JP2019101922A - 信号出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力端子と他の端子とのショートが検出されたとき、システムの安定性を確保する信号出力装置を提供する。【解決手段】信号出力装置２０の出力端子２３は、電源端子２１とグランド端子２２とを接続する主幹経路３１、３２の途中に設けられた分圧点Ｄに分岐経路３３を経由して接続され、分圧点Ｄの電圧に基づく出力信号を外部に送信する。信号生成回路６０は、分圧点Ｄの電圧を調整し、出力信号を生成する。ショート検出回路５０は、分岐経路３３に流れる電流が所定のショート検出閾値より大きいとき、出力端子２３と他の端子とのショートを検出する。切替回路６１、６２は、ショート検出回路５０によりショートが検出されたとき、信号生成回路６０の通電能力又は構成を切り替え、分岐経路３３に流れるショート時電流を制限する。ショート時電流は、ショート検出閾値以上、且つ、直流電源の供給能力に基づく電流上限値より小さい値に設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、信号出力装置に関する。

従来、電圧信号を出力する出力端子を有する装置が知られている。例えば特許文献１に開示された位置検出装置の出力回路は、センサの検出値に基づいて、電源端子とグランド端子との間の電圧を分圧した電圧信号を生成し、出力端子から外部のＥＣＵに出力する。コネクタ部の被水や金属異物の接触、又は、位置検出装置側のワイヤハーネス同士の接触等により、端子間がショートし出力端子に異常電圧が印加された場合、この出力回路は、電源端子からグランド端子への電流経路を遮断し、回路を保護する。

特開２０１３−１２７３９８号公報

水滴や金属異物の接触による端子間のショートは、水滴や異物が除去されれば通常状態に復帰する一時的なものである。ワイヤハーネスの絶縁被覆が剥がれた箇所同士が振動等で一時的に接触した場合にも、接触箇所が離れればショート状態から復帰する。しかし、電流を完全に遮断する特許文献１の従来技術では、ショート状態からショートの無い状態に復帰したときに電流の変化量を検知できず、復帰したことを検出することができない。

例えば、車載アクチュエータを駆動するシステムに適用されるセンサ装置等において、車載ネットワークが通常状態に復帰しても、センサ装置は異常状態（或いは不定状態）を保持したままとなる。これにより、システム側が影響を受けない程度の短時間のショートであっても、出力復帰できないため、システムの安定性を確保することができないという問題がある。

本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、出力端子と他の端子とのショートが検出されたとき、システムの安定性を確保する信号出力装置を提供することにある。

本発明の信号出力装置は、直流電源（１１）に接続された電源端子（２１）と、接地されたグランド端子（２２）と、出力端子（２３）と、信号生成回路（６０）と、ショート検出回路（５０、５１、５２）と、切替回路（６１、６２）と、を備える。

出力端子は、電源端子とグランド端子とを接続する電流経路である主幹経路（３１、３２）の途中に設けられた分圧点（Ｄ）に分岐経路（３３）を経由して接続され、分圧点の電圧に基づく出力信号を外部に送信する。信号生成回路は、分圧点の電圧を調整し、出力信号を生成する。

ショート検出回路は、主幹経路のうち電源端子と分圧点との間の経路である上部経路（３１）、主幹経路のうち分圧点とグランド端子との間の経路である下部経路（３２）、又は、分岐経路のうち少なくとも一箇所に設けられる。ショート検出回路は、分岐経路に流れる電流が所定のショート検出閾値（Ｉｏｕｔ＿ｔｈ）より大きいとき、出力端子と他の端子とのショートを検出する。切替回路（６１、６２）は、ショート検出回路によりショートが検出されたとき、信号生成回路の通電能力又は構成を切り替え、分岐経路に流れるショート時電流（Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔ）を制限する。

ショート時電流は、ショート検出閾値以上、且つ、直流電源の供給能力に基づく電流上限値（Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔ）より小さい値に設定される。すなわち、ショート時電流の設定範囲は下式で表される。
Ｉｏｕｔ＿ｔｈ≦Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔ＜Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔ

直流電源としては、例えば定電力を出力する電源回路が用いられる。この場合、電流上限値は、直流電源が規定の出力電圧を維持しつつ供給可能な電流の上限値である。言い換えれば、その値を超えて電流を供給しようとすると電圧降下が生じ、システムに悪影響を及ぼす可能性がある臨界値が電流上限値に相当する。

本発明では、端子間のショート時に、通常時電流より大きく且つ電流上限値より小さい値に制限した上で、分岐経路に電流を流す。ショート時電流を電流上限値より小さく制限することで、システムに悪影響を及ぼすことを防止することができる。また、特許文献１の従来技術のように完全に電流を遮断しないため、ショート状態から通常状態への復帰が検出可能である。したがって、復帰検出後すぐに通常出力に戻すことで、システムの安定性を確保することができる。

本実施形態による信号出力装置の第１構成例の図。 本実施形態による信号出力装置の第２構成例の図。 （ａ）電源端子−出力端子間のショート電流経路、（ｂ）出力端子−グランド端子間のショート電流経路を示す図。 二つの出力端子間のショート電流経路を示す図。 （ａ）分岐経路、（ｂ）上部回路及び下部回路の電流を検出するショート検出回路の構成図。 （ａ）分岐経路、（ｂ）上部回路及び下部回路の電圧を検出するショート検出回路の構成図。 ショート時の電流波形を示すタイムチャート。 過渡的電流変動波形を示すタイムチャート。 本実施形態による端子間ショート時の電流変化を示すタイムチャート。 本実施形態による信号出力処理のフローチャート。 第１実施形態による信号生成回路の構成図。 第２実施形態による信号生成回路の構成図。 第３実施形態による信号生成回路の構成図。 第４実施形態による信号生成回路の構成図。 第５実施形態による信号生成回路の構成図。 第６実施形態による信号生成回路の構成図。 第７実施形態による信号生成回路の構成図。 第８実施形態による信号生成回路の構成図。 従来技術による端子間ショート時の電流変化を示すタイムチャート。 ショート検出機能の無い比較例による端子間ショート時の電流変化を示すタイムチャート。

以下、信号出力装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の第１〜第８実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の信号出力装置は、例えばスロットルバルブ、アクセルペダル等の車載アクチュエータの位置情報等の検出値に基づいてアクチュエータの動作を制御するシステムに適用される。この信号出力装置は、センサの検出値に基づいて、電源端子とグランド端子との間の電圧を分圧した電圧信号を生成し、出力端子から外部のＥＣＵに出力する。

［信号出力装置の全体構成］
最初に図１〜図１０を参照し、各実施形態に共通の構成について説明する。本実施形態の信号出力装置は、システムにおける位置づけとして、例えば特許文献１（特開２０１３−１２７３９８号公報）の図４に示される「出力回路４２」に相当する。すなわち、この信号出力装置は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で処理されたセンサ検出信号が入力され、電圧信号として出力する。なお、特許文献１の図４の出力回路はアナログ信号を処理するものであるが、本実施形態の信号出力装置は、アナログ信号又はデジタル信号のいずれを処理する装置であってもよい。

図１、図２に示すように、信号出力装置２０は、電源端子２１、グランド（図中「ＧＮＤ」）端子２２、出力（図中「ＯＵＴ」）端子２３、入力回路４０、制御回路４１、４２、信号生成回路６０、ショート検出回路５０（又は５１、５２）、切替回路６１、６２等を備える。信号出力装置２０は、例えば特許文献１の位置検出装置のような形態で、センサＩＣの一部として構成される。

また、図示の通り、出力端子２３は、現実の製品における物理的な配置としても、原則として電源端子２１とグランド端子２２との間に配置されるものと考える。ただし、その間隔は必ずしも等間隔とは限らない。なお、端子配置以外の各要素の接続については、単に電気的接続が図示されるに過ぎない。

本実施形態の信号出力装置２０は、出力端子２３と他の端子とのショートが検出されたとき、信号生成回路６０に通電可能な最大供給出力電流を制限するように、信号生成回路６０の通電能力又は構成を切り替える。ここで最大供給出力電流とは、信号生成回路６０を構成するスイッチ素子等の特性に応じて通電可能な最大電流をいう。以下、「端子間のショート」とは、出力端子２３と隣接する他の端子とのショートを意味する。また、端子間のショートが検出されていない時を「通常時」といい、端子間がショートしていない状態を「通常状態」という。

図１と図２とでは、通常時に信号生成回路６０を構成する素子が異なる。ただし、ショート時に切り替えられる信号生成回路６０の各種構成パターンについては、後述の各実施形態の図に詳しく記載される。そのため、図１、図２に示す信号生成回路６０の構成は、二通りの実施形態と考えるより、いずれも通常時における基本構成パターンと解釈する方が適当である。そこで、図１、図２では、いずれも各実施形態を総括する符号「６０」を付して信号生成回路を図示する。

本実施形態では、電源端子２１、グランド端子２２及び出力端子２３は、ハーネスを介してシステムの制御装置であるＥＣＵ１０に接続される。電源端子２１は、ＥＣＵ１０内に設けられた直流電源としての定電力電源回路１１に接続され、電源電圧Ｖｃが供給される。定電力電源回路１１は、例えば５Ｖ／２０ｍＡ、すなわち０．１Ｗの定電力を出力可能な電源である。グランド端子２２は接地されている。電源端子２１とグランド端子２２とを接続する電流経路である主幹経路の途中に分圧点Ｄが設けられる。主幹経路のうち、電源端子２１と分圧点Ｄとの間の経路を上部経路３１、分圧点Ｄとグランド端子２２との間の経路を下部経路３２とする。出力端子２３は分岐経路３３を経由して分圧点Ｄに接続され、分圧点Ｄの電圧に基づく出力信号を外部のＥＣＵ１０に送信する。

信号生成回路６０は、分圧点Ｄの電圧を調整し、出力信号を生成する。図１の構成例では、上部経路３１及び下部経路３２に、それぞれ電流経路を開閉可能なスイッチ素子ＳＨ及びスイッチ素子ＳＬが設けられる。アナログ出力の構成では、入力回路４０は、例えば特許文献１の図５等に示されるような負帰還タイプのバッファアンプが用いられる。或いはデジタル出力の構成では負帰還タイプでなくてもよい。制御回路４１、４２は、入力回路４０の信号に基づき、それぞれスイッチ素子ＳＨ、ＳＬのゲート電圧を操作し、スイッチ素子ＳＨ、ＳＬに流れる電流を制御する。これにより、分圧点Ｄの電圧が調整される。

図２の構成例では、上部経路３１に抵抗素子ＲＨ、下部経路３２にスイッチ素子ＳＬが設けられる。入力回路４０の信号に基づき、ローサイドの制御回路４２がスイッチ素子ＳＬのゲート電圧を操作し、スイッチ素子ＳＬに流れる電流を制御することで、分圧点Ｄの電圧が調整される。この「オープンドレイン出力」の方式は、デジタル出力の構成で使用可能である。なお、上部経路３１の抵抗素子ＲＨを可変抵抗として、入力回路４０の信号に基づき抵抗値を調整するようにしてもよい。また、高い出力精度や応答性が要求されないシステムでは、上部経路３１及び下部経路３２にそれぞれ可変抵抗を設け、入力回路４０の信号に基づき、各可変抵抗の抵抗値を調整するようにしてもよい。

このような信号出力装置２０において隣接する端子間に水滴や金属異等が接触すると、ショートが発生する可能性がある。例えば図３（ａ）に示すように電源端子２１と出力端子２３とがショートすると、出力端子２３から分圧点Ｄに向かう方向のショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが下部経路３２に流れる。また、図３（ｂ）に示すように出力端子２３とグランド端子２２とがショートすると、分圧点Ｄから出力端子２３に向かう方向のショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが上部経路３１に流れる。

また、例えば車載システムでは、二つ以上の同機能のセンサＩＣが冗長的に搭載される場合がある。図４に示すように、二つの信号出力装置２０１、２０２の出力（図中「ＯＵＴ１」）端子２３１及び出力（図中「ＯＵＴ２」）端子２３２同士がショートすると、一方の信号出力装置の上部経路３１から他方の信号出力装置の下部経路３２にショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが流れる。

本実施形態では、このようなショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔを検出するショート検出回路５０が、例えば分岐経路３３の途中に設けられる。ショート検出回路５０は、分岐経路３３に流れる電流が所定のショート検出閾値より大きいとき、端子間のショートを検出する。また、ショート検出回路５０は、電流の方向に基づき、どの端子間のショートであるか判別可能である。ショート検出回路５０は、ショートを検出すると、切替回路６１、６２に対し、信号生成回路６０の最大供給出力電流を制限するように指令する。

或いは、破線ブロックに示すように、上部経路３１及び下部経路３２にそれぞれショート検出回路５１、５２が設けられてもよい。この構成では、上部経路３１のショート検出回路５１は、出力端子２３とグランド端子２２とのショートを検出し、下部経路３２のショート検出回路５２は、電源端子２１と出力端子２３とのショートを検出する。ショート検出回路５１、５２も同様に、ショートを検出すると、切替回路６１、６２に対し、信号生成回路６０の最大供給出力電流を制限するように指令する。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、ショート検出回路５０、５１、５２は、それぞれ分岐経路３３、上部経路３１、下部経路３２に流れる電流を直接検出してもよい。或いは図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、ショート検出回路５０、５１、５２は、それぞれ、電流経路に接続された抵抗Ｒ（すなわち負荷）の両端の電圧を検出して電流に換算してもよい。

ところで、端子間への水滴や金属異物の接触によるショートは、それらが除去されれば通常状態に復帰する一時的なものである。ワイヤハーネスの絶縁被覆が剥がれた箇所同士が振動等で一時的に接触した場合にも、接触箇所が離れればショート状態から復帰する。そこで、切替回路６１、６２は、信号生成回路６０の最大供給出力電流を制限するにあたり、ショート状態が解消されたとき、ショート検出回路５０、５１、５２が復帰を検出可能な程度に電流を制限する。ショート検出回路５０、５１、５２は通常状態に復帰したことを検出すると、切替回路６１、６２に対し、信号生成回路６０の最大供給出力電流を通常時の値に戻すように指令する。

さらに図７、図８を参照し、ショート検出において過渡的な信号変動による誤検出を防止する構成について説明する。以下、ショート検出回路の符号は代表として「５０」のみを記す。例えばショート検出回路５０は、取得した電流又は電圧波形をフィルタ処理し、高周波成分が除去されたフィルタ値に基づいてショートを検出してもよい。或いは、ショート検出回路５０は、クロックやカウンタ等を用いて、電流又は電圧がショート検出閾値を超えた時間が所定時間以上継続したとき、ショートを検出してもよい。

図７には、時刻ｔ０に実際にショートが発生した時にショート検出回路５０が取得した電流波形、それをフィルタ処理した波形、及び、クロックを用いて電流変動の時間をカウントする図を示す。この場合、フィルタ処理した波形がショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈを超えており、ショートが検出される。また、クロックのカウント値が所定値に達しており、ショートが検出される。

一方、図８には、過渡的電流変動の場合における図７に対応する波形を示す。時刻ｔ０にノイズ等の過渡的電流変動が発生した場合、ショート検出回路５０が取得した電流波形は、瞬間的にショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈを超えるが、フィルタ処理した波形はショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈより小さいためショートは検出されない。また、クロックのカウント値が所定値に達しないためショートは検出される。

例えばＩＳＯ１１４５２−４のBulk-current injection試験では１ＭＨｚの周波数のノイズが注入される。そこで、１ＭＨｚより高い周波数の過渡的な変動が検出されないように、ショート検出回路５０は、それ以上の高周波成分をフィルタで除去してもよい。或いは、ショート状態が１μｓ以上の時間にわたって維持された場合のみショートを検出するようにしてもよい。

次に図９、図１９、図２０のタイムチャートを参照し、ショート検出時に電流を完全に遮断する特許文献１の従来技術、及び、ショート検出機能の無い比較例と対比しつつ、本実施形態によるショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔの制限について説明する。各図の横軸は、ショートの無い通常状態から端子間ショート状態に移り、通常状態に復帰する遷移状態を示す。各図の縦軸の上から三段には、出力端子２３がショートする相手端子毎の出力端子電圧の変化を示し、その下には、ショート検出機能、分岐経路３３に流れる電流、信号生成回路６０の最大供給出力電流の変化を示す。

各図に共通に、分岐経路３３には、通常状態では通常時電流Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌが流れており、端子間ショートが発生すると、分岐経路３３に流れる電流が増加する。出力端子電圧は、通常状態では通常時電流Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌに対応する電圧となっている。出力端子電圧は、電源端子２１と出力端子２３とがショートすると電源電圧Ｖｃまで上昇し、出力端子２３とグランド端子２２とがショートするとグランド（すなわち０Ｖ）まで下降する。図４のような構成で出力端子２３１、２３２同士がショートすると、出力端子電圧は例えばグランド近くの電圧まで下降する。

また、「分岐経路に流れる電流」の段に示す電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔは、定電力電源回路１１の供給能力に基づく電流の上限値であり、詳しくは、定電力電源回路１１が規定の出力電圧を維持しつつ供給可能な電流の上限値である。例えば５Ｖ／２０ｍＡの定電力電源回路１１が用いられる場合、２０ｍＡが電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔに相当する。仮に定電力電源回路１１が２０ｍＡを超える電流を供給しようとすると、５Ｖからの電圧降下が発生し、システムにて５Ｖを使用する各機能に悪影響を及ぼす。つまり、電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔは、定電力電源回路１１の出力電圧に電圧降下を生じさせない臨界値である。

信号生成回路６０の最大供給出力電流Ｉｏｕｔ＿ｍａｘは、信号生成回路６０を構成する素子の通電能力、例えばスイッチ素子として用いられるトランジスタの飽和領域の電流等に基づいて決まる。

図２０を参照すると、ショート検出機能の無い比較例では、ショート時においても信号生成回路６０の最大供給出力電流Ｉｏｕｔ＿ｍａｘは変化しない。そのため、分岐経路３３に電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔを超える電流が流れ、システムに悪影響を及ぼすおそれがある。なお比較例では、通常状態に復帰したとき、出力端子電圧はショート発生前の電圧に戻り、正しい出力信号を送信可能となる。

図１９に示す従来技術では、通常時電流Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌより大きいショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈが設定される。すなわち、下式（１）の関係が満たされる。ショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈが通常時電流Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌより大きい値に設定されることで、通常時にショート状態と誤検出されることが防止される。
Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌ＜Ｉｏｕｔ＿ｔｈ ・・・（１）

端子間のショートが発生し、分岐経路３３を流れる電流がショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈを上回ったことが検出されると、従来技術の装置は、信号生成回路６０の最大供給出力電流Ｉｏｕｔ＿ｍａｘを完全に遮断する。これにより分岐経路３３に流れる電流は０となり、電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔに対し確実に小さくなるため、システムに悪影響を及ぼすことが防止される。また、ショート電流が極めて大きい場合、信号生成回路６０を構成する素子を過電流から保護することができる。

しかし、従来技術では、電流を完全に０とするため、ショート状態から通常状態に復帰したとき、ショート検出回路５０は電流の変化量を検知できず、復帰したことを検出することができない。そのため、通常状態に復帰した後、出力端子電圧は、破線で示すように不定状態となり、正しい出力信号を送信不能となる。

従来技術に対し、図９に示す本実施形態では、ショート検出回路５０によりショートが検出されたとき、分岐経路３３に流れるショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが制限される。ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔは、ショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈ以上であり、且つ、電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔより小さい値に設定される。また、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔは、通常時の最大供給出力電流Ｉｏｕｔ＿ｍａｘより小さい値に設定される。すなわち、下式（２）、（３）の関係が満たされる。
Ｉｏｕｔ＿ｔｈ≦Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔ＜Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔ ・・・（２）
Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔ＜Ｉｏｕｔ＿ｍａｘ ・・・（３）

このようにショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔはショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈ以上に設定されるため、ショート時においてショートの無い通常状態であると誤判断されることが防止される。また、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔは電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔより小さいため、従来技術と同様にシステムに悪影響を及ぼすことが防止される。

ショート検出回路５０は、ショート状態から通常状態に復帰したとき、分岐経路３３に流れる電流がショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈを下回ったことを検出し、信号生成回路６０の最大供給出力電流Ｉｏｕｔ＿ｍａｘを通常時の値に戻す。また、出力端子電圧はショート発生前の電圧に戻るため、本実施形態の信号出力装置２０は、比較例と同様に速やかに正しい出力信号を送信可能となる。

図９には、車載システムに適用され、ＳＥＮＴ通信規格（ＳＡＥ−Ｊ２７１６）に準拠した信号を通信する実施形態を想定した各電流値の例が記載されている。この数値例の根拠について順に説明する。最初に通常時の最大供給出力電流Ｉｏｕｔ＿ｍａｘについて、車載システムでは、ＥＭＣ（すなわち電磁両立性）に対する耐量を確保する必要がある。例えばＩＳＯ１１４５２−４のBulk-current injection試験では、最低レベルでも６０ｍＡの電流が注入される。これを考慮し、通常時の最大供給出力電流Ｉｏｕｔ＿ｍａｘを６０ｍＡとする。なお、より厳しいレベルの１００ｍＡ、１５０ｍＡ、２００ｍＡを通常時の最大供給出力電流Ｉｏｕｔ＿ｍａｘとしてもよい。

通常時に分岐経路３３に流れる電流については、ＳＡＥ−Ｊ２７１６ ＪＡＮ２０１０改訂版によると、ＤＣ負荷電流が０．１ｍＡのとき０．５Ｖの電圧を出力することが要求されている。したがって、通常時電流Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌは、例えば０．１ｍＡと想定される。

なお、ＳＡＥ−Ｊ２７１６ ＪＡＮ２０１０改訂版では、ＤＣ負荷電流は受信側の負荷抵抗によって決まる。プルアップ抵抗の場合、抵抗値は１０ｋΩ〜５５ｋΩと規定されていることから、電源電圧５Ｖにおける通常時電流Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌは、０．０９ｍＡ〜０．５ｍＡとなる。プルダウン抵抗の抵抗値は明確に規定されていないが、電源電圧５Ｖにおける通常時電流Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌは、例えば抵抗値が１ｋΩの場合には５ｍＡとなり、抵抗値が１ＭΩの場合には５μＡとなる。このように通常時電流Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌは、０．０９ｍＡ〜０．５ｍＡ、又は、５μＡ〜５ｍＡの範囲で想定してもよい。

また、ＳＡＥ−Ｊ２７１６ ＪＡＮ２０１０改訂版によると、システムの供給電源電流は２０ｍＡ以上であることが要求されていることから、電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔは２０ｍＡとする。通常時電流Ｉｏｕｔ＿ｎｏｒｍａｌを０．１ｍＡとすると、ショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈ及びショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔは、式（１）、（２）より、０．１ｍＡ〜２０ｍＡの間で任意に設定可能である。したがって、例えばショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈは１ｍＡ、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔは１０ｍＡに設定可能である。なお、ショート検出閾値Ｉｏｕｔ＿ｔｈも一つの値に固定するのでなく、式（１）、（２）を満たす条件の範囲に設定してもよい。

本実施形態による処理を図１０のフローチャートに示す。フローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを示す。破線で囲んだ部分が本実施形態に特有の処理である。Ｓ１では、例えばセンサの検出信号が信号出力装置２０に入力される。Ｓ２で、入力回路４０は信号処理を行う。Ｓ３では、ショート検出回路５０によりショートが検出されたか否か判断される。

ショートが検出されずＳ３でＮＯと判定されたとき、Ｓ４に移行し、通常時の信号生成回路６０で出力信号が生成される。一方、ショートが検出され、Ｓ３でＹＥＳと判定されたとき、Ｓ５で、切替回路６１、６２は信号生成回路６０の通電能力又は構成を切り替える。これにより、「Ｉｏｕｔ＿ｔｈ≦Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔ＜Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔ」となるようにショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが制限される。そしてＳ６で、出力端子２３から信号が送信される。

また、ショートが検出された場合、信号出力装置２０は、出力信号に加えて、ショートが検出されたことの情報を出力信号の送信先の装置であるＥＣＵ１０に通知するダイアグ等の信号を送信してもよい。この場合、出力端子２３から情報を送信してもよいし、電源ラインを利用して情報を送信してもよい。或いは、図４に示すように複数の信号出力装置２０１、２０２が冗長的に設けられる構成では、ショートしていない側の信号出力装置が信号を送信してもよい。

次に図１１〜図１８を参照し、ショートが検出されたとき、通常時の最大供給出力電流Ｉｏｕｔ＿ｍａｘに対しショート時出力電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔを制限する具体的構成について、実施形態毎に説明する。第１、第２実施形態では信号生成回路６０の通電能力を切り替え、第３〜第８実施形態では信号生成回路６０の構成を切り替える。第１〜第８実施形態では、分岐経路３３にショート検出回路５０が設けられる構成を例示する。

ショート検出回路５０は、分岐経路３３に設けられた抵抗５３の両端電圧を電圧検出回路５４により検出する。電圧出力回路５４による検出電圧は、比較回路５５により参照電圧Ｖｒｅｆと比較される。検出電圧が参照電圧Ｖｒｅｆより大きいとき、ショートと判定され、切替回路６１、６２は、信号生成回路６０の通電能力又は構成を切り替えるように指令される。切替回路６１、６２から出力される破線矢印は切替信号を意味する。第１〜第８実施形態では、上部経路３１、下部経路３２のそれぞれの素子の通電能力又は構成が同様に切り替えられるものとする。また、各実施形態の信号生成回路の符号として、「６０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。

（第１実施形態）
図１１に示す第１実施形態の信号生成回路６０１は、上部経路３１のスイッチ素子ＳＨ、及び、下部経路３２のスイッチ素子ＳＬのゲート電圧をそれぞれ調整するゲート電圧調整器７１、７２が設けられる。切替回路６１、６２は、ショート検出時において通常時に対し、スイッチ素子ＳＨ、ＳＬのゲート電圧を低下もしくは上昇させることにより信号生成回路６０１の通電能力を切り替え、オン電流を低減させる。Ｎｍｏｓトランジスタではゲート電圧を低下させることでゲート−ソース電位差が小さくなりオン電流が低減する。Ｐｍｏｓトランジスタではゲート電圧を上昇させることでゲート−ソース電位差が小さくなりオン電流が低減する。

（第２実施形態）
図１２に示す第２実施形態の信号生成回路６０２は、上部経路３１のスイッチ素子ＳＨ、及び、下部経路３２のスイッチ素子ＳＬに対しゲート同士が接続されるミラー素子ＭＳＨ、ＭＳＬ、及び、ミラー素子ＭＳＨ、ＭＳＬに接続される電流調整器７１、７２が設けられる。切替回路６１、６２は、ショート検出時において通常時に対し、スイッチ素子ＳＨ、ＳＬのリファレンス、すなわち基準となる電流源の電流量を減少させることにより信号生成回路６０２の通電能力を切り替え、オン電流を低減させる。

（第３実施形態）
図１３に示す第３実施形態の信号生成回路６０３は、上部経路３１に二つのスイッチ素子ＳＨ１、ＳＨ２が並列接続されており、下部経路３２に二つのスイッチ素子ＳＬ１、ＳＬ２が並列接続されている。スイッチ素子ＳＨ２のゲートは、リレーＲｙ２を介して制御回路４１に接続されており、スイッチ素子ＳＬ２のゲートは、リレーＲｙ４を介して制御回路４２に接続されている。通常時にはリレーＲｙ２、Ｒｙ４が接続され、スイッチ素子ＳＨ１、ＳＨ２及びスイッチ素子ＳＬ１、ＳＬ２は共にオンし、並列で大きなオン電流を通電可能である。

ショート検出時、切替回路６１、６２はリレーＲｙ２、Ｒｙ４を遮断することにより、スイッチ素子ＳＨ２、ＳＬ２はオンされなくなる。したがって、上部経路３１では一つのスイッチ素子ＳＨ１のみ、下部経路３２では一つのスイッチ素子ＳＬ１のみがオンすることとなり、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが制限される。このように、第３実施形態の切替回路６１、６２は、ショート検出時において通常時に対し、並列接続された複数のスイッチ素子のうち、オンするスイッチ素子の数を減らすように信号生成回路６０３の構成を切り替える。

（第４実施形態）
図１４に示す第４実施形態の信号生成回路６０４は、上部経路３１に二つのスイッチ素子ＳＨ１、ＳＨ２が並列接続されており、下部経路３２に二つのスイッチ素子ＳＬ１、ＳＬ２が並列接続されている。スイッチ素子ＳＨ１、ＳＨ２のゲートは、それぞれリレーＲｙ１、Ｒｙ２を介して制御回路４１に接続されている。スイッチ素子ＳＬ１、ＳＬ２のゲートは、それぞれリレーＲｙ３、Ｒｙ４を介して制御回路４２に接続されている。例えばスイッチ素子ＳＨ１、ＳＬ１は、スイッチ素子ＳＨ２、ＳＬ２に比べオン電流が大きい素子である。通常時にはリレーＲｙ１、Ｒｙ３が接続、リレーＲｙ２、Ｒｙ４が遮断され、スイッチ素子ＳＨ１、ＳＬ１を経由して比較的大きなオン電流が流れる。

ショート検出時、切替回路６１、６２はリレーＲｙ１、Ｒｙ３を遮断、リレーＲｙ２、Ｒｙ４を接続し、オン電流が相対的に小さいスイッチ素子ＳＨ２、ＳＬ２に通電するように切り替えることにより、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが制限される。このように、第４実施形態の切替回路６１、６２は、ショート検出時において通常時に対し、オン電流が相対的に小さいスイッチ素子に通電するように信号生成回路６０４の構成を切り替える。

（第５実施形態）
図１５に示す第５実施形態の信号生成回路６０５は、上部経路３１のスイッチ素子ＳＨ、及び、下部経路３２のスイッチ素子ＳＬに、それぞれ抵抗素子Ｒ２、Ｒ４が直列接続されている。また、抵抗素子Ｒ２、Ｒ４を迂回するバイパス経路、及び、バイパス経路を開閉するリレーＲｙ２、Ｒｙ４がそれぞれ設けられている。通常時にはリレーＲｙ２、Ｒｙ４が接続され、スイッチ素子ＳＨ、ＳＬのオン時に、上部経路３１及び下部経路３２の電流は、抵抗素子の無いバイパス経路を経由して流れる。

ショート検出時、切替回路６１、６２はリレーＲｙ２、Ｒｙ４を遮断することにより、スイッチ素子ＳＨ、ＳＬのオン時に、抵抗素子Ｒ２、Ｒ４を経由してオン電流が流れる。したがって、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが制限される。このように、第５実施形態の切替回路６１、６２は、ショート検出時において、スイッチ素子に抵抗素子を直列接続するように信号生成回路６０５の構成を切り替える。なお、第５実施形態の変形例として、通常時にスイッチ素子に抵抗素子が直列もしくは並列に接続されており、切替回路６１、６２は、ショート検出時において通常時に対し、抵抗素子の抵抗値を増加させるように信号生成回路の構成を切り替えてもよい。

（第６実施形態）
図１６に示す第６実施形態の信号生成回路６０６は、上部経路３１のスイッチ素子ＳＨ、及び、下部経路３２のスイッチ素子ＳＬに、それぞれ抵抗素子Ｒ２、Ｒ４が並列接続されている。スイッチ素子ＳＨ、ＳＬのゲートは、それぞれリレーＲｙ１、Ｒｙ３を介して制御回路４１、４２に接続されている。また、抵抗素子Ｒ２、Ｒ４が設けられる経路は、それぞれリレーＲｙ２、Ｒｙ４により開閉される。通常時にはリレーＲｙ１、Ｒｙ３が接続、リレーＲｙ２、Ｒｙ４が遮断され、スイッチ素子ＳＨ、ＳＬを経由してオン電流が流れる。

ショート検出時、切替回路６１、６２はリレーＲｙ１、Ｒｙ３を遮断、リレーＲｙ２、Ｒｙ４を接続することにより抵抗素子Ｒ２、Ｒ４を経由して電流が流れるため、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが制限される。このように、第６実施形態の切替回路６１、６２は、ショート検出時において、スイッチ素子を通る経路から抵抗素子を通る経路に信号生成回路６０５の構成を切り替える。

（第７実施形態）
図１７に示す第７実施形態の信号生成回路６０７は、上部経路３１に抵抗素子Ｒａ、Ｒｂが並列接続されており、下部経路３２に抵抗素子Ｒｃ、Ｒｄが並列接続されている。また、抵抗素子Ｒａ、Ｒｂが設けられる経路をそれぞれ開閉するリレーＲｙａ、Ｒｙｂ、及び、抵抗素子Ｒｃ、Ｒｄが設けられる経路をそれぞれ開閉するリレーＲｙｃ、Ｒｙｄが設けられている。なお、各抵抗素子の記号は、その抵抗素子の抵抗値をも表すものとする。各抵抗値の設定により、次のような構成とすることができる。

（１）抵抗値Ｒａ＝Ｒｂ、抵抗値Ｒｃ＝Ｒｄとする。切替回路６１、６２は、通常時には全てのリレーＲｙａ、Ｒｙｂ、Ｒｙｃ、Ｒｙｄを接続し、抵抗素子Ｒａ及びＲｂ、抵抗素子Ｒｃ及びＲｄをそれぞれ並列接続することで抵抗値を小さくする。切替回路６１、６２は、ショート検出時において、リレーＲｙａ、Ｒｙｂのいずれか一方、及び、リレーＲｙｃ、Ｒｙｄのいずれか一方を遮断し、上部経路３１及び下部経路３２を各一つの抵抗素子で構成する。これにより抵抗値を大きくし、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔを制限する。

（２）抵抗値Ｒａ＜Ｒｂ、抵抗値Ｒｃ＜Ｒｄとする。切替回路６１、６２は、通常時にはリレーＲｙａ、Ｒｙｃを接続し、リレーＲｙｂ、Ｒｙｄを遮断して、抵抗値の小さい抵抗素子Ｒａ、Ｒｃを介して通電する。切替回路６１、６２は、ショート検出時において、リレーＲｙａ、Ｒｙｃを遮断し、リレーＲｙｂ、Ｒｙｄを接続して、抵抗値の大きい抵抗素子Ｒｂ、Ｒｄを介して通電することで、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔを制限する。

（３）抵抗値Ｒａ＜Ｒｂ、抵抗値Ｒｃ＜Ｒｄとする。（１）と同様に、切替回路６１、６２は、通常時には抵抗素子Ｒａ及びＲｂ、抵抗素子Ｒｃ及びＲｄをそれぞれ並列接続する。切替回路６１、６２は、ショート検出時において、上部経路３１及び下部経路３２を各一つの抵抗素子で構成することで、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔを制限する。

（第８実施形態）
図１８に示す第８実施形態の信号生成回路６０８は、第６実施形態の信号生成回路６０６を一般化して示すものである。上部経路３１は、スイッチ素子ＳＨ及びバイパス経路の素子Ｂ２が並列接続されており、下部経路３２は、スイッチ素子ＳＬ及びバイパス経路の素子Ｂ４が並列接続されている。バイパス経路の素子Ｂ２、Ｂ４は、スイッチ素子ＳＨ、ＳＬに対し抵抗が大きく、又は、通電量が小さくなるように設定されている。

スイッチ素子ＳＨ、ＳＬのゲートは、それぞれリレーＲｙ１、Ｒｙ３を介して制御回路４１、４２に接続されている。また、バイパス経路の素子Ｂ２、Ｂ４が設けられる経路は、それぞれリレーＲｙ２、Ｒｙ４により開閉される。通常時にはリレーＲｙ１、Ｒｙ３が接続、リレーＲｙ２、Ｒｙ４が遮断され、スイッチ素子ＳＨ、ＳＬを経由してオン電流が流れる。

ショート検出時、切替回路６１、６２はリレーＲｙ１、Ｒｙ３を遮断、リレーＲｙ２、Ｒｙ４を接続することにより、上部経路３１及び下部経路３２の電流は、素子Ｂ２、Ｂ４の接続されたバイパス経路を経由して流れる。したがって、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔが制限される。

以上のように切替回路６１、６２は、ショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔを制限するように、信号生成回路６０の通電能力又は構成を多種多様な方式で切り替え可能である。上記の第１〜第８実施形態は、適宜組み合わせて実施されてもよい。またスイッチ素子や抵抗素子の数は、上記実施形態に示した数に限らず、適宜、変更してよい。

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態の切替回路６１、６２は、ショート検出時において、信号生成回路６０における上部経路３１及び下部経路３２のそれぞれの素子の通電能力又は構成を同様に切り替える。これにより、電源端子２１と出力端子２３とのショート、出力端子２３とグランド端子２２とのショート、及び、出力端子２３１、２３２同士のショートのどのパターンに対しても同様にショート時電流Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔを制限することができる。

ただし、例えば電源端子２１と出力端子２３とが物理的に隔離されており、水滴や金属異物が接触する可能性が実質的に無く、出力端子２３とグランド端子２２とのショートの可能性のみを想定すればよい場合が考えられる。この場合、上部経路３１にのみショート検出回路５１が設けられ、切替回路は、上部経路３１の素子の通電能力又は構成を切り替える構成としてもよい。逆に、電源端子２１と出力端子２３とのショートの可能性のみを想定すればよい場合には、下部経路３２にのみショート検出回路５２が設けられ、切替回路は、下部経路３２の素子の通電能力又は構成を切り替える構成としてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、直流電源として定電力電源回路１１が用いられ、電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔは、定電力電源回路１１に電圧降下を生じさせない臨界値に決められる。ただし、信号出力装置に電力供給する直流電源はこの方式のものに限らない。他の方式の電源回路等が用いられる場合、それぞれの電源特性に応じて、システムに悪影響を及ぼさない電流値を電流上限値Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔとして設定すればよい。

（ｃ）本発明の信号出力装置は、車載アクチュエータの動作を制御するシステムに限らず、出力端子と他の端子との間のショートが生じる可能性のある、あらゆるシステムに適用可能である。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１１・・・定電力電源回路（直流電源）、
２０・・・信号出力装置、
２１・・・電源端子、
２２・・・グランド端子、
２３・・・出力端子、
３１・・・上部経路、
３２・・・下部経路、
３３・・・分岐経路、
５０、５１、５２・・・ショート検出回路、
６０（６０１−６０８）・・・信号生成回路。

Claims (12)

1. 直流電源（１１）に接続された電源端子（２１）と、
   接地されたグランド端子（２２）と、
   前記電源端子と前記グランド端子とを接続する電流経路である主幹経路（３１、３２）の途中に設けられた分圧点（Ｄ）に分岐経路（３３）を経由して接続され、前記分圧点の電圧に基づく出力信号を外部に送信する出力端子（２３）と、
   前記分圧点の電圧を調整し、前記出力信号を生成する信号生成回路（６０）と、
   前記主幹経路のうち前記電源端子と前記分圧点との間の経路である上部経路（３１）、前記主幹経路のうち前記分圧点と前記グランド端子との間の経路である下部経路（３２）、又は、前記分岐経路のうち少なくとも一箇所に設けられ、前記分岐経路に流れる電流が所定のショート検出閾値（Ｉｏｕｔ＿ｔｈ）より大きいとき、前記出力端子と他の端子とのショートを検出するショート検出回路（５０、５１、５２）と、
   前記ショート検出回路によりショートが検出されたとき、前記信号生成回路の通電能力又は構成を切り替え、前記分岐経路に流れるショート時電流（Ｉｏｕｔ＿ｓｈｏｒｔ）を制限する切替回路（６１、６２）と、
   を備え、
   前記ショート時電流は、前記ショート検出閾値以上、且つ、前記直流電源の供給能力に基づく電流上限値（Ｉｏｕｔ＿ｌｉｍｉｔ）より小さい値に設定される信号出力装置。
2. 前記電流上限値は、前記直流電源が規定の出力電圧を維持しつつ供給可能な電流の上限値である請求項１に記載の信号出力装置。
3. 前記ショート検出回路は、電流経路に流れる電流、又は、電流経路に接続された負荷の両端電圧を検出する請求項１または２に記載の信号出力装置。
4. 前記ショート検出回路は、電流又は電圧の高周波成分が除去されたフィルタ値に基づいてショートを検出する請求項３に記載の信号出力装置。
5. 前記ショート検出回路は、電流又は電圧が前記ショート検出閾値を超えた時間が所定時間以上継続したとき、ショートを検出する請求項３または４に記載の信号出力装置。
6. 前記信号生成回路は、前記上部経路又は前記下部経路の少なくとも一方に、電流経路を開閉可能な一つ以上のスイッチ素子を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の信号出力装置。
7. 前記切替回路は、ショート検出時において通常時に対し、前記スイッチ素子のゲート電圧を低下もしくは上昇させ、又は、前記スイッチ素子の基準となる電流源の電流量を減少させ、前記信号生成回路の通電能力を切り替える請求項６に記載の信号出力装置。
8. 前記切替回路は、ショート検出時において通常時に対し、並列接続された複数のスイッチ素子のうちオンするスイッチ素子の数を減らす、又は、オン電流の小さいスイッチ素子に通電するように前記信号生成回路の構成を切り替える請求項６または７に記載の信号出力装置。
9. 前記切替回路は、ショート検出時において、前記スイッチ素子に抵抗素子を直列接続するように前記信号生成回路の構成を切り替える請求項６〜８のいずれか一項に記載の信号出力装置。
10. 前記信号生成回路は、前記上部経路又は前記下部経路の少なくとも一方に一つ以上の抵抗素子を有し、
    前記切替回路は、ショート検出時において通常時に対し、電流が流れる抵抗素子の抵抗値を増加させるように前記信号生成回路の構成を切り替える請求項１〜９のいずれか一項に記載の信号出力装置。
11. 前記信号生成回路は、通常時に通電される電流経路と、ショート検出時に通電される電流経路であるバイパス経路とが切り替え可能に構成されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載の信号出力装置。
12. 前記ショート検出回路によりショートが検出された情報を、出力信号の送信先の装置に通知する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の信号出力装置。

Images