JP2023107440A - 車両用電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイコン消費電流が大電流化してもマイコンがリセット前処理を確実に実行できるようにした車両用電子制御装置を提供する。【解決手段】第１電源回路５は、ＶＢ電圧を第１電源電圧に調整して出力することに基づいてマイコン８を動作させる。スイッチＭ１は、ＢＡＴＴ電圧を入力する第２入力ノードＮ２とＶＢ電圧を入力する第１入力ノードＮ１との間に接続されている。スイッチ制御回路は、スイッチＭ１をオンオフ制御する。ＶＢ電圧が、第１電源回路５の第１電源電圧Ｖｏ６を所定の出力閾値電圧より低下させる所定の第１閾値電圧より低下した場合、スイッチ制御回路は、スイッチＭ１をオンすることでＢＡＴＴ電圧を第１入力ノードＮ１に入力させる。また第１電源回路５は、第１電源電圧Ｖｏ６を出力閾値電圧より低い電源電圧値に調整して出力してマイコン８の動作を維持させる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電子制御装置に関する。

マイクロコンピュータは、初期化指令が発行されると、初期化指令が発行されてからマイコンの停止前にデータ退避等の各種処理を実行する。このため、初期化指令が発行されてからマイコンが動作保証する電圧を所定時間（例えば、２μｓ）以上、マイコンに供給し続ける必要がある。

通常、マイコンがリセット前処理を実行するときには、電源回路に実装されるコンデンサの蓄積電力の放電時間を利用している。このような従来技術を適用すると、大容量のコンデンサを搭載する必要があり、コスト及びコンデンサの実装面積の点で実用性に劣る。

また従来の構成では、コンデンサに蓄積された電力の放電時間に頼る構成となるため、マイコンの消費電流が増加すると放電時間が短くなってしまう。近年、マイコンの消費電流の大電流化に伴い、コンデンサの放電時間のみで所定時間以上マイコンに供給し続けることが困難になってきている。なお、本願に関連する技術として特許文献１記載の技術が提供されている。

特開平１１－２６６５４７号公報

本開示の目的は、マイコン消費電流が大電流化してもマイコンがリセット前処理を確実に実行できるようにした車両用電子制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、次のように動作する。第１電源回路は、第１電圧を第１電源電圧に調整して出力することに基づいてマイコンを動作させる。スイッチは、第２電圧を入力する第２入力ノードと第１電圧を入力する第１入力ノードとの間に接続されている。スイッチ制御回路は、スイッチをオンオフ制御する。

第１電圧が、第１電源回路の第１電源電圧を所定の出力閾値電圧より低下させる所定の第１閾値電圧より低下した場合、スイッチ制御回路は、スイッチをオンすることで第２電圧を第１入力ノードに入力させる。また第１電源回路は、第１電源電圧を出力閾値電圧より低い電源電圧値に調整して出力してマイコンの動作を維持させる。マイコンの動作を維持できるようになり、たとえマイコンの消費電流が大電流化してもリセット前処理を確実に実行できる。

第１実施形態における車両用電子制御装置の電気的構成ブロック図 電源ＩＣ及び第１電源回路の回路構成例 第２電源回路及び第３電源回路の回路構成例 動作を概略的に示すフローチャート タイムチャート 比較例のタイムチャート 背景技術との差異の説明図

以下、車両用電子制御装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１には車両用の電子制御装置１の電気的構成を概略的に示している。電子制御装置１は、第１電圧となるＶＢ電圧をＶＢ端子Ｔ１を通じて第１入力ノードＮ１に入力する。このＶＢ電圧は、車両の起動スイッチとなるメインリレー２を介して車載バッテリ３から供給される。ＶＢ電圧は、電子制御装置１のメイン電源として供給される電源であり、通常時には標準値１４Ｖ程度となる。また、電子制御装置１は、車載バッテリ３から常時供給される第２電圧となるＢＡＴＴ電圧を、ＢＡＴＴ端子Ｔ２を通じて第２入力ノードＮ２に入力する。

電子制御装置１は、電源ＩＣ４、第１電源回路５、第２電源回路６、第３電源回路７、マイコン８、及び初期化指令回路９を備える。第１入力ノードＮ１は第１電源回路５に接続されており、第１電源回路５は、第１入力ノードＮ１から入力されるＶＢ電圧に基づいて第１電源電圧Ｖｏ６を生成する。第２電源回路６は、第１電源回路５の第１電源電圧Ｖｏ６に基づいてマイコン８に供給する第２電源電圧Ｖｏ５を生成する。第３電源回路７は、第１電源回路５の第１電源電圧Ｖｏ６に基づいてマイコン８に供給する第３電源電圧Ｖｏ１を生成する。これにより第１電源回路５は、ＶＢ電圧を第１電源電圧Ｖｏ６に調整して出力することに基づいてマイコン８を動作させることができる。

マイコン８は、プロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ、Ａ／Ｄ変換回路、通信回路（何れも図示せず）などを組み合わせて構成され、電源供給されている間には所定の車両用の制御を実行する。また、電源電圧の供給が遮断されるシャットダウン時には、マイコン８は、ＲＡＭのワークメモリなどに一時記憶されたデータを不揮発性メモリに退避してから停止するように構成される。

また、初期化指令回路９は、第２電源回路６の第２電源電圧Ｖｏ５、又は、第３電源回路７の第３電源電圧Ｖｏ１が異常を示す異常閾値電圧に低下するとマイコン８にリセット信号ＩＮＩＴを出力する。初期化指令回路９は、第２電源回路６の第２電源電圧Ｖｏ５、又は、第３電源回路７の電源電圧Ｖｏ１を監視することでマイコン８への供給電圧が異常になった場合、マイコン８に初期化指令を出力し、マイコン８をリセット、すなわち初期化する。つまり、電源電圧Ｖｏ５、Ｖｏ１を監視し、マイコン８への供給電圧が異常と判断された場合、マイコン８をリセットできる。

他方、ＢＡＴＴ電圧を入力する第２入力ノードＮ２とＶＢ電圧を入力する第１入力ノードＮ１との間にはスイッチＭ１が接続されている。スイッチＭ１は、ＭＯＳＦＥＴによるもので、第１入力ノードＮ１と第２入力ノードＮ２との間の通電をオンオフ可能になっている。

図２に示すように、第１電源回路５は、電源ＩＣ４により駆動されることで動作する電源回路であり、ＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ３、インダクタＬｏ、及びコンデンサＣｏを図示形態に組み合わせて構成されるスイッチング電源回路である。ＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ３はドレインソース間がノードＮ１とグランドとの間に直列接続されており、これらのＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ３の共通接続点とグランドとの間にインダクタＬｏ及びコンデンサＣｏを直列接続して構成されており、インダクタＬｏ及びコンデンサＣｏの共通接続点から第１電源電圧Ｖｏ６を出力する。

電源ＩＣ４は、スイッチ制御回路１１、切替スイッチ１２、第１閾値設定部１３、第２閾値設定部１４、及びデューティ信号生成回路１５を備える。スイッチ制御回路１１は、第１電源回路５の第１電源電圧Ｖｏ６の検出状態に基づいて、スイッチＭ１をオンオフ制御する。

切替スイッチ１２には、第１閾値設定部１３から所定の第１閾値が入力されると共に、第２閾値設定部１４から所定の第２閾値が入力されている。切替スイッチ１２は、通常、第１閾値設定部１３の側に切り替えられており、第１閾値設定部１３の第１閾値をデューティ信号生成回路１５に出力する。このとき、デューティ信号生成回路１５は、ＭＯＳトランジスタＭ２及びＭ３に相補的にパルスを与えると共に当該パルスのデューティ比を調整することで第１電源電圧Ｖｏ６を所定の電源電圧値Ｖｏ６ｂ（例えば６．０Ｖ）となるように調整出力する。

第１電源回路５の第１電源電圧Ｖｏ６が、所定の閾値よりも低下すると、スイッチ制御回路１１がスイッチＭ１をオン制御すると共に、切替スイッチ１２が第２閾値設定部１４の側に切り替えることでデューティ信号生成回路１５に第２閾値を出力する。デューティ信号生成回路１５は、第２閾値に基づいて第１電源回路５から所定範囲内の電源電圧値Ｖｏ６ｂを出力することになるが、詳細は後述する。この電源電圧値Ｖｏ６ｂは、前述の所定の電源電圧値Ｖｏ６ａより低く設定される電圧値である。

図３に示すように、第２電源回路６は、第２電源制御回路２１によりＭＯＳトランジスタＭ４のゲートを制御することで第２電源電圧Ｖｏ５として例えば５．０Ｖの電源電圧を出力するシリーズ電源回路である。マイコン８は、第２電源電圧Ｖｏ５をＡ／Ｄ変換回路のリファレンス電圧として利用する。

また第３電源回路７は、第３電源制御回路３１、ＭＯＳトランジスタＭ５、Ｍ６、インダクタＬｏ２、及びコンデンサＣｏ２を備えており、第３電源電圧Ｖｏ１として例えば１Ｖ電源を出力するスイッチング電源回路である。マイコン８は、第３電源電圧Ｖｏ１を当該マイコン８のコア電源として使用する。マイコン８が動作を継続するためにはコア電源の動作保証範囲が確保される必要がある。

上記構成におけるマイコン８への電源供給作用について、図４に示すフローチャート、及び、図５以降の図面を参照しながら説明する。通常時、電源ＩＣ４のスイッチ制御回路１１は、Ｓ１においてスイッチＭ１をオフし、このスイッチＭ１のオフ状態において、電源ＩＣ４は第１電源回路５を駆動する。通常時には、電源ＩＣ４は、切替スイッチ１２を第１閾値設定部１３の側に切替えることで第１閾値設定部１３の第１閾値をデューティ信号生成回路１５に入力させる。

デューティ信号生成回路１５は、ＭＯＳトランジスタＭ２及びＭ３に相補的にＰＷＭパルスを与えると共に当該ＰＷＭパルスのデューティ比を調整することで第１電源電圧Ｖｏ６を所定の電源電圧値Ｖｏ６ｂ（例えば６．０Ｖ）となるように調整出力する。

電源ＩＣ４は、第１電源回路５の出力電圧として第１電源電圧Ｖｏ６を検出し、Ｓ２において第１電源電圧Ｖｏ６が閾値電圧Ｖｔ１（例えば、４．６Ｖ）を上回るか否かを判定する。第１電源電圧Ｖｏ６が、閾値電圧Ｖｔ１を上回っているときには通常動作として、Ｓ３において第１電源電圧Ｖｏ６の狙い値として前述の所定の電源電圧値Ｖｏ６ａ（例えば、６．０Ｖ）を設定して電源供給し続ける。

他方、第２電源回路６、第３電源回路７は、この第１電源回路５の第１電源電圧Ｖｏ６を入力して第２電源電圧Ｖｏ５、第３電源電圧Ｖｏ１を生成しマイコン８に供給する。このとき、第２電源回路６は、第２電源電圧Ｖｏ５として所定の電源電圧値Ｖｏ５ａ（例えば、５．０Ｖ）を出力し、第３電源回路７は、第３電源電圧Ｖｏ１として所定の電源電圧値Ｖｏ１ａ（例えば、１．０Ｖ）を出力する。他方、初期化指令回路９は、第２電源回路６、第３電源回路７の何れの電源電圧Ｖｏ５、Ｖｏ１の何れも異常を生じていないと確認するため、マイコン８へ初期化指令を出力することはない。これにより、マイコン８は通常動作する。

しかし図５に示すように、タイミングｔ０からＶＢ電圧が低下すると、第１電源電圧Ｖｏ６も同様に低下する。この後、タイミングｔ１においてＶＢ電圧が所定の第１閾値電圧Ｖｔｂよりも低下し、第１電源回路５の第１電源電圧Ｖｏ６が所定の出力閾値電圧Ｖｔ１ａより低下した場合、図４のＳ２にてＮＯと判定しステップＳ４に移行する。

スイッチ制御回路１１は、Ｓ４においてスイッチＭ１をオンすることで、第２入力ノードＮ２に入力したＢＡＴＴ電圧を第１入力ノードＮ１に入力させる。第１入力ノードＮ１の電圧は、ＶＢ電圧が第１閾値電圧Ｖｔｂより低下してもＢＡＴＴ電圧の供給能力により電圧を極力保持するように保たれる。またこのとき、電源ＩＣ４は、切替スイッチ１２を第１閾値設定部１３側から第２閾値設定部１４側に切替え、デューティ信号生成回路１５に第２閾値を入力させる。

デューティ信号生成回路１５は、第２閾値を入力すると、この第２閾値に応じてＰＷＭパルスのデューティ比を調整することで、Ｓ５において第１電源回路５により第１電源電圧Ｖｏ６を出力閾値電圧Ｖｔ１ａより低い電源電圧値Ｖｏ６ｂ（例えば、４．３Ｖ）を狙い値として調整出力する。この狙い値とする電源電圧値Ｖｏ６ｂは、初期化閾値Ｖti（例えば、４．５Ｖ）未満で、且つ、所定の下限電圧（例えば、４．０Ｖ）を超える所定の電圧範囲内の電圧に設定することが望ましい。すると、初期化閾値Ｖtiを超える通常動作時の電圧まで戻すことなく、シャットダウンする際に動作保証電圧をマイコン８へ供給し続けることができる。

そして、電源ＩＣ４のスイッチ制御回路１１は、スイッチＭ１のオン状態を所定時間（例えば、１００μｓ）だけ保持しその後オフさせる。なお、この図５に示す例では、タイミングｔ２の後のある所定のタイミングｔ２ａからスイッチＭ１を所定時間オンする例を示している。

すると、タイミングｔ２ａからタイミングｔ４までの所定時間の間、第１電源回路５の第１電源電圧Ｖｏ６として電源電圧値Ｖｏ６ｂを維持できる。第２電源回路６は、この電源電圧値Ｖｏ６ｂに基づいて第２電源電圧Ｖｏ５を生成でき、出力する第２電源電圧Ｖｏ５として所定の電源電圧値Ｖｏ５ｂを維持できる。他方、第３電源回路７もまた、電源電圧値Ｖｏ６ｂに基づいて第３電源電圧Ｖｏ１を生成するため、出力する第３電源電圧Ｖｏ１として所定の電源電圧値Ｖｏ１ａを維持できる。つまり、第３電源回路７は、第３電源電圧Ｖｏ１として、マイコン８の動作保証可能な電圧Ｖｍｉｎ以上となるように電源電圧値Ｖｏ１ａを調整出力できる。

他方、第２電源電圧Ｖｏ５が初期化閾値Ｖti（例えば、４．５Ｖ）を下回ったタイミングｔ２から初期化遅延時間Ｔｄを経過すると、初期化指令回路９はタイミングｔ３においてリセット信号ＩＮＩＴを出力する。マイコン８は、リセット信号ＩＮＩＴを入力するとＲＡＭのワークメモリデータを不揮発性メモリへ退避する処置を実行する。

マイコン８は、この処置を実行するため所定の前処理時間Ｔｄ２（図５参照）を要するが、第３電源回路７の第３電源電圧Ｖｏ１によりマイコン８に対する電源電圧供給時間を所定時間Ｔｄ＋前処理時間Ｔｄ２を超える長さに延長しているため、マイコン８は、コア電圧を動作保証範囲内で入力した状態で退避処置を実行できる。これにより、マイコン８はＲＡＭのワークメモリデータを不揮発性メモリへ退避するシャットダウンの前処理を実行できる。

マイコン８が初期化処理を完了した後、スイッチ制御回路１１がタイミングｔ４においてスイッチＭ１をオフし、その後、電源ＩＣ４は、第１電源回路５、第２電源回路６、及び第３電源回路７の電圧調整動作を停止することで図４のＳ７においてシャットダウンできる。これにより、第１電源回路５、第２電源回路６、第３電源回路７の動作を停止させることができ、マイコン８がシャットダウンする前にＲＡＭのデータを不揮発性メモリへ退避する等の処置を行うことができ、その前処理時間Ｔｄ２を確保できる。

＜比較例＞
図６に比較例における動作を示している。この図６の動作は図１の構成においてスイッチＭ１を設けず構成した場合の動作例を示している。スイッチＭ１を設けていないと車載バッテリ３からＢＡＴＴ電圧を供給することができない。このとき、図６のタイミングｔ０からＶＢ電圧が低下し始めたときでも、第１電源回路５がＶＢ電圧に基づいて第１電源電圧Ｖｏ６を生成し続けることになる。

すると、第２電源回路６の第２電源電圧Ｖｏ５が初期化閾値Ｖtiより低下してから初期化遅延時間Ｔｄの経過後に初期化指令回路９がリセット信号ＩＮＩＴをマイコン８に出力することになる。このため、マイコン８はリセット信号ＩＮＩＴを入力したタイミングｔ３からシャットダウンの前処理を実行する。第３電源回路７は、第３電源電圧Ｖｏ１をコンデンサＣｏ３の蓄積電力により供給することになる。しかし、大消費電力化によりマイコン８が前処理時間Ｔｄ２だけ動作継続するだけの必要な電力を確保することが困難になってきている。必要な電力を確保するためには、より大容量のコンデンサＣｏ３を用意する必要があり、搭載コストや回路面積のサイズ面で懸念を生じる。

＜本実施形態のまとめ＞
これに対し、本実施形態によれば、第１電源回路５が第１電源電圧Ｖｏ６を出力閾値電圧Ｖｔ１ａよりも低い電源電圧値Ｖｏ６ｂに調整して出力して所定時間だけ継続出力することで、マイコン８による前処理時間Ｔｄ２を確保している。マイコン８は、前処理時間Ｔｄ２の間にＲＡＭのワークメモリデータを不揮発性メモリへ退避する等の処置を行うことができる。これにより、シャットダウン時にＢＡＴＴ電圧からマイコン８への電圧供給時間を延長できる。

特に、マイコン８が実行する前処理時間Ｔｄ２の間、ＢＡＴＴ電圧がＢＡＴＴ端子Ｔ２を通じて第１電源回路５に電源供給されるようになり、第１電源回路５による電源生成のサポートを行うことができる。

スイッチＭ１がオンすることでＢＡＴＴ電圧により電源供給時間を確保でき、初期化の前処理時間Ｔｄ２を確保でき、第３電源回路７を構成する下流のコンデンサＣｏ２の容量を少なくすることができ、コスト的にも回路面積的にも有利に構成できる。

なお、前述ではタイミングｔ２ａからタイミングｔ４までの所定時間の間、スイッチＭ１をオンした形態を示したが、これに限定されるものではなく、タイミングｔ２から所定時間オンしても良いし、第１電源電圧Ｖｏ６が所定の出力閾値電圧Ｖｔ１ａより低下したタイミングｔ１から所定時間オンするようにしても良い。

＜比較例となる特許文献１記載の技術との対比＞
以下、本実施形態と特許文献１記載の技術との対比について説明する。背景技術欄に示した特許文献１の構成では、ＶＢ電圧相当の＋Ｂ電圧を入力する電源回路とＢＡＴＴ電圧を入力する電源回路とを２系統準備して並列接続する必要がある。

これに対し、本実施形態においては１系統の第１電源回路５を準備することで第２電源回路６、第３電源回路７は第１電源電圧Ｖｏ６に基づいて各電源電圧Ｖｏ５、Ｖｏ１を生成できるようになり、さらにスイッチＭ１を１つだけ追加すれば良い。すなわち、大元のＶＢ電圧又はＢＡＴＴ電圧から生成する電源回路を２系統準備する必要がなくなる。

また、図７に示すように、第１電源電圧Ｖｏ６が初期化閾値Ｖtiを下回ってから、第１電源電圧Ｖｏ６の狙い値を初期の電源電圧値Ｖｏ６ａに戻してしまうと、マイコン８には第１電源電圧Ｖｏ６、第２電源電圧Ｖｏ５、第３電源電圧Ｖｏ１としてそれぞれ通常の電源電圧値Ｖｏ６ａ、Ｖｏ５ａ、Ｖｏ１ａが供給されることになり、タイミングｔ１０以降においてマイコン８が初期化状態を継続できなくなり、マイコン８が正常にリセットできなくなる。

本実施形態では、第１電源電圧Ｖｏ６を初期化閾値Ｖtiより低い所定電圧（例えば４．３Ｖ）に維持しているため、マイコン８が初期化状態を維持できるようになる。このように、本実施形態においては特許文献１記載の技術との差を生じている。

（他の実施形態）
前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
第２電源回路６、第３電源回路７は必要に応じて設ければ良い。またマイコン８に電源電圧を供給する他の電源回路を設けた構成にも適用できる。
本開示に記載の電子制御装置１による手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することにより提供された専用コンピュータにより実現されても良い。或いは、本開示に記載の電子制御装置１及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によりプロセッサを構成することにより提供された専用コンピュータにより実現されても良い。若しくは、本開示に記載の電子制御装置１及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路により構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより実現されても良い。又、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていても良い。

本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形形態や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、５は第１電源回路、６は第２電源回路、７は第３電源回路、８はマイコン、Ｍ１はスイッチ、１１はスイッチ制御回路、Ｎ１は第１入力ノード、Ｎ２は第２入力ノード、である。

Claims (4)

1. 車両の起動スイッチを介して車載バッテリから供給される第１電圧と、前記車載バッテリから常時供給される第２電圧と、を入力する車両用電子制御装置であって、
   前記第１電圧を第１電源電圧に調整して出力することに基づいてマイコンを動作させる第１電源回路（５）と、
   前記第２電圧を入力する第２入力ノード（Ｎ２）と前記第１電圧を入力する第１入力ノード（Ｎ１）との間に接続されたスイッチ（Ｍ１）と、
   前記スイッチをオンオフ制御するスイッチ制御回路（１１）と、を備え、
   前記第１電圧が、前記第１電源回路の第１電源電圧を所定の出力閾値電圧より低下させる所定の第１閾値電圧より低下した場合、
   前記スイッチ制御回路は、前記スイッチをオンすることで前記第２電圧を前記第１入力ノードに入力させ、
   前記第１電源回路は、前記第１電源電圧を前記出力閾値電圧より低い電源電圧値に調整して出力して前記マイコンの動作を維持させる車両用電子制御装置。
2. 前記第１電源回路は、前記マイコンが動作を継続可能な電圧以上となるように前記電源電圧値を調整して出力する請求項１記載の車両用電子制御装置。
3. 前記第１電源回路が前記電源電圧値を一定時間継続して出力することで前記マイコンがリセットする前の前処理時間を確保し、前記マイコンが初期化を完了した後、
   前記スイッチ制御回路は前記スイッチをオフすることで、前記第１電源回路の電圧調整動作を停止してシャットダウンする請求項１記載の車両用電子制御装置。
4. 前記第１電源回路の第１電源電圧に基づいて前記マイコンに供給する第２電源電圧を生成する第２電源回路（６）と、
   前記第１電源回路の第１電源電圧に基づいて前記マイコンに供給する第３電源電圧を生成する第３電源回路（７）と、
   前記第２電源回路の第２電源電圧、又は、前記第３電源回路の第３電源電圧が異常を示す異常閾値電圧に低下すると前記マイコンにリセット信号を出力する初期化指令回路（９）と、
   を備える請求項１記載の車両用電子制御装置。
   
   

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