JP2009133815A - 断線検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】断線時に流れる電流の値に依存することなく、断線検出出力を確実に行うことができる断線検出回路を提供する。
【解決手段】駆動装置３１に対してグランド電位を付与する配線経路中において、駆動装置３１のＧＮＤ端子とボディアースＥとの共通接続点と、ＦＥＴ１９のドレインとの間にダイオード３３を挿入し、コンパレータ３４は、制御部３２を経由してダイオード３４に電流が流れたことを検出してグランド配線の断線を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷に対する通電を制御する制御用トランジスタを備える駆動装置について、基準電位を付与する配線に断線が生じたことを検出する断線検出回路に関する。

内燃機関の排気通路に排気ガスを浄化するために配置される触媒は、内燃機関の冷間始動時などのように十分に昇温していない状態では、排出ガス浄化性能を十分に発揮することができない。このため、モータ駆動式のエアポンプ及びエアスイッチングバルブなどを用いて、二次空気を触媒上流側の排気通路に導入することで排気中の酸素濃度を上昇させてその空燃比を上げ、これにより、排気中のＨＣ、ＣＯなど二次燃焼を促して排気の浄化並びに排気温度の上昇による触媒の早期活性化を図る二次空気導入システムが提供されている。

図６は、二次空気導入システムの全体構成を概略的に示す。内燃機関である多気筒ガソリンエンジン（以下、エンジンと略称）１の吸気管２には、最上流部にエアフィルタ３が設けられると共に、その下流側にスロットルバルブ４が設けられる。尚、図示しないが、エンジン１の吸気用マニホールド５の吸気ポート近傍には燃料噴射弁が取り付けられる。エンジン１の排気管６（排気通路に相当）には、排気ガス浄化用触媒である例えば三元触媒（以下、触媒と略称）７が配置され、この触媒７の上流側に排気中の酸素濃度を検知するためのＯ_２センサ８が設けられる。

二次空気供給装置９は、吸気管２におけるスロットルバルブ４の上流側位置と排気管６におけるＯ_２センサ８の上流側位置（特には排気マニホールド１０の各排気ポート）との間を接続する二次空気供給管１１を備えており、この二次空気供給管１１には、その上流側から、モータ１２ａ（負荷）により駆動されるエアポンプ１２、電磁コイル１３ａ（負荷）により駆動される電磁バルブ１３、逆止弁１４がこの順に配置される。また、エアポンプ１２と電磁バルブ１３との間には、圧力センサ１５が配置されている。
二次空気導入システム用駆動装置（ＡＩＤ：Air Injection Driver，以下、駆動装置と略称）１６は、エンジン制御ＥＣＵ１７（上位システムに相当）からの指令信号に基づいて前記エアポンプ１２及び電磁バルブ１３を駆動する。ＥＣＵ１７には、前記Ｏ２センサ８及び圧力センサ１５などによる各検出信号が与えられる構成となっている。

図７は、特許文献１の図４に対応するもので、駆動装置１６において、グランド線に断線が生じた場合に、エアポンプ１２を駆動するためのＦＥＴを自動的にＯＦＦさせる構成を概略的に示すものである。
駆動装置１６の電源は車載バッテリ１８から図示しないヒューズや及びイグニッションスイッチによりオンオフされるメインリレーを介して供給される。また、エアポンプ１２の駆動源であるモータ１２ａの電源は、車載バッテリ１８から駆動装置１６内部のＮチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ１９（第１の半導体スイッチング素子，制御用トランジスタ）を介して供給され、電磁バルブ１３の駆動源である電磁コイル１３ａの電源は、車載バッテリ１８から駆動装置１６内部のＮチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ２０（第２の半導体スイッチング素子，制御用トランジスタ）を介して供給される。

駆動装置１６内部の制御部２１は、ＥＣＵ１７より与えられるエアポンプ１２，電磁バルブ１３の駆動指令信号ＳＩＰ，ＳＩＶを、図示しない入力信号処理回路やゲート駆動回路を介してＦＥＴ１９，２０のゲートにそれぞれ出力する。すなわち、ＦＥＴ１９，２０のソースは車載バッテリ１８の供給端子BATTに接続され、ドレインは、出力端子ＶＰ，ＶＶを介してモータ１２ａ，電磁コイル１３ａの電源側端子に接続されており、所謂ハイサイド駆動方式となっている。

ＦＥＴ１９のゲートは、抵抗素子２２を介して駆動装置１６の回路グランドであるＧＮＤ端子に接続されており、そのＧＮＤ端子は、車両のボディアースに接続されている。また、ＦＥＴ１９のゲートと出力端子ＶＰとの間には、ＮＰＮ型トランジスタ２３及びダイオード２４の直列回路が接続されており、トランジスタ２３のベースは、可変抵抗素子２５を介してＧＮＤ端子に接続されている。

以上の構成において、駆動装置１６のＧＮＤ端子とボディアースＥとの接続部分に断線（グランド断線）が発生すると、駆動装置１６の消費電流相当の電流（例えば、数１０ｍＡ程度）が、抵抗素子２５を介してトランジスタ２３のベースに流れるため、トランジスタ２３がＯＮする。すると、ＦＥＴ１９のゲート電位は、出力端子ＶＰの電位を基準として、ダイオード２４の順方向電圧ＶＦに、トランジスタ２３のコレクタ−エミッタ間電圧ＶCEを加えたものとなる。すなわち、ＦＥＴ１９のゲート−ソース間電圧は（ＶＦ＋ＶCE，例えば約０．７Ｖ程度）となり、ＦＥＴ１９の閾値電圧ＶＴ（例えば約２Ｖ程度）を下回るように確定するため、ＦＥＴ１９をＯＦＦさせてモータ１２ａの駆動を停止させることができる。
特開２００５−３０７９５７号公報

また、特許文献１には開示されていないが、上記のようにグランド断線が発生した場合に、制御部２１を介してＥＣＵ１７にダイアグノーシス出力（ダイアグ出力）を行うことを想定する。例えば、駆動装置１６のダイアグ出力端子ＤＩとＧＮＤ端子との間に、抵抗素子２６とＮＰＮ型トランジスタ２７との直列回路を接続し、トランジスタ２７のコレクタ，ベース間に、もう１つのＮＰＮ型トランジスタ２８をダーリントン接続する。そして、トランジスタ２８のベースには、図示しない電流源から常時電流を供給しておくようにする。以上がダイアグ出力部２９を構成する。

グランド断線が発生すると、トランジスタ２３がＯＮして回路グランドの電位が上昇する結果、駆動装置１６の内部においてもＦＥＴ１９をＯＮさせるようにゲート信号が出力される。すると、図中に破線で示す経路で電流ＩＰが一定レベルで流れる。この時、回路グランドの電位は（ＶＰ＋２ＶＦ＋Ｒ１・ＩＰ）に確定する。尚、Ｒ１は、可変抵抗素子２５の抵抗値である。
ダイアグ出力端子ＤＩの電圧レベルは、正常時には、回路グランドを基準として、トランジスタ２７のコレクタ−エミッタ間電圧ＶCEに、トランジスタ２７のコレクタ電流に応じて抵抗素子２６に発生する電圧降下量を加えたものになっている。そして、グランド断線が発生すれば、上記のように回路グランド電位が上昇する結果、ダイアグ出力端子ＤＩの電圧レベルも上昇してダイアグ出力が行われる。

しかしながら、上記の構成では、ダイアグ出力を一定の電圧で行うためには一定の電流ＩＰをモータ１２ａに流す必要がある。したがって、駆動装置１６内部の回路定数を変更すると電流ＩＰの値も変動するので、可変抵抗素子２５の抵抗値Ｒ１を調整して電流ＩＰの値を補正する必要があり、その調整作業に手間を要するという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、断線時に流れる電流の値に依存することなく、断線検出出力を確実に行うことができる断線検出回路を提供することにある。

請求項１記載の断線検出回路によれば、負荷に通電を行う制御用トランジスタの導通を制御する制御回路に基準電位を付与する配線経路中において、制御回路と第２基準電位点との共通接続点と、制御用トランジスタを介して流れる電流経路の第１基準電位点側との間に電流検出素子を挿入する。そして、断線検出手段は、制御回路を経由して電流検出素子に電流が流れたことを検出すると前記配線の断線を検出する。
すなわち、制御回路に基準電位を付与する配線が正常であれば、当該配線に挿入される電流検出素子には制御回路を経由する電流が流れないが、制御回路と第２基準電位点との共通接続点において断線が生じると、制御回路の消費電流が電流検出素子を介して第１基準電位点側に流れる。したがって、断線検出手段は、電流検出素子に電流が流れたことを検出すれば基準電位を付与する配線に断線が発生したことを検出できる。その場合、断線の発生時に流れる電流値が一定である必要はないから、煩雑な調整作業を不要とすることができる。

請求項２記載の断線検出回路によれば、電流検出素子をダイオードで構成する。斯様に構成すれば、制御用トランジスタ側より流入しようとする電流をダイオードの整流作用によって阻止することができ、また、断線が発生した場合、断線検出手段は、ダイオードに電流が流れることで順方向電圧を検出できる。したがって、断線検出手段は、電流検出素子を介して流れる電流の方向を判定する必要がなく、検出を容易に行うことができる。

請求項３記載の断線検出回路によれば、断線検出手段を、電流検出素子の両端に発生する電位差を検出するコンパレータで構成するので、断線が発生したことを、コンパレータの出力信号変化によって確認することができる。

請求項４記載の断線検出回路によれば、制御用トランジスタを電源と負荷との間に接続してハイサイド駆動を行うので、ハイサイド駆動方式に本発明を適用できる。
請求項５記載の断線検出回路によれば、制御用トランジスタを負荷と第１基準電位点との間に接続してロウサイド駆動を行うので、ロウサイド駆動方式に本発明を適用できる。

請求項６記載の断線検出回路によれば、４素子の制御用トランジスタで電源と第１基準電位点との間に接続されるＨブリッジ回路を構成するので、Ｈブリッジ回路により負荷を駆動する場合に、本発明を適用できる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１を参照して説明する。尚、図６，図７と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。本実施例の駆動装置３１は、駆動装置１６より抵抗素子２２及び２５，トランジスタ２３，ダイオード２４を除去し、ＧＮＤ端子（第２基準電位点）と制御部（制御回路）３２の回路グランドとの共通接続点と、出力端子ＶＰとの間にダイオード３３（電流検出素子）を順方向に挿入している。そして、ダイオード３３のアノード，カソードには、コンパレータ３４（断線検出手段）の非反転入力端子，反転入力端子がそれぞれ接続されている。また、コンパレータ３４の反転入力端子には、基準電源Ｖrefを抵抗素子３５ａ，３５ｂにより分圧した電圧が与えられており、抵抗素子３５ｂの一端はダイオード３３のカソード側に接続されている。基準電源Ｖrefの電圧は、例えば１Ｖ〜５Ｖ程度とする。

コンパレータ３４の出力端子は、制御部３２内部のダイアグ出力部３６を介してダイアグ出力端子ＤＩに接続されている。ダイアグ出力部３６は、ＥＣＵ１７にダイアグ信号を出力するためのドライバである。尚、コンパレータ３４のグランド端子は、ダイオード３３のカソード側に接続されている。以上において、ダイオード３３，コンパレータ３４は、断線検出回路３７を構成している。

次に、本実施例の作用について説明する。駆動装置３１のＧＮＤ端子（共通接続点）と、ボディアースＥ（基準電位点）との間が接続されていれば、ダイオード３３のアノード電位はカソード電位よりも低いため、ダイオード３３はＯＦＦである。そして、ＧＮＤ端子とボディアースＥとの間が断線すると、駆動装置３１の消費電流は、ダイオード３３を介して出力端子ＶＰ側に流れ、更にモータ１２ａを経由してグランド（第１基準電位点）に流れる。
したがって、ダイオード３３がＯＮすることで順方向電圧ＶＦが発生し、コンパレータ３４の非反転入力端子側の電位が高くなり、コンパレータ３４の出力レベルはロウからハイに転じる。すると、ダイアグ出力端子ＤＩのレベルも例えばロウからハイに変化するので、ＥＣＵ１７は、そのダイアグ出力によりグランド配線に断線が生じたことを把握できる。

以上のように本実施例によれば、駆動装置３１に対してグランド電位を付与する配線経路中において、駆動装置３１のＧＮＤ端子とボディアースＥとの共通接続点と、ＦＥＴ１９のドレインとの間にダイオード３３を挿入し、コンパレータ３４は、制御部３２を経由してダイオード３４に電流が流れたことを検出することにより、グランド配線の断線を検出する。したがって、断線の発生時に流れる電流値を一定とする必要はなく、煩雑な調整作業を不要とすることができる。
そして、ダイオード３３は、ＦＥＴ１９側より流入しようとする逆方向の電流を阻止することができ、また、断線が発生した場合は、順方向電圧ＶＦを発生させるので、ダイオード３３に電流が流れたことをコンパレータ３４により容易に検出でき、断線の発生を、コンパレータ３４の出力信号変化によって容易に確認することができる。

（第２実施例）
図２は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分について説明する。第２実施例の駆動装置４１は、ダイオード３３に替えて抵抗素子４２（電流検出素子）を配置し、コンパレータ３４により抵抗素子４２の端子電圧変化を検出する。そして、ダイオード３３は、抵抗素子４２と出力端子ＶＰとの間に挿入されている。この場合、コンパレータ３４の反転入力端子に、基準電圧Ｖrefを付与する必要はない。以上が断線検出回路４３を構成している。

次に、第２実施例の作用について説明する。第２実施例では、ダイオード３３を、逆方向に流入しようとする電流を阻止するためのみに使用し、断線時に流れる電流の検出は、抵抗素子４２を利用して行う構成である。すなわち、断線が発生していなければ抵抗素子４２の両端に電位差はなく、コンパレータ３４の出力端子はロウレベルであり、断線が発生すると、駆動装置４１の消費電流は、抵抗素子４２を介して出力端子ＶＰ側に流れる。

したがって、抵抗素子４２の両端には、抵抗値と上記消費電流とに応じた電位差が発生するので、コンパレータ３４の出力レベルはロウからハイに転じる。すると、ダイアグ出力端子ＤＩよりダイアグ出力が行われる。以上のように第２実施例によれば、断線検出回路４３は、抵抗素子４２を用いて断線時に流れる電流を検出するようにしたので、第１実施例と同様の効果が得られる。

（第３実施例）
図３は本発明の第３実施例を示すものであり、第２実施例と異なる部分について説明する。第３実施例の駆動装置５１は、第２実施例の構成をロウサイド駆動方式に適用したものである。但しモータ５２（負荷）は、エアポンプモータに限らない一般的なＤＣモータであり、バッテリ１８の正側端子と駆動装置５１の出力端子ＶＰとの間に接続されている。駆動装置５１は、ＧＮＤ端子とは別にＰＧＮＤ端子を備えており、ＦＥＴ１９は、出力端子ＶＰとＰＧＮＤ端子（第１基準電位点）との間に接続されている。すなわち、駆動装置５１では、ＦＥＴ１９のソースにグランド電位を付与するための端子と、制御部３２にグランド電位を付与するための端子とを分離している。そして、ダイオード３３のカソードとコンパレータ３４のグランド端子とは、ＰＧＮＤ端子に接続されている。尚、ＧＮＤと、ＰＧＮＤとは単に接続端子が分かれているだけでなく、ボディアース側で制御グランドとパワーグランドとが物理的に分離されている。

次に、第３実施例の作用について説明する。駆動装置５１のＧＮＤ端子とボディアースＥとの間に断線が発生していなければ、第２実施例と同様に、抵抗素子４２の両端に電位差はなくコンパレータ３４の出力端子はロウレベルである。そして、両者間に断線が発生すると、駆動装置５１の消費電流は、抵抗素子４２を介してＰＧＮＤ端子に流れ、抵抗素子４２の両端には抵抗値と上記消費電流とに応じた電位差が発生する。すると、コンパレータ３４の出力レベルはロウからハイに転じて、ダイアグ出力端子ＤＩよりダイアグ出力が行われる。したがって第３実施例によれば、ロウサイド駆動方式の駆動装置５１についても第２実施例と同様の効果が得られる。

（第４実施例）
図４は本発明の第４実施例であり、Ｈブリッジ回路によってモータ５２を正逆転駆動する駆動装置５３に適用した場合を示す。端子BATTには、２つのＰチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ５４，５５（制御用トランジスタ）のソースが接続され、ＰＧＮＤ端子には、２つのＮチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ５６，５７（制御用トランジスタ）のソースが接続されている。これら４つのＦＥＴ５４〜５７により、Ｈブリッジ回路５８が構成されている。

ＦＥＴ５４，５６のドレインは駆動装置５３の出力端子ＶＰ１に接続され、ＦＥＴ５５，５７のドレインは同出力端子ＶＰ２に接続されており、これらの出力端子ＶＰ１，ＶＰ２間には、モータ５２が接続されている。そして、制御部５９（制御回路）は、例えばＦＥＴ５４及び５７をオンすることでモータ５２を正転駆動し、ＦＥＴ５５及び５６をオンすることでモータ５２を逆転駆動する。

以上のように構成される第４実施例においても、駆動装置５３のＧＮＤ端子とボディアースＥとの間に断線が発生すると、第３実施例と同様に、駆動装置５３の消費電流が抵抗素子４２を介してＰＧＮＤ端子に流れ、ダイアグ出力端子ＤＩよりダイアグ出力が行われる。したがって第４実施例によれば、Ｈブリッジ回路５８によりモータ５２を駆動制御する駆動装置５３についても、第２又は第３実施例と同様の効果が得られる。

（第５実施例）
図５は本発明の第５実施例であり、第５実施例は、第３実施例のロウサイド駆動方式と、第２実施例のハイサイド駆動方式とを同時に行う駆動装置６１に適用したものである。駆動装置６１では、第３実施例における出力端子ＶＰをＶＰ２として、端子BATTともう１つの出力端子ＶＰ１との間にＰチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ６２（制御用トランジスタ）が接続されている。そして、出力端子ＶＰ１とグランド（ボディアース，第１基準電位点）との間にモータ６３（負荷）が接続されている。

また、駆動装置６１では、ダイオード３３のアノードと、コンパレータ３４のグランド端子とが、ハイサイド駆動側の出力端子ＶＰ１に接続されている。したがって、駆動装置６１のＧＮＤ端子とボディアースＥとの間に断線が発生すると、第２実施例と同様の作用によりダイアグ出力が行われる。以上のように構成される第５実施例によれば、ハイサイ駆動方式と、ロウサイド駆動方式とを並行して行う構成の駆動装置６１についても第２実施例と同様の効果が得られる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
出力端子ＶＶ側にも、断線検出回路を配置しても良い。
コンパレータ３４に替えて、断線検出手段として差動増幅器を用いても良い。
基準電位はグランドに限ることはない。
第２〜第５実施例において、ダイオード３３を使用しない場合でも、ＦＥＴ１９側よりＧＮＤ端子方向に流れる電流は無視するようにして断線検出を行えば良い。
第３〜第５実施例の構成に、第１実施例の断線検出回路３７を適用しても良い。
二次空気供給装置の駆動装置に限ることなく、制御用トランジスタにより負荷を直流駆動するものであれば適用が可能である。

本発明を、二次空気供給装置の駆動装置に適用した場合の第１実施例を示す電気的構成図 本発明の第２実施例を示す図１相当図 本発明の第３実施例を示す図１相当図 本発明の第４実施例を示す図１相当図 本発明の第５実施例を示す図１相当図 従来の二次空気導入システムの全体構成を概略的に示す図 図１相当図

符号の説明

図面中、１２ａはモータ（負荷）、１３ａは電磁コイル（負荷）、１８は車載バッテリ（電源）、１９，２０はＮチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ（制御用トランジスタ）、３１は駆動装置、３２は制御部（制御回路）、３３はダイオード（電流検出素子）、３４はコンパレータ（断線検出手段）、３７は断線検出回路、４１は駆動装置、４２は抵抗素子（電流検出素子）、４３は断線検出回路、５１は駆動装置、５２はモータ（負荷）、５３は駆動装置、５４，５５はＰチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ（制御用トランジスタ）、５６，５７はＮチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ（制御用トランジスタ）、５８はＨブリッジ回路、５９は制御部（制御回路）、６１は駆動装置、６２はＰチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ（制御用トランジスタ）、６３はモータ（負荷）を示す。

Claims (6)

1. 電源と第１基準電位点との間に負荷と直列に接続されて、前記負荷に対する通電を制御する制御用トランジスタと、この制御用トランジスタの導通制御を行う制御回路とを備える駆動装置に適用され、前記制御回路と、基準電位を付与する第２基準電位点とを接続する配線に断線が生じたことを検出する断線検出回路であって、
   前記配線経路中において、前記制御回路と前記第２基準電位点との共通接続点と、前記制御用トランジスタを介して流れる電流経路の前記第１基準電位点側との間に挿入され、当該配線に流れる電流を検出するための電流検出素子と、
   前記制御回路を経由して前記電流検出素子に電流が流れたことを検出すると、前記配線の断線を検出する断線検出手段とを備えたことを特徴とする断線検出回路。
2. 前記電流検出素子は、ダイオードで構成されることを特徴とする請求項１記載の断線検出回路。
3. 前記断線検出手段は、前記電流検出素子の両端に発生する電位差を検出するコンパレータで構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の断線検出回路。
4. 前記制御用トランジスタは、電源と前記負荷との間に接続されてハイサイド駆動を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の断線検出回路。
5. 前記制御用トランジスタは、前記負荷と前記第１基準電位点との間に接続されてロウサイド駆動を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の断線検出回路。
6. 前記制御用トランジスタを４素子備え、それらが電源と前記第１基準電位点との間に接続されるＨブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の断線検出回路。

Images