JP3126074B2 - 非線形負荷の断線検出装置 - Google Patents
非線形負荷の断線検出装置Info
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Description
非線形な負荷特性をもつ各種負荷の断線を検出するに適
した断線検出装置に関する。
検出装置においては、特開昭64ー90831号公報に
示されているように、複数の方向指示灯に流れる負荷電
流に応じた電界効果型トランジスタの端子間電圧を検出
し、この検出端子間電圧が方向指示灯の一灯断線に伴い
変化したとき、この変化に応じて電界効果型トランジス
タの導通周期を変化させることにより、断線してない方
向指示灯の点滅周期を正常時とは異ならしめて、一灯断
線を知らせるようにしたものがある。
成においては、電界効果型トランジスタの端子間電圧の
温度特性が周囲温度の変化に応じて変化し、かつ、同電
界効果型トランジスタの端子間電圧が、バッテリ電圧の
変動に伴う方向指示灯の非線形な電流ー電圧特性の変化
に応じて変化するにもかかわらず、これらの変化に対す
る補正が考慮されてはいないため、電界効果型トランジ
スタの端子間電圧の検出結果に誤りが生じ、方向指示灯
の断線検出が正しく行われない場合がある。
号公報に示されている断線検出装置を活用して、バッテ
リ電圧の変動に対し方向指示灯の電流ー電圧特性を補正
することにより、電界効果型トランジスタの端子間電圧
の検出による方向指示灯の断線検出を正しく行うように
することも考えられる。しかし、これによっても、電界
効果型トランジスタの端子間電圧の温度特性の補正まで
は考慮されてはいない。
処すべく、非線形負荷の断線検出装置において、非線形
負荷を駆動するために採用される電界効果型トランジス
タ等の半導体スイッチング素子の温度特性及び非線形負
荷の非線形特性の両変化を考慮して、非線形負荷の断線
検出を高精度にて行うようにしようとするものである。
り、本発明は、直流電源から半導体スイッチング素子を
通し負荷電流を受けて作動する複数の非線形負荷と、前
記直流電源から直流電圧を受けて定電圧を発生する定電
圧発生手段と、前記定電圧を前記直流電源からの直流電
圧の変動及び前記半導体スイッチング素子の端子間電圧
降下量の変化に応じて補正して前記非線形負荷の電流−
電圧特性に近似した特性にて変化する基準信号を形成す
る基準信号形成手段と、前記複数の非線形負荷のうちの
一非線形負荷の断線に伴う前記半導体スイッチング素子
の端子間電圧降下量の変化を前記基準信号に基づき判別
して前記一非線形負荷の断線を検出する断線検出手段と
を備えた非線形負荷の断線検出装置を提供するものであ
る。
る断線検出装置においては、前記直流電圧の変動及び前
記半導体スイッチング素子の温度特性の変動により、前
記負荷電流及び端子間電圧降下量が変化しても、前記基
準信号が前記直流電圧の変動に伴う前記負荷電流の変動
に近似した特性にて変化するように形成され、かつ、前
記半導体スイッチング素子の端子間電圧降下量の温度特
性に近似した特性が前記基準信号に付与されているの
で、前記直流電圧の変動、周囲温度の変動、前記半導体
スイッチング素子の温度の変動等にもかかわらず、前記
非線形負荷の断線が常に高精度にて検出され得る。
すると、図1は車両用方向指示装置に本発明が適用され
た例を示している。この方向指示装置は、互いに並列接
続した一対の左側方向指示灯10L、10Lと、互いに並
列接続した一対の右側方向指示灯10R、10Rとを備え
ており、両左側方向指示灯10L、10L又は両右側方向
指示灯10R、10R を流れる負荷電流(以下、指示灯
電流ILという)は、バッテリBの端子電圧の変動に応
じて変化し、両左側方向指示灯10L、10L又は両右側
方向指示灯10R、10R の端子電圧(以下、指示灯電
圧VLという)との間において、次の数1により特定さ
れる非線形な電流ー電圧特性に近似する。
10L、10L又は両右側方向指示灯10R、10Rを流
れる基準指示灯電流を表す。また、符号Vsは両左側方
向指示灯10L、10L又は両右側方向指示灯10R、1
0Rの基準指示灯電圧を表す。
10L、10Lを点灯させるとき両左側方向指示灯10
L、10Lに接続した固定接点22に切り換え接点21を
切り換え投入し、また、両右側方向指示灯10R、10R
を点灯させるとき両右側方向指示灯10R、10Rに接続
した固定接点23に切り換え接点21を切り換え投入す
るようになっている。なお、ターンスイッチ20は、全
方向指示灯10L、10L、10R、10Rを消灯させると
き切り換え接点21を両固定接点22、23から解離す
る位置(即ち、中立位置)に切り換えるようになってい
る。
0(以下、パワーMOSFET30という)は、そのド
レイン端子31にてバッテリBの正側端子に接続され、
一方、そのソース端子32にて、ターンスイッチ20の
切り換え接点21に接続されており、このパワーMOS
FET30は、そのゲート端子33への駆動電圧のもと
に後述のごとく間欠的に導通し、ターンスイッチ21を
通して両左側方向指示灯10L、10L又は両右側方向指
示灯10R、10RにバッテリBから負荷電流を間欠的に
流入させて点滅させる。また、パワーMOSFET30
は、例えば、三個のダイオード34〜36を内蔵してな
るもので、これら各ダイオード34〜36は、共に負の
温度特性を有し互いに直列接続されている。但し、パワ
ーMOSFET30のオン抵抗(以下、オン抵抗RONと
いう)は、パワーMOSFET30を流れる負荷電流I
L の損失による発熱に伴う温度や周囲温度のために、3
000〜7000(p.p.m./℃)程度の正の温度
係数を有する。また、両左側方向指示灯10L、10L又
は両右側方向指示灯10R、10Rが正常に点灯している
場合に、パワーMOSFET30のソース端子31とド
レン端子32との間に生ずる端子電圧(以下、端子間電
圧VDSという)とオン抵抗RONとの間には、次の数2に
より示す関係が成立する。
FET30のオン抵抗RONの温度変化量を表す。
ッチ20との間に接続されており、この電源回路40
は、電源コンデンサ41の充放電作用及びダイオード5
1aの逆流阻止作用のもとに、バッテリBの出力電圧に
ほぼ等しい電圧Vcに保たれ、ツェナーダイオードから
なる定電圧電源42の出力電圧を定電圧Vzに維持する
ようになっている。
〜54をパワーMOSFET30の各ダイオード34〜
36と共に互いに直列接続して構成されており、各抵抗
51、53、54は固定抵抗からなり、また、抵抗52
はパワーMOSFET30のオン抵抗RONのバラツキを
調整するための可変抵抗からなる。抵抗51は、その一
端にて、ダイオード51a及び抵抗51bを通しバッテ
リBの正側端子に接続されており、この抵抗51の他端
は、抵抗52、各ダイオード34〜36及び各抵抗5
3、54を通してターンスイッチ20の切り換え接点2
1に接続されている。しかして、基準電圧発生回路50
は、抵抗52の抵抗値R52、各ダイオード34〜36の
全順方向内部抵抗値Rin及び抵抗53の抵抗値R53の和
と抵抗54の抵抗値R54により、定電圧電源42からの
定電圧Vzと抵抗55による電圧降下分との差を分圧
し、この分圧電圧を基準電圧VREF として両抵抗53、
54の共通端子から発生する。但し、温度一定状態のと
き、両左側方向指示灯10L、10L又は両右側方向指示
灯10R、10Rが正常に点灯している場合に、パワーM
OSFET30の端子間電圧VDSが基準電圧VREF より
も高く、一方、両左側方向指示灯10L、10L又は両右
側方向指示灯10R、10Rが一灯断線している場合に、
パワーMOSFET30の端子間電圧VDS が基準電圧
VREFよりも低くなるようになっている。
示灯電流検出精度は、各方向指示灯の特性のバラツキを
考慮しつつ、全使用電圧範囲及び全使用温度範囲におい
て、±11〜18(%)という高精度の範囲を満足しな
ければならない。然るに、パワーMOSFET30のオ
ン抵抗RONが上述のように3000〜7000(p.
p.m./℃)程度の正の温度係数を有することから、
このオン抵抗RONの温度変化率は、全使用温度範囲にお
いて、30〜70(%)に達し前記検出精度範囲±11
〜18(%)から大きく外れる。このため、本発明装置
の指示灯電流検出には、指示灯の電流ー電圧特性に合わ
せた補正と、パワーMOSFET30のオン抵抗の温度
特性に合わせた補正とが合成される必要がある。
て示されている場合と実質的に同様にして、定電圧電源
42の定電圧Vzをバッテリ電圧Bの端子電圧VB(以
下、バッテリ電圧VBという)の変動に応じて各抵抗5
2〜54により分圧して補正することにより、数1で特
定する非線形な電流−電圧特性に近似した特性にて変化
する基準電圧VREFを形成する。
は、各抵抗52、53の間に直列接続されているパワー
MOSFET30の各ダイオード34〜36が、その負
の抵抗温度特性により、上記の基準電圧 VREF をパワー
MOSFET30のオン抵抗RONの正の温度特性に起因
する温度変化率に応じて補正するので、基準電圧VREF
がパワーMOSFET30のオン抵抗RONの温度変動の
影響を受けないようになっている。この場合、両抵抗5
3、54は、各抵抗51、52、55により得られる補
正電圧と各ダイオード34〜36の負の抵抗温度特性に
よりパワーMOSFET30のオン抵抗RONに応じて基
準電圧VREFを補正する役割を果たす。また、基準電圧V
REF は次の数3により表される。
+△VF)}+R55・R54{Vc−(VF+△VF)}で
ある。また、De =(R51+R55)(R52+R53+R5
4)+R51・R55である。かかる場合、Nuにおいて、V
FはパワーMOSFET30の各ダイオード34〜36
の全順方向電圧を表し、また、△VF は各ダイオード3
4〜36の全順方向電圧の温度変化量を表す。なお、本
実施例において、端子間電圧VDSとバッテリ電圧VB と
の関係は、温度Tをパラメータとして、図2にて図示実
線により特定される。一方、基準電圧VREFとバッテリ
電圧VBとの関係は、温度Tをパラメータとして、図2
にて図示破線により特定される。ここにおいて、T=T
4<T=T3<T=T2<T=T1である。
30の端子間電圧VDSを、基準電圧発生回路50からの
基準電圧VREF と比較する。そして、端子間電圧VDSが
基準電圧VREF よりも高いときコンパレータ60がロー
レベルにて比較信号を発生する。一方、端子間電圧VDS
が基準電圧VREF よりも低いときコンパレータ60がハ
イレベルにて比較信号を発生する。但し、コンパレータ
60からの比較信号がローレベルのとき両左側方向指示
灯10L、10L 又は両右側方向指示灯10R、10R が
正常である場合に対応し、一方、コンパレータ60から
の比較信号がハイレベルのとき両左側方向指示灯10
L、10L 又は両右側方向指示灯10R、10Rが一灯断
線状態となっている場合に対応する。
らの比較信号に基づき両左側方向指示灯10L、10L又
は両右側方向指示灯10R、10Rの一灯断線の有無を判
定する。しかして、コンパレータ60からの比較信号が
ハイレベルのとき断線判定回路70が一灯断線有りと判
定し有断線判定信号を発生する。一方、コンパレータ6
0からの比較信号がローレベルのとき断線判定回路70
が断線無しと判定し無断線判定信号を発生する。
無断線判定信号に応答して第1所定発振周波数にて第1
発振信号を発生し、また、断線判定回路70からの有断
線判定信号に応答して第2所定発振周波数にて第2発振
信号を発生する。但し、前記第2所定発振周波数は前記
第1所定発振周波数よりも高く設定されている。
発振信号に応答してその第1所定発振周波数に対応する
第1所定周期、例えば、70〜100(c/min)に
て第1駆動電圧を発生し、また、発振回路80からの第
2発振信号に応答してその第2所定発振周波数に対応す
る第2所定周期、例えば、140〜250(c/mi
n)にて第2駆動電圧を発生する。このため、パワーM
OSFET30が、そのゲート端子33にて、発振回路
80から第1又は第2の駆動電圧を前記駆動電圧として
受けて、前記第1又は第2の所定周期でもって間欠的に
導通する。
について説明する。
本発明装置内の温度及び周囲温度が変動しないと仮定し
た場合 両方向指示灯10L、10Lが断線していない場合におい
て、本発明装置の作動状態にあり、ターンスイッチ20
の切り換え接点21が固定接点22に切り換え投入され
ておれば、バッテリBが、バッテリ電圧VB をパワーM
OSFET30及び両方向指示灯10L、10Lに印加す
るとともに、同バッテリ電圧VB を抵抗51b及びダイ
オード51aを通し定電圧回路40及び基準電圧発生回
路50に印加している。また、定電圧回路40がダイオ
ード51a及び抵抗51bを介するバッテリBからのバ
ッテリ電圧VB に応答して定電圧電源42から定電圧V
zを発生し基準電圧発生回路50に出力している。この
場合、定電圧電源42からの定電圧Vzは、コンデンサ
41の充放電作用及びダイオード51aの逆流阻止作用
のもとに一定に維持されている。また、基準電圧発生回
路50が、抵抗51b及びダイオード51aを介するバ
ッテリBからのバッテリ電圧VB に応じて定電圧電源4
2からの定電圧Vzを補正して形成した基準電圧VREF
を発生してコンパレータ60に出力している。
が、駆動回路90からの前記第1所定周期にて生ずる第
1駆動電圧に応答して間欠的に導通しておれば、バッテ
リBからのバッテリ電圧VBに基づく指示灯電流ILがパ
ワーMOSFET30及び両方向指示灯10L、10Lを
通り前記第1所定周期にて間欠的に流れている。このた
め、両方向指示灯10L、10Lが前記第1所定周期にて
点滅する。その結果、当該車両の運転者は両方向指示灯
10L、10Lの無断線を視認し得る。
FET30及び両方向指示灯10L、10Lを流れる指示
灯電流ILのため、パワーMOSFET30のソース端
子31とドレン端子32との間に生ずる端子間電圧VDS
が基準電圧発生回路50からの基準電圧VREF よりも高
く維持される。従って、コンパレータ60がローレベル
の比較信号を発生し、断線判定回路70が、両方向指示
灯10L、10Lが共に無断線であるとの判定のもとに無
断線判定信号を発生し、発振回路80が上記のとおり第
1所定発振周波数にて第1発振信号を発生し、駆動回路
90が前記第1所定周期にて第1駆動電圧を発生し、パ
ワーMOSFET30が同各第1駆動電圧によりバイア
スされて前記第1所定周期にて導通し指示灯電流ILを
両方向指示灯10L、10Lに間欠的に流入させている。
このため、両方向指示灯10L、10L の点滅状態が前
記第1所定周期にて維持される。
が断線すると、パワーMOSFET30の端子間電圧V
DSが同パワーMOSFET30のオン抵抗RONと指示灯
電流ILとの積に応じ変化して基準電圧発生回路50か
らの基準電圧VREFよりも低下する。このため、コンパ
レータ60がハイレベルにて比較信号を発生し、断線判
定回路70が一灯断線との判定のもとに有断線判定信号
を発生し、発振回路80が前記第2所定発振周波数にて
第2発振信号を発生し、駆動回路90が前記第2所定周
期にて第2駆動電圧を発生しMOSFET30のゲート
端子33に出力する。従って、同MOSFET30の導
通周期が前記第1所定周期から前記第2所定周期に変化
して両方向指示灯10L、10Lのうち断線してない方向
指示灯の点滅周期も同様に変化する。これにより、運転
者は両方向指示灯10L、10Lのうち一灯が断線した旨
視認し得る。
本発明装置内の温度及び周囲温度の各変動を考慮した場
合 以上述べたような両方向指示灯10L、10Lの無断線状
態或いは一灯断線状態において、バッテリ電圧VB が変
動するとともにパワーMOSFET30のオン抵抗RON
が同パワーMOSFET30の温度変動に伴い変動する
と、それに応じて指示灯電流IL 及び端子間電圧VDSが
変化する。然るに、基準電圧発生回路50からの基準電
圧VREF が、上述のように、数1で特定する非線形な電
流ー電圧特性に近似した特性でもって変化するように形
成されるとともに、数3で特定されるように各ダイオー
ド34〜36の負温度特性によりパワーMOSFET3
0のオン抵抗RONの正温度特性に対応して基準電圧VREF
を補正するようにしてある。従って、基準電圧VREF と
端子間電圧VDS との高低比較が、バッテリ電圧VBの変
動、周囲温度の変動やパワーMOSFET30の温度の
変動等にもかかわらず、常に正しくなされ、コンパレー
タ60からの比較信号のレベルが常に精度よく特定され
る。その結果、本実施例によれば、簡単かつ安価な構成
にて両方向指示灯10L、10Lの一灯断線の有無が高精
度にて判定され得る。また、基準電圧発生回路50の両
抵抗53、54の分圧比でもって上述の温度特性の合わ
せ込み補正が可能であるため、温度特性の異なる各種の
パワーMOSFETを採用しても簡単に補正が可能であ
る。なお、本実施例においては、パワーMOSFET3
0のチャネル温度範囲−40(℃)〜+150(℃)及
びバッテリ電圧VB の変動範囲8(V)〜16(V)と
したとき、電流検出精度が±10(%)の範囲に収まっ
た。
MOSFET30のオン抵抗RONの温度特性に対応して
基準電圧VREFを補正するにあたり、同パワーMOSFE
T30内に内蔵した各ダイオード34〜36を活用する
ようにした例について説明したが、これに限らず、各ダ
イオード34〜36に代えて、パワーMOSFET30
の近傍に配設した各ダイオードを活用して、パワーMO
SFET30のオン抵抗RONの温度特性に対応して基準
電圧VREFの補正を行うようにしてもよい。
参照して説明すると、この第2実施例においては、前記
第1実施例にて述べた基準電圧発生回路50における抵
抗53を省略するとともに抵抗54に代えて両抵抗5
6、57を採用し、かつ、パワーMOSFET30の各
ダイドード34〜36を省略して抵抗52を両抵抗5
6、57と直列接続して、これら両抵抗56、57の共
通端子から基準電圧VREFを発生するようにしたことに
その特徴がある。本第2実施例においては、基準電圧V
REFをパワーMOSFET30のオン抵抗RON の温度特
性との関連において補正するため、抵抗56は、数10
(p.p.m./℃)の抵抗温度係数をもつ可変抵抗と
し、また、抵抗57は、数千(p.p.m./℃)の抵
抗温度係数をもつ固定抵抗として、抵抗56の抵抗値を
調整する。このことは、基準電圧VREF にパワーMOS
FET30のオン抵抗RONと同様に正の温度特性をもた
せるようにすることを意味する。これを数式により示せ
ば、次のようになる。
が、抵抗56の抵抗値R56及びその温度変化量△R56、
並びに抵抗57の抵抗値R57及びその温度変化量△R57
との関連において次の数4を満足するように、両抵抗5
6、57の各抵抗値及び温度特性が配分されてパワーM
OSFET30の温度特性に合わせ込んである。
7)}/(R56+R57) そこで、合成抵抗Ra=(R56+△R56)+(R57+△
R57)として基準電圧VREFを特定する式に組み込む
と、次の数5のようになる。
り、また、De1 ={(R55+R51)・(R52+Ra)
+R55・R51}である。その他の構成は前記第1実施例
と同様である。
て、前記第1実施例にて述べたような両方向指示灯10
L、10Lの無断線状態或いは一灯断線状態において、バ
ッテリ電圧VB が変動するとともにパワーMOSFET
30のオン抵抗RONが同パワーMOSFET30の温度
変動に伴い変動すると、指示灯電流IL 及び端子間電圧
VDSが変化する。然るに、基準電圧発生回路50からの
基準電圧VREF が、前記第1実施例にて述べたように、
数1で特定する非線形な電流ー電圧特性に近似した特性
でもって変化するように形成されるとともに、数5で特
定される各抵抗の抵抗値及びダイオード34〜36の温
度特性によりパワーMOSFET30のオン抵抗RONの
正温度特性に対応して基準電圧VREFを補正してある。従
って、基準電圧VREF と端子間電圧VDS との高低比較
が、バッテリ電圧VBの変動、周囲温度の変動やパワー
MOSFET30の温度の変動等にもかかわらず、常に
正しくなされ、コンパレータ60からの比較信号のレベ
ルが常に精度よく特定される。その結果、本第2実施例
によっても、簡単かつ安価な構成にて両方向指示灯10
L、10Lの一灯断線の有無が高精度にて判定され得る。
その他の作用効果は前記第1実施例と同様である。
は、両方向指示灯10L、10Lの無断線状態或いは一灯
断線状態の場合につき説明したが、両方向指示灯 10
R、10R の無断線状態或いは一灯断線状態の場合にお
いても、上述と同様の作用効果を確保できる。
各方向指示灯10L、10L、10R、10R に限らず、非線
形な電流ー電圧特性をもつ各種の非線形負荷の断線の有
無の検出にあたり本発明を適用してもよい。かかる場
合、非線形負荷は間欠作動に限ることなく連続作動させ
るようにし、断線時には連続作動状態の度合を変化させ
るようにして実施してもよい。
1実施例の基準電圧発生回路50において、抵抗53に
代えて、数10(p.p.m./℃)の抵抗温度係数を
もつ固定抵抗を採用し、また、抵抗54に代えて、数千
(p.p.m./℃)の抵抗温度係数をもつ固定抵抗を
採用して実施すれば、基準電圧VREF の温度特性にパワ
ーMOSFET30と同様に正の温度特性をもたせつ
つ、各ダイオード34〜36の負の温度特性によりパワ
ーMOSFET30のオン抵抗RONの温度特性を前記第
1実施例と同様に補正することとなり、その結果、前記
第1実施例における補正精度をさらに向上させることが
できる。
示灯10L、10L又は10R、10Rを間欠的に点灯させ
る手段として、パワーMOSFET30を採用した例に
ついて説明したが、これに限らず、パワーMOSFET
30に代えて、各種の半導体スイッチング素子を採用し
て実施してもよい。
基準電圧VREFとバッテリ電圧VBとの関係を温度Tをパ
ラメータとして示すグラフである。
T、34〜36…ダイオード、40…定電圧回路、50
…基準電圧発生回路、51〜57…抵抗、60…コンパ
レータ、70…断線判定回路。
Claims (1)
- 【請求項1】直流電源から半導体スイッチング素子を通
し負荷電流を受けて作動する複数の非線形負荷と、 前記直流電源から直流電圧を受けて定電圧を発生する定
電圧発生手段と、 前記定電圧を前記直流電源からの直流電圧の変動及び前
記半導体スイッチング素子の端子間電圧降下量の変化に
応じて補正して前記非線形負荷の電流−電圧特性に近似
した特性にて変化する基準信号を形成する基準信号形成
手段と、 前記複数の非線形負荷のうちの一非線形負荷の断線に伴
う前記半導体スイッチング素子の端子間電圧降下量の変
化を前記基準信号に基づき判別して前記一非線形負荷の
断線を検出する断線検出手段とを備えた非線形負荷の断
線検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28024692A JP3126074B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 非線形負荷の断線検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28024692A JP3126074B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 非線形負荷の断線検出装置 |
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