JP4300773B2 - 異常検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常検出装置に係り、特に、負荷の異常状態の検出する異常検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、自動車には、モータや抵抗等の負荷が複数搭載されている。負荷への電気配線の断線等の異常が生じた場合には、これを早期に検出し、何らかの対策を講ずる必要がある。
【0003】
負荷は一端が電源に接続され、他端が接地される。負荷と電源又は接地との間には、負荷の動作を制御するためのMOS−FET等のスイッチングトランジスタが介挿されている。このトランジスタが、ソース接地されたMOS−FETである構成において、トランジスタのゲートに駆動信号が入力されると、トランジスタのソース・ドレイン間が導通し、負荷に電流が流れ、負荷が動作状態となる。この際、トランジスタのドレイン電圧(出力電圧)は接地電圧に向けて下がる。
【0004】
一方かかる構成において、配線が断線すると、電源電圧がトランジスタに供給されなくなるため、出力電圧は0Vになる。特開平7−261837号に開示される如き従来の断線検出装置において、配線が断線したときの異常判定は、トランジスタの出力電圧をモニタし、出力電圧が“0”になるか否かに基づいて行われる。しかしながら、トランジスタに駆動信号が供給された時の出力電圧と断線時の出力電圧との差が小さいため、かかる手法では断線判定が困難である。
【0005】
そこで、従来のものでは、断線を判定するために、一旦駆動信号を反転側にすることが考えられる。つまり、駆動信号が反転すると、断線時には出力電圧が0Vである一方、正常時には出力電圧が高くなるので、出力電圧の変化をモニタすることによって断線の判定が可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる手法により断線異常を判定するためには、駆動信号をハイレベルからローレベル、又は、ローレベルからハイレベルへ定期的に変化させる必要がある。このため、かかる手法では、駆動信号を変化させることなく断線異常判定ができないこととなる。
【0007】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、負荷に電源供給がなされるようにスイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、確実に断線異常を検出する異常検出装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、スイッチングトランジスタにより電源制御される負荷への電源ラインの断線異常を検出する異常検出装置において、
前記スイッチングトランジスタの、前記負荷に接続する負荷側端子に生ずる負荷側電圧を監視する第1の電圧監視手段と、
前記負荷に電源供給がなされるように前記スイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、前記第1の電圧監視手段の監視結果に基づく前記負荷側電圧が基準電圧を下回った或いは上回った後、該負荷側電圧が前記基準電圧に達するように前記スイッチングトランジスタの、駆動信号が入力され得る入力端子に生ずる駆動端子電圧を制御する制御手段と、
前記制御手段により制御される前記駆動端子電圧を監視する第2の電圧監視手段と、
前記負荷に電源供給がなされるように前記スイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、前記第2の電圧監視手段の監視結果に基づいて前記断線異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とする異常検出装置により達成される。
【0009】
本発明において、負荷に電源供給がなされるようにスイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、そのスイッチングトランジスタの負荷側端子に生ずる負荷側電圧が基準電圧を下回った或いは上回った後、その負荷側端子が基準電圧に達するようにそのスイッチングトランジスタの入力端子に生ずる駆動端子電圧が制御される。また、この駆動端子電圧が監視される。負荷への電源ラインに断線が生ずると、スイッチングトランジスタの負荷側電圧は接地電圧又は電源電圧に維持され、上記した制御は行えない。本発明においては、負荷に電源供給がなされるようにスイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、駆動端子電圧の監視結果に基づいて断線異常が検出される。従って、本発明によれば、負荷に電源供給がなされるようにスイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、確実に負荷への電源ラインの断線異常を検出することができる。
【0010】
また、前記第1の電圧監視手段は、前記負荷側電圧を前記基準電圧と比較し、該比較結果に応じた信号を出力する第1のコンパレータを有することとしてもよい。
【0011】
本発明において、第1の電圧監視手段の第1のコンパレータは、スイッチングトランジスタの負荷側電圧を基準電圧と比較する。スイッチングトランジスタの負荷側電圧は、負荷に電源供給がなされるように駆動信号が供給されている状況において基準電圧を下回った或いは上回った後にその基準電圧に達するように制御される一方、電源ラインの断線が生じた場合は接地電圧又は電源電圧に維持される。従って、所定条件が満たされなくなった後のスイッチングトランジスタの負荷側電圧を基準電圧と比較すれば、電源ラインの断線異常を検出できる。
【0012】
また、前記スイッチングトランジスタは、前記負荷に電源供給がなされるように駆動信号が供給され、かつ、前記第1のコンパレータの出力が前記負荷側電圧が前記基準電圧以上である或いは以下である場合に出力されるハイレベル信号である場合に導通することとしてもよい。
【0013】
本発明において、スイッチングトランジスタは、負荷に電源供給がなされるように駆動信号が供給されていても、第1のコンパレータから所定信号が出力されない場合は導通されない。電源ラインの断線が生じた場合、スイッチングトランジスタの負荷側電圧は接地電圧又は電源電圧に維持される。従って、第1のコンパレータの出力を断線時に所定信号とならないように設定すれば、負荷に電源供給がなされるように駆動信号が供給されている状況において確実に断線異常を検出できる。
【0014】
また、前記制御手段は、前記第1のコンパレータの出力端子に接続し、該第1のコンパレータの出力が前記ハイレベル信号から前記負荷側電圧が前記基準電圧を下回る或いは上回る場合に出力されるローレベル信号へ変化した際に出力をハイレベル信号からローレベル信号へ切り替えると共に、該第1のコンパレータの出力が前記ローレベル信号から前記ハイレベル信号へ変化した際に出力をローレベル信号からハイレベル信号へ切り替え、その後、所定期間だけハイレベル信号に維持する遅延回路を有し、
前記スイッチングトランジスタは、前記負荷に電源供給がなされるように駆動信号が供給され、かつ、前記遅延回路の出力がハイレベル信号である場合に導通することとしてもよい。
【0015】
本発明において、コンパレータの出力に接続し、コンパレータの出力が所定信号から他の信号へ変化した後、所定期間だけ出力を所定の状態に維持する遅延回路が設けられている。かかる構成においては、コンパレータ出力が他の信号となっても、遅延回路の出力が所定期間だけ所定の状態に維持されるので、低電位の作用した状態でスイッチングトランジスタの導通が継続され得る。このため、スイッチングトランジスタに生ずる発熱を抑制できる。
【0016】
また、前記第1の電圧監視手段は、反転入力端子に前記基準電圧が供給され、非反転入力端子に前記負荷側電圧が供給される演算増幅器を有することとしてもよい。
【0017】
本発明において、演算増幅器は、スイッチングトランジスタの負荷側電圧と基準電圧との差圧に応じた信号を出力する。スイッチングトランジスタの負荷側電圧は、負荷に電源供給がなされるように駆動信号が供給されている状況において基準電圧を下回った或いは上回った後にその基準電圧に達するように制御される一方、電源ラインの断線が生じた場合は接地電圧又は電源電圧に維持される。従って、所定条件が満たされなくなった後のスイッチングトランジスタの負荷側電圧を基準電圧と比較すれば、電源ラインの断線異常を検出できる。
【0018】
また、前記第2の電圧監視手段は、前記制御手段により制御される前記駆動端子電圧を所定電圧と比較する第2のコンパレータを有し、
前記異常検出手段は、前記負荷に電源供給がなされるように前記スイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、前記第2のコンパレータの出力に応じて異常出力する異常出力回路を有することとしてもよい。
【0019】
本発明において、第2のコンパレータはスイッチングトランジスタの駆動端子電圧を所定電圧と比較する。スイッチングトランジスタは、駆動端子電圧に応じて導通遮断する。電源ラインの断線が生じた場合、スイッチングトランジスタの負荷側電圧は接地電圧又は電源電圧に維持される。この際、スイッチングトランジスタの駆動端子電圧は何れかの状態へ向けて移行する。従って、スイッチングトランジスタの駆動端子電圧を所定電圧と比較すれば、負荷に電源供給がなされるように駆動信号が供給されている状況において確実に断線異常を検出できる。
【0020】
また、ソース−ドレインが前記スイッチングトランジスタのソース−ドレインに並列になるように設けられ、前記負荷に電源供給がなされるように前記駆動信号が供給される場合に導通する分流用トランジスタを備えることとしてもよい。
【0021】
本発明において、スイッチングトランジスタに並列接続された分流用トランジスタが設けられる。かかる構成においては、配線断線時に微小な電流が流れた場合、その電流はスイッチングトランジスタと分流用トランジスタに分流される。すなわち、スイッチングトランジスタに流れる負荷電流は小さくなり、スイッチングトランジスタのオン電圧は小さくなる。このため、本発明によれば、負荷への電源ラインに断線が生じた際に断線異常が生じていないと誤検出されるのを抑制することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1実施例である異常検出装置を備えるシステムの構成図を示す。図1に示すシステムは、電源10、負荷12、トランジスタ14、ドレイン電圧制御回路16、及び監視回路18より構成されている。負荷12は、例えば、車両に搭載されるモータやランプ等の、電源供給により動作する機器である。また、トランジスタ14はnチャネル型MOS−FETであり、負荷12の動作を制御するために設けられている。負荷12の一端には電源10が接続されている。負荷12の他端には、トランジスタ14のドレイン端子が接続されている。また、トランジスタ14のソース端子は、接地されている。
【0023】
ドレイン電圧制御回路16は、負荷12が動作するようにトランジスタ14のゲートに駆動信号が供給される状況下においてドレイン電圧VDを所定条件が満たされるように制御する回路である。ドレイン電圧制御回路16は、コンパレータ22、遅延回路24、AND回路26、及び駆動回路28により構成されている。
【0024】
コンパレータ22の非反転入力端子には、トランジスタ14のドレイン端子20が接続されている。また、コンパレータ22の反転入力端子には、接地電圧を超える基準電圧V1が供給されている。尚、本実施例において、基準電圧V1は、電源電圧が所定電位を超える状況下においてトランジスタ14に所定レベルを超えるゲート電圧が供給される際に生ずるドレイン電圧VDと接地電圧との間の所定電位に設定される。コンパレータ22は、ドレイン電圧VDが基準電圧V1以上である場合にはハイレベル信号を出力し、基準電圧V1を下回る場合にローレベル信号を出力する。
【0025】
コンパレータ22の出力端子には、遅延回路24が接続されている。遅延回路24は、常態でハイレベル信号を出力し、コンパレータ22からの入力信号がハイレベルからローレベルへ変化した際にハイレベル信号からローレベル信号へ出力を切り替えると共に、コンパレータ22からの入力信号がローレベルからハイレベルへ変化した際に出力をローレベル信号からハイレベル信号へ切り替え、その後、入力がローレベルに変化しても所定時間τだけ出力をハイレベル信号に維持する。
【0026】
遅延回路24の出力端子には、AND回路26の第1入力端子が接続されている。また、AND回路26の第2入力端子は、負荷12の動作を制御する制御信号としての駆動信号が供給される駆動信号入力端子27に接続されている。すなわち、AND回路26には、遅延回路24の出力信号と負荷12への駆動信号とが入力される。AND回路26は、遅延回路24の出力信号および負荷12への駆動信号の双方がハイレベル状態にある場合にハイレベル信号を出力し、両信号の少なくとも一方がローレベル状態にある場合にローレベル信号を出力する。AND回路26の出力端子は、駆動回路28を介して上記したトランジスタ14のゲート30に接続されている。
【0027】
監視回路18は、負荷12への電源ライン、具体的には、負荷12と電源10との間および負荷12とトランジスタ14との間の配線の断線を検出する回路である。監視回路18は、コンパレータ32とAND回路34とにより構成されている。コンパレータ32の非反転入力端子は、ゲート端子30に接続されている。また、コンパレータ32の反転入力端子には、基準電圧V2が供給されている。基準電圧V2は、AND回路26の出力がハイレベル信号である状況下において所定の電源電圧低下が生じた際にゲート端子30に現れ得るゲート電位VGよりも低い値に設定されている。コンパレータ32は、ゲート電圧VGが基準電圧V2以下である場合にはハイレベル信号を出力し、基準電圧V2を上回る場合にはローレベル信号を出力する。
【0028】
コンパレータ32の出力端子には、AND回路34の第1入力端子が接続されている。また、AND回路34の第2入力端子は、上記した駆動信号入力端子27に接続されている。すなわち、AND回路34には、コンパレータ32の出力信号と負荷12への駆動信号とが入力される。AND回路34は、コンパレータ32の出力信号および負荷12への駆動信号が共にハイレベル状態にある場合にハイレベル信号を出力し、両信号の少なくとも一方がローレベル状態にある場合にローレベル信号を出力する。AND回路34の出力端子は、制御ユニットに接続されている。この制御ユニットは、AND回路34の出力がハイレベル信号である場合に、負荷12への電源ラインに断線異常が生じたとして、音声ガイドやランプ点灯等の異常処置を行う。
【0029】
次に、図2を参照して、図1に示すシステムの動作について説明する。
【0030】
図2は、図1に示すシステムの動作タイムチャートを示している。尚、図2において、同図(a)は電源10の電源電圧を、(b)は駆動信号入力端子27に供給される駆動信号を、(c)は負荷12に流れる負荷電流を、(d)はトランジスタ14のドレイン電圧VDを、(e)は遅延回路24の出力信号を、(f)はゲート電圧VGを、また、(g)はAND回路34の出力信号を、それぞれ示している。
【0031】
本実施例のシステムにおいて、負荷12の動作が停止される際は、駆動信号入力端子27にローレベルの駆動信号が供給される。駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がローレベルであると、AND回路26の出力はローレベルであり、ゲート電圧VGは低電位であるので、トランジスタ14のソース・ドレイン間は遮断される。トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通しない場合は、負荷12の両端に電圧が作用しないので、負荷12の動作は停止される。また、この場合は、AND回路34がハイレベル信号を出力しないので、制御ユニットにおいて異常処置が実行されることはない。
【0032】
トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通しない場合、ドレイン電圧VDは電源電圧近傍であり、基準電圧V1よりも高いので、コンパレータ22の出力はハイレベルであり、遅延回路24の出力はハイレベルである。かかる状態で負荷12を動作すべく駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がローレベルからハイレベルへ変化すると、AND回路26の第1及び第2入力端子の双方にハイレベル信号が入力されるので、AND回路26の出力がハイレベルとなる。この場合には、ゲート電圧VGが高電位へ向けて移行するので、トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通する。このソース・ドレイン間が導通する場合は、負荷12の両端に電源電圧が作用するので、負荷12が動作状態となる。
【0033】
電源電圧が所定電位以上である状況下においてソース・ドレイン間が導通する場合(時刻T1)は、トランジスタ14のドレインに、該トランジスタ14のオン抵抗に応じた上記した基準電圧V1以上のドレイン電圧VDが現れる。この場合は、コンパレータ22の出力がハイレベルに維持され、遅延回路24の出力もハイレベルに維持される。
【0034】
一方、トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通する状況下において電源電圧が温度変化等に起因して所定電位よりも低くなる場合(時刻T2)は、負荷電流が通常時に比して小さくなるので、トランジスタ14のドレインに、基準電圧V1よりも低いドレイン電圧VDが現れる。この場合には、コンパレータ22の出力がローレベルに変化し、遅延回路24の出力もローレベルに変化する。遅延回路24の出力がローレベルへと変化すると、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がハイレベルであっても、AND回路26の出力がローレベルに変化する。この場合には、ゲート電圧VGが低電位へ向けて移行するので、トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し難くなる。トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し難くなると、その直後、ドレイン電圧VDが電源電圧へ向けて昇圧される。
【0035】
トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し難くなった後、ドレイン電圧VDが低電圧側から基準電圧V1に達する(時刻T3)と、コンパレータ22の出力がローレベルからハイレベルに変化し、遅延回路24の出力もローレベルからハイレベルに変化する。遅延回路24の出力がハイレベルへ変化すると、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がハイレベルである状況下において、AND回路26の出力がハイレベルに変化する。この場合には、ゲート電圧VGの低下が停止され、その電圧VGが高電位へ向けて移行するので、トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し易くなる。トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し易くなると、ドレイン電圧VDは、その直後、基準電圧V1よりも低い電位へ向けて降圧され、その電位に達した後に維持される(時刻T4)。
【0036】
上記の如く、遅延回路24は、出力をローレベルからハイレベルへ切り替えた後に入力がローレベルに変化しても、その後所定時間τだけ出力をハイレベルに維持する。このため、ドレイン電圧VDが基準電圧V1よりも低い状態から基準電圧に達し、その後、その基準電圧から接地電圧へ向けて降圧されることにより、コンパレータ22の出力がハイレベルからローレベルに変化した場合にも、その後所定時間τだけ、AND回路26の出力はハイレベルに維持され、ゲート電圧VGは高電位に維持されると共に、ドレイン電圧VDは基準電圧V1よりも低い状態に維持される。
【0037】
また、上記した所定時間τが経過する(時刻T5)と、遅延回路24の出力がハイレベルからローレベルに変化する。この場合は、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がハイレベルであっても、ゲート電圧VGが低電位へ向けて移行するので、トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し難くなり、ドレイン電圧VDが電源電圧へ向けて再び昇圧される。そして、以降は、上記時刻T3〜T5までに行われた動作が繰り返し実行される。
【0038】
このように、本実施例のシステムにおいて、ドレイン電圧制御回路16は、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号が負荷12を動作させるためのハイレベル信号である状況下、ドレイン電圧VDが基準電圧V1以上である場合には、その状態を維持する一方、ドレイン電圧VDが基準電圧V1を下回る場合には、所定期間τごとに基準電圧V1が実現されるようにドレイン電圧VDを制御する。
【0039】
負荷12への電源ラインに断線異常が生じていない場合は、少なくとも所定期間τごとにドレイン電圧VDが基準電圧V1に達する。この場合、ゲート電圧VGは、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がハイレベル信号である状況下において、上記した基準電圧V2を上回るものとなる。ゲート電圧VGが基準電圧V2を上回る場合は、監視回路18のAND回路34がハイレベル信号を出力しないので、制御ユニットにおいて異常処理が実行されることはない。
【0040】
一方、負荷12への電源ラインに断線異常が生ずると、トランジスタ14のソース・ドレイン間に負荷電流が流れないので、ドレイン電圧VDがほぼゼロになる。ドレイン電圧VDが基準電圧V1以上である状態、すなわち、電源電圧が所定電位以上である状態からドレイン電圧VDがほぼゼロになった場合は、直ちに遅延回路24の出力がハイレベルからローレベルに変化し、ゲート電圧VGが低電位(接地レベル)へ向けて移行する。また、ドレイン電圧VDが基準電圧V1を下回る状態、すなわち、電源電圧が所定電位を下回る状態からドレイン電圧VDがほぼゼロになった場合(時刻T7)も、その後、遅延回路24による所定時間τが経過する(時刻T8)と、遅延回路24の出力がハイレベルからローレベルに変化し、ゲート電圧VGが低電位(接地レベル)へ向けて移行する。
【0041】
負荷12への電源ラインに断線異常が生じている状況下においてゲート電圧VGが低電位へ向けて移行する場合には、その後、ドレイン電圧VDは上昇されず、ほぼゼロに維持されるため、コンパレータ22の出力および遅延回路24の出力は共にローレベルに維持される。この場合、AND回路26の出力はローレベルに維持されるので、ゲート電圧VGの低下は継続され、その後、ゲート電圧VGは基準電圧V2以下となる(時刻T9)。
【0042】
ゲート電圧VGが基準電圧V2以下となると、コンパレータ32の出力がハイレベル信号となるので、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がハイレベル信号である状況下においてはAND回路34の出力がハイレベル信号となる。この場合は、負荷12への電源ラインに断線異常が生じたとして、制御ユニットにおいて異常処置が実行される。
【0043】
すなわち、本実施例の異常検出装置によれば、駆動信号入力端子27に負荷12を動作させるべくハイレベルの駆動信号が供給される状況下において、負荷12への電源ラインに断線異常が生じていない場合はゲート電圧VGが基準電圧V2を上回るように維持される一方、負荷12への電源ラインに断線異常が生じている場合はゲート電圧VGが基準電圧V2以下となる。このため、本実施例の異常検出装置によれば、駆動信号入力端子27に供給する駆動信号をハイレベルからローレベルへ変化させることなく確実に、負荷12への電源ラインに生ずる断線異常を検出することが可能となっている。
【0044】
また、本実施例においては、ドレイン電圧制御回路16に、出力をローレベルからハイレベルへ切り替えた後に入力がローレベルへ変化しても、その後所定時間τだけ出力をハイレベルに維持する遅延回路24が設けられている。かかる構成においては、遅延回路24が設けられていない構成に比して、ドレイン電圧VDが基準電圧V1を下回る期間が長くなり得る。このため、本実施例の異常検出装置によれば、ドレイン電圧VDの作用により生ずるスイッチングトランジスタの発熱を抑制することが可能となっている。
【0045】
尚、上記の第1実施例においては、コンパレータ22が特許請求の範囲に記載した「電圧監視手段」に、ドレイン電圧制御回路16が特許請求の範囲に記載した「制御手段」に、監視回路18が特許請求の範囲に記載した「異常検出手段」に、AND回路34が特許請求の範囲に記載した「異常出力回路」に、それぞれ相当している。
【0046】
ところで、上記の第1実施例においては、基準電圧V1を、電源電圧が所定電位以上である場合にトランジスタ14のドレインに現れ得るドレイン電圧VDの下限値に設定することとしているが、下限値に限らず、接地電圧を超える値に設定されていればよい。但し、この基準電圧V1は、ゲート電圧VGの基準電圧V2との関係を考慮して、許容範囲内の電源電圧変動が生じた場合にも、負荷12への断線異常が生じていない状況下においてゲート電圧VGが基準電圧V2を下回らないように設定される。
【0047】
次に、図3を参照して、本発明の第2実施例について説明する。
【0048】
図3は、本実施例の異常検出装置を備えるシステムの構成図を示す。尚、図3において、上記図1に示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0049】
本実施例のシステムは、トランジスタ14に並列に設けられたnチャネル型MOS−FET(以下、単にトランジスタ40と称す)を有している。すなわち、トランジスタ40のドレイン端子は負荷12に接続されており、両トランジスタ14及び40のドレイン端子は互いに接続されている。また、トランジスタ40のソース端子は接地されている。また、トランジスタ40は、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号のレベルに応じてソース・ドレイン間を導通させる。トランジスタ40は、同一条件下において上記したトランジスタ14のオン抵抗に比べて大きなオン抵抗を有するように構成されている。
【0050】
本実施例のシステムにおいても、上記第1実施例のシステムの動作と同様の動作が行われる。すなわち、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号が負荷12を動作させるためのハイレベル信号である状況下、ドレイン電圧VDが基準電圧V1以上である場合にはその状態が維持される一方、ドレイン電圧VDが基準電圧V1を下回る場合には所定期間τごとに基準電圧V1が実現されるようにドレイン電圧VDが制御される。
【0051】
ところで、負荷12への電源ラインに断線異常が生じている場合には、トランジスタ14のソース・ドレイン間に電流が流れないので、ドレイン電圧VDがゼロになる。この場合は、ドレイン電圧VDが昇圧されないので、ゲート電圧VGが基準電圧V2以下となり、かかる断線異常が検出される。しかしながら、断線異常に起因してゲート電圧VGが低下する過程においてトランジスタ14のソース・ドレイン間に電流が流れることがある。ゲート電圧VGの低下によりトランジスタ14のオン抵抗が大きい状況下においてかかる電流が流れると、ドレイン電圧VDが基準電圧V1以上となる事態が生じ、ゲート電圧VGの低下が停止されるおそれがある。従って、負荷12への電源ラインに断線異常が生じている場合に確実にその断線異常を検出するためには、断線が生じた後にゲート電圧VGの低下が継続されると共に、ドレイン電圧VDが基準電圧V1を下回るようにトランジスタ14のソース・ドレイン間の電流を低減する必要がある。
【0052】
これに対して、本実施例のシステムにおいては、トランジスタ14に並列にトランジスタ40が設けられている。かかる構成においては、負荷12への電源ラインに断線異常が生じた場合、電流がトランジスタ14側だけでなくトランジスタ40側にも流れ、トランジスタ14側とトランジスタ40側とに分流される。すなわち、トランジスタ14に並列にトランジスタ40が設けられていない構成に比べて、トランジスタ14のソース・ドレイン間に流れる電流量が低減される。この電流量が小さくなると、ゲート電圧VGの低下によりトランジスタ14のオン抵抗が大きくてもドレイン電圧VDが基準電圧V1以上になり難いため、ゲート電圧VGの低下が継続する可能性が高くなる。従って、本実施例の異常検出装置によれば、負荷12への電源ラインに断線異常が生じているにもかかわらず断線異常が検出されない事態を抑制することができ、かかる断線異常検出の信頼性の向上を図ることが可能となっている。
【0053】
また、トランジスタ14のソース・ドレイン間に流れる電流量が小さくなる場合は、ドレイン電圧VDが高くなり難い。このため、本実施例の構成によれば、コンパレータ22の基準電圧V1を、トランジスタ14に並列にトランジスタ40が設けられていない構成に比して小さく設定することが可能となっている。
【0054】
尚、上記の第2実施例においては、トランジスタ40が特許請求の範囲に記載した「分流用トランジスタ」に相当している。
【0055】
次に、図4及び図5を参照して、本発明の第3実施例について説明する。
【0056】
図4は、本実施例の異常検出装置を備えるシステムの構成図を示す。尚、図4において、上記図1に示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0057】
本実施例のシステムは、上記図1に示す構成において、ドレイン電圧制御回路16に代えてドレイン電圧制御回路50を用いることにより実現される。ドレイン電圧制御回路50は、駆動信号入力端子27にハイレベルの駆動信号が供給される状況下においてトランジスタ14のドレイン電圧VDを一定に維持する回路である。
【0058】
ドレイン電圧制御回路50は、オペアンプ52及びAND回路26により構成されている。オペアンプ52の非反転入力端子には、トランジスタ14のドレイン端子20が接続されている。また、オペアンプ52の反転入力端子には、基準電圧V1が供給されている。オペアンプ52は、ドレイン電圧VDと基準電圧V1との差圧に応じた信号を出力する。オペアンプ52の出力端子には、AND回路26の第1入力端子が接続されている。AND回路26は、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がハイレベル信号であり、かつ、オペアンプ52の出力が所定レベル以上である場合にハイレベル信号を出力する一方、駆動信号がローレベル信号である、或いは、オペアンプ出力が所定レベルに満たない場合にローレベル信号を出力する。
【0059】
次に、図5を参照して、図4に示すシステムの動作について説明する。
【0060】
図5は、図4に示すシステムの動作タイムチャートを示している。尚、図5において、同図(a)は電源10の電源電圧を、(b)は駆動信号入力端子27に供給される駆動信号を、(c)は負荷12に流れる負荷電流を、(d)はトランジスタ14のドレイン電圧VDを、(e)はゲート電圧VGを、また、(f)はAND回路34の出力信号を、それぞれ示している。
【0061】
本実施例のシステムにおいて、駆動信号入力端子27にローレベルの駆動信号が供給される場合、AND回路26の出力はローレベルであり、ゲート電圧VGは低電位であるので、トランジスタ14のソース・ドレイン間は遮断される。このため、かかる場合は、負荷12の両端に電圧が作用しないので、負荷12の動作は停止されると共に、AND回路34の出力がローレベルになるので、制御ユニットにおいて異常処置が実行されることはない。
【0062】
トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通しない場合、ドレイン電圧VDは電源電圧近傍であり、基準電圧V1よりも高いので、オペアンプ52の出力はレベルの大きな信号である。かかる状態で駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がローレベルからハイレベルへ変化すると、AND回路26の第1及び第2入力端子の双方にハイレベル信号が入力されるので、AND回路26の出力がハイレベルとなる。この場合には、ゲート電圧VGが高電位へ向けて移行するので、トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し、負荷12が動作状態となる。
【0063】
電源電圧が所定電位以上である状況下においてソース・ドレイン間が導通する場合(時刻T11)は、トランジスタ14のドレインに、該トランジスタ14のオン抵抗に応じた上記した基準電圧V1以上のドレイン電圧VDが現れる。この場合は、オペアンプ52の出力が所定レベル以上に維持される。
【0064】
一方、トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通する状況下において電源電圧が温度変化等に起因して所定電位よりも低くなる場合(時刻T12)は、負荷電流が通常時に比して小さくなるので、ドレイン電圧VDが基準電圧V1よりも低い電圧へ向けて低下する。かかる事態が生ずると、その低下が生じた時点でオペアンプ52の出力が所定レベルを下回る。この場合には、AND回路26の出力がローレベルに変化することでゲート電圧VGが低電位へ向けて移行し、トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し難くなる。
【0065】
トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し難くなると、ドレイン電圧VDが昇圧傾向となる。ドレイン電圧VDが基準電圧V1に達すると、オペアンプ出力が所定レベル以上となり、AND回路26の出力がハイレベルに変化する。この場合は、ゲート電圧VGが高電位へ向けて移行するので、トランジスタ14のソース・ドレイン間が導通し易くなり、ドレイン電圧VDが基準電圧V1よりも低い電圧へ向けて降圧される。そして、以後は同様にドレイン電圧VDに応じてトランジスタ14のソース・ドレイン間の導通が制御される。
【0066】
このように、本実施例のシステムにおいて、ドレイン電圧制御回路50は、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号が負荷12を動作させるためのハイレベル信号である状況下、ドレイン電圧VDが基準電圧V1以上である場合には、その状態を維持する一方、ドレイン電圧VDが基準電圧V1を下回るような場合にはドレイン電圧VDが基準電圧V1に維持されるようにフィードバック制御を実行する。
【0067】
負荷12への電源ラインに断線異常が生じていない場合は、ドレイン電圧VDが基準電圧V1以上に維持される。この場合、ゲート電圧VGは、駆動信号入力端子27にハイレベルの駆動信号が供給される状況下において、上記した基準電圧V2を上回るものとなる。従って、かかる場合は、監視回路18のAND回路34がハイレベル信号を出力しないので、制御ユニットにおいて異常処理が実行されることはない。
【0068】
一方、負荷12への電源ラインに断線異常が生ずる(時刻T13)と、トランジスタ14のソース・ドレイン間に負荷電流が流れないので、ドレイン電圧VDがほぼゼロになる。ドレイン電圧VDがゼロになった場合は、その直前におけるドレイン電圧VDの基準電圧V1に対する大小に関係なく、直ちにオペアンプ52の出力がハイレベルからローレベルに変化し、ゲート電圧VGが低電位へ向けて移行する。負荷12への電源ラインに断線異常が生じている状況下においてゲート電圧VGが低電位へ向けて移行する場合には、その後、ドレイン電圧VDは昇圧されず、略ゼロに維持される。この場合、オペアンプ52の出力およびAND回路26の出力は共にローレベルに維持されるので、ゲート電圧VGの低下は継続され、その後、ゲート電圧VGは基準電圧V2以下となる(時刻T14)。
【0069】
ゲート電圧VGが基準電圧V2以下となると、監視回路18のコンパレータ32の出力がハイレベル信号となるので、駆動信号入力端子27に供給される駆動信号がハイレベル信号である状況下においてはAND回路34の出力がハイレベル信号となる。この場合は、負荷12への電源ラインに断線異常が生じたとして、制御ユニットにおいて異常処置が実行される。
【0070】
すなわち、本実施例の異常検出装置によれば上記した第1実施例の異常検出装置と同様に、駆動信号入力端子27に負荷12を動作させるべくハイレベルの駆動信号が供給される状況下において、負荷12への電源ラインに断線異常が生じていない場合はゲート電圧VGが基準電圧V2を上回るように維持される一方、負荷12への電源ラインに断線異常が生じている場合はゲート電圧VGが基準電圧V2以下となる。このため、本実施例の異常検出装置によれば、駆動信号入力端子27に供給する駆動信号をハイレベルからローレベルへ変化させることなく確実に、負荷12への電源ラインに生ずる断線異常を検出することが可能となっている。
【0071】
また、本実施例においては、負荷12への電源ラインに断線異常が生ずると、その直前におけるドレイン電圧VDの基準電圧V1に対して大きいか小さいかに関係なく、直ちにオペアンプ52の出力がハイレベルからローレベルに変化し、ゲート電圧VGが低電位へ向けて移行する。このため、本実施例の異常検出装置によれば、上記した第1実施例の異常検出装置と異なり、負荷12への電源ラインの断線直前におけるドレイン電圧VDの基準電圧V1に対する大小に関係なく、その断線が生じた後速やかにその断線異常を検出することが可能となっている。
【0072】
尚、上記の第3実施例においては、オペアンプ52が特許請求の範囲に記載した「電圧監視手段」に、ドレイン電圧制御回路50が特許請求の範囲に記載した「制御手段」に、それぞれ相当している。
【0073】
ところで、上記の第1乃至第3実施例においては、負荷12の動作を制御するトランジスタとしてnチャネル型MOS−FETを用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、pチャネル型MOS−FET等を用いる構成に適用することも可能である。
【0074】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、負荷に電源供給がなされるようにスイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、確実に負荷への電源ラインの断線異常を検出することができる。
【0075】
また、請求項4記載の発明によれば、スイッチングトランジスタに生ずる発熱を抑制することができる。
【0076】
また、請求項7記載の発明によれば、負荷への電源ラインに断線が生じた際に断線異常が生じていないと誤検出されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例である異常検出装置を備えるシステムの構成図である。
【図2】図1に示すシステムの動作タイムチャートである。
【図3】本発明の第2実施例の異常検出装置を備えるシステムの構成図である。
【図4】本発明の第3実施例の異常検出装置を備えるシステムの構成図である。
【図5】図4に示すシステムの動作タイムチャートである。
【符号の説明】
10 電源端子
12 負荷
14,40 トランジスタ
16,50 ドレイン電圧制御回路
18 監視回路
20 ドレイン端子
22,32 コンパレータ
24 遅延回路
26,34 AND回路
28 駆動回路
30 ゲート端子
52 オペアンプ
VD ドレイン電圧
VG ゲート電圧
Claims (7)
- スイッチングトランジスタにより電源制御される負荷への電源ラインの断線異常を検出する異常検出装置において、
前記スイッチングトランジスタの、前記負荷に接続する負荷側端子に生ずる負荷側電圧を監視する第1の電圧監視手段と、
前記負荷に電源供給がなされるように前記スイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、前記第1の電圧監視手段の監視結果に基づく前記負荷側電圧が基準電圧を下回った或いは上回った後、該負荷側電圧が前記基準電圧に達するように前記スイッチングトランジスタの、駆動信号が入力され得る入力端子に生ずる駆動端子電圧を制御する制御手段と、
前記制御手段により制御される前記駆動端子電圧を監視する第2の電圧監視手段と、
前記負荷に電源供給がなされるように前記スイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、前記第2の電圧監視手段の監視結果に基づいて前記断線異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とする異常検出装置。 - 前記第1の電圧監視手段は、前記負荷側電圧を前記基準電圧と比較し、該比較結果に応じた信号を出力する第1のコンパレータを有することを特徴とする請求項1記載の異常検出装置。
- 前記スイッチングトランジスタは、前記負荷に電源供給がなされるように駆動信号が供給され、かつ、前記第1のコンパレータの出力が前記負荷側電圧が前記基準電圧以上である或いは以下である場合に出力されるハイレベル信号である場合に導通することを特徴とする請求項2記載の異常検出装置。
- 前記制御手段は、前記第1のコンパレータの出力端子に接続し、該第1のコンパレータの出力が前記ハイレベル信号から前記負荷側電圧が前記基準電圧を下回る或いは上回る場合に出力されるローレベル信号へ変化した際に出力をハイレベル信号からローレベル信号へ切り替えると共に、該第1のコンパレータの出力が前記ローレベル信号から前記ハイレベル信号へ変化した際に出力をローレベル信号からハイレベル信号へ切り替え、その後、所定期間だけハイレベル信号に維持する遅延回路を有し、
前記スイッチングトランジスタは、前記負荷に電源供給がなされるように駆動信号が供給され、かつ、前記遅延回路の出力がハイレベル信号である場合に導通することを特徴とする請求項2記載の異常検出装置。 - 前記第1の電圧監視手段は、反転入力端子に前記基準電圧が供給され、非反転入力端子に前記負荷側電圧が供給される演算増幅器を有することを特徴とする請求項1記載の異常検出装置。
- 前記第2の電圧監視手段は、前記制御手段により制御される前記駆動端子電圧を所定電圧と比較する第2のコンパレータを有し、
前記異常検出手段は、前記負荷に電源供給がなされるように前記スイッチングトランジスタへ向けて駆動信号が供給されている状況において、前記第2のコンパレータの出力に応じて異常出力する異常出力回路を有することを特徴とする請求項1記載の異常検出装置。 - ソース−ドレインが前記スイッチングトランジスタのソース−ドレインに並列になるように設けられ、前記負荷に電源供給がなされるように前記駆動信号が供給される場合に導通する分流用トランジスタを備えることを特徴とする請求項1記載の異常検出装置。
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