JP2009019897A - Flow detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱式流量計を備える流量検出装置に関し、特に内燃機関の吸気空気量を検出する流量検出装置に関する。 The present invention relates to a flow rate detection device including a thermal flow meter, and more particularly to a flow rate detection device that detects an intake air amount of an internal combustion engine.
従来から、流量検出回路とV/F変換回路(電圧/周波数変換回路)とを備えた流量検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような流量検出装置では、検出対象である流体の流量に応じたアナログ信号が流量検出回路により出力され、このアナログ信号がV/F変換回路により同信号に応じた周波数のディジタル信号に変換される。 Conventionally, a flow rate detection device including a flow rate detection circuit and a V / F conversion circuit (voltage / frequency conversion circuit) is known (see, for example, Patent Document 1). In such a flow rate detection device, an analog signal corresponding to the flow rate of the fluid to be detected is output by the flow rate detection circuit, and this analog signal is converted into a digital signal having a frequency corresponding to the same signal by the V / F conversion circuit. The
上記流量検出回路としては、流体流路中に設置される感温抵抗体と、その感温抵抗体に対して直列に設けられたトランジスタとを有し、上記感温抵抗体を所定温度に保つべく同感温抵抗体への電力供給を上記トランジスタにより調節しつつ、その感温抵抗体への供給電力に応じたアナログ信号を出力するものが知られている。 The flow rate detection circuit includes a temperature sensitive resistor installed in the fluid flow path and a transistor provided in series with the temperature sensitive resistor, and maintains the temperature sensitive resistor at a predetermined temperature. It is known to output an analog signal corresponding to the power supplied to the temperature sensitive resistor while adjusting the power supply to the temperature sensitive resistor with the transistor.
また、上記V/F変換回路としては、流量検出回路により出力されるアナログ信号を電流に変換するV/I変換部と、V/I変換部における変換率を規定する変換率設定用抵抗器と、V/I変換部により変換された電流により充電される変換用コンデンサと、その変換用コンデンサの充電電圧が所定電圧に達する度に同コンデンサを放電させるI/F変換部とを有するものが知られている。このV/F変換回路では、変換用コンデンサの充電電圧の変化に基づいて、検出信号に応じた周波数のディジタル信号が出力されるようになっている。 The V / F conversion circuit includes a V / I conversion unit that converts an analog signal output from the flow rate detection circuit into a current, and a conversion rate setting resistor that defines a conversion rate in the V / I conversion unit. And a conversion capacitor that is charged by the current converted by the V / I conversion unit, and an I / F conversion unit that discharges the capacitor every time the charging voltage of the conversion capacitor reaches a predetermined voltage. It has been. In this V / F conversion circuit, a digital signal having a frequency corresponding to the detection signal is output based on a change in the charging voltage of the conversion capacitor.
一方、流量検出装置の小型化などの観点から、上記流量検出回路の少なくとも感温抵抗体を除く一部と上記V/F変換回路とが同一回路基板に実装されることが考えられる。
しかしながら、変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサの温度変化で同抵抗器の抵抗値及び同コンデンサの静電容量が変化すると、V/F変換回路における変換率が変化することにより検出誤差が生じる。特に、上述の如く流量検出回路の少なくとも感温抵抗体を除く一部とV/F変換回路とを同一回路基板に実装する場合には、これらの回路を構成する素子の発熱により変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサの温度変化が大きくなることから、上記温度変化に起因する検出誤差が増大するおそれがある。 However, when the resistance value of the resistor and the capacitance of the capacitor change due to the temperature change of the conversion rate setting resistor and the conversion capacitor, a detection error occurs due to the change of the conversion rate in the V / F conversion circuit. . In particular, when at least a part of the flow rate detection circuit excluding the temperature sensitive resistor and the V / F conversion circuit are mounted on the same circuit board as described above, the conversion rate is set by the heat generated by the elements constituting these circuits. Since the temperature change of the resistor and the conversion capacitor becomes large, the detection error due to the temperature change may increase.
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサの温度変化を抑制することで検出誤差を低減する流量検出装置を提供することを主たる目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and mainly provides a flow rate detection device that reduces detection errors by suppressing temperature changes of a conversion rate setting resistor and a conversion capacitor. It is the purpose.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
請求項1に記載の発明は、流体流路中に設置される感温抵抗体とその感温抵抗体に対して直列に設けられたトランジスタとを有し上記感温抵抗体を所定温度に保つべく同感温抵抗体への供給電力を上記トランジスタにより調節しつつ上記感温抵抗体への供給電力に応じたアナログ信号を出力する流量検出回路と、その流量検出回路により出力されるアナログ信号を電流に変換して出力するV/I変換部と、そのV/I変換部における変換率を規定する変換率設定用抵抗器と、上記V/I変換部により出力された電流により充電される変換用コンデンサと、その変換用コンデンサの充電電圧が所定電圧に達する度に同変換用コンデンサを放電させるI/F変換部とを有し、変換用コンデンサの充電電圧の変化に基づいて上記アナログ信号に応じた周波数のディジタル信号を出力する変換回路とを備える。この構成によると、流路を流れる流体の流量に応じた周波数のディジタル信号が出力される。
The invention described in
ところで、感温抵抗体への供給電流が流れるトランジスタの発熱量は、流量検出回路を構成する他の素子及びV/F変換回路を構成する素子よりも大きくなる。発明者はこの点に着目し、トランジスタ及び変換回路を同一の回路基板に実装する際に、変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサを、トランジスタからの伝熱を緩和する熱緩和領域分だけ離間させて実装した。これにより、トランジスタの発熱に伴う変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサの温度変化を抑制することができ、その温度変化に起因する検出誤差を低減することができる。 By the way, the heat generation amount of the transistor through which the supply current to the temperature sensitive resistor flows is larger than the other elements constituting the flow rate detection circuit and the elements constituting the V / F conversion circuit. The inventor pays attention to this point, and when the transistor and the conversion circuit are mounted on the same circuit board, the conversion rate setting resistor and the conversion capacitor are separated by a thermal relaxation region that reduces heat transfer from the transistor. I implemented it. Thereby, the temperature change of the conversion rate setting resistor and the conversion capacitor due to the heat generation of the transistor can be suppressed, and the detection error due to the temperature change can be reduced.
請求項2に記載の発明では、V/I変換部及びI/F変換部が1つの集積回路として集積され、変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサとトランジスタとの間に同集積回路が配置されている。ここで、V/I変換部及びI/F変換部を集積した集積回路の熱容量は大きくなることが考えられる。この場合には、上述の如く集積回路を配置すると、集積回路の周辺温度が平準化され、集積回路、変換率設定用抵抗器、及び変換用コンデンサの温度差が低減される。このようにして集積回路、変換率設定用抵抗器、及び変換用コンデンサの温度について相関性を高めることにより、上記温度変化に起因する検出誤差の温度補償が容易になる。 According to the second aspect of the present invention, the V / I converter and the I / F converter are integrated as one integrated circuit, and the integrated circuit is arranged between the conversion rate setting resistor and the conversion capacitor and the transistor. Has been. Here, it is conceivable that the heat capacity of the integrated circuit in which the V / I converter and the I / F converter are integrated is increased. In this case, when the integrated circuit is arranged as described above, the ambient temperature of the integrated circuit is leveled, and the temperature difference between the integrated circuit, the conversion rate setting resistor, and the conversion capacitor is reduced. Thus, by increasing the correlation with respect to the temperatures of the integrated circuit, the conversion rate setting resistor, and the conversion capacitor, temperature compensation of the detection error due to the temperature change is facilitated.
請求項3に記載の発明では、回路基板は矩形状をなしている。そして、変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサとトランジスタとが、それぞれ回路基板の対向する一辺の近傍と他辺の近傍とに配置されている。このようにして変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサとトランジスタとを離間させることで、上記温度変化に起因する検出誤差を低減することができる。 In the invention described in claim 3, the circuit board has a rectangular shape. A conversion rate setting resistor, a conversion capacitor, and a transistor are disposed in the vicinity of one side and the other side of the circuit board, respectively. Thus, by separating the conversion rate setting resistor and the conversion capacitor from the transistor, the detection error due to the temperature change can be reduced.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において放熱部材を更に備える。この放熱板は、トランジスタと熱的に接続され、矩形状の回路基板のトランジスタに近接する一辺及びその一辺に隣り合う他辺に沿って延びている。また、回路基板の放熱部材に対向する部分を避けて、同回路基板に変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサが配置されている。この構成によると、放熱面積が広い放熱板を設けつつも、トランジスタ及び放熱板から変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサを離間させることができる。すなわち、トランジスタの温度上昇を放熱板により抑制しつつ、同放熱板からの受熱に伴う変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサの温度変化を抑制することができる。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の発明において放熱板を更に備える。この放熱板は、トランジスタと熱的に接続され、回路基板の一部に対向して設けられている。そして、回路基板の放熱部材に対向する部分を避けて、同回路基板に変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサが配置されている。この構成によると、放熱板を設けつつも、トランジスタ及び放熱板から変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサを離間させることができる。すなわち、トランジスタの温度上昇を放熱板により抑制しつつ、同放熱板からの受熱に伴う変換率設定用抵抗器及び変換用コンデンサの温度変化を抑制することができる。
The invention according to claim 5 further includes a heat sink in the invention according to any one of
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、車載エンジンの吸入空気量を検出する流量検出装置として本発明を具体化しており、その詳細な構成を以下に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment embodies the present invention as a flow rate detection device for detecting the intake air amount of an in-vehicle engine, and the detailed configuration thereof will be described below.
はじめに、図1に基づいて本実施形態による流量検出装置10の概略構成を説明する。流量検出装置10は、ブリッジ回路11、通電制御用オペアンプOP1、パワートランジスタTR1、V/F変換用回路モジュール16などで構成されている。流量検出装置10には、ECU20が接続されており、ECU20は流量検出装置10により出力される検出信号に基づいてエンジンの吸入空気量を算出する。
First, a schematic configuration of the flow
詳しくは、図1に示すエンジンの吸気管(吸気流路)21内には、ホットワイヤ12及びコールドワイヤ13が設けられている。ホットワイヤ12及びコールドワイヤ13は、感熱抵抗素子(温度に応じて抵抗値が変化する素子)であり、抵抗器14及び抵抗器15と共にブリッジ回路11を形成している。また、感温抵抗体としてのホットワイヤ12は、通電により発熱する発熱抵抗素子でもある。
Specifically, a
ブリッジ回路11の出力端子には通電制御用オペアンプOP1が接続されており、この通電制御用オペアンプOP1にはパワートランジスタTR1が接続されている。そして、パワートランジスタTR1はブリッジ回路11の電源端子に接続されている。通電制御用オペアンプOP1は、ブリッジ回路11の不平衡電圧が0になるように、パワートランジスタTR1に対して調節信号を出力することで同トランジスタTR1を介してホットワイヤ12に供給される電力を調節する。
An energization control operational amplifier OP1 is connected to the output terminal of the bridge circuit 11, and a power transistor TR1 is connected to the energization control operational amplifier OP1. The power transistor TR1 is connected to the power supply terminal of the bridge circuit 11. The conduction control operational amplifier OP1 adjusts the power supplied to the
これにより、ホットワイヤ12の温度はエンジンの吸入空気量に拘わらず所定温度に保たれる。ここで、上述の如くホットワイヤ12の温度を保つために要する供給電力は、エンジンの吸入空気量に相関する。そのため、ブリッジ回路11の出力端子には、エンジンの吸入空気量に応じた電圧が生じる。ブリッジ回路11、オペアンプOP1、及びパワートランジスタTR1からなる回路が「流量検出回路」に相当する。
Thereby, the temperature of the
ブリッジ回路11のホットワイヤ12側の出力端子には、V/F変換用回路モジュール16が接続されている。V/F変換用回路モジュール16は、変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18と共に変換回路としてのV/F変換回路19を形成しており、ブリッジ回路11により出力されたアナログ信号(エンジンの吸入空気量に応じた電圧)に応じた周波数のディジタル信号を出力する。
A V / F
V/F変換用回路モジュール16にはECU20が接続されている。ECU20は、CPU、メモリ等を備えた周知のマイクロコンピュータを主体とする電子制御ユニットである。メモリは、各種のプログラムやパラメータを記憶する。CPUは、メモリに記憶されたプログラムを実行することによりエンジンの各部を制御する。このエンジン制御において、ECU20は、V/F変換用回路モジュール16により出力される検出信号に基づいて、エンジンの吸入空気量を同エンジン制御用のパラメータの1つとして算出する。
An
上記パワートランジスタTR1、通電制御用オペアンプOP1、V/F変換用回路モジュール16、変換率設定用抵抗器17、変換用コンデンサ18、抵抗器14,15は、回路基板としてのセラミック基板22に実装されている。このセラミック基板22は、図示しないハウジングに収容されており、上記ホットワイヤ12及びコールドワイヤ13はその一部が外部に露出するように同ハウジングに取り付けられている。なお、回路基板は、セラミック基板に限定されるものではない。
The power transistor TR1, the operational amplifier OP1, the V / F
次に、図2に基づいてV/F変換回路19の回路構成を説明する。V/F変換用回路モジュール16は、ブリッジ回路11により出力されたアナログ信号を電流に変換し変換用コンデンサ18を充電するV/I変換部23と、変換用コンデンサ18の充電電圧が所定電圧に達する度に同コンデンサ18を放電させるI/F変換部24とを有している。
Next, the circuit configuration of the V /
V/I変換部23はオペアンプOP2を主体として構成されている。オペアンプOP2の出力端子はNPN型トランジスタTR2のベースが接続され、その負側の入力端子は同NPN型トランジスタTR2のエミッタが接続され、その正側の入力端子には分圧用の抵抗器25,26が設けられている。この分圧用の抵抗器25は入力端子(ブリッジ回路11を接続するための端子)27に接続され、抵抗器26はグランドに接続されている。また、第2電源端子29とNPN型トランジスタTR2のコレクタとの間に、PNP型トランジスタTR3が設けられている。このPNP型トランジスタTR3のベースはNPN型トランジスタTR2のコレクタに接続されている。一方、NPN型トランジスタTR2のエミッタは外部抵抗接続用端子(変換率設定用抵抗器17を接続するための端子)31に接続されている。
The V /
上記構成によると、NPN型トランジスタTR2のエミッタがオペアンプOP2の正側の入力端子と同電位になる。その結果、PNP型トランジスタTR3による変換率設定用抵抗器17への供給電流I1が次式(1)に示すように調節される。なお、次式(1)において、Ioは変換率設定用抵抗器17への供給電流I1の電流値、Nは分圧用の抵抗器25,26による分圧比、Vinはブリッジ回路11により出力されたアナログ信号の電圧、Rは変換率設定用抵抗器17の抵抗値を示す。
According to the above configuration, the emitter of the NPN transistor TR2 has the same potential as the positive input terminal of the operational amplifier OP2. As a result, the supply current I1 to the conversion
Io=N・Vin/R ・・・(1)
また、第2電源端子29と外部コンデンサ接続用端子(変換用コンデンサ18を接続するための端子)32との間には、PNP型トランジスタTR4が設けられている。このPNP型トランジスタTR4のベースは、NPN型トランジスタTR2のコレクタに接続されている。これにより、PNP型トランジスタTR4がPNP型トランジスタTR3に同期して作動することから、PNP型トランジスタTR3による供給電流I1に比例する電流がPNP型トランジスタTR4により出力される。なお、以下の説明では、PNP型トランジスタTR4による供給電流I2は、説明の便宜上PNP型トランジスタTR3による変換率設定用抵抗器17への供給電流I1の2倍に設定されているものとする。しかしながら、供給電流I2は供給電流I1の何倍に設定されてもよい。
Io = N · Vin / R (1)
A PNP transistor TR4 is provided between the second power supply terminal 29 and the external capacitor connection terminal (terminal for connecting the conversion capacitor 18) 32. The base of the PNP transistor TR4 is connected to the collector of the NPN transistor TR2. Thus, since the PNP transistor TR4 operates in synchronization with the PNP transistor TR3, a current proportional to the supply current I1 from the PNP transistor TR3 is output by the PNP transistor TR4. In the following description, it is assumed that the supply current I2 from the PNP transistor TR4 is set to twice the supply current I1 to the conversion
I/F変換部24は、コンパレータCOMP1を主体として構成されている。具体的には、コンパレータCOMP1により変換用コンデンサ18の充電電圧と所定電圧(以下「基準電圧」という)とが比較され、その比較結果に基づいて変換用コンデンサ18の放電が実施されるようになっている。
The I /
詳しくは、コンパレータCOMP1の出力端子には抵抗器33を介してNPN型トランジスタTR5が接続され、その正側の入力端子には外部コンデンサ接続用端子32(PNP型トランジスタTR4のエミッタ)が接続され、その負側の入力端子には基準電圧設定回路が接続されている。この基準電圧設定回路は、第3電源端子30に接続された分圧用の抵抗器34,35、及びその抵抗器35とグランドとの間に設けられたNPN型トランジスタTR6により構成されている。また、NPN型トランジスタTR6のベースは、抵抗器36を介してコンパレータCOMP1の出力端子に接続されている。
Specifically, an NPN transistor TR5 is connected to the output terminal of the comparator COMP1 via the
上記基準電圧設定回路によると、NPN型トランジスタTR6がオフ状態である場合には、基準電圧が第3電源端子30の電圧(Vcc3)に設定される。一方、NPN型トランジスタTR6がオン状態である場合には、第3電源端子30の電圧(Vcc3)が分圧用の抵抗器34,35により分圧される結果、基準電圧はVcc3よりも低い電圧に設定される。以下、NPN型トランジスタTR6がオフ状態である場合に設定される基準電圧を「Vhi」といい、NPN型トランジスタTR6がオン状態である場合に設定される基準電圧を「Vlo」という。
According to the reference voltage setting circuit, when the NPN transistor TR6 is in the OFF state, the reference voltage is set to the voltage (Vcc3) of the third
NPN型トランジスタTR5のコレクタには、放電用回路(変換用コンデンサ18を放電させるための回路)が接続されている。具体的には、外部コンデンサ接続用端子32とグランドとの間に設けられたNPN型トランジスタTR7と、第2電源端子29とNPN型トランジスタTR7のベースとの間に設けられたPNP型トランジスタTR8と、NPN型トランジスタTR7のオン・オフを制御するために同トランジスタTR7のベースに接続されたNPN型トランジスタTR9,TR10とで構成されている。
A discharge circuit (circuit for discharging the conversion capacitor 18) is connected to the collector of the NPN transistor TR5. Specifically, an NPN transistor TR7 provided between the external
PNP型トランジスタTR8のベースは、V/I変換部23のNPN型トランジスタTR2のコレクタに接続されている。一方、NPN型トランジスタTR9,TR10のコレクタは、PNP型トランジスタTR8のコレクタに接続され、NPN型トランジスタTR9のベースはNPN型トランジスタTR7のベース及びPNP型トランジスタTR8のコレクタに接続され、NPN型トランジスタTR10のベースは抵抗器37を介してNPN型トランジスタTR5のコレクタに接続されている。なお、以下の説明では、NPN型トランジスタTR7のオン状態におけるコレクタ電流I3は、説明の便宜上PNP型トランジスタTR3による変換率設定用抵抗器17への供給電流I1の4倍に設定されているものとする。しかしながら、コレクタ電流I3は供給電流I1の何倍に設定されてもよい。
The base of the PNP transistor TR8 is connected to the collector of the NPN transistor TR2 of the V /
上記放電回路の構成によると、NPN型トランジスタTR10がオン状態である場合には、NPN型トランジスタTR7がオフ状態になる結果、V/I変換部23のPNP型トランジスタTR4による供給電流I2により変換用コンデンサ18が充電される。一方、NPN型トランジスタTR10がオフ状態である場合には、NPN型トランジスタTR7がオン状態になる結果、V/I変換部23のPNP型トランジスタTR4による供給電流I2と共に変換用コンデンサ18による放電電流I4がNPN型トランジスタTR7を介してグランドに流れる。
According to the configuration of the discharge circuit, when the NPN transistor TR10 is in the on state, the NPN transistor TR7 is turned off, so that the conversion current is supplied by the supply current I2 from the PNP transistor TR4 in the V /
また、NPN型トランジスタTR5のコレクタには、オープンコレクタ型の出力回路が接続されている。この出力回路は、NPN型トランジスタTR11及びNPN型トランジスタTR12で構成されている。 An open collector type output circuit is connected to the collector of the NPN transistor TR5. This output circuit comprises an NPN transistor TR11 and an NPN transistor TR12.
次に、図3に基づいてV/F変換回路19の作動を説明する。図3において、(a)は変換用コンデンサ18の充電電圧、(b)はコンパレータCOMP1の出力、(c)はNPN型トランジスタTR5,TR6のオン・オフ、(d)はNPN型トランジスタTR10のオン・オフ、(e)はNPN型トランジスタTR7のオン・オフを示している。
Next, the operation of the V /
V/F変換回路19の作動開始直後、変換用コンデンサ18の充電電圧はVloよりも低く、コンパレータCOMP1の出力は負に飽和する。これにより、NPN型トランジスタTR6がオフ状態になり、基準電圧設定回路において基準電圧が高電圧側のVhiに設定される。そのため、V/F変換回路19の作動開始後はじめて変換用コンデンサ18の充電電圧がVloに達するタイミングt1では、基準電圧はVhiに設定されており、コンパレータCOMP1の出力は負に飽和している(図3(a),(b)参照)。その結果、NPN型トランジスタTR10がオン状態になり、NPN型トランジスタTR7がオフ状態になることから(図3(d),(e)参照)、PNP型トランジスタTR4による供給電流I2により変換用コンデンサ18が充電される(図3(a)参照)。
Immediately after the operation of the V /
タイミングt2において、変換用コンデンサ18の充電電圧がVhiまで上昇すると、コンパレータCOMP1は正に飽和する。これにより、NPN型トランジスタTR6がオン状態になり(図3(c)参照)、基準電圧設定回路において基準電圧が低電圧側のVloに設定される(図3(a)参照)。また、NPN型トランジスタTR10がオフ状態になり、NPN型トランジスタTR7がオン状態になることから(図3(d),(e)参照)、変換用コンデンサ18が放電される(図3(a)参照)。
When the charging voltage of the
タイミングt3において、変換用コンデンサ18の充電電圧がVloまで低下すると、コンパレータCOMP1が再び負に飽和する(図3(a),(b)参照)。その結果、NPN型トランジスタTR6がオフ状態になり(図3(c)参照)、基準電圧設定回路において基準電圧が低電圧側のVhiに設定される(図3(a)参照)。また、NPN型トランジスタTR10がオフ状態になり、NPN型トランジスタTR7がオン状態になることから(図3(d),(e)参照)、PNP型トランジスタTR4による供給電流I2により変換用コンデンサ18が充電される(図3(a)参照)。
When the charging voltage of the
このように、変換用コンデンサ18の充電と放電とが繰り返される結果、同コンデンサ18の充電電圧はVloとVhiとの間を脈動する三角波を示し、V/F変換回路19の出力信号は同充電電圧の周期と同一周期の方形波を示す(次式(2)に示す周期T参照)。すなわち、V/F変換回路19の出力信号は、ブリッジ回路11により出力されるアナログ信号に応じた周波数のディジタル信号となる(次式(3)に示す周波数F参照)。なお、次式(2),(3)において、N,Vin,Rは式(1)と同様にそれぞれ分圧用の抵抗器25,26による分圧比、ブリッジ回路11により出力されるアナログ信号の電圧、変換率設定用抵抗器17の抵抗値を示す。また、Cは変換用コンデンサ18の静電容量を示すものとする。
Thus, as a result of repeated charging and discharging of the
T=C・(Vhi−Vlo)/Io ・・・(2)
F=N・Vin/(R・C・(Vhi−Vlo)) ・・・(3)
このようにエンジンの吸入空気量の検出信号をディジタル化してECU20に伝送することで、上記伝送中に重畳されるノイズに起因する誤差(ECU20において算出される吸入空気量と実際の吸入空気量との差)を低減することができる。
T = C · (Vhi−Vlo) / Io (2)
F = N · Vin / (R · C · (Vhi−Vlo)) (3)
In this way, the detection signal of the intake air amount of the engine is digitized and transmitted to the
次に、図4に基づいて、セラミック基板22近傍の構成を詳細に説明する。図4において、(a)はセラミック基板22近傍の平面図、(b)は(a)のA1−A1線の断面図を示している。図4では、通電制御用オペアンプOP1、V/F変換用回路モジュール16、抵抗器14、及び抵抗器15が1つの集積回路41として集積されていることを想定している。
Next, the configuration in the vicinity of the
図4に示すセラミック基板22は、矩形状をなし、ハウジング42に取り付けられている。詳しくは、セラミック基板22は、接着剤43により絶縁樹脂部材44を介してハウジング42に固定されている(図4(b)参照)。ここで、パワートランジスタTR1にはブリッジ回路11に供給される相対的に大きな電流が流される。そのため、パワートランジスタTR1による発熱量は、セラミック基板22に実装されている他の発熱素子(例えば、集積回路41)による発熱量と比較して大きい。
The
そこで、パワートランジスタTR1には、放熱板45が熱的に接続されている。すなわち、パワートランジスタTR1で発生した熱が放熱板45に伝わる経路における熱伝導率が相対的に高くなっている。詳しくは、パワートランジスタTR1に近接させて放熱板45が設けられている。具体的には、パワートランジスタTR1とハウジング42との間に放熱板45が設けられている。これにより、パワートランジスタTR1で発生した熱が放熱板45に伝わり同放熱板45から放熱されることから、パワートランジスタTR1の温度上昇が低減される。
Therefore, the
なお、集積回路41は、1つの半導体チップ上に形成された回路素子をアルミニウム蒸着膜などの配線により結線したモノリシック集積回路でもよいし、複数の半導体チップが結線されてなるマルチチップモジュールでもよいし、半導体チップと抵抗器などの個別部品とが結線されてなるハイブリッド集積回路でもよい。また、集積回路41はパッケージングしてもよいし、ベアチップ実装されてもよい。
The
ところで、上述したV/F変換回路19における変換率(入力信号の電圧から出力信号の周波数への変換率)は、変換率設定用抵抗器17の抵抗値R及び変換用コンデンサ18の静電容量Cに依存している。そのため、これらの抵抗器17及びコンデンサ18の温度変化により抵抗値R及び静電容量Cが変化すると、検出誤差が増大する。
Incidentally, the conversion rate (conversion rate from the voltage of the input signal to the frequency of the output signal) in the V /
そこで、本実施形態では、第1に、セラミック基板22において、変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18を、発熱量が相対的に大きいパワートランジスタTR1からの伝熱を緩和する熱緩和領域分だけ離間させて実装している。具体的には、セラミック基板22の対向する一辺の近傍と他辺の近傍とにそれぞれ変換率設定用抵抗器17と変換用コンデンサ18とを配置している。また、第2に、変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18とパワートランジスタTR1との間に集積回路41を配置している。また、第3に、セラミック基板22のパワートランジスタTR1が近接する一辺の周辺部に、その一辺に沿って延びる放熱板45を対向させている。
Therefore, in the present embodiment, first, in the
次に、図5に基づいて本実施形態による効果について説明する。図5は、セラミック基板22上の温度分布を説明するための図面である。詳しくは、図5において、(a)は本実施形態に係る上記温度分布を説明するための図面であり、(b)は本実施形態に対して集積回路41の配置を異ならせた状態(変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18とパワートランジスタTR1との間に集積回路41が配置されていない状態)における上記温度分布を説明するための図面であり、(c)は本実施形態に対して集積回路41の配置を(b)と同様に異ならせ、さらに放熱板45の形状及び配置を異ならせた状態(放熱板45をセラミック基板22の全面に対向させた状態)における上記温度分布を説明するための図面である。また、図5(a)〜(c)において、実線で示すグラフは上述した各図面の状態における上記温度分布を示し、破線で示すグラフは上述した各図面の状態において放熱板を設けていない状態における上記温度分布を示している。
Next, the effect by this embodiment is demonstrated based on FIG. FIG. 5 is a drawing for explaining the temperature distribution on the
図5(a)〜(c)によると、セラミック基板22上の温度はパワートランジスタTR1から離間するほど低下することが分かる。したがって、上述の如くパワートランジスタTR1から変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18を離間させることにより、これらの抵抗器17及びコンデンサ18の同トランジスタTR1の発熱に伴う温度変化が抑制される。
According to FIGS. 5A to 5C, it can be seen that the temperature on the
また、図5(a)と(b)との比較から、変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18とパワートランジスタTR1との間に集積回路41を配置することにより、これらの抵抗器17及びコンデンサ18と集積回路41との温度差が低減されることが分かる。これは、集積回路41の熱容量が相対的に大きく、集積回路41周辺の温度が平準化されることによる。
Further, from comparison between FIGS. 5A and 5B, by arranging the
また、図5(b)と(c)との比較から、セラミック基板22のパワートランジスタTR1が近接する一辺の周辺部にその一辺に沿って延びる放熱板45を対向させることで、放熱板45からの受熱に伴う変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18の温度変化が抑制されることが分かる。詳しくは、図5(c)に示すように放熱板45をセラミック基板22の全面に対向させると、同基板22上の温度はその全面において平準化になるものの、パワートランジスタTR1から離間した位置における同基板22上の温度が放熱板45からの受熱に伴って相対的に高くなる。これに対して、セラミック基板22のパワートランジスタTR1が近接する一辺の周辺部にその一辺に沿って延びる放熱板45を対向させると、放熱板45からの受熱量が同放熱板45から離間するほど少なくなることから、同トランジスタTR1から離間した位置における同基板22上の温度が相対的に低くなる。そのため、上述の如く放熱板45を設けることで、放熱板45からの受熱に伴う変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18の温度変化を抑制することができる。
5 (b) and 5 (c), the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
発熱量が相対的に大きいパワートランジスタTR1から変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18を離間させ、これら変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18とパワートランジスタTR1との間に集積回路41を配置した。これにより、パワートランジスタTR1の発熱に伴う変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18の温度変化が抑制されるため、この温度変化に起因する検出誤差を低減することができる。
The conversion
また、変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18とパワートランジスタTR1との間に集積回路41を配置した。これにより、集積回路41、変換率設定用抵抗器17、及び変換用コンデンサ18の温度差が低減されるため、上記温度変化に起因する検出誤差の温度補償が容易になる。
An
また、セラミック基板22のパワートランジスタTR1が近接する一辺の周辺部にその一辺に沿って延びる放熱板45を対向させた。すなわち、変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18と反対側の一辺にセラミック基板22を配置した。これにより、パワートランジスタTR1の温度上昇を放熱板45により抑制しつつ、放熱板45からの受熱に伴う変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18の温度変化を抑制することができる。
Further, a
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows, for example.
上記実施形態では、パワートランジスタTR1と放熱板45との間に絶縁樹脂部材を設けたが、これらの間に熱伝導率の高い部材を設けてもよい。具体的には、図6に示すように、セラミック基板22のパワートランジスタTR1が実装された表面と反対側の裏面にベタパターン46を形成するとよい。これにより、パワートランジスタTR1から放熱板45への熱伝達率が高まるため、パワートランジスタTR1の温度上昇を抑制することができる。
In the above embodiment, the insulating resin member is provided between the power transistor TR1 and the
また、上記実施形態では、セラミック基板22のパワートランジスタTR1が近接する一辺の周辺部に、その一辺に沿って延びる放熱板45を対向させた。しかしながら、図7に示すように、セラミック基板22のパワートランジスタTR1が近接する一辺及びその一辺に隣り合う他辺の周辺部に、それらの辺に沿って延びる放熱板を対向させてもよい。すなわち、セラミック基板22の3辺にC字状の放熱板を対向させ、他の1辺の近傍の放熱板に対向しない部分に変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18を実装してもよい。また、上記条件を満たすようにL字状の放熱板を設けてもよい。
Moreover, in the said embodiment, the
この構成によると、放熱面積が広い放熱板を設けつつも、パワートランジスタTR1及び放熱板45から変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18を離間させることができる。すなわち、パワートランジスタTR1の温度上昇を放熱板45により効果的に抑制しつつ、放熱板45からの受熱に伴う変換率設定用抵抗器17及び変換用コンデンサ18の温度変化を抑制することができる。
According to this configuration, the conversion
また、上記実施形態では、変換率設定用抵抗器17と変換用コンデンサ18との間に集積回路41を配置した。しかしながら、流量検出装置10の検出誤差を仕様範囲内に低減可能な限り、変換率設定用抵抗器17と変換用コンデンサ18との間に集積回路41を配置しなくてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、通電制御用オペアンプOP1、V/F変換用回路モジュール16、抵抗器14、及び抵抗器15を1つの集積回路41として集積した。しかしながら、これらを複数の集積回路として集積してもよいし個別のデバイスとしてもよい。また、V/F変換用回路モジュール16のV/I変換部23及びI/F変換部24を異なる集積回路として集積してもよい。
In the above embodiment, the current-carrying control operational amplifier OP1, the V / F
また、上記実施形態では、回路基板として矩形状のセラミック基板22を例示したが、回路基板は矩形状でなくてもよい。また、V/F変換回路19の回路構成を具体的に示して説明したが、その回路構成はこれに限定されるものではない。
Moreover, in the said embodiment, although the rectangular ceramic board |
また、上記実施形態では、エンジンの吸入空気量を検出する流量検出装置10を説明した。しかしながら、本発明の検出対象は、吸入空気量に限定されず、例えばエンジンの排気量でもよいし排気ガスの吸入空気への環流量でもよい。
In the above embodiment, the flow
10…流量検出装置、11…ブリッジ回路(流量検出回路)、12…ホットワイヤ(感温抵抗体)、13…コールドワイヤ、14…抵抗器、15…抵抗器、16…変換用回路モジュール、17…変換率設定用抵抗器、18…変換用コンデンサ、19…V/F変換回路(変換回路)、20…ECU、21…吸気管(流体流路)、22…セラミック基板(回路基板)、23…V/I変換部、24…I/F変換部、41…集積回路、45…放熱板、46…ベタパターン、OP1…通電制御用オペアンプ(流量検出回路)、TR1…パワートランジスタ(流量検出回路、トランジスタ)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記流量検出回路により出力されるアナログ信号を電流に変換して出力するV/I変換部と、前記V/I変換部における変換率を設定する変換率設定用抵抗器と、前記V/I変換部により変換された電流により充電される変換用コンデンサと、前記変換用コンデンサの充電電圧が所定電圧に達する度に同変換用コンデンサを放電させるI/F変換部とを有し、前記変換用コンデンサの充電電圧の変化に基づいて前記アナログ信号に応じた周波数のディジタル信号を出力する変換回路とを備え、
前記トランジスタ及び前記変換回路が同一の回路基板に実装された流量検出装置であって、
前記回路基板上において、前記変換率設定用抵抗器及び前記変換用コンデンサを、前記トランジスタからの伝熱を緩和する熱緩和領域分だけ離間させて実装したことを特徴とする流量検出装置。 A temperature sensing resistor installed in the fluid flow path and a transistor provided in series with the temperature sensing resistor, the supply to the temperature sensing resistor to keep the temperature sensing resistor at a predetermined temperature A flow rate detection circuit that outputs an analog signal corresponding to the power supplied to the temperature sensitive resistor while adjusting the power by the transistor;
A V / I converter that converts an analog signal output from the flow rate detection circuit into a current and outputs the current, a conversion rate setting resistor that sets a conversion rate in the V / I converter, and the V / I conversion A conversion capacitor that is charged by the current converted by the unit, and an I / F conversion unit that discharges the conversion capacitor every time the charging voltage of the conversion capacitor reaches a predetermined voltage. A conversion circuit that outputs a digital signal having a frequency corresponding to the analog signal based on a change in the charging voltage of
The transistor and the conversion circuit are flow rate detection devices mounted on the same circuit board,
The flow rate detecting device, wherein the conversion rate setting resistor and the conversion capacitor are mounted on the circuit board so as to be separated by a heat relaxation region for relaxing heat transfer from the transistor.
前記変換率設定用抵抗器及び前記変換用コンデンサと前記トランジスタとの間に、前記集積回路を配置した請求項1に記載の流量検出装置。 The V / I converter and the I / F converter are integrated as one integrated circuit,
The flow rate detection device according to claim 1, wherein the integrated circuit is disposed between the conversion rate setting resistor, the conversion capacitor, and the transistor.
前記変換率設定用抵抗器及び前記変換用コンデンサと、前記トランジスタとを、それぞれ前記回路基板の対向する一辺の近傍と他辺の近傍とに配置した請求項1又は2に記載の流量検出装置。 The circuit board has a rectangular shape,
The flow rate detection device according to claim 1, wherein the conversion rate setting resistor, the conversion capacitor, and the transistor are arranged in the vicinity of one side and the other side of the circuit board, respectively.
前記回路基板の前記放熱部材に対向する部分を避けて、同回路基板に前記変換率設定用抵抗器及び前記変換用コンデンサを配置した請求項3に記載の流量検出装置。 A heat dissipating member thermally connected to the transistor and extending along one side of the circuit board close to the transistor and the other side adjacent to the one side;
The flow rate detection device according to claim 3, wherein the conversion rate setting resistor and the conversion capacitor are arranged on the circuit board while avoiding a portion of the circuit board facing the heat dissipation member.
前記回路基板の前記放熱部材に対向する部分を避けて、同回路基板に前記変換率設定用抵抗器及び前記変換用コンデンサを配置した請求項1から3のいずれか一項に記載の流量検出装置。 A heat dissipating member thermally connected to the transistor and provided to face a part of the circuit board;
4. The flow rate detection device according to claim 1, wherein the conversion rate setting resistor and the conversion capacitor are disposed on the circuit board while avoiding a portion of the circuit board facing the heat dissipation member. 5. .
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