JP2012165569A - 負荷駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る負荷駆動装置は、負荷に電流を断続的に供給する。また、負荷温度が所定閾値未満であるときは、所定閾値以上であるときよりも供給停止期間を短くする。
【選択図】図6
Description
図1は、本発明の実施形態1に係る負荷駆動装置100の回路構成図である。負荷駆動装置100は、例えば車両に搭載されるセンサやモータなどの負荷2に、車両に搭載されたバッテリーから電力を供給して駆動する装置である。
時刻t0〜時刻tの期間では、負荷駆動装置100の状態Stは正常状態である。この場合、入力制御部6が駆動信号Siをオンにすると、電子スイッチ4がオンとなり、負荷2に電流が流れ、負荷2を駆動することができる。
負荷駆動装置100が、過電流の発生し得る状態になった以降の期間では、過電流が発生して負荷2に通常よりも大きな電流が流れる。過電流検出部5が過電流の発生を検出すると、過電流検出信号Sdがハイになる。入力制御部6は、駆動信号Siをローにし、所定時間経過後に、再び駆動信号Siをハイに立ち上げ、負荷2の駆動を再開する。
負荷駆動装置100が、過電流の発生し得る状態になったままの状態で負荷2の駆動を再開すると、再度過電流が生じる。過電流検出部5と入力制御部6は、同様の動作によって電子スイッチ4をオフにし、負荷2に流れる電流を遮断する。以後、同様の動作を繰り返し実施する。
入力制御部6は、負荷駆動装置100の温度が低い場合には、過電流が発生した後に負荷駆動を停止する時間を短くし、ノイズなどの影響によって一時的に過電流が発生した場合であっても、負荷2の駆動を迅速に再開できるようにする。図6における4回目の過電流検出信号Sdまでの動作が、これに相当する。停止期間が短いため駆動再開までの時間は短くて済むが、放熱量が十分でなく、装置温度が次第に上昇していることが分かる。
入力制御部6は、負荷駆動装置100の温度が高い場合には、過電流が発生した後に負荷駆動を停止する時間を長くし、電線3その他の回路部品が温度上昇によって熱損傷することを回避する。図6における4回目の過電流検出信号Sdより後の動作が、これに相当する。停止期間を長くしたことにより、放熱量が発熱量を上回り、装置温度が次第に降下していることが分かる。
温度が高い場合と低い場合の動作切り分けは、例えば切り分けのための温度閾値を入力制御部6にあらかじめ保持させておき、負荷駆動装置100の温度がその温度閾値未満であれば温度が低い場合の動作、温度閾値以上であれば温度が高い場合の動作を実施すればよい。
負荷駆動装置100の温度は、適当な温度センサを負荷駆動装置100内または近傍に配置し、入力制御部6がその計測値を取得することによって得ればよい。または、負荷2を駆動する時間と温度上昇量との対応関係をあらかじめ測定して対応関係データとして入力制御部6に保持させておき、その対応関係データに基づき負荷駆動装置100の温度を推定するようにしてもよい。その他、負荷駆動装置100の抵抗成分からの発熱量を、抵抗値、電流値などのパラメータに基づき算出し、これに基づき負荷駆動装置100の温度を推定してもよい。その他任意の温度推定手法を用いることもできる。
負荷駆動装置100の筐体サイズなどが比較的大きい場合、筐体内の部位によって温度が大きく異なる場合がある。この場合は、例えば負荷2またはその近傍など、基準となる適当な回路部品の温度をもって、負荷駆動装置100の温度としてもよい。
以上のように、本実施形態1に係る負荷駆動装置100によれば、入力制御部6は、過電流検出部5が過電流を検出すると、負荷2に電流を供給する期間と供給しない期間を繰り返す。また、負荷駆動装置100の温度が温度閾値未満であるときは、温度閾値以上であるときよりも、負荷2を駆動停止する期間を短くする。これにより、温度が低いときは過電流が一時的なものとして取り扱って復帰時間を短くすることを優先しつつ、温度が高いときは過電流による熱損傷を回避することを優先し、これら双方の目的をともに達成することができる。
実施形態1では、過電流検出部5が所定閾値以上の電流を検出したときは、負荷2に過電流が流れているものとして取り扱うこととした。一方、電流値が過電流よりも小さい場合でも、ある程度の大きい電流が長時間負荷2に流れ続けると、過電流が流れた場合と同様に回路部品が熱損傷する可能性がある。
駆動停止時間算出部7は、ある期間中に負荷駆動装置100の温度が上昇した幅を推定または計測し、その温度上昇分を下げることができるだけの停止時間を算出する。入力制御部6は、算出された停止時間にしたがって負荷2の駆動を停止する。推定手法や算出手法として、実施形態1で説明した対応関係データを用いる手法や、回路パラメータを用いて算出する手法などを用いることができる。
駆動停止時間算出部7は、負荷駆動装置100の温度を推定または計測し、定格温度前後の所定範囲内で負荷駆動装置100を動作させることができる、極力短い最短停止時間を算出する。入力制御部6は、算出された停止時間にしたがって負荷2の駆動を停止する。推定手法や算出手法については上記と同様である。
過電流検出部5は、負荷2に流れる電流をモニタする(S101)。過電流検出部5は、負荷2に短時間定格電流Ath2以上の電流が流れているか否かを判定する(S102)。短時間定格電流Ath2以上の電流が流れている場合はステップS103へ進み、それ以外であれば本動作フローを終了する。
過電流検出部5は、負荷2に短時間定格電流が流れている時間を計時するためのタイマ起動し、経過時間を計時する。ここでは、タイマカウントが次第に減少していき、0になった時点で、起動時に指定した時間が経過したものと判定することにする。
過電流検出部5は、電流値Amが瞬時定格電流Ath1以上となったか、またはステップS103でタイマを起動してから所定時間Tra(短時間定格時間)が経過した場合は、過電流が発生していると判定する。過電流が発生していると判定する場合はステップS107へスキップし、それ以外の場合はステップS105へ進む。
駆動停止時間算出部7は、改めて電流値Amをモニタする(S105)。駆動停止時間算出部7は、電流値Amと短時間定格電流Ath2を比較する(S106)。電流値Amが短時間定格電流Ath2以上である場合は、電流値Amが瞬時定格電流Ath1と短時間定格電流Ath2の間にあるということなので、短時間定格電流が流れ続けている時間をカウント継続するため、ステップS104に戻る。電流値Amが短時間定格電流Ath2未満である場合は、電流値Amが十分小さくなっているので、本動作フローを終了する。
駆動停止時間算出部7は、短時間定格電流Ath2以上の電流が負荷2に流れ始めた時点から、S104で過電流が検出されるまでの間における、負荷駆動装置100の上昇温度Nisを算出または推定する。算出手法または推定手法については、実施形態1で説明した対応関係データを用いる手法や、回路パラメータを用いて算出する手法などを用いることができる。以下のステップでも同様である。
駆動停止時間算出部7は、ステップS107で求めた上昇温度Nisだけ負荷駆動装置100の温度を下降させることのできる停止時間Tprを、推定または算出する。すなわち、負荷2に電流を流さない期間において、負荷駆動装置100の温度がNisだけ降下するのに十分な時間を、本ステップで求める。上昇温度Nisが大きいほど、温度を下げるための放熱量が大きくなるので、停止時間Tprは長くなる。
本ステップで求める停止時間Tprは、図6において駆動信号Siをオフにしている時間に相当する。本実施形態2では、瞬時定格電流以上の電流のみならず、短時間定格電流以上の電流についても停止時間を長めに設定することにしたため、本ステップで双方について適切な停止時間を求めることとした。
実施形態1において、瞬時定格電流以上の電流については、負荷駆動装置100の温度が温度閾値を上回った場合に、停止時間を長くすることを説明した。短時間定格電流以上の電流についても同様に、負荷駆動装置100の温度が温度閾値を上回った場合に、停止時間を長くすることができる。
ここでは、上述の「駆動時間と停止時間を最適化する手法その1」で説明した手法を採用した例を説明したが、本ステップにおいて、「駆動時間と停止時間を最適化する手法その2」で説明した手法を採用することもできる。
入力制御部6は、ステップS108で駆動停止時間算出部7が求めた停止時間Tprにしたがって、電子スイッチ4をオフし、負荷2へ流れる電流を停止する。また、停止時間Tprを計時するタイマを起動して経過時間を計時する。
入力制御部6は、停止時間Tprが経過するまで待機し(S110)、電子スイッチ4を再度オンにして負荷2を駆動する(S111)。
以上のように、本実施形態2に係る負荷駆動装置100は、短時間定格電流以上の電流を検出してから所定時間が経過するまでの上昇温度を算出または推定し、その温度上昇分を下げることができる停止時間Tprを求める。これにより、瞬時定格電流による熱損傷を保護するのみならず、短時間定格電流による熱損傷も保護することができる。
実施形態2では、短時間定格電流以上の電流を検出してからの温度上昇分を都度算出または推定し、その温度上昇分を降下させることのできる停止時間Tprを求めることを説明した。本発明の実施形態3では、温度上昇分を都度算出または推定することに代えて、現時点における負荷駆動装置100の温度を簡易的に算出または推定し、必要な温度降下幅を求める手法を説明する。負荷駆動装置100の構成は実施形態2と同様である。
負荷駆動装置100の上昇温度は、負荷2の電流値Am、負荷2に電流が流れている時間、各電子部品の導体抵抗値などの回路パラメータ(回路定格値)などを用いて算出することができる。上記手法で求めた上昇温度を降下させることができる停止時間を、以下で説明する手法により求めればよい。
負荷2に流れる電流Amを、所定時間モニタする。温度上昇幅は、最大電流値に最も影響されると考えられるので、その時間内における最大電流値と負荷駆動装置100の温度の間には、相関関係があると考えられる。そこで、ある時間幅内に流れる最大電流値と負荷駆動装置100の温度との対応関係をあらかじめ測定してデータとして保持しておき、実際に測定した最大電流値に対応させて、負荷駆動装置100の上昇温度を簡易算出することができる。
負荷駆動装置100内の雰囲気温度を一定とすると、電線3の放熱特性および電流Amが停止している時間と、負荷駆動装置100の温度下降幅とは、概ね時間比例の関係にある。そこで、単位時間あたりの下降温度をあらかじめ測定して定数として定義しておき、上記比例関係式を用いて、負荷駆動装置100の下降温度を算出することができる。同様に、下降させたい温度幅が定まれば、そのために必要な負荷停止時間を算出することができる。
過電流検出部5は、負荷2に流れる電流をモニタする(S201)。入力制御部6は、所定のサンプリング時間における温度変化ΔNを、1サンプリング時間における上昇温度Nisと下降温度Ndsに基づき算出し、ΔNを積算することによって、現在の負荷駆動装置100の推定温度Nxを算出する。温度センサなどの計測値を取得できる場合は、これを用いてもよい。
入力制御部6は、ステップS202で求めた温度Nxを、所定の許容温度と比較する。推定温度Nxが所定の許容温度以上である場合はステップS204へ進み、それ以外であればステップS208へ進む。
駆動停止時間算出部7は、負荷駆動装置100の温度を温度閾値未満まで下降させることのできる停止時間Tplを、上記手法を用いて算出する。
入力制御部6は、ステップS204で駆動停止時間算出部7が求めた停止時間Tplにしたがって、電子スイッチ4をオフし、負荷2へ流れる電流を停止する。また、停止時間Tplを計時するタイマを起動して経過時間を計時する。
入力制御部6は、停止時間Tplが経過するまで待機し(S206)、電子スイッチ4を再度オンにして負荷2を駆動する(S207)。
ステップS203において、推定温度Nxが所定の許容温度に到達していないと判断した場合は、推定温度Nxに基づき停止時間Tplを算出することに代えて、実施形態2と同様に瞬時定格電流または短時間定格電流を基準として停止時間Tppを算出する。ステップS208〜S216の処理は図8のステップ102〜S110と概ね同様であるが、既にステップS202で温度Nxを算出しているため、ステップS107に該当するステップは省略している。
これらのステップにおいて、停止時間Tppを算出する際には、実施形態1〜2と同様の手法を用いてもよいし、ステップS201〜S207と同様の回路定格値を用いた簡易手法を用いてもよい。
以上のように、本実施形態3に係る負荷駆動装置100は、負荷駆動装置100の現時点の温度Nxを取得し、温度Nxを温度閾値未満まで下げることのできる停止時間Tplを算出して負荷2の駆動を停止させる。これにより、瞬時定格電流や短時間定格電流に基づいて停止時間Tppを算出する処理よりも簡易に停止時間Tplを求めることができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
本発明の実施形態4では、負荷駆動装置100の発熱量が電流値Amや電流が流れている時間に依拠することを利用して、電子スイッチ4がオンになっている時間、またはオフになっている時間に基づき、負荷2の駆動を停止する時間を簡易的に算出する手法を説明する。負荷駆動装置100の構成は実施形態2と同様である。
駆動停止時間算出部7は、電子スイッチ4がオフされたか否かを判定する。電子スイッチ4がオフされていればステップS302へ進み、オフされていなければステップS305へスキップする。
駆動停止時間算出部7は、電子スイッチ4がオフになっている時間を計時するためのタイマToffを起動する(S302)。駆動停止時間算出部7は、電子スイッチ4がオンになるまで待機する(S303)。
駆動停止時間算出部7は、電子スイッチ4がオンになっている時間を計時するためのタイマTonを起動する。
これらのステップの処理は、図8のステップ101〜S110と概ね同様である。ただし本実施形態4では、ステップS311において、電子スイッチ4をオン/オフしている時間に基づき簡易的に停止時間Tp0を算出するため、ステップS107に該当するステップは省略している。
オン時間Tonおよびオフ時間Toffと、停止時間Tp0との対応関係を、あらかじめ対応関係データとして入力制御部6に保持させておき、これに基づき停止時間Tp0を算出することができる。あるいは、TonとToffの比率、負荷2の抵抗値などの回路定格値などに基づき、簡易的にTp0を算出することもできる。
以上のように、本実施形態4に係る負荷駆動装置100は、電子スイッチ4がオンになっている時間およびオフになっている時間に基づき、負荷2の駆動を停止する時間Tp0を簡易算出する。これにより、瞬時定格電流や短時間定格電流に基づいて停止時間Tppを算出する処理よりも簡易に停止時間Tp0を求めることができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
Claims (8)
- 負荷に供給する電流を制御する負荷駆動装置であって、
前記負荷に供給する電流を検出する電流検出部と、
前記負荷駆動装置の温度の計測値または推定値に基づき前記電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電流検出部が過電流を検出すると、
前記負荷に電流を供給する供給期間と前記負荷に電流を供給しない供給停止期間とを繰り返すことにより、前記負荷に断続的に電流を供給し、
前記温度が所定温度閾値未満であると判断するときは、前記温度が前記所定温度閾値以上であると判断するときよりも、前記供給停止期間を短くする
ことを特徴とする負荷駆動装置。 - 前記制御部は、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を所定時間以上検出し続けたときは、前記負荷に過電流が流れていると判断し、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を検出してから前記所定時間が経過するまでの前記負荷駆動装置の温度上昇分を推定し、その温度上昇分を前記供給停止期間内に下げることができる前記供給停止期間の時間幅を推定してその時間幅で前記供給停止期間を設ける
ことを特徴とする請求項1記載の負荷駆動装置。 - 前記制御部は、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を検出してから前記所定時間が経過したときは、前記温度が前記所定温度閾値を上回っている量が大きいほど、前記供給停止時間を長くする
ことを特徴とする請求項2記載の負荷駆動装置。 - 前記制御部は、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を検出してから前記所定時間が経過したときは、前記温度を前記負荷駆動装置の定格温度前後の所定範囲内に収めることができる最短の前記供給停止期間の時間幅を推定し、その時間幅で前記供給停止期間を設ける
ことを特徴とする請求項2記載の負荷駆動装置。 - 前記制御部は、
前記温度の現時点の計測値または推定値を取得し、
前記計測値または前記推定値が所定の許容温度以上である場合は、前記負荷駆動装置の温度を前記所定温度閾値未満まで前記供給停止期間内に下げることができる前記供給停止期間の時間幅を推定してその時間幅で前記供給停止期間を設ける
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の負荷駆動装置。 - 前記制御部は、
前記負荷駆動装置の回路定格値に基づき前記負荷駆動装置の温度上昇幅および温度低下幅を算出し、
その算出結果に基づき前記温度および前記時間幅を推定する
ことを特徴とする請求項5記載の負荷駆動装置。 - 前記制御部は、前記負荷に電流を供給し始めてからの経過時間が長いほど前記供給停止期間を長くする
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の負荷駆動装置。 - 前記制御部は、前記負荷に流れる最大電流値および前記負荷駆動装置の抵抗値に基づき前記供給停止期間を算出する
ことを特徴とする請求項7記載の負荷駆動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011024214A JP2012165569A (ja) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | 負荷駆動装置 |
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Family Applications (1)
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JP2011024214A Pending JP2012165569A (ja) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | 負荷駆動装置 |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000341801A (ja) * | 1999-05-31 | 2000-12-08 | Denso Corp | 電気自動車用電源装置 |
JP2002100972A (ja) * | 2000-09-21 | 2002-04-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 負荷駆動装置 |
JP2007028741A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Hitachi Ltd | 電力変換器とその管理システム |
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2011
- 2011-02-07 JP JP2011024214A patent/JP2012165569A/ja active Pending
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JP2000341801A (ja) * | 1999-05-31 | 2000-12-08 | Denso Corp | 電気自動車用電源装置 |
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