JP3682226B2 - 断線検出回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、負荷に対して電源からの電源電圧をスイッチング素子のオンオフ切替により供給して前記負荷を駆動する場合に、前記負荷の断線を検出する断線検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のターンシグナルランプ（方向表示灯）は、通常は０．５〜１秒間に一回点滅し、右左折や車線変更等自動車の進路を変更する合図に使用されるアンバー（橙）色のライトであり、ディレクション・インジケータランプ、フラッシャーまたはウインカーとも呼ばれる。
【０００３】
また、ブレーキランプ（制動灯）は、ブレーキペダルを踏むと点灯する赤色のライトであり、ストップライト、ブレーキ灯またはブレーキライトとも呼ばれる。
【０００４】
自動車のターンシグナルランプやブレーキランプは、安全確保の必要性から、断線が生じた場合に、その旨を運転者に報知する必要がある。
【０００５】
ターンシグナルランプの場合は、断線が生じて電流が減少すると、ターンシグナルランプの点滅切り替えを司るフラッシャーリレーと称される電磁式メカニカルリレーが動作し、ターンシグナルランプの点滅速度が増加するようになっており、車内でターンシグナルランプの点滅状態をモニタするモニタランプが通常時よりも高速で点滅を行うことで、運転者が断線のあったことを認識できるようになっている。
【０００６】
一方、ブレーキランプについては、電流センサユニットが電流値を監視するようになっており、この監視結果に基づいて、ブレーキランプに供給される駆動電流が正常値より小さい場合に断線と判断し、運転席の前方にあるインストゥルメントパネル内のダイアグノーシスランプと称される専用のランプを点灯させて、運転者に修理等を督促するようになっている。
【０００７】
近年、自動車エレクトロニクスの分野におけるエネルギー効率の向上を目指して、電源電圧の高電圧化が検討されており、現状の１２〜１４Ｖから３６〜４２Ｖの電源電圧レベルへの移行が検討されている。これに伴い、各種スイッチ類も従来の電磁式メカニカルリレーからＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチに移り変わろうとしている。特に、ターンシグナルランプやブレーキランプ等のランプ系については、従来の１２Ｖの定格品をそのまま使用し、半導体スイッチの高速スイッチング特性を活かして、ＰＷＭ制御による点灯が検討されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、電源電圧の高電圧化が進み、且つ半導体スイッチが使用されることになると、これに対応した断線検出回路の必要性が高くなってきた。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、高電圧化及び半導体スイッチの使用化が進んだ自動車内の負荷駆動回路に適した断線検出回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、負荷に対して電源からの電源電圧をスイッチング素子のオンオフ切替により供給して前記負荷を駆動する場合に、前記負荷の断線を検出する断線検出回路であって、前記スイッチング素子に並列に形成された通電経路と、前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点の電圧の変化を検出する電圧検出部とを備え、前記通電経路は、少なくとも前記負荷の負荷抵抗に対して十分に大きい抵抗値の電圧降下用抵抗を有するものである。
【００１１】
そして、前記スイッチング素子は、オンオフ切替して前記負荷をＰＷＭ駆動し、前記電圧検出部は、前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に接続されたプルダウン抵抗と、前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に一端が接続される介在抵抗と、前記介在抵抗の他端に接続される半導体集積回路と、前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点に接続されて、当該接続点の電圧が前記半導体集積回路の定格電圧を超えるのを防止する電圧調整子とを備え、前記半導体集積回路が、前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点からの入力電圧を検知し、当該入力電圧が所定のしきい値電圧より高い状態が前記スイッチング素子のオンオフ切替にも拘わらず継続する場合に、前記負荷が断線している旨を判断する一方、前記入力電圧が前記スイッチング素子のオンオフ切替に対応して所定のしきい値電圧より高い状態と低い状態とに切り替わる場合に、前記負荷が非断線であると判断するものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、負荷に対して電源からの電源電圧をスイッチング素子のオンオフ切替により供給して前記負荷を駆動する場合に、前記負荷の断線を検出する断線検出回路であって、前記スイッチング素子に並列に形成された通電経路と、前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点の電圧の変化を検出する電圧検出部とを備え、前記通電経路は、少なくとも前記負荷の負荷抵抗に対して十分に大きい抵抗値の電圧降下用抵抗を有し、前記電圧検出部は、前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に接続されたプルダウン抵抗と、前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に一端が接続される介在抵抗と、前記介在抵抗の他端に接続される半導体集積回路と、前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点に接続されて、当該接続点の電圧が前記半導体集積回路の定格電圧を超えるのを防止する電圧調整子とを備え、前記半導体集積回路が、前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点からの入力電圧を検知し、前記スイッチング素子のオフ状態にも拘わらず前記入力電圧が所定のしきい値電圧より高い場合に、前記負荷が断線している旨を判断する一方、前記スイッチング素子のオフ状態に対応して前記入力電圧が所定のしきい値電圧より低い状態である場合に、前記負荷が非断線であると判断するものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の断線検出回路であって、前記電圧降下用抵抗の抵抗値をＲ２とし、前記プルダウン抵抗の抵抗値をＲ３とし、前記しきい値電圧をＶｔｈとし、前記電源電圧を＋Ｂとした場合に、次の式が成立するものである。
【００１４】
＋Ｂ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＞Ｖｔｈ
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一の実施の形態に係る断線検出回路の考え方を示す回路図、図２は同じく断線検出回路を示す回路図である。
【００１６】
まず、この断線検出回路の考え方について説明する。ターンシグナルランプやブレーキランプ等の点滅を行うランプ系等の負荷駆動回路では、図１の如く、ランプ等の負荷１に対して電源６の電源電圧（＋Ｂ）を供給するために、電源６と負荷１との間にスイッチング素子２を介在させ、このスイッチング素子２をＰＷＭ駆動することによって負荷１の駆動（点灯）制御を行う。
【００１７】
ここで、スイッチング素子２としては、図１の例ではｎチャンネルのＭＯＳＦＥＴを使用しているが、ｐチャンネルのＭＯＳＦＥＴを使用しても差し支えない。また、負荷１の負荷抵抗値がＲ１であるものとして説明を行う。
【００１８】
そして、この回路では、スイッチング素子２に並列に通電経路３を形成している。この通電経路３は、スイッチング素子２の閉成（オン）時のみならず、スイッチング素子２が開成（オフ）しているときにも、負荷１に微弱電流を供給することにより断線を検出するために形成されたものである。通電経路３は、電圧降下用抵抗４と通電用スイッチ５とが直列に形成されたものが使用されている。
【００１９】
電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２は、負荷１の負荷抵抗値Ｒ１に比べて十分に大きな値に設定されており、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）２が開成（オフ）しているときに通電用スイッチ５を閉成（オン）に切り替えたときに、負荷１が駆動しない程度（即ち、負荷１がランプである場合には当該ランプが点灯しない程度）にまで負荷１に対する駆動電圧を低下するように、電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２が設定されている。
【００２０】
通電用スイッチ５は、図１の例ではｐｎｐ型トランジスタが使用されているが、例えばｎｐｎ型トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴまたは電磁リレー等、どのようなスイッチ部品が使用されても差し支えない。
【００２１】
この場合に、電圧降下用抵抗４と負荷１との接続点をＡ点とし、このＡ点の電圧を考える。
【００２２】
まず、負荷１が非駆動のとき、即ちスイッチング素子２が開成（オフ）している際に、負荷１が断線している状況を考える。この場合、通電用スイッチ５を閉成（オン）し、この通電用スイッチ５及び電圧降下用抵抗４を通じて電源６からの電流が負荷１に流れ込む。
【００２３】
この際、もし負荷１に断線が生じていなければ、上述のように、電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２は負荷抵抗値Ｒ１よりも十分に大きい（Ｒ２＞＞Ｒ１）ので、電源６から与えられる電源電圧（＋Ｂ）は電圧降下用抵抗４で大幅に降下し、Ａ点は接地電圧（ＧＮＤ）に近似した電圧レベル（ローレベル）となる。このため、負荷１は駆動しない状態に保たれる。
【００２４】
ところが、断線がＡ点より下流で生じると、負荷１には電流が流れないことから、Ａ点の電位は電源６の電源電圧（＋Ｂ）とほぼ同じ（ハイレベル）になる。
【００２５】
このように、スイッチング素子２が開成（オフ）されており且つ通電用スイッチ５が閉成（オン）された状態では、Ａ点において、負荷１の断線時にはハイレベル、非断線時にはローレベルと電位が大幅に異なることから、このＡ点の電圧の変化を、図２のようにマイクロコンピュータ１２で検知すれば、負荷１の断線の有無を容易に検知することが可能となる。
【００２６】
具体的に、この断線検出回路は、図２の如く、上記の通電経路３と、Ａ点の電圧を検出することにより負荷１の断線の有無を検出する電圧検出部１０とを備える。
【００２７】
通電経路３については先に説明したとおりである。
【００２８】
電圧検出部１０は、Ａ点に接続されたプルダウン抵抗１１と、このＡ点とプルダウン抵抗１１との間の接続点に一端が接続される介在抵抗１３と、この介在抵抗１３の他端（Ｂ点）と接地点（ＧＮＤ）との間に接続されてＢ点の電圧がマイクロコンピュータ１２の定格電圧を超えるのを防止するツェナーダイオード（電圧調整子）１４と、このツェナーダイオード１４と介在抵抗１３との接続点（Ｂ点）の電圧の変化に基づいて負荷１の断線の有無を検出するマイクロコンピュータ（半導体集積回路）１２とを備える。
【００２９】
ツェナーダイオード１４の降伏電圧（ツェナー電圧）は、マイクロコンピュータ１２の定格電圧より小さい例えば５Ｖ程度に設定されており、またマイクロコンピュータ１２が断線が否かを判断する基準としてのしきい値電圧Ｖｔｈは５Ｖ未満が望ましい。
【００３０】
また、電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２及びプルダウン抵抗１１の抵抗値Ｒ３は、マイクロコンピュータ１２の入力インピーダンスが無限大であると仮定した場合に、スイッチング素子２が開成（オフ）されており、且つ通電用スイッチ５が閉成（オン）された状態で、両抵抗４，１１が分圧抵抗となってＡ点の電圧を規定することになるため、マイクロコンピュータ１２のしきい値電圧をＶｔｈとすると、次の（１）式が成立するように規定される。
【００３１】
＋Ｂ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＞Ｖｔｈ … （１）
マイクロコンピュータ１２は、スイッチング素子２が所望のデューティ比でオンオフ切替されている状態でＢ点の電圧を検出し、このＢ点の電圧が、マイクロコンピュータ１２の内部に保有するしきい値電圧Ｖｔｈに対してハイレベルとローレベルとが交互に表れる場合に、負荷１の断線が生じていないものと判断する一方、スイッチング素子２をオンオフ切替したのに拘わらず、ハイレベルが維持される場合には、負荷１に断線が生じていると判断する機能を有する。マイクロコンピュータ１２の機能は、ＲＯＭおよびＲＡＭ等が接続された一般的なＣＰＵ内において所定のソフトウェアプログラムによって実現されるものである。
【００３２】
上記構成の断線検出回路を用いた場合の動作を説明する。
【００３３】
まず、スイッチング素子２を図３（Ａ）のように所望のデューティ比でオンオフ切替し、負荷１をＰＷＭ駆動する。
【００３４】
この際、通電用スイッチ５は常時閉成状態にしておく。
【００３５】
まず、負荷１に断線が生じていない場合を考える。この場合において、スイッチング素子２が閉成（オン）しているときには、Ａ点の電位は、電源６の電源電圧（＋Ｂ）に近似する。
【００３６】
一方、スイッチング素子２が開成（オフ）しているときのＡ点の電位は、電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２が負荷抵抗値Ｒ１よりも十分に大きい（Ｒ２＞＞Ｒ１）ことから、電源６から与えられる電源電圧（＋Ｂ）が電圧降下用抵抗４で大幅に降下する。したがって、Ａ点は接地電圧（ＧＮＤ）に近似した電圧レベル（ローレベル）となる。
【００３７】
したがって、負荷１に断線が生じていない場合に、スイッチング素子２を図３（Ａ）のように所望のデューティ比でオンオフ切替したときには、Ａ点の電圧は図３（Ｂ）の符号Ｔ１のようにハイレベルとローレベルとが繰り返されるようになる。
【００３８】
次に、負荷１に断線が生じている場合を考える。この場合において、スイッチング素子２が閉成（オン）しているときには、Ａ点の電位は、電源６の電源電圧（＋Ｂ）に近似してハイレベルになる。
【００３９】
一方、スイッチング素子２が開成（オフ）しても、断線がＡ点より下流で生じているため、負荷１には電流が流れない。このことから、Ａ点の電位は電源６の電源電圧（＋Ｂ）とほぼ同じ（ハイレベル）になる。
【００４０】
したがって、負荷１に断線が生じている場合は、スイッチング素子２を図３（Ａ）のようにオンオフ切替しても、Ａ点の電圧は図３（Ｂ）の符号Ｔ２のようにハイレベルが維持されたままになる。
【００４１】
ここで、Ａ点がハイレベルである場合には、電源電圧＋Ｂが高電圧の場合に、Ａ点の電圧がＢ点の電圧より大となって、Ｂ点の電圧はツェナーダイオード１４のツェナー電圧である５Ｖ（しきい値電圧Ｖｔｈより大で且つマイクロコンピュータ１２の定格電圧より小である電圧）になる。一方、Ａ点がローレベルである場合には、Ｂ点の電圧は接地（ＧＮＤ）レベルに近似したレベルになる。したがって、マイクロコンピュータ１２でＢ点の電圧を検出し、このＢ点の電圧が、マイクロコンピュータ１２の内部に保有するしきい値電圧Ｖｔｈに対してハイレベルとローレベルとが交互に表れる場合には、負荷１の断線が生じていないものと判断する一方、スイッチング素子２をオンオフ切替したのに拘わらず、ハイレベルが維持される場合には、負荷１に断線が生じていると判断する。
【００４２】
また、この実施の形態では、スイッチング素子２をオフの状態にしたまま負荷１を非駆動にしているときでも、負荷１の断線を検出することができる。即ち、スイッチング素子２が開成（オフ）している場合に、通電用スイッチ５を閉成（オン）し、この通電用スイッチ５及び電圧降下用抵抗４を通じて電源６からの電流が負荷１に流れ込む。
【００４３】
この際、もし負荷１に断線が生じていなければ、上述のように、電圧降下用抵抗４の抵抗値Ｒ２は負荷抵抗値Ｒ１よりも十分に大きい（Ｒ２＞＞Ｒ１）ので、電源６から与えられる電源電圧（＋Ｂ）は電圧降下用抵抗４で大幅に降下し、Ａ点は接地電圧（ＧＮＤ）に近似した電圧レベル（ローレベル）となる。このため、負荷１は駆動しない状態に保たれる。
【００４４】
一方、断線がＡ点より下流で生じると、負荷１には電流が流れないことから、Ａ点の電位は電源６の電源電圧（＋Ｂ）とほぼ同じ（ハイレベル）になる。
【００４５】
このことを、電圧検出部１０のマイクロコンピュータ１２で検知判断することで、容易に負荷１の断線判断を行うことができる。
【００４６】
以上のように、この断線検出回路では、電源として高電圧のものを使用し、且つスイッチング素子２として半導体スイッチが使用されるような場合にも、十分に負荷１の負荷抵抗Ｒ１に比べて十分に大きな抵抗値Ｒ２を有する電圧降下用抵抗４を有した通電経路３を形成するとともに、電圧検出部１０のツェナーダイオード１４でＢ点の入力電圧を制限した状態で半導体集積回路であるマイクロコンピュータ１２で断線検出判断を容易に行うことができる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、負荷に電源電圧を供給するためのスイッチング素子に並列に通電経路を形成し、スイッチング素子及び通電経路と負荷との接続点の電圧の変化を電圧検出部で検出する場合に、通電経路に、少なくとも負荷の負荷抵抗に対して十分に大きい抵抗値の電圧降下用抵抗を有せしめているので、負荷が非断線であれば、スイッチング素子をオフしている際にも通電経路の電圧降下用抵抗で電圧を十分に降下させて、負荷が駆動しない程度に電流を供給することができる。一方、負荷が断線していれば、負荷に電流が流れないため、電圧降下用抵抗での電圧降下がなされず、負荷にかかる電圧は電源電圧に近似する。したがって、かかる電圧の変化を電圧検出部で検出することで容易に負荷の断線を検出することができる。特に、電源電圧が高電圧であったり、スイッチング素子として半導体スイッチが使用されるような場合にも、容易に負荷の断線を検出できる。
【００４８】
請求項１に記載の発明によれば、スイッチング素子をオンオフ切替して負荷をＰＷＭ駆動する場合に、電圧検出部の半導体集積回路への入力電圧がスイッチング素子のオンオフ切替に対応しているかどうかを判断するだけで、容易に負荷の断線を検出判断することができる。特に、半導体集積回路での判断を行う場合に、入力電圧の上昇を電圧調整子で定格電圧に抑制しているので、半導体集積回路を使用しても容易に断線検出を行うことができる。
【００４９】
請求項２に記載の発明によれば、スイッチング素子をオフしたままで負荷の断線検出を行う場合に、電圧検出部の半導体集積回路への入力電圧がハイレベルかローレベルかを判断するだけで、容易に負荷の断線を検出判断することができる。特に、半導体集積回路での判断を行う場合に、入力電圧の上昇を電圧調整子で定格電圧に抑制しているので、半導体集積回路を使用しても容易に断線検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態に係る断線検出回路の考え方を示す回路図である。
【図２】この発明の一の実施の形態に係る断線検出回路を示す回路図である。
【図３】スイッチング素子のオンオフ切替とＡ点での電圧の変化との対応を示す図である。
【符号の説明】
１ 負荷
２ スイッチング素子
３ 通電経路
４ 電圧降下用抵抗
５ 通電用スイッチ
６ 電源
１０ 電圧検出部
１１ プルダウン抵抗
１２ マイクロコンピュータ
１３ 介在抵抗
１４ ツェナーダイオード

Claims (3)

1. 負荷に対して電源からの電源電圧をスイッチング素子のオンオフ切替により供給して前記負荷を駆動する場合に、前記負荷の断線を検出する断線検出回路であって、
   前記スイッチング素子に並列に形成された通電経路と、
   前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点の電圧の変化を検出する電圧検出部と
   を備え、
   前記通電経路は、少なくとも前記負荷の負荷抵抗に対して十分に大きい抵抗値の電圧降下用抵抗を有し、
   前記スイッチング素子は、オンオフ切替して前記負荷をＰＷＭ駆動し、
   前記電圧検出部は、前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に接続されたプルダウン抵抗と、
   前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に一端が接続される介在抵抗と、
   前記介在抵抗の他端に接続される半導体集積回路と、
   前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点に接続されて、当該接続点の電圧が前記半導体集積回路の定格電圧を超えるのを防止する電圧調整子と
   を備え、
   前記半導体集積回路が、前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点からの入力電圧を検知し、当該入力電圧が所定のしきい値電圧より高い状態が前記スイッチング素子のオンオフ切替にも拘わらず継続する場合に、前記負荷が断線している旨を判断する一方、前記入力電圧が前記スイッチング素子のオンオフ切替に対応して所定のしきい値電圧より高い状態と低い状態とに切り替わる場合に、前記負荷が非断線であると判断することを特徴とする断線検出回路。
2. 負荷に対して電源からの電源電圧をスイッチング素子のオンオフ切替により供給して前記負荷を駆動する場合に、前記負荷の断線を検出する断線検出回路であって、
   前記スイッチング素子に並列に形成された通電経路と、
   前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点の電圧の変化を検出する電圧検出部と
   を備え、
   前記通電経路は、少なくとも前記負荷の負荷抵抗に対して十分に大きい抵抗値の電圧降下用抵抗を有し、
   前記電圧検出部は、前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に接続されたプルダウン抵抗と、
   前記スイッチング素子及び前記通電経路と前記負荷との接続点に一端が接続される介在抵抗と、
   前記介在抵抗の他端に接続される半導体集積回路と、
   前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点に接続されて、当該接続点の電圧が前記半導体集積回路の定格電圧を超えるのを防止する電圧調整子と
   を備え、
   前記半導体集積回路が、前記半導体集積回路と前記介在抵抗との接続点からの入力電圧を検知し、前記スイッチング素子のオフ状態にも拘わらず前記入力電圧が所定のしきい値電圧より高い場合に、前記負荷が断線している旨を判断する一方、前記スイッチング素子のオフ状態に対応して前記入力電圧が所定のしきい値電圧より低い状態である場合に、前記負荷が非断線であると判断することを特徴とする断線検出回路。
3. 請求項１または請求項２に記載の断線検出回路であって、
   前記電圧降下用抵抗の抵抗値をＲ２とし、前記プルダウン抵抗の抵抗値をＲ３とし、前記しきい値電圧をＶｔｈとし、前記電源電圧を＋Ｂとした場合に、次の式が成立すること を特徴とする断線検出回路。
   ＋Ｂ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＞Ｖｔｈ

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