。

また、従来の故障診断方法では、誤判定を防ぐためある程度の異常確定時間が必要となるが、そうするとドライバ５をオン状態にする出力時間が長くなり、ＦＷＤ短絡故障時における負荷３０の駆動中にドライバ５を故障させるおそれがあるという問題がある。

また、ＦＷＤ短絡故障時に、ドライバ５を故障させない程度の出力時間、パルス幅のパルス信号であるテスト信号を、通常制御を行なうパルス信号を出力している間に出力することは困難であり、負荷３０の駆動開始時のイニシャル診断時に、テスト信号を出力して故障診断を行なうことしかできないという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、アクチュエータなどの負荷を駆動中であっても、回路の故障診断を可能とする負荷駆動回路及び負荷駆動回路の故障診断方法を提供することにある。

また、本発明は、ＦＷＤ短絡故障時でも、他部分の故障を誘発させることなく、短時間に回路の故障診断を可能とする負荷駆動回路及び負荷駆動回路の故障診断方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明は、負荷を駆動するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を駆動するパルス信号を生成して出力する演算回路と、前記スイッチング素子に前記負荷と並列接続され、前記負荷から出力される電流を回生電流とするように接続されるフライホイールダイオードとを備え、前記演算回路は、前記スイッチング素子の出力端子での電圧の変化を検出し、検出した電圧の変化と、前記生成するパルス信号とに基づいて故障判定を行なうことを特徴とする負荷駆動回路である。

本発明は、負荷を駆動するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に前記負荷と並列接続され、前記負荷から出力される電流を回生電流とするように接続されるフライホイールダイオードとを備え、前記スイッチング素子を駆動するパルス信号を生成する負荷駆動回路の故障診断方法であって、前記スイッチング素子の出力端子での電圧の変化を検出し、検出した電圧の変化と、前記生成するパルス信号とに基づいて故障判定を行なうことを特徴とする負荷駆動回路の故障診断方法である。

この発明によれば、アクチュエータなどの負荷を駆動中であっても、負荷駆動回路の故障診断ができる効果が得られる。

また、この発明によれば、ＦＷＤ短絡故障時でも、他部分の故障を誘発させることなく、短時間に回路の故障診断が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態による負荷駆動回路１及び負荷駆動回路１に接続する負荷３０、バッテリ２０等の構成を示す概略ブロック図である。
図１において負荷３０は、例えば、自動車のダンパーの電子制御に用いられるアクチュエータであり、負荷駆動回路１の接続端子１５−１と１５−２にて接続され、インダクタを含む誘導負荷として構成されている。バッテリ２０は、例えば、自動車に積載される直流電源であり、負荷駆動回路１の接続端子１７、１８に接続され、ＩＧ＿ＳＷ（IGnition Switch）２１のオン状態にて負荷駆動回路１に電力を供給する。

負荷駆動回路１において、ドライバ５は、スイッチング素子であり、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）が適用されているものとして以下の説明を行なう。ドライバ５は、演算回路２により生成されプリドライブ回路９を通じてゲート端子５−３に入力されるパルス信号のＬｏｗ状態にてオン状態となりバッテリ２０からソース端子５−１に供給されている電力をドレイン端子５−２を通じて負荷３０に供給する。電流検出回路６は、負荷３０に供給される負荷電流の検出を行ない、検出した負荷電流値を演算回路１２のＡＮＩ端子１２に入力する。ＦＷＤ（FlyWheel Diode：フライホイールダイオード）７は、ドライバ５のドレイン端子５−２に対して負荷３０と並列に接続され、ドライバ５のオフ状態にて負荷３０のインダクタから出力される電流が回生電流として流れる。

平滑コンデンサ１４は、ドライバ５に対して電流が供給された場合にドライバ５のソース端子５−１を一定電圧に維持する。ＦＳＲ（Fail Safe Relay：フェールセーフリレー）４は、負荷３０及び負荷駆動回路１に異常が発生した場合に内部のスイッチをオフ状態にしてバッテリ２０との接続を遮断する。

レギュレータ３は、演算回路２及びモニタ回路８の電源（ＶＣＣ）に接続され、ダイオード１３により整流されたバッテリ２０の電力について電圧を降圧したものを電源（ＶＣＣ）として供給する。例えば、バッテリ電源が１２Ｖであった場合、５Ｖに降圧したものを電源電圧として供給する。

プリドライブ回路９は、演算回路２のＯＵＴ端子１０から出力されるパルス信号の電圧をドライバ５が駆動する電圧に昇圧する。例えば、演算回路２にて生成されるパルス信号が０Ｖから５Ｖの範囲で変化している場合、プリドライブ回路９では、ドライバ５を駆動させるために必要となる１２Ｖから０Ｖの範囲で変化するパルス信号に変換する

モニタ回路８は、ドライバ５のドレイン端子５−２に接続され、ドレイン端子５−２における電圧の変化を演算回路２のＩＮＴ端子１１に入力する。モニタ回路８は、ドレイン端子５−２の電圧を分圧する抵抗８−１、８−２と、コンデンサ８−３と、出力電圧を０Ｖと電源（ＶＣＣ）の電圧の範囲に制限するダイオード８−４、８−５と、抵抗８−６とを備えている。ここで、電源（ＶＣＣ）の電圧は、演算回路２に入力可能な電圧、例えば５Ｖに設定される。

演算回路２は、例えば、マイクロコンピュータなどが適用され、ＰＷＭ（Pulse Width modulation）によりドライバ５をスイッチング動作させるためのパルス信号を生成し、ＯＵＴ端子１０から出力する。ここで、パルス信号には、故障診断のみを行なうためのテスト信号と、負荷３０を駆動させる通常制御信号とがある。

また、演算回路２は、ＩＮＴ端子１１に入力されるドライバ５のドレイン端子５−２の電圧の変化の有無に基づいて、負荷駆動回路１の出力に関連する出力回路と負荷３０とを含む出力構成４０の故障の有無の判定、すなわち故障診断を行なう。

また、演算回路２は、生成してＯＵＴ端子１０から出力するパルス信号のデューティ比と、ドライブ回路の電源（＋Ｂ）の電圧と、負荷３０の負荷抵抗値に基づいて、予想される負荷電流を算出する。また、演算回路２は、ＡＮＩ端子１２を通じて得られる電流検出回路６にて検出された負荷電流値信号をＡ／Ｄ変換する。また、演算回路２は、算出した負荷電流値と、Ａ／Ｄ変換結果から算出した負荷電流値とを比較して、負荷駆動回路１の出力に関連する出力回路と負荷３０とを含む出力構成４０の故障診断を行なう。

また、ＰＧ（Power Ground）端子１６−１は、平滑コンデンサ１４、ＦＷＤ７及び負荷３０に接続される接地端子である。ＬＧ（Logic Ground）端子１６−２は、演算回路２、レギュレータ３、ＦＳＲ４、モニタ回路８の抵抗８−１、コンデンサ８−３、ダイオード８−４に接続される接地端子である。

（負荷駆動回路の動作）
次に、図２を参照しつつ負荷駆動回路１の動作について説明する。前提として、ＩＧ＿ＳＷ２１はオン状態であり、レギュレータ３により降圧された電力が電源（ＶＣＣ）を通じて供給されているものとする。

演算回路２は、通常制御時のパルス信号である通常制御信号を生成し、図２（ａ）に示すようなパルス波形をＯＵＴ端子１０から出力する。ＯＵＴ端子０から出力された通常制御信号は、プリドライブ回路９により昇圧されてドライバ５のゲート端子５−３に入力される。ドライバ５は、パルス信号のＨｉｇｈ状態にてオン状態となり、バッテリ２０からソース端子５−１に供給されている電力をドレイン端子５−２を通じて負荷３０に供給し、パルス信号のＬｏｗ状態にてオフ状態となりバッテリ２０からの電力供給を遮断する。ドライバ５がオフ状態になると負荷３０は、内部のインダクタから電流を出力する。その電流はＦＷＤ７に回生電流として流れる。

モニタ回路８は、ドライバ５のドレイン端子５−２の電圧を抵抗８−１、８−２及びコンデンサ８−３により分圧し、ダイオード８−４、８−５により０Ｖ（ＧＮＤ電圧）から電源（ＶＣＣ）電圧の範囲に制限して抵抗８−６を通じて演算回路２のＩＮＴ１１に入力する。演算回路１１では、当該入力のパルス波形を検出し、ＯＵＴ端子１０から出力したパルス信号に対応するパルス波形の有無を判定する。例えば、前述した例の場合、ドライバ５のドレイン端子５−２が０Ｖから１２Ｖの範囲で変化している際に、モニタ回路８により演算回路２のＩＮＴ端子１１で検出できる０Ｖから５Ｖの範囲に変換して出力することができる。

この状態において、ＦＷＤ７に静電気・過電圧・過電流あるいは偶発的な障害により短絡故障が発生していたとする。短絡故障が発生していたことによりＦＷＤ７の両端は０Ｖとなり、ドライバ５のオン状態にて短絡電流が流れることになる。このとき、図２（ｂ）に示すようにドライバ５のドレイン端子５−２は、０Ｖとなり、図２（ｃ）に示すように演算回路２は、ＩＮＴ端子１１を通じて、ＯＵＴ端子１０から出力したパルス信号に対応するパルス波形を検出できないことになる。この検出は、短絡故障発生前までにＩＮＴ端子１１を通じて検出していたパルス波形の１周期の間に次のパルス波形を検出するか否かにより判定することができるため、上述した従来技術の方法である、ＡＮＩ端子１２を通じて行なう故障診断方法に比べて短時間で故障診断を行なうことが可能となる。

また、負荷３０の駆動開始時のイニシャル診断時において、演算回路２により、テスト用のパルス信号であるテスト信号をＯＵＴ端子１０から出力することで、通常制御時と同様にＩＮＴ端子１１を通じて検出するパルス波形の有無により故障診断を行なうことが可能となる。

なお、ＦＷＤ７の短絡故障以外に、ドライバ５のドレイン端子５−２の電圧が変化せず、演算回路２のＯＵＴ端子１０から出力されるパルス信号に対応するパルス波形がＩＮＴ端子１１にて検出できないような異常が出力構成４０において発生している場合にも、当該実施形態の構成により故障診断を行なうことが可能となる。

本実施形態による負荷駆動回路及び当該回路に関連する構成を示すブロック図である。 同実施形態におけるＯＵＴ端子から出力されるパルス信号とドライバの出力及びＩＮＴ端子にて検出されるパルス波形の変化を示した図である。 従来技術における負荷駆動回路及び当該回路に関連する構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 負荷駆動回路
２ 演算回路
５ ドライバ（スイッチング素子）
６ 電流検出回路
７ フライホイールダイオード
８ モニタ回路
９ プリドライブ回路
１０ ＯＵＴ端子
１１ ＩＮＴ端子
１２ ＡＮＩ端子
５−１ ソース端子
５−２ ドレイン端子（スイッチング素子の出力端子）
５−３ ゲート端子

Claims (2)

1. 負荷を駆動するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子を駆動するパルス信号を生成して出力する演算回路と、
   前記スイッチング素子に前記負荷と並列接続され、前記負荷から出力される電流を回生電流とするように接続されるフライホイールダイオードとを備え、
   前記演算回路は、
   前記スイッチング素子の出力端子での電圧の変化を検出し、検出した電圧の変化と、前記生成するパルス信号とに基づいて故障判定を行なう
   ことを特徴とする負荷駆動回路。
2. 負荷を駆動するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に前記負荷と並列接続され、前記負荷から出力される電流を回生電流とするように接続されるフライホイールダイオードとを備え、前記スイッチング素子を駆動するパルス信号を生成する負荷駆動回路の故障診断方法であって、
   前記スイッチング素子の出力端子での電圧の変化を検出し、
   検出した電圧の変化と、前記生成するパルス信号とに基づいて故障判定を行なう
   ことを特徴とする負荷駆動回路の故障診断方法。

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