JP3801395B2

JP3801395B2 - 半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法

Info

Publication number: JP3801395B2
Application number: JP26946099A
Authority: JP
Inventors: 和弘村田; 義彦峰
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP2001088606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リレーである熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）などから構成される半導体リレーシステムを用い、特に車両灯火であるテールランプやストップランプなどのランプ負荷への出力を誤判断でオフにする可能性が抑えられる電圧供給制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車のエンジン制御系や安全制御系システム等の電子制御に使用されるリレーの場合、それまでのメカニカルリレーに代わって、高速スイッチング性や無接点化，そして自己保護機能による信頼性などに優れた熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴやＩＰＳ（インテリジェントパワースイッチ）による半導体リレーシステムが多用されている。
【０００３】
車載バッテリからの電源電圧は、車体配索された電源ラインを通じてランプ負荷などに供給される。経時使用中、車体振動などのために電源ラインの電線絶縁皮膜が摩耗などした場合、デッドショートで過大電流が連続的に流れ、また絶縁不良によるいわゆるチャタリングショートで過大電流が断続的に流れ、電源ラインやランプ負荷に過電流が流れる。上記熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴにあっては、そうしたショート発生によって半導体スイッチに定格電流以上の過電流が流れ、また規定以上の温度に上昇して半導体スイッチが発熱すると、半導体スイッチの保護を図ってスイッチング機能を強制的にオフできるようになっている。
【０００４】
図４は、かかる半導体リレーシステムを用いた従来の灯火制御回路の一例を示す回路図である。車載バッテリからの電源電圧Ｖｂは、電源ライン１に接続した電流検出用抵抗であるシャント抵抗２，熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３を通してテールランプ４やストップランプ５などのランプ負荷に供給される。また、制御プログラムに基づいて動作するＣＰＵなどからなる多重通信マイコン（マイクロコンピュータ）６が備わり、このマイコン６には上記各種ランプ負荷を選択的にオン／オフ操作する複数のスイッチＳＷからの投入オン信号ｓ１が送られる。さらに、上記のシャント抵抗２、そして差動増幅器７からなる電流検出回路８が備わっている。この電流検出回路８では、シャント抵抗２を流れる電流値Ｉｓ、つまりランプ負荷に流れる負荷電流を両端の電位差による電圧降下でもって算出して求める。シャント抵抗２の両端は差動増幅器７の非反転入力端と反転入力端に接続され、差動増幅器７の出力端から負荷電流Ｉｓに対応した電圧値が検出電流値として出力されるようになっている。
【０００５】
そのようにして電流検出回路８から出力された検出電流値である負荷電流Ｉｓの信号はマイコン６のＡ／Ｄ変換ポート９に送られ、ここでデジタル変換して取り込むことでマイコン６は常時ランプ負荷の負荷電流Ｉｓをモニタしている。マイコン６によるモニタという点に関していえば、マイコン６は上記熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のソースＳの電位ｓ２を常時監視してモニタしている。
【０００６】
また、この灯火制御回路は、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３をオン／オフ動作させる駆動回路１０を有している。駆動回路１０は、チャージポンプ回路１１およびトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２等からなる半導体スイッチ回路１２などから構成されている。熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３をテールランプ４やストップランプ５などのランプ負荷のハイサイドで使用する場合、ゲートＧに印加する電圧を高くするために、電源電圧Ｖｂを昇圧する必要がある。チャージポンプ回路１１は、マイコン６からの正論理信号を受けたときだけ動作し、電源電圧Ｖｂを上昇させて熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３をオン動作させるに必要な駆動電圧を生成する。この駆動電圧を半導体スイッチ回路１２に供給する。半導体スイッチ回路１２の一方のトランジスタＴｒ１がオン動作し，他方のトランジスタＴｒ２がオフになったとき，電源電圧Ｖｂを昇圧したチャージポンプ回路１１からの駆動電圧を熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧに印加してオン動作させる。したがって、一方のトランジスタＴｒ１をオフ，他方のトランジスタＴｒ２をオン動作させると，ゲートＧはオフ動作する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる従来の半導体リレーシステムを用いた車両灯火制御回路にあっては、エンジンスタート時のクランキングなどのように電源電圧Ｖｂが低下したにもかかわらず、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３がオン動作しないことでマイコン６がそれをＦＥＴの過熱遮断と誤判断し、ランプ負荷への出力制御をオフにしてしまう可能性がある。そうした誤判断は以下の制御手順によって引き出される。
【０００８】
まず、目標のランプ負荷を点灯させるべくスイッチＳＷを選択して投入すると、そのスイッチオン信号ｓ１がマイコン６に送られ、マイコン６はそれを受けてランプ点灯指令信号ｓ２を駆動回路１０に対して送出する。駆動回路１０では、チャージポンプ回路１１によって電源電圧Ｖｂを昇圧し、半導体スイッチ回路１２のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をオン／オフ動作させ、昇圧した電源電圧Ｖｂを駆動電圧として出力してその信号ｓ３を熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧに印加する。
【０００９】
熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３の動作オンによって目標とするランプ負荷に点灯出力の電流が流れ、この負荷に流れる電流を電流検出回路８によって検出する。すなわち、シャント抵抗２に流れる負荷電流Ｉｓを差動増幅器７で算出し、差動増幅器７はその負荷電流Ｉｓに対応する電圧信号ｓ４を出力してマイコン６のＡ／Ｄ変換ポート９に送る。ここではデジタル変換して差動増幅器７からの電圧出力を取り込むことで、マイコン６は常時ランプ負荷に流れる負荷電流Ｉｓをモニタする。
【００１０】
マイコン６は、Ａ／Ｄ変換ポート９から取り込んでモニタした負荷電流Ｉｓが予め制御プログラムに格納されている基準電流値Ｉrefと比較する。その際、検出した負荷電流Ｉｓがゼロ（０）値を示し、同時にモニタ中の熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のソースＳの電位が接地（ＧＮＤ）レベルになっているとする。すると、そうした現象がエンジンスタート時のクランキングによる電源電圧Ｖｂの低下が原因で引き起こされているにもかかわらず、マイコン６はそれを熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧがオン動作しないことによる「過熱遮断状態」が原因と誤判断する。マイコン６は、そのような誤判断に基づく指令信号を駆動回路１０に送り、駆動回路１０からのオフ出力で熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３をオフ動作させ、目標とするランプ負荷への電源電圧Ｖｂの供給を断ち切ってしまうのである。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴなどから構成される半導体リレーシステムを用い、特に車両灯火のテールランプやストップランプといったランプ負荷への出力を誤判断でオフにしてしまう可能性を低くする電圧供給制御方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる請求項１に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、電源電圧を昇圧した駆動電圧でもって半導体リレーシステムを構成する熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴのゲートを印加してオン／オフ制御することにより、負荷への電源電圧の供給を制御するにあたり、検出した前記電源電圧がその規定値以下であるとき、前記熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴにおける過熱遮断の検出結果に関わらず前記負荷の出力オン状態を維持することを特徴とする。
【００１３】
以上から、検出した電源電圧が設定した規定値を下回っている場合、それが熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴの過熱遮断に起因するものと判断しない。そのようにして誤判断を避けることで負荷への出力をオフにしないで済む。
【００１４】
また、請求項２に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、前記負荷に流れる負荷電流の検出値がゼロ、前記電源電圧が規定値以上、そして前記負荷のハイサイドに用いた前記過熱遮断型ＭＯＳＦＥＴのソース電位が接地レベルであるとき、前記負荷への出力をオフすることを特徴とする。
【００１５】
以上から、負荷電流がゼロ、電源電圧が規定値以上、そしてソース電位が接地レベルであることを検出した場合に、それを熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴの過熱遮断状態であると判定し、負荷への出力をオフにするといった適正制御が可能になる。
【００１６】
また、請求項３に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、電流検出用抵抗の両端の電位差でもって検出した前記負荷に流れる負荷電流を差動増幅器で算出し、この差動増幅器から出力された負荷電流に対応する電圧をマイクロコンピュータでモニタして取り込み制御プログラムに基づいて格納されている基準電圧と比較し、さらにそのマイクロコンピュータは前記熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴのソース電位をモニタするとともに、駆動指令信号によって駆動回路から出力させた駆動電圧を前記熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加することを特徴とする。
【００１７】
以上から、マイクロコンピュータでは、負荷電流とソース電位のモニタに加えて、電源電圧をモニタして常時監視しているから、負荷電流がゼロなどになったことを直ちに熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴの過熱遮断とする誤判断はなくなる。
【００１８】
また、請求項４に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、前記負荷が、車載バッテリから前記電源電圧の供給を受けて点灯する車両灯火のランプ負荷であって、エンジンスタート時のクランキングによって前記電源電圧が規定値以下に低下した場合、それを判断した前記マイクロコンピュータによって前記ランプ負荷の出力オン状態を維持することを特徴とする。
【００１９】
以上から、具体的に負荷が車両灯火用の各種ランプである場合に、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴの過熱遮断と誤判断して、ランプを消灯する不都合が解消される。
【００２０】
また、請求項５に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、前記ランプ負荷に流れる負荷電流の検出値がゼロ、前記過熱遮断型ＭＯＳＦＥＴのソース電位が前記電源電圧のレベルであるとき、前記ランプ負荷が断芯したと判定することを特徴とする。
【００２１】
以上から、負荷電流とソース電位のモニタによって、ランプ負荷の断芯を的確に判断することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法の実施の形態として、車両灯火制御回路への適用例について図面を参照して詳細に説明する。なお、従来例として示された図４で共通する回路や部品については同一の符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
【００２３】
図１は、本例の車両灯火制御回路を示す回路図である。すなわち、本回路にあっては、車載バッテリからの電源電圧Ｖｂが電源ライン１から電流検出回路８のシャント抵抗２と半導体スイッチング素子の熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３を通してテールランプ４やストップランプ５などのランプ負荷に供給される。また、マイコン６を備え、電流検出回路８には上記シャント抵抗２とともに差動増幅器７が備わっており、さらに駆動回路１０はチャージポンプ回路１１や半導体スイッチ回路１２などからなっている。
【００２４】
熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３は、たとえばロジックレベル（４ボルト以上）駆動型で、ラッチ型の過熱遮断方式によって過熱遮断回路の動作後はゲートＧの電位ゼロ（０）によるバイアスで復帰するようになっている。また、電流検出用抵抗として用いられているシャント抵抗２はたとえば２０ｍΩの低抵抗値のものである。また、ここでいう過熱遮断は、定格電流以上の過電流が流れると発熱するが、その発熱温度がたとえば１６５℃に達すると、ランプ負荷に流れる電流をカットする機能を熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３が備えていることを意味している。
【００２５】
そこで、以上を基本にして、本例の車両灯火制御回路にあっては、電圧供給制御方法の要旨として、電源ライン１を上記マイコン６のＡ／Ｄ変換ポート９に接続することにより、新たに電源電圧Ｖｂを制御のパラメータとして取り込んでモニタするようになっている。
【００２６】
次に、図２の制御フローチャートを用いて、電圧供給制御方法の一実施の形態である車両灯火制御回路において、ＦＥＴ過熱遮断の誤判断を防止する制御動作を説明する。
【００２７】
車載バッテリからの電源電圧Ｖｂが電源ライン１を通して供給された状態で、ステップＳ１において、テールランプ４やストップランプ５などのうちいずれかのランプ負荷に対応するスイッチＳＷが投入オンされると、Ｈｉ（ハイ）レベルのスイッチオン信号ｓ１が出力され、それを受け取ったマイコン６からは駆動回路１０に向けて駆動指令信号ｓ２が出力される。このマイコン６からの駆動指令信号ｓ２に基づいて、チャージポンプ回路１１では電源電圧Ｖｂをたとえば「Ｖｂ＋９Ｖ」に昇圧して駆動電圧ｓ３を生成する。この駆動電圧ｓ３を半導体スイッチ回路１０のたとえばＮＰＮ型トランジスタＴｒ１のコレクタに供給してオン動作させ、同じくＮＰＮ型トランジスタＴｒ２をオフ動作させることにより、駆動電圧ｖ４を出力して熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧに印加する。
【００２８】
熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３の動作オンによって目標とするランプ負荷に点灯出力の電流が流れ、この負荷に流れる電流を電流検出回路８が検出する。すなわち、シャント抵抗２に流れる負荷電流Ｉｓを差動増幅器７で算出する。差動増幅器７は負荷電流Ｉｓに対応する電圧信号ｓ４を出力してマイコン６のＡ／Ｄ変換ポート９に送る。ここではデジタル変換して差動増幅器７からの電圧出力を取り込むことで、マイコン６は常時ランプ負荷に流れる負荷電流Ｉｓをモニタする。
【００２９】
マイコン６は、たとえば５ｍｓ（秒）といった所定時間ごとにモニタ電流をサンプリングし、このサンプリングした負荷電流Ｉｓが制御プログラムに格納されている基準電流を上回って大きくなった回数をカウントする。その回数が設定数になった段階で、それをデッドショートと判断する。
【００３０】
また、マイコン６は、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のソースＳの電位を信号ｓ６として取り込んで常時モニタし、その間、Ｌｏ（ロー）レベル信号の過熱遮断発生フラグが立ったか否かを監視している。
【００３１】
すなわち、次のステップＳ２において、マイコン６は熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３における過熱遮断発生フラグの有無を判断する。過熱遮断発生フラグが立っていない場合（Ｎｏ）、ステップＳ３に示すように、ランプ負荷は出力オン状態になって点灯する。
【００３２】
次に、ステップＳ４において、動作中、マイコン６ではシャント抵抗２および差動増幅器７からなる電流検出回路８で検出された負荷電流Ｉｓがゼロ（０）になったか否かを判断する。負荷電流Ｉｓがゼロを示した場合（Ｙｅｓ）、次のステップＳ５において、図３の温度と電圧の相関グラフに示すように、電源電圧Ｖｂが規定値であるたとえば８Ｖ（ボルト）以上であるか否かを判断する。８ボルト以上の場合（Ｙｅｓ）は次のステップＳ６で熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のソースＳの電圧ｖ２が接地レベルか否かを判断する。
【００３３】
すなわち、負荷電流Ｉｓがゼロ、電源電圧Ｖｂが規定値の８ボルト以上、そしてソース電圧ｖ２が接地レベルと認められた場合、マイコン６ではそれを熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３が「過熱遮断状態」であると判定する。この判定に基づいてステップＳ７にて過熱遮断カウンタをオンさせ、過熱遮断検出回数を計数する。次のステップＳ８では、検出回数が所定回数を上回ったか否かを判断し、所定回数がたとえば８回の場合それを上回ると（Ｙｅｓ）、次のステップＳ９において過熱遮断発生フラグを立て、マイコン６から駆動回路１０に対してオフ信号を送り、駆動回路１０からの駆動信号ｖ４をオフにして、それ以上熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧを印加せず、イグニッションスイッチをオンに入れても熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３にリセットがかからないようにする。
【００３４】
上記ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６において、負荷電流Ｉｓがゼロを示しておらず、電源電圧Ｖｂが規定値の８ボルト以下であって、ソース電圧信号ｓ６も接地レベル以上と判断した場合（いずれもＮｏ）、制御フローはステップＳ１５に進行して過熱遮断カウンタによる過熱遮断検出回数の計数を行わない。すなわち、モニタ中の電源電圧Ｖｂが規定値の８ボルト以下では、自動的に過熱遮断の検出を行わない。そうした電圧制御によって、電源電圧Ｖｂが低下になったことを、あたかも熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３が過熱遮断したと誤判断し、負荷ランプへの点灯出力をオフにするといった可能性を避けることができる。
【００３５】
ここで、上記ステップＳ２に戻って、この段階で過熱遮断発生フラグが立っている場合（Ｙｅｓ）、制御フローはステップＳ１０に進行し、イグニッションＳＷがオフからオン状態になっているか否かを判断する。オン状態の場合（Ｙｅｓ）、次のステップＳ１１では過熱遮断発生フラグが立った回数がたとえば８回を下回っているか否かを判断する。８回以下の場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ１２においてその過熱遮断発生フラグをクリアすることによって、上記ステップＳ３にてランプ負荷を出力オン状態にする。
【００３６】
ステップＳ１０において、イグニッションＳＷがオフからオン状態になっていない場合（Ｎｏ）、制御フローはステップＳ１３に進行してこの段階でランプ負荷への出力をオフにする。また、ステップＳ１１においてフラグ回数が８回以上の場合（Ｎｏ）は、同じくステップＳ１３に進行してこの段階でイグニッションスイッチをオンに投入しても熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３にリセットできないようにする。
【００３７】
ステップＳ１３において、ランプ負荷への出力オフ後は、ステップＳ１４で過熱遮断カウンタによる過熱遮断検出回数の計数をクリアする。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる請求項１に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、検出した電源電圧が設定した規定値を下回っている場合、それが熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴの過熱遮断に起因するものと判断しない。そのようにして誤判断を避けることで負荷への出力をオフにしないで済む。
【００３９】
また、請求項２に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、負荷電流がゼロ、電源電圧が規定値以上、そしてソース電位が接地レベルであることを検出した場合に、それを熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴの過熱遮断状態であると適正に判定できる。
【００４０】
また、請求項３に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、マイクロコンピュータでは、負荷電流とソース電位のモニタに加えて、電源電圧をモニタして常時監視しているから、従来のように電源電圧をモニタすることなく、負荷電流がゼロなどになったことを直ちに熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴの過熱遮断と誤判断することはなくなる。
【００４１】
また、請求項４に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、具体的に負荷が車両灯火用の各種ランプである場合に、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴが過熱遮断したとの誤判断によってランプを消灯してしまう不都合を解消できる。
【００４２】
また、請求項５に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法は、負荷電流とソース電位のモニタによって、ランプ負荷の断芯を的確に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電圧供給制御方法が適用される実施の形態として車両灯火制御回路を示す回路図である。
【図２】その車両灯火制御回路の動作を示す制御フローチャートである。
【図３】外気温度の変化に相関して電源電圧を昇圧して熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加する駆動電圧の特性を示すグラフである。
【図４】従来例の車両灯火制御回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１電源ライン
２シャント抵抗
３熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ
４テールランプ
５ストップランプ
６マイコン
７差動増幅器
８電流検出回路
９Ａ／Ｄ変換ポート
１０駆動回路
１１チャージポンプ回路
１２半導体スイッチ回路

Claims

電源電圧を昇圧した駆動電圧でもって半導体リレーシステムを構成する熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴのゲートを印加してオン／オフ制御することにより、負荷への電源電圧の供給を制御する電圧供給制御方法であって、検出した前記電源電圧がその規定値以下であるとき、前記熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴにおける過熱遮断の検出結果に関わらず前記負荷の出力オン状態を維持することを特徴とする半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法。
前記負荷に流れる負荷電流の検出値がゼロ、前記電源電圧が規定値以上、そして前記負荷のハイサイドに用いた前記過熱遮断型ＭＯＳＦＥＴのソース電位が接地レベルであるとき、前記負荷への出力をオフすることを特徴とする請求項１に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法。
電流検出用抵抗の両端の電位差でもって検出した前記負荷に流れる負荷電流を差動増幅器で算出し、この差動増幅器から出力された負荷電流に対応する電圧をマイクロコンピュータでモニタして取り込み制御プログラムに基づいて格納されている基準電圧と比較し、さらにそのマイクロコンピュータは前記熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴのソース電位をモニタするとともに、駆動指令信号によって駆動回路から出力させた駆動電圧を前記熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法。
前記負荷が、車載バッテリから前記電源電圧の供給を受けて点灯する車両灯火のランプ負荷であって、エンジンスタート時のクランキングによって前記電源電圧が規定値以下に低下した場合、それを判断した前記マイクロコンピュータによって前記ランプ負荷の出力オン状態を維持することを特徴とする請求項１，２または３に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法。
前記ランプ負荷に流れる負荷電流の検出値がゼロ、前記過熱遮断型ＭＯＳＦＥＴのソース電位が前記電源電圧のレベルであるとき、前記ランプ負荷が断芯したと判定することを特徴とする請求項４に記載の半導体リレーシステムを用いた電圧供給制御方法。