JP2015021954A - 電流制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力ラインのサージ保護用ダイオードの診断を高精度に，かつ低コストに行う手段を提供する。【解決手段】電源ラインＶＣＣ ＥＳＤ１２に電圧を供給する電源１０と電源ラインＶＣＣ ＥＳＤ１２との間にスイッチ７を備え，電源ラインＶＣＣ ＥＳＤ１２は抵抗５によってグラウンドラインＧＮＤ ＥＳＤ１７に接続され，ダイオード３のオープン故障診断時，スイッチ７をオープン状態にし，入力信号ラインＩＮ１３の電圧と，電源ラインＶＣＣ ＥＳＤ１２の電位差を測定し、ダイオード３のオープン故障診断を行う。【選択図】図１

Description

本発明は電子制御装置の故障診断率向上に関する。

近年，自動車等の人命に関わる制御に電子制御が応用されており，電子制御担う電子制御装置は高い信頼性が求められる。特に車載用途では，機能安全規格ISO２６２６２によって，信頼性の基準が定められており，車載用電子制御装置は，この規格に適合する必要がある。

ISO２６２６２では，主機能の診断の他，潜在故障の診断も求められる。潜在故障とは，その故障だけではシステムの危険につながらないが，他の故障と組み合わせてシステムの危険につながるおそれのある故障である。

潜在故障の例としてサージ保護素子の故障がある。サージ保護素子の故障は，それだけではシステムの危険につながらないが，サージ保護素子が故障した状態で，次にサージが印加された時，主機能の故障し，システムの危険につながるおそれがある。ISO26262適合のためには，このようなサージ保護素子の診断を行う必要がある。

特開平１０―１９００３２号公報

特開平１０―１９００３２では、RF受信回路の入力ラインのサージ保護素子として用いられるダイオードを診断するため，入力ラインの電位を負電位に固定し，その時ダイオードに流れる電流を測定することでダイオードの故障診断を行う技術が開示されている。

この従来技術では，入力ラインとRF受信部との間にキャパシタがあるため，入力ラインを負電位に固定してもダイオード以外に電流が流れないが，一般的な車載用途では，入力ラインにプルアップ抵抗や，センサ等が接続されており，入力ラインを負電位に固定すると，ダイオード以外にも電流が流れるため，ある一定の電流閾値で故障診断を行うと，診断を誤るおそれがある。

また，診断のために，負電圧を発生する電源が必要となり，コストの増大につながる。

本発明の目的は以上の課題を解決するためのもので，入力ラインのサージ保護用ダイオードの診断を高精度に，かつ低コストに行う手段を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明では、入力信号ラインINと，電源ラインVCC_EDSと，グラウンドラインGND_ESDと前記入力信号ラインINに正のサージが印加された時，前記入力信号ラインINから前記電源ラインVCC_ESDにサージ電流を通電するためのダイオードD１を備える電子制御装置において，前記電源ラインVCC_ESDに電圧を供給する電源と前記電源ラインVCC_ESDとの間にスイッチSW1を備え，前記電源ラインVCC_ESDは抵抗Rによって前記グラウンドラインGND_ESDに接続され，前記ダイオードD１のオープン故障診断時，前記SW1をオープン状態にし，前記入力信号ラインINの電圧と，前記電源ラインVCC_ESDの電位差を測定し、前記ダイオードD1のオープン故障診断をすること，を特徴とする。
さらに，本発明では，入力信号ラインINと，電源ラインVCC_EDSと，グラウンドラインGND_ESDと前記入力信号ラインINに正のサージが印加された時，前記入力信号ラインINから前記電源ラインVCC_ESDにサージ電流を通電するためのダイオードD１を備える電子制御装置において，前記電源ラインVCC_ESDに電圧を供給する電源と前記電源ラインVCC_ESDとの間にスイッチSW1を備え，前記電源ラインVCC_ESDは抵抗Rによって前記グラウンドラインGND_ESDに接続され，前記ダイオードD１のオープン故障診断時，前記SW1をオープン状態にし，前記入力信号ラインINの電圧と，前記電源ラインVCC_ESDの電位差を測定し、前記ダイオードD1のオープン故障診断をすること，を特徴とする。

本発明によれば、ダイオードの順方向電圧Vfで故障診断を行うため，入力ラインに接続された回路に依存しない堅牢な故障診断を行うことができる。さらに本発明によれば，既存の電源ラインやグラウンドラインの接続を変更することにより，診断対象のダイオードに通電し診断するため，追加の電源を不要とし，低コストで故障診断を行うことができる。

本実施例による電流制御用装置のブロック図 診断部（８）の詳細ブロック図 制御部（２０１）がダイオードD1（３）を診断する時のフローチャート 制御部（２０１）がダイオードD２（４）を診断する時のフローチャート 図３のフローチャートに従い，制御部（２０１）がダイオードD1（３）の診断をおこなう第一の波形例 図３のフローチャートに従い，制御部（２０１）がダイオードD1（３）の診断をおこなう第二の波形例 図４のフローチャートに従い，制御部（２０１）がダイオードD２（４）の診断をおこなう第一の波形例 図４のフローチャートに従い，制御部（２０１）がダイオードD２（４）の診断をおこなう第二の波形例

以下図に従い、本発明の実施例について説明を加える。

図１は本実施例による電流制御用装置のブロック図である。

電子制御装置（１）は，センサ（２）より信号ライン（１３）を介して信号を入力し，図示していない各種アクチュエータを制御する。なお，本実施例では，１つのセンサのみ示しているが，実際は制御の種類に応じて各種複数のセンサを入力しているが図1では省略している。

さらに，電子制御装置（１）は，グラウンドラインGND（１７）を介して外部のグラウンドラインに接続されている。

電子制御装置（１）は，電源（１０），スイッチSW１（７），スイッチSW2（９），抵抗（５），電源クランプ（６），ダイオードD1（３），ダイオードD2（４），診断部（８），マイクロコントローラ（１１），から構成される。

電源（１０）は，電源ラインVCC_ESD（１２），電源ラインVCC（１５），を介して電子制御装置（１）内に電源を供給する。電源ラインVCC_ESD（１２）と電源ラインVCC（１５）間にはスイッチSW１（７）があり，診断部（８）から信号ラインSW1_on（１８）を介して，オープン，クローズを行う。なお，SW1=1時，SW1はクローズとなり，SW1_on＝０時SW1はオープンとなる。

スイッチSW2（９）は，内部のグラウンドラインGND_ESD（１４），グラウンドラインGND（１７）間のスイッチであり，診断部（８）から信号ラインSW2_on（１９）を介して，オープン，クローズを行う。なお，SW２=１時，SW２はクローズとなり，SW２_on＝０時SW２はオープンとなる。

電源ラインVCC_ESD（１２）とグラウンドラインGND_ESD（１４）間には抵抗（５）が接続され，この抵抗は，ダイオードD1（３），D2（４）に電流経路となる。

ダイオードD1（３）は，入力ラインIN（１３）に正のサージが印加された時の保護回路であり，ダイオードD1（３），電源クランプ（６），SW2（９）を経由してサージ電流を外部のグラウンドに逃がす。

ダイオードD２（４）は，入力ラインIN（１３）に負のサージが印加された時の保護回路であり，ダイオードD２（４），SW2（９）を経由してサージ電流を外部のグラウンドに逃がす。

診断部（８）は，入力ライン（１３），電源ラインVCC_ESD（１２），グラウンドラインGND_ESD（１４），の電位を測定することにより，ダイオードD1（３），ダイオードD２（４）の故障診断を行う。さらに，診断部（８）は，ダイオードD1（３），ダイオードD２（４）の故障診断を行うために，信号ラインSW1_on（１８），信号ラインSW2_on（１９）を介して，スイッチSW１（７），スイッチSW2（９）のオープン，クローズ制御を行う。さらに診断部（８）は，ダイオードD1（３），ダイオードD２（４）の診断に結果，故障を検出すると，信号ラインD_open（１６）を介してマイクロコントローラ（１１）に通知する。

図２は，診断部（８）の詳細ブロック図である。

診断部（８）は，MUX（２００），ADC（２０２），平均値演算部（２０３），AVE_VCC（２０４），AVE_IN（２０５），AVE_GND（２０６），制御部（２０１）から構成される。

MUX（２００）は，電源ラインVCC_ESD（１２），入力ライン（１３），グラウンドラインGND_ESD（１４）のうち一つの信号ラインを選択し，ADC（２０２）に出力する。ADC（２０２）は，MUX（２００）から入力された信号をデジタル値に変換し，平均値演算部（２０３）に出力する。平均値演算部（２０３）は，ADC（２０２）から入力されたデジタル値の平均を演算する。AVE_VCC（２０４），AVE_IN（２０５），AVE_GND（２０６）は，電源ラインVCC_ESD（１２），入力ライン（１３），グラウンドラインGND_ESD（１４）のデジタル値の平均をそれぞれ保持する。

制御部（２０１）は，AVE_VCC（２０４），AVE_IN（２０５），AVE_GND（２０６）が，電源ラインVCC_ESD（１２），入力ライン（１３），グラウンドラインGND_ESD（１４）のデジタル値の平均をそれぞれ保持するように，MUX（２００），ADC（２０２），平均値演算部（２０３）へ各種タイミング信号を出力する。

さらに，制御部（２０１）は，AVE_IN（２０５）の値を判定し，信号ラインSW1_on（１８），信号ラインSW2_on（１９）を介して，スイッチSW１（７），スイッチSW2（９）のオープン，クローズ制御を行う。

さらに，制御部（２０１）は，AVE_VCC（２０４），AVE_IN（２０５），AVE_GND（２０６）の値より，ダイオードD1（３），ダイオードD２（４）の故障を診断し，診断の結果，故障を検出すると，信号ラインD_open（１６）を介してマイクロコントローラ（１１）に通知する。

図３は，制御部（２０１）がダイオードD1（３）を診断する時のフローチャートである。

まず，ステップ（３００）にて，AVE_IN（２０５）がダイオードD1の順方向電圧Vfより大きいかを判定する。もし大きい場合，ダイオードD1の診断が可能と判断し，ステップ（３０１）に進み，SW1_onを0に，すなわち，SW1をオープンにする。

次に，ステップ（３０２）にて，AVE_IN（２０５）と AVE_VCC（２０４）の差がダイオードD1の順方向電圧Vfに等しいか判定する。もし等しい場合，正常と判断し，ステップ（３０４）へ進む。もし等しく無い場合，ダイオードD1が故障していると判定し，ステップ（３０３）に進み， ダイオード故障を示すD_open=1をマイクロコントローラへ通知する。

最後に，ステップ（３０４）にて，SW1_onを1に，すなわち，SW1をクローズし，診断を終了する。

図４は，制御部（２０１）がダイオードD２（４）を診断する時のフローチャートである。

まず，ステップ（４００）にて，AVE_IN（２０５）がVcc-Vfより小さいかを判定する。もし小さい場合，ダイオードD1の診断が可能と判断し，ステップ（４０１）に進み，SW２_onを0に，すなわち，SW２をオープンにする。

次に，ステップ（４０２）にて，AVE_IN（２０５）と AVE_GND（２０６）の差がダイオードD２の順方向電圧Vfに等しいか判定する。もし等しい場合，正常と判断し，ステップ（４０４）へ進む。もし等しく無い場合，ダイオードD２が故障していると判定し，ステップ（４０３）に進み， ダイオード故障を示すD_open=1をマイクロコントローラへ通知する。

最後に，ステップ（４０４）にて，SW２_onを1に，すなわち，SW２をクローズし，診断を終了する。

図５は，図３のフローチャートに従い，制御部（２０１）がダイオードD1（３）の診断をおこなう第一の波形例である。

時刻ｔ１にてINがVfより大きくなったため，診断が可能と判断し，時刻t2にて，SW1_onを0に，すなわち，SW1をオープンにする。このとき，VCC_ESDは抵抗を介してGND_ESDにプルダウンされ，VCC_ESDの電位はINよりVf分降下する。
ステップ（３０２）にてAVE_IN（２０５）と AVE_VCC（２０４）の差がVfと等しい，すなわち，正常と判定され，時刻t3にて通常動作に復帰する。

図６は，図３のフローチャートに従い，制御部（２０１）がダイオードD1（３）の診断をおこなう第二の波形例である。

時刻ｔ１にてINがVfより大きくなったため，診断が可能と判断し，時刻t2にて，，SW1_onを0に，すなわち，SW1をオープンにする。このとき，VCC_ESDは抵抗を介してGND_ESDにプルダウンされる。もし，ダイオードD1（３）がオープン故障している場合，VCC_ESDの電位はグラウンドに固定される。
ステップ（３０２）にてAVE_IN（２０５）と AVE_VCC（２０４）の差がVfと等しくない，すなわち，故障と判定され，時刻t3にてD_open=1がマイクロコントローラに通知される。

図７は，図４のフローチャートに従い，制御部（２０１）がダイオードD２（４）の診断をおこなう第一の波形例である。

時刻ｔ１にてINがVCC-Vfより小さくなったため，診断が可能と判断し，時刻t2にて，SW２_onを0に，すなわち，SW２をオープンにする。このとき，GND_ESDは抵抗を介してVCC_ESDにプルアップされ，VCC_GNDの電位はINよりVf分上昇する。
ステップ（４０２）にてAVE_IN（２０５）と AVE_GND（２０６）の差がVfと等しい，すなわち，正常と判定され，時刻t3にて通常動作に復帰する。

図８は，図４のフローチャートに従い，制御部（２０１）がダイオードD２（４）の診断をおこなう第二の波形例である。

時刻ｔ１にてINがVCC-Vfより小さくなったため，診断が可能と判断し，時刻t2にて，SW２_onを0に，すなわち，SW２をオープンにする。このとき，GND_ESDは抵抗を介してVCC_ESDにプルアップされる。もし，ダイオードD２（４）がオープン故障している場合，GND_ESDの電位はVCCに固定される。
ステップ（４０２）にてAVE_IN（２０５）と AVE_GND（２０６）の差がVfと等しくない，すなわち，故障と判定され，時刻t3にてD_open=1がマイクロコントローラに通知される。

１……電子制御装置、２……センサ、３，４……ダイオード、
５……抵抗、６……電源クランプ、７，９……スイッチ、８……診断部，
１０……電源，１１……マイクロコントローラ

Claims (6)

1. 入力信号ラインINと，電源ラインVCC_EDSと，グラウンドラインGND_ESDと、
   前記入力信号ラインINに正のサージが印加された時，前記入力信号ラインINから前記電源ラインVCC_ESDにサージ電流を通電するためのダイオードD１と、
   を備える電子制御装置において，
   前記電源ラインVCC_ESDに電圧を供給する電源と前記電源ラインVCC_ESDとの間にスイッチSW1を備え，前記電源ラインVCC_ESDは抵抗Rによって前記グラウンドラインGND_ESDに接続され，前記ダイオードD１のオープン故障診断時，前記SW1をオープン状態にし，前記入力信号ラインINの電圧と，前記電源ラインVCC_ESDの電位差を測定し、前記ダイオードD1のオープン故障診断をすること，を特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１記載の電子制御装置であって、
   前記ダイオードD1のオープン故障診断は，前記入力信号ラインINの電圧と，前記電源ラインVCC_ESDの電位差が前記ダイオードD１の順方向電圧Vf１と一致した場合正常，不一致の場合異常と診断すること，を特徴とする電子制御装置。
3. 請求項２記載の電子制御装置であって、
   前記ダイオードD1のオープン故障診断は，前記入力信号ラインINの電位がVf１より大きい場合に開始されること，を特徴とする電子制御装置。
4. 入力信号ラインINと，電源ラインVCC_EDSと，グラウンドラインGND_ESDと、
   前記入力信号ラインINに負のサージが印加された時，前記入力信号ラインINから前期グラウンドラインGND_ESDにサージ電流を通電するためのダイオードD１と、
   を備える電子制御装置において，
   電子制御装置外部のグラウンドラインと前記グラウンドラインGND_ESDとの間にスイッチSW2を備え，前記グラウンドラインGND_ESDは抵抗Rによって前記電源ラインVCC_ESDに接続され，前記ダイオードD２のオープン故障診断時，前記SW2をオープン状態にし，前記入力信号ラインINの電圧と，前記グラウンドラインGND_ESDの電位差を測定し、前記ダイオードD2のオープン故障診断をすること，を特徴とする電子制御装置。
5. 請求項４記載の電子制御装置であって、
   前記ダイオードD2のオープン故障診断は，前記入力信号ラインINの電圧と，前記グラウンドラインGND_ESDの電位差が前記ダイオードD２の順方向電圧Vf２と一致した場合正常，不一致の場合異常と診断すること，を特徴とする電子制御装置。
6. 請求項５記載の電子制御装置であって、
   前記ダイオードD2のオープン故障診断は，前記入力信号ラインINの電位が，（前記電源ラインの電位VCC―Vf）より小さい場合に開始されること，を特徴とする電子制御装置。