JP2728217B2

JP2728217B2 - 自動車用熱線式空気流量計

Info

Publication number: JP2728217B2
Application number: JP1218376A
Authority: JP
Inventors: 培雄赤松; 政善鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-08-24
Filing date: 1989-08-24
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JPH0381621A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は自動車用熱線式空気流量計に関し、特に自動
車用内燃機関の各種電子制御システムに利用される熱線
式空気流量計に関するものである。

〔従来の技術〕

空気流量計の従来例としては例えば特開昭55−137321
号公報に開示されたものがある。この先行技術による発
明は、吸入空気流量計測装置において、吸入空気流量信
号が吸入空気の温度の影響を受けないようにするため、
吸入空気温度が高くなっても流速測定用抵抗体の温度と
吸入空気温度との差が小さくなるように構成されてい
る。ところで、この先行技術で開示される技術内容にお
いて、熱線駆動回路の一例を示した第４図で、演算増幅
器等の駆動回路要素に対し電源＋Ｅから電力が供給され
るように構成されているが、この構成において電源の変
動に起因して各回路要素に過電圧が印加されないよう
に、電源端子とアース端子との間に抵抗とツェナーダイ
オードとの直列回路から成る過電圧保護回路を接続する
ことにより、抵抗を経由して回路主要部に電流を供給す
ると共に当該回路主要部にツェナーダイオードを並設す
るようにしている。かかる過電圧保護回路を備えた構成
によれば、自動車に搭載された電圧発生装置（図示せ
ず）の出力に変動が生じて電源電圧＋Ｅの値が過度に大
きくなっても、所定電圧より大きくなるとツェナーダイ
オードが導通し、回路主要部を過電圧から保護すること
ができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、自動車に搭載される電子回路は小型化、軽量化
及び動作信頼性向上の観点からIC化が進んでいる。前記
の熱線流量計の電子回路もモノリシックIC回路でIC化さ
れたものが存在する。

モノリシックICで作られた前記熱線駆動回路であっ
て、このモノリシックIC回路が電流を多量に消費し大き
な値の電流が電源から流入した場合、前記回路構成によ
れば、過電圧保護回路を構成する抵抗で大きな値の電圧
降下が生じるため、モノリシックICに印加される電圧が
低下する。つまり、前述した従来の過電圧保護回路を有
する熱線駆動回路によれば、モノリシックICで形成した
場合において消費電流が増大したとき、過電圧保護回路
の接続構成に起因して入力電圧が低下し、これに応じて
モノリシックICの最大出力電圧が低下するという不具合
がある。

上記のような不具合を解消するためには、空気流量計
の電子回路の動作を最低限保証する空気流量計のための
電源の最低印加電圧値を高くするか、又は大きな入力電
流が流れても降下電圧が小さくなるように過電圧保護回
路の抵抗の値を小さくする必要がある。しかし、いずれ
の場合であっても演算増幅器等の回路主要部に並設され
た過電圧保護回路のツェナーダイオードに電力容量の大
きな素子を使用しなければならないという問題が生じ
る。

本発明の目的は、モノリシックICで形成された電子回
路を含む自動車用熱線式空気流量計において、空気流量
計のための電源からモノリシックICに多量な電流が供給
された場合にも最低限の動作を確保するための電源電圧
が大きくならず、且つ大容量のツェナーダイオードを必
要としない過電圧保護回路を有する自動車用熱線式空気
流量計を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る自動車用熱線式空気流量計は、空気通路
中に配置された発熱抵抗体と、この発熱抵抗体の温度状
態を一定に制御する機能を有し且つ温度一定制御に要し
た電流量を出力とする定温度制御回路とを含んで成り、
定温度制御回路をモノリシックIC回路で形成した自動車
用熱線式空気流量計において、第１の電源端子と通電量
制御端子の間に抵抗を接続し且つ通電量制御端子に与え
られた制御信号に追従する電圧を出力するトランジスタ
を、第１の電源端子とモノリシックIC回路の第２の電源
端子との間に設け、第１の電源端子の電圧が上昇したと
き通電量制御端子に与えられる制御信号を制限する回路
を抵抗とアースとの間に設け、第２の電源端子の電圧を
所定値より大きくならないように制限するように構成さ
れている。

〔作用〕

上記構成を有する本発明によれば、モノリシックIC回
路の電源端子の前段に電圧ホロワ機能を有する回路とし
てトランジスタを設け、このトランジスタの動作を所要
の抵抗値を有する抵抗に基づき生じた制御信号で制御
し、かかる抵抗によって最低動作電源電圧を低減せし
め、また第１の電源端子に過電圧状態が発生したときこ
れを検知して前記制御信号を制限し、前記第２の電源端
子における電源電圧を所定値より大きくならないように
制限し、且つ前記抵抗によって通電量を小さくすること
ができるため制御信号を制限する回路に含まれるツェナ
ーダイオードの容量を小さくすることができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の第１実施例を示し、図中１は電源電
圧V_Bが印加される電源端子であり、２はアース端子であ
る。電源端子１は熱線式空気流量計のための電源電圧が
印加される端子である。破線で示されたブロック３はモ
ノリシックIC回路（以下、ICブロックという）を示し、
この中に熱線式空気流量計の要部をなす定温度制御回路
が形成される。このICブロック３には、例えば符号3A〜
3Hで示された少なくとも８個の接続端子が設けられてい
る。４は発熱抵抗体で、既に知られるように自動車の内
燃機関に流入される空気のための空気通路の中に配設さ
れている空気流量を計測するために使用される抵抗であ
る。発熱抵抗体４は、電気回路的には、電源端子１とア
ース端子２との間において、発熱抵抗体４における通電
量を調整するためのトランジスタ５を上流側に設けた状
態で、発熱抵抗体４の通電量を検出することのできる電
流検出用抵抗６と直列的に接続されている。

かかる発熱抵抗体４、トランジスタ５、電流検出用抵
抗６に対し定温度制御回路は次のように構成される。IC
ブロック３の中には２つの演算増幅器7,8とバッテリ９
が設けられる。演算増幅器７の一方の入力端子には前記
発熱抵抗体４と電流検出用抵抗６との間の電圧を抵抗1
0、端子3Eを経由して入力せしめ、他方の入力端子には
演算増幅器７の出力電圧を端子3Gを経由して取出し抵抗
11〜13で分圧し、更にその分圧値を端子3Fを経由して入
力せしめる。11は空気温度検出用の抵抗である。演算増
幅器７は差動増幅器として働く。また端子3Eと前記バッ
テリ９に接続された基準電圧V_REFを与えるための端子3C
との間には抵抗14が接続されている。この抵抗14は前記
抵抗10と共に空気流量計の動特性を決定する要素である
オフセット電圧を与えるためものである。発熱抵抗体４
には並列に２つの抵抗15,16による直列回路が接続さ
れ、これらの抵抗15,16によって発熱抵抗体４の端子間
電圧を分圧し、その分圧電圧を端子3Dを経由して演算増
幅器８の一方の入力端子に与える。また演算増幅器８の
他方の入力端子には前記演算増幅器７の出力電圧が与え
られる。演算増幅器８は差動増幅器８として働く。演算
増幅器８の出力は、出力端子3Bを経由して前記トランジ
スタ５のベースに供給される。演算増幅器７の出力電流
はトランジスタ５による電流供給量を調整する。

上記の回路構成によれば、トランジスタ５がオン状態
にあって発熱抵抗体４及び電流検出用抵抗６に電流が流
れている状態において、発熱抵抗体４が空気通路内を流
れる空気で冷却され温度が低下したとき発熱抵抗体４の
抵抗値が高くなるので、この変化状態を端子間電圧の変
化として取出し、取出された電圧が入力された定温度制
御回路は、トランジスタ５の通電量を増して発熱抵抗体
４の温度を高めることにより発熱抵抗体４の温度を一定
とし、もってその抵抗値を一定に保つように、その演算
増幅器８の出力電流をトランジスタ５のベースに与えて
定温度制御を行う。このような定温度制御が行われてい
るとき、電流検出抵抗６の端子間電圧を測定すると、こ
の電圧が発熱抵抗体４が設置された空気通路中を流れる
空気流量の関数となっており、これによって空気流量を
計測することができる。

以上のように構成された定温度制御回路のICブロック
３に形成される回路主要部に電力を供給する端子が電源
端子3Aである。また前記3Hはアース端子２に接続される
ICブロック３のためアース端子である。空気流量計の電
源端子１からICブロック３の電源端子3AにはこのICブロ
ック３よりも耐圧が大きい高耐圧のNPN型トランジスタ1
7を経由して電圧が与えられる。トランジスタ17のコレ
クタは電源端子１に接続され、そのエミッタは電源端子
3Aに接続されている。また、トランジスタ17のベースに
は、電源端子１とアース端子２との間に抵抗18とツェナ
ーダイオード19の直列回路を設けることにより、当該抵
抗18の下流側端子が接続されている。こうして本実施例
による過電圧保護回路は、トランジスタ17、抵抗18、ツ
ェナーダイオード19によって構成される。この場合、抵
抗18の抵抗値は高いものに設定される。

かかる過電圧保護回路の構成によれば、電源端子１に
加わる電圧が、ツェナーダイオード19のツェナー電圧よ
りも小さいときにはツェナーダイオード19は非導通の状
態にあり、このときにはトランジスタ17はダイオードと
して機能し、トランジスタ17のベースには電源電圧V_Bと
ほぼ等しい電圧が制御信号として加えられる。トランジ
スタ17とダイオードとして機能したときには電源端子3A
には、電源電圧V_Bからダイオードとしての電圧降下分を
差し引いた電圧が印加され、ツェナーダイオード19が導
通しない限りICブロック３の電源端子3Aには電源端子１
の電源電圧V_Bの変化に追従して変化する電圧が印加され
る。

電源電圧V_Bに高電圧が生じ、ツェナーダイオード19の
図中上端子にそのツェナー電圧より大きい電圧が加わっ
た場合には、ツェナーダイオード19を導通し、その結果
トランジスタ17のベース電圧はツェナーダイオード19の
ツェナー電圧に維持され、それより高くならない。以上
のように、モノリシックICで構成される定温度制御回路
の回路主要部が含まれるICブロック３の電源端子3Aにお
ける電圧V_CCは、電源電圧V_Bが高電圧になっても、ツェ
ナーダイオード19のツェナー電圧V_Zからトランジスタ17
のベース・エミッタ間の電圧V_BEを引いた電圧V_Z−V_BEよ
りも低く保たれるので、V_Z−V_BEをモノリシックICの破
壊電圧よりも低く設定することにより、モノリシックIC
であるICブロック３を過電圧から保護することができ
る。

上記実施例によれば、空気流量計のための電源端子１
とICブロック３のための電源端子3Aとの間に高耐圧のト
ランジスタ17を設けるようにしたため、ツェナーダイオ
ード19に直列に接続される抵抗18の抵抗値を高くするこ
とができる。そして、抵抗18の抵抗値を高く設定して
も、抵抗18は電源端子3Aに直接に接続されず、電源端子
3Aに接続されたトランジスタ17のベースに接続されてそ
のベース電流を調整するようにしたため、抵抗18に起因
する端子3Aにおける電圧V_CCの低下を小さくすることが
できる。また、抵抗18の電圧降下を小さくしその通電量
を少なくしたため、空気流量計を動作せしめる電源電圧
V_Bの最低電圧を高めることなく、電力容量の小さいツェ
ナーダイオード19を使用して過電圧保護回路を構成する
ことができる。

第２図は本発明の第２実施例を示し、この実施例では
前記ツェナーダイオード19がモノリシックICの外部では
なくその内部において端子3Iと3Hとの間に形成されてい
る。その他の構成については前記第１実施例と同じであ
るので、同一要素には同一の符号を付している。本発明
による過電圧保護回路によれば電力容量の小さいツェナ
ーダイオードを用いることができるので、モノリシック
IC回路の中に過電圧保護回路用ツェナーダイオードを作
ることができる。この構成によれば、外付け部品の点数
が減るので回路が簡素な構成となる。

第３図は本発明の第３実施例を示す。この実施例で
は、先ずモノリシックICによるICブロック３の中に前記
ツェナーダイオード19を形成し、更にこのICブロック３
の中に抵抗20,21とトランジスタ22を追加して形成して
いる。抵抗20,21は端子3Aとアース端子3Hとの間におい
て直列的に接続され、トランジスタ22はそのコレクタ、
エミッタがそれぞれ端子3Iと3Hに接続されている。ツェ
ナーダイオード19は抵抗20,21の中間点23とトランジス
タ22のベースとの間に設けられ、カソードを中間点に、
アノードをベースにそれぞれ接続している。また、第１
実施例におけるトランジスタ5,17も符号24の破線ブロッ
クで示すように他のモノリシックICで形成している。ま
た、トランジスタ17のベースに直列抵抗32を設けてい
る。それらの接続構成は前記実施例の場合と同じであ
る。

かかる回路構成によれば、電源端子3Aの電圧V_CCが上
昇して抵抗20,21の中間点23の電圧がツェナー電圧V_Zと
トランジスタ22のベース・エミッタ間電圧との和よりも
大きくなったとき、トランジスタ22がオンし、トランジ
スタ17のベース電圧が低下する。これによってIC回路３
の電源端子3Aの電圧V_CCが所定電圧以上に上昇しなくな
る。この実施例においても、前記各実施例と同様に空気
流量計の電源電圧V_Bが高い電圧に変化した場合に、端子
3Aの電圧V_CCを必要以上に上昇させず、ICブロック３を
保護することができる。また、本実施例によれば、抵抗
20,21の中間点23にツェナーダイオード19のカソードを
接続するようにしたため、ツェナーダイオード19のツェ
ナー電圧を任意に設定することができない場合でも、抵
抗20,21の各抵抗値を適当に選択することによってICブ
ロック３の電源端子3Aの電圧V_CCの最高値を任意に設定
することができる。更に、この実施例によれば、抵抗2
0,21、トランジスタ5,17,22をモノリシックICによって
形成することにより、前記実施例よりも一層外付けの部
品点数を削減することができる。また、流量計の電源端
子１とアース端子２が誤って接続された場合には、トラ
ンジスタ17のベースからコレクタに流れる電流を抵抗32
で制限することができる。

第４図は本発明の第４実施例を示す。この実施例で
は、第１図で示した構成において、第３図で示したよう
にツェナーダイオード19、抵抗20,21、トランジスタ22
をモノリシックICであるICブロック３内に形成し、更に
ICブロック３の電源端子3Aとトランジスタ17のベースと
の間にコンデンサ25を接続するように構成されている。
その他の構成は前記第１実施例と同じである。本実施例
によれば、トランジスタ17のベース・エミッタ間にコン
デンサ25を設けるようにしたたため、電源電圧V_Bが急峻
に変化してもこの変化に対して良好な応答性でトランジ
スタ16が追従することを可能にする。

以上の各実施例ではトランジスタとしてNPN型のもの
を使用したが、回路を若干変更することによってPNP型
のものを使用することができるのは勿論である。

次に本発明の第５実施例について説明する。この実施
例では、第４図で示した構成において、コンデンサ25を
除去し、バイポーラトランジスタ17の代わりにFET（電
界効果型トランジスタ）26を使用する。この構成によれ
ば、電圧制御タイプのFET26のゲートには電圧が印加さ
れ電流を必要としないので、FET26のドレインとゲート
との間に接続された抵抗18の抵抗値を前記の各実施例に
おける抵抗値以上に高くすることができる。従って、ト
ランジスタ22を流れる電流は一層少なくなり、一方導通
状態のFET26は電圧降下がバイポーラトランジスタより
も小さいので、空気流量計の電源電圧V_Bの最低動作電圧
を更に低下させることができる。

第６図は本発明の第６実施例を示す。この実施例で
は、第３図に示された構成において、ツェナーダイオー
ド19の代わりに差動増幅回路を使用している。この差動
増幅回路は４個のトランジスタ27〜30によって構成さ
れ、電源電圧VCCを抵抗20,21によって分圧して得た電圧
はトランジスタ27のベースに印加され、一方比較の対象
となるトランジスタ28のベースには基準電圧源31によっ
て出力される基準電圧が印加される。差動増幅回路の出
力は前記トランジスタ22のベースに与えられる。本実施
例の構成によれば、比較対象となる基準電圧を安定した
基準電圧源31から得ることができ、またこの基準電圧は
任意に設定することができる。このため、トランジスタ
22のベース・エミッタ間電圧やツェナーダイオードを使
用した場合におけるツェナー電圧の影響を受けず、温度
変化に対して安定で確実な動作を行わせることができ
る。

第７図は本発明の第７実施例を示す。この実施例で
は、第４図に示した構成において、コンデンサ25を除去
し、空気流量計の電源端子１とトランジスタ17のベース
との間に抵抗18に並列にコンデンサ31を接続するように
構成されている。その他の構成は第４図で示した第４実
施例と同じである。本実施例によれば、抵抗18に並列に
コンデンサ31を設けるようにしたため、電源電圧が急峻
に変化しても抵抗18に過大な電流か流れるのを防止する
ことができる。

第８図は本発明の第８実施例を示す。この実施例で
は、第３図に示した構成において、トランジスタ22のベ
ースからツェナーダイオード19を除去して当該ベースを
直接に抵抗20,21の中間点に接続し、前記ツェナーダイ
オード19をトランジスタ22のエミッタとアース端子3Hと
の間にそのカソードがエミッタに接続されるように設け
たものである。本実施例によれば、トランジスタ22の通
電時にそのエミッタ電流がツェナーダイオード19に流れ
るのでツェナーダイオード19の動作電圧が安定するとい
う効果を生じる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように本発明によれば、空気流
量計の電源端子と、定電圧制御回路を形成するモノリシ
ックICの電源端子との間にトランジスタを設け、このト
ランジスタを、電圧ホロワとして機能させてモノリシッ
クICの電源電圧を制御し、所定電圧よりも大きい過電圧
のときにはトランジスタを制御する信号を制限してモノ
リシックICの電源電圧が所定値よりも大きくならないよ
うに制御したため、トランジスタを制御する制御信号を
生じさせる抵抗に高抵抗値のものを使用することがで
き、これによって抵抗による電圧降下を小さくして電源
端子に加わる最低動作電圧を小さくすることができ、且
つツェナーダイオードに電力容量の小さいものを使用す
ることができる。空気流量計のモノリシックICによって
形成された定電圧制御回路に過電圧が印加された時これ
を保護する回路をできる限り、定電圧制御回路と同様に
モノリシックICによって形成するようにしたため、部品
点数が少なくなって回路を簡素にすることができると共
に制作コストを安価にすることができる。モノリシック
ICの電源電圧を分圧抵抗を利用して検出し過電圧状態か
否かを判断するように構成したため、制御信号を制限す
るための電圧をツェナー電圧の制約を受けず任意に設定
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す回路図、第２図は本
発明の第２実施例を示す回路図、第３図は本発明の第３
実施例を示す回路図、第４図は本発明の第４実施例を示
す回路図、第５図は本発明の第５実施例を示す回路図、
第６図は本発明の第６実施例を示す回路図、第７図は本
発明の第７実施例を示す回路図、第８図は本発明の第８
実施例を示す回路図である。〔符号の説明〕１……空気流量計のための電源端子２……アース端子３……モノリシックICで形成されたICブロック 3A……ICブロック用の電源端子４……発熱抵抗体５……電流供給量調節用トランジスタ６……電流検出用トランジスタ 7,8……演算増幅器 17……電源電圧に追従する電圧を出力するトランジスタ 18……高抵抗値の抵抗 19……ツェナーダイオード 20,21……分圧抵抗 22……制御端子の制御信号を制限するためのトランジス
タ 26……電界効果型トランジスタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空気通路中に配置された発熱抵抗体と、こ
の発熱抵抗体の温度状態を一定に制御する機能を有し且
つ温度一定制御に要した電流量を出力とする定温度制御
回路とを含んで成り、前記定温度制御回路をモノリシッ
クIC回路で形成した自動車用熱線式空気流量計におい
て、第１の電源端子と通電量制御端子の間に抵抗を接続
し且つ前記通電量制御端子に与えられる制御信号に追従
する電圧を出力するトランジスタを、前記第１の電源端
子と前記モノリシックIC回路の第２の電源端子との間に
設け、前記第１の電源端子の電圧が上昇したとき前記通
電量制御端子に与えられる前記制御信号を制限する回路
を前記抵抗とアースとの間に設け、前記第２の電源端子
の電圧を所定値より大きくならないように制限すること
を特徴とする自動車用熱線式空気流量計。
【請求項２】請求項１において、前記トランジスタはバ
イポーラトランジスタであり、前記抵抗は前記トランジ
スタのベース・コレクタ間に接続され、前記制御信号を
制限する前記回路が、前記トランジスタのベースと前記
アースとの間に設けられたツェナーダイオードであるこ
とを特徴とする自動車用熱線式空気流量計。
【請求項３】請求項２において、前記ツェナーダイオー
ドが前記モノリシックIC回路内に形成されたことを特徴
とする自動車用熱線式空気流量計。
【請求項４】請求項１において、前記制御信号を制限す
る前記回路は、前記モノリシックIC回路の前記第２の電
源端子における電圧を分圧して取出しその分圧値が所定
値を越えたときこの状態を検出する検出信号を出力する
検出回路を含み、前記検出信号を受けて前記トランジス
タに与えられる前記制御信号を制限するようにしたこと
を特徴とする自動車用熱線式空気流量計。
【請求項５】請求項４において、前記検出回路が、抵抗
とツェナーダイオードとトランジスタにより構成される
ことを特徴とする自動車用熱線式空気流量計。
【請求項６】請求項１又は４において、前記制御信号を
制限する前記回路は、その少なくとも一部が前記モノリ
シックIC回路によって形成されることを特徴とする自動
車用熱線式空気流量計。
【請求項７】請求項１において、前記トランジスタが、
前記発熱抵抗体の加熱用電流を調整するトランジスタと
同一のシリコン基板に形成されることを特徴とする自動
車用熱線式空気流量計。
【請求項８】請求項７において、前記抵抗が、前記発熱
抵抗体の加熱用電流を調整するトランジスタと同一のシ
リコン基板に形成されることを特徴とする自動車用熱線
式空気流量計。
【請求項９】請求項１において、前記トランジスタは電
界効果型トランジスタであることを特徴とする自動車用
熱線式空気流量計。
【請求項１０】請求項１において、前記制御信号を制限
する前記回路は、前記モノリシックIC回路用の前記第２
の電源端子における電圧を分圧して取出し、この分圧値
と、基準電圧源の出力する基準電圧値を比較し、その分
圧値が基準電圧値を越えたときこの状態を検出する検出
信号を出力する差動増幅回路を含み、前記検出信号を受
けて前記トランジスタに与えられる前記制御信号を制限
するようにしたことを特徴とする自動車用熱線式空気流
量計。