JP2013062721A - Overcurrent detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負荷に流れる電流に応じて生成される電圧としきい値電圧とを比較して過電流検出信号を出力する過電流検出装置に関する。 The present invention relates to an overcurrent detection device that outputs an overcurrent detection signal by comparing a voltage generated according to a current flowing through a load with a threshold voltage.
車両のユーザは、車両を取得した後に道路運送車両の保安基準に適合する範囲内で、車両に取り付けるランプの数を増やしたり、光量を増やすために消費電流の大きいランプに交換したり、その他の種々の自動車用電気パーツを購入して取り付ける場合がある。こうした自動車用電気パーツには、自動車メーカが各車両用に提供する純正品の他に、パーツメーカが独自に製造して販売しているものがある。 The user of the vehicle can increase the number of lamps installed in the vehicle within the range that meets the safety standards of road transport vehicles after acquiring the vehicle, replace it with a lamp that consumes a large amount of current to increase the amount of light, Various automotive electrical parts may be purchased and installed. Among these electric parts for automobiles, in addition to genuine products provided by automobile manufacturers for each vehicle, there are parts manufactured and sold independently by parts manufacturers.
ランプなどの電気パーツは、ICとして構成された負荷駆動装置により駆動される。この負荷駆動装置は、高精度の過電流保護回路を備えており、駆動電流が予め決められたしきい値電流を超えると電流を遮断するようになっている(特許文献1、2参照)。
Electrical parts such as lamps are driven by a load driving device configured as an IC. This load driving device includes a high-accuracy overcurrent protection circuit, and cuts off the current when the driving current exceeds a predetermined threshold current (see
純正品は、その選択および取り付けを誤らない限り車両の電気的仕様に適合した電気的特性を有している。これに対し、一般のパーツメーカが販売する電気パーツは、複数種類の車両に共通して適用できる汎用品として設計および製造されている場合が多く、純正品に比べると車両の電気的仕様に対して電気的特性のずれが生じ易い。 Genuine products have electrical characteristics that conform to the electrical specifications of the vehicle unless they are selected and installed incorrectly. In contrast, electrical parts sold by general parts manufacturers are often designed and manufactured as general-purpose products that can be commonly applied to multiple types of vehicles. Therefore, the electrical characteristics are likely to be shifted.
例えば、電気パーツの消費電力が車両の電気的仕様に適した推奨値よりも大きい場合、駆動電流が増大するとともに駆動電流のリプル分も増大するので、電気パーツ自身の温度変動やバッテリ電圧の変動など僅かな変動要因により過電流保護機能が動作する場合がある。また、正常動作に必要な電源電圧範囲が狭いため電気パーツ自身が昇圧回路または降圧回路を備えるものがあり、これら昇圧回路または降圧回路が動作することにより負荷駆動装置にノイズを与えるものがある。このノイズは、温度や電源電圧の変動などによって増大し、駆動電流に重畳して現れる。 For example, if the power consumption of an electrical part is larger than the recommended value suitable for the electrical specifications of the vehicle, the drive current increases and the ripple of the drive current also increases, so the temperature fluctuation of the electrical part itself and the fluctuation of the battery voltage The overcurrent protection function may operate due to slight fluctuation factors. In addition, since the power supply voltage range necessary for normal operation is narrow, some electrical parts themselves include a booster circuit or a step-down circuit, and there are those that give noise to the load driving device when the booster circuit or the step-down circuit operates. This noise increases due to fluctuations in temperature and power supply voltage, and appears superimposed on the drive current.
このように負荷(電気パーツ)を車両の電源線に接続する場合、その負荷の電気的特性が車両の電気的仕様に適した推奨値からずれていると、過電流検出装置は、本来問題のない通常の使い方でも過電流状態と誤検出する虞がある。この不具合は車両の負荷駆動装置と接続した電気パーツとの不適合が生じて初めて現れるため、ユーザの事前対策は困難である。また、車両メーカも、純正品以外の種々の電気パーツに適合する負荷駆動装置を提供することは困難である。 When a load (electrical part) is connected to the power line of the vehicle in this way, if the electrical characteristics of the load deviate from the recommended value suitable for the electrical specifications of the vehicle, the overcurrent detection device is inherently problematic. There is a risk of erroneous detection as an overcurrent condition even in normal usage. Since this defect appears only after incompatibility with the electrical parts connected to the vehicle load drive device, it is difficult for the user to take a precaution. In addition, it is difficult for vehicle manufacturers to provide load drive devices that are compatible with various electric parts other than genuine products.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、推奨値からずれた電気的特性を持つ負荷を駆動した場合でも誤検出を極力防止できる過電流検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an overcurrent detection device capable of preventing erroneous detection as much as possible even when a load having electrical characteristics deviated from a recommended value is driven.
請求項1に記載した過電流検出装置は、負荷に流れる電流を電圧に変換して出力する電流検出回路と、しきい値電圧を生成するしきい値生成回路と、電流検出回路が出力する電圧をしきい値電圧と比較して過電流検出信号を出力する比較回路とを備えている。しきい値生成回路は、負荷に流れる平均電流を検出し、その検出した平均電流が大きいほどしきい値電圧を増大させる第1状態検出回路と、負荷に流れる電流の交流変化分を検出し、その検出した交流変化分が大きいほどしきい値電圧を増大させる第2状態検出回路のうち少なくとも一方を備えている。
The overcurrent detection device according to
第1状態検出回路によれば、負荷の電気的特性に応じて負荷に定常的に流れる平均電流を検出し、その平均電流が大きいほど過電流と判定する際のしきい値電圧を増大補正する。また、第2状態検出回路によれば、負荷の電気的特性に応じて負荷電流に定常的に現れるリプル分やノイズ分などの交流変化分を検出し、その交流変化分が大きいほど過電流と判定する際のしきい値電圧を増大補正する。これにより、負荷駆動装置に過熱やノイズによる誤動作などの不具合を発生させない限り、車両の電気的仕様に適した推奨値からずれた電気的特性を持つ負荷を正常に駆動した場合に過電流と誤検出することを極力防止できる。 According to the first state detection circuit, an average current that steadily flows through the load is detected according to the electrical characteristics of the load, and the threshold voltage for determining an overcurrent increases as the average current increases. . In addition, according to the second state detection circuit, an AC change such as a ripple or noise that constantly appears in the load current is detected according to the electrical characteristics of the load. The threshold voltage at the time of determination is increased and corrected. As a result, unless the load drive device malfunctions due to overheating or noise, it will cause an overcurrent and error when driving a load with electrical characteristics that deviate from the recommended values suitable for the vehicle electrical specifications. Detection can be prevented as much as possible.
請求項2に記載した手段によれば、しきい値生成回路は、第1状態検出回路および/または第2状態検出回路に加え、第3状態検出回路と第4状態検出回路のうち少なくとも一方を備えている。第3状態検出回路は、負荷の温度または負荷の周囲温度を検出し、その検出した温度が低いほど負荷の種類に応じてしきい値電圧を増大または減少させる。例えばハロゲン電球、白熱電球など温度の低下に伴い抵抗が低くなる負荷では、検出温度が低いほどしきい値電圧を増大させる。一方、発光ダイオードなど温度の低下に伴い順電圧が高くなる負荷では、検出温度が低いほどしきい値電圧を減少させる。これにより、負荷の温度または負荷の環境温度に依存した過電流の誤検出を極力防止できる。第4状態検出回路は、負荷に印加される電源電圧を検出し、その検出した電源電圧が高いほどしきい値電圧を増大させる。これにより、電源電圧に依存した過電流の誤検出を極力防止できる。 According to the means described in claim 2, the threshold value generation circuit includes at least one of the third state detection circuit and the fourth state detection circuit in addition to the first state detection circuit and / or the second state detection circuit. I have. The third state detection circuit detects the temperature of the load or the ambient temperature of the load, and increases or decreases the threshold voltage depending on the type of load as the detected temperature is lower. For example, in a load such as a halogen light bulb or an incandescent light bulb whose resistance decreases as the temperature decreases, the threshold voltage is increased as the detection temperature is lower. On the other hand, in a load such as a light-emitting diode, where the forward voltage increases as the temperature decreases, the threshold voltage decreases as the detection temperature decreases. Thereby, the erroneous detection of the overcurrent depending on the temperature of the load or the environmental temperature of the load can be prevented as much as possible. The fourth state detection circuit detects a power supply voltage applied to the load, and increases the threshold voltage as the detected power supply voltage is higher. Thereby, erroneous detection of overcurrent depending on the power supply voltage can be prevented as much as possible.
請求項3に記載した手段によれば、比較回路は、電流検出手段が出力する電圧を所定のヒステリシス幅だけ離間した高レベルしきい値電圧および低レベルしきい値電圧と比較して過電流検出信号を出力する。状態検出回路は、所定のヒステリシス幅を保ちつつ高レベルしきい値電圧と低レベルしきい値電圧を増大または減少させる。これにより、しきい値電圧の補正量に合わせてヒステリシス幅を変更することができ、過電流の検出動作と過電流からの復帰動作とを安定して行うことができる。
According to the means described in
請求項4に記載した手段によれば、各状態検出回路は、それぞれしきい値電圧の増大分または減少分に相当する大きさのしきい値生成電流を出力する。しきい値生成回路は、しきい値生成電流を重畳させて抵抗性回路に流すことによりしきい値電圧を生成する。これにより、複数種類の状態を反映した総合的なしきい値電圧を容易且つ正確に生成できる。
According to the means described in
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態について図1ないし図16を参照しながら説明する。図1は、過電流検出回路を内蔵した負荷駆動回路に係る構成を示している。車載用ICとして構成された負荷駆動回路1は、図示しないバッテリから電源電圧VBの供給を受けて動作し、ライトスイッチ2がオンされるとリレー3をオン駆動してランプからなる負荷4を通電させる。負荷駆動回路1の内外における高電位側電源線、低電位側電源線をそれぞれ電源線5、6とすると、電源線5、6間にはシャント抵抗7とリレー3の接点3bと負荷4とが直列に接続されている。抵抗値Raを持つシャント抵抗7は、負荷4に流れる電流ILを電圧Va(=IL・Ra)に変換して出力する電流検出回路に相当し、後述する過電流検出回路8の一部を構成している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a configuration relating to a load driving circuit incorporating an overcurrent detection circuit. The
負荷駆動回路1は、過電流検出回路8、制御回路9およびハイサイド駆動用のPチャネル型MOSトランジスタ10を備えている。過電流検出装置に相当する過電流検出回路8は、上述したシャント抵抗7の他に、高レベルしきい値電圧VTHおよび低レベルしきい値電圧VTLを生成するしきい値生成回路11と、シャント抵抗7の検出電圧Vaとしきい値電圧VTH、VTLとを比較して過電流検出信号Scを出力するヒステリシスコンパレータ12(比較回路に相当)とから構成されている。
The
高レベルしきい値電圧VTHと低レベルしきい値電圧VTLとは、所定のヒステリシス幅だけ離間している。ヒステリシスコンパレータ12は、検出電圧Vaがしきい値電圧VTHよりも大きくなると過電流検出信号ScをHレベル(過電流検出状態)にする。その後、検出電圧Vaがしきい値電圧VTL以下になると、その状態が所定の待ち時間だけ継続したことを条件として過電流検出信号ScをLレベルに戻す。
The high level threshold voltage VTH and the low level threshold voltage VTL are separated by a predetermined hysteresis width. The
しきい値生成回路11は、一端が電源線5に接続された抵抗13、14(抵抗性回路)、電流出力回路15、16およびしきい値補正回路17により構成されている。しきい値生成回路11は、抵抗13、14にそれぞれしきい値生成電流ITH、ITLを流すことによりしきい値電圧VTH、VTLを生成する。電流出力回路15は、一定値を持つ標準電流ITH0としきい値補正回路17が流し込む補正電流ITH1〜ITH4とを重畳(加算)して抵抗13に流す。電流出力回路16は、一定値を持つ標準電流ITL0としきい値補正回路17が流し込む補正電流ITL1〜ITL4とを重畳(加算)して抵抗14に流す。
The
しきい値補正回路17は、図2に示すように第1状態検出回路18、第2状態検出回路19、第3状態検出回路20および第4状態検出回路21と、ダイオード22H〜25Hからなる加算回路26Hと、ダイオード22L〜25Lからなる加算回路26Lとにより構成されている。
As shown in FIG. 2, the
制御回路9は、ライトスイッチ2を介して電源線5に接続されている。ライトスイッチ2がオンしており過電流検出信号ScがLレベル(過電流非検出状態)であるときに、例えば0Vを持つゲート駆動信号を出力してMOSトランジスタ10をオン駆動する。これに対し、ライトスイッチ2がオンしており過電流検出信号ScがHレベル(過電流検出状態)であるときおよびライトスイッチ2がオフしているときに、例えば電源電圧VBを持つゲート駆動信号を出力してMOSトランジスタ10をオフ駆動する。MOSトランジスタ10のドレイン(負荷駆動回路1の出力端子)と電源線6との間には、IC外部においてリレー3のコイル3aが接続されている。
The
続いて、図3ないし図14を参照しながら第1状態検出回路18ないし第4状態検出回路21の構成および作用を説明する。これらの状態検出回路18〜21において同一構成部分(抵抗値、基準電圧値のみ異なる構成部分を含む)には同一符号を付している。
Next, the configuration and operation of the first
図3に示す第1状態検出回路18は、負荷4に流れる平均電流を検出し、その検出した平均電流が大きいほど補正電流ITH1、ITL1を増やしてしきい値電圧VTH、VTLを増大させる。オペアンプ31は、シャント抵抗7の低電位側端子の電圧VSを受けるバッファ回路である。オペアンプ32と抵抗33〜36からなる差動増幅回路は、抵抗33〜36の抵抗値が等しいことから、(1)式に示すように負荷電流ILに応じた検出電圧Vaを出力する。
Va=VB−VS …(1)
The first
Va = VB−VS (1)
オペアンプ37、抵抗38〜41、基準電圧生成回路42およびコンデンサ43からなる差動増幅回路は、基準電圧生成回路42の基準電圧をVT1、抵抗38、40の抵抗値をR1、抵抗39、41の抵抗値をR2とすれば、(2)式に示すように検出電圧Vaを基準電圧VT1だけオフセットしてゲインR2/R1倍に増幅した平均化された電圧V1を出力する。
V1=R2/R1(Va−VT1) …(2)
A differential amplifier circuit comprising an
V1 = R2 / R1 (Va-VT1) (2)
この電圧V1は、電圧−電流変換回路44により補正電流ITH1、ITL1に変換される。すなわち、定電流回路45と直列に接続されたトランジスタ46は、エミッタフォロアの形態を有しておりインピーダンス変換する。トランジスタ47と抵抗値R3を持つ抵抗48は、(3)式に示すように電圧V1を電流Im1に変換する。抵抗値R3により電圧−電流変換の変換レートを調整できる。
Im1=V1/R3 …(3)
The voltage V1 is converted into correction currents ITH1 and ITL1 by the voltage-
Im1 = V1 / R3 (3)
この電流Im1は、トランジスタ49、50、51からなるカレントミラー回路に流れ込む。そして、トランジスタ52、53からなるミラー比1のカレントミラー回路によりシンク電流である補正電流ITH1に変換され、トランジスタ54、55からなるミラー比1のカレントミラー回路によりシンク電流である補正電流ITL1に変換される。電源線5とトランジスタ50、51との間に接続された抵抗56、57により、それぞれ補正電流ITH1、ITL1の傾きおよび大きさを調整できる。このときの関係式は、抵抗56、57の抵抗値をそれぞれR4、R5とすれば以下の(4)式、(5)式となる。
トランジスタ49のVBE=トランジスタ50のVBE+R4・ITH1 …(4)
トランジスタ49のVBE=トランジスタ51のVBE+R5・ITL1 …(5)
This current Im1 flows into a current mirror circuit composed of
VBE of
VBE of
図4は、第1状態検出回路18の入出力特性を示している。横軸はシャント抵抗7による検出電圧Vaの平均値を示しており、縦軸は補正電流ITH1、ITL1を示している。基準電圧VT1は補正開始電圧に相当する。検出電圧Vaの平均値が基準電圧VT1以下のとき、すなわち負荷電流ILの平均値がVT1/Ra以下のときには補正電流ITH1、ITL1は流れない。負荷電流ILの平均値がVT1/Raを超えると、その平均電流が大きくなるほど補正電流ITH1、ITL1が増加するので、過電流検出信号ScがHレベル(過電流検出状態)に移行するのに必要なしきい値電圧VTH、VTLが増大する。
FIG. 4 shows the input / output characteristics of the first
図5に示す第2状態検出回路19は、負荷4に流れる電流ILの交流変化分を検出し、その検出した交流変化分が大きいほど補正電流ITH2、ITL2を増やしてしきい値電圧VTH、VTLを増大させる。ピークホールド回路58は電圧VSのピーク値VSmaxを検出し、ボトムホールド回路59は電圧VSのボトム値VSminを検出する。ここでのサンプリング時間およびホールド時間は、負荷電流ILに定常的に現れるリプルやノイズなどの交流変動分のピークツーピーク値を捉えられるように設定されている。オペアンプ32と抵抗33〜36からなる差動増幅回路は、抵抗33〜36の抵抗値が等しいことから、(6)式に示すように交流変化分V2を出力する。
V2=VSmax−VSmin …(6)
The second
V2 = VSmax−VSmin (6)
この電圧V2は、電圧−電流変換回路44により補正電流ITH2、ITL2に変換される。トランジスタ47と抵抗値R6を持つ抵抗48は、(7)式に示すように電圧V2を電流Im2に変換する。抵抗値R6により電圧−電流変換の変換レートを調整できる。
Im2=V2/R6 …(7)
The voltage V2 is converted into correction currents ITH2 and ITL2 by the voltage-
Im2 = V2 / R6 (7)
抵抗56、57の抵抗値をそれぞれR7、R8とすれば以下の(8)式、(9)式が成立する。
トランジスタ49のVBE=トランジスタ50のVBE+R7・ITH2 …(8)
トランジスタ49のVBE=トランジスタ51のVBE+R8・ITL2 …(9)
If the resistance values of the
VBE of
VBE of the
図6は、第2状態検出回路19の入出力特性を示している。横軸は電圧VSの交流変化分V2を示しており、縦軸は補正電流ITH2、ITL2を示している。ここでの交流変化分V2は、リプル分およびノイズ分の両者を含むピークツーピーク値である。また、図7は、負荷電流ILが大きいときの電圧VSの波形(a)と、負荷電流ILが小さいときの電圧VSの波形(b)とを同一スケールで示している。二点鎖線は、検出したピーク値VSmaxとボトム値VSminである。
FIG. 6 shows the input / output characteristics of the second
負荷電流ILが大きくなるに従って電圧VSの交流変化分V2が増大するので、補正電流ITH2、ITL2を増加させている。これにより、過電流検出信号ScがHレベル(過電流検出状態)に移行するのに必要なしきい値電圧VTH、VTLが増大する。 As the load current IL increases, the AC change amount V2 of the voltage VS increases, so that the correction currents ITH2 and ITL2 are increased. As a result, the threshold voltages VTH and VTL necessary for the overcurrent detection signal Sc to shift to the H level (overcurrent detection state) increase.
図8に示す第3状態検出回路20は、負荷4の温度または負荷4の周囲温度を検出し、その検出した温度が低いほど補正電流ITH3、ITL3を増大させる。温度は、定電流回路60と直列に接続されたダイオード61の順方向電圧VDにより検出される。順方向電圧VDは、周知のように負の温度特性を持つ。ダイオード61は、負荷4の温度または負荷4の周囲温度を検出できるように負荷4の近傍に配置されるが、図1に示すリレー3に設けてもよい。
The third
オペアンプ37、抵抗38〜41および基準電圧生成回路42からなる差動増幅回路は、基準電圧生成回路42の基準電圧をVT2、抵抗38、40の抵抗値をR9、抵抗39、41の抵抗値をR10とすれば、(10)式に示すように順方向電圧VDを基準電圧VT2だけオフセットしてゲインR10/R9倍に増幅した電圧V3を出力する。
V3=R10/R9(VD−VT2) …(10)
The differential amplifier circuit composed of an
V3 = R10 / R9 (VD-VT2) (10)
この電圧V3は、電圧−電流変換回路44により補正電流ITH3、ITL3に変換される。トランジスタ47と抵抗値R11を持つ抵抗48は、(11)式に示すように電圧V3を電流Im3に変換する。抵抗値R11により電圧−電流変換の変換レートを調整できる。
Im3=V3/R11 …(11)
This voltage V3 is converted into correction currents ITH3 and ITL3 by the voltage-
Im3 = V3 / R11 (11)
抵抗56、57の抵抗値をそれぞれR12、R13とすれば以下の(12)式、(13)式が成立する。
トランジスタ49のVBE=トランジスタ50のVBE+R12・ITH3 …(12)
トランジスタ49のVBE=トランジスタ51のVBE+R13・ITL3 …(13)
If the resistance values of the
VBE of
VBE of
図9は、第3状態検出回路20の入出力特性を示している。横軸はダイオード61の順方向電圧VDを示しており、縦軸は補正電流ITH3、ITL3を示している。この図9を検出温度と補正電流ITH3、ITL3との関係として表すと図10になる。すなわち、順方向電圧VDが基準電圧VT2(例えば0.45V)以下のとき、すなわち検出温度が例えば150℃以上のときには補正電流ITH3、ITL3は流れない。検出温度が150℃よりも低い場合、検出温度が低くなるほど補正電流ITH3、ITL3が増加するので、過電流検出信号ScがHレベル(過電流検出状態)に移行するのに必要なしきい値電圧VTH、VTLが増大する。
FIG. 9 shows the input / output characteristics of the third
ここに示した第3状態検出回路20の特性は、ハロゲン電球、白熱電球など温度の低下に伴い抵抗が低くなる負荷に適している。このような負荷4では、ライトスイッチ2をオンした時の温度が低いほどラッシュカレントが増えるからである。これに対し、発光ダイオードなど温度の低下に伴い順電圧が高くなる負荷4では、図11、図12に示すように、順方向電圧VDが高くなるほど、すなわち検出温度が低くなるほど補正電流ITH3、ITL3を減少させる特性とする。
The characteristics of the third
図13に示す第4状態検出回路21は、負荷4に印加される電源電圧VBを検出し、その検出した電源電圧VBが高いほど補正電流ITH4、ITL4を増大させる。電源線5、6間には、抵抗値R14、R15を持つ分圧用の抵抗62、63が直列に接続されている。電源電圧VBの分圧電圧VRは(14)式に示すようになる。
VR=R15/(R14+R15)・VB …(14)
The fourth
VR = R15 / (R14 + R15) · VB (14)
オペアンプ37、抵抗38〜41および基準電圧生成回路42からなる差動増幅回路は、基準電圧生成回路42の基準電圧をVT3、抵抗38、40の抵抗値をR16、抵抗39、41の抵抗値をR17とすれば、(15)式に示すように電源電圧VBの分圧電圧VRを基準電圧VT3だけオフセットしてゲインR17/R16倍に増幅した電圧V4を出力する。
V4=R17/R16(VR−VT3) …(15)
The differential amplifier circuit composed of an
V4 = R17 / R16 (VR-VT3) (15)
この電圧V4は、電圧−電流変換回路44により補正電流ITH4、ITL4に変換される。トランジスタ47と抵抗値R18を持つ抵抗48は、(16)式に示すように電圧V4を電流Im4に変換する。抵抗値R18により電圧−電流変換の変換レートを調整できる。
Im4=V4/R18 …(16)
This voltage V4 is converted into correction currents ITH4 and ITL4 by the voltage-
Im4 = V4 / R18 (16)
抵抗56、57の抵抗値をそれぞれR19、R20とすれば以下の(17)式、(18)式が成立する。
トランジスタ49のVBE=トランジスタ50のVBE+R19・ITH4 …(17)
トランジスタ49のVBE=トランジスタ51のVBE+R20・ITL4 …(18)
If the resistance values of the
VBE of
VBE of
図14は、第4状態検出回路21の入出力特性を示している。横軸は電源電圧VBを示しており、縦軸は補正電流ITH4、ITL4を示している。電源電圧VBが(R14+R15)/R15・VT3以下のときには補正電流ITH4、ITL4は流れない。電源電圧VBが(R14+R15)/R15・VT3を超えると、その電圧値が大きくなるほど補正電流ITH4、ITL4が増加するので、過電流検出信号ScがHレベル(過電流検出状態)に移行するのに必要なしきい値電圧VTH、VTLが増大する。これは、負荷4に加わる電源電圧VBが増加するほど負荷電流ILが増大するからである。基準電圧VT3は補正開始電圧に相当する。
FIG. 14 shows the input / output characteristics of the fourth
図15は、電源電圧VBが増加する場合の電圧、電流の波形を示している。時刻t1〜t2の期間および時刻t5〜t6の期間でライトスイッチ2がオンする。ライトスイッチ2がオンした時には負荷4の温度(ランプのフィラメント温度)が低いのでラッシュカレントが流れ、点灯状態が継続するのに伴い負荷電流ILが徐々に低下する。この図では、シャント抵抗7の検出電圧Vaがしきい値電圧VTHを超えることがないので、負荷4への通電が遮断されることはない。また、時刻t3から時刻t4にかけて電源電圧VBが徐々に増加するのに伴い、第4状態検出回路21が補正電流ITH4、ITL4を徐々に増やす。その結果、しきい値生成電流ITH、ITLおよびしきい値電圧VTH、VTLも増大する。
FIG. 15 shows voltage and current waveforms when the power supply voltage VB increases. The light switch 2 is turned on in the period from time t1 to t2 and in the period from time t5 to t6. Since the temperature of the load 4 (lamp filament temperature) is low when the light switch 2 is turned on, a rush current flows, and the load current IL gradually decreases as the lighting state continues. In this figure, since the detection voltage Va of the shunt resistor 7 does not exceed the threshold voltage VTH, energization to the
図16は、過電流が検出されたときの電圧、電流の波形を示している。時刻t11〜t12の期間および時刻t13〜t15の期間でライトスイッチ2がオンする。時刻t14で負荷4の端子間が短絡すると、シャント抵抗7の検出電圧Vaがしきい値電圧VTHを超えるので、過電流検出信号ScがHレベルとなって負荷4への通電が遮断される。ここでは時刻t15でライトスイッチ2がオフしているが、ライトスイッチ2がオンし続ける場合には、遮断されてから所定の待ち時間が経過すると過電流検出信号ScがLレベルに戻り通電が再開される。
FIG. 16 shows waveforms of voltage and current when an overcurrent is detected. The light switch 2 is turned on in the period from time t11 to t12 and in the period from time t13 to t15. When the terminals of the
以上説明した本実施形態によれば、過電流検出回路8は、シャント抵抗7による検出電圧Vaとしきい値電圧VTH、VTLとの比較に基づいて過電流検出信号Scを出力する。この場合、しきい値生成回路11は、駆動に関する4種類の状態(平均負荷電流、負荷電流ILの交流変化分、温度、電源電圧VB)に応じてそれぞれ独立して補正電流ITH1〜ITH4および補正電流ITL1〜ITL4を変更し、これら補正電流を重畳させてシャント抵抗7に流すことによりしきい値電圧VTH、VTLを生成する。これにより、各状態を反映した総合的なしきい値電圧VTH、VTLを容易且つ正確に生成でき、各状態に基づいてバランスよく過電流を検出できる。
According to the present embodiment described above, the
しきい値生成回路11は、第1状態検出回路18ないし第4状態検出回路21を備えている。このうち第1状態検出回路18は、負荷4に流れる平均電流を検出し、その検出した平均電流が大きいほどしきい値電圧VTH、VTLを増やす。また、第2状態検出回路19は、負荷4に流れる電流ILの交流変化分V2を検出し、その検出した交流変化分V2が大きいほどしきい値電圧VTH、VTLを増やす。
The
これら第1状態検出回路18および第2状態検出回路19を備えれば、負荷4の消費電力が負荷駆動回路1の電気的仕様に適した推奨値に比べ大きい方にずれていても、短絡や劣化などの異常がなく正常に動作しており、負荷駆動回路1に対し過熱やノイズによる誤動作などの不具合を発生させない限り、過電流と誤検出することを極力防止できる。その結果、複数種類の車両に共通して適用できる汎用品としてパーツメーカが設計および製造したランプ等の負荷を、車両メーカ等が設計および製造した純正品と同等に支障なく使用できるようになる。
If the first
第3状態検出回路20は、負荷4の温度または負荷4の周囲温度を検出し、その検出した温度が低いほどしきい値電圧VTH、VTLを増やす。これにより、負荷4のラッシュカレントにより過電流と誤検出することを極力防止できる。また、第4状態検出回路21は、負荷4に印加される電源電圧VBを検出し、その検出した電源電圧VBが高いほどしきい値電圧VTH、VTLを増やす。これにより、バッテリ電圧の変動に起因する過電流の誤検出を防止できる。
The third
過電流検出回路8は、ヒステリシスコンパレータ12を備え、各状態検出回路18〜21は、抵抗56、57のトリミングにより所望のヒステリシス幅を保ちつつしきい値電圧VTH、VTLを増大または減少させることができる。これにより、過電流の検出動作と過電流検出状態からの復帰動作とを安定して行うことができる。
The
(第2の実施形態)
図17は、過電流検出回路を内蔵した負荷駆動回路の第2の実施形態を示しており、図1に示した各構成要素と対応する構成要素に同一符号を付している。この負荷駆動回路71は、各構成要素の電源線5、6との接続態様が図1に示す負荷駆動回路1とは逆の関係となっている。例えば負荷4の一端は電源線5に接続されており、シャント抵抗7の一端は電源線6に接続されている。負荷駆動回路71において、Nチャネル型MOSトランジスタ10はローサイド駆動であり、抵抗13、14の一端は電源線6に接続されている。負荷駆動回路71と負荷駆動回路1は実質的に同一構成である。従って、本実施形態によれば、第1の実施形態と同一の作用および効果が得られる。
(Second Embodiment)
FIG. 17 shows a second embodiment of the load drive circuit incorporating the overcurrent detection circuit, and the same reference numerals are given to the components corresponding to the components shown in FIG. In the
(第3の実施形態)
図18は、過電流検出回路のしきい値生成回路を表す第3の実施形態を示している。本実施形態においても、図1または図17に示すように電源線5、6間にシャント抵抗7とリレー3の接点3bと負荷4とが直列に接続されている。ライトスイッチ2がオンされると、負荷4に対し電源電圧VBが印加されて負荷電流ILが流れる。過電流検出回路は、シャント抵抗7による検出電圧Vaとしきい値電圧VTH、VTLとを比較して過電流検出信号Scを出力する。
(Third embodiment)
FIG. 18 shows a third embodiment representing the threshold value generation circuit of the overcurrent detection circuit. Also in this embodiment, as shown in FIG. 1 or FIG. 17, the shunt resistor 7, the
しきい値生成回路81は、しきい値電圧VTH、VTLを生成する処理の一部をマイクロコンピュータ82(以下、マイコン82と称す)により行っている。マイコン82の外部には、負荷電流ILに応じた電圧VSを検出する電圧検出部83、負荷4の温度または負荷4の周囲温度に応じた電圧VDを検出する温度検出部84、電源電圧VBを検出する電圧検出部85、A/D変換器86〜88およびD/A変換器89、90を備えている。A/D変換器86〜88、D/A変換器89、90などは、マイコン82に内蔵されていてもよい。電圧検出部83はシャント抵抗7からなり、温度検出部84は例えばダイオードからなる。
The threshold
第1補正部91ないし第4補正部94および補正値算出部95は、マイコン82のCPUがROMに記憶されたプログラムに従って実行する処理をブロックとして示したものである。二点鎖線で囲まれた第1状態検出部96ないし第4状態検出部99は、本発明でいう第1状態検出回路ないし第4状態検出回路に相当する。補正値算出部95は、第1補正部91ないし第4補正部94でそれぞれ演算されたしきい値電圧VTH、VTLの補正値を加算して総合的なしきい値電圧VTH、VTLの値を算出する。このしきい値電圧VTH、VTLのデジタル値は、D/A変換器89、90を介してアナログ値であるしきい値電圧VTH、VTLに変換される。
The
第1補正部91は、A/D変換器86を介して入力した電圧VSに基づいて負荷電流ILの平均値を算出し、その平均値が大きいほどしきい値電圧VTH、VTLの補正値を増やす。第2補正部92は、入力した電圧VSの交流変化分を算出し、その交流変化分が大きいほどしきい値電圧VTH、VTLの補正値を増やす。交流変化分は、負荷電流ILに定常的に現れるリプルやノイズのピークツーピーク値である。第3補正部93は、A/D変換器87を介して入力した電圧VDに基づいて負荷4の温度または負荷4の周囲温度を算出し、その温度が低いほどしきい値電圧VTH、VTLの補正値を増やす。この場合、負荷4の特性に応じて温度が低いほどしきい値電圧VTH、VTLの補正値を減らしてもよい。第4補正部94は、A/D変換器88を介して入力した電源電圧VBが高いほどしきい値電圧VTH、VTLの補正値を増やす。
The
本実施形態によれば、第1、第2の実施形態と同様に、パーツメーカが供給する汎用的な負荷を駆動した場合、過熱、ノイズ障害、短絡、劣化などの異常がなく正常に動作している限り、過電流と誤検出することを極力防止することができる。また、マイコン82を用いてしきい値電圧VTH、VTLの補正処理を実行するので、駆動に関する4種類の状態(平均負荷電流、負荷電流ILの交流変化分、温度、電源電圧VB)に応じた複雑な補正処理も可能となる。
According to the present embodiment, as in the first and second embodiments, when a general-purpose load supplied by a parts manufacturer is driven, it operates normally without abnormality such as overheating, noise failure, short circuit, and deterioration. As long as it is detected, erroneous detection of overcurrent can be prevented as much as possible. Further, since the threshold voltage VTH and VTL correction processing is executed using the
負荷駆動回路を備えたECU(Electronic Control Unit)が本来的に有しているマイコンを利用することができれば、過電流検出のために新たなマイコンを追加する必要がなく、図1、図17に示したしきい値生成回路11も不要になる。従って、過電流検出装置の回路サイズを低減することができる。
If a microcomputer inherent in an ECU (Electronic Control Unit) equipped with a load drive circuit can be used, it is not necessary to add a new microcomputer for overcurrent detection. The
(その他の実施形態)
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation and expansion | extension can be performed within the range which does not deviate from the summary of invention.
第1、第2実施形態では第1状態検出回路18ないし第4状態検出回路21を備えているが、第1状態検出回路18と第2状態検出回路19のうち少なくとも一方を備えていればよい。これに追加して、第3状態検出回路20と第4状態検出回路21のうち少なくとも一方を備えてもよい。第3実施形態についても同様である。
In the first and second embodiments, the first
比較回路にヒステリシスコンパレータ12を用いるため、しきい値生成回路11、81は2つのしきい値電圧VTH、VTLを生成したが、ヒステリシス特性を省く場合には1つのしきい値電圧VTのみを生成すればよい。
Since the
しきい値生成回路11は、しきい値生成電流ITH、ITLを抵抗13、14に代わる抵抗性回路に流すことによりしきい値電圧VTH、VTLを生成してもよい。抵抗性回路は、入力した電流に対し一定の関係を持つ電圧を出力する回路要素である。
The
負荷4は、モータ、ソレノイド、LEDなどランプ以外の負荷であってもよい。
制御回路9により駆動される出力トランジスタは、MOSトランジスタに限らずバイポーラトランジスタ、IGBTなどであってもよい。出力トランジスタは、ハイサイドとローサイドの何れに配置してもよい。Pチャネル型、Nチャネル型の何れを用いてもよく、PNP形、NPN形の何れを用いてもよい。
リレー3に替えて半導体スイッチング素子を用いてもよい。
The
The output transistor driven by the
A semiconductor switching element may be used instead of the
図面中、4は負荷、7はシャント抵抗(電流検出回路)、8は過電流検出回路(過電流検出装置)、11、81はしきい値生成回路、12はヒステリシスコンパレータ(比較回路)、13、14は抵抗(抵抗性回路)、18、96は第1状態検出回路、19、97は第2状態検出回路、20、98は第3状態検出回路、21、99は第4状態検出回路、VTHは高レベルしきい値電圧、VTLは低レベルしきい値電圧、ITH1〜ITH4、ITL1〜ITL4はしきい値生成電流、Scは過電流検出信号である。 In the drawing, 4 is a load, 7 is a shunt resistor (current detection circuit), 8 is an overcurrent detection circuit (overcurrent detection device), 11 and 81 are threshold generation circuits, 12 is a hysteresis comparator (comparison circuit), 13 , 14 are resistors (resistive circuits), 18 and 96 are first state detection circuits, 19 and 97 are second state detection circuits, 20 and 98 are third state detection circuits, and 21 and 99 are fourth state detection circuits, VTH is a high level threshold voltage, VTL is a low level threshold voltage, ITH1 to ITH4, ITL1 to ITL4 are threshold generation currents, and Sc is an overcurrent detection signal.
Claims (4)
前記しきい値生成回路は、前記負荷に流れる平均電流を検出し、その検出した平均電流が大きいほど前記しきい値電圧を増大させる第1状態検出回路と、前記負荷に流れる電流の交流変化分を検出し、その検出した交流変化分が大きいほど前記しきい値電圧を増大させる第2状態検出回路のうち少なくとも一方を備えていることを特徴とする過電流検出装置。 A current detection circuit that converts the current flowing through the load into a voltage and outputs the voltage, a threshold value generation circuit that generates a threshold voltage, and compares the voltage output from the current detection circuit with the threshold voltage In an overcurrent detection device including a comparison circuit that outputs a current detection signal,
The threshold generation circuit detects an average current flowing through the load, and a first state detection circuit that increases the threshold voltage as the detected average current increases, and an AC change amount of the current flowing through the load. And an at least one of second state detection circuits for increasing the threshold voltage as the detected AC change is larger.
前記状態検出回路は、前記所定のヒステリシス幅を保ちつつ前記高レベルしきい値電圧と前記低レベルしきい値電圧を増大または減少させることを特徴とする請求項1または2記載の過電流検出装置。 The comparison circuit compares the voltage output from the current detection means with a high level threshold voltage and a low level threshold voltage separated by a predetermined hysteresis width, and outputs the overcurrent detection signal;
3. The overcurrent detection device according to claim 1, wherein the state detection circuit increases or decreases the high level threshold voltage and the low level threshold voltage while maintaining the predetermined hysteresis width. .
前記しきい値生成回路は、前記しきい値生成電流を重畳させて抵抗性回路に流すことにより前記しきい値電圧を生成することを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の過電流検出装置。 Each of the state detection circuits outputs a threshold generation current having a magnitude corresponding to an increase or decrease of the threshold voltage,
4. The threshold value generation circuit according to claim 1, wherein the threshold value generation circuit generates the threshold voltage by superimposing the threshold value generation current and flowing it through a resistive circuit. Current detection device.
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