JP4005794B2

JP4005794B2 - 自動車用電子制御装置

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Publication number: JP4005794B2
Application number: JP2001348754A
Authority: JP
Inventors: 黛　　拓也
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: JP2003151794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用電子制御装置に係り、特に、静電気印加されるコネクタ付近のチップコンデンサの破壊を防止する回路技術を備えた自動車用電子制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気電子機器がその周囲の他の機器システムに影響を与えないか、又は、電気電子機器がその周囲の他の機器からの影響を受けても性能の低下及び誤動作が生じないか等の相互適合能力として、ＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）が要求される。
【０００３】
そして、このような電磁環境的両立性を満たすべく、静電気の印加によって半導体素子が破壊されるのを防止する回路技術が提案されている（例えば、特開平６−１７７３３０号公報参照）。該提案の技術は、接地電源と基板電源との間に静電気保護素子を設け、入出力端子から前記静電気保護素子を通して前記基板電源に至る静電気電流経路を形成させて前記半導体素子の保護を図るものである。また、上記と同様の他の回路技術としては、特開平５−９０５０６号公報、特開昭６０−２０６１６０号公報の技術が各種提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の技術は半導体装置に関するものであり、該半導体装置における半導体素子の保護を図ることはできるものの、自動車用電子制御装置に適用させる点について配慮がなされていないものである。
【０００５】
つまり、自動車用電子制御装置は、一般に、この制御装置の筐体（ケース）が内部回路を外部からシールドするためのケースグランドに接続され、該ケースグランドは、前記内部回路に備えられた集積回路（ＩＣ）を動作させる場合の制御用グランドとは、互いに別個に存在するものである。そして、前記内部回路は、前記ＩＣのほか、センサからの出力信号を前記ＩＣに伝達させる信号線と、該信号線の端子及び前記制御用グランドを有するコネクタと、該コネクタ付近にて前記ＥＭＣ保護を目的とするチップコンデンサとを有するものがある。
【０００６】
ここで、前記制御用グランドのほか、前記ケースグランドをも有する自動車用電子制御装置においては、前記ケースの内部等に溜まった静電気は、前記信号線の端子（コネクタ端子）と前記ケースグランドとの間に印加されることになるので、静電気印加による電荷は、前記コンデンサに蓄えられることになり、その電圧値如何によっては前記コンデンサを破壊させるという問題があることから、これを防止する何等かの手段が必要になる。
【０００７】
しかし、前記従来の技術は、前記ケースグランドと前記制御用グランドとが別個独立に存在する点については格別の配慮がなされておらず、また、前記コンデンサに対しては複数回の静電気印加があることから、この場合にも前記コンデンサの保護を図る必要がある点についても格別の配慮がなされていない。
【０００８】
なお、通常の自動車用電子制御装置には、静電気印加によってコンデンサに蓄えられる電荷は、信号線と制御用グランドとの間に設けられる抵抗器等の回路素子によって前記制御用グランドまで放電できる経路を有するものが存在するが、前記ケースグランドを有する場合については特に配慮がなされていない。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ケースグランドと制御用グランドとが別個独立に存在する自動車用電子制御装置において、静電気から保護すべきコンデンサに対し、該コンデンサの破壊電圧以上の電荷を帯電させない自動車用電子制御装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る自動車用電子制御装置は、自動車のグランドが自動車用電子制御装置の筐体に接続されるケースグランドと、該ケースグランドに接続される電子回路とから構成される自動車用電子制御装置であって、前記電子回路は、センサからの出力信号を集積回路に伝達する信号線と、該信号線の端子と制御用グランドとを有するコネクタと、前記信号線と前記ケースグランドとの間に設けられたＥＭＣ保護を目的とするコンデンサと、該コンデンサに印加された電荷を前記ケースグランドに放電させる静電気保護素子と、を有し、前記静電気保護素子は、前記制御用グランドと前記ケースグランドとの間に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
前記の如く構成された本発明の自動車用電子制御装置は、ＥＭＣ保護を目的とするコンデンサに印加された電荷をケースグランドに放電させる静電気保護素子を有しているので、制御用グランドとケースグランドとが独立して存在している場合にも、コンデンサに印加された電荷を前記ケースグランドに放電させることができ、静電気印加の回数にかかわることなく、コンデンサの保護を図ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る自動車用電子制御装置の具体的態様は、前記静電気保護素子が、前記信号線と前記ケースグランドとの間に設けられていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の自動車用電子制御装置を示すものである。
該制御装置１は、自動車の各種センサ信号に基づいて各種アクチュエータの出力を制御する演算装置（ＣＰＵ）と、前記自動車のグランド（ground）が制御装置１の筐体（ケース）とされるケースグランド２１と、ケースグランド２１に接続される電子回路２０と、から構成される。
【００１５】
該電子回路２０は、前記ＣＰＵとの間で種々のデータの授受を行う集積回路（ＩＣ）４と、前記センサからの出力信号をＩＣ４に伝達する信号線ａと、信号線の端子３１（コネクタ端子）と制御用グランド３２とを有するコネクタ３と、信号線ａと制御用グランド３２との間に設けられた回路素子５と、信号線ａとケースグランド２１との間に設けられたＥＭＣ保護を目的とするチップコンデンサ６と、を有しており、電子回路２０を外部からシールドするためのケースグランド２１と、ＩＣ４を動作させるための制御用グランド３２とは、互いに独立に存在している。
【００１６】
そして、前記電子回路２０は、制御用グランド３２とケースグランド２１との間に、静電気保護素子の一態様である抵抗器７を有しており、該抵抗器７は、コネクタ３の付近に配置され、前記ＥＭＣ保護を目的とするチップコンデンサ６が静電気印加によって破壊されるのを防いでいる。つまり、前記静電気保護素子である抵抗器７は、後述するように、コンデンサ６に印加された電荷をケースグランド２１に放電させている。
【００１７】
すなわち、従来の自動車用電子制御装置においては、図２に示すように、該制御装置の筐体は、内部の電子回路２０のケースグランド２１に接続されており、該電子回路２０は、ケースグランド２１に対して独立に存在する制御用グランド３２と、ＩＣ４と、前記センサからの出力信号をＩＣ４に伝達する信号線ｂと、信号線の端子３１と制御用グランド３２とを有するコネクタ３と、信号線ｂと制御用グランド３２との間に設けられた回路素子５と、信号線ｂとケースグランド２１との間に設けられたＥＭＣ保護を目的とするチップコンデンサ６を有するものであり、このような従来の制御装置においては、図３に示すように、前記内部に存在する静電気発生源２により、コネクタ３の信号線ｂとケースグランド２１との間に静電気が複数回連続して印加されてしまうと、この静電気印加による電荷がチップコンデンサ６に蓄えられたままとなり、いずれこのコンデンサ６自身の破壊電圧に到ってコンデンサ破壊が生ずることになる。
【００１８】
したがって、本実施形態の自動車用電子制御装置１は、図１に示すように、制御用グランド３２とケースグランド２１との間に、静電気保護素子としての機能を果たす抵抗器７を有しており、静電気が印加される毎に、この印加された電荷をケースグランド２１に放電させる経路、すなわち、コンデンサ６、回路素子５、抵抗器７、及びケースグランド２１を通る放電経路８が形成されている。そして、コンデンサ６は、静電気による一回の電圧がこのコンデンサ６の破壊電圧に達しない限り、静電気が何度印加されても破壊しないことになる。
ここで、前記静電気保護素子７は、静電気保護専用の素子であるので、本来の自動車用電子制御装置１の特性に影響するものであってはならないものである。
【００１９】
よって、絶縁されている制御用グランド３２とケースグランド２１との間に静電気保護素子７を用いる場合には、静電気の印加以外の電気的条件を考慮して、他の回路で用いられている抵抗器のインピーダンスよりも十分に大きいものを用いる必要があり、また、このインピーダンスは、静電気が連続して印加される最小時間間隔に対して、放電経路８の持つ時定数が十分に小さくなるように選定する必要があることから、本実施形態の制御装置１では、前記静電気保護素子たる抵抗器の抵抗値は約１ＭΩ程度に大きくされている。
【００２０】
なお、上述の如く抵抗器を用いることができない場合には、静電気保護素子７として、ツェナーダイオード若しくはバリスタを用いることもできる。
つまり、該ツェナーダイオード若しくはバリスタは、回路特性を考慮し、コンデンサ６の破壊電圧より十分小さく、２度目の静電気印加においてもコンデンサ６が破壊電圧以上にならないようなツェナー電圧を有するものである。
【００２１】
このように、静電気保護素子７として前記ツェナーダイオードを使用することは、静電気印加条件が厳しく、複数回印加する時の間隔が短くなった場合、又は、回路上大きな容量を持ったコンデンサからの電荷を抜かなければならない場合の如く抵抗値を下げる必要があって、制御用グランド３２とケースグランド２１との間の絶縁性が低下するように、制御装置１の本来の性能に影響を与え得る場合の不具合を解決できるものであり、また、１ＭΩの抵抗値を使っていても、コンデンサとの組み合わせによっては時定数の影響が生じ得る場合の不具合をも解決できることになる。
【００２２】
さらに、静電気保護素子７として前記バリスタを使用することは、例えば静電気保護素子としてツェナーダイオードを使用した場合において、該ツェナーダイオードの順電流により、制御装置１の本来の性能に影響を与え得る場合や、前記ツェナーダイオード自身が破壊されてしまう場合の不具合を解決できることになる。
以上のように、本発明の前記実施形態は、上記の構成としたことによって次の機能を奏するものである。
【００２３】
すなわち、前記実施形態の自動車用電子制御装置１は、制御用グランド３２とケースグランド２１との間に、静電気保護素子７を有しており、静電気が印加される毎に、この印加された電荷がケースグランド２１に放電させる経路、すなわち、コンデンサ６、回路素子５、抵抗器７、並びにケースグランド２１を通る放電経路８が形成され、静電気印加によってコンデンサ６に蓄えられた電荷はケースグランド２１へ放電されるので、ケースグランド２１と制御用グランド３２とが別個独立に存在し、コンデンサ６に対して複数回の静電気印加がある場合にもコンデンサ６の保護を図ることができる。これは、コンデンサ６の静電気耐量の向上に繋がるものである。
また、静電気保護素子７とＥＭＣ保護素子たるコンデンサ６とが個別に設けられるので、自動車用電子制御装置１における制御信号への影響を最小限に抑えることができ、この制御装置１の信頼性をさらに向上させることができる。
【００２４】
さらに、前記制御装置１の構成により、コンデンサを、複数回の静電気が印加されることに対応した破壊電圧のために特別に大きなコンデンサに変えることなく、つまり、破壊電圧の小さい従来通りのチップコンデンサ６を静電気に強い制御装置１に用いることができ、しかも、自動車用電子制御装置で一般に用いられる回路素子、つまり、抵抗器７、ツェナーダイオード、又はバリスタ等を静電気保護素子として使用しながら、チップコンデンサ６の破壊防止を達成できるとともに、自動車用電子制御装置１の製造コストの低廉化をも図ることができる。
以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００２５】
例えば、前記実施形態では、図１に示すように、前記制御装置１には一本の信号線ａが示されているが、一般に、信号線は一つの自動車用電子制御装置に対して複数本存在するものであることから、図示の構成に限定されるものではなく、この場合にも、制御用グランド３２とケースグランド２１との間に静電気保護素子７が用いられることにより、例え前記信号線が何本であっても、一つの静電気保護素子７で前記全ての信号線に接続されているチップコンデンサの静電気保護を図ることができる。
【００２６】
また、前記実施形態の自動車用電子制御装置１は、信号線ａと制御用グランド３２との間には回路素子５があり、チップコンデンサ６に帯電された電荷を制御用グランド３２までは放電できる経路を有する回路に対して、さらに静電気保護素子７を設けてケースグランド２１まで放電できる経路を有する回路であるが、コンデンサに帯電された電荷を制御用グランドにまで放電できる経路を有しない回路の場合には、信号線と制御用グランドとの間に静電気保護素子を用いる、又は信号線とケースグランドとの間に一つの静電気保護素子を用いることによっても、前記コンデンサに印加された電荷をケースグランドに放電させることができる。
つまり、図４のように、信号線ｃにはダイオード９が配置され、信号線ｃと制御用グランド３２との間には静電気の放電経路が無い自動車用電子制御装置も存在する。
【００２７】
このような場合には、図５に示すように、信号線ｃと制御用グランド３２との間であって、ダイオード９とコネクタ端子３１との間に、静電気保護素子１０を設けることで、静電気印加によってコンデンサ６に蓄えられた電荷は、コンデンサ６、静電気保護素子１０、静電気保護素子７、及びケースグランド２１で形成される放電経路１１を通り、ケースグランド２１に放電させることができる。なお、この場合の静電気保護素子１０もまた、図１の静電気保護素子７と同様の基準で選定することができる。
【００２８】
さらに、図６のように、信号線ｄにはダイオード９が配置され、信号線ｄと制御用グランド３２との間のみならず、信号線ｄとケースグランド２１との間にも静電気の放電経路が無い自動車用電子制御装置も存在する。
このような場合には、図７に示すように、信号線ｄと制御用グランド３２との間ではなく、信号線ｄとケースグランド２１との間であって、ダイオード９とコネクタ端子３１との間に、一つの静電気保護素子１２を設けることで、静電気印加によってコンデンサ６に蓄えられた電荷は、コンデンサ６、静電気保護素子１２、及びケースグランド２１で形成される放電経路１３を通り、ケースグランド２１に放電させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の自動車用電子制御装置は、ＥＭＣ保護を目的とするコンデンサに印加された電荷をケースグランドに放電させる静電気保護素子を有しているので、制御用グランドとケースグランドとが独立に存在する場合にも、信号線の端子とケースグランドとの間に静電気が印加されるコンデンサの電荷をケースグランドに放電させることができ、静電気に対するコンデンサの保護を図ることができる。
また、ＥＭＣ保護目的のコンデンサを従来と同様の構成のままとし、さらに、既存の回路素子で静電気保護素子の役割を果たさせることができるので、制御装置の低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による自動車用電子制御装置の構成図。
【図２】従来の自動車用電子制御装置の構成図。
【図３】図２の自動車用電子制御装置に対する静電気印加の説明図。
【図４】従来の自動車用電子制御装置の構成図。
【図５】本発明の他の実施形態による自動車用電子制御装置の構成図。
【図６】従来の自動車用電子制御装置の構成図。
【図７】本発明のさらに他の実施形態による自動車用電子制御装置の構成図。
【符号の説明】
１自動車用電子制御装置
３コネクタ
４集積回路
６コンデンサ
７静電気保護素子（抵抗器）
８放電経路
９ダイオード
１０静電気保護素子
１１放電経路
１２静電気保護素子
１３放電経路
２０電子回路
２１ケースグランド
３１信号線の端子（コネクタ端子）
３２制御用グランド
ａ信号線
ｃ信号線
ｄ信号線

Claims

自動車のグランドが自動車用電子制御装置の筐体に接続されるケースグランドと、該ケースグランドに接続される電子回路とから構成される自動車用電子制御装置であって、
前記電子回路は、センサからの出力信号を集積回路に伝達する信号線と、該信号線の端子と制御用グランドとを有するコネクタと、前記信号線と前記ケースグランドとの間に設けられたＥＭＣ保護を目的とするコンデンサと、該コンデンサに印加された電荷を前記ケースグランドに放電させる静電気保護素子と、を有し、
前記静電気保護素子は、前記制御用グランドと前記ケースグランドとの間に設けられていることを特徴とする自動車用電子制御装置。
前記静電気保護素子は、前記信号線と前記制御用グランドとの間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用電子制御装置。