JP2012186966A - 電流制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータ回転速度センサを不要とし、適用範囲の広い故障検出が可能な電流制御装置を提供することにある。
【解決手段】電流制御用半導体素子１は、同一半導体チップ上に、負荷を駆動するトランジスタ４と、負荷の電流を検出する電流検出回路７と、電流指示値と電流検出回路が出力する電流値より、トランジスタのオンＤｕｔｙを演算する補償器８と、オンＤｕｔｙに基づいてトランジスタをオンするパルスを生成するＰＷＭタイマ１２とを有する。マイクロコントローラ６は、電流制御用半導体素子１に電流指令値を送信するとともに、電流制御用半導体素子１から、電流検出回路７が出力する電流値と、補償器８が出力するオンＤｕｔｙを受信し、受信した電流値とオンＤｕｔｙから電流制御用半導体素子１の故障を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流制御装置に係り、特に、電流検出回路の故障診断に好適な電流制御装置に関する。
各種制御対象が電子制御されるに従って、電気信号を機械的運動や油圧に変換するために、モータやソレノイドなどの電動アクチュエータが広く用いられるようになっている。一方、電動アクチュエータを自動車等の人命に関わる制御に用いる場合、電動アクチュエータに高い信頼性が求められる。
電動アクチュエータの信頼性を向上するには、電動アクチュエータに用いられる電流制御装置の故障を確実に検出し、故障の種類に応じ、上位システムが不安全な状態にならないよう、故障が生じた電流制御装置を停止する（フェールストップ）機能、あるいは、電流制御が可能な故障の場合は、故障箇所を回避して電流制御を継続する（フェールオペラティブ）機能が必要となる。
ここで、電流制御装置の中で故障検出が難しい電流検出回路の故障を検出するものとして、電流検出回路の出力に加え、モータ回転速度センサの出力を用い電流検出回路の故障を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−２１３４６４号公報
近年の電流制御装置では、モータ回転速度を推定することで、モータ回転速度センサ不要とする制御（センサレス制御）により、電流制御装置の小型化、低価格化を図っている。また、ソレノイド制御装置の場合は、モータ回転速度センサを備えていないものである。
したがって、特許文献１のようにモータ回転速度センサを必要とする方式のものでは、電流検出回路の故障を検出することができないという問題がある。
また、近年、電流制御装置を、同一半導体素子上で負荷を駆動するトランジスタと、前記負荷の電流を検出する電流検出回路と、電流指示値と前記電流検出回路が出力する電流値より、前記トランジスタのオンＤｕｔｙを演算する補償器、とを有する電流制御用半導体素子と、前記電流制御用半導体素子に電流指令値を送信するマイクロコントローラとを用いて実装し、小型化、低価格化を図っている。
そこで、本発明の目的は、このような実装形態の電流制御装置にて、モータ回転速度センサを不要とし、適用範囲の広い故障検出が可能な電流制御装置を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、同一半導体チップ上に、負荷を駆動するトランジスタと、前記負荷の電流を検出する電流検出回路と、電流指示値と前記電流検出回路が出力する電流値より、前記トランジスタのオンＤｕｔｙを演算する補償器と、前記オンＤｕｔｙに基づいて前記トランジスタをオンするパルスを生成するＰＷＭタイマとを有する電流制御用半導体素子と、該電流制御用半導体素子に前記電流指令値を送信するマイクロコントローラと、を有する電流制御装置であって、前記マイクロコントローラは、前記電流制御用半導体素子から、前記電流検出回路が出力する電流値と、前記補償器が出力するオンＤｕｔｙを受信し、受信した電流値とオンＤｕｔｙから前記電流制御用半導体素子の故障を検出するようにしたものである。
かかる構成により、適用範囲の広い故障検出が可能となる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記マイクロコントローラは、受信した電流値が電流指示値と不一致の時、若しくは、受信したオンＤｕｔｙがオンＤｕｔｙの期待値と不一致の時、前記電流制御用半導体素子の故障を検出するようにしたものである。
（３）上記（２）において、好ましくは、前記マイクロコントローラは、前記電流制御用半導体の故障を検出後、前記電流制御用半導体素子へオンＤｕｔｙ指示値として０を送信し、前記電流制御用半導体素子は、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値に従い、前記トランジスタをオフ制御するようにしたものである。
（４）上記（３）において、好ましくは、前記電流制御用半導体素子は、前記補償器が出力するオンＤｕｔｙと、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値とを選択するセレクタを備え、該セレクタは、前記マイクロコントローラが出力する有効ビットの情報に基づいて、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値を選択し、この指示値に従い、前記トランジスタをオフ制御するようにしたものである。
（５）上記（３）において、好ましくは、前記電流制御用半導体素子は、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値が０であることを検出する０検出器を備え、該０検出器は、前記ＰＷＭタイマの出力を０として、前記トランジスタをオフ制御するようにしたものである。
（６）上記（２）において、好ましくは、前記マイクロコントローラは、前記電流制御用半導体の故障を検出後、前記電流制御用半導体素子へオンＤｕｔｙ指示値を送信し、前記電流制御用半導体素子は、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値に従い、前記トランジスタのオン・オフ制御を行うようにしたものである。
（７）上記（６）において、好ましくは、前記電流制御用半導体素子は、前記補償器が出力するオンＤｕｔｙと、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値とを選択するセレクタを備え、該セレクタは、前記マイクロコントローラが出力する有効ビットの情報に基づいて、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値を選択し、この指示値に従い、前記トランジスタをオン・オフ制御するようにしたものである。
（８）上記（６）において、好ましくは、前記電流制御用半導体素子は、前記補償器が出力するオンＤｕｔｙから前記トランジスタをオンするパルスを生成する前記ＰＷＭタイマに加えて、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値から前記トランジスタをオンするパルスを生成する第２のＰＷＭタイマと、前記ＰＷＭタイマの出力するパルスと、前記第２のＰＷＭタイマが出力するパルスを選択するセレクタを備え、該セレクタは、前記マイクロコントローラが出力する有効ビットの情報に基づいて、前記第２のＰＷＭタイマが出力するパルスを選択し、このパルスに従い、前記トランジスタをオン・オフ制御するようにしたものである。
本発明によれば、このような実装形態の電流制御装置にて、モータ回転速度センサを不要とし、適用範囲の広い故障検出が可能な電流制御装置を提供することにある。
本発明の第１の実施形態による電流制御装置を用いたソレノイド制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による電流制御装置にて用いるオンＤｕｔｙ指令値レジスタのデータフォーマットの説明図である。 本発明の第１の実施形態による電流制御装置におけるフェールストップ機能の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態による電流制御装置におけるフェールオペラティブ機能の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態による電流制御装置を用いたソレノイド制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態による電流制御装置を用いたソレノイド制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いた自動変速機制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブレーキ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
以下、図１〜図４を用いて、本発明の第１の実施形態による電流制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による電流制御装置を用いたソレノイド制御システムの構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電流制御装置を用いたソレノイド制御システムの構成を示すブロック図である。
本実施形態の電流制御装置は、電流制御用半導体素子１と、マイクロコントローラ６とから構成される。
マイクロコントローラ６は、バッテリー３の電圧、ソレノイド温度センサ１７、によって検出されたソレノイド２の温度、その他の図示していない種々のセンサから値を入力し、それらの値からソレノイド２に流す電流指令値を演算し、電流制御用半導体素子１にインタフェース回路１０を介して送信する。電流制御用半導体素子１は、マイクロコントローラ６から送られた電流指令値に基づいて、バッテリー３からソレノイド２に流す電流を制御する。電流制御用半導体素子１は、ソレノイド２、およびソレノイド２に電圧を供給するバッテリー３に接続され、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により、ソレノイド２に印加する電圧をオン・オフし、ソレノイド２に流れる電流を駆動する。
マイクロコントローラ６は、電流制御用半導体素子１より、インタフェース回路１０を介して、電流モニタ値Ｉ＿ｍ、およびオンＤｕｔｙモニタ値Ｄｕｔｙ＿ｍを読み出し、電流制御用半導体素子１の故障検出を行う。この故障検出方法については、図３を用いて後述する。
また、マイクロコントローラ６は、電流制御用半導体素子１の故障検出時、電流制御用半導体素子１にインタフェース回路１０を介してオンＤｕｔｙ指令値Ｄｕｔｙ＿ｔを送信し、フェールストップ機能、および、フェールオペラティブ機能を実現する。その詳細については、図３及び図４を用いて後述する。
電流制御用半導体素子１は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４と、ローサイドＭＯＳＦＥＴ５と、電流検出回路７と、補償器８と、差演算器９と、インタフェース（ＩＦ）回路１０と、セレクタ１１と、ＰＷＭタイマ１２と、電流指令値レジスタ１３と、電流モニタ値レジスタ１４と、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５と、オンＤｕｔｙモニタ値レジスタ１６とを備えている。
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４は、ソレノイド２とバッテリー３との間のスイッチで、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４のゲート信号がハイレベル時にオンで、ローレベル時にオフとなる。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４がオン時はソレノイド２に流れる電流が上昇し、オフ時は減少する。また、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４がオンの時は、ローサイドＭＯＦＥＴ５はオフとなっている。
ローサイドＭＯＦＥＴ５は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４がオフの時、ソレノイド２に流れる電流を還流させる経路として使用し、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４がオフの期間、ローサイドＭＯＦＥＴ５はオンとなる。
電流検出回路７は、ソレノイド２に流れる平均電流値である電流モニタ値Ｉ＿ｍを出力する。なお、本例では、電流検出回路７は、ソレノイド２に直列に接続され、ソレノイド２に流れる全電流を測定しているが、電流検出回路７を、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４、あるいはローサイドＭＯＦＥＴ５に並列接続し、ソレノイド２に流れる電流を分流した電流を測定する構成でも良いものである。電流検出回路７出力した電流モニタ値Ｉ＿ｍは、補償器８、および電流モニタ値レジスタ１４に入力する。
補償器８は、差演算器９により算出された電流指令値レジスタ１３から入力した電流指令値Ｉ＿ｔと、電流検出回路７から入力した電流モニタ値Ｉ＿ｍとの差分より、ソレノイド２の電流を電流指令値Ｉ＿ｔに追従させるための最適なオンＤｕｔｙ値ｄｕｔｙ＿０を演算する。演算されたオンＤｕｔｙ値ｄｕｔｙ＿０は、セレクタ１１、およびオンＤｕｔｙモニタ値レジスタ１６に入力される。
セレクタ１１は、補償器８から入力したオンＤｕｔｙ値Ｄｕｔｙ＿０と、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５から入力したオンＤｕｔｙ指令値Ｄｕｔｙ＿ｔの一方を選択し、選択した値をＤｕｔｙに出力する。
ここで、図２を用いて、セレクタ１１の選択方法の説明のために、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５のデータフォーマットについて説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による電流制御装置にて用いるオンＤｕｔｙ指令値レジスタのデータフォーマットの説明図である。
本例では、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５を１６ｂｉｔとしている。Ｄｕｔｙ指令値レジスタ１５の各フィールドの内容は、以下である。
ｂｉｔ０〜１４：オンＤｕｔｙ指令値Ｄｕｔｙ＿ｔ
ｂｉｔ１５：有効ビットＶ
そして、有効ビットＶが１の時Ｄｕｔｙ＿ｔが有効であり、０の時Ｄｕｔｙ＿ｔが無効となる。なお、有効ビットＶの初期値は、０である。
なお、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５としては、１６ｂｉｔ以外に、必要精度に応じて他のｂｉｔ数も選択可能である。
図１に示したセレクタ１１は、有効ビットＶが１の時、Ｄｕｔｙ＿ｔを選択し、有効ビットＶが０の時、Ｄｕｔｙ＿０を選択し、選択した値をＤｕｔｙに出力する。
ＰＷＭタイマ１２は、セレクタ１１からのＤｕｔｙに応じて、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４をオンするパルスと、ローサイドＭＯＦＥＴ５をオンするパルスをそれぞれ生成する。通常は、ＰＷＭタイマ１２は、補償器８からのオンＤｕｔｙ値ｄｕｔｙ＿０に基づいて、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４をオンするパルスと、ローサイドＭＯＦＥＴ５をオンするパルスをそれぞれ生成する。
ＩＦ回路１０は、マイクロコントローラ６から、インタフェース回路１０を介して、電流指令値レジスタ１３、電流モニタ値レジスタ１４、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５、オンＤｕｔｙモニタ値レジスタ１６が保持する値を送受信するインタフェース機能を提供する。
次に、図３及び図４を用いて、本実施形態による電流制御装置の動作について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による電流制御装置におけるフェールストップ機能の動作を示すタイミングチャートである。図４は、本発明の第１の実施形態による電流制御装置におけるフェールオペラティブ機能の動作を示すタイミングチャートである。
最初に、図３を用いて、本実施形態の電流制御装置のフェールストップ機能の動作について説明する。図３において、横軸は時刻を示している。図３（Ａ）の縦軸は、インタフェース回路１０を介して、マイクロコントローラ６に取り込まれるインタフェース上を転送されるコマンド及びデータを示している。図３（Ｂ）の縦軸は、ソレノイド２に流れる電流を示している。図３（Ｃ）の縦軸は、電流モニタ値Ｉ＿ｍを示している、図３（Ｄ）の縦軸は、オンＤｕｔｙモニタ値Ｄｕｔｙ＿ｍを示している。図３（Ｅ）の縦軸は、Ｄｕｔｙ値Ｄｕｔｙを示している。また、時刻ｔ０〜ｔ３は正常動作時であり、時刻ｔ４以降は異常動作時である。
時刻ｔ０にて、マイクロコントローラ６は、図３（Ａ）に示すように、インタフェース回路１０上に電流モニタ値レジスタ１４のリードコマンドを出力し、電流制御用半導体素子１の電流検出回路７が出力した電流モニタ値Ｉ＿ｍ（図３（Ｃ））を読み出す。
続いて、時刻ｔ１にて、マイクロコントローラ６は、図３（Ａ）に示すように、インタフェース回路１０上にオンＤｕｔｙモニタ値レジスタ１４のリードコマンドを出力し、電流制御用半導体素子１の補償器８が出力したオンＤｕｔｙモニタ値Ｄｕｔｙ＿ｍ（図３（Ｄ））を読み出す。
ここで、マイクロコントローラ６は、読み出された電流モニタ値Ｉ＿ｍ、およびオンＤｕｔｙモニタ値Ｄｕｔｙ＿ｍを、それぞれの期待値と比較することにより、故障検出を行う。定常状態において、電流モニタ値Ｉ＿ｍの期待値は、電流指令値Ｉ＿ｔであり、オンＤｕｔｙモニタ値Ｄｕｔｙ＿ｍの期待値Ｄｕｔｙ＿ｅは式（１）により算出され。

Ｄｕｔｙ＿ｅ＝Ｉ＿ｔ・Ｒ／Ｖｂ …（１）

ここで、Ｖｂはバッテリー３の電圧であり、Ｒはソレノイド２の抵抗値である。なお、抵抗値Ｒは、常温のソレノイド抵抗値をソレノイド温度センサ１７から入力されたソレノイドの温度によって温度特性を補正することで取得できる。
時刻ｔ０，ｔ１にて読み出された電流モニタ値Ｉ＿ｍ、およびオンＤｕｔｙモニタ値Ｄｕｔｙ＿ｍは、それぞれの期待値と一致しているため電流制御用半導体素子１正常に動作していると判定される。
引き続き、時刻ｔ２，ｔ３でも同様に電流モニタ値Ｉ＿ｍ、およびオンＤｕｔｙモニタ値Ｄｕｔｙ＿ｍを、それぞれの期待値と比較することで故障検出を行う。本図では省略しているが、これ以降も同様の故障検出を定期的に行う。
時刻ｔ４にて、電流検出回路７の出力が正常時より小さくなる故障が発生すると、電流モニタ値Ｉ＿ｍが減少し、補償器８は電流モニタ値Ｉ＿ｍを電流指令値Ｉ＿ｔに近づける、すなわち減少した電流モニタ値Ｉ＿ｍを増加させるために、Ｄｕｔｙ＿０をΔＤ分増加させる。その結果、電流モニタ値Ｉ＿ｍは電流指令値Ｉ＿ｔと一致するが、実際のソレノイド平均電流は、電流指示値Ｉ＿ｔより大きくなる。このように、電流検出回路７の出力が正常時より小さくなる故障が発生すると、補償器８は電流モニタ値Ｉ＿ｍが電流指示値Ｉ＿ｔに一致するようにフィードバック制御しているので、電流を次第に増加して危険である。そこで、このような電流検出回路の故障時には、電流制御装置の動作を停止するようにする（フェールストップ機能）。
時刻ｔ４で電流検出回路７の故障が発生したとすると、それ以降の時刻ｔ５にて読み出された電流モニタ値Ｉ＿ｍは、その期待値とは一致するため、故障は検出できないが、時刻ｔ６にて読みだされるオンＤｕｔｙモニタ値Ｄｕｔｙ＿ｍとその期待値は不一致となるため、マイクロコントローラ６は、電流検出回路７の故障を検出する。
なお、ここで、マイクロコントローラ６は、一致不一致の判定を、マイクロコントローラ６からの電流指示値がほぼ一定に保たれている定常時に行うようにしている。電流指示値が変動する過度時には指示値と測定値が離れて常に不一致と判定される可能性が大きいからである。また、「一致」とは、指示値と測定値の差が例えば±１％以内の時とし、「不一致」とは、指示値と測定値の差が例えば±１％より大きい時というように、一致不一致の判定基準は予め決めておくものである。
電流検出回路７が故障した場合、電流制御装置の状態が不明であり、システムの安全性を保障できないため、電流制御装置を停止する必要がある。このために、時刻ｔ７において、マイクロコントローラ６は、図３（Ａ）に示すように、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５のデータフォーマットの説明にて示した、有効ビットＶ＝１、オンＤｕｔｙ指令値Ｄｕｔｙ＿ｔ＝０の内容を送信して、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５に書き込む。これにより、時刻ｔ８にてＰＷＭタイマ１２の出力が０に固定され、ソレノイド電流が停止する。
以上説明した通り、本実施形態では、モータ回転速度センサを使用しない電流制御装置の故障検出が可能となる。
また、本実施形態により、電流制御用半導体素子１とマイクロコントローラ６にて実装された、小型、低価格の電流制御装置のフェールストップ機能を実現することが可能となる。
次に、図４を用いて、本実施形態の電流制御装置のフェールオペラティブ機能の動作について説明する。図４において、横軸は時刻を示している。図４（Ａ）〜図４（Ｅ）の縦軸は、図３（Ａ）〜図３（Ｅ）と同様である。また、時刻ｔ０〜ｔ３は正常動作時であり、時刻ｔ４以降は異常動作時である。
時刻ｔ０から時刻ｔ４まで、図３の説明と同様の故障検出を行い、電流制御用半導体素子１は、正常に動作していると判定される。さらに、本図では省略しているが、これ以降も同様の故障検出を定期的に行う。
時刻ｔ４にて、電流検出回路７の出力が正常時より大きくなる故障が発生すると、電流モニタ値Ｉ＿ｍが増加する。この例では、電流検出回路７は正常であるが、検出された電流が指示値に一致するようにフィードバック制御するフィードバックループ上に問題がある場合などである。このような場合、電流制御装置の動作を停止するのも一つの考え方であるが、一方では電流を減少するように制御するということは過大な電流が流れないため、ある程度制御可能な範囲で電流制御装置の動作を継続することも可能である。これにより、例えば、車両の走行中に電流検出回路が故障した際に、車両を路肩に移動するまで制御を可能にできる。例えば、電動ブレーキ装置のアクチュエータとしてソレノイドの電流制御装置が用いられる場合や、電動パワーステアリング装置のアクチュエータとしてモータの電流制御装置が用いられる場合が、これに該当する。そこで、このような電流検出回路の故障時には、電流制御装置の動作を継続するようにする（フェールオペラティブ機能）。
図４の時刻ｔ４にて、補償器８の出力が正常時より大きい値に固着する故障が発生すると、ソレノイド平均電流および電流モニタ値Ｉ＿ｍが増加する。
そして、この電流検出回路７の故障発生後の時刻ｔ５にて読み出された電流モニタ値Ｉ＿ｍ（図４（Ｃ））とその期待値は不一致となり、マイクロコントローラ６は、故障を検出する。この時点では故障個所が特定できないため、動作を継続する可能性がある。
このために、時刻ｔ６において、マイクロコントローラ６は、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５の有効ビットＶ＝１、オンＤｕｔｙ指令値Ｄｕｔｙ＿ｔ＝Ｄｕｔｙ＿ｅの内容を、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５に書き込む（図４（Ａ））。なお、Ｄｕｔｙ＿ｅは、０以外の正の値である。これにより、ＰＷＭタイマ１２の出力パルスのオンＤｕｔｙがＤｕｔｙ＿ｅとなり（図４（Ｅ））、時刻ｔ７にてソレノイド電流が正常状態であるＩ＿ｔに復帰する（図４（Ｃ））。
続く時刻ｔ８にて、マイクロコントローラ６は、電流モニタ値Ｉ＿ｍを読み出し（図４（Ｃ），（Ａ））、期待値との一致比較を行い、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５の書き込みにより、マイクロコントローラ６は、実際に電流制御装置が正常状態に復帰したことを確認する。
但し、電流制御装置の一部は故障しているため、上位システムに動作継続可能である故障を通知し、早急に修理を促すための表示を行う。
以上説明した通り、本実施形態により、電流制御用半導体素子１とマイクロコントローラ６にて実装された、小型、低価格の電流制御装置のフェールオペラティブ機能を実現することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態によれば、電流を制御する上で必ず演算されるオンＤｕｔｙと電流検出回路の出力する電流値から電流制御装置の故障を検出するため、使用するセンサの種類に依存しない、適用範囲の広い電流制御装置の故障検出手段を実現することができる。
また、故障診断機能を持たない電流制御用半導体素子に代わり、マイクロコントローラが、電流制御用半導体素子からオンＤｕｔｙと電流検出回路の出力する電流値を読み出し故障診断を行う。これにより、電流制御用半導体素子とマイクロコントローラにて実装された電流制御装置の故障検出が可能となる。
さらに、電流制御用半導体の故障時は、マイクロコントローラが故障した電流制御用半導体に代わりオンＤｕｔｙ指示値を演算，送信することで、電流制御用半導体素子とマイクロコントローラにて実装された電流制御装置のフェールストップ機能、あるいは、フェールオペラティブ機能を実現することができる。
次に、図５を用いて、本発明の第２の実施形態による電流制御装置を用いたソレノイド制御システムの構成について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態による電流制御装置を用いたソレノイド制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
本実施形態の電流制御用半導体素子１’は、図１で説明した第１の実施形態の電流制御用半導体素子１に、０検出器２０と、ＡＮＤゲート２１と、ＡＮＤゲート２２を追加している。
０検出器２０は、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５の有効ビットＶ＝１、オンＤｕｔｙ指令値Ｄｕｔｙ＿ｔ＝０を検出した場合にＺｅｒｏ＿ｏｕｔに１を出力する。ＡＮＤゲート２１及びＡＮＤゲート２２は、Ｚｅｒｏ＿ｏｕｔが１の場合、ＰＷＭタイマ１２の出力を０に固定する。
以上の構成により、セレクタ１１、または、ＰＷＭタイマ１２が故障した場合にも、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５に０を書き込むことにより、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ４、ローサイドＭＯＳＦＥＴ５をオフにし、フェールセーフ機能を確実に実行することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、電流を制御する上で必ず演算されるオンＤｕｔｙと電流検出回路の出力する電流値から電流制御装置の故障を検出するため、使用するセンサの種類に依存しない、適用範囲の広い電流制御装置の故障検出手段を実現することができる。
また、故障診断機能を持たない電流制御用半導体素子に代わり、マイクロコントローラが、電流制御用半導体素子からオンＤｕｔｙと電流検出回路の出力する電流値を読み出し故障診断を行う。これにより、電流制御用半導体素子とマイクロコントローラにて実装された電流制御装置の故障検出が可能となる。
さらに、電流制御用半導体の故障時は、電流制御装置のフェールストップ機能を確実に実現することができる。
次に、図６を用いて、本発明の第３の実施形態による電流制御装置を用いたソレノイド制御システムの構成について説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態による電流制御装置を用いたソレノイド制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
本実施形態の電流制御用半導体素子１”は、図１で説明した第１の実施形態の電流制御用半導体素子１のＰＷＭタイマ１２を、メインのＰＷＭタイマｍ１２ＡとバックアップのＰＷＭタイマｂ１２Ｂで二重化し、二つのＰＷＭタイマ１２Ａ，１２Ｂの出力をセレクタ１１Ａ，セレクタ１１Ｂを使い選択する構成となっている。
セレクタ１１Ａ，セレクタ１１Ｂは、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５の有効ビットＶ＝０時、メインのＰＷＭタイマｍ１２Ａの出力を選択し、有効ビットＶ＝１時、バックアップのＰＷＭタイマｂ１２Ｂの出力を選択する。
以上の構成により、ＰＷＭタイマｍ１２Ａが故障した場合にも、オンＤｕｔｙ指令値レジスタ１５に値を書き込むことにより、その値に対応したオンＤｕｔｙのパルスをハイサイドＭＯＳＦＥＴ４、ローサイドＭＯＳＦＥＴ５に出力し、フェールセーフ機能、およびフェールオペラティブ機能を確実に実行することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、電流を制御する上で必ず演算されるオンＤｕｔｙと電流検出回路の出力する電流値から電流制御装置の故障を検出するため、使用するセンサの種類に依存しない、適用範囲の広い電流制御装置の故障検出手段を実現することができる。
また、故障診断機能を持たない電流制御用半導体素子に代わり、マイクロコントローラが、電流制御用半導体素子からオンＤｕｔｙと電流検出回路の出力する電流値を読み出し故障診断を行う。これにより、電流制御用半導体素子とマイクロコントローラにて実装された電流制御装置の故障検出が可能となる。
さらに、電流制御用半導体の故障時は、電流制御装置のフェールストップ機能、あるいは、フェールオペラティブ機能を確実に実現することができる。
次に、図７を用いて、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いた自動変速機制御装置の構成及び動作について説明する。
図７は、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いた自動変速機制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図７において、図１と同一符号は同一部分を示している。
自動変速機制御装置ＡＴＣＵは、図１に示したマイクロコントローラ６と、電流制御用半導体素子１に相当する複数の電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｅとから構成される。
マイクロコントローラ６は、エンジン回転数センサ５２、シフトレバー位置センサ５３、アクセルペダル位置センサ５４からセンサ値を入力し、入力されたセンサ値から、最適な変速比を演算し、その変速比を実現するための、変速機５１が備える複数のクラッチ（図示せず）の油圧指令値と、その油圧に対応したソレノイド２０ａ，…，２０ｅの電流値指令値を演算し、その電流値指令値Ｉａ＊，…，Ｉｅ＊を電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｅに出力する。
前述の各実施形態における説明の通り、マイクロコントローラ６は、電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｅの確実な故障検出と、フェールセーフ機能、およびフェールオペラティブ機能の実現により、自動変速機制御装置ＡＴＣＵの信頼性を高めることができる。
なお、図７ではマイクロコントローラ６がエンジン回転数センサ５２、シフトレバー位置センサ５３、アクセルペダル位置センサ５４の３つのセンサからセンサ値を入力しているが、変速制御方式に対応して、入力するセンサの数や種類を変えても良い。また、図７ではマイクロコントローラ６がセンサからセンサ値を直接入力しているが、他のマイクロコントローラやＩＣを経由して入力しても良い。また、図７では自動変速機５１が５つのクラッチを備える例を示しているが、変速機構に対応して、クラッチの数、およびそれに対応したソレノイド電流制御装置の数を変えても良い。
次に、図８を用いて、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブレーキ制御装置の構成及び動作について説明する。
図８は、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブレーキ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図８において、図１と同一符号は同一部分を示している。
ブレーキ制御装置ＢＣＵは、図１に示したマイクロコントローラ６と電流制御用半導体素子１とから構成される。
マイクロコントローラ６は、ブレーキペダル位置センサ６３、車速センサ６４からセンサ値を入力し、入力されたセンサ値から、最適なブレーキの制動力を演算し、その制動力を実現するための、油圧ブレーキ６１の油圧指令値と、その油圧に対応したソレノイド２０の電流値指令値を演算し、その電流値指令値Ｉ＊を電流制御用半導体素子１に出力する。
前述の各実施形態における説明の通り、マイクロコントローラ６は、電流制御用半導体素子１の確実な故障検出と、フェールセーフ機能、およびフェールオペラティブ機能の実現により、ブレーキ制御装置ＢＣＵの信頼性を高めることができる。
なお、図８ではマイクロコントローラ６がブレーキペダル位置センサ６３、車速センサ６４の２つのセンサからセンサ値を入力しているが、制動方式に対応して、入力するセンサの数や種類を変えても良い。また、図８ではマイクロコントローラ６がセンサからセンサ値を直接入力しているが、他のマイクロコントローラやＩＣを経由して入力しても良い。
次に、図９を用いて、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブラシレスモータ制御装置の構成及び動作について説明する。
図９は、本発明の各実施形態による電流制御用半導体素子を用いたブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図８において、図１と同一符号は同一部分を示している。
ブラシレスモータ制御装置ＭＣＵは、図１に示したマイクロコントローラ６と電流制御用半導体素子１とから構成される。
マイクロコントローラ６は、モータの目標回転数、およびトルクを実現するためのモータ７１の３相コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗに対する３相電流指令値を演算し、その電流値指令値Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊を電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｃに出力する。
前述の各実施形態における説明の通り、マイクロコントローラ６は、電流制御用半導体素子１ａ，…，１ｃの確実な故障検出と、フェールセーフ機能、およびフェールオペラティブ機能の実現により、ブラシレスモータ制御装置ＭＣＵの信頼性を高めることができる。
１…電流制御用半導体素子
２…ソレノイド
３…バッテリー
４…ハイサイドＭＯＳＦＥＴ
５…ローサイドＭＯＳＦＥＴ
６…マイクロコントローラ
７…電流検出回路
８…補償器
９…差演算器
１０…ＩＦ回路
１１…セレクタ
１２…ＰＷＭタイマ
１３…電流指令値レジスタ
１４…電流モニタ値レジスタ
１５…オンＤｕｔｙ指令値レジスタ
１６…オンＤｕｔｙモニタ値レジスタ

Claims (8)

  1. 同一半導体チップ上に、負荷を駆動するトランジスタと、前記負荷の電流を検出する電流検出回路と、電流指示値と前記電流検出回路が出力する電流値より、前記トランジスタのオンＤｕｔｙを演算する補償器と、前記オンＤｕｔｙに基づいて前記トランジスタをオンするパルスを生成するＰＷＭタイマとを有する電流制御用半導体素子と、
    該電流制御用半導体素子に前記電流指令値を送信するマイクロコントローラと、
    を有する電流制御装置であって、
    前記マイクロコントローラは、前記電流制御用半導体素子から、前記電流検出回路が出力する電流値と、前記補償器が出力するオンＤｕｔｙを受信し、受信した電流値とオンＤｕｔｙから前記電流制御用半導体素子の故障を検出することを特徴とする電流制御装置。
  2. 請求項１記載の電流制御装置において、
    前記マイクロコントローラは、受信した電流値が電流指示値と不一致の時、若しくは、受信したオンＤｕｔｙがオンＤｕｔｙの期待値と不一致の時、前記電流制御用半導体素子の故障を検出することを特徴とする電流制御装置。
  3. 請求項２記載の電流制御装置において、
    前記マイクロコントローラは、前記電流制御用半導体の故障を検出後、前記電流制御用半導体素子へオンＤｕｔｙ指示値として０を送信し、
    前記電流制御用半導体素子は、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値に従い、前記トランジスタをオフ制御することを特徴とする電流制御装置。
  4. 請求項３記載の電流制御装置において、
    前記電流制御用半導体素子は、
    前記補償器が出力するオンＤｕｔｙと、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値とを選択するセレクタを備え、
    該セレクタは、前記マイクロコントローラが出力する有効ビットの情報に基づいて、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値を選択し、この指示値に従い、前記トランジスタをオフ制御することを特徴とする電流制御装置。
  5. 請求項３記載の電流制御装置において、
    前記電流制御用半導体素子は、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値が０であることを検出する０検出器を備え、
    該０検出器は、前記ＰＷＭタイマの出力を０として、前記トランジスタをオフ制御することを特徴とする電流制御装置。
  6. 請求項２記載の電流制御装置において、
    前記マイクロコントローラは、前記電流制御用半導体の故障を検出後、前記電流制御用半導体素子へオンＤｕｔｙ指示値を送信し、
    前記電流制御用半導体素子は、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値に従い、前記トランジスタのオン・オフ制御を行うことを特徴とする電流制御装置。
  7. 請求項６記載の電流制御装置において、
    前記電流制御用半導体素子は、
    前記補償器が出力するオンＤｕｔｙと、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値とを選択するセレクタを備え、
    該セレクタは、前記マイクロコントローラが出力する有効ビットの情報に基づいて、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値を選択し、この指示値に従い、前記トランジスタをオン・オフ制御することを特徴とする電流制御装置。
  8. 請求項６記載の電流制御装置において、
    前記電流制御用半導体素子は、
    前記補償器が出力するオンＤｕｔｙから前記トランジスタをオンするパルスを生成する前記ＰＷＭタイマに加えて、受信した前記オンＤｕｔｙ指示値から前記トランジスタをオンするパルスを生成する第２のＰＷＭタイマと、
    前記ＰＷＭタイマの出力するパルスと、前記第２のＰＷＭタイマが出力するパルスを選択するセレクタを備え、
    該セレクタは、前記マイクロコントローラが出力する有効ビットの情報に基づいて、前記第２のＰＷＭタイマが出力するパルスを選択し、このパルスに従い、前記トランジスタをオン・オフ制御することを特徴とする電流制御装置。
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