JP2020098140A - Switch fault detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリと負荷との間に接続されるスイッチ故障検出装置に関する。 The present invention relates to a switch failure detection device connected between a battery and a load.
例えば、先進運転支援システム(ADAS)等の安全性に係わる負荷を搭載した車両では、メインバッテリが失陥した場合であってもこれらの負荷に電源供給を行なうことができるように、バックアップ用のサブバッテリが備えられている。 For example, in a vehicle equipped with a load related to safety such as an advanced driver assistance system (ADAS), a backup battery is provided so that the load can be supplied even if the main battery fails. A sub battery is provided.
一般に、メインバッテリとサブバッテリは、負荷に対して並列に接続されるが、メインバッテリの失陥時、例えば、地絡時には、メインバッテリを負荷から電気的に切り離す必要がある。このため、メインバッテリと負荷との間にスイッチが設けられている。このスイッチは、通常オン状態で、メインバッテリの失陥が検出された場合にオフに切り替えられるが、必要時にオフへの切り替えが確実に行なわれるために、オン固着の故障診断をメインバッテリと負荷とが導通した状態で行なうことが要求される。 Generally, the main battery and the sub-battery are connected in parallel to the load, but when the main battery fails, for example, when the ground fault occurs, it is necessary to electrically disconnect the main battery from the load. For this reason, a switch is provided between the main battery and the load. Normally, this switch is turned off when a main battery failure is detected in the on state, but it is reliably switched off when necessary. It is required to be carried out while and are electrically connected.
特許文献1には、バッテリと負荷とを接続するスイッチの故障を、バッテリと負荷とを接続した状態で診断する装置が記載されている。この装置は、図7に示すように、負荷530に電源を供給するメインのバッテリ510にサブのバッテリ520を並列に接続し、バッテリ510と負荷530との間を第1スイッチ551と第2スイッチ552の並列回路で接続している。
Patent Document 1 describes a device that diagnoses a failure of a switch that connects a battery and a load in a state where the battery and the load are connected. As shown in FIG. 7, in this device, a
第1スイッチ551には、一端が接地された抵抗R1が接続されるとともに、負荷530から流れる電流を阻止するダイオードD1が接続されている。第2スイッチ552には、一端が接地された抵抗R2が接続されるとともに、負荷530から流れる電流を阻止するダイオードD2が接続されている。
The
制御部540は、第1スイッチ551と第2スイッチ552のオンオフ制御を行ない、抵抗R1と抵抗R2に生じる電圧を測定して第1スイッチ551と第2スイッチ552の故障を診断する。具体的には、第2スイッチ552をオンの状態で第1スイッチ551のオンオフを変化させ、抵抗R1に生じる電圧に基づいて第1スイッチ551の故障を診断し、第1スイッチ551をオンの状態で第2スイッチ552のオンオフを変化させ、抵抗R2に生じる電圧に基づいて第2スイッチ552の故障を診断する。
The
特許文献1に記載された発明により、バッテリ510と負荷530とを接続した状態でスイッチ551、552の故障診断を行なうことができる。しかしながら、バッテリ510と負荷530との接続中には、バッテリ510から抵抗R1、抵抗R2の少なくとも一方に常に電流が流れ、余計な電力が消費されてしまう。
According to the invention described in Patent Document 1, the failure diagnosis of the
そこで、本発明は、バッテリと負荷との間に複数のスイッチを並列に設けた回路において、消費電力を抑制しつつ、バッテリと負荷とを接続した状態でスイッチの故障診断を行なえるようにすることを目的とする。 Therefore, the present invention enables a switch failure diagnosis to be performed in a state where a battery and a load are connected while suppressing power consumption in a circuit in which a plurality of switches are provided in parallel between the battery and the load. The purpose is to
上記課題を解決するため、本発明のスイッチ故障検出装置は、バッテリと負荷との間に接続されるスイッチ故障検出装置であって、複数個のスイッチと、前記バッテリとそれぞれのスイッチの第1端とを接続し、平面部を有する第1分岐経路と、前記負荷とそれぞれのスイッチの第2端とを接続する第2分岐経路と、前記第1分岐経路の前記平面部に平面視で重なる位置に配置された非接触型電流センサと、前記複数個のスイッチから検査対象スイッチを選択し、他のスイッチのオン状態を維持しつつ、前記検査対象スイッチのオンオフを切り替えたときの前記非接触型電流センサの測定値の変化に基づいて前記検査対象スイッチの故障判定を行なう制御部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記非接触型電流センサは、コアレス磁気センサを用いており、センサ表面と平行に磁束密度感度を有することができる。
また、前記制御部は、前記検査対象スイッチをオフに切り替えたとき、所定の基準以上前記非接触型電流センサの測定値が変化しない場合に、前記検査対象スイッチが故障していると判定することができる。
また、前記非接触型電流センサを配置した基板をさらに備え、前記第1分岐経路は、バスバーで構成され、前記基板の上空で前記非接触型電流センサを覆うようにしてもよい。
あるいは、前記非接触型電流センサを一方の面に配置した基板をさらに備え、前記第1分岐経路は、前記基板の他方の面に配線パターンで形成されていてもよい。
また、前記非接触型電流センサは、前記第1分岐経路において前記バッテリと前記各スイッチとの最短経路が交わる領域に平面視で重なる位置に配置されていることができる。
In order to solve the above problems, a switch failure detection device of the present invention is a switch failure detection device connected between a battery and a load, wherein the switch failure detection device includes a plurality of switches, the battery, and a first end of each switch. And a second branch path connecting the load and the second end of each switch, and a position that overlaps the plane section of the first branch path in plan view. The non-contact type current sensor arranged in the, and the non-contact type when the inspection target switch is selected from the plurality of switches, and the on-off of the inspection target switch is switched while maintaining the ON state of other switches. And a control unit that determines a failure of the switch to be inspected based on a change in the measured value of the current sensor.
Here, the non-contact current sensor uses a coreless magnetic sensor, and can have magnetic flux density sensitivity in parallel with the sensor surface.
In addition, the control unit determines that the inspection target switch is defective when the measurement value of the non-contact current sensor does not change by a predetermined reference or more when the inspection target switch is turned off. You can
In addition, a substrate on which the non-contact type current sensor is arranged may be further provided, and the first branch path may be configured by a bus bar, and the non-contact type current sensor may be covered above the substrate.
Alternatively, it may further include a substrate on which the non-contact type current sensor is arranged on one surface, and the first branch path may be formed in a wiring pattern on the other surface of the substrate.
Further, the non-contact type current sensor may be arranged at a position overlapping with a region where the shortest path between the battery and each switch intersects in the first branch path in a plan view.
本発明によれば、バッテリと負荷との間に複数のスイッチを並列に設けた回路において、消費電力を抑制しつつ、バッテリと負荷とを接続した状態でスイッチの故障診断を行なえるようになる。 According to the present invention, in a circuit in which a plurality of switches are provided in parallel between a battery and a load, it is possible to perform switch failure diagnosis while connecting the battery and the load while suppressing power consumption. ..
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るスイッチ故障検出装置100の構成を模式的に示すブロック図である。本図に示すように、スイッチ故障検出装置100は、メインバッテリ510と負荷530との間に接続される。本図の例では、負荷530側にサブバッテリ520が並列に接続されているが、サブバッテリ520を省いた構成であっても本発明を適用することができる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a switch
スイッチ故障検出装置100は、第1スイッチ111、第2スイッチ112、第3スイッチ113、第1分岐経路121、第2分岐経路122、非接触型電流センサ130、制御部140を備えている。
The switch
第1スイッチ111、第2スイッチ112、第3スイッチ113は、例えば、基板上に配置され、第1分岐経路121、第2分岐経路122により並列に接続されている。以下では、並列に接続された第1スイッチ111、第2スイッチ112、第3スイッチ113を、特に区別する必要がない場合には、スイッチ110と総称する。
The
スイッチ110は、それぞれの一対のNチャネル型MOSFETで構成されている。具体的には、第1スイッチ111は、ソース同士、ゲート同士が連結されたFETa1とFETb1とで構成され、第2スイッチ112は、ソース同士、ゲート同士が連結されたFETa2とFETb2とで構成され、第3スイッチ113は、ソース同士、ゲート同士が連結されたFETa3とFETb3とで構成されている。このため、各スイッチ110を構成する2つのMOSFETは、同時にオンオフが切り替えられる。
The
FETa1、FETa2、FETa3のドレインは第1分岐経路121に接続され、FETb1、FETb2、FETb3のドレインは第2分岐経路122に接続されている。
The drains of the FETa1, FETa2, and FETa3 are connected to the
第1分岐経路121は、ある程度の幅を有する平面形状の部分を含んで形成されており、メインバッテリ510と接続する側と、スイッチ110に接続する側とを有している。平面視で、メインバッテリ510と接続する側に凸状が形成され、この凸状部分にメインバッテリ510が接続されている。スイッチ110に接続する側は、スイッチ110の数に応じた歯を持つ櫛状となっており、それぞれの歯部分にFETa1、FETa2、FETa3のドレインが接続されている。
The
第2分岐経路122も、ある程度の幅を有しており、負荷530と接続する側と、スイッチ110に接続する側を有している。負荷530と接続する側に凸状が形成され、この凸状部分に負荷530およびサブバッテリ520が接続されている。スイッチ110に接続する側は、スイッチ110の数に応じた歯を持つ櫛状となっており、それぞれの歯部分にFETb1、FETb2、FETb3のドレインが接続されている。
The
ただし、第1分岐経路121、2分岐経路122は、スイッチ110とメインバッテリ510あるいは負荷530とを接続する形状であれば足り、凸状部分、櫛状部分を備えていなくてもよい。
However, the
第1分岐経路121、第2分岐経路122は、例えば、金属板のバスバーで構成することができる。あるいは、基板上に形成された配線バターンで構成してもよい。
The
非接触型電流センサ130は、測定対象の電流経路と非接触で電流を測定する素子である。例えば、ホールIC等のコアレス磁気センサを用いて検出した磁束密度に基づいて電流を測定する素子を用いることができ、特に、素子表面と平行に磁束密度感度を有する電流センサが好ましい。
The non-contact
非接触型電流センサ130は、第1分岐経路121に近接して配置する。具体的には、第1分岐経路121の平面部分と平面視で重なる位置であり、凸状部分のメインバッテリ510接続箇所と櫛状の各歯部分のスイッチ110接続箇所との最短経路が交わる位置を目安に配置する。このため、第1分岐経路121は、この領域が平面状になるように形成する。これにより、非接触型電流センサ130は、平面部分の電流分布(磁束密度分)の変化を感度高く検出することができるようになる。
The non-contact type
例えば、第1分岐経路121、第2分岐経路122をバスバーで構成した場合には、図2(a)の側面模式図に示すように、第1分岐経路121を基板150の上空に配索し、基板150の上側の面、すなわち、バスバーに対応する面に非接触型電流センサ130を配置する。また、第1分岐経路121、第2分岐経路122を配線パターンで基板150の表面に構成した場合には、図2(b)の側面模式図に示すように、基板150の裏面に非接触型電流センサ130を配置する。なお、非接触型電流センサ130を第2分岐経路122側に配置してもよい。
For example, when the
制御部140は、マイクロコンピュータ等で構成することができ、スイッチ110の切り換え制御を行なって、非接触型電流センサ130の測定値の変化に基づいてスイッチ110の故障診断を行なう。このため、制御部140は、スイッチ110の各共通ゲートと、非接触型電流センサ130と接続している。
The
制御部140が行なうスイッチ110の故障診断動作について図3のフローチャートを参照して説明する。スイッチ110の故障診断動作は、メインバッテリ510から負荷530への電源供給を継続した状態で行なうことができる。
The failure diagnosis operation of the
まず、全スイッチ110をオンにする(S101)。ただし、全スイッチ110とも通常オン状態である。そして、非接触型電流センサ130で第1分岐経路121を流れる電流の測定を開始する(S102)。
First, all the
次に、いずれかのスイッチ110を検査対象スイッチとして選択し(S103)、検査対象となったスイッチ110をオフにする(S104)。検査対象以外のスイッチ110はオン状態のためメインバッテリ510と負荷530との接続状態は保たれる。なお、検査対象スイッチは、例えば、所定の順番で選択することができる。
Next, one of the
制御部140は、非接触型電流センサ130が測定する電流値がスイッチ110のオフに同期して所定の基準以上変化したかどうかを判定する(S105)。その結果、所定の基準以上の変化があった場合には(S105:Yes)、検査対象のスイッチ110はオン固着していないと判定する(S106)。一方、所定の基準以上の変化がなかった場合には(S105:No)、検査対象のスイッチ110はオン固着していると判定する(S107)。
The
これは、図4(a)〜(c)に示すように、各スイッチ110に対応した経路が導通状態の電流の分布状態と、何れかの経路を遮断した場合の電流の分布状態とが異なることを利用したものである。本実施形態では、電流の分布状態の変化に基づく磁束密度の変化を、電流の流れる面と平行な面に感度を有する非接触型電流センサ130で検出するようにしている。
This is because, as shown in FIGS. 4A to 4C, the current distribution state in which the path corresponding to each
ここで、電流の分布状態の変化が非接触型電流センサ130の電流測定値に有意に影響を与えることは、シミュレーションで確かめられている。なお、非接触型電流センサ130は、電流経路の遮断に伴って測定値の変化量が最も大きくなる位置に配置することが望ましい。
Here, it has been confirmed by simulation that the change in the current distribution state significantly affects the current measurement value of the non-contact
検査対象のスイッチ110の判定を終えると、検査対象のスイッチ110をオンに戻す(S108)。検査対象のスイッチ110のオフからオンに切り替えたときの電流値の変化に基づいて検査対象のスイッチ110のオフ固着を検出することも可能である。
When the determination of the
未判定のスイッチ110があれば(S109:No)、検査対象のスイッチとして選択し(S103)、以降の判定処理を繰り返す。すべてのスイッチ110について判定が終了すると(S109:Yes)、本動作を終了する。 If there is an undetermined switch 110 (S109: No), it is selected as a switch to be inspected (S103), and the subsequent determination process is repeated. When the determination is completed for all the switches 110 (S109: Yes), this operation ends.
本発明は上述の実施形態に限られない。例えば、スイッチ110は、一対のNチャネル型MOSFETのソース同士を接続した構成に限られない。例えば、図5に示すように、1つのNチャネル型MOSFETで構成してもよい。あるいは、Pチャネル型MOSFETを用いたり、リレー接点を有するマイクロリレー等を用いてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the
また、並列に設けられるスイッチ110の数も3つに限られない。メインバッテリ510と負荷530との導通状態を保ったまま故障検出を行なうためには、スイッチ110が2個以上並列に設けられていればよい。図6(a)、図6(b)は、スイッチ110が2個の場合の第1分岐経路121の形状の例を示している。いずれの場合も、分岐部分に非接触型電流センサ130を配置している。
Further, the number of
以上説明したように、本実施形態のスイッチ故障検出装置100によれば、電圧検出のために抵抗に電流を流す構成を廃し、スイッチ110と接続する分岐経路部分に非接触型電流センサ130を配置してスイッチの切り替えに伴う電流の変化を検知するようにしているため、消費電力を抑制しつつ、バッテリと負荷とを接続した状態でスイッチの故障診断を行なうことができる。
As described above, according to the switch
100 スイッチ故障検出装置
110 スイッチ
121 第1分岐経路
122 第2分岐経路
130 非接触型電流センサ
140 制御部
150 基板
510 メインバッテリ
520 サブバッテリ
530 負荷
540 制御部
100 Switch
Claims (6)
複数個のスイッチと、
前記バッテリとそれぞれのスイッチの第1端とを接続し、平面部を有する第1分岐経路と、
前記負荷とそれぞれのスイッチの第2端とを接続する第2分岐経路と、
前記第1分岐経路の前記平面部に平面視で重なる位置に配置された非接触型電流センサと、
前記複数個のスイッチから検査対象スイッチを選択し、他のスイッチのオン状態を維持しつつ、前記検査対象スイッチのオンオフを切り替えたときの前記非接触型電流センサの測定値の変化に基づいて前記検査対象スイッチの故障判定を行なう制御部と、
を備えたことを特徴とするスイッチ故障検出装置。 A switch failure detection device connected between a battery and a load,
Multiple switches,
A first branch path connecting the battery and a first end of each switch and having a flat portion;
A second branch path connecting the load and a second end of each switch;
A non-contact type current sensor arranged at a position overlapping the planar portion of the first branch path in plan view,
Selecting a test target switch from the plurality of switches, while maintaining the other switch on state, based on the change in the measurement value of the non-contact current sensor when switching the test target switch on and off A control unit for determining a failure of the switch to be inspected,
A switch failure detection device comprising:
前記第1分岐経路は、バスバーで構成され、前記基板の上空で前記非接触型電流センサを覆うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスイッチ故障検出装置。 Further comprising a substrate on which the non-contact type current sensor is arranged,
The switch failure detection device according to claim 1, wherein the first branch path is configured by a bus bar and covers the non-contact type current sensor above the substrate.
前記第1分岐経路は、前記基板の他方の面に配線パターンで形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスイッチ故障検出装置。 Further comprising a substrate on which the non-contact type current sensor is arranged on one surface,
The switch failure detection device according to claim 1, wherein the first branch path is formed as a wiring pattern on the other surface of the substrate.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018236245A JP2020098140A (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Switch fault detection device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114252752A (en) * | 2021-12-22 | 2022-03-29 | 清华大学 | Fault diagnosis method for power tube in full-control bridge topology circuit |
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2018
- 2018-12-18 JP JP2018236245A patent/JP2020098140A/en active Pending
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