JP2016206040A - 温度検知機能診断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】過温度検知回路または温度センサの温度検知機能の診断を可能とし、経時劣化による温度検知機能の異常を検出することを可能とする温度検知機能診断装置を提供する。【解決手段】温度情報を出力する温度センサと、所定の閾値温度より高い温度の時に過温度検知信号を出力する過温度検知回路と、前記過温度検知回路の閾値を変更する閾値変更手段と、前記閾値変更手段によって閾値が変更された時の前記過温度検知回路の出力と前記温度センサの出力との対応に基づいて前記過温度検知回路または前記温度センサの少なくとも一方の異常を判定する温度検知機能判定手段とを備えることを特徴とする温度検知機能診断装置。【選択図】 図1

Description

本発明は、温度検知機能診断方式、及びそれを用いた装置に関わり、特に温度異常時のフェイルセーフ機能を有する車両に適用される電子制御ユニットに関する。
車両では、複数の電子制御ユニットを組合せた形で一つのシステムが構成されているが、このとき、電子制御ユニットを構成している多数の集積回路や個別半導体は、個々の素子が許容動作温度限界を越えると正常動作が保証出来ない。そこで、車両に適用される個々の電子制御ユニットには、温度情報を出力する温度センサと所定の閾値温度より高い温度の時に過温度検知信号を出力する過温度検知回路が設けてあって、許容温度を越えた場合に警報を出したり、電源供給を自動遮断したりするなどのフェイルセーフ機能を持たせるのが一般的である(例えば、特許文献1)。
また、電子制御ユニットにより、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。これらの電動アクチュエータを駆動するために、駆動回路と制御回路が同一チップ上に構成された半導体集積回路(IC)が用いられる。
駆動対象である負荷を高精度に制御するために、温度情報を出力する温度センサを用いることにより、温度補正を行うことがある。
特開2002−236058号公報
半導体集積回路内の配線のEM(Electro Migration)やMOSゲート酸化膜(絶縁膜)の経時破壊であるTDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)といった特性は高温側がより厳しいことが知られている。
前記の電子制御ユニットが搭載される温度環境がより高温となると、前記半導体集積回路のIC出荷時テストが合格していても、半導体集積回路内の異物や膜厚異常により、IC内配線の断線といった経時劣化の恐れがあり、前記過温度検知回路の機能が動作しなくなる恐れがある。
そこで、本発明は、前記過温度検知回路または温度センサの温度検知機能を診断することを可能とする温度検知機能診断装置を提供する。
上記課題を解決するために、本発明はの温度検知機能診断装置は、所定の閾値温度より高い温度の時に過温度検知信号を出力する過温度検知回路と、前記過温度検知回路の閾値を変更する閾値変更回路と、前記閾値変更回路によって閾値が変更されたときの前記過温度検知回路の出力と温度情報を出力する温度センサの出力とに基づいて前記過温度検知回路または前記温度センサの少なくとも一方の異常を判定する温度検知機能判定回路と、を備える。
本発明によれば、過温度検知回路または温度センサの温度検知機能の診断を可能とし、経時劣化による温度検知機能の異常を検出することを可能とする温度検知機能診断装置を提供できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の第1の実施形態である温度検知機能診断装置の構成を示すブロック図である。 図1に示す実施例の過温度検知回路及び閾値変更手段の例である。 図1に示す実施例の過温度検知回路及び閾値変更手段の例である。 図2(b)に示す電流コピー回路の例である。 図1に示す実施例の温度センサによる過温度検知回路の温度検知機能の診断フローの一例である。 図1に示す実施例の複数の過温度検知回路による温度センサの温度検知機能の診断フローの一例である。 図1に示す実施例の複数の過温度検知回路による温度センサの温度検知機能の診断フローの一例である。 図1に示す実施例の別形態による実施例である。 図4に示す実施例の複数の過温度検知回路による過温度検知回路の温度検知機能の診断フローの一例である。 図1に示す実施例の別形態による実施例である。 図1に示す実施例の別形態による実施例である。 図7に示す実施例のアナログ温度センサ及び共通過温度検知回路及び共通閾値変更手段の例である。 図7に示す実施例の別形態による実施例である。 図9に示す実施例のアナログ温度センサ及び共通過温度検知回路及び共通閾値変更手段の例である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的
なものであるから、この図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本発明の第1の実施形態では、過温度検知回路と温度センサとの温度検知機能を相互に診断することにより、経時劣化による温度検知機能の異常検出を可能とする温度検知機能診断装置の構成及び動作について説明する。
図1は本発明の実施形態である温度検知機能診断装置の全体構成である。
図1に示す温度検知機能診断装置1は、温度情報を出力する温度センサ4と、所定の閾値温度より高い温度の時に過温度検知信号OVT1〜OVTnを出力する過温度検知回路21〜2nと、過温度検知回路21〜2nの閾値を変更する閾値変更手段31〜3nと、閾値変更手段31〜3nによって閾値が変更された時の過温度検知回路21〜2nの出力と温度センサ4の出力Tsとの対応に基づいて過温度検知回路21〜2nまたは温度センサ4の少なくとも一方の異常を判定する温度検知機能判定手段5とを備えることを特徴とする。
図2(a)では図1に示した過温度検知回路21〜2nと閾値変更手段31〜3nの例を示す。過温度検知回路2nはバイポーラトランジスタ2n1のベース‐エミッタ間電圧、Vbeの温度特性を用い、電流源2n2により定常電流を流すことにより、温度に対応した電圧TMONを得ることができる。ベース‐エミッタ間電圧、Vbeは高温側で減少する温度特性がある。電源電圧をVDDとしたとき、温度対応電圧TMONは
TMON=VDD−Vbe
となり、高温側で電圧が大きくなる。なお、温度に対応した電圧を得るために、バイポーラトランジスタのVbeを利用する他に、ダイオードのPNジャンクションのVF電圧や抵抗の温度依存性を利用しても良い。
過温度を検知する閾値温度に対応した参照電圧REFを基準電圧VREFとアンプ2n5とNMOS,2n4と抵抗R1,R2により生成する。ここで、診断イネーブル信号TEST_ENn=Lとし、R2=R20+R21とする。このとき、参照電圧REFは
REF=VDD−VREF×(R1/R2)
となる。コンパレータ2n3により、温度対応電圧TMONと参照電圧REFとが比較され、閾値変更手段3nが診断イネーブル信号TEST_ENn=Hのとき、NMOS,3n1により、R2=R21となり、参照電圧REFは小さくなり、閾値温度は低温側にシフトする。ここでは閾値温度の切替えは2つの場合を説明したが、抵抗R2の抵抗値の切替えを複数とすることで、多段階に、3つ以上に閾値温度を切替えることが可能である。
図2(b)に過温度検知回路21〜2nと閾値変更手段31〜3nの他の例を示す。
温度対応電圧TMONはベース‐エミッタ間電圧、Vbeとなり、高温側で電圧が小さくなる。基準電圧VREFとアンプ2n5とNMOS,2n4と抵抗R3により、抵抗R3特性に依存した電流I=VREF/R3を生成する。電流コピー回路2n6により、電流コピー比が1:1の場合、TEST_ENn=Lのとき、
REF=R4×I
となる。ここで、R4=R41とした。R3とR4との抵抗の温度特性を同一とすることで、温度に対して安定な参照電圧REFが得られる。コンパレータ2n3により、温度対応電圧TMONと参照電圧REFとが比較され、閾値変更手段3nが診断イネーブル信号TEST_ENn=Hのとき、NMOS,3n1、インバータゲート3n2により、R4=R40+R41となる。参照電圧REFは大きくなり、過温度検知回路2nの閾値温度を低温側にシフトする。また、抵抗R4の抵抗値の切替えを複数とすることで、多段階に、3つ以上に閾値温度を切替えることが可能である。
電流コピー回路2n6の例を図2(c)に示す。PMOS,PMA,PMBのゲート長が同じとしたとき、PMA,PMBのゲート幅の比により電流コピー比、Iin:Ioutの調整が可能である。図2(b)の閾値変更手段3nは、抵抗R4の抵抗値の切替えを用いたが、電流コピー回路2n6において、TEST_ENn=Hのとき、電流コピー比を大きくすることで、参照電圧REFを大きくし、過温度検知回路2nの閾値温度を低温側にシフトすることも可能である。また、電流コピー比の切替えを複数とすることで、多段階に、3つ以上に閾値温度を切替えることが可能である。
過温度検知回路2nの温度閾値は診断イネーブル信号TEST_ENn=Lのとき、例えば、温度検知機能診断装置1がシリコン基板上に形成した半導体集積回路で構成されているとき、200℃程度に設定され、過温度になった場合、装置の破壊の恐れがある。閾値変更手段3nにより、診断イネーブル信号TEST_ENn=Hのとき、閾値を低温側にシフトすることができるため、過温度でない温度環境下にて、装置の過温度破壊の恐れなく、過温度検知回路21〜2nまたは温度センサ4の温度検知機能の診断が可能であることを以下に説明する。
図3(a)に温度センサ4による過温度検知回路21〜2nの温度検知機能の診断フローの例を示す。過温度検知回路2nに着目したとき、閾値変更手段3nの診断イネーブル信号TEST_ENnのLからHへの切替えにより、閾値をTdに変更し、過温度検知回路2nの出力信号である過温度検知信号OVTnと温度センサ4の診断イネーブル信号TEST_ENのLからHへの切替えにより、温度センサ4の出力Tsとを温度検知機能判定手段5に取得し、以下の判定を行う。
“Td>Ts”かつ”OVTn=L”
または
“Td=<Ts”かつ”OVTn=H”
ならば、過温度検知回路2nの温度検知機能は正常であり、これ以外の場合は異常であると診断可能である。
次に、図3(b)に複数の過温度検知回路21〜2nによる温度センサ4の温度検知機能の診断フローの例を示す。過温度検知回路21〜2nの閾値を閾値変更手段31〜3nの診断イネーブル信号TEST_EN1〜nのLからHへの切替えにより、それぞれTdに変更し、過温度検知回路21〜2nのそれぞれの出力信号である過温度検知信号OVT1〜OVTnと温度センサ4の診断イネーブル信号出力TEST_ENのLからHへの切替えにより、温度センサ4の出力Tsとを過温度検知機能判定手段5に取得し、以下の判定を行う。
“Tn>Ts”かつ“OVT1=OVT2=・・・=OVTn=L”
または
“Tn=<Ts”かつ“OVT1=OVT2=・・・=OVTn=H”
ならば、温度センサの温度検知機能は正常であり、これ以外の場合は異常であると診断可能である。
図3(c)に複数の過温度検知回路21〜2nによる温度センサ4の温度検知機能の診断フローの図3(b)と異なる例を示す。過温度検知回路2x1〜2xxの閾値温度を閾値変更手段3x1〜3xxの診断イネーブル信号TEST_ENx1〜xxのLからHへの切替えにより、それぞれTxに変更する。また、過温度検知回路2y1〜2yyの閾値温度を閾値変更手段3y1〜3yyの診断イネーブル信号TEST_ENy1〜yyのLからHへの切替により、それぞれTyに変更する。ここで、xx+yy=<nとし、閾値温度Txは閾値温度Tyより大きいとする。過温度検知回路2x1〜2xx,2y1〜2yyのそれぞれの出力信号である過温度検知信号OVTx1〜OVTxx,OVTy1〜OVTyyと温度センサ4の診断イネーブル信号出力TEST_ENのLからHへの切替えにより、温度センサ4の出力Tsとを温度検知機能判定手段5に取得し、以下の判定を行う。
(3c1)“Tx>Ty>Ts”のとき、
“OVTx1=OVTx2=・・・=OVTxx=L”
かつ
“OVTy1=OVTy2=・・・=OVTyy=L”
ならば、温度センサの温度検知機能は正常であると診断可能である。
(3c2)“Tx>Ts>=Ty”のとき、
“OVTx1=OVTx2=・・・=OVTxx=L”
かつ
“OVTy1=OVTy2=・・・=OVTyy=H”
ならば、温度センサの温度検知機能は正常であると診断可能である。
(3c3)“Ts>=Tx>Ty”のとき、
“OVTx1=OVTx2=・・・=OVTxx=H”
かつ
“OVTy1=OVTy2=・・・=OVTyy=H”
ならば、温度センサの温度検知機能は正常であると診断可能である。
上記、(3c1)〜(3c3)以外の場合は異常であると診断可能である。
以上より、過温度検知回路または温度センサの温度検知機能の診断を可能とし、経時劣化による温度検知機能の異常を検出できる温度検知機能診断装置を可能とする。
図6に示すように、温度検知機能診断装置1として、温度センサ4及び過温度検知回路21〜2nを同一シリコン基板上に形成した半導体集積回路100の構成としても良い。更に、半導体集積回路(IC)100として、モータやソレノイドなどの電動アクチュエータである負荷301〜30nを駆動するためのドライバ回路71〜7nを搭載し、ドライバ回路毎に過温度検知回路21〜2nを搭載する構成としても良い。温度検知機能の診断のタイミングは、例えば、ドライバ部の局所的な発熱の影響を受けにくい、IC起動時に実施する。温度異常時のフェイルセーフ機能を有する車両に適用される電子制御ユニットの場合、エンジン始動時に、オンボードで閾値温度を変更して温度検知機能を診断する。
温度検知機能判定手段5による温度センサ4または過温度検知回路21〜2nの温度検知機能診断結果をインターフェース回路6により、半導体集積回路100の外部、例えばマイクロコンピュータ200に通信する構成としても良い。
過温度検知回路21〜2nのうち、1つないしは複数が温度検知機能の異常を検出した場合、近くの温度検知機能が正常である温度検知回路もしくは温度センサに過温度検知機能を切替えても良い。また、温度検知機能が異常と診断された過温度検知回路を温度検知機能が正常と診断された他の過温度検知回路に過温度検知機能を切替えた場合は、切替先の過温度検知回路と過温度検知対象としているドライバ回路との距離情報、熱伝導差を反映した閾値温度の補正を実施しても良い。
以上の温度検知機能診断フローとは異なる他の例を以下に説明する。
図1の温度検知機能診断装置1、もしくは図4に示す温度センサ4を搭載していない温度検知機能診断装置1において、複数の少なくとも3つ以上の過温度検知回路を用いて、多数決判定することにより、温度過温度検知回路の温度検知機能の診断をするフローの例を図5に示す。
過温度検知回路をna,nb,ncとし、それぞれの温度閾値は診断イネーブル信号TEST_ENna〜nc=Hとすることで、Tna,Tnb,Tncに変更する。ここで、診断対象の過温度検知回路をncとし、Tna>Tnb>Tncとする。このときの過温度検知信号OVTna〜ncを温度検知機能判定手段5に取得し、以下の判定を行う。
”OVTna=L,OVTnb=L,OVTnc=L”(51)
または
”OVTna=H,OVTnb=L,OVTnc=L”(52)
ならば、過温度検知回路na,nb,ncの温度検知機能は正常であると診断可能である。(51)(52)以外のときでかつ
”OVTna=H,OVTnb=H”
でないならば、過温度検知回路na,nb,ncの温度検知機能は異常である。
(51)(52)以外のときでかつ
”OVTna=H,OVTnb=H”
ならば、過温度検知回路na,nb,ncの温度検知機能の診断の判定は不可であり、温度検知回路na,nbにおいて、閾値温度を3つ以上変更可能でかつ、Tna'>Tna Tnb'>Tnbとなる温度閾値Tna',Tnb'に変更可能な場合は、図5に示す診断フローにおいて、Tna'をTnaに、Tnb'をTnbに置き換えて、再度実施可能である。
図7は本発明の別実施形態である温度検知機能診断装置の全体構成である。
図7に示す温度検知機能診断装置1は、温度情報Tsを出力する温度センサ4と、所定の閾値温度より高い温度の時に、選択信号SEL1〜nに対応して、アナログ温度センサ81〜8nの温度対応電圧TMON1〜TMONnに基づいて、過温度検知信号OVT1〜OVTnを出力する共通過温度検知回路9と、共通過温度検知回路9の閾値温度を変更する共通閾値変更手段10と、共通閾値変更手段10によって閾値温度が変更された時の過温度検知信号OVT1〜OVTnと温度センサ4の出力Tsとの対応に基づいて、アナログ温度センサ81〜8nまたは温度センサ4の少なくとも一方の異常を判定する温度検知機能判定手段5とを備えることを特徴とする。
図8では図7に示したアナログ温度センサ81〜8nと共通過温度検知回路9と共通閾値変更手段10の例を示す。アナログ温度センサ81〜8nは例えば、バイポーラトランジスタ811〜81nのベース‐エミッタ間電圧、Vbeの温度特性を用い、電流源821〜82nにより定常電流を流すことにより、温度に対応した電圧TMON1〜nを得ることができる。
温度対応電圧TMON1〜nはベース‐エミッタ間電圧、Vbeとなり、高温側で電圧が小さくなる。基準電圧VREFとアンプ95とNMOS,94と抵抗R3により、抵抗R3特性に依存した電流I=VREF/R3を生成する。電流コピー回路96により、電流コピー比が1:1の場合、共通診断イネーブル信号、TEST_EN_COM=Lのとき、
REF=R4×I
となる。ここで、R4=R41とした。R3とR4との抵抗の温度特性を同一とすることで、温度に対して安定な参照電圧REFが得られる。コンパレータ93により、温度対応電圧TMON1〜nと参照電圧REFとが比較され、共通閾値変更手段10の共通診断イネーブル信号TEST_EN_COM=Hのとき、NMOS,101、インバータゲート102により、R4=R40+R41となる。参照電圧REFは大きくなり、共通過温度検知回路9の温度閾値を低温側にシフトする。ここでは選択信号SEL1〜nに対応して、アナログ温度センサ81〜8nの温度対応電圧TMON1〜TMONnに基づいて、過温度検知信号OVT1〜OVTnを出力する共通過温度検知回路9の構成を説明したが、図9に示す過温度検知信号OVT1〜OVTnを出力する共通過温度検知回路9の構成でも良く、この場合、共通過温度検知回路9の構成例を図10に示す。アナログ温度センサ81〜8nに対応して、それぞれコンパレータ931〜93nを備え、過温度検知信号OVT1〜OVTnを出力する。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をする事が可能である。
また、制御線や信号線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や信号線を示しているとは限らない。
1 温度検知機能診断装置
2 過温度検知回路
3 閾値変更手段
4 温度センサ
5 温度検知機能判定手段
6 インターフェース回路
7 ドライバ回路
8 アナログ温度センサ
9 共通過温度検知回路
10 共通閾値変更手段
100 半導体集積回路
200 マイクロコンピュータ
300 負荷
OVT 過温度検知信号
TEST_EN 診断イネーブル信号
VDD 電源電圧
VREF 基準電圧
TMON 温度対応電圧
REF 参照電圧

Claims (6)

  1. 所定の閾値温度より高い温度の時に過温度検知信号を出力する過温度検知回路と、
    前記過温度検知回路の閾値を変更する閾値変更回路と、
    前記閾値変更回路によって閾値が変更されたときの前記過温度検知回路の出力と温度情報を出力する温度センサの出力とに基づいて前記過温度検知回路または前記温度センサの少なくとも一方の異常を判定する温度検知機能判定回路と、
    を備える温度検知機能診断装置。
  2. 所定の閾値温度より高い温度の時に過温度検知信号を出力する複数の過温度検知回路と、
    前記複数の過温度検知回路それぞれの閾値を変更する閾値変更回路と、
    閾値が変更されたときの前記複数の過温度検知回路のうちの少なくとも1つの出力と、温度情報を出力する温度センサの出力とに基づいて過温度検知回路の異常を判定する第1の判定回路と、
    前記温度センサの出力と前記複数の過温度検知回路のうちの少なくとも2つの出力とに基づいて前記温度センサの異常を判定する第2の判定回路と、を備え、
    前記第2の判定回路が用いる少なくとも2つの過温度検知回路の閾値がそれぞれ異なる値に変更されたときに前記第2の判定回路が前記温度センサの出力ずれを含む異常を判定する温度検知機能診断装置。
  3. 請求項1又は請求項2いずれか一項に記載の温度検知機能診断装置において、
    是b儒温度センサ及び是bb儒過温度検知回路を同一シリコン基板上に形成することを特徴とした温度検知機能診断装置。
  4. 請求項1又は請求項2いずれか一項に記載の温度検知機能診断装置において、
    車載機器を駆動するための複数の駆動回路を備え、前記複数の駆動回路毎に過温度検知回路を備えることを特徴とした温度検知機能診断装置。
  5. 請求項1、請求項2、又は請求項4いずれか一項に記載の温度検知機能診断装置において、前記温度センサ、前記過温度検知回路、及び駆動回路を同一シリコン基板上に形成することを特徴とした温度検知機能診断装置。
  6. 請求項1から5いずれか一項に記載の温度検知機能診断装置において、
    前記温度検知機能診断装置車両に搭載され、エンジン始動以降の時点で閾値を変更して温度検知機能を診断することを特徴とする温度検知診断装置。
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