JP2015071409A - 自動車の高エネルギートランジエントから電子制御ユニットを保護するための保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧自動車トランジエントパルスから電子制御ユニット（ＥＣＵ）を保護するための保護回路を提供する。
【解決手段】本発明の回路は、入力電圧を受容する入力端子と、出力電圧を出力する出力端子と、入力端子から出力端子へ負荷を通じて直列接続された事前規定された閾電圧を有するトランジスタと、負荷へ付加される電圧をより安全な動作領域内に制限するように負荷へ直列接続された事前規定された破壊電圧を有するトランジエント電圧抑制回路（ＴＶＳ）ダイオードとを含む。標準状態において、電流がトランジスタ内を流れ、高電圧自動車トランジエントパルスが事前規定された直列トランジスタ遮断閾電圧を超えた場合、直列トランジスタは遮断モードとなり、電流はＴＶＳダイオード内を流れ、これにより、電圧出力が事前規定された破壊電圧だけ低下する。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車の高エネルギートランジエントから電子制御ユニット（ＥＣＵ）を保護する方法に主に関する。詳細には、本発明は、トランジエント保護のための低出力のトランジエント電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードの使用に関する。

高エネルギートランジエントからのＥＣＵの保護（図１に示す）は、自動車分野において以前から問題になっている。すなわち、高エネルギーパルスの取り扱いが不適切である場合、ＥＣＵの破壊に繋がり得ることが判明している。トランジエントからＥＣＵを保護するための従来の方法の場合、非効率または高価である。

従来の方法においては、高出力のトランジエント電圧抑制回路／トランゾーブ（ＴＶＳダイオード）を用いて、エネルギーを吸収するグラウンドへエネルギーを分路（図２ａに示す）し、このエネルギーを熱に変換する。そのためには、高価な高重量のＴＶＳダイオードが必要であり、また、実装において問題もある（例えば、逆バッテリー保護、熱放散のための銅がＰＣＢ中において多くなること）。

別の従来の方法においては、能動スイッチ（図２ｂに示す）により、システム内へのトランジエント侵入が遮断される。この方法を電力線において実装した場合、ＥＣＵへの供給が遮断されるため、高キャパシタンスでバックアップをとらない限り、ＥＣＵ機能が停止するため、ほとんどの場合において非実際的である。よって、この方法の用途は限られている。

さらに別の従来の方法においては、ディスクリート回路（例えば、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ））を線形モードにおいて用いてトランジエントを制御し、エネルギーを当該デバイス上の熱に変換する（図２ｂに示す）。この方法の場合、エネルギーを取り扱うために高出力のディスクリートデバイスが必要となるため、高価になる。

上記の議論を鑑みて、上記の問題を解消し得る、自動車の高エネルギートランジエントからＥＣＵを保護するための向上した方法を提供する必要があることが、認識される。

本発明の主な目的は、自動車の高エネルギートランジエントからＥＣＵを保護するための向上した方法を提供することである。この方法においては、低出力のＴＶＳダイオードが用いられ得る。

本発明の別の目的は、自動車の高エネルギートランジエントからＥＣＵを保護するための向上した方法を提供することである。この方法により、従来の方法と比較して低い破壊電圧ＢＪＴ／ＦＥＴの利用が可能になる。

本発明の別の目的は、コスト効率の良い、自動車の高エネルギートランジエントからＥＣＵを保護するための向上した方法を提供することである。

本発明の別の目的は、ＥＣＵ機能の停止を無くすことが可能な、自動車の高エネルギートランジエントからＥＣＵを保護するための向上した方法を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明は、高電圧の自動車トランジエントパルスから電子制御ユニット（ＥＣＵ）を保護するための保護回路を開示する。この回路は、入力電圧を受容する入力端子と、出力電圧を出力する出力端子と、事前規定された閾電圧を有するトランジスタと、トランジエント電圧抑制回路（ＴＶＳ）ダイオードとを含む。このトランジスタは、制御回路によって制御され、入力端子から出力端子へ負荷を通じて直列接続され、トランジエント電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードは、事前規定された破壊電圧を有し、負荷へ付加される電圧をより安全な動作領域内に制限するために負荷へ直列接続され、標準状態において電流がトランジスタ内を流れ、高電圧自動車トランジエントパルスが事前規定された閾電圧を超えた場合、トランジスタは遮断モードとなり、電流はＴＶＳダイオード内を流れ、これにより、事前規定された破壊電圧だけ電圧出力を低減させる。

一実施形態において、保護回路は、比較的より小さなサイズの入力タンクコンデンサを含む。この入力タンクコンデンサは、ＥＣＵ停止回避のために、事前規定された直列トランジスタ遮断閾電圧とＴＶＳダイオードの事前規定された破壊電圧との間の入力電圧範囲の電力を保護回路へ供給する。

一実施形態において、負荷は、ＴＶＳダイオードに対しての直列インピーダンスとして機能し、電流を制限することによりＴＶＳダイオード中の電力損失の低減を保証する。

一実施形態において、トランジスタは、低破壊電圧ＢＪＴまたは低破壊電圧ＦＥＴであり得る。さらに、ＴＶＳダイオードは、低出力のＴＶＳダイオードであり得る。

上記の一般的記載および以下の本発明の詳細な説明は、特許請求の範囲中に記載の本発明の本質および特質を理解するための概要または枠組みを提供するためのものであることが、理解されるべきである。添付の図面は、本発明のさらなる理解のためのものであり、本明細書中において採用されかつ本明細書の一部を構成するものである。図面は、本発明の多様な実施形態を例示するものであり、本記載と共に本発明の原理および動作を説明する役割を担う。

本発明の上記の特徴および他の利点は、添付図面中に例示されるような本発明の例示的な実施形態を参照すればより深く理解され、明らかとなる。

典型的な高電圧自動車トランジエントパルスを示す。 自動車高電圧トランジエントの保護のための従来の方法を従来技術として示す。 本発明の一実施形態による、自動車高電圧トランジエントからＥＣＵを保護する方法の模式図である。 本発明の一実施形態による、低出力のトランジエント電圧抑制回路（ＴＶＳ）を用いた例示的ＥＣＵを示す。 本発明の一実施形態による、低出力のトランジエント電圧抑制回路（ＴＶＳ）を用いた例示的ＥＣＵを示す。 本発明の一実施形態による、標準状態およびトランジエント状態時におけるＥＣＵ回路の動作を示す。 本発明の方法を用いた保護時におけるＶｉｎ対Ｖｏｕｔを示す。

以下、添付図面中に例示するような本発明の例示的実施形態について言及する。以下、可能な場合、同一の参照符号は同一または類似の部分を指す。

本明細書中において開示されるのは、自動車高電圧トランジエントからＥＣＵを保護する方法である。図３は、本発明の一実施形態による、自動車高電圧トランジエントからＥＣＵを保護するためのそのような回路および方法の模式図である。

この回路は、活性保護（遮断）を独自の様態で低出力のＴＶＳダイオードと組み合わせたものとして設計されたものであり、ＥＣＵを停止すること無くエネルギーを取り扱う。一般的に、ＴＶＳダイオードは負荷／下流回路と並列に用いられて、トランジエントをグラウンドへ分路する。本発明において、ＴＶＳダイオード（３０４）は、高電圧トランジエントイベント（３０２）時において負荷（３１０）へ直列接続されて、負荷への印加電圧をより安全な動作領域内に制限する。ＢＪＴ／ＦＥＴ（３０６）および制御ユニット（３０８）も、負荷へ直列接続され得る。この回路はまた、比較的より小さなサイズの入力タンクコンデンサを含む。この入力タンクコンデンサは、ＥＣＵ停止を回避するため、事前規定された直列トランジスタ遮断閾電圧とＴＶＳダイオードの事前規定された破壊電圧との間の入力電圧範囲で電力を供給する。図４および図５は、本発明の一実施形態による、低出力のトランジエント電圧抑制回路（ＴＶＳ）を用いた２つの例示的な回路を示す。

図６は、本発明の一実施形態による、標準状態およびトランジエント状態時におけるＥＣＵ回路の動作を示す。Ｑ１０１は、標準状態下の飽和スイッチであり、負荷／下流回路へ連続的電力を提供する。Ｚ１０１は、標準状態下において伝導しない。高電圧トランジエント状態において、Ｑ１０１は遮断モードとなる。遮断閾電圧は、Ｚ１０１によって設定される。例示的な実施形態において、閾電圧は３９Ｖであり得る。その結果、Ｑ１０１〜Ｑ１０２のゲートソースがクランプされる。トランジエントが破壊電圧（Ｖｚ）を超えると、Ｚ１０１が伝導し始め、その結果、クランプ電圧が負荷／下流回路へ提供される。

下流回路への電圧＝Ｖｉｎ−Ｖｚ

例えば、１００Ｖのトランジエントに対する破壊電圧が５６Ｖである場合、Ｖｏｕｔ＝１００−５６＝４４Ｖである。

３９Ｖ〜５６Ｖ（不感帯）において、入力タンクコンデンサは、ＭＣＵを回避する不感帯時において負荷／下流を供給して、ＭＣＵのリセットを有効に回避し、これによりＲＡＭ内容物を保護する。

下流回路は、ＴＶＳが高インピーダンスとみなす負荷としてＴＶＳに対して機能するため、ＴＶＳの電力損失が顕著に低下し、これにより、コンポーネントサイズが低減する。

カテゴリーＩＶの負荷ダンプのクランプを極端なエネルギーで行うと最適である。本発明において、これを用いて、ＴＶＳの代わりにツェナーを用いて媒体エネルギー高電圧トランジエントをクランプすることもできる。この解決法は、典型的な自動車温度範囲（−４０Ｃ〜１２５℃）において用いることが可能である。

本発明は、従来技術と比較して、低出力のＴＶＳダイオードおよび低破壊電圧ＢＪＴ／ＦＥＴを用いる。さらに、本発明によれば、従来の方法と比較して低コストの解決法が得られる。また、比較的より小さなサイズのタンクコンデンサにより、ＥＣＵ停止期間も回避することができる。

当業者であれば、本発明の範囲および意図から逸脱することなく多様な改変および変更が可能であることを理解する。よって、本発明は、そのような改変および変更が添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にある限り、そのような改変および変更を網羅する。

Claims (5)

1. 自動車の高電圧トランジエントパルスから電子制御ユニット（ＥＣＵ）を保護するための保護回路であって、
   事前規定された破壊電圧を有する低出力のトランジエント電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードであって、負荷へ直列接続されて、前記負荷へ印加される電圧をより安全な動作領域内に制限する、低出力のトランジエント電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードを含み、
   標準状態においては電流が直列なトランジスタ内を流れ、自動車の高電圧トランジエントパルスが事前規定された閾電圧を超えたとき、前記直列なトランジスタは遮断モードとなり、前記電流は前記ＴＶＳダイオード内を流れ、これにより、電圧出力がＴＶＳダイオードの事前規定された破壊電圧だけ低下し、前記負荷は、ＴＶＳダイオードに対して電流制限インピーダンスとして機能し、これにより、その電力損失を低下させる、
   保護回路。
2. 比較的より小さなサイズの入力タンクコンデンサを含み、前記入力タンクコンデンサは、ＥＣＵ停止／リセットを回避するために、前記直列なトランジスタの事前規定された遮断閾電圧と前記ＴＶＳダイオードの事前規定された破壊電圧との間の入力電圧範囲の電力を前記保護回路へ供給する、請求項１に記載の保護回路。
3. 前記直列なトランジスタは、低破壊電圧ＦＥＴまたは低破壊電圧ＢＪＴを含む、請求項１に記載の保護回路。
4. 前記ＴＶＳダイオードは、低出力のＴＶＳダイオードを含む、請求項１に記載の保護回路。
5. 前記負荷は、ＴＶＳダイオードに対する直列なインピーダンスとして機能し、電流を制限することにより、前記ＴＶＳダイオード中の電力損失の低減を保証する、請求項１に記載の保護回路。