JP2009041394A - 抵抗負荷の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源ラインに生じたサージのエネルギーを制御対象である抵抗負荷で吸収しつつ、同抵抗負荷への供給電力を調整するトランジスタの熱破壊を抑制する駆動装置を提供する。
【解決手段】ＧＣＵ３０は、オルタネータ２２又はバッテリ２３から電源ライン２１を介してグロープラグ２０へ供給される電力を制御可能に構成されている。詳しくは、ＧＣＵ３０において、電源ライン２１とグロープラグ２０との間にトランジスタが設けられており、ＥＣＵ４０により同トランジスタが制御される。ここで、電源ライン２１からバッテリ２３が切断されると、同電源ライン２１にロードダンプサージが発生する。ＧＣＵ３０は、電源ライン２１の電圧が所定電圧以上である旨を検出すると、ＥＣＵ４０の制御に拘わらず、トランジスタをオン状態に遷移させ、その時点から所定時間が経過するまで同トランジスタをオン状態に維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、抵抗負荷の駆動装置に関し、特に内燃機関の燃焼室に設けられる発熱体の駆動装置に関する。

内燃機関の燃焼室に設けられた発熱体としてのグロープラグを駆動する駆動装置（以下「ＧＣＵ」という）が周知である（例えば、特許文献１参照）。ＧＣＵは、オルタネータの発電電力を供給する電源ラインとグロープラグとの間に設けられたトランジスタにより、同電源ラインを介してグロープラグに供給される電力を調整する。ここで、上記電源ラインにバッテリが接続されている場合において、そのバッテリが電源ラインから切断されると、電源ラインにサージ（ロードダンプサージ）が発生し、そのサージによって電源ラインに接続された他の電気負荷が故障するおそれがある。

これに対して、電源ラインに接続された電気負荷の故障を抑制すべく、サージエネルギーを速やかに減衰させる技術が知られている。すなわち、ＧＣＵにおいて、電源ラインにサージを検出するとトランジスタをオン状態とすることにより、そのサージエネルギーをグロープラグで熱エネルギーに変換する。これにより、グロープラグに生じた熱が同プラグから放熱されることで、ロードダンプサージのエネルギーがグロープラグで吸収され、そのサージエネルギーが減衰される。

このようなＧＣＵとしては、電源ラインの電圧が第１閾電圧以上になると、その後電源ラインの電圧が第１閾電圧よりも低い第２電圧以下になるまでトランジスタをオン状態とし、電源ラインの電圧が第２閾電圧以下になると、その後電源ラインの電圧が第１閾電圧以上になるまでトランジスタをオフ状態とすることが考えられる。
特開２００６−２５７９７５号公報

しかしながら、この場合、次のとおりトランジスタがオン・オフを繰り返すことで、同トランジスタが熱破壊に至るおそれがある。すなわち、ロードダンプサージの発生に伴って電源ラインの電圧が上昇し、同電源ラインの電圧が第１閾電圧以上になると、トランジスタがオン状態となる。これにより、グロープラグでロードダンプサージのエネルギーが吸収され、結果として電源ラインの電圧が低下する。そして、電源ラインの電圧が第２閾電圧以下になると、トランジスタがオフ状態となる。これにより、電源ラインの電圧が上昇し同電源ラインの電圧が再び第１閾電圧以上になる。こうしてロードダンプサージのエネルギーが十分に減衰されるまでトランジスタがオン・オフを繰り返すことから、同トランジスタにおいてスイッチング損失が増大し、結果として同トランジスタが熱破壊に至るおそれがある。このような問題はグロープラグを駆動するＧＣＵに限らず、駆動対象である抵抗負荷でサージエネルギーを吸収する駆動装置に生じる問題である。

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、電源ラインに生じたサージのエネルギーを駆動対象である抵抗負荷で吸収しつつ、その抵抗負荷への供給電力を調整するためのトランジスタの熱破壊を抑制する駆動装置を提供することを主たる目的とするものである。

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。

請求項１に記載の発明は、交流発電機の発電電力を供給する電源ラインと抵抗負荷との間に設けられたトランジスタにより、交流発電機から電源ラインを介して抵抗負荷へ供給される電力を調整する駆動装置である。そして、電源ラインに発生するサージを検出するサージ検出回路と、その検出結果に応じてトランジスタを制御する制御回路とを備える。この構成によると、サージが発生している場合にトランジスタをオン状態とすることで、電源ラインに発生したサージを抵抗負荷で吸収することができ、電源ラインに発生したサージのエネルギーを速やかに減衰させることができる。

また、制御回路は、サージ検出回路によりサージが検出された場合において、トランジスタをオン状態に遷移させ、その時点から所定時間が経過するまで同トランジスタをオン状態に維持する。その結果、電源ラインにサージが発生した時点からそのサージエネルギーが十分に減衰されるまでの期間において、トランジスタのスイッチング回数が抑制され、ひいてはトランジスタのスイッチング損失による温度上昇を抑制することができる。また、トランジスタが所定時間毎にオフ状態になるため、トランジスタの通電損失による温度上昇を抑制することができる。このようにトランジスタの温度上昇が抑制されるため、トランジスタの熱破壊を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、サージ検出回路によるサージの検出に伴って、所定パルス幅のパルス信号を出力するパルス出力回路を更に備える。そして、サージ検出回路は、電源ラインの電圧と所定の閾電圧との比較に基づいて、サージの発生を示すパルス信号を出力するコンパレータ回路であり、制御回路は、パルス出力回路のパルス信号に基づいて、トランジスタを所定時間オン状態とする。

ここで、上述した比較例の駆動装置（電源ラインの電圧が第１閾電圧以上になると、その後電源ラインの電圧が第２電圧以下になるまでトランジスタをオン状態とし、電源ラインの電圧が第２閾電圧以下になると、その後電源ラインの電圧が第１閾電圧以上になるまでトランジスタをオフ状態とする駆動装置）は、上記コンパレータ回路（サージ検出回路）と上記制御回路とで構成することができる。これに対して、請求項２に記載の発明は、比較例の駆動装置にパルス出力回路を付加するだけで構成することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、パルス出力回路のパルス信号のパルス幅がサージ検出回路のパルス信号のパルス幅よりも長い時間に設定されている。ここで、サージ検出回路のパルス信号のパルス幅は、抵抗負荷の抵抗値などから算出したり実験的に求めたりすることができる。このサージ検出回路のパルス信号のパルス幅よりもパルス出力回路のパルス信号のパルス幅を長い時間に設定すると、電源ラインにサージが発生してからそのサージエネルギーが十分に減衰されるまでの期間において、トランジスタのスイッチング回数が比較例の駆動装置よりも少なくなる。その結果、トランジスタのスイッチング損失による温度上昇を比較例の駆動装置よりも抑制することができる。

請求項４に記載の発明では、制御回路は、サージが検出された場合には、抵抗負荷への供給電力の調整が実施されていたか否かに拘わらず、トランジスタをオン状態とする。これにより、抵抗負荷への供給電力の調整が実施されていたか否かに拘わらず、電源ラインに発生したサージエネルギーを速やかに減衰させることができる。

請求項５に記載の発明は、電源ラインの電圧に基づいて、上記所定時間を可変設定するオン時間設定回路を更に備える。ここで、電源ラインにサージが発生した時点からそのサージエネルギーが十分に減衰されるまでの期間において、電源ラインの電圧が高いほど、その時点で残存しているサージエネルギーは大きい。したがって、電源ラインの電圧が相対的に高い場合（サージエネルギーが相対的に大きい場合）には、トランジスタをオン状態に維持する時間を長くすることで、時間当たり多くのサージエネルギーを抵抗負荷で吸収することができる。一方、電源ラインの電圧が相対的に低い場合（サージエネルギーが相対的に低い小さい場合）には、トランジスタをオン状態に維持する時間を短くすることで、サージエネルギーが十分に減衰したにも拘わらずトランジスタがオン状態に維持される期間を削減することができる。このように時間当たり多くのサージエネルギーを抵抗負荷で吸収し、かつサージエネルギーが十分に減衰したにも拘わらずトランジスタがオン状態に維持される期間を削減することにより、異常モード（サージエネルギーを速やかに減衰させるべくトランジスタを制御する動作モード）から通常モード（抵抗負荷への供給電力を調整すべくトランジスタを制御する動作モード）に速やかに復帰することができる。

請求項６に記載の発明は、複数の抵抗負荷のそれぞれに対応するトランジスタを複数備え、複数の抵抗負荷への供給電力を各抵抗負荷に対応するトランジスタを制御する駆動装置である。そして、サージが検出された場合において、複数のトランジスタのうちオン状態とするトランジスタを可変設定するオン対象設定回路を更に備える。これにより、サージが検出された場合において、その都度、オン状態とするトランジスタを変更することができる。

例えば、電源ラインの電圧（サージエネルギーの大きさ）に応じて、オン状態とするトランジスタの数を設定することが考えられる（請求項７）。具体的には、電源ラインの電圧が相対的に高い場合（サージエネルギーが相対的に大きい場合）には、オン状態とするトランジスタの数を増やすことが考えられる。これにより、サージエネルギーを十分に減衰させるために要する時間を短縮することができる。一方、電源ラインの電圧が相対的に低い場合（サージエネルギーが相対的に小さい場合）には、オン状態とするトランジスタの数を減らすことが考えられる。電源ラインの電圧が相対的に低く、複数のトランジスタのうち一部のトランジスタをオン状態にする場合には、特定のトランジスタが長時間オン状態にならないように複数のトランジスタを代わる代わるオン状態にすることで、複数のトランジスタの熱破壊を抑制することができる。

請求項８に記載の発明は、交流発電機が内燃機関により駆動され、抵抗負荷として内燃機関の燃焼室に設けられる発熱体を駆動する駆動装置である。例えば、交流発電機は内燃機関により駆動される電磁石同期発電機（オルタネータ）であり、発熱体はグロープラグである。

以下に、本明細書の開示範囲内において上記以外に抽出可能な技術的思想を記載する。なお、以下の各技術的思想の作用効果について、上述した各手段（発明）の作用効果と重複する説明は省略する。
（１）交流発電機に接続された電源ラインと複数の抵抗負荷との間のそれぞれに設けられたトランジスタを複数備え、前記複数のトランジスタを制御することで前記交流発電機から前記電源ラインを介して前記複数の抵抗負荷に供給される電力を調整する駆動装置において、前記電源ラインに発生するサージを検出するサージ検出回路と、前記サージ検出回路によりサージが検出された場合において、前記複数のトランジスタのうちオン状態とするトランジスタを可変設定し、設定されたトランジスタをオン状態とする制御回路と、を備えることを特徴とする抵抗負荷の駆動装置。

複数のトランジスタのうちオン状態とするトランジスタを可変設定することにより、トランジスタの熱破壊を抑制することができる。例えば、比較例のように、電源ラインの電圧が第１閾電圧以上になると、その後電源ラインの電圧が第２電圧以下になるまでトランジスタをオン状態とし、電源ラインの電圧が第２閾電圧以下になると、その後電源ラインの電圧が第１閾電圧以上になるまでトランジスタをオフ状態とするようにしても、トランジスタのスイッチング回数を削減し、同トランジスタの熱破壊を抑制することができる。詳しくは、次のとおりトランジスタのスイッチング回数を削減することができる。すなわち、オン状態とするトランジスタの数によって、抵抗負荷で吸収するサージエネルギーを制限する。これにより、サージエネルギーを抵抗負荷で吸収すべくトランジスタをオン状態にした場合において電源ラインの電圧が低下する速度が遅くなり、結果としてトランジスタのスイッチング回数が削減される。
（２）前記（１）において、前記制御回路は、前記複数のトランジスタのうちオン状態とするトランジスタが一部である場合には、前記複数のトランジスタを代わる代わるオン状態とする抵抗負荷の駆動装置。

以下、本発明を具体化した複数の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態は、内燃機関としての多気筒のディーゼル機関を主体とする車載エンジンシステムにおいて同ディーゼル機関のグロープラグを駆動するグロープラグ駆動ユニット（ＧＣＵ）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。

はじめに、図１に基づいて本実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を説明する。図１に示すディーゼル機関１０の吸気通路１１は、吸気バルブ１２の開動作によって、シリンダブロック１３及びピストン１４で区画される燃焼室１５に連通するようになっている。

燃焼室１５には燃料噴射弁１６の先端部が突出して配置され、燃焼室１５に燃料の噴射供給が可能となっている。燃料噴射弁１６により燃焼室１５に噴射された燃料が同燃焼室１５において圧縮されると、燃料が自己着火してエネルギが発生する。このエネルギは、ピストン１４を介して、ディーゼル機関１０の出力軸（クランク軸）１７の回転エネルギとして取り出される。一方、燃焼に供された気体は、排気バルブ１８の開動作によって排気通路１９に排出される。また、燃焼室１５には、抵抗負荷（発熱体）としてのグロープラグ２０の先端が突出して配置されている。グロープラグ２０には駆動装置としてのＧＣＵ３０が接続され、そのＧＣＵ３０には電源ライン２１を介してオルタネータ２２及びバッテリ２３が接続されている。

交流発電機としてのオルタネータ２２は、ディーゼル機関１０のクランク軸１７に駆動されて交流電力を発生させ、その交流電力を直流電力に変換して出力する。オルタネータ２２から出力される直流電力は、車両に搭載された電気負荷により消費される。ＧＣＵ３０は、オルタネータ２２又はバッテリ２３からグロープラグ２０への電力供給を制御する。

クランク軸１７近傍には同クランク軸１７の回転角度を検出するクランク角センサ２４が設けられ、シリンダブロック１３にはディーゼル機関１０の冷却水の温度を検出するための水温センサ２５が設けられている。上述した燃料噴射弁１６、クランク角センサ２４、水温センサ２５、及びＧＣＵ３０は、ＥＣＵ４０に接続されている。

ＥＣＵ４０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り、メモリは各種のプログラムやパラメータを記憶し、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ディーゼル機関１０の各部を制御する。

次に、図２に基づいてＧＣＵ３０の構成を詳説する。図２に示すＧＣＵ３０は、スイッチ部３１、駆動部３２、制御部３３などを備え、制御部３３及び駆動部３２によりスイッチ部３１を開閉させることで、オルタネータ２２又はバッテリ２３から電源ライン２１を介してグロープラグ２０へ供給される電力を調整できるようになっている。

詳しくは、電源ライン２１とグロープラグ２０との間に、スイッチ部３１として複数のトランジスタ３４が設けられている。これらのトランジスタ３４は、各気筒のグロープラグ２０にそれぞれ接続され、対応するグロープラグ２０への供給電力を調整する。以下、説明の都合上、トランジスタ３４はｎ型の電界効果トランジスタであるものとする。なお、トランジスタ３４はバイポーラトランジスタでもよい。

複数のトランジスタ３４の制御電極はそれぞれ対応する駆動部３２に接続されており、複数の駆動部３２はそれぞれ制御部３３に接続され、その制御部３３にはＥＣＵ４０が接続されている。また、複数の駆動部３２にはそれぞれ昇圧部３５に接続されている。昇圧部３５は、電源ライン２１に接続されており、電源ライン２１の電圧を昇圧して駆動部３２に電力を供給する。これにより、トランジスタ３４が確実にスイッチング（オン／オフ）されるようになっている。

このＧＣＵ３０によると、ＥＣＵ４０の通電制御信号に応じて制御部３３及び駆動部３２によりトランジスタ３４がオン・オフされる。これにより、オルタネータ２２又はバッテリ２３から電源ライン２１を介してグロープラグ２０へ供給される電力が制御される。

上記エンジンシステムによると、ディーゼル機関１０の冷間始動時における燃料の着火性を向上させるべく、グロープラグ２０の温度を制御することができる。

詳しくは、ＥＣＵ４０において、水温センサ２５の検出信号に基づいてグロープラグ２０の目標温度が設定され、その目標温度に応じた通電制御信号が出力される。一方、ＧＣＵ３０において、ＥＣＵ４０の通電制御信号に応じてトランジスタ３４がスイッチングする。その結果、グロープラグ２０への供給電力が制御され、ひいてはグロープラグ２０の温度が制御される。例えば、通電制御信号はデューティ信号であり、この通電制御信号のデューティに応じてトランジスタ３４のオンデューティが変化する。この場合、トランジスタ３４のオンデューティが高くなるほどグロープラグ２０への供給電力は増大し、グロープラグ２０の温度は上昇する。一方、トランジスタ３４のオンデューティが低くなるほどグロープラグ２０への供給電力は減少し、グロープラグ２０の温度は低下する。

ところで、上述した構成において、大電力を消費する電気負荷が電源ライン２１から切断されると（例えば、オルタネータ２２及びバッテリ２３を接続するケーブルがバッテリ端子から外れると）、ロードダンプサージと呼ばれる過渡現象が発生する。このロードダンプサージが発生すると、電源ライン２１に接続されている電気負荷に対して高電圧（サージ電圧）が印加されることにより、電気負荷が故障するおそれがある。

そこで、本実施形態では、スイッチ部３１、駆動部３２、及び制御部３３に加え、ＧＣＵ３０にフィルタ部３６、サージ検出部３７、及びパルス出力部３８を備えている。そして、ロードダンプサージの発生時において、そのサージエネルギーを速やかに減衰させるべく、スイッチ部３１のトランジスタ３４をオン状態とする。これにより、ロードダンプサージのエネルギーがグロープラグ２０で吸収され、そのエネルギーが速やかに減衰される。

詳しくは、電源ライン２１にフィルタ部３６を介してサージ検出部３７が接続され、サージ検出部３７にはパルス出力部３８が接続されている。フィルタ部３６は、例えば抵抗器３６ａ及びコンデンサ３６ｂにより構成されるローパスフィルタであり、パルス状の高周波ノイズによるサージ検出部３７の誤動作を抑制する。

サージ検出部３７は、例えばオペアンプ３７ａを主体とするコンパレータ回路であり、電源ライン２１のフィルタ部３６通過後の電圧と所定の閾電圧との比較によりロードダンプサージの発生を検出する。

詳しくは、サージ検出部３７はシュミットトリガ付き（上限閾電圧Ｖth、下限閾電圧Ｖtl）のコンパレータ回路であり、電源ライン２１の電圧が上限閾電圧Ｖth（例えば３０Ｖ）以上になると、その後電源ライン２１の電圧が上限閾電圧Ｖthよりも低い下限閾電圧Ｖtl（例えば２０Ｖ）以下になるまで、ロードダンプサージが発生している旨を示す検出信号を出力し、電源ライン２１の電圧が下限閾電圧Ｖtl以下になると、その後電源ライン２１の電圧が上限閾電圧Ｖthになるまで、ロードダンプサージが発生していない旨を示す検出信号を出力する。以下、説明の都合上、ハイレベルの検出信号が「ロードダンプサージが発生している旨」を示し、ローレベルの検出信号が「ロードダンプサージが発生していない旨」を示すものとする。

サージ検出部３７にはパルス出力部３８が接続されている。パルス出力部３８は、制御部３３に接続されており、サージ検出部３７の検出信号に同期するワンショットパルス信号を出力する。詳しくは、パルス出力部３８は、ロードダンプサージが発生している旨を示す検出信号（ハイレベルの検出信号）が入力された時点から所定時間（例えば３ms）ＴＸが経過するまで、トランジスタ３４をオン状態にすることを制御部３３に対し指示するパルス信号を出力する。以下、説明の都合上、ハイレベルのパルス信号が「トランジスタ３４をオン状態にすることを制御部３３に対し指示するパルス信号」であるものとする。

制御部３３は、ローレベルのパルス信号が入力されている場合には、グロープラグ２０の温度を制御すべく、ＥＣＵ４０の通電制御信号に基づいてトランジスタ３４を制御する。一方、制御部３３は、ハイレベルのパルス信号が入力されている場合には、ロードダンプサージのエネルギーを速やかに減衰させるべくトランジスタ３４を制御する。詳しくは、制御部３３は、ＥＣＵ４０の通電制御信号に拘わらず、トランジスタ３４をオン状態とする。以下、グロープラグ２０の温度を制御すべくトランジスタ３４を制御するＧＣＵ３０の動作モードを「通常モード」といい、ロードダンプサージのエネルギーを速やかに減衰させるべくトランジスタ３４を制御するＧＣＵ３０の動作モードを「異常モード」という。

次に、比較例のＧＣＵの異常モードにおける作動と比較しながら、本実施形態に係るＧＣＵ３０の異常モードにおける作動を説明する。ここで、比較例のＧＣＵとしては、図２に示すＧＣＵ３０においてパルス出力部３８を備えていない構成を想定している。すなわち、制御部３３において、サージ検出部３７によりハイレベルの検出信号が入力されると、トランジスタ３４をオン状態にすべく駆動部３２の制御が実施され、サージ検出部３７によりローレベルの検出信号が入力されると、トランジスタ３４をオフ状態にすべく駆動部３２の制御が実施される構成を想定している。

図３に示すように、比較例のＧＣＵによると、タイミングｔ1においてロードダンプサージが発生すると、タイミングｔ1以降トランジスタ３４がオン・オフを繰り返す。そのため、トランジスタ３４においてスイッチング損失が増大し、タイミングｔ5においてトランジスタ３４の熱破壊に至る。

これに対して、図４に示すように本実施形態に係るＧＣＵ３０によると、タイミングｔ10においてロードダンプサージが発生すると、そのサージエネルギーが十分に減衰するタイミングｔ14まで、原則としてトランジスタ３４がオン状態に制御されつつ、間欠的にトランジスタ３４がオフ状態に制御される。

その結果、トランジスタ３４のスイッチング回数が削減され、同トランジスタ３４のスイッチング損失による温度上昇が抑制される。また、トランジスタ３４を間欠的にオフ状態にすることで、同トランジスタ３４の通電損失による温度上昇が抑止される。

以下、図５及び図６に基づいて、それぞれ比較例のＧＣＵの作動及び本実施形態に係るＧＣＵ３０の作動を詳述する。なお、図５において、（ａ）はサージ検出部の検出信号を示す図であり、（ｂ），（ｃ）は図３に示すタイミングｔ1近傍の作動を詳しく説明するための図である。また、図６において、（ａ）はサージ検出部３７の検出信号を示す図であり、（ｂ）はパルス出力部３８のパルス信号を示す図であり、（ｃ），（ｄ）は、図４に示すタイミングｔ10近傍の作動を詳しく説明するための図である。

（比較例のＧＣＵの異常モードにおける作動）
図５に示すタイミングｔ1においてロードダンプサージが発生すると、タイミングｔ1以降トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが上昇する（図５（ｂ）参照）。そして、タイミングｔ2において、トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが上限閾電圧Ｖthに達すると、サージ検出部３７によりサージが発生した旨が検出される（図５（ａ）参照）。これにより、タイミングｔ2以降、トランジスタ３４をオン状態にすべく、制御部３３により駆動部３２が制御される。その結果、トランジスタ３４のゲート電圧Ｖgが更に上昇し（図５（ｂ）参照）、同トランジスタ３４のドレイン−ソース間電流Ｉdsが更に増大する（図５（ｃ）参照）。

このとき、グロープラグ２０において、ロードダンプサージのエネルギーが熱エネルギーに変換される。そして、グロープラグ２０に生じた熱が同プラグ２０から放熱されることで、ロードダンプサージのエネルギーが吸収される。その結果、タイミングｔ2以降、トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが低下する（図５（ｂ）参照）。

タイミングｔ3において、トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが下限閾電圧Ｖtlまで低下すると、サージ検出部３７によりサージが発生していない旨が検出される（図５（ａ）参照）。これにより、タイミングｔ3以降、トランジスタ３４をオフ状態にすべく制御部３３により駆動部３２が制御されるため、トランジスタ３４のゲート電圧Ｖgが低下し（図５（ｂ）参照）、同トランジスタ３４のドレイン−ソース間電流Ｉdsが減少する（図５（ｃ）参照）。このとき、グロープラグ２０において吸収されるロードダンプサージのエネルギーが減少することから、タイミングｔ3以降、トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが再び上昇する。このように、トランジスタ３４がオン・オフを繰り返す結果、上述の如くトランジスタ３４の熱破壊に至るおそれがある。

（本発明に係るＧＣＵの異常モードにおける作動）
図６に示すタイミングｔ10においてロードダンプサージが発生すると、タイミングｔ10以降トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが上昇する。そして、タイミングｔ11において、トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが上限閾電圧Ｖthに達すると、サージ検出部３７によりサージが発生している旨を示す検出信号（ハイレベルの検出信号）が出力され（図６（ａ）参照）、パルス出力部３８により、所定時間ＴＸトランジスタ３４をオン状態にすることを制御部３３に指示するパルス信号（ハイレベルのパルス信号）が出力される（図６（ｂ）参照）。

これにより、タイミングｔ11から所定時間ＴＸが経過するまで、トランジスタ３４をオン状態にすべく、制御部３３により駆動部３２が制御される。その結果、トランジスタ３４のゲート電圧Ｖgが更に上昇し（図６（ｃ）参照）、同トランジスタ３４のドレイン−ソース間電流Ｉdsが更に増大する（図６（ｄ）参照）。また、このとき、グロープラグ２０においてロードダンプサージのエネルギーが吸収されることから、タイミングｔ11以降トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが低下し、その後ドレイン電圧Ｖdとソース電圧Ｖsとが概ね等しくなる（図６（ｃ）参照）。

なお、タイミングｔ12において、トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが下限閾電圧Ｖtlまで低下すると、サージ検出部３７によりロードダンプサージが発生していない旨を示す検出信号（ローレベルの検出信号）が出力される（図６（ａ）参照）。しかしながら、パルス出力部３８のパルス信号に応じて制御部３３が駆動部３２によりトランジスタ３４を制御するので、比較例とは異なりトランジスタ３４がオフ状態に制御されることはない。

タイミングｔ13において、タイミングｔ11から所定時間ＴＸが経過すると、パルス出力部３８によりトランジスタ３４をオフ状態にすることを制御部３３に指示するパルス信号（ローレベルのパルス信号）が出力される（図６（ｂ）参照）。これにより、タイミングｔ13以降、トランジスタ３４をオフ状態にすべく、制御部３３により駆動部３２が制御される。その結果、トランジスタ３４のゲート電圧Ｖgが低下し（図６（ｃ）参照）、同トランジスタ３４のドレイン−ソース間電流Ｉdsが減少する（図６（ｄ）参照）。このとき、グロープラグ２０において吸収されるロードダンプサージのエネルギーが減少することから、タイミングｔ13以降、トランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdが再び上昇する（図６（ｃ）参照）。

こうして、図４に示すようにロードダンプサージのエネルギーが十分に減衰されるまで、原則としてトランジスタ３４がオン状態に制御されつつ、間欠的にトランジスタ３４がオフ状態に制御される。換言すれば、トランジスタ３４が所定時間ＴＸだけオン状態に維持され、所定時間ＴＸ毎にオフ状態にされる。

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。

ロードダンプサージが発生している場合において、トランジスタ３４をオン状態とした。これにより、ロードダンプサージのエネルギーをグロープラグ２０で吸収し、ロードダンプサージのエネルギーを速やかに減衰させることができる。

また、ロードダンプサージの発生時において、電源ライン２１の電圧に基づいてロードダンプサージが発生している旨を検出すると、トランジスタ３４をオン状態に遷移させ、その時点から所定時間ＴＸが経過するまで同トランジスタ３４をオン状態に維持するようにした。

その結果、ロードダンプサージが発生した時点からそのエネルギーが十分に減衰するまでの期間において、トランジスタ３４のスイッチング回数が抑制され、ひいては同トランジスタ３４のスイッチング損失による温度上昇が抑制される。また、トランジスタ３４が所定時間ＴＸ毎にオフ状態になるため、同トランジスタ３４の通電損失による温度上昇を抑制することができる。このようにトランジスタ３４の温度上昇を抑制することで、同トランジスタ３４の熱破壊を抑制することができる。

また、ロードダンプサージが発生している旨が検出されると、ＥＣＵ４０の通電制御信号に拘わらず、トランジスタ３４をオン状態にするようにした。これにより、ＥＣＵ４０によりグロープラグ２０への供給電力が制御されていたか否かに拘わらず、ロードダンプサージのエネルギーを速やかに減衰させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、ロードダンプサージが発生している場合において、トランジスタ３４をオン状態に維持する時間が電源ライン２１の電圧（ロードダンプサージのエネルギー）に基づいて可変設定されるようになっている。詳しくは、電源ライン２１の電圧が高くなるほどトランジスタ３４をオン状態に維持する時間が長くなるようになっている。これにより、トランジスタ３４の熱破壊を抑制しつつ、異常モードから正常モードへ速やかに復帰させることができる。

第２実施形態に係るエンジンシステムは、ＧＣＵを除き、第１実施形態に係るエンジンシステムと実質的に同一である。したがって、ＧＣＵ以外の構成については説明を省略する。はじめに、図７に基づいて、第２実施形態に係るＧＣＵ５０の構成を説明する。なお、図７では、第１実施形態に係るＧＣＵ３０の構成要素と実質的に同一の構成要素に対し、第１実施形態と同一符号を付してその説明を省略する。

ＧＣＵ５０は、第１サージ検出部５１及び第２サージ検出部５２、各サージ検出部の検出結果に基づいてワンショットパルス信号を発生させる第１パルス出力部５３及び第２サージ検出部５４、これらのパルス出力部５３，５４のパルス信号の論理和を出力する論理和出力部５５とを備えている。

詳しくは、電源ライン２１にフィルタ部３６を介して第１サージ検出部５１及び第２サージ検出部５２が接続されている。これらのサージ検出部５１，５２は、第１実施形態のサージ検出部３７と実質的に同一である。ただし、第１サージ検出部５１及び第２サージ検出部５２をそれぞれ構成するオペアンプ５１ａ，５２ａにおいて、負から正に飽和する際の上限閾電圧が互いに異なっている。以下、説明の都合上、オペアンプ５１ａの上限閾電圧Ｖth1（例えば３０Ｖ）がオペアンプ５２ａの上限閾電圧Ｖth2（例えば２５Ｖ）よりも高いものとする。

第１サージ検出部５１及び第２サージ検出部５２には、それぞれ第１パルス出力部５３及び第２パルス出力部５４が接続されている。これらのパルス出力部５３，５４は、第１実施形態に係るパルス出力部３８と実質的に同一である。ただし、第１パルス出力部５３のパルス信号の幅は、第２パルス出力部５４のパルス信号の幅よりも長く設定されている。一方、第１パルス出力部５３及び第２パルス出力部５４には、論理和出力部５５が接続されている。論理和出力部５５は、制御部３３に接続されており、第１パルス出力部５３及び第２パルス出力部５４のパルス信号の論理和を示すパルス信号を制御部３３に出力する。

次に、図８及び図９に基づいてＧＣＵ５０の作動を説明する。図８及び図９において、（ａ）は第１サージ検出部５１の検出信号を示し、（ｂ）は第１パルス出力部５３のパルス信号を示し、（ｃ）は第２サージ検出部５２の検出信号を示し、（ｄ）は第２パルス出力部５４のパルス信号を示し、（ｅ）は論理和出力部５５のパルス信号を示している。また、図８は電源ライン２１の電圧がＶth2以上であってＶth1よりも低い場合のＧＣＵ５０の作動を示し、図９は電源ライン２１の電圧がＶth1及びＶth2以上である場合のＧＣＵ５０の作動を示す。

このＧＣＵ５０によると、論理和出力部５５から制御部３３に対し出力されるパルス信号の幅が電源ライン２１の電圧に応じて変化する（図８及び図９の（ｅ）参照）。これにより、トランジスタ３４をオン状態に維持する時間が電源ライン２１の電圧（ロードダンプサージのエネルギー）に基づいて可変設定される。

詳しくは、電源ライン２１の電圧がＶth2以上であってＶth1よりも低い場合には、サージ検出部５２からロードダンプサージが発生している旨を示す検出信号（ハイレベルの検出信号）が出力され（図８（ｃ）参照）、第２パルス出力部５４から制御部３３に対しトランジスタ３４をオン状態にすることを指示するパルス信号（ハイレベルのパルス信号）が出力される（図８（ｄ）参照）。一方、この場合、第１サージ検出部５１からはロードダンプサージが発生している旨を示す検出信号が出力されず（図８（ａ）参照）、第１パルス出力部５３からは制御部３３に対しトランジスタ３４をオン状態にすることを指示するパルス信号が出力されない（図８（ｂ）参照）。その結果、論理和出力部５５のパルス信号のパルス幅（ハイレベルのパルス信号の幅）は、第２パルス出力部５４のパルス信号のパルス幅となる。

これに対して、電源ライン２１の電圧がＶth1及びＶth2以上である場合には、第１サージ検出部５１及び第２サージ検出部５２のそれぞれからロードダンプサージが発生している旨を示す検出信号（ハイレベルの検出信号）が出力され（図９の（ａ），（ｃ）参照）、第１パルス出力部５３及び第２パルス出力部５４からそれぞれ制御部３３に対しトランジスタ３４をオン状態にすることを指示するパルス信号（ハイレベルのパルス信号）が出力される。ここで、上述したように第１パルス出力部５３のパルス信号の幅は、第２パルス出力部５４のパルス信号の幅よりも長く設定されているため、論理和出力部５５のパルス信号の幅は、第１パルス出力部５３のパルス信号のパルス幅となる。

このようにトランジスタ３４をオン状態にすることを制御部３３に対して指示するパルス信号のパルス幅がトランジスタ３４のドレイン電圧Ｖdに応じて変化することで、トランジスタ３４をオン状態に維持する時間が電源ライン２１の電圧に基づいて可変設定される。第１パルス出力部５３及び第２パルス出力部５４及び論理和回路５５が「オン時間設定回路」に相当する。

以上詳述した第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、以下の優れた効果が得られる。

電源ライン２１の電圧が相対的に高い場合（ロードダンプサージのエネルギーが相対的に大きい場合）には、トランジスタ３４をオン状態に維持する時間を相対的に長く設定した。これにより、時間当たり多くのロードダンプサージのエネルギーをグロープラグ２０で吸収させることができる。一方、電源ライン２１の電圧が相対的に低い場合（ロードダンプサージのエネルギーが相対的に低い小さい場合）には、トランジスタ３４をオン状態に維持する時間を相対的に短く設定した。これにより、ロードダンプサージのエネルギーが十分に減衰したにも拘わらずトランジスタ３４がオン状態に維持される期間が削減される。

このように時間当たり多くのロードダンプサージのエネルギーをグロープラグ２０で吸収し、かつロードダンプサージのエネルギーが十分に減衰したにも拘わらずトランジスタ３４がオン状態に維持される期間を削減することにより、異常モードから通常モードへ速やかに復帰することができる。

（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。

複数のトランジスタ３４のうちオン状態とするトランジスタ３４を可変設定してもよい。例えば、複数のトランジスタ３４のうちオン状態とするトランジスタ３４の数を可変設定してもよい。具体的には、電源ライン２１の電圧が相対的に高い場合（ロードダンプサージのエネルギーが相対的に大きい場合）には、オン状態とするトランジスタ３４の数を増やしてもよい。これにより、ロードダンプサージのエネルギーを十分に減衰させるために要する時間を短縮することができる。一方、電源ライン２１の電圧が相対的に低い場合（ロードダンプサージのエネルギーが相対的に小さい場合）には、オン状態とするトランジスタ３４の数を減らしてもよい。電源ライン２１の電圧が相対的に低く、複数のトランジスタ３４のうち一部のトランジスタ３４をオン状態にする場合には、特定のトランジスタ３４が長時間オン状態にならないように複数のトランジスタ３４を代わる代わるオン状態にすることで、複数のトランジスタ３４の熱破壊を抑制することができる。

ここで、複数のトランジスタ３４を代わる代わるオン状態にするとは、例えば、電源ライン２１の電圧に基づいて設定された数のトランジスタ３４を複数のトランジスタ３４の中からサイクリックに選択し、選択されたトランジスタ３４をオン状態にすることを意味する。

また、上記第２実施形態では、電源ライン２１の電圧がＶth1以上か否か、すなわち２段階でトランジスタ３４をオン状態に維持する時間を可変設定した。しかしながら、トランジスタ３４をオン状態に維持する時間は、多段階で可変設定してもよいし、連続的に変化させてもよい。

また、上記実施形態では、サージ検出部をシュミットトリガ付きのコンパレータ回路としたが、サージ検出部はシュミットトリガ機能のないコンパレータ回路でもよい。すなわち、電源ライン２１の電圧が所定の閾電圧以上である場合にロードダンプサージが発生している旨を検出し、電源ライン２１の電圧が同閾値よりも低い場合にロードダンプサージが発生していない旨を検出してもよい。

また、上記実施形態では、駆動装置としてのＧＣＵ３０を説明したが、駆動装置はＧＣＵ３０に限定されず、グロープラグ２０以外の抵抗負荷を駆動するものでもよい。

エンジンシステムの構成を示す図。 本発明の第１実施形態に係るＧＣＵの構成を示す図。 比較例のＧＣＵの作動を示す図。 比較例のＧＣＵの作動を示す図。 本発明の第１実施形態に係るＧＣＵの作動を示す図。 本発明の第１実施形態に係るＧＣＵの作動を示す図。 本発明の第２実施形態に係るＧＣＵの構成を示す図。 本発明の第２実施形態に係るＧＣＵの作動を示す図。 本発明の第２実施形態に係るＧＣＵの作動を示す図。

符号の説明

１０…ディーゼル機関（内燃機関）、２０…グロープラグ（抵抗負荷、発熱体）、２１…電源ライン、２２…オルタネータ（交流発電機）、２３…バッテリ（電気負荷）、３０…ＧＣＵ（駆動装置）、３１…スイッチ部、３２…駆動部、３３…制御部（制御回路）、３４…トランジスタ、３５…昇圧部、３６…フィルタ部、３７，５１，５２…サージ検出部（サージ検出回路）、３８，５３，５４…パルス出力部（オン時間設定回路）、５１…第１サージ検出部（サージ検出回路）、５２…第２サージ検出部（サージ検出回路）、５３…第１パルス出力部（オン時間設定回路）、５４…第２パルス出力部（オン時間設定回路）、５５…論理和出力部（オン時間設定回路）

Claims (8)

1. 交流発電機の発電電力を供給する電源ライン及び抵抗負荷の間に設けられたトランジスタを制御することにより、前記交流発電機から前記電源ラインを介して前記抵抗負荷へ供給される電力を調整する抵抗負荷の駆動装置において、
   前記電源ラインに発生するサージを検出するサージ検出回路と、
   前記サージ検出回路によりサージが検出された場合において、前記トランジスタをオン状態に遷移させ、その時点から所定時間が経過するまで前記トランジスタをオン状態に維持する制御回路と、
   を備えることを特徴とする抵抗負荷の駆動装置。
2. 前記サージ検出回路によるサージの検出に伴って、所定パルス幅のパルス信号を出力するパルス出力回路を更に備え、
   前記サージ検出回路は、前記電源ラインの電圧と所定の閾電圧との比較に基づいて、サージの発生を示すパルス信号を出力するコンパレータ回路であり、
   前記制御回路は、前記パルス出力回路のパルス信号に基づいて、前記トランジスタを前記所定時間オン状態とする請求項１に記載の抵抗負荷の駆動装置。
3. 前記パルス出力回路のパルス信号のパルス幅が、前記サージ検出回路のパルス信号のパルス幅よりも長い時間に設定されている請求項２に記載の抵抗負荷の駆動装置。
4. 前記制御回路は、サージが検出された場合には、前記抵抗負荷への供給電力の調整が実施されていたか否かに拘わらず、前記トランジスタをオン状態とする請求項１又は２に記載の抵抗負荷の駆動装置。
5. 前記電源ラインの電圧に基づいて、前記所定時間を可変設定するオン時間設定回路を更に備える請求項１から４のいずれか一項に記載の抵抗負荷の駆動装置。
6. 複数の抵抗負荷のそれぞれに対応する前記トランジスタを複数備え、各トランジスタを制御することで前記複数の抵抗負荷への供給電力を調整する抵抗負荷の駆動装置において、
   前記複数のトランジスタのうちオン状態とするトランジスタを可変設定するオン対象設定回路を更に備える請求項１から５のいずれか一項に記載の抵抗負荷の駆動装置。
7. 前記オン対象設定回路は、前記電源ラインの電圧に基づいて、前記複数のトランジスタのうちオン状態とするトランジスタの数を設定する請求項６に記載の抵抗負荷の駆動装置。
8. 前記交流発電機が内燃機関により駆動され、
   前記抵抗負荷として、前記内燃機関の燃焼室に設けられる発熱体を駆動する請求項１から７のいずれか一項に記載の抵抗負荷の駆動装置。

Images