JP2020022068A - 負荷駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷駆動装置の故障診断をより細分化されたフェーズで行うことができなかった。【解決手段】プリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウの時に、診断回路６において、プリドライバ駆動回路４の出力電圧が電圧閾値Ｚｖｇｎｄ以上になったかを検出し、電圧閾値Ｚｖｇｎｄ以上になった場合は、期間Ｔ４において天絡、若しくはエンジン・ボディとアース間の断線と診断する。【選択図】図２

Description

本発明は、負荷駆動装置に関する。

自動車に用いられる負荷駆動装置、例えば、イグニッションコイルに対する通電を制御する回路として、パワートランジスタを用いて点火を行うものがある。そして、負荷駆動装置の故障診断として、天絡、地絡、断線の検出が必要とされる場合があり、特に自動車向けに於いては、燃費効率や安全上の問題から、より細分化されたフェーズで故障の診断を可能とすることが求められる。

特許文献１には、一定周期毎に一定時間だけ同期整流動作を停止して、その停止期間の間に駆動用スイッチング素子により固定デューティでパルス駆動を行い、駆動用スイッチング素子の出力端子にパルス状の電圧信号が出力されるか否かによって断線を判定することが記載されている。

特開２０１２−１４３０４８号公報

しかし、従来では、負荷駆動装置の故障診断をより細分化されたフェーズで行うことができなかった。

本発明に係る負荷駆動装置は、電源とグランド間に直列に接続されたハイサイドドライバとロウサイドドライバと、前記ハイサイドドライバおよび前記ロウサイドドライバに駆動信号を出力する制御部と、前記ハイサイドドライバと前記ロウサイドドライバの中間接続点より導出される出力電圧をロウにする駆動信号が前記制御部から出力されている時に、前記出力電圧が所定の電圧閾値以上になったことを検出して天絡と診断する診断回路と、を備える。

本発明によれば、負荷駆動装置の故障診断をより細分化されたフェーズで行うことが可能になる。

負荷駆動装置および車両側の構成を示す回路図である。 負荷駆動装置の駆動シーケンス図である。 負荷駆動装置の診断対応表である。 負荷駆動装置のドライバ制御値表である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る負荷駆動装置について詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る負荷駆動装置１および車両側の構成を示す回路図である。

負荷駆動装置１は、マイコン２とプリドライバ駆動回路４とを備える。

マイコン２は、マイコン２の演算部として動作するＣＰＵコアの他、ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリや、外部との入出力を行う回路などの周辺回路を有して構成される。マイコン２は、プリドライバ駆動回路４を制御するためのＨＩＧＨまたはＬＯＷの駆動入力信号３を出力する。

プリドライバ駆動回路４は、論理回路５、診断回路６、ハイサイドドライバ駆動用のゲートコントロール回路７、ハイサイドドライバ８、ロウサイドドライバ駆動用のゲートコントロール回路９、ロウサイドドライバ１０を有する。ハイサイドドライバ８およびロウサイドドライバ１０は、例えばＦＥＴである。

論理回路５は、マイコン２からの出力がＨＩＧＨのとき、ロウサイドドライバ１０をＯＮする信号をゲートコントロール回路９へ出力する。さらに、論理回路５は、マイコン２からの出力がＬＯＷのとき、ハイサイドドライバ８をＯＮする信号をゲートコントロール回路７へ出力する。

ハイサイドドライバ８とロウサイドドライバ１０とは直列に接続され、直列に接続されたドライバの一端には内部電源１４がダイオード１５を介して接続され、他端にはボディアース１８が接続される。

診断回路６は、プリドライバ駆動回路４の出力側における天絡、地絡、断線などを診断する。診断回路６には、ハイサイドドライバ８とロウサイドドライバ１０の中間接続点より接続線Ｓ１を介して、プリドライバ駆動回路４の出力電圧およびハイサイドドライバ８の出力電流が入力される。さらに、診断回路６には、ロウサイドドライバ１０とボディアース１８の接続点より接続線Ｓ２を介して、ロウサイドドライバ１０の出力電流が入力される。診断回路６は、ライン１７により論理回路５と接続されており、論理回路５のロウサイドドライバ１０をＯＮする信号、ハイサイドドライバ８をＯＮする信号に対応して、プリドライバ駆動回路４の出力電圧、ハイサイドドライバ８の出力電流、ロウサイドドライバ１０の出力電流を検出して、天絡、地絡、断線などの診断を行う。診断回路６は、これらの出力電圧や出力電流を所定値と比較するコンパレータ等で回路構成されている。診断回路６の診断結果はライン１６よりマイコン２へ入力される。

プリドライバ駆動回路４の出力側には、抵抗１３を介して出力端子１９が接続されている。抵抗１３のプリドライバ駆動回路４側には、静電気、高周波サージ対策用のツェナーダイオード１１の一端が、抵抗１３の出力端子１９側には、外来ノイズ対策用のコンデンサ１２の一端が接続される。ツェナーダイオード１１およびコンデンサ１２の他端はボディアース１８に接続される。

車両側には、イグニッションコイル１０１が出力端子１９へ接続される。イグニッションコイル１０１は、外部電源１００を電源とし、エンジンアース１０４、１１１に接続される。イグニッションコイル１０１は、イグニッションコイル１次側駆動用トランジスタ１０６、イグニッションコイル１次側１０７、逆流防止用ダイオード１０８、イグニッションコイル２次側１０９、スパークプラグ１１０より構成される。

また、車両側には、スタータ１０３が電源１０２とエンジンアース１０５の間に設けられている。なお、電子制御装置１内に設けられている抵抗１３は、エンジン・ボディとアース間の断線時にスタータ１０３等のエンジンアース１０４、１０５に接続されている負荷からの周り込み電流によってプリドライバ駆動回路４が故障することを防ぐために電流を制限する。エンジン・ボディとアース間の断線は、エンジン若しくはボディとアースとの間の断線である。

図２は、負荷駆動装置１の駆動シーケンス図である。図２（ａ）はマイコン２からの出力信号を、図２（ｂ）はプリドライバ駆動回路４の出力電圧を、図２（ｃ）はロウサイドドライバ１０の出力電流を、図２（ｄ）はハイサイドドライバ８の出力電流を示す。

図２に示すように、マイコン２からの出力がＨＩＧＨのとき、ロウサイドドライバ１０がＯＮし、プリドライバ駆動回路４の出力電圧はロウ（ＬＯＷ）となる。このときハイサイドドライバ８はＯＦＦしている。一方、マイコン２からの出力がＬＯＷのとき、ハイサイドドライバ８がＯＮし、プリドライバ駆動回路４の出力電圧はハイ（ＨＩＧＨ）となる。このときロウサイドドライバ１０はＯＦＦしている。

図２に示すように、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がハイの時に、診断回路６において、プリドライバ駆動回路４の出力電圧が電圧閾値Ｚｖｖｂ以上になったかを検出し、電圧閾値Ｚｖｖｂ以上になった場合は、期間Ｔ１において天絡と診断する。

また、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がハイの時に、診断回路６において、プリドライバ駆動回路４の出力電圧が電圧閾値Ｚｖｇｎｄ以下になったかを検出し、電圧閾値Ｚｖｇｎｄ以下になった場合は、期間Ｔ２において地絡と診断する。

また、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がハイの時に、診断回路６において、ハイサイドドライバ８の出力電流が電流閾値Ｚｖｏｐｅｎ以下になったかを検出し、電流閾値Ｚｖｏｐｅｎ以下になった場合は、期間Ｔ３において断線と診断する。

以上のように、一般に、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がハイの時に、診断回路６において、天絡、地絡、断線の診断を行っているが、本実施形態ではさらに、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウの時にも診断を行う。すなわち、プリドライバ駆動回路４の出力電圧をロウにする駆動入力信号３がマイコン２から出力されている時に、診断回路６において、プリドライバ駆動回路４の出力電圧が電圧閾値Ｚｖｇｎｄ以上になったかを検出し、電圧閾値Ｚｖｇｎｄ以上になった場合は、期間Ｔ４において天絡、若しくはエンジン・ボディとアース間の断線と診断する。

本実施形態ではプリドライバ駆動回路４の出力電圧をロウにする駆動入力信号３がマイコン２から出力されている時に、天絡検出の他にエンジン・ボディとアース間の断線も検出可能である。エンジン・ボディとアース間の断線時にスタータ１０３等からの周り込み電流によって負荷駆動装置１に電圧浮きが発生するが、この電圧浮きは先に述べたプリドライバ駆動回路４の出力電圧ロウ時に、電圧閾値Ｚｖｇｎｄで検出することで可能となる。検出後はハイサイドドライバ８およびロウサイドドライバ１０をＯＦＦし、ハイインピーダンス状態とする。

本実施形態では一般に実現できていなかったプリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウ時の天絡検出を可能とするために、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がハイ時の電圧閾値Ｚｖｇｎｄを流用している。

一般に、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウ時の天絡時の出力電圧は抵抗１３とロウサイドドライバ１０のＯＮ抵抗で分圧されてしまい、天絡検出の電圧閾値Ｚｖｖｂを満足できず検出不可であった。しかし、出力電圧がハイ時の電圧閾値Ｚｖｇｎｄを出力電圧がロウ時の天絡診断にも適用することで、出力電圧がロウ時の天絡診断が可能となる。

図３は、負荷駆動装置１の診断対応表である。図３に示すように、一般に、診断回路６は、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がハイ時にのみ、天絡、地絡、断線を検出していた。また、一般に、エンジン・ボディとアース間の断線は検出ができなかった。

本実施形態では、診断回路６は、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウ時にも、天絡を検出する。さらに、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウ時にエンジン・ボディとアース間の断線の検出も行う。これにより、より細分化されたフェーズで故障の診断が可能になる。

図４は、負荷駆動装置１のドライバ制御値表である。‘リセット’欄のＲＥＳはマイコン２から初期化信号が出力された場合を、ＮＯ ＲＥＳはマイコン２から初期化信号が出力されていない場合を、＊はいずれでもない（不定）の場合を示す。‘過熱’欄のＡＬＭはプリドライバ駆動回路４から過熱信号が出力された場合を、ＮＯ ＡＬＭはプリドライバ駆動回路４から過熱信号が出力されていない場合を、＊はいずれでもない（不定）の場合を示す。なお、プリドライバ駆動回路４には図示省略した温度検出センサが設けられ、この温度検出センサから過熱信号が出力される。‘過電圧’欄のＹＥＳはプリドライバ駆動回路４が過電圧になった場合を、ＮＯはプリドライバ駆動回路４が過電圧になっていない場合を、＊はいずれでもない（不定）の場合を示す。‘出力ロウ時天絡ｏｒエンジン・ボディとアース間の断線’欄のＹＥＳはプリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウ時に天絡ｏｒエンジン・ボディとアース間の断線が検出された場合を、ＮＯはプリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウ時に天絡ｏｒエンジン・ボディとアース間の断線が検出されていない場合を、＊はいずれでもない（不定）の場合を示す。

図４に示すように、一般には、マイコン２から初期化信号が出力された場合や、プリドライバ駆動回路４から過熱信号が出力された場合や、プリドライバ駆動回路４が過電圧になった場合には、マイコン２からの信号によって、ハイサイドドライバ８およびロウサイドドライバ１０をＯＦＦし、ハイインピーダンス状態にする。

さらに、一般には、マイコン２から初期化信号が出力されておらず、かつ、プリドライバ駆動回路４から過熱信号が出力されておらず、かつ、プリドライバ駆動回路４が過電圧になっておらず、かつ、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウ時に天絡ｏｒエンジン・ボディとアース間の断線が検出されていない場合には、マイコン２からの信号に応じて、ハイサイドドライバ８およびロウサイドドライバ１０をＯＮ、ＯＦＦ制御する。

本実施形態では、さらに、図４に示すように、プリドライバ駆動回路４の出力電圧がロウ時に天絡ｏｒエンジン・ボディとアース間の断線が検出されている場合には、この診断結果がライン１６よりマイコン２へ入力され、マイコン２からの信号によって、ハイサイドドライバ８およびロウサイドドライバ１０をＯＦＦし、ハイインピーダンス状態とする。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）負荷駆動装置１は、電源とグランド間に直列に接続されたハイサイドドライバ８とロウサイドドライバ１０と、ハイサイドドライバ８およびロウサイドドライバ１０に駆動信号を出力するマイコン２と、ハイサイドドライバ８とロウサイドドライバ１０の中間接続点より導出される出力電圧をロウにする駆動入力信号３がマイコン２から出力されている時に、出力電圧が所定の電圧閾値Ｚｖｇｎｄ以上になったことを検出して天絡と診断する診断回路６とを備える。これにより、負荷駆動装置１の故障診断をより細分化されたフェーズで行うことが可能になる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１・・・負荷駆動装置
２・・・マイコン
３・・・駆動入力信号
４・・・プリドライバ駆動回路
５・・・論理回路
６・・・診断回路
７、９・・・ゲートコントロール回路
８・・・ハイサイドドライバ
１０・・・ロウサイドドライバ
１１・・・ツェナーダイオード
１２・・・コンデンサ
１３・・・抵抗
１４・・・内部電源
１５・・・ダイオード
１８・・・ボディアース
１９・・・負荷駆動装置の出力端子
１００・・・外部電源
１０１・・・イグニッションコイル
１０２・・・電源
１０３・・・スタータ
１０４・・・エンジンアース
１０５・・・エンジンアース
１０６・・・イグニッションコイル１次側駆動用トランジスタ
１０７・・・イグニッションコイル１次側
１０８・・・逆流防止用ダイオード
１０９・・・イグニッションコイル２次側
１１０・・・スパークプラグ
１１１・・・エンジンアース

Claims (4)

1. 電源とグランド間に直列に接続されたハイサイドドライバとロウサイドドライバと、
   前記ハイサイドドライバおよび前記ロウサイドドライバに駆動信号を出力する制御部と、
   前記ハイサイドドライバと前記ロウサイドドライバの中間接続点より導出される出力電圧をロウにする駆動信号が前記制御部から出力されている時に、前記出力電圧が所定の電圧閾値以上になったことを検出して天絡と診断する診断回路と、を備える負荷駆動装置。
2. 請求項１に記載の負荷駆動装置において、
   前記所定の電圧閾値は、前記出力電圧がハイ時に、前記診断回路が地絡と診断する電圧閾値に相当する負荷駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置において、
   前記診断回路は、前記出力電圧をロウにする駆動信号が前記制御部から出力されている時に、前記出力電圧が前記所定の電圧閾値以上になったことを検出してエンジン若しくはボディとアースとの間の断線と診断する負荷駆動装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の負荷駆動装置において、
   前記制御部は、前記診断回路により前記天絡と診断された場合に、前記ハイサイドドライバおよび前記ロウサイドドライバを停止させ、ハイインピーダンス状態とする負荷駆動装置。

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