JP2023014471A - 制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】パワー回路部において生成される電圧を簡単且つ正確にモニタすることができる制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、制御回路部と、パワー回路部と、を備える。前記制御回路部が有する制御回路部側グランドと前記パワー回路部が有するパワー回路部側グランドとが分離される。第1基準電圧を出力する第1基準電圧源が前記制御回路部又は前記パワー回路部のいずれか一方に設けられる。前記制御回路部に設けられる演算回路は、前記パワー回路部側グランドを基準電位としてモニタした前記第1基準電圧に基づき、前記制御回路部側グランドと前記パワー回路部側グランドとの第1電圧差を算出し、前記パワー回路部において生成される補正対象電圧をモニタするときに、前記第1電圧差を用いて前記補正対象電圧を補正する。【選択図】図1

Description

本発明は、制御回路部と、パワー回路部と、を備え、制御回路部が有する制御回路部側グランドとパワー回路部が有するパワー回路部側グランドとが分離される制御装置に関する。
大電流を扱う制御装置では、制御回路部が有する制御回路部側グランドと大電流を流すパワー回路部が有するパワー回路部側グランドとが分離される(例えば特許文献1参照)。制御回路部側グランドとパワー回路部側グランドとが分離されることによって、パワー回路部で流れる大電流によるパワー回路部側グランドの電位変動が制御回路部の動作に影響しなくなる。
特開2009-254059号公報
しかしながら、制御回路部側グランドとパワー回路部側グランドとが分離されることの弊害として、制御回路部側グランドとパワー回路部側グランドとの間に電位差が生じる。
制御回路部側グランドとパワー回路部側グランドとの間に電位差が生じると、制御回路部に設けられる演算回路は、パワー回路部において生成される電圧をモニタした場合に、パワー回路部において生成される電圧を上記の電位差分だけずれた状態で認識してしまう。
特許文献1で車両駆動装置では、パワー回路部において生成される未知の電圧を二種類の分圧でモニタし、パワー回路部において生成される未知の電圧に関する連立方程式を解くことで、上記の電位差が算出される。つまり、特許文献1で車両駆動装置では、パワー回路部において生成される電圧をモニタするためには、連立方程式を解く処理が必要となり、処理が複雑になる。
本発明は、上記課題に鑑みて、パワー回路部において生成される電圧を簡単且つ正確にモニタすることができる制御装置を提供することを目的とする。
例示的な本発明の制御装置は、制御回路部と、パワー回路部と、を備える。前記制御回路部が有する制御回路部側グランドと前記パワー回路部が有するパワー回路部側グランドとが分離される。第1基準電圧を出力する第1基準電圧源が前記制御回路部又は前記パワー回路部のいずれか一方に設けられる。前記制御回路部に設けられる演算回路は、前記パワー回路部側グランドを基準電位としてモニタした前記第1基準電圧に基づき、前記制御回路部側グランドと前記パワー回路部側グランドとの第1電圧差を算出し、前記パワー回路部において生成される補正対象電圧をモニタするときに、前記第1電圧差を用いて前記補正対象電圧を補正する。
例示的な本発明によると、パワー回路部において生成される電圧を簡単且つ正確にモニタすることができる。
第1実施形態に係るECUの概略構成を示す図 第1実施形態に係るCPUの電圧補正に関する動作例を示すフローチャート 第2実施形態に係るECUの概略構成を示す図 第2実施形態に係るCPUの電圧補正に関する動作例を示すフローチャート 第3実施形態に係るECUの概略構成を示す図 第3実施形態に係るCPUの電圧補正に関する動作例を示すフローチャート 第4実施形態に係るECUの概略構成を示す図 第5実施形態に係るECUの概略構成を示す図
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係るECU(Electronic Control Unit)1Aの構成を示すブロック図である。ECU1Aは、制御回路部2と、パワー回路部3と、端子T1~T5と、を備える。
端子T1及び端子T3は、バッテリB1の正極に接続される。端子T1に印加される電圧は制御回路部2の入力電圧となる。端子T3に印加される電圧はパワー回路部3の入力電圧となる。
端子T2は、バッテリB1の負極及び車両グランド(車両のボディ)に接続される。端子T4は、寄生抵抗PR1を介してバッテリB1の負極及び車両グランドに接続される。なお、端子T2も、寄生抵抗を介してバッテリB1の負極及び車両グランドに接続されるが、端子T2に流れる電流が小さいため、端子T2とバッテリB1の負極及び車両グランドとの間の寄生抵抗は無いとみなすことができる。
端子T2は制御回路部2のグランドであり、端子T4はパワー回路部3のグランドである。以下、制御回路部2のグランドを制御回路部側グランドと称し、パワー回路部3のグランドをパワー回路部側グランドと称する。制御回路部側グランドと制御回路部側グランドとは分離されている。
制御回路部2は、CPU(Central Processing Unit)21を備える。CPU21は、AD入力ポートP1と、AD入力ポートP2と、デジタル出力ポートP3と、を備える。
CPU21は、AD入力ポートP2に供給される電圧に基づいて、AD入力ポートP2に供給される電圧を補正する。CPU21は、補正後の電圧に基づいて制御信号を生成し、当該制御信号をデジタル出力ポートP3から出力する。
パワー回路部3は、DC/DCコンバータ31を備える。DC/DCコンバータ31は、降圧型スイッチング電源である。DC/DCコンバータ31は、PMOS(P-channel Metal-Oxide Semiconductor)電界効果トランジスタQ1(以下、トランジスタQ1という)、NMOS(N-channel Metal-Oxide Semiconductor)電界効果トランジスタQ2(以下、トランジスタQ2という)、インダクタL1、コンデンサC1、及びドライバD1を備える。ドライバD1は、CPU21から出力される制御信号に基づいてトランジスタQ1及びQ2をスイッチング制御する。トランジスタQ1及びQ2のスイッチングにより、トランジスタQ1とトランジスタQ2との接続ノードにスイッチ電圧が発生する。スイッチ電圧は、インダクタL1及びコンデンサC1によって平滑化されて出力電圧VOUTとなる。出力電圧VOUTは、出力端子T5から出力され、車両補器4に供給される。車両補器4は、出力電圧VOUTを電源電圧として利用する。
次に、AD入力ポートP2に供給される電圧の補正の詳細について説明する。制御回路部2は、抵抗R1~R4を備える。パワー回路部3は、第1基準電圧VREF1を出力する第1基準電圧源VS1を備える。
第1基準電圧源VS1の負極はパワー回路部側グランドに接続される。第1基準電圧源VS1の正極は抵抗R1の一端に接続される。抵抗R1の他端は、AD入力ポートP1及び抵抗R2の一端に接続される。抵抗R1の他端は制御回路部側グランドに接続される。これにより、CPU21は、パワー回路部側グランドを基準電位として第1基準電圧VREF1を分圧且つデジタル電圧に変換した状態でモニタすることができる。
抵抗R3の一端に出力電圧VOUTが印加される。抵抗R3の他端は、AD入力ポートP2及び抵抗R4の一端に接続される。抵抗R4の他端は制御回路部側グランドに接続される。これにより、CPU21は、出力電圧VOUTを分圧且つデジタル電圧に変換した状態でモニタすることができる。
図2は、CPU21の電圧補正に関する動作例を示すフローチャートである。CPU21は、図2に示すフローチャートの動作を周期的に実施する。
まず、CPU21は、第1基準電圧VREF1をモニタする(ステップS10)。
次に、CPU21は、制御回路部側グランドとパワー回路部側グランドとの第1電圧差を算出する(ステップS20)。
AD入力ポートP1に供給される電圧V1は、下記の式(1)で表される。なお、Δ1は第1電圧差(=パワー回路部側グランド-制御回路部側グランド)であり、r1は抵抗R1の抵抗値であり、r2は抵抗R2の抵抗値である。
V1=(VREF1+Δ1)×r2/(r1+r2) …(1)
上記の式(1)は、下記の式(2)に変換することができる。ステップS20において、CPU21は、下記の式(2)を用いて第1電圧差Δ1を算出する。
Δ1=V1×(r1-r2)/r2-VREF1 …(2)
次に、CPU21は、出力電圧VOUTをモニタする(ステップS30)。
次に、CPU21は、モニタした出力電圧VOUTを補正する(ステップS40)。
AD入力ポートP2に供給される電圧V2は、下記の式(3)で表される。なお、r3は抵抗R3の抵抗値であり、r4は抵抗R4の抵抗値である。
V2=(VOUT+Δ1)×r4/(r3+r4) …(3)
上記の式(3)は、下記の式(4)に変換することができる。ステップS40において、CPU21は、ステップ20で算出した第1電圧差Δ1と下記の式(4)とを用いて、電圧V2すなわち分圧した状態でモニタした出力電圧VOUTを補正して正確な出力電圧VOUTを算出する。
VOUT=V2×(r3+r4)/r4-Δ1 …(4)
ステップS40の処理が終了すると、図2に示すフローチャートの動作が終了する。
パワー回路部3に流れる電流値に応じて第1電圧差Δ1は変動するため、第1電圧差Δ1は時々刻々と変化する。そのため、CPU21は、上述した図2に示すフローチャートの動作を繰り返し行うことにより、ステップS40での補正として最新の第1電圧差Δ1を用いることができる。よって、CPU21は、出力電圧VOUTすなわちパワー回路部3において生成される電圧を簡単且つ正確にモニタすることができる。
なお、ステップS20での第1電圧差Δ1として、第1電圧差Δ1の過去所定回数の移動平均値を採用してもよい。それにより、第1電圧差Δ1の安定性が向上する。
<第2実施形態>
図3は、第2実施形態に係るECU1Bの構成を示すブロック図である。ECU1Bは、制御回路部2と、パワー回路部3と、端子T1~T5と、を備える。
ECU1Bは、CPU21がデジタル入力ポートP4を備え、パワー回路部3が異常検出回路32を備える点でECU1Aと相違し、それ以外の点でECU1Aと同様である。
異常検出回路32は、第1基準電圧VREF1の異常を検出したときにCPU21に異常を通知する。異常検出回路32は、第1基準電圧VREF1が上限値を超えている異常のみを検出してもよい。また、異常検出回路32は、第1基準電圧VREF1が下限値を下回っている異常のみを検出してもよい。また、異常検出回路32は、第1基準電圧VREF1が上限値を超えている異常及び第1基準電圧VREF1が下限値を下回っている異常の両方を検出してもよい。
第1基準電圧VREF1が上限値を超えている異常及び第1基準電圧VREF1が下限値を下回っている異常の両方を検出する場合、異常検出回路32は、例えば第1コンパレータ、第2コンパレータ、及びORゲートによって構成するとよい。第1コンパレータは、第1基準電圧VREF1と上限値とを比較する。第2コンパレータは、第2基準電圧VREF1と下限値とを比較する。ORゲートは、第1コンパレータの出力と第2コンパレータの出力との論理和をCPU21のデジタル入力ポートP4に出力する。
図4は、CPU21の電圧補正に関する動作例を示すフローチャートである。CPU21は、図4に示すフローチャートの動作を周期的に実施する。
図4に示すフローチャートは、図2に示すフローチャートにステップS1及びS41を追加したものである。
ステップS1において、CPU21は、デジタル入力ポートP4に印加される電圧のレベルに基づいて、第1基準電圧VREF1が異常であるか否かを判定する。第1基準電圧VREF1が異常でなければ、ステップS10に移行する。
一方、第1基準電圧VREF1が異常であれば、CPU21は、ステップS41に移行してフェイルセーフ処理を実行する。フェイルセーフ処理としては、例えばCPU21がトランジスタQ1をオフ状態に固定しトランジスタQ2をオフ状態に固定することでDC/DCコンバータ31の動作を停止させる処理を挙げることができる。DC/DCコンバータ31の動作を停止させることで、出力電圧VOUTが過電圧になることを防止することができる。なお、例えばバッテリB1の最大電圧が出力電圧VOUTの過電圧に該当しない場合などでは、ステップS41のフェイルセーフ処理を省略することも可能である。また、ステップS41のフェイルセーフ処理として、ステップS40の第1電圧差Δ1による補正をやめるようにしてもよい。
ステップS40又はS41の処理が終了すると、図4に示すフローチャートの動作が終了する。
本実施形態では、第1基準電圧VREF1の異常が検出されるので、第1基準電圧VREF1が異常になったときに、モニタした出力電圧VOUTに対して誤った補正が実行されることを防止することができる。
<第3実施形態>
図5は、第3実施形態に係るECU1Cの構成を示すブロック図である。ECU1Bは、制御回路部2と、パワー回路部3と、端子T1~T5と、を備える。
ECU1Cは、CPU21がAD入力ポートP5を備え、制御回路部2が第2基準電圧VREF2を出力する第2基準電圧源VS2を備え、パワー回路部3が抵抗R5及びR6を備える点でECU1Aと相違し、それ以外の点でECU1Aと同様である。
第2基準電圧源VS2の負極は制御回路部側グランドに接続される。第2基準電圧源VS2の正極は抵抗R5の一端に接続される。抵抗R5の他端は、AD入力ポートP5及び抵抗R6の一端に接続される。抵抗R6の他端はパワー回路部側グランドに接続される。これにより、CPU21は、パワー回路部側グランドを基準電位として第2基準電圧VREF2を分圧且つデジタル電圧に変換した状態でモニタすることができる。
AD入力ポートP5に供給される電圧V5は、下記の式(5)で表される。なお、Δ2は第2電圧差(=パワー回路部側グランド-制御回路部側グランド)であり、r5は抵抗R5の抵抗値であり、r6は抵抗R6の抵抗値である。
V5=(VREF2-Δ2)×r6/(r5+r6)+Δ2 …(5)
上記の式(5)は、下記の式(6)に変換することができる。
Δ2={(r5+r6)×V5-r6×VREF2}/r5 …(6)
図6は、CPU21の電圧補正に関する動作例を示すフローチャートである。CPU21は、図6に示すフローチャートの動作を周期的に実施する。
図6に示すフローチャートは、図2に示すフローチャートにステップS11、S21、S22及びS41を追加したものである。
ステップS10の次に、CPU21は、第2基準電圧VREF2をモニタする(ステップS11)。ステップS11の処理が終了すると、ステップS20に移行する。
ステップS20の次に、CPU21は、制御回路部側グランドとパワー回路部側グランドとの第2電圧差を算出する(ステップS21)。ステップS21の処理が終了すると、ステップS22に移行する。
ステップS22において、CPU21は、モニタした第1基準電圧VREF1又は第2基準電圧VREF2が異常であるか否かを判断する。CPU21は、第1電圧差Δ1と第2電圧差Δ2とが閾値以上異なる場合すなわち第1電圧差Δ1と第2電圧差Δ2との差の絶対値が閾値以上である場合に、モニタした第1基準電圧VREF1又は第2基準電圧VREF2が異常であると判断する。モニタした第1基準電圧VREF1が異常である原因としては、第1基準電圧源VS1の異常、抵抗R1及びR2によって構成される分圧回路の異常等が考えられる。モニタした第2基準電圧VREF2が異常である原因としては、第2基準電圧源VS2の異常、抵抗R3及びR4によって構成される分圧回路の異常等が考えられる。
モニタした第1基準電圧VREF1及び第2基準電圧VREF2が異常でなければ、ステップS30に移行する。
一方、モニタした第1基準電圧VREF1又は第2基準電圧VREF2が異常であれば、CPU21は、ステップS41に移行してフェイルセーフ処理を実行する。ステップS41は、第2実施形態でのステップS41と同様である。
本実施形態では、モニタした第1基準電圧VREF1又は第2基準電圧VREF2の異常が検出されるので、モニタした第1基準電圧VREF1又は第2基準電圧VREF2が異常になったときに、モニタした出力電圧VOUTに対して誤った補正が実行されることを防止することができる。
なお、モニタした第1基準電圧VREF1とモニタした第2基準電圧VREF2とが同時に正常から異常に変化する可能性は非常に低いため、CPU21は、モニタした第1基準電圧VREF1又は第2基準電圧VREF2が異常である場合は第1基準電圧VREF1及び第2基準電圧VREF2の過去履歴に基づき、モニタした第1基準電圧VREF1又は第2基準電圧VREF2のどちらが異常であるかを判断するようにしてもよい。この場合、ステップS41のフェイルセーフ処理として、第1電圧差Δ1および第2電圧差Δ2のうち、正常な方の電圧差を用いてモニタした出力電圧VOUTの補正を行うようにしてもよい。例えば、モニタした第1基準電圧VREF1が異常である場合には、CPU21は、第2基準電圧VREF2を用いて、モニタした出力電圧VOUTの補正を行うようにする。
これにより、モニタした第1基準電圧VREF1又は第2基準電圧VREF2が異常になったときでも、出力電圧VOUTを簡単且つ正確にモニタすることができる。
第1基準電圧VREF1及び第2基準電圧VREF2の過去履歴の利用例としては、例えば直近の複数回のモニタした第1基準電圧VREF1の平均値と今回モニタした第1基準電圧VREF1との差の絶対値が、直近の複数回のモニタした第2基準電圧VREF2の平均値と今回モニタした第2基準電圧VREF2との差の絶対値より大きければ、CPU21は、モニタした第1基準電圧VREF1が異常であると判断すればよい。
<第4実施形態>
図7は、第4実施形態に係るECU1Dの構成を示すブロック図である。ECU1Dは、制御回路部2と、パワー回路部3と、端子T1~T5と、を備える。
ECU1Dは、CPU21がAD入力ポートP5を備え、第1基準電圧源VS1がパワー回路部3ではなく制御回路部2に設けられ、パワー回路部3が抵抗R5及びR6を備える点でECU1Aと相違し、それ以外の点でECU1Aと同様である。
第1基準電圧源VS1の負極は制御回路側グランドに接続される。
第1基準電圧源VS1の正極は抵抗R5の一端に接続される。抵抗R5の他端は、AD入力ポートP5及び抵抗R6の一端に接続される。抵抗R6の他端はパワー回路部側グランドに接続される。これにより、CPU21は、AD入力ポートP5に入力される電圧をモニタすることによって、パワー回路部側グランドを基準電位として第1基準電圧VREF1を分圧且つデジタル電圧に変換した状態でモニタすることができる。CPU21は、AD入力ポートP5に入力される電圧に基づいて、第1電圧差Δ1を算出する。
また、CPU21は、AD入力ポートP1に入力される電圧をモニタすることによって、制御回路部側グランドを基準電位として第1基準電圧VREF1を分圧且つデジタル電圧に変換した状態でモニタすることができる。これにより、CPU21は、第1基準電圧VREF1が異常であるか否かを判断することができる。すなわち、CPU21は、単一の第1基準電圧VREF1を用いて、第1電圧差Δ1の算出と第1基準電圧VREF1の異常を検出する。
本実施形態では、CPU21は、図4に示すフローチャートと同様の動作を行う。ただし、ステップS1において、CPU21は、デジタル入力ポートP4(図3参照)に印加される電圧のレベルではなくAD入力ポートP1に入力される電圧に基づいて、第1基準電圧VREF1が異常であるか否かを判定する。
本実施形態では、図3に示す実施形態のように異常検出回路32を設けずに第1基準電圧VREF1の異常が検出されるので、簡単な構成で第1基準電圧VREF1が異常になったときに、モニタした出力電圧VOUTに対して誤った補正が実行されることを防止することができる。
<第5実施形態>
図8は、第5実施形態に係るECU1Eの構成を示すブロック図である。ECU1Eは、制御回路部2と、パワー回路部3と、端子T1~T5と、を備える。
ECU1Eは、制御回路部2がコンデンサC2を備える点でECU1Aと相違し、それ以外の点でECU1Aと同様である。
コンデンサC2は抵抗R2に並列に接続される。抵抗R1及びコンデンサC2によって構成されるフィルタ回路(ローパスフィルタ回路)は、第1基準電圧VREF1を平滑化する。これにより、モニタした第1基準電圧VREF1の補正が第1基準電圧VREF1の過渡的な変動の影響を受けることを抑制することができる。したがって、CPU21は、出力電圧VOUTをより一層正確にモニタすることができる。
抵抗R1及びR2によって構成される分圧回路と、抵抗R1及びコンデンサC2によって構成されるフィルタ回路とは、抵抗R1を共用している。これにより、分圧回路とフィルタ回路とを別々に設けるよりも、小型化及び低コスト化を図ることができる。
なお、第1実施形態から第5実施形態への変更と同様の変更を第2~第4実施形態それぞれに対しても行うことができる。
<その他>
上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
上述した実施形態では、制御回路部2がCPU21を備える構成であったが、制御回路部2はCPU21以外の演算回路を備えてもよい。
上述した実施形態では、パワー回路部3がDC/DCコンバータ31を備える構成であったが、パワー回路部3はDC/DCコンバータ31以外のパワー回路を備えてもよい。DC/DCコンバータ31以外のパワー回路としては、例えばモータを駆動するインバータを挙げることができる。
上述した実施形態では、CPU21が出力電圧VOUTをモニタする構成であったが、CPU21は出力電圧VOUT以外のパワー回路において生成される電圧(ただし第1基準電圧VREF1を除く)をモニタしてもよい。
1A~1E 第1~第5実施形態に係るECU
2 制御回路部
21 CPU
3 パワー回路部
32 異常検出回路
C2
R1~R6 抵抗
T1~T5 端子
VS1 第1基準電圧源
VS2 第2基準電圧源

Claims (6)

  1. 制御回路部と、パワー回路部と、を備え、
    前記制御回路部が有する制御回路部側グランドと前記パワー回路部が有するパワー回路部側グランドとが分離され、
    第1基準電圧を出力する第1基準電圧源が前記制御回路部又は前記パワー回路部のいずれか一方に設けられ、
    前記制御回路部に設けられる演算回路は、前記パワー回路部側グランドを基準電位としてモニタした前記第1基準電圧に基づき、前記制御回路部側グランドと前記パワー回路部側グランドとの第1電圧差を算出し、前記パワー回路部において生成される補正対象電圧をモニタするときに、前記第1電圧差を用いて前記補正対象電圧を補正する、制御装置。
  2. 前記第1基準電圧の異常を検出する異常検出回路が前記一方に設けられる、請求項1に記載の制御装置。
  3. 第2基準電圧を出力する第2基準電圧源が前記制御回路部又は前記パワー回路部のいずれか他方に設けられ、
    前記演算回路は、前記パワー回路部側グランドを基準電位としてモニタした前記第2基準電圧に基づき、前記制御回路部側グランドと前記パワー回路部側グランドとの第2電圧差を算出し、前記第1電圧差と前記第2電圧差とが閾値以上異なる場合はモニタした前記第1基準電圧又は前記第2基準電圧が異常であると判断する、請求項1に記載の制御装置。
  4. 前記演算回路は、前記第1電圧差と前記第2電圧差とが前記閾値以上異なる場合は前記第1基準電圧及び前記第2基準電圧の過去履歴に基づき、モニタした前記第1基準電圧又は前記第2基準電圧のどちらが異常であるかを判断する、請求項3に記載の制御装置。
  5. 前記演算回路は、前記制御回路部側グランドを基準電位としてモニタした前記第1基準電圧に基づき、前記第1基準電圧が異常であるか否かを判断する、請求項1に記載の制御装置。
  6. 前記第1基準電圧を分圧する分圧回路と、
    前記分圧回路と抵抗を共用して前記第1基準電圧を平滑化するフィルタ回路と、を備え、
    前記分圧回路及び前記フィルタ回路は、前記第1基準電圧源と前記演算回路との間に設けられる、請求項1~5のいずれか一項に記載の制御装置。
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