JP2010039182A

JP2010039182A - ヒーター装置

Info

Publication number: JP2010039182A
Application number: JP2008201770A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Katayama; 寧片山
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2010-02-18
Also published as: US20110139766A1; WO2010016614A1; US8742301B2; EP2310904A1; EP2310904B1

Abstract

【課題】ヒーターオン固定に関して設計冗長性の高いＬＣＤヒーター装置を提供する。
【解決手段】本実施形態のＬＣＤヒーター装置１０は、ヒーター７２の下流側に第１のスイッチ手段Ｔｒ１を配置し、下流側に第２のスイッチング手段Ｔｒ２を配置している。これによって、第１のスイッチ手段Ｔｒ１がオン固定故障したときであっても、上流側の第２のスイッチング手段Ｔｒ２が正常であれば、ヒーター７２は、オン固定になることはない。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒーター装置に係り、例えば、表示パネルを所望の温度範囲に制御するヒーター装置に関する。

近年、車両における表示手段として液晶パネルが採用されるケースが増えてきている。この液晶パネルでは、光源であるバックライトに冷陰極管が用いられる構成がある。一般に、冷陰極管は、所望の輝度の出力を得るために、所定の作動温度範囲が設定されている。特に、冷陰極管がオンした直後は、冷陰極管内部の温度が作動温度範囲に対して低くなっているため所望の輝度が得られないという特性がある。そこで、液晶パネルをヒーター等で所望の温度に制御する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図１は、液晶パネルを所望の温度範囲に制御するＬＣＤヒーター装置１１０の概略構成を示す機能ブロック図であり、上述の特許文献１の技術を簡単にまとめて示したものである。ＬＣＤヒーター装置１１０は、ＣＰＵ２０と、ヒーター制御部１４０と、ＬＣＤヒーター部７０とから構成されている。

ＣＰＵ２０は、ハイまたはローを出力するデジタル出力ポートである第１のポートＰ１０及び第２のポートＰ２０と、アナログ入力ポートＡＮを備えている。ここで、第２のポートＰ２０は使用されていない。アナログ入力ポートＡＮには、ヒーター制御部１４０のセンサー部４５を介してサーミスタ７４が接続される。

ＬＣＤヒーター部７０は、抵抗からなるヒーター７２と温度センサーとして機能するサーミスタ７４とを備え、ＬＣＤパネル８０近傍に配置されている。

ヒーター制御部１４０は、センサー部４５と、下流側制御部５０と、定電圧電源Ｖｃｃ２からヒーター７２の方向へ電力を供給するダイオード４１を備えている。具体的には、ダイオード４１のアノードが定電圧電源Ｖｃｃ２に接続され、ダイオード４１のカソードがヒーター７２に接続されている。そして、ＬＣＤヒーター装置１１０が車両に搭載されている構成であれば、定電圧電源Ｖｃｃ２は、例えばイグニションスイッチのオンオフ状態に連動してヒーター７２へ電力供給を行う。

センサー部４５においては、定電圧電源Ｖｃｃ１から接地電位の間に、センサー用抵抗４３とキャパシタ４２が直列に接続されている。そしてセンサー用抵抗４３とキャパシタ４２の接続点Ｔ１と接地電位の間にＬＣＤヒーター部７０のサーミスタ７４が接続されている。また、その接続点Ｔ１は、ＣＰＵ２０のアナログ入力ポートＡＮに接続されている。これによって、温度変化によるサーミスタ７４の抵抗値の変化が、アナログ入力ポートＡＮに電圧変化（センサー用抵抗４３とサーミスタ７４の分圧）として入力され、その入力をもとにＣＰＵ２０は、サーミスタ７４における温度を算出する。

下流側制御部５０は、ヒーター７２の下流側に配置されており、第１のスイッチ手段Ｔｒ１、第１の抵抗５２、第２の抵抗５３とを備えている。具体的には、第１のスイッチ手段Ｔｒ１は、ｎチャネル型のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であって、ドレイン端子Ｄがヒーター７２と接続され、ソース端子Ｓは接地電位に接続される。また、ゲート端子Ｇとソース端子Ｓは第２の抵抗５３により接続され、また、ゲート端子Ｇは第１の抵抗５２を介して第１のポートＰ１０に接続されている。第１の抵抗５２及び第２の抵抗５３の抵抗値は、ゲート端子Ｇに印加する電圧（ハイ電圧）や第１のスイッチ手段Ｔｒ１のスイッチング特性に応じて設定される。そして、第１のポートＰ１０がハイになると、第１のスイッチ手段Ｔｒ１のゲート端子Ｇがハイになり、第１のスイッチ手段Ｔｒ１がオンとなる。このとき、定電圧電源Ｖｃｃ２からヒーター７２に電力が供給され、ヒーター７２はＬＣＤパネル８０を温める。この構成によって、ＣＰＵ２０は、サーミスタ７４の検出した温度をもとに、下流側制御部５０（第１のスイッチ手段Ｔｒ１）をオンオフ制御してヒーター７２への電力供給を制御し、ＬＣＤパネル８０を所望の温度範囲となるようにしている。

また、表示特性の向上や寿命向上を目的として、温度制御を細かく行い、低温時には液晶パネルのバックライトを点灯しないようにしたりする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６０−１０７４３２号公報特開平７−４３６８０号公報

ところで、上述のＬＣＤヒーター装置１１０では、ヒーター７２への電力供給をオンオフする下流側制御部５０がヒーター７２の下流側に配置されている。この下流側制御部５０の第１のスイッチ手段Ｔｒ１が、ハンダ不良や、異物混入によるショート、ノイズなどによるサージ破壊、過電流破壊によってショート破壊となったとき、つまり、第１のスイッチ手段Ｔｒ１がオン固定となったときに、ヒーター７２はオン固定状態となってしまった。その結果、ヒーター７２による過剰加熱によってＬＣＤパネル８０が破壊されてしまう等の重要故障につながる虞があった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決することができる技術を提供することを目的とする。

本発明のある態様は、ヒーター装置に関する。このヒーター装置は、ヒーター抵抗を備えるヒーター部と、前記ヒーター抵抗の下流側に配置されて、電源電圧からの電力供給経路をオンオフ制御する第１のスイッチング手段と、前記ヒーター抵抗の上流側に配置されて、前記電源電圧からの電力供給経路をオンオフ制御する第２のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段及び前記第２のスイッチング手段をそれぞれオンオフ制御するための制御信号を出力する制御手段と、を備え、前記第１のスイッチング手段は、当該第１のスイッチング手段に対する制御信号がハイのときにオンし、前記第２のスイッチング手段は、当該第２のスイッチング手段に対する制御信号がローのときにオンし、前記制御手段は、温度検出手段の測定結果をもとに、前記測定結果が第１の閾値より低いときに前記ヒーター部がオンとなるとように前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段を制御し、前記測定結果が第２の閾値より高いときに前記ヒーター部がオフとなるとように前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段を制御する。
また、前記ヒーター装置は、前記第２のスイッチング手段に対する制御信号のオンオフを反転して前記第２のスイッチング手段に出力する第３のスイッチング手段を備えてもよい。

本発明によれば、ヒーター装置において、ヒーターのオン固定となる故障に対して高い冗長性を実現することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照しつつ説明する。図２は、本実施形態に係るＬＣＤヒーター装置１０の概略構成を示す機能ブロック図である。このＬＣＤヒーター装置１０は、図１に示したＬＣＤヒーター装置１１０における下流側の下流側制御部５０だけでなく、ヒーター７２の上流側にも同様のオンオフ制御機能を有する上流側制御部６０を備えている。

したがって、図１のＬＣＤヒーター装置１１０と異なる部分は、上流側制御部６０を設けたこと及び上流側制御部６０の制御動作にあるので、同様の機能を実現する構成については同じ符号を付して説明は一部省略する。

ＬＣＤヒーター装置１０は、ＣＰＵ２０と、ヒーター制御部４０と、ＬＣＤヒーター部７０とを備えている。ＣＰＵ２０及びＬＣＤヒーター部７０の構成は図１の構成と同一である。

ヒーター制御部４０は、ヒーター７２の上流側に接続されスイッチ回路として機能する上流側制御部６０と、ヒーター７２の下流側に接続され同様にスイッチ回路として機能する下流側制御部５０とを備えている。下流側制御部５０は図１に示した構成及び機能と同様であり説明を省略する。

上流側制御部６０は、本実施形態において特徴的な構成であり、ヒーター７２の上流側の電力供給経路のオンオフを行うために、第２のスイッチング手段Ｔｒ２及び第３のスイッチング手段Ｔｒ３とを備えている。第２のスイッチング手段Ｔｒ２はｐｎｐ型のトランジスタであり、第３のスイッチング手段Ｔｒ３はｎｐｎ型のトランジスタである。

そして、第２のスイッチング手段Ｔｒ２において、エミッタ端子Ｅ１がダイオード４１のカソードに接続され、コレクタ端子Ｃ１がヒーター７２へ接続されている。また、コレクタ端子Ｃ１は第３の抵抗６３を介して接地電位に接続されている。また、エミッタ端子Ｅ１とベース端子Ｂ１は第４の抵抗６４を介して接続されている。さらに、第２のスイッチング手段Ｔｒ２のベース端子Ｂ１と第３のスイッチング手段Ｔｒ３のコレクタ端子Ｃ２は第５の抵抗６５を介して接続されている。第３のスイッチング手段Ｔｒ３のベース端子Ｂ２は第７の抵抗６７を介してＣＰＵ２０の第２のポートＰ２０に接続され、さらにエミッタ端子Ｅ２と第８の抵抗６８を介して接続されている。

この構成によると、第２のポートＰ２０がハイになると、第３のスイッチング手段Ｔｒ３はオンになる。そして、第３のスイッチング手段Ｔｒ３のオンによって、第２のスイッチング手段Ｔｒ２のベース端子B１がローになり、第２のスイッチング手段Ｔｒ２がオンとなる。このとき、第１のスイッチ手段Ｔｒ１がオンであれば、定電圧電源Ｖｃｃ２から、ダイオード４１、第２のスイッチング手段Ｔｒ２、ヒーター７２、第１のスイッチ手段Ｔｒ１を通り接地電位まで電流が流れる。これによって、ヒーター７２に電力が供給され、加熱が行われる。

以上の構成によるＬＣＤヒーター装置１０のヒーター動作について説明する。図３は、ＬＣＤヒーター装置１０のヒーター動作を示すフローチャートである。

まず、ＣＰＵ２０は、アナログ入力ポートＡＮに入力されるサーミスタ７４の計測結果より、ＬＣＤパネル８０の周辺の温度、つまりセンサー温度が、第１の閾値であるヒーターオン閾値以下であるか否かを判断する（Ｓ１０）。ヒーターオン閾値以下である場合（Ｓ１０のＹ）、ＣＰＵ２０は、第１のポートＰ１０と第２のポートＰ２０をハイ出力する（Ｓ１２）。すると、上述した回路動作により、第１のスイッチ手段Ｔｒ１と第２のスイッチング手段Ｔｒ２がともにオンとなり、定電圧電源Ｖｃｃ２からヒーター７２へ電力が供給される。

つづいて、ＣＰＵ２０は、サーミスタ７４の計測結果をもとに、ＬＣＤパネル８０の周辺の温度（センサー温度）が、第２の閾値であるヒーターオフ閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１４）。ヒーターオフ閾値未満である場合（Ｓ１４のＮ）、Ｓ１２の処理に戻り、ＣＰＵ２０は第１のポートＰ１０と第２のポートＰ２０におけるハイ出力を継続する（Ｓ１２）。

Ｓ１４の処理においてヒーターオフ閾値以上である場合（Ｓ１４のＹ）及びＳ１０の処理においてヒーターオン閾値より大きい場合（Ｓ１０のＮ）、ＣＰＵ２０は、第１のポートＰ１０と第２のポートＰ２０とをロー出力する（Ｓ１６）。これによって、ヒーター７２の上流側及び下流側、つまり第２のスイッチング手段Ｔｒ２と第１のスイッチング手段Ｔｒ１がともオフになり、ヒーター７２の電力供給が停止され、加熱が停止する。

つづいて、ＬＣＤヒーター装置１０の重要故障である「ヒーターオン固定」に対する設計冗長性について、図４のＦＴＡ（Fault tree analysis）の図を用いて説明する。図４（ａ）は本実施形態のＬＣＤヒーター装置１０に関するＦＴＡの図であり、図４（ｂ）は従来技術で上述したＬＣＤヒーター装置１１０に関するＦＴＡの図である。

図４（ｂ）に示すように、従来技術のＬＣＤヒーター装置１１０においては、第１のスイッチ手段Ｔｒ１がショートしたり、第１のポートＰ１０の出力がハイ固定すると、第１のスイッチ手段Ｔｒ１がオン固定され、ヒーター７２に常時電力が供給される「ヒーターオン固定故障」状態となる。

一方、図４（ａ）に示すように、本実施形態のＬＣＤヒーター装置１０においては、第１のスイッチ手段Ｔｒ１と第２のスイッチング手段Ｔｒ２の両方がオン固定されないと、「ヒーターオン固定故障」とならない。そして、第１のスイッチ手段Ｔｒ１のオン固定は、図４（ｂ）と同じく、第１のスイッチ手段Ｔｒ１がショートしたり、第１のポートＰ１０の出力がハイ固定となることで生じる。また、第２のスイッチング手段Ｔｒ２のオン固定は、第２のスイッチング手段Ｔｒ２のショートや、第３のスイッチング手段Ｔｒ３のショート、または第１のポートＰ１０のハイ固定により生じる。

以上のように、本実施形態のＬＣＤヒーター装置１０は、ヒーター７２の下流側に第１のスイッチ手段Ｔｒ１を配置し、下流側に第２のスイッチング手段Ｔｒ２を配置している。このため、第１のスイッチ手段Ｔｒ１がオン固定故障したときであっても、上流側の第２のスイッチング手段Ｔｒ２がオン固定しなければ、ヒーター７２はオン固定にはならない。第２のスイッチング手段Ｔｒ２についても同様に、第１のスイッチ手段Ｔｒ１がオン固定しなければ、第２のスイッチング手段Ｔｒ２がオン固定しても、ヒーター７２はオン固定にならない。したがって、本実施形態によると、従来技術と比較して、ヒーターオン固定に関して設計冗長性の高いＬＣＤヒーター装置１０が実現できる。

以上、本発明を実施形態を基に説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、第２のスイッチング手段Ｔｒ２及び第３のスイッチング手段Ｔｒ３は、一般的なバイポーラトランジスタを想定したが、第１のスイッチ手段Ｔｒ１と同様にＦＥＴであってもよい。つまり、第２のスイッチング手段Ｔｒ２はｐチャネル型のＦＥＴ、第３のスイッチング手段Ｔｒ３はｎチャネル型のＦＥＴであってもよい。また、実施形態の上流側制御部６０は、第２のスイッチング手段Ｔｒ２と第３のスイッチング手段Ｔｒ３との二つのトランジスタにより構成されたがこれに限る趣旨ではない。第２のスイッチング手段Ｔｒ２のみの構成であれば、第２のポートＰ２０のオンオフ出力を入れ替えればよい。つまり、第２のスイッチング手段Ｔｒ２をオンするときに、ＣＰＵ２０の第２のポートＰ２０をロー出力とする。

従来技術に係る、ＬＣＤヒーター装置の構成を示す機能ブロック図である。実施形態に係る、ＬＣＤヒーター装置の構成を示す機能ブロック図である。実施形態に係る、ＬＣＤヒーター装置のヒーターのオンオフ制御を示すフローチャートである。実施形態に係るＬＣＤヒーター装置と従来技術のＬＣＤヒーター装置とのヒーターのオン固定の冗長性に関して、ＦＴＡで比較して示した図である。

符号の説明

１０ＬＣＤヒーター装置
２０ＣＰＵ（制御手段）
４０ヒーター制御部
４１ダイオード
４３センサー用抵抗
４５センサー部
５０下流側制御部
６０上流側制御
７０ＬＣＤヒーター部
７２ヒーター（ヒーター抵抗）
７４サーミスタ（温度検出手段）
Ｐ１０第１のポート
Ｐ２０第２のポート
Ｔｒ１第１のスイッチ手段
Ｔｒ２第２のスイッチング手段
Ｔｒ３第３のスイッチング手段
ＡＮアナログ入力ポート

Claims

ヒーター抵抗を備えるヒーター部と、
前記ヒーター抵抗の下流側に配置されて、電源電圧からの電力供給経路をオンオフ制御する第１のスイッチング手段と、
前記ヒーター抵抗の上流側に配置されて、前記電源電圧からの電力供給経路をオンオフ制御する第２のスイッチング手段と、
前記第１のスイッチング手段及び前記第２のスイッチング手段をそれぞれオンオフ制御するための制御信号を出力する制御手段と、
を備え、
前記第１のスイッチング手段は、当該第１のスイッチング手段に対する制御信号がハイのときにオンし、前記第２のスイッチング手段は、当該第２のスイッチング手段に対する制御信号がローのときにオンし、
前記制御手段は、温度検出手段の測定結果をもとに、前記測定結果が第１の閾値より低いときに前記ヒーター部がオンとなるとように前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段を制御し、前記測定結果が第２の閾値より高いときに前記ヒーター部がオフとなるとように前記第１のスイッチング手段と前記第２のスイッチング手段を制御することを特徴とするヒーター装置。
前記第２のスイッチング手段に対する制御信号のオンオフを反転して前記第２のスイッチング手段に出力する第３のスイッチング手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のヒーター装置。