JP3307005B2

JP3307005B2 - 制御負荷の電流検出装置及びそれを用いた故障診断装置

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Publication number: JP3307005B2
Application number: JP16190793A
Authority: JP
Inventors: 博之伊奈; 新見　　幸秀; 利幸岩坂
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JPH0777546A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば酸素センサに
付設されたヒータ等、制御負荷に流れる電流を検出する
ための電流検出装置、及び、その電流検出装置を用いて
構成した制御負荷の故障診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の電流検出装置及びそ
れを用いた故障診断装置として、例えば特開平３−１６
５２４５号公報が開示されている。これは酸素センサに
付設されたヒータの故障診断装置に関するものであり、
この構成を図１２に示す。つまり、ヒータ（制御負荷）
３２には、バッテリ３１とトランジスタ３３と電流検出
抵抗３４とが直列に接続されている。そして、電流検出
抵抗３４にてアナログ電圧として検出されたヒータ電流
ｉ_Hは差動増幅回路３５にて反転増幅された後、Ａ／Ｄ
変換器３６にてデジタル値に変換される。Ａ／Ｄ変換器
３６の正極側電源端子（Ｖ_ref ⁺）には、電圧”５Ｖ”
の基準電源３７が接続され、負極側電源端子
（Ｖ_ref ^-）はアースされている。

【０００３】差動増幅回路３５は、演算増幅器３８、抵
抗３９，４０，４１，４２（抵抗値：Ｒ₁'，Ｒ₂'，
Ｒ₃'，Ｒ₄'）により構成され、各抵抗３９〜４２の抵抗
値はＲ₁'＝Ｒ₃'，Ｒ₂'＝Ｒ₄'の関係を有している。又、
演算増幅器３８の２つの入力端子のうち、一方（反転入
力端子）には抵抗４０を介して電流検出抵抗３４による
検出電圧が入力され、他方（非反転入力端子）には基準
電源３７の電圧（５Ｖ）に対する抵抗４１，４２による
分圧が入力される。つまり、この差動増幅回路３５で
は、アース電位による影響を抑えるために、増幅の基準
がアースではなく一定の基準電源電圧（５Ｖ）になって
いる。

【０００４】又、マイクロコンピュータ４３は、Ａ／Ｄ
変換器３６にて変換されたデジタル信号に基づいてヒー
タ３２の異常を判定する。詳しくは、上記差動増幅回路
３５には、抵抗値のばらつきや演算増幅器３８のオフセ
ット等に伴う誤差があり、同増幅回路３５の出力電圧Ｖ
_OUTは図１３に示す如く理想的な特性線Ｌ’（実線で示
す）からオフセットし、破線で示す範囲で変動する。そ
こで、マイクロコンピュータ４３は、ｉ_H＝０の時の出
力電圧Ｖ_OUTから補正データとしてのオフセット量（理
想的な特性値とのズレ）を算出しておき、そのオフセッ
ト量に基づき出力電圧Ｖ_OUTを補正しヒータ３２の異常
を判定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
電流検出装置では、差動増幅回路３５のオフセットによ
って、出力電圧Ｖ_OUTがＡ／Ｄ変換器３６の処理範囲
（０〜５Ｖ）を越えてしまい、Ａ／Ｄ変換処理されるデ
ジタル値の精度が低下するという問題があった。つま
り、図１３に示すように、ヒータ電流ｉ_Hが微小値にな
る場合（ｉ_H＜ｉ_SMの場合）、オフセットの影響によっ
て出力電圧Ｖ_OUTがＡ／Ｄ変換器３６の最大処理電圧
（５Ｖ）を越え、非検出領域Ｚ（斜線で示す）に入って
しまう。この場合、Ａ／Ｄ変換器３６では、”５Ｖ”を
越える出力電圧Ｖ_OUTを全て”５Ｖ”とみなして処理し
てしまい、ヒータ電流ｉ_Hの検出精度が著しく低下する
という問題が生じる。

【０００６】なお、一方で、差動増幅回路３５の出力電
圧Ｖ_OUTをＡ／Ｄ変換器３６の処理範囲内にするために
は、差動増幅回路３５の基準電源をＡ／Ｄ変換器３６の
基準電源とは別に設けることも考えられるが、この場
合、構成の簡易性やコスト面での問題が生じる。

【０００７】又、上記のような電流検出装置に生じる不
具合に起因して、マイクロコンピュータ４３による異常
判定処理においても以下のような問題が生じる。つま
り、マイクロコンピュータ４３では、ｉ_H＝０の時の出
力電圧Ｖ_OUTからオフセット量（理想的な特性値とのズ
レ）を算出するが、出力電圧Ｖ_OUTが”５Ｖ”を越える
場合にはオフセットがあるにも係わらず、補正データと
してのオフセット量が常に”０（＝５Ｖ−５Ｖ）”にな
ってしまう。その結果、出力電圧Ｖ _OUTのオフセット補
正ができなくなり、ヒータ３２の異常判定の精度が低下
するという問題が生じる。

【０００８】又、近年ではヒータ３２の通常の動作電流
のみでなく、小電流レベルの電流検出精度の向上や、小
電流による異常判定処理が要望されている。例えば、ヒ
ータ３２の場合、内部抵抗の増加等に起因して動作時に
流れる電流が小さくなるため、この小電流を精度良く検
出することは、ヒータ３２の異常判定の精度向上に不可
欠となる。しかし、上記従来の故障診断装置では、オフ
セット補正の精度が悪いため、オフセットの影響が相対
的に大きくなる小電流検出時に、特に検出精度の悪化が
顕著になるという問題があった。

【０００９】そこで、この発明の制御負荷の電流検出装
置は、制御負荷に流れる電流の検出精度を向上させるこ
とを目的とし、さらに、それを用いて構成した故障診断
装置は、制御負荷の異常判定精度を向上させることを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された本発明の制御負荷の電流検出
装置は、制御負荷に流れる電流を電流検出抵抗にてアナ
ログ電圧として検出するとともに、同アナログ電圧を差
動増幅回路にて増幅した後、Ａ／Ｄ変換器にてデジタル
値に変換するようにし、又、前記Ａ／Ｄ変換器の基準電
源と前記差動増幅回路の基準電源とが同一の基準電源と
された制御負荷の電流検出装置において、前記差動増幅
回路において演算増幅器の反転入力端子に接続された帰
還抵抗の抵抗値をＲ1，入力抵抗の抵抗値をＲ2とし、非
反転入力端子に接続された分圧抵抗の抵抗値を前記基準
電源側からそれぞれＲ3，Ｒ4としたとき、（Ｒ1／Ｒ2）＜（Ｒ3／Ｒ4）の関係を満たすように各抵抗値が設定されることによ
り、前記制御負荷の非通電時における前記差動増幅回路
の出力電圧を、前記基準電源の基準電圧にて設定される
前記Ａ／Ｄ変換器の処理範囲内にするようにしたことを
要旨とするものである。

【００１１】また、請求項２に記載の発明では、前記差
動増幅回路における基準電源に電圧降下手段が接続さ
れ、該電圧降下手段により前記差動増幅回路における増
幅の基準を前記Ａ／Ｄ変換器の基準電源電圧よりも降下
させることにより、前記制御負荷の非通電時における前
記差動増幅回路の出力電圧を、前記基準電源の基準電圧
にて設定される前記Ａ／Ｄ変換器の処理範囲内にするよ
うにしたことを要旨とする。請求項２の発明では請求項
３に記載したように、前記電圧降下手段は、分圧抵抗に
よるものであると良い。又は、請求項４に記載したよう
に、前記電圧降下手段は、ダイオードによるものである
と良い。請求項５に記載の発明では、前記差動増幅回路
の出力側に電圧降下手段を設け、該電圧降下手段によっ
て演算増幅器から出力されたアナログ電圧を降下させる
ことにより、前記制御負荷の非通電時における前記差動
増幅回路の出力電圧を、前記基準電源の基準電圧にて設
定される前記Ａ／Ｄ変換器の処理範囲内にするようにし
たことを要旨とする。請求項５の発明では請求項６に記
載したように、前記電圧降下手段として演算増幅器の出
力側に電圧降下用の抵抗が接続されると良い。

【００１２】さらに、請求項１乃至６の何れかに記載の
制御負荷の電流検出装置を用いた請求項７の故障診断装
置は、前記差動増幅回路のオフセットに応じた補正デー
タを記憶する記憶手段と、前記制御負荷の非通電時毎
に、その時の差動増幅回路の出力電圧に基づいて、前記
憶手段に記憶された補正データを更新する補正データ更
新手段と、前記制御負荷の通電時に、前記記憶手段に記
憶された補正データを用いて前記差動増幅回路の出力電
圧を補正し、その補正後の電圧値に基づいて前記制御負
荷の異常を判定する異常判定手段とを備えたことを要旨
とするものである。

【００１３】さらに、請求項７の故障診断装置は、請求
項８に記載したように、前記異常判定手段により異常が
検出された後、前記制御負荷を強制的に非通電状態にし
て前記補正データ更新手段により補正データを更新し、
更新後の補正データを用いて、再度、前記異常判定手段
による異常判定を実施するようにしてもよい。

【００１４】

【作用】請求項１に記載された制御負荷の電流検出装置
によれば、制御負荷に流れる電流は電流検出抵抗にてア
ナログ電圧として検出されるとともに差動増幅回路にて
増幅される。又、差動増幅回路から出力されるアナログ
電圧はＡ／Ｄ変換器にてデジタル値に変換される。この
場合、差動増幅回路のオフセット（抵抗値のばらつきや
演算増幅器のオフセット）により同回路の出力電圧は理
想的な特性からずれることになる。これに対し本発明で
は、差動増幅回路を構成する各抵抗値が調節されるた
め、差動増幅回路の理想的な特性（オフセットのない特
性）が基準電源電圧に対して低下し、制御負荷の非通電
時における差動増幅回路の出力電圧が確実にＡ／Ｄ変換
器の処理範囲内となる。従って、差動増幅回路のオフセ
ットにかかわらず、いかなる出力電圧に対しても制御負
荷の電流検出が可能となり、その検出精度も向上する。

【００１５】また、請求項２若しくは請求項５に記載の
発明でも同様に、制御負荷の非通電時における差動増幅
回路の出力電圧が確実にＡ／Ｄ変換器の処理範囲内とな
る。従って、差動増幅回路のオフセットにかかわらず、
いかなる出力電圧に対しても制御負荷の電流検出が可能
となり、その検出精度も向上する。

【００１６】さらに、上記電流検出装置を用いた請求項
７の故障診断装置によれば、補正データ更新手段は、制
御負荷の非通電時毎に、その時の差動増幅回路の出力電
圧に基づいて記憶手段に記憶された補正データを更新す
る。異常判定手段は、制御負荷の通電時に、記憶手段に
記憶された補正データを用いて差動増幅回路の出力電圧
を補正し、その補正後の電圧値に基づいて制御負荷の異
常を判定する。

【００１７】この場合、上述したように、いかなる出力
電圧に対しても制御負荷の電流が精度良く検出されるた
め、小電流レベルにおける制御負荷の異常判定が可能に
なる。さらに、差動増幅回路のオフセットに応じた補正
データは、制御負荷の非通電時毎に随時更新されるた
め、経時変化や使用環境等の変化にも追従でき、異常の
判定精度が向上する。

【００１８】又、請求項８の故障診断装置によれば、異
常判定手段により異常が検出された後、制御負荷を強制
的に非通電状態にして補正データ更新手段により補正デ
ータを更新し、更新後の補正データを用いて、再度、異
常判定手段による異常判定を実施する。これにより、異
常判定の都度に更新された最新の補正データにて異常判
定することが可能となり、異常の誤判定が防止されて異
常の判定精度が向上する。

【００１９】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を酸素センサのヒータ故
障診断装置に具体化した第１実施例について、図面に従
って説明する。

【００２０】図１は、車載用のヒータ故障診断装置の電
気的構成を示した回路図である。図１において、エンジ
ン排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１には、
制御負荷としてのヒータ２が付設されている。このヒー
タ２にはバッテリ３、トランジスタ４及び電流検出抵抗
５（抵抗値：ＲS ）が直列に接続されている。ヒータ２
はトランジスタ４のオン動作に伴い通電され、この通電
によってヒータ２が発熱し酸素センサ１が加熱される。
又、ヒータ２に流れるヒータ電流ｉ_Hは電流検出抵抗５
により電圧として検出される。

【００２１】トランジスタ４と電流検出抵抗５との間の
接続点Ｐには、電圧として検出されたヒータ電流ｉ_Hを
反転増幅するための差動増幅回路６が接続されている。
又、差動増幅回路６には同回路６の出力電圧（アナログ
電圧）Ｖ_OUTをデジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換
器１３が接続されている。Ａ／Ｄ変換器１３の正極側電
源端子（Ｖ_ref ⁺）には基準電源１２（基準電圧Ｖ_c＝
５Ｖ）が接続され、負極側電源端子（Ｖ_ref ^-）はアー
スされている。つまり、Ａ／Ｄ変換器１３の処理範囲
は”０〜５Ｖ”になっている。

【００２２】一方、差動増幅回路６において、演算増幅
器７の反転入力端子には帰還抵抗８（抵抗値：Ｒ₁）及
び入力抵抗９（抵抗値：Ｒ₂）が接続されており、同反
転入力端子にはヒータ電流ｉ_Hに相応する電圧値が入力
される。又、非反転入力端子には分圧抵抗１０，１１
（抵抗値：Ｒ₃，Ｒ₄）が接続されており、同非反転入
力端子には、前記Ａ／Ｄ変換器１３の基準電源１２（Ｖ
_c＝５Ｖ）の分圧値が入力される。つまり、演算増幅器
７の増幅の基準は、アースではなく一定の基準電圧Ｖ_C
となっている。これは、Ａ／Ｄ変換器１３のアースと、
駆動系アースＥ₁及び演算増幅器７のアース電位とが異
なるおそれがあるためである。

【００２３】又、上記各抵抗８〜１１の抵抗値Ｒ₁〜Ｒ
₄は、（Ｒ₁／Ｒ₂）＜（Ｒ₃／Ｒ ₄）となる関係を有
しており、本実施例における具体的数値を示すと、Ｒ₁
＝１４０ｋΩ，Ｒ₂＝３０ｋΩ，Ｒ₃＝１５０ｋΩ，Ｒ
₄＝３０ｋΩとなっている。そして、このように抵抗値
をアンバランスに設定したことにより、差動増幅回路６
の理想的な特性（オフセットのない特性）は、基準電源
１２の基準電圧Ｖ_C（５Ｖ）に対して低下し、本実施例
の場合、ヒータ２の非通電時における理想的な特性値と
しての電圧Ｖ_C1は、Ｖ_C1≒４．７Ｖとなる。

【００２４】つまり、図２に示すように、差動増幅回路
６のオフセットがないものとした場合、差動増幅回路６
の出力電圧Ｖ_OUTとヒータ電流ｉ_Hとの関係は、特性線
Ｌ（実線で示す）で表される。そして、特性線Ｌ上にお
いてｉ_H＝０の時（ヒータ２の非通電時）の出力電圧Ｖ
_OUTは、Ｖ_OUT≒４．７Ｖとなり、基準電圧Ｖ_C（５
Ｖ）に対して”０．３Ｖ”降下しているのが分かる。

【００２５】又、同図においては、差動増幅回路６のオ
フセットによって出力電圧Ｖ_OUTが特性線Ｌに対してず
れを生じるが（破線で示す）、そのずれ幅は常にＡ／Ｄ
変換器１３の処理範囲（０〜５Ｖ）内にあるのが分か
る。つまり、図に示すように、ｉ_H＝０における出力電
圧Ｖ_OUTと電圧Ｖ_C1（理想的な特性値）との差であるオ
フセット電圧Ｖ_offは、標準的な特性（例えば、抵抗公
差±１％，演算増幅器のオフセット電圧±１０ｍＶ）の
素子を使用した場合、０．３Ｖ未満であるから、出力電
圧Ｖ_OUTは常に基準電源１２の基準電圧Ｖ_C（５Ｖ）未
満となる。

【００２６】なお、差動増幅回路６にて生じるオフセッ
ト電圧Ｖ_offの最大値は、回路内の抵抗値の公差や演算
増幅器７のオフセット等により予め推測される。従っ
て、抵抗値Ｒ₁，Ｒ₃はオフセット電圧Ｖ_offの最大値
に応じて設定することができ、この抵抗値Ｒ₁，Ｒ₃を
適度に調節することによって、差動増幅回路６のアース
に対する影響を最小限に抑えることができる。

【００２７】又、図１において、マイクロコンピュータ
（以下、マイコンと略す）１４は、ＣＰＵ，各種メモリ
（ＲＯＭ，ＲＡＭ），Ｉ／Ｏポート等により構成されて
おり、同マイコン１４にはＡ／Ｄ変換器１３にてＡ／Ｄ
変換された出力電圧Ｖ_OUTが入力される。そして、マイ
コン１４は、補正データとしてのオフセット電圧Ｖ_of _f
算出するとともに、同オフセット電圧Ｖ_offを用いて出
力電圧Ｖ_OUTを補正し、ヒータ２の異常を判定する。

【００２８】又、同マイコン１４には前記トランジスタ
４のベース端子が接続されており、マイコン１４は図示
しないエンジン回転数センサ等の検出信号に基づいてエ
ンジン負荷を検知するとともに、そのエンジン負荷に応
じてトランジスタ４をオン・オフ制御する。つまり、マ
イコン１４によりヒータ２の通電・非通電が制御され
る。なお、本実施例では、マイコン１４により記憶手
段、補正データ更新手段及び異常判定手段が構成されて
いる。

【００２９】次いで、上記のように構成されたヒータ故
障診断装置の作用について、図３〜図５を用いて説明す
る。なお、図３はヒータ制御ルーチン、図４はＡＤＣ処
理ルーチンを示したフローチャートであり、各ルーチン
はマイコン１４により１２８ｍｓ毎に実行される。又、
図５は図３，４のルーチンに対応したタイムチャートで
ある。

【００３０】先ず図５のタイムチャートを用いて、本処
理を概略説明する。図５において、ｔ１のタイミングよ
りも前はヒータ２の正常動作期間を示し、同ｔ１のタイ
ミング以降はヒータ２の異常発生期間を示している。つ
まり、ｔ１のタイミング前には、ヒータ２のオン・オフ
動作に対応してヒータ電流ｉ_Hが変化している。又、ｔ
１のタイミングでは、ヒータ２がオンにもかかわらずヒ
ータ電流ｉ_Hが小さくなる。そして、このｔ１のタイミ
ングからの経過時間に対応する異常判定カウンタＣ₁が
所定値Ｃ_aに到達すると（ｔ２のタイミング）、異常判
定フラグＦ₀が「１」にセットされる。なお、異常判定
フラグＦ₀は、ヒータ２の異常の有無を表すものであっ
て、Ｆ₀＝１はヒータ異常を示し、Ｆ₀＝０はヒータ正
常を示している。

【００３１】以下、図３，４のフローチャートを用いて
処理内容について詳述する。図３のヒータ制御ルーチン
において、マイコン１４は、先ずステップ１００でエン
ジンの負荷レベルに基づいてヒータ２のオン（通電）条
件が成立しているか否かを判別する。つまり、マイコン
１４は、例えばエンジン回転数が所定回転数よりも高い
か否かを判別してエンジンの負荷レベルを判別する。そ
して、エンジンが高負荷であれば、マイコン１４はヒー
タオン条件が成立したとみなしてステップ１１０に移行
し、ヒータ２をオン（通電）する。又、エンジンの高負
荷でなければ、マイコン１４はヒータオン条件が成立し
ないとみなしてステップ１２０に移行し、ヒータ２をオ
フ（非通電）する。

【００３２】一方、図４のＡＤＣ処理ルーチンは、ヒー
タ２の微小電流により異常を検出するものであって、同
ルーチンにおいて、マイコン１４は、先ずステップ２０
０でＡ／Ｄ変換器１３を介して差動増幅回路６の出力電
圧Ｖ_OUTを取り込む。又、マイコン１４は、続くステッ
プ２１０で現在、ヒータ２がオンであるか否かを判別す
る。そして、ヒータ２がオフであれば、マイコン１４は
ステップ２２０に移行し、オフセット電圧Ｖ_offを算出
するとともに、その値により先回のオフセット電圧Ｖ
_offを更新する。即ち、マイコン１４は、図２の特性線
Ｌ（オフセット無し）におけるｉ_H＝０の時の電圧Ｖ_C1
（４．８Ｖ）からステップ２００で取り込んだ出力電圧
Ｖ_OUTを減算してオフセット電圧Ｖ_offを算出し（Ｖ
_off＝Ｖ_C1−Ｖ_OUT）、それをメモリに記憶する。

【００３３】又、ヒータ２がオンであれば、マイコン１
４はステップ２３０に移行し、ヒータ電流ｉ_Hを算出す
る。詳しくは、マイコン１４は、図２の特性線Ｌ上の電
圧Ｖ _C1（４．７Ｖ）からステップ２００で読み込んだ出
力電圧Ｖ_OUTとメモリ内のオフセット電圧Ｖ_offとを減
算し、さらにその減算値を電流検出抵抗５の抵抗値Ｒ _S
で除算してヒータ電流ｉ_Hを算出する｛ｉ_H＝（Ｖ_C1−
Ｖ_OUT−Ｖ_off）／Ｒ _S｝。

【００３４】その後、マイコン１４は、ステップ２４０
でヒータ電流ｉ_Hと所定値ｉ_a（微小値であって、本実
施例では０．１Ａ）とを比較し、ｉ_H＜ｉ_aであるか否
かを判別する。そして、ｉ_H≧ｉ_aであれば（図５のｔ
１のタイミング以前）、マイコン１４はヒータ２が正常
であるとしてステップ２５０に移行し、異常判定カウン
タＣ₁を「０」にクリアする。そして、マイコン１４
は、続くステップ２６０で異常判定フラグＦ₀を「０」
にする。

【００３５】又、ステップ２４０でｉ_H＜ｉ_aであれば
（図５のｔ１のタイミング以降）、マイコン１４はヒー
タ２に異常が生じたおそれがあるとしてステップ２７０
に移行し、異常判定カウンタＣ₁を「１」インクリメン
トする。つまり、ｉ_H＜ｉ_aとなる原因としてはヒータ
２の内部抵抗の増大等が考えられるが、この場合、ヒー
タ２の発熱量が低減し、酸素センサ１の加熱が不十分に
なるという不具合が生じる。

【００３６】その後、マイコン１４は、ステップ２８０
で異常判定カウンタＣ₁と所定値Ｃ _aとを比較してＣ₁
≧Ｃ_aであるか否かを判別する。そして、Ｃ₁＜Ｃ_aで
あればステップ２６０で異常判定フラグＦ₀を「０」と
し、Ｃ₁≧Ｃ_aであればステップ２９０で異常判定フラ
グＦ₀を「１」とする（図５のｔ２のタイミング）。即
ち、”ｉ_H＜ｉ_a”という状態が所定時間以上、継続す
ればヒータ２の異常としてＦ₀＝１とする。そして、異
常判定フラグＦ₀のセット（Ｆ₀＝１）に伴い、マイコ
ン１４は図示しない警告ランプを点灯させてドライバに
ヒータ２の異常を告知する。

【００３７】以上詳述したように、本実施例のヒータ故
障診断装置では、Ａ／Ｄ変換器１３の基準電源１２を”
５Ｖ”にするとともに、差動増幅回路６の増幅の基準を
同じく基準電源１２の”５Ｖ”とした。又、差動増幅回
路６を構成する抵抗８〜１１の抵抗値Ｒ₁〜Ｒ₄をＲ₁
＝１４０ｋΩ，Ｒ₂＝３０ｋΩ，Ｒ₃＝１５０ｋΩ，Ｒ
₄＝３０ｋΩとして、（Ｒ₁／Ｒ₂）＝（Ｒ₃／Ｒ₄）
に対してアンバランスにした。そして、差動増幅回路６
の理想的な特性（オフセットのない特性）を基準電源１
２の基準電圧Ｖ_Cに対して低下させ、ヒータ２の非通電
時における理想特性の電圧Ｖ_C1を”４．７Ｖ”にした。

【００３８】この構成によれば、差動増幅回路６のオフ
セットにかかわらず、いかなる場合にも出力電圧Ｖ_OUT
がＡ／Ｄ変換器１３の処理範囲（０〜５Ｖ）内となり、
常にヒータ電流ｉ_Hの検出が可能となる。そして、出力
電圧Ｖ_OUTがＡ／Ｄ変換器１３の非検出領域（図１３の
Ｚで示した領域）に入ることがないため、従来のものと
比べてもヒータ電流ｉ_Hの検出精度を大幅に向上させる
ことができる。

【００３９】さらに、本実施例では、マイコン１４の処
理によって、ヒータ２の非通電時毎に差動増幅回路６の
オフセット電圧Ｖ_offを更新し（図４のステップ２２
０）、更新されたオフセット電圧Ｖ_offを用いて出力電
圧Ｖ_OUTを補正するとともに、ヒータ電流ｉ_Hを算出す
るようにした（ステップ２３０）。そして、そのヒータ
電流ｉ_Hに基づいてヒータ２の異常を判定するようにし
た。

【００４０】この場合、上述したように、いかなる出力
電圧Ｖ_OUTに対してもヒータ電流ｉ _Hが精度良く検出さ
れるため、小電流レベルにおけるヒータ２の異常判定が
高い精度で実現できる。さらに、補正データとしてのオ
フセット電圧Ｖ_offは、ヒータ２の非通電時毎に随時更
新されるため、経時変化や使用環境等の変化にも追従で
き、異常の判定精度が向上する。（第２実施例）次いで、マイコン１４による処理ルーチ
ンの一部を変更した第２実施例について図６〜図８を用
いて説明する。なお、図６はヒータ制御ルーチン、図７
はＡＤＣ処理ルーチンを示すフローチャートであり、こ
れら図６，７のルーチンは第１実施例における図３，４
に対応するものである。又、図８は、図６，７のルーチ
ンに対応したタイムチャートである。

【００４１】先ず図８のタイムチャートを用いて、本処
理を概略説明する。図８において、ｔ３のタイミング以
降はヒータ２の異常発生期間を示し、そのうち、ｔ４〜
ｔ５のタイミングはヒータ２を強制的にオフにした期間
を示している。

【００４２】つまり、ｔ３のタイミングでヒータ電流ｉ
_Hが低下すると（ｉ_H＜ｉ_a）、異常判定カウンタＣ₁
のカウントが開始される。そして、ｔ４のタイミングで
異常判定カウンタＣ₁が所定値Ｃ_aに到達すると、第１
回目異常フラグＦ₁が「１」にセットされる。なお、第
１回目異常フラグＦ₁は、既に第１回目のヒータ２の異
常が判定されたか否かを識別するものであって、Ｆ₁＝
１は既に第１回目の異常が判定されたことを示し、Ｆ₁
＝０は未だヒータ２が異常であるとは判定されていない
ことを示している。

【００４３】そして、ｔ４のタイミングでヒータ２が強
制的にオフにされ、このｔ４のタイミングからの経過時
間に対応するヒータオフカウンタＣ₂が所定値Ｃ_bに到
達すると（ｔ５のタイミング）、ヒータ２が再びオンさ
れる。その後、異常判定カウンタＣ₁が再度「０」から
カウントされ、ｔ６のタイミングで異常判定カウンタＣ
₁が所定値Ｃ_aに到達すると、異常判定フラグＦ₀が
「１」にセットされる。つまり、本第２実施例では、ヒ
ータ２が異常であると２回判定された後にドライバ等に
異常を警告する。

【００４４】以下、図６，７のフローチャートを用いて
処理内容について詳述する。さて、図６のヒータ制御ル
ーチンにおいて、マイコン１４は、ステップ３００で第
１回目異常フラグＦ₁が「１」にセットされているか否
かを判別する。そして、Ｆ₁＝０であれば（図８のｔ４
のタイミング以前）、マイコン１４はステップ３３０に
移行し、ステップ３３０〜３５０でエンジン負荷に応じ
てヒータ２をオン・オフ制御する。なお、ステップ３３
０〜３５０の処理については第１実施例のヒータ制御ル
ーチン（図３）と同一処理であるため、ここでは説明を
省略する。

【００４５】又、Ｆ₁＝１であれば（図８のｔ４のタイ
ミング以降）、マイコン１４はステップ３１０でヒータ
オフカウンタＣ₂を「１」インクリメントした後、続く
ステップ３２０でヒータオフカウンタＣ₂と所定値Ｃ_b
とを比較してＣ₂＜Ｃ_bであるか否かを判別する。そし
て、Ｃ₂＜Ｃ_bであれば（図８のｔ４〜ｔ５のタイミン
グ）、マイコン１４はステップ３５０に移行し、ヒータ
２を強制的にオフにする。又、Ｃ₂≧Ｃ_bであれば（図
８のｔ５のタイミング）、マイコン１４はステップ３３
０に移行し、ステップ３３０〜３５０の処理を実施す
る。

【００４６】一方、図７のＡＤＣ処理ルーチンにおい
て、ヒータ２がオフの場合、即ち、ステップ４１０が否
定判別された場合、マイコン１４は、ステップ４００→
４１０→４２０の順に移行し、メモリ内のオフセット電
圧Ｖ_offを更新する。

【００４７】又、ヒータ２がオンされており、正常動作
する場合、即ち、ステップ４１０が肯定判別されるとと
もにステップ４４０が否定判別された場合、マイコン１
４は、ステップ４００→４１０→４３０→４４０→４９
０→５００の順に移行し、異常判定フラグＦ₀を「０」
に保持する。

【００４８】又、ヒータ２がオンされており、異常動作
する場合（図８のｔ３のタイミング以降）、即ち、ステ
ップ４１０，４４０が共に肯定判別された場合、マイコ
ン１４は、Ｃ₁＜Ｃ_aの期間（図８のｔ３〜ｔ４のタイ
ミング）で、ステップ４００→４１０→４３０→４４０
→４５０→４６０→５００の順に移行する。又、Ｃ₁≧
Ｃ_aとなった時点で（図８のｔ４のタイミング）、ステ
ップ４００→４１０→４３０→４４０→４５０→４６０
→４７０→４８０→４９０→５００の順に移行する。こ
のとき、マイコン１４は、ステップ４８０で第１回目異
常フラグＦ₁を「１」にセットする。

【００４９】そして、Ｆ₁＝１となると、ヒータ２が強
制的にオフになるため（図８のｔ４〜ｔ５のタイミン
グ）、マイコン１４は、ステップ４００→４１０→４２
０の順に移行し、オフセット電圧Ｖ_offが更新される。

【００５０】その後、ヒータ２がオンになると（図８の
ｔ５のタイミング）、マイコン１４は、ステップ４００
→４１０→４３０→４４０→４５０→４６０→５００の
順に移行し、再び異常判定カウンタＣ₁をカウントす
る。そして、異常判定カウンタＣ₁が所定値Ｃ_aに達す
ると（図８のｔ６のタイミング）、ステップ４７０が肯
定判別されるため、マイコン１４は、ステップ４００→
４１０→４３０→４４０→４５０→４６０→４７０→５
１０の順に移行し、異常判定フラグＦ₀を「１」にセッ
トする。つまり、ステップ５１０の処理に伴い、警告ラ
ンプが点灯されてドライバにヒータ２の異常が告知され
る。

【００５１】以上のように、第２実施例のヒータ故障診
断装置においては、最初にヒータ２の異常が判定された
後、強制的にヒータ２をオフにしてオフセット電圧Ｖ
_offを更新し、再度、ヒータ２の異常判定を実施するよ
うにした。これにより、第１回目の異常判定後に更新さ
れた最新のオフセット電圧Ｖ_offにて第２回目の異常判
定が実施されることになる。その結果、ヒータ２の異常
判定の際の誤判定が防止され、ヒータ２の異常判定精度
が向上する。

【００５２】以下には、差動増幅回路６の構成を変更し
た第３〜第５実施例について、図９〜図１１を用いて説
明する。なお、図９〜図１１では、第１実施例の図１と
は異なり、差動増幅回路６を構成する各抵抗８〜１１の
抵抗値がＲ₁＝Ｒ₃＝１５０ｋΩ，Ｒ₂＝Ｒ₄＝３０ｋ
Ωとなっている。（第３実施例）図９に示すように、演算増幅器７の非反
転入力端子に接続された基準電源１２は抵抗２１，２２
（抵抗値：Ｒ₅，Ｒ₆）により電圧降下されている。こ
の場合、Ｒ₅＝３０Ω，Ｒ₆＝１２０Ωとすると、接続
点Ｐ₁の電位は”４Ｖ”に降下する。それにより、差動
増幅回路６における増幅の基準がＡ／Ｄ変換器１３に基
準電圧Ｖ_C（＝５Ｖ）に対して低下し、ヒータ２の非通
電時（ｉ_H＝０の時）の出力電圧Ｖ_OUTは”４Ｖ±オフ
セット電圧Ｖ_off”となる。その結果、出力電圧Ｖ_OUT
は、常にＡ／Ｄ変換器１３の処理範囲（０〜５Ｖ）内と
なり、本発明の目的を達成することができる。（第４実施例）図１０に示すように、差動増幅回路６に
おいて、基準電源１２と分圧抵抗１０との間には、ダイ
オード２３が順方向に接続されている。この場合、ダイ
オード２３によって基準電源１２が電圧降下する。つま
り、差動増幅回路６における増幅の基準が基準電源１２
の基準電圧Ｖ_C（＝５Ｖ）よりも降下し、上記各実施例
と同様に、出力電圧Ｖ_OUTは常にＡ／Ｄ変換器１３の処
理範囲内となる。（第５実施例）図１１に示すように、差動増幅回路６の
出力側（演算増幅器７の出力端子）には、電圧降下用の
抵抗２４が接続されている。この場合、演算増幅器７か
ら出力されたアナログ電圧は抵抗２４により電圧降下さ
れ、出力電圧Ｖ_OUTは常にＡ／Ｄ変換器１３の処理範囲
内となる。

【００５３】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲内であれ
ば、以下の様態にて具体化してもよい。上記各実施例で
は、本発明を制御負荷として酸素センサ用ヒータに適用
したが、他に、ＬＥＤや燃料噴射弁等の電磁弁に具体化
し、それらの故障診断に用いてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の電流検出
装置によれば、制御負荷に流れる電流の検出精度を向上
させることができる。さらに、それを用いて構成した故
障診断装置によれば、制御負荷の異常判定精度を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における車載用のヒータ故障診断装
置の電気的構成を示した回路図である。

【図２】ヒータ電流と出力電圧との関係を示した線図で
ある。

【図３】第１実施例におけるヒータ制御ルーチンを示し
たフローチャートである。

【図４】第１実施例におけるＡＤＣ処理ルーチンを示し
たフローチャートである。

【図５】図３及び図４のルーチンに対応したタイムチャ
ートである。

【図６】第２実施例におけるヒータ制御ルーチンを示し
たフローチャートである。

【図７】同じく、第２実施例におけるＡＤＣ処理ルーチ
ンを示したフローチャートである。

【図８】図６及び図７のルーチンに対応したタイムチャ
ートである。

【図９】第３実施例における差動増幅回路の構成を示し
た回路図である。

【図１０】第４実施例における差動増幅回路の構成を示
した回路図である。

【図１１】第５実施例における差動増幅回路の構成を示
した回路図である。

【図１２】従来技術におけるヒータの故障診断装置を示
す回路図である。

【図１３】従来の問題点を説明するための線図である。

【符号の説明】

２…制御負荷としてのヒータ、５…電流検出抵抗、６…
差動増幅回路、７…演算増幅器、８…帰還抵抗、９…入
力抵抗、１０…分圧抵抗、１１…分圧抵抗、１２…基準
電源、１３…Ａ／Ｄ変換器、１４…記憶手段，補正デー
タ更新手段，異常判定手段としてのマイクロコンピュー
タ（マイコン）、Ｒ₁…帰還抵抗の抵抗値、Ｒ₂…入力
抵抗の抵抗値、Ｒ₃…分圧抵抗の抵抗値、Ｒ₄…分圧抵
抗の抵抗値。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０５Ｆ 1/10 ３０２Ｇ０５Ｆ 1/10 ３０２ＤＨ０３Ｍ 1/12 Ｈ０３Ｍ 1/12 Ｃ (56)参考文献特開平３−165245（ＪＰ，Ａ) 特開平５−134021（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−6775（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−24387（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−121733（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 19/00 - 19/32 H03M 1/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】制御負荷に流れる電流を電流検出抵抗に
てアナログ電圧として検出するとともに、同アナログ電
圧を差動増幅回路にて増幅した後、Ａ／Ｄ変換器にてデ
ジタル値に変換するようにし、又、前記Ａ／Ｄ変換器の
基準電源と前記差動増幅回路の基準電源とが同一の基準
電源とされた制御負荷の電流検出装置において、前記差動増幅回路において演算増幅器の反転入力端子に
接続された帰還抵抗の抵抗値をＲ1，入力抵抗の抵抗値
をＲ2とし、非反転入力端子に接続された分圧抵抗の抵
抗値を前記基準電源側からそれぞれＲ3，Ｒ4としたと
き、（Ｒ1／Ｒ2）＜（Ｒ3／Ｒ4）の関係を満たすように各抵抗値が設定されることによ
り、前記制御負荷の非通電時における前記差動増幅回路
の出力電圧を、前記基準電源の基準電圧にて設定される
前記Ａ／Ｄ変換器の処理範囲内にするようにしたことを
特徴とする制御負荷の電流検出装置。
【請求項２】制御負荷に流れる電流を電流検出抵抗に
てアナログ電圧として検出するとともに、同アナログ電
圧を差動増幅回路にて増幅した後、Ａ／Ｄ変換器にてデ
ジタル値に変換するようにし、又、前記Ａ／Ｄ変換器の
基準電源と前記差動増幅回路の基準電源とが同一の基準
電源とされた制御負荷の電流検出装置において、前記差動増幅回路における基準電源に電圧降下手段が接
続され、該電圧降下手段により前記差動増幅回路におけ
る増幅の基準を前記Ａ／Ｄ変換器の基準電源電圧よりも
降下させることにより、前記制御負荷の非通電時におけ
る前記差動増幅回路の出力電圧を、前記基準電源の基準
電圧にて設定される前記Ａ／Ｄ変換器の処理範囲内にす
るようにしたことを特徴とする制御負荷の電流検出装
置。
【請求項３】前記電圧降下手段は、分圧抵抗によるも
のである請求項２に記載の制御負荷の電流検出装置。
【請求項４】前記電圧降下手段は、ダイオードによる
ものである請求項２に記載の制御負荷の電流検出装置。
【請求項５】制御負荷に流れる電流を電流検出抵抗に
てアナログ電圧として検出するとともに、同アナログ電
圧を差動増幅回路にて増幅した後、Ａ／Ｄ変換器にてデ
ジタル値に変換するようにし、又、前記Ａ／Ｄ変換器の
基準電源と前記差動増幅回路の基準電源とが同一の基準
電源とされた制御負荷の電流検出装置において、前記差動増幅回路の出力側に電圧降下手段を設け、該電
圧降下手段によって演算増幅器から出力されたアナログ
電圧を降下させることにより、前記制御負荷の非通電時
における前記差動増幅回路の出力電圧を、前記基準電源
の基準電圧にて設定される前記Ａ／Ｄ変換器の処理範囲
内にするようにしたことを特徴とする制御負荷の電流検
出装置。
【請求項６】前記電圧降下手段として演算増幅器の出
力側に電圧降下用の抵抗が接続される請求項５に記載の
制御負荷の電流検出装置。
【請求項７】請求項１乃至６の何れかに記載の制御負
荷の電流検出装置を備えるとともに、前記差動増幅回路のオフセットに応じた補正データを記
憶する記憶手段と、前記制御負荷の非通電時毎に、その時の差動増幅回路の
出力電圧に基づいて、前記憶手段に記憶された補正デー
タを更新する補正データ更新手段と、前記制御負荷の通電時に、前記記憶手段に記憶された補
正データを用いて前記差動増幅回路の出力電圧を補正
し、その補正後の電圧値に基づいて前記制御負荷の異常
を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする故
障診断装置。
【請求項８】前記異常判定手段により異常が検出され
た後、前記制御負荷を強制的に非通電状態にして前記補
正データ更新手段により補正データを更新し、更新後の
補正データを用いて、再度、前記異常判定手段による異
常判定を実施する請求項７に記載の故障診断装置。