JP2010062675A - 電磁負荷回路の故障診断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電磁負荷回路が含むFETのようなスイッチ素子のレアショートを検出し、電磁負荷回路の故障診断を的確に行う。
【解決手段】ハイサイドスイッチ素子、ロウサイドスイッチ素子あるいは電磁負荷自身が、ある所定のインピーダンスを持った状態で、電源電圧端子もしくはグランドに短絡したレアショートを検出し、故障診断を行う故障診断回路101を設ける。
【選択図】図1

Description

本発明は、電磁負荷回路の故障診断装置に係り、特に、内燃機関の燃料噴射弁等の電磁負荷(インダクタンス負荷)を含む回路の故障診断装置に関する。
自動車、オートバイ、農耕機、工機、船舶機等に用いられるガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関には、燃費や出力向上の目的で、インジェクタ(燃料噴射弁)によって気筒内に燃料を直接噴射するものがある。
このような気筒内直接噴射型内燃機関では、従来の方式と比べ、高圧に加圧した燃料をインジェクタに供給し、高圧燃料をインジェクタより気筒内に噴射するため、インジェクタの開弁動作に、多くのエネルギ(開弁電磁力)を必要とする。このようなことから、近年、気筒内直接噴射型内燃機関に用いられるインジェクタのような電磁負荷に流す電流が増加する傾向にあり、電磁負荷、駆動回路素子を含む電磁負荷回路の故障が生じ易くなっている。このため、電磁負荷回路の故障診断の細分化、高精度化の需要が高くなってきている。
直噴用のインジェクタを含む回路構成例を、図19を参照して説明する。
電磁負荷であるインジェクタ20は、プラス端子を、スイッチ素子であるVBハイサイドドライバ16とVHハイサイドドライバ14により、通常電圧(バッテリ電圧VB)の電源端子15と、バッテリ電圧VBよりも高い電圧に昇圧した昇圧電圧VHの高圧電源端子13の何れか一方に接続される。VBハイサイドドライバ16とVHハイサイドドライバ14との間には逆流防止のためのダイオード17が接続されている。インジェクタ20のマイナス端子は、スイッチ素子であるローサイドドライバ18、シャント抵抗22を介して接地(GND)接続される。
ここでは、電磁負荷20から見て電圧端子側をハイサイド(上流)、電源グランド(GND)側をロウサイド(下流)と称する。
VBハイサイドドライバ16、VHハイサイドドライバ14、ローサイドドライバ18は、各々、VBハイサイドドライバ駆動信号生成回路7、VHハイサイドドライバ駆動信号生成回路8、ローサイドドライバ駆動信号生成回路9が出力するドライバ駆動信号(c)、(b)、(f)により駆動制御される。各ドライバ駆動信号生成回路7、8、9は、マイクロプロセッサユニット(MPU)1の制御信号(a)によってロジック動作するロジック回路3が出力するロジック信号によって互いに関連して制御信号を生成する。
シャント抵抗22にはインジェクタ20を流れる電流を検出する電流検出回路24が接続されている。電流検出回路24には電圧検出回路28が接続されている。電圧検出回路28は、第一基準電圧生成回路26より第一基準電圧(h)を入力し、第一電圧検出信号(i)をロジック回路3に入力する。
代表的な直噴用のインジェクタ20の電流波形は、図20にシャント抵抗通電電流(インジェクタ電流)として示されているように、通電初期のピーク電流通電期間に昇圧電圧VHを使ってインジェクタ電流を予め定められたピーク電流停止電流まで短時間に上昇させる。次に、インジェクタ20の所定時間開弁のために、VBハイサイドドライバ16のスイッチング動作によってバッテリ電圧によって所定電流値によるインジェクタ電流を保持する。噴射終了時には、インジェクタ20の閉弁を速やかに行うために、ローサイドド
ライバ18によってインジェクタ通電電流の通電電流下降を短時間に行い、インジェクタ電流を遮断する(例えば、特許文献1)。
詳細には、MPU1から出力された制御信号(a)の立ち上がりによりVHハイサイドドライバ駆動信号(b)はロウ、ローサイドドライバ駆動信号(f)はハイになり、電磁負荷通電電流と等価のシャント抵抗通電電流(g)はピーク電流閾値Apまで到達する。シャント抵抗通電電流がピーク電流閾値Apに到達した後、保持電流閾値Ah1に到達し、VBハイサイドドライバ駆動信号(b)がチョッピングする。ある一定時間が経過すると、第一基準電圧(h)が切り替わり、保持電流閾値Ah2に遷移する。以上の流れでインジェクタ20は制御される。
なお、図20において、(d)は電磁負荷(インジェクタ)上流電圧を、(h)は電磁負荷(インジェクタ)下流電圧を、(i)は第一電圧検出信号を示している。
上述の電磁負荷回路では、インジェクタ電流をある所定の電流値に保持するためのスイッチ素子、つまり、VBハイサイドドライバ16が、ある程度のインピーダンスを持った状態で、スイッチ素子の上流と下流とで短絡した場合の故障、つまり、レアショート故障を診断することができない。
VBハイサイドドライバ16を構成するFETのようなスイッチ素子にレアショート故障Eが生じた場合、電流保持区間ではフルスイッチングすることができないため、シャント抵抗通電電流は著しく低下することになる。ただし、完全に故障していないため、微弱な電流は流すことができる。レアショート故障は完全な破壊ではないため、例えば、そこに流れる電流は、過大過ぎもせず、少な過ぎもしない場合があり、従来から診断が困難とされている。
電磁負荷のレアショート検出することができる異常検出装置として、レアショートが生じた場合、ピーク電流閾値に到達するまでの時間が短くなることに着目し、ハイサイドドライバスイッチ素子に設置された電流検出回路により過電流検出をすることによってレアショートを検出するものがある(例えば、特許文献2)。
しかし、この異常検出装置は、電磁負荷のレアショート検出であり、スイッチ素子のレアショートを検出対象としておらず、スイッチ素子のレアショートを検出することができない。
また、電磁負荷の下流に対するGNDショートもしくはオープンの異常検出を行うものがある(例えば、特許文献3)。
しかし、これも、スイッチ素子にレアショートが生じた場合の検出を対象としておらず、スイッチ素子のレアショートを検出することができない。
スイッチ素子のレアショートが生じた場合、完全な故障でないため、識別することが困難であり、スイッチ素子を含む電磁負荷回路の故障を的確に認識できていないのが現状である。これは、内燃機関のインジェクタ回路だけでなく、一般的な電磁負荷回路に課された問題である。
特開2004−124890号公報 特開2002−176346号公報 特開2004−347423号公報
本発明は、前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電磁負荷回路が含むFETのようなスイッチ素子のレアショートを検出し、電磁負荷回路の故障診断を的確に行う故障診断装置を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、電源電圧端子とグランドとの間に設けられた電磁負荷の前記電源電圧端子の側にハイサイドスイッチ素子が接続され、前記グランドの側にロウサイドスイッチ素子が接続され、前記ハイサイドスイッチ素子と前記ロウサイドスイッチ素子をスイッチ素子駆動信号生成回路の制御信号により開閉する電磁負荷回路の故障診断装置であって、前記ハイサイドスイッチ素子、前記ロウサイドスイッチ素子あるいは前記電磁負荷自身が、ある所定のインピーダンスを持った状態で、前記電源電圧端子もしくはグランドに短絡したレアショートを検出し、故障診断を行う故障診断手段を有する。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、好ましくは、前記故障診断手段が、前記スイッチ素子駆動信号生成回路に入力される制御信号の立ち上がりもしくは立ち下がりのタイミングで、レアショート故障診断を行う。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、好ましくは、前記故障診断手段が、前記ハイサイドスイッチ素子あるいは前記ロウサイドスイッチ素子のチョッピングのオン・オフ回数と、故障診断閾値である所定回数とを比較することにより、レアショート故障を検出する。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、好ましくは、前記故障診断手段が、前記電磁負荷の電流値と相関性を有する電気値が所定の閾値を超えたときの回数をカウントすることにより、レアショート故障診断を行う。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、好ましくは、前記故障診断手段が、前記スイッチ素子駆動信号生成回路に入力される制御信号の立ち上がりもしくは立ち下がりのタイミングによって駆動を開始した後、前記電磁負荷の電流値が所定の閾値を超えるまでの時間を測定することによりレアショート故障診断する。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、好ましくは、前記故障診断手段が、前記電磁負荷の上流もしくは下流の電圧値が所定の閾値に到達するか否かによってレアショート故障診断する。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、好ましくは、前記スイッチ素子駆動信号生成回路が、前記電磁負荷の電流値と相関性を有する電気信号のフィードバック補償のもとにスイッチ素子駆動信号を生成するものであり、前記故障診断手段が、前記スイッチ素子駆動信号のオン・オフ回数をカウントし、カウントされたオン・オフ回数と所定の閾値とを比較することによりレアショート故障診断する。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、好ましくは、前記故障診断手段が、前記ハイサイドスイッチ素子の出力信号のレベルが閾値以上であるか否かによってレアショート故障診断する。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、好ましくは、前記スイッチ素子駆動信号生成回路は、前記電磁負荷の電流値と相関性を有する電気信号のフィードバック補償のも
とにスイッチ素子駆動信号を生成するものであり、前記故障診断手段は、前記スイッチ素子駆動信号のレベルが閾値以上であるか否かによってレアショート故障診断する。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置は、電磁負荷噴射装置の駆動回路を構成するスイッチ素子に関するスイッチング信号と所定の比較信号とを比較することにより故障診断を行うから、電磁負荷を駆動するFETのようなスイッチ素子が、ある程度のインピーダンスを持った状態で上流と下流との短絡するレアショート故障を信頼性、精度よく検出することができ、安全性の向上が期待できる。
以下に、本発明の電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態を添付の図を参照して説明する。尚、以下の実施形態の説明において、図19の電磁負荷回路と同一あるいは等価のものは、図19に付した符号と同一の符号を付けて説明する。
(実施形態1)
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態1を、図1、図2を参照して説明する。
本実施形態の電磁負荷回路は、バッテリ電圧端子15と電源グランド(GND)との間に設置された電磁負荷(インジェクタ)20と、マイクロプロセッサユニット(MPU)1と、電磁負荷駆動回路300と、故障診断回路101とを有する。
電磁負荷駆動回路300には、電磁負荷20から見てバッテリ電圧端子15側と電源グランド(GND)側とに、それぞれ電磁負荷用のドライバを構成するスイッチ素子(例えばFET)によるVBハイサイドドライバ16とVHハイサイドドライバ14とローサイドドライバ18が設置されている。
ここでは、電磁負荷20から見てバッテリ電圧端子15側をハイサイド(上流)、電源グランド(GND)側をロウサイド(下流)と称する。
電磁負荷駆動回路300は、スイッチ素子駆動信号生成回路301と、電流検出回路24とを有する。電流検出回路24は電磁負荷20の通電電流を検出する。電流検出回路24の電流検出信号はスイッチ素子駆動信号生成回路301にフィードバック入力される。
マイクロプロセッサ1から出力された制御信号(a)は、電磁負荷駆動回路300に入力される。電磁負荷駆動回路300は、制御信号(a)に基づいてスイッチ素子駆動信号生成回路301によってスイッチ素子駆動信号を生成し、スイッチ素子駆動信号を、VBハイサイドドライバ16、VHハイサイドドライバ14、ローサイドドライバ18に入力する。
図2に示されているように、MPU1が出力する制御信号(a)がLOWからHIGHに切り替わると、スイッチ素子駆動信号生成回路301で生成された駆動信号により、スイッチ素子(VBハイサイドドライバ16、VHハイサイドドライバ14、ローサイドドライバ18)が駆動され、まずVHハイサイドドライバ14によって電磁負荷20に電流が通電される。この時の電磁負荷通電電流(g)は、例えば、インジェクタのような電磁負荷20の弁体を応答よく駆動(例えば開弁)するのに必要な程度の比較的大きな電流(Ap)である。VHハイサイドドライバ14による電磁負荷20の駆動後は、引き続き駆動後の弁体の状態を維持する程度の電流が、次のようにして所定時間、電磁負荷20に供給される。この電流保持期間では、VBハイサイドドライバ駆動信号がオン状態を維持し(すなわち、VBハイサイドドライバ16がオン状態)、ハイサイドドライバ駆動信号が
オフ(VHハイサイドドライバ14がオフ状態)し、更に、スイッチ素子駆動信号生成回路301によりチョッピング駆動信号が生成され、電磁負荷20がチョッピングされる。
電磁負荷20の駆動後の電流保持期間の電磁負荷通電電流(g)は、電流検出回路24の出力信号をスイッチ素子駆動信号生成回路301にフィードバックすることにより、所定の電流値(Ah1、Ah2)に維持することができる。このときの電磁負荷20の上流と下流の電圧波形は、(d)、(e)のようになる。
VBハイサイドドライバ16のスイッチ素子にレアショート故障Ebが生じた場合、図2に示されているように、電磁負荷通電電流(g)は、保持電流閾値Ah2よりも低く、かつ、0でない値に保持される。このとき、ある特定のスイッチ素子から出力されるスイッチング出力信号(j)と、ある所定の比較信号(k)とを故障診断回路101によって比較し、差異がある場合には、マイクロプロセッサ1の制御信号(a)の立下り(もしくは立ち上がり)のタイミングで、診断フラグFを出力(HIGHになる)する。レアショート故障Ebが生じている間に再度マイクロプロセッサ制御信号(a)がHIGHになった時、電磁負荷誘電電流(g)は、VHハイサイドドライバ14が駆動により電流値(Ap)まで通電するが、HBハイサイドドライバ16が駆動する区間では、Ah2よりも低く、かつ、0でない値まで低下してスイッチングすることなく保持される。
通常、スイッチ素子の故障は2種類考えられる。その一つは開放(オープン)、もう一つは短絡(ショート)である。スイッチ素子が開放(オープン)した場合には、スイッチングすることができないため、全く通電できなくなる。この故障は、従来から、通電電流をモニタすることで開放故障診断されている。スイッチ素子が短絡(ショート)した場合には、オン抵抗が限りなく小さくなり、スイッチングしたときに過電流が流れる。過電流が流れると、スイッチ素子は配線の溶断等で完全に破壊され、開放状態となるため通電できなくなり、最終的には開放故障診断されることになる。
ここで、スイッチ素子の出力レアショート故障は、三つ目の故障であり、FETのようなスイッチ素子では、ある程度のインピーダンスを持った状態でスイッチ素子の上流と下流の短絡故障することがある。この故障では、入力信号によってスイッチングすることが可能であるが、通常のオン抵抗まで下がりきらない場合には、通電電流は0(ゼロ)ではなく、中途半端に流れることとなる。
本実施形態では、このような中途半端に電流が流れる状態を検出する事が可能となるので、信頼性の高い故障診断を実現することができる。
(実施形態2)
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態(具体例)2を、図3、図4を参照して説明する。
電磁負荷20は、プラス端子を、スイッチ素子であるVBハイサイドドライバ16とVHハイサイドドライバ14により、通常電圧(バッテリ電圧VB)の電源端子15と、バッテリ電圧VBよりも高い電圧に昇圧した昇圧電圧VHの高圧電源端子13の何れか一方に接続される。VBハイサイドドライバ16とVHハイサイドドライバ14との間には逆流防止のためのダイオード17が接続されている。インジェクタ20のマイナス端子は、スイッチ素子であるローサイドドライバ18を介して接地(GND)接続される。
ここでも、電磁負荷20から見て電圧端子側をハイサイド(上流)、電源グランド(GND)側をロウサイド(下流)と称する。
VBハイサイドドライバ16、VHハイサイドドライバ14、ローサイドドライバ18
は、各々、VBハイサイドドライバ駆動信号生成回路7、VHハイサイドドライバ駆動信号生成回路8、ローサイドドライバ駆動信号生成回路9が出力するドライバ駆動信号(制御信号)により駆動制御される。各ドライバ駆動信号生成回路7、8、9は、マイクロプロセッサユニット(MPU)1の出力信号と電磁負荷の電流値と相関性を有する電気信号によるフィードバック補償のもとにロジック動作するロジック回路3が出力するロジック信号によって互いに関連して制御信号を生成する。
ローサイドドライバ18と電源グランド(GND)との間には、電磁負荷通電電流を検出するために、シャント抵抗22が接続されている。シャント抵抗22には電流検出回路24が接続されている。電流検出回路24には第一電圧検出回路28が接続されている。第一電圧検出回路28は、第一基準電圧生成回路26より第一基準電圧(h)を入力し、第一電圧検出信号(i)をロジック回路3に入力する。
ロジック回路3は、電磁負荷の電流値と相関性を有する電気信号として第一電圧検出信号(i)を入力し、第一電圧検出信号(i)とマイクロプロセッサ1から出力される制御信号(a)によりロジック演算を行い、各ドライバの駆動信号をそれぞれのドライバのアナログ駆動信号生成回路7、8、9に出力する。このようにして、アナログ駆動信号生成回路7、8は、電磁負荷20の電流値と相関性を有する電気信号のフィードバック補償のもとにスイッチ素子駆動信号を生成することになる。
故障診断回路101は、診断ウィンドウ信号生成回路30と、AND回路32と、カウンタ回路34と、診断部(診断回路)43とを含み、AND回路32に第一電圧検出信号29を入力し、診断部43より診断フラグFを出力する。
高圧電源端子13の昇圧電圧VHは、バッテリ電圧VBを昇圧したものであり、VHハイサイドドライバ14によって電磁負荷20に印加される。これにより、電磁負荷20に流れる電流を短時間で急速上昇させる。その後、電源端子15のバッテリ電圧VBが、VBハイサイドドライバ16によって電磁負荷20に印加され、電磁負荷通電電流が所定値に保持される。
この過程を、図4を含めて以下に説明する。マイクロプロセッサ1から出力された制御信号(a)は、ロジック回路3に入力される。この制御信号(a)に基づいて、ロジック回路3は、制御信号(a)と第一電圧検出信号(i)に基づいてロジック信号による各ドライバの駆動信号をそれぞれのアナログ駆動信号生成回路7、8、9に出力する。
アナログ駆動信号生成回路7、8、9は、入力したロジック信号に基づきアナログ信号によるVBハイサイドドライバ駆動信号(c)とVHハイサイドドライバ駆動信号(b)とローサイドドライバ駆動信号(f)を生成する。このアナログ駆動信号によって、VBハイサイドドライバ16とVHハイサイドドライバ14とローサイドドライバ18が通電(オン)して、電磁負荷20に電流(電磁負荷電流)が流れ、電磁負荷20が駆動する。
通電開始時の電磁負荷電流20aは、例えば、内燃機関において燃料噴射を行うインジェクタのような電磁負荷20の弁体を応答よく駆動(例えば開弁)するのに必要な程度の比較的大きな電流である。
電磁負荷20の駆動後は、引き続き駆動後の弁体の状態を維持する程度の電流が、次のようにして、所定時間、電磁負荷20に供給される。この場合には、ローサイドドライバ駆動信号12がオン状態を維持し(これによりローサイドドライバ10がオン状態維持)、VHハイサイドドライバ駆動信号11がオフし(これによりVHハイサイドドライバ14がオフ状態)、VBハイサイドドライバ駆動信号生成回路7の動作によって電磁負荷2
0がチョッピングされ、電磁負荷20の駆動後の状態が保持される。チョッピング駆動信号は、マイクロプロセッサ1からの制御信号(a)に基づき、ロジック回路3から出力される。
VBハイサイドドライバ16のスイッチ素子にレアショート故障Ebが生じた場合、シャント抵抗通電電流(g)は、保持電流閾値Ah2よりも低く、かつ、0でない値に保持される。ここで、故障診断回路101によりVBハイサイドドライバ16のスイッチ素子のレアショート故障診断をする。
以下に、故障診断回路の動作を図4を用いて説明をする。シャント抵抗22に流れる電流(g)を電流検出回路24によって検出し、それと等価の電圧値(電磁負荷の電流値と相関性を有する電気値)と第一基準電圧生成回路26によって生成された第一基準電圧(h)とを比較する。等価電圧値が第一基準電圧(h)に達した場合、第一電圧検出出力信号(i)は反転する。
この第一電圧検出出力信号(i)を故障診断回路101のAND回路32の第一の入力信号とし、マイクロプロセッサ1の制御信号(a)に基づいて診断ウィンドウ生成回路30によって生成された診断ウィンドウ信号(n)をAND回路32の第二の入力信号とし、これら2入力信号の論理積をとって診断する。これは、診断ウィンドウ信号(n)がオンしている間だけ、診断することを意味する。
AND回路32が出力する信号(これをチョッピング信号と云う)をカウント回路34によってカウントする。正常に電流制御され、チョッピングされている状態では、カウント回路34のカウンタ出力信号(m)は、カウント初期値Aから開始し、カウントアップCaされ、カウント最終値Cとなる。このカウント最終値Cが診断部43に入力され、ある所定のカウント値と比較される。
レアショート故障の場合には、上述したようにシャント抵抗通電電流(g)は保持電流
閾値Ah2よりも低く、かつ0でない値に保持されるので、チョッピング制御が行われず、チョッピング信号は出力されない。よって、カウント回路34でのカウントアップも行われず、カウント値が所定のしきい値に達しない。このことが、診断部43において診断ウィンドウ信号(n)の立下りで判定され、診断フラグFがHIGH出力されることにな
る。
VHハイサイドドライバ14のスイッチ素子のレアショート故障が生じた場合も同様で、電流値が所定のしきい値に達しないため、チョッピングが行われず、チョッピングのオン・オフ制御の回数のカウントアップが実行されないため、診断フラグFがHIGH出力されることになる。
このように、本実施形態では、VBハイサイドドライバ16のスイッチ素子のチョッピングのオン・オフ回数をカウントすることにより、レアショート故障を検出しており、レアショート故障が検出されることにより、信頼性の高い電磁負荷駆動回路を実現することができる。
(実施形態3)
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態(具体例)3を、図5、図6を参照して説明する。
本実施形態では、実施形態2の故障診断回路101中のカウンタ回路34に代えてチョッピング時間処理回路42を設け、クロック信号生成回路36を追加しており、スイッチ素子駆動信号生成回路に入力される制御信号の立ち上がりもしくは立ち下がりのタイミン
グによって駆動を開始した後、電磁負荷20の電流値が所定の閾値を超えるまでの時間を測定することによりレアショート故障診断を行う。
実施形態3の詳細を以下に説明をする。VBハイサイドドライバ16のスイッチ素子にレアショート故障Ebが生じた場合、実施形態2と同様に、シャント抵抗通電電流(g)は保持電流閾値Ah2に到達することなく下降する。故障診断をする際、本実施形態では、シャント抵抗22に流れる電流を電流検出回路24によって検出し、それと等価の電圧値が第一基準電圧生成回路26よって生成された第一基準電圧に達した場合には、第一電圧検出出力信号(g)は反転する。この第一電圧検出出力信号(g)が反転するまでの時間を検出し、診断する。
つまり、第一電圧検出出力信号(g)と診断ウィンドウ信号(n)を入力とし、AND回路32により論理積演算されたチョッピング信号は、チョッピング時間処理回路42に入力され、クロック信号生成回路36で生成されたクロック信号により、反転するまでの時間(電磁負荷20の電流値が所定値になるまでの時間)Taを計算される。このチョッピング時間Taが、所定の比較値と一致していなければ、診断部43で故障と診断され、診断ウィンドウ信号(n)の立下りで診断フラグFがHIGH出力される。
これにより、レアショート故障を検出可能となり、信頼性の高い電磁負荷駆動回路を実現することができる。また、本実施形態の場合には、クロック信号で生成される所定の閾値を最適な数値とすることにより、所定時間を超えた時点で故障の判断ができ、診断ウィンドウ信号(n)の立下り(制御信号の立下り)を待つこととなく、診断フラグFをHIGHにすることができるというメリットもある。
(実施形態4)
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態(具体例)4を、図7、図8を参照して説明する。
本実施形態は、故障診断の入力信号として電磁負荷20の上流もしくは下流の電圧値(e)を用いている。故障診断回路101の内部構成として、第二電圧検出回路40と、第二基準電圧生成回路38とを有し、第二電圧検出回路40の出力信号(p)と診断ウィンドウ信号(n)とを診断部43に入力し、電磁負荷20の上流もしくは下流の電圧値が所定の閾値に到達するか否かによってレアショート故障診断を行う。
実施形態4の詳細を以下に説明をする。通常、マイクロプロセッサ1が出力する制御信号(a)がオンになり、シャント抵抗22に電流が流れると、ローサイドドライバ18のオン抵抗とシャント抵抗22により、電磁負荷20と電源グランド23との間に電位差が生じる。よって、電磁負荷下流電圧(e)は、シャント抵抗通電電流(g)に相関した電圧値を示すことになる。
VBハイサイドドライバ16のスイッチ素子にレアショート故障Ebが生じると、シャント抵抗通電電流(g)は保持電流閾値Ah2に到達することなく下降する。これに伴い電磁負荷下流電圧(e)の電圧値も小さくなる。この電磁負荷下流電圧(e)と第二基準電圧生成回路38が生成する第二基準電圧値V2とを第二電圧検出回路40で比較し、電磁負荷下流電圧(e)が第二基準電圧値V2よりも下回った場合には、第二電圧検出出力信号(p)がHIGHになり、診断部43が診断ウィンドウ信号(n)の立下りで診断フラグFをHIGH出力する。
上述の処理により、チョッピングが停止して中途半端な電流が流れ続けていることを検出することができるので、レアショート故障を検出することが可能となり、これに伴い信頼性の高い電磁負荷駆動回路を実現することができる。
(実施形態5)
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態5を、図9、図10を参照して説明する。
本実施形態では、故障診断の入力信号として、VBハイサイドドライバ駆動信号生成回路7が出力するVBハイサイドドライバ駆動信号(c)を用いている。VBハイサイドドライバ駆動信号生成回路7は、スイッチング信号生成回路55と、スイッチング信号生成回路55のスイッチング信号(r)の反転信号とロジック3の出力信号を入力するAND回路57と、AND回路57の出力信号を入力するアナログ信号生成回路59とを含む。
故障診断回路101の内部構成は、AND回路32とカウンタ回路34との間に設置されたチョッピング信号合成回路60を有する。チョッピング信号合成回路60は、スイッチング信号生成回路55のスイッチング信号とAND回路32の出力信号であるチョッピング信号とを入力とし、チョッピング信号合成信号(s)を出力する。
本実施形態のレアショート故障診断のアルゴリズムは、スイッチ素子駆動信号生成回路が電磁負荷20の電流値と相関性を有する電気信号のフィードバック補償のもとにスイッチ素子駆動信号を生成するものである場合に、そのスイッチ素子駆動信号のオン・オフ回数をカウントし、カウントされたオン・オフ回数と所定の閾値とを比較することによりレアショートの故障診断を行うものである。
その他の基本的な動作については、実施形態2と変わらない。
実施形態5の詳細を以下に説明をする。VBハイサイドドライバ16のスイッチ素子のように、バッテリ電圧端子15と電磁負荷20との間に設置されたスイッチ素子を駆動させるには、通常、ゲート・ソース間の電位差を確保するために、アナログ信号生成回路59によって、VBハイサイドドライバ16のゲート電圧をバッテリ電圧VBよりも高く昇圧させている。このため、VBハイサイドドライバ16のスイッチングを利用して、VBハイサイドドライバ16のソース側とバッテリ電圧端子15との間に接続した容量にレギュレートし昇圧させるのが一般的である。
しかし、バッテリ電圧VBが低い時にはVBハイサイドドライバ16がスイッチングできないために昇圧できない場合には、スイッチング信号生成回路55で生成されたスイッチング信号(r)により、VBハイサイドドライバ16を強制的にスイッチングし、昇圧させる。
VBハイサイドドライバ16のスイッチ素子にレアショート故障Ebが生じた場合、シャント抵抗通電電流(g)は保持電流閾値Ah2に到達することなく下降する。同時に、ロジック回路3から出力されるVBハイサイドドライバのロジック駆動信号とスイッチング信号(r)を入力するAND回路57の出力信号であるロジック合成信号(q)を、故障診断回路101のAND回路32の入力信号とする。
診断ウィンドウ信号(n)とロジック合成信号(q)とを入力信号とするAND回路32が出力するチョッピング信号は、スイッチング信号(r)の影響により、誤診断する可能性がある。そこで、スイッチング信号(r)とAND回路32が出力するチョッピング信号とを入力信号としてチョッピング信号合成回路60で同期をとることで、スイッチング信号(r)の影響をマスクする。
チョッピング信号合成回路60が出力するスイッチング信号合成信号(s)をカウンタ回路34の入力信号とする。スイッチング信号合成信号(s)のチョッピング回数をカウンタ回路34でカウントし、診断部43が診断ウィンドウ信号(n)の立下りで診断フラ
グFをHIGH出力する。
このように、本実施形態でも、チョッピングのオン・オフ制御の回数をカウントすることにより、レアショート故障を検出しており、レアショート故障が検出されることにより、信頼性の高い電磁負荷駆動回路を実現することができる。
(実施形態6)
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態6を、図11、図12を参照して説明する。
本実施形態では、故障診断の入力信号として、ロジック回路3がVBハイサイドドライバ駆動信号生成回路7へ出力するロジック信号を用いている。故障診断回路101の内部構成は、実施形態2のものと実質的に同一であり、スイッチ素子駆動信号生成回路と云えるロジック回路3が電磁負荷20の電流値と相関性を有する電気信号のフィードバック補償のもとにスイッチ素子駆動信号を生成するものである場合に、そのスイッチ素子駆動信号のオン・オフ回数をカウントし、カウントされたオン・オフ回数と所定の閾値とを比較することによりレアショートの故障診断を行うものである。
実施形態6の詳細を以下に説明をする。VBハイサイドドライバ16のスイッチ素子にレアショート故障Ebが生じた場合、実施形態5と同様に、シャント抵抗通電電流(g)は保持電流閾値Ah2に到達することなく下降する。同時に、ロジック回路3から出力されるVBハイサイドドライバ16のためのロジック駆動信号と診断ウィンドウ信号(n)を故障診断回路101のAND回路32入力信号とする。AND回路32が出力するチョッピング信号をカウンタ回路34に入力し、カウンタ回路34でチョッピング回数をカウントする。そして、診断部43が診断ウィンドウ信号(n)の立下りで診断フラグFをHIGH出力する。
この処理でも、チョッピングが停止して、VBハイサイドドライバ16に中途半端な電流が流れ続けていることを検出することができるので、VBハイサイドドライバ16のレアショート故障を検出可能となり、信頼性の高い電磁負荷駆動回路を実現することができる。
(実施形態7)
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態7を、図13、図14を参照して説明する。
本実施形態では、故障診断回路101の入力信号として、VBハイサイドドライバ16のソース電圧、つまりVBハイサイドドライバ出力信号(s)を用いている。故障診断回路101の内部構成は、実施形態4のものと実質的に同一であり、ハイサイドスイッチ素子の出力信号のレベルが閾値以上であるか否かによってレアショート故障診断を行う。
実施形態7の詳細を以下に説明をする。通常、マイクロプロセッサ1が出力する制御信号(a)がオンし、VBハイサイドドライバ16がチョッピングした場合、VBハイサイドドライバ16のソース電圧はバッテリ電圧と0(ゼロ)Vの間でチョッピングする。
VBハイサイドドライバ16のスイッチ素子にレアショート故障Ebが生じた場合、シャント抵抗通電電流(g)は保持電流閾値Ah2に到達することなく下降する。同時に、VBハイサイドドライバ16はチョッピングできなくなるため、VBハイサイドドライバ出力信号(s)はバッテリ電圧VBのレベルまでオンすることができず、中途半端なオン状態になる。
VBハイサイドドライバ出力信号(s)のレベルを第二電圧検出回路40で監視し、V
Bハイサイドドライバ出力信号(s)が第二基準電圧V2よりも下回った場合には、診断部43が診断ウィンドウ信号(n)の立下りで診断フラグFをHIGH出力する。
このような処理によっても、チョッピングが停止して、VBハイサイドドライバ16に中途半端な電流が流れ続けていることを検出することができるので、VBハイサイドドライバ16のレアショート故障を検出することが可能となり、信頼性の高い電磁負荷駆動回路を実現することができる。
(実施形態8)
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態8を、図15、図16を参照して説明する。
本実施形態では、故障診断の入力信号として、VHハイサイドドライバ14の出力信号(t)を用いている。故障診断回路101の内部構成は、実施形態7のものと実質的に同一であり、ハイサイドドライバの出力信号のレベルが閾値以上であるか否かによってレアショート故障診断する。
なお、診断ウィンドウ信号生成回路30は、ロジック回路3がVHハイサイドドライバ駆動信号生成回路8へ出力するロジック信号を用いて診断ウィンドウ信号(n)を生成する。
実施形態8の詳細を以下に説明をする。通常、マイクロプロセッサ1の制御信号(a)がオンし、VHハイサイドドライバ14がチョッピングした場合、VHハイサイドドライバ14のソース電圧は昇圧電圧VHと0(ゼロ)Vの間でチョッピングする。
VHハイサイドドライバ14のスイッチ素子にレアショート故障Ehが生じた場合、VHハイサイドドライバ14はオンすることができず、かつ、チョッピングできなくなるため、VHハイサイドドライバ出力信号(t)は昇圧電圧VHのレベルまでオンすることができず、中途半端なオン状態になる。
VHハイサイドドライバ出力信号(t)のレベル(電圧)を第二電圧検出回路40で監視し、VHハイサイドドライバ出力信号(t)が所定の第二基準電圧V2よりも下回った場合には、診断部43が診断ウィンドウ信号(n)の立下りで診断フラグFをHIGH出力する。
このような処理により、VHハイサイドドライバ14のチョッピングが停止して、VHハイサイドドライバ14に中途半端な電流が流れ続けていることを検出することができるので、VHハイサイドドライバ14のレアショート故障を検出することが可能となり、信頼性の高い電磁負荷駆動回路を実現することができる。
(実施形態9)
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態9を、図17、図18を参照して説明する。
本実施形態では、故障診断の入力信号として、ロジック回路3がVHハイサイドドライバ駆動信号生成回路8へ出力するロジック信号を用いている。故障診断回路101の内部構成は、実施形態2のものと実質的に同一であり、スイッチ素子駆動信号生成回路と云えるロジック回路3が電磁負荷20の電流値と相関性を有する電気信号のフィードバック補償のもとにスイッチ素子駆動信号を生成するものである場合に、そのスイッチ素子駆動信号のオン・オフ回数をカウントし、カウントされたオン・オフ回数と所定の閾値とを比較することによりレアショートの故障診断を行うものである。
実施形態9の詳細を以下に説明をする。通常、マイクロプロセッサ1が出力する制御信
号(a)がオンし、VHハイサイドドライバ14がチョッピングした場合、VHハイサイドドライバ14のソース電圧は昇圧電圧VHと0(ゼロ)Vの間でチョッピングする。
VHハイサイドドライバ14のスイッチ素子にレアショート故障Ehが生じると、シャント抵抗通電電流(g)はピーク電流閾値Apに到達することなく下降する。同時に、ロジック回路3から出力されるVHハイサイドドライバ14のロジック駆動信号を故障診断回路101の入力し、カウンタ回路34でチョッピング回数をカウントする。そして、診断部43が診断ウィンドウ信号(n)の立下りで診断フラグFをHIGH出力する。
このような処理により、VHハイサイドドライバ14のチョッピングが停止して、VHハイサイドドライバ14に中途半端な電流が流れ続けていることを検出することができるので、VHハイサイドドライバ14のレアショート故障を検出することが可能となり、信頼性の高い電磁負荷駆動回路を実現することができる。
上述のいずれの実施形態においても、電磁負荷回路ならびに故障診断装置は、集積化回路、外部回路等によるハードウェアにより構成することも、マイクロコンピュータが実行するコンピュータプログラムによるソフトウェアにより構成することもできる。
本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態1を示すブロック図。 実施形態1の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。 本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態2を示すブロック図。 実施形態2の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。 本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態3を示すブロック図。 実施形態3の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。 本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態4を示すブロック図。 実施形態4の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。 本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態5を示すブロック図。 実施形態5の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。 本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態6を示すブロック図。 実施形態6の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。 本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態7を示すブロック図。 実施形態7の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。 本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態8を示すブロック図。 実施形態8の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。 本発明による電磁負荷回路の故障診断装置の実施形態9を示すブロック図。 実施形態9の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。 電磁負荷回路の故障診断装置の従来例を示すブロック図。 従来例の故障診断装置の動作波形を示すタイムチャート。
符号の説明
1 マイクロプロセッサ、
3 ロジック回路
7 VBハイサイドドライバ駆動アナログ信号生成回路
8 VHハイサイドドライバ駆動アナログ信号生成回路
9 ローサイドドライバ駆動アナログ信号生成回路
13 VH電源電圧端子
14 VHハイサイドドライバ
15 VB電源電圧端子
16 VBハイサイドドライバ
17 逆流防止素子
18 ローサイドドライバ
20 電磁負荷
22 シャント抵抗
24 電流検出回路
26 第一基準電圧生成回路
28 第一電圧検出回路
30 診断ウィンドウ信号生成回路
32 AND回路
34 カウンタ回路
36 クロック信号生成回路
38 第二基準電圧生成回路
40 第二電圧検出回路
42 チョッピング時間処理回路
43 診断部
55 スイッチング信号生成回路
57 ロジック信号合成回路
59 アナログ信号生成回路
60 チョッピング信号合成回路
101 故障診断回路
300 電磁負荷駆動回路
301 スイッチ素子駆動信号生成回路

Claims (9)

  1. 電源電圧端子とグランドとの間に設けられた電磁負荷の前記電源電圧端子の側にハイサイドスイッチ素子が接続され、前記グランドの側にロウサイドスイッチ素子が接続され、前記ハイサイドスイッチ素子と前記ロウサイドスイッチ素子をスイッチ素子駆動信号生成回路の制御信号により開閉する電磁負荷回路の故障診断装置であって、
    前記ハイサイドスイッチ素子、前記ロウサイドスイッチ素子あるいは前記電磁負荷自身が、ある所定のインピーダンスを持った状態で、前記電源電圧端子もしくはグランドに短絡したレアショートを検出し、故障診断を行う故障診断手段を有することを特徴とする電磁負荷回路の故障診断装置。
  2. 前記故障診断手段は、前記スイッチ素子駆動信号生成回路に入力される制御信号の立ち上がりもしくは立ち下がりのタイミングで、レアショート故障診断を行うことを特徴とする請求項1に記載の電磁負荷回路の故障診断装置。
  3. 前記故障診断手段は、前記ハイサイドスイッチ素子あるいは前記ロウサイドスイッチ素子のチョッピングのオン・オフ回数と、故障診断閾値である所定回数とを比較することにより、レアショート故障を検出するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁負荷回路の故障診断装置。
  4. 前記故障診断手段は、前記電磁負荷の電流値と相関性を有する電気値が所定の閾値を超えたときの回数をカウントすることにより、レアショート故障診断を行うことを特徴とする請求項3に記載の電磁負荷回路の故障診断装置。
  5. 前記故障診断手段は、前記スイッチ素子駆動信号生成回路に入力される制御信号の立ち上がりもしくは立ち下がりのタイミングによって駆動を開始した後、前記電磁負荷の電流値が所定の閾値を超えるまでの時間を測定することによりレアショート故障診断することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁負荷回路の故障診断装置。
  6. 前記故障診断手段は、前記電磁負荷の上流もしくは下流の電圧値が所定の閾値に到達するか否かによってレアショート故障診断することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁負荷回路の故障診断装置。
  7. 前記スイッチ素子駆動信号生成回路は、前記電磁負荷の電流値と相関性を有する電気信号のフィードバック補償のもとにスイッチ素子駆動信号を生成するものであり、前記故障診断手段は、前記スイッチ素子駆動信号のオン・オフ回数をカウントし、カウントされたオン・オフ回数と所定の閾値とを比較することによりレアショート故障診断することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁負荷回路の故障診断装置。
  8. 前記故障診断手段は、前記ハイサイドスイッチ素子の出力信号のレベルが閾値以上であるか否かによってレアショート故障診断することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁負荷回路の故障診断装置。
  9. 前記スイッチ素子駆動信号生成回路は、前記電磁負荷の電流値と相関性を有する電気信号のフィードバック補償のもとにスイッチ素子駆動信号を生成するものであり、前記故障診断手段は、前記スイッチ素子駆動信号のレベルが閾値以上であるか否かによってレアショート故障診断することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁負荷回路の故障診断装置。
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