JP2009077542A - 負荷駆動回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、電子制御装置内に組み込まれる、診断回路を内蔵した負荷駆動回路において、電子制御装置に変更等の手を加えることなく、負荷駆動回路内の診断回路の動作確認を行うこと。
【解決手段】直流電源を電源としてソレノイド等の負荷を駆動する負荷駆動回路において、駆動回路と、該駆動回路内に独立して設けられた診断回路とを備えて、該駆動回路を制御する制御回路から駆動停止信号が入力されると、少なくとも該駆動回路が停止されることにより、電子制御装置に前記負荷駆動回路を組み込んだ状態のままで、前記負荷の状態を診断する前記診断回路の正常動作を確認すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御装置に組み込まれる一般的な電気電子回路で構成されるロウサイドドライバ、ハイサイドドライバ、モータードライバ等の負荷駆動回路において、負荷状態を診断する診断回路の動作確認を行う機能を備えた負荷駆動回路に関する。
従来から、一般的な電気電子回路で構成されるローザイドドライバ、ハイサイドドライバ、モータードライバ等の負荷駆動回路においては、駆動する負荷の状態の診断を行う回路が備えられたものがあり、かかる診断回路では、駆動する負荷の駆動時や停止時における出力電圧や負荷を流れる電流等をモニタすることにより、負荷状態を判定している。こうした診断機能付きの負荷駆動回路の動作チェックを行う場合、駆動状態と停止状態で診断機能を動作させて確認するが、診断回路自体のチェックには、駆動回路を通常とは異なる駆動不可能な状態として動作させ、その状態を診断でき得るかどうかを確認する必要がある。
ところが、負荷を含む電子制御装置の一部として負荷駆動回路を一旦組み込んでしまうと、制御装置内の負荷に実際に異常が生じない限り、駆動回路の診断が異常を検出することはなくなってしまう。このため、制御装置に組み込んだ後の、診断回路の動作確認をどのように行うのかが問題となる。
特許文献１は、診断回路を確認する際に、電子制御装置内の負荷電源のみを実際にOFFすることにより、異常状態を作り出す手法を開示している。また、特許文献２は、制御装置自体をシミュレーターに持ち込み、シミュレーター上で異常状態を作り出す手法を開示している。しかし、これらの手法は、人為的に異常状態を作り出す内容であり、診断回路を制御装置に組み込んだ後の実使用状態においては、診断回路の動作確認を行うことができないという問題があった。
特開平１１−１３５１９号公報 特開２００２−２５７６６８号公報
本発明は、負荷駆動回路における診断回路の動作確認を、制御装置の一部として診断回路を組み込んだ後で、擬似的に行うことを目的としたものである。
上記課題を解決するために、本発明に係る負荷駆動回路は、電子制御装置内に組み込まれて、直流電源を電源としてソレノイド、リレー、スイッチ、ヒータ又はモータ等の負荷を駆動する負荷駆動回路において、駆動回路と、該駆動回路内に独立して設けられた診断回路とを備えて、該駆動回路を制御する制御回路から駆動停止信号が入力されると、少なくとも該駆動回路が停止されることにより、電子制御装置に前記負荷駆動回路を組み込んだ状態のままで、前記負荷の状態を診断する前記診断回路の正常動作を確認することを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、駆動回路と診断回路が独立して構成され、制御回路からの駆動停止信号により、少なくとも該駆動回路が停止されることを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記制御回路からの前記駆動停止信号により少なくとも前記駆動回路が停止された負荷駆動回路に対して、負荷駆動信号を入力して診断を行い、負荷状態の異常を検出することにより、前記診断回路の正常動作が確認されることを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記診断回路の正常動作確認が、前記負荷駆動回路が含まれる電子制御装置を制御する制御回路に電源が投入された後の、システム初期化処理中に行なわれることを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記診断回路の正常動作確認が、前記負荷駆動回路が含まれる電子制御装置に対する電源切断信号が入力されてから該電源が実際に切断されるまでの間に実行されるシステム停止処理中に行なわれることを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記駆動回路の構成がロウサイドドライバであって、前記駆動回路が、駆動停止用の信号を受けると、少なくとも負荷駆動回路を停止させるDisable状態となり、更に、駆動用入力信号を受けると、前記診断回路において負荷の端子電圧又は駆動回路を流れる電流をモニタすることにより、前記診断回路の動作確認が行われることを特徴とする負荷駆動回路。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記駆動回路の構成がハイサイドドライバであって、前記駆動回路が、駆動停止用の信号を受けると、少なくとも負荷駆動回路を停止させるDisable状態となり、更に、駆動用入力信号を受けると、前記診断回路において負荷の端子電圧又は駆動回路を流れる電流をモニタすることにより、前記診断回路の動作確認が行われることを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記駆動回路の構成がブラシ付きDCモータ、三相モータ又はステッピングモータ等に対するモータドライブ回路であって、前記駆動回路が、駆動停止用の信号を受けると、少なくとも負荷駆動回路を停止させるDisable状態となり、更に、駆動用入力信号を受けると、前記診断回路において負荷の端子電圧又は駆動回路を流れる電流をモニタすることにより、前記診断回路の動作確認が行われることを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記負荷駆動回路が、車載用負荷駆動装置に組み込まれるものであって、前記診断回路の正常動作確認が、車両のイグニッションキーをオンした後の前記システム初期化処理中に行なわれることを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記負荷駆動回路が、車載用負荷駆動装置に組み込まれるものであって、前記診断回路の正常動作確認が、車両のイグニッションキーをオフした後の前記システム停止処理中に行われることを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記駆動回路のスイッチング素子が、バイポーラトランジスタで構成されたことを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記駆動回路のスイッチング素子が、FETで構成されたことを特徴とする。
また、本発明に係る負荷駆動回路は、前記駆動回路のスイッチング素子が、IGBTで構成されたことを特徴とする。
本発明により、負荷の駆動回路を電子制御装置から外したり、負荷に対して異常状態を実際に起こしたり、その他、電子制御装置に変更を加えることなく、駆動回路の診断回路が正しく動作するか否かを容易に確認することができる。
また、車載用の負荷駆動装置としては、イグニッションキーをオン、オフする度のシステムの初期化中又は停止処理中に、診断回路の動作確認を容易に行うことができる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に関するものであり、自動車に搭載する車載用エンジン制御装置（以下、「ECM」ということがある。）の駆動回路の一つである、ロウサイドドライバ回路の構成を示すブロック図である。
ロウサイドドライバ駆動回路は、電源１と負荷２の下流に設けられた回路であって、スイッチング素子のFET１０４と負荷が接続された端子電圧や負荷を流れる電流をモニタする診断回路１０７等から構成される駆動回路５であり、それを制御する制御回路６に接続されている。なお、駆動する負荷の特性により、クランプ用ツェナーダイオードや電源へ還流するダイオード等を採用して駆動回路を保護する構成を採用してもよい。負荷としては、ソレノイド、リレー、スイッチ、ヒータ等があり得るが、図１に示した例ではソレノイドである。また、負荷を駆動する入力信号としては、周波数、PWN、電圧、電流等による信号があり得る。
図１に示した駆動回路における診断回路では、駆動回路がOFF、すなわちFET１０４がOFFの時に駆動端子８の電圧が一定電圧以下となる場合にGND短絡と判定し、駆動回路がON、すなわちFET１０４がONの時に端子電圧８が一定電圧以上となる場合に電源短絡と判定し、駆動回路がON、すなわちFET１０４がONの時に端子電圧が中間電位となる場合に、負荷断線と判定する。(さらに、電流モニタにより診断を行うようにしてもよい。)
通常、エンジン制御装置を自動車に実装してしまうと、負荷に異常を起こすことができないため、診断回路の動作確認ができなくなってしまうところ、本発明では、エンジン制御装置を車に実装した後に、診断回路の動作確認ができるようにしている。以下、その原理を説明する。
駆動回路に機能として付加された駆動停止用端子(ENA端子)に制御回路から停止信号（ENA信号）を送る。そうすると、その後は駆動用の入力信号１１０を印加しても、プリドライバ１１６はONしないようにされている。そのため、スイッチング素子であるFET１０４はOFFのままである。ここで、診断回路１０７は、駆動用の入力信号に対応して、負荷の診断を行う。通常では、駆動用の入力信号１１０があると、スイッチング素子であるFET１０４がONするので、駆動端子８の電圧は低レベルとなるが、ここでは、駆動回路の機能が停止しているので、その電圧は高レベルを保つこととなる。（また、電流モニタにより、電流が流れていないことを確認するようにしてもよい。）以上のようにして、診断回路による異常状態の検出をチェックする。
この診断回路の動作確認を行う電源投入時と切断時の動作確認シーケンスについて説明する。
図２は、電源投入時における診断回路の動作確認シーケンスを示す。イグニッションスイッチIGN_SWがONとなり、ECM電源が供給され、CPUは初期化を始める。そうすると、診断確認用の信号要求が通信によって行われ、診断確認用信号５０９が入力される。この信号を用いて、まず、機能停止（Disable）状態での診断を行う。ここで、診断回路は、異常状態の判定を行い、続いて機能有効（Enable）状態での診断を行う。それぞれの診断結果を制御回路に通信し、初期化の終了と共に、通常の動作モードに入る。この一連の動作によって電源投入時の診断回路の動作確認を行う。
図３は、電源切断時における診断回路の動作確認シーケンスを示す。IGN_SW がOFFとなり、CPUにより停止処理が開始される。そうすると、診断確認用の信号要求が通信によって行われ、診断確認用信号６０８が入力される。この信号を用いて、まず、Disable状態での診断を行って異常を判定し、続いてEnable状態での診断を行ってノーマルを判定する。そして、それぞれの結果を制御回路に通信し、CPUによる停止処理の終了とともにECMの電源が遮断される。この一連の動作によって電源切断時の診断回路の動作確認となる。
これらの二つのシーケンスは、基本的にはIGN_SW のONとOFFをする際に毎回行うが、場合によっては、ON時のみやOFF時のみに行うようにしてもよい。また、これらのシーケンスでは、Enable状態での判定も行っているが、この場合には、負荷が実際に駆動してしまうため、動作上問題がないものに限られ、その他のものについては、Disable状態のみでの動作確認となる。また、通常動作中であっても、当該負荷が診断に必要な時間を超えて、停止している時であれば、同様の診断を行うことができる。
図４は、実施例２に関するものであり、自動車に搭載するECMの駆動回路の一つである、ハイサイドドライバ回路の構成を示すブロック図である。
ハイサイドドライバ駆動回路は、電源１のすぐ下流に設けられ、かつ、負荷２の上流側に設けられた回路であって、スイッチング素子のFET２０４と負荷が接続された端子電圧や負荷を流れる電流をモニタする診断回路２０７等から構成された駆動回路５であり、それを制御する制御回路６に接続されている。なお、駆動する負荷の特性により、クランプ用ツェナーダイオードや電源へ還流するダイオード等を採用して駆動回路を保護する構成を採用してもよい。負荷としては、ソレノイド、リレー、ヒータ等があり得るが、図４に示した例ではソレノイドである。
図４に示した駆動回路における診断回路では、駆動回路がON、すなわちFET２０４がONの時に駆動端子の電圧が一定値以下となった場合にはGND短絡と判定し、駆動回路がOFF、すなわちFET２０４がOFFの時に駆動端子の電圧が一定値以上となった場合には電源短絡と判定し、駆動回路がON、すなわちFET２０４がONの時に駆動端子の電圧が中間電位の場合には、負荷断線と判定する。(さらに、電流モニタにより診断を行うようにしてもよい。)
次に、本実施例における診断回路の動作原理を説明する。
駆動回路５に付加された駆動停止用端子(ENA端子)に制御回路６から停止信号であるENA信号２０９を送る。その後は入力信号２１０を印加しても、機能を停止しているため、プリドライバ２１６はスイッチング素子２０４をONする信号を出さない。そのため、負荷２はOFFしたままとなる。ここで、診断回路は、入力信号２１０に対応して診断を行う。通常、入力信号があると、負荷はONするため駆動端子の電圧は高レベルとなるが、ここでは、スイッチング素子がONしないために端子電圧は低レベルを維持したままとなる。これより、診断回路は異常を検出することとなる。
そして、以下、実施例１について説明したのと同様に、この診断回路の動作確認を行う電源投入時と切断時の動作確認シーケンスにしたがって進めることにより、診断回路の動作確認が可能となる。
図５は、実施例３に関するものであり、自動車に搭載するECMの駆動回路の一つである、ブラシ付きＤＣモータを駆動するHブリッジドライバ回路の構成を示すブロック図である。
Hブリッジドライバ回路は、電源１、モータ７、このモータの上流と下流にそれぞれスイッチング素子であるFET３１２をHブリッジに備えた駆動回路、その端子電圧や負荷を流れる電流をモニタする診断回路３０７等を備え、それを制御する制御回路６と接続されている。図５に示すように、Hブリッジドライバ回路に組み込まれた診断回路３０７は、スイッチング素子がONの時の駆動電流と、ON／OFFの時の端子電圧をモニタしており、過電流判定や低電圧判定を行う。
まず、駆動回路５に機能として付加された駆動停止用端子(ENA端子)に制御回路から停止信号(ENA信号)を送る。その後は、入力信号３１０を印加しても、機能を停止しているため、スイッチング素子(FET)３１２はONしない。そのため、負荷７はOFFしたままとなる。ここで、診断回路は、入力信号に応じて負荷の診断を行う。通常、入力信号の入力があると、負荷はONするため駆動端子電圧は高レベルとなるが、この場合ではスイッチング素子がONしないため、駆動端子電圧は駆動回路内部の電圧源により中間電圧レベルを保ったままとなる。これより、診断回路は異常を検出することが可能となる。そして、この動作確認法を、実施例１について示した、電源投入時のシーケンス（図２参照。）と電源切断時のシーケンス（図３参照。）に従って行うことにより、診断回路の動作確認が可能となるのである。
本発明による負荷駆動回路における診断回路の動作確認手法は、自動車、オートバイ、農耕機、工作機、船舶機等のコントローラ等の電子制御装置のみならず、負荷を駆動する一般的な電子制御装置において、駆動回路を電子制御装置へ実装した後でその診断回路の動作確認に広く適用可能である。
本発明をロウサイドドライバ回路に適用した実施例１。 電源投入時における診断回路の動作確認シーケンス。 電源切断時における診断回路の動作確認シーケンス。 本発明をハイサイドドライバ回路に適用した実施例２。 本発明をブラシ付きＤＣモータを駆動するHブリッジドライバ回路に適用した実施例３。
符号の説明
１…負荷駆動用電源
２…負荷（ソレノイド）
３…GND
４…エンジン制御装置(Engine Control Module)
５…駆動回路
６…制御回路
７…モータ
101…ECM内部電源
102…電流源(上流側)
103…電流源(下流側)
104…スイッチング素子(FET)
105…電流検出抵抗
106…駆動回路を流れる電流
107…診断回路
108…論理回路
109…機能停止(ENA)信号
110…駆動入力信号
111…通信信号
112…スイッチング素子への入力信号
113…端子電圧モニタ
114…電流検出モニタ
115…診断回路への入力信号
116…プリドライバ
117…プリドライバヘの入力信号
201…ECM内部電源
202…電流源(上流側)
203…電流源(下流側)
204…スイッチング素子(FET)
205…電流検出抵抗
206…駆動回路を流れる電流
207…診断回路
208…論理回路
209…機能停止(ENA)信号
210…駆動用人カ信号
211…通信信号
212…スイッチング素子への入力信号
213…端子電圧モニタ
214…電流検出モニタ
215…診断回路への入力信号
216…プリトライバ
217…プリトライバヘの入力信号
304A1…スイッチング素子(FET)(上流A側)
304A2…スイッチング素子(FET)(下流A側)
304B1…スイッチング素子(FET)(上流B側)
304B2…スイッチング素子(FET)(下流B側)
305A…電流検出抵抗(A側)
305B…電流検出抵抗(B側)
306A…駆動回路を流れる電流(A側)
306B…駆動回路を流れる電流(B側)
307…診断回路(A、B共用)
308…論理回路(A、B共用)
313B…端子電圧モニタ(B側)
314A…電流検出モニタ(A側)
313B…電流検出モニタ(B側)
315…診断回路への入力信号
509…初期化中に診断回路の動作確認用信号を入力
510…駆動停止Disable
511…初期化途中で駆動(Enable)に切替
512…通信無し
513…初期状態になったため、診断確認用信号を通信
514…Disable状態での診断結果を通信
515…Enable状態での診断結果を通信
605…CPUの通常処理
606…CPUの停止処理
607…CPU処理の停止
608…停止処理中に診断回路の動作確認用信号を入力
609…通常処理中は駆動(Enable)
610…停止処理とともに一旦駆動停止(Disable)
611…停止処理中にもう一度駆動(Enable)
612…通常状態で通信
613…停止処理となり、診断確認用信号を通信
614…Disable状態での診断結果を通信
615…Enable状態での診断結果を通信

Claims (12)

  1. 電子制御装置内に組み込まれて、直流電源を電源としてソレノイド、リレー、スイッチ、ヒータ又はモータ等の負荷を駆動する負荷駆動回路において、
    駆動回路と、該駆動回路内に独立して設けられた診断回路とを備えて、
    該駆動回路を制御する制御回路から駆動停止信号が入力されると、少なくとも該駆動回路が停止されることにより、
    電子制御装置に前記負荷駆動回路を組み込んだ状態のままで、前記負荷の状態を診断する前記診断回路の正常動作を確認することを特徴とする負荷駆動回路。
  2. 請求項１に記載された負荷駆動回路において、
    前記制御回路からの前記駆動停止信号により少なくとも前記駆動回路が停止された負荷駆動回路に対して、負荷駆動信号を入力して診断を行い、負荷状態の異常を検出することにより、前記診断回路の正常動作が確認されることを特徴とする負荷駆動回路。
  3. 請求項１又は２に記載された負荷駆動回路において、
    前記診断回路の正常動作確認は、前記負荷駆動回路が含まれる電子制御装置を制御する制御回路に電源が投入された後の、システム初期化処理中に行なわれることを特徴とする負荷駆動回路。
  4. 請求項１又は２に記載された負荷駆動回路において、
    前記診断回路の正常動作確認は、前記負荷駆動回路が含まれる電子制御装置に対する電源切断信号が入力されてから該電源が実際に切断されるまでの間に実行されるシステム停止処理中に行なわれることを特徴とする負荷駆動回路。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載された負荷駆動回路において、
    前記駆動回路の構成がロウサイドドライバであって、
    前記駆動回路は、駆動停止用の信号を受けると、少なくとも負荷駆動回路を停止させるDisable状態となり、更に、駆動用入力信号を受けると、前記診断回路において負荷の端子電圧又は駆動回路を流れる電流をモニタすることにより、前記診断回路の動作確認が行われることを特徴とする負荷駆動回路。
  6. 請求項１から４のいずれか一項に記載された負荷駆動回路において、
    前記駆動回路の構成がハイサイドドライバであって、
    前記駆動回路は、駆動停止用の信号を受けると、少なくとも負荷駆動回路を停止させるDisable状態となり、更に、駆動用入力信号を受けると、前記診断回路において負荷の端子電圧又は駆動回路を流れる電流をモニタすることにより、前記診断回路の動作確認が行われることを特徴とする負荷駆動回路。
  7. 請求項１から４のいずれか一項に記載された負荷駆動回路において、
    前記駆動回路の構成がブラシ付きDCモータ、三相モータ又はステッピングモータ等に対するモータドライブ回路であって、
    前記駆動回路は、駆動停止用の信号を受けると、少なくとも負荷駆動回路を停止させるDisable状態となり、更に、駆動用入力信号を受けると、前記診断回路において負荷の端子電圧又は駆動回路を流れる電流をモニタすることにより、前記診断回路の動作確認が行われることを特徴とする負荷駆動回路。
  8. 請求項３に記載された負荷駆動回路において、
    前記負荷駆動回路は、車載用負荷駆動装置に組み込まれるものであって、
    前記診断回路の正常動作確認は、車両のイグニッションキーをオンした後の前記システム初期化処理中に行なわれることを特徴とする負荷駆動回路。
  9. 請求項４に記載された負荷駆動回路において、
    前記負荷駆動回路は、車載用負荷駆動装置に組み込まれるものであって、
    前記診断回路の正常動作確認は、車両のイグニッションキーをオフした後の前記システム停止処理中に行われることを特徴とする負荷駆動回路。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載された負荷駆動回路において、
    前記駆動回路のスイッチング素子は、バイポーラトランジスタで構成されたことを特徴とする負荷駆動回路。
  11. 請求項１から９のいずれか一項に記載された負荷駆動回路において、
    前記駆動回路のスイッチング素子は、FETで構成されたことを特徴とする負荷駆動回路。
  12. 請求項１から９のいずれか一項に記載された負荷駆動回路において、
    前記駆動回路のスイッチング素子は、IGBTで構成されたことを特徴とする負荷駆動回路。
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