JP5084893B2 - 電子制御装置 - Google Patents
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Description
このように機械接点を用いず、半導体スイッチ素子によって負荷の通電制御を行う方法は、「接点の耐久性が飛躍的に向上する」あるいは「接点固着時のフェールセーフが容易」等の利点があり、この動きは今後さらに加速していくものと考えられる。
このような半導体リレー装置としては、例えば特許文献1(特開2001−95138号公報)あるいは図4に示されるような形態のものがある。
図4において、2は駆動信号(駆動指令信号)の入力端子、3は入力回路、4はマイクロコンピュータ、5は駆動回路、6はMOS−FET(半導体スイッチ)、7はパワー側電源入力端子、8は負荷端子、9はバッテリ、10はソレノイド(負荷)、11は制御側電源入力端子、12はグランド接地端子、16は電源回路、104は電子制御装置(ECU)である。
即ち、MOS−FET6をオンとすれば、バッテリ9から負荷10に電流が流れて通電状態となり、MOS−FET6をオフとすれば、バッテリ9から負荷10に電流は流れず非通電状態となる。
さらに、ソレノイド(負荷)10への通電状態を確認するための電圧検出回路(電圧検出手段)22を設けており、負荷端子8の電位をレジスタ23、24にて分圧してマイクロコンピュータ4に入力し、分圧された負荷端子8の電位をモニタすることによって、フェール検出(異常検出)等を実施する。
しかし、グランド接地端子12のグランド接地はずれが発生した場合には、電子制御装置のグランド電位が浮いてしまい、「半導体スイッチ素子の誤通電」等の誤動作に至る場合があるという問題がある。
図5は、図4に示した電子制御装置(ECU)104において、グランド接地端子12の「グランド接地はずれ」が発生した場合の電子制御装置(ECU)104の内部のグランド電位26を説明するための概念図である。
また、電子制御装置(ECU)104に電圧検出回路22などの「外部の接地端子へ接続される経路」が設けられていない場合には、グランド接地端子12の「グランド接地はずれ」が発生すると電子制御装置(ECU)104はグランドに対してオープン(即ち、グランドが浮いた状態)となり、内部グランド電位はバッテリ電圧付近まで上昇する。
グランド浮きに起因するMOS−FET6のゲート電位の上昇によりMOS−FET6のゲート・ソース間の電位差がMOS−FET6のオン電圧に達した場合、意図せずMOS−FET6がオンし、ソレノイド10に通電してしまう事象が発生する。
このようなグランド浮きによる誤通電の場合、本来意図しないタイミングで負荷に通電してしまうことによる危険性があるのみならず、MOS−FET6のゲート-ソース間電位差が十分でない状態でオンしてしまう(即ち、ハーフオンの状態)ことにより、MOS−FET6が過熱破壊する危険性がある。
前記駆動制御手段は、前記グランド接地はずれ検出手段が前記グランド接地用端子のグランド接地はずれを検出すると、前記負荷への通電を禁止するものである。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による電子制御装置の構成を示す図である。
図1に示す電子制御装置(ECU)101は、バッテリ9より制御側電源入力端子11を介してバッテリ電圧が電源回路16に印加され、電子制御装置(ECU)101は電源回路16にて生成される電源電圧にて動作する。
また、バッテリ9は、ECU101のパワー側電源入力端子7にも接続される。
パワー側電源入力端子7は、半導体スイッチ素子であるMOS−FET6を介して負荷端子8に接続され、負荷端子8はソレノイド10に接続される。ソレノイド10のもう一方の端子は接地されている。
ECU101は、さらに、駆動信号(駆動指令)が入力される入力端子2が設けられ、入力端子2は入力回路3を介してマイクロコンピュータ4に接続される。
マイクロコンピュータ4には、ハイサイドスイッチング時のMOS−FET6のゲート電圧を確保するための昇圧回路を備えた駆動回路5が接続され、さらに駆動回路5はMOS−FET6に接続される。
これに対し、負荷に対して下流のグランド側(ローサイド)にスイッチング素子を配置されている形態をローサイドスイッチングと言う。
ECU101は、入力端子2から受け取った駆動信号をマイクロコンピュータ4にて処理(例えば、駆動信号を受け取った時点でのフェールの有無などを判断し、MOS−FET6駆動の可否判断の実施)し、駆動回路5を介して半導体スイッチたるMOS−FET6をスイッチングする。
MOS−FET6がオンの場合は、パワー側電源入力端子7、MOS−FET6、負荷端子8を経由してバッテリ9からソレノイド10に電力が供給され、前記ソレノイド10が駆動される。
また、前記MOS−FET6がオフの場合は、前記ソレノイド10は駆動されない。
即ち、レジスタ13、ダイオード14、ソレノイド10のインピーダンスが十分に小さければ、グランド浮きをMOS−FET6のオン電圧以下に抑えることができ、グランド浮きによる誤駆動を防止することができる。さらに、電源電圧とECU101の内部グランド電位の電位差がマイクロコンピュータ4のリセット電圧より大きければマイクロコンピュータ4の動作を継続することができる。
この電位差を、直接に、あるいは増幅回路15などを経由してマイクロコンピュータ4にてモニタすることによって、グランド接地はずれを検出する。
グランド接地はずれの検出後は、入力端子2に駆動信号が入力されてもMOS−FET6の駆動を実施しない。
また、故障信号出力手段(図示なし)等により、他のECUや運転者に故障を知らせるといったフェールセーフが可能となる。
なお、ダイオード14は、正常動作時にMOS−FET6をオンさせた場合にソレノイド10に供給すべき電流の一部がレジスタ13に流れてしまうことを防止するためのものである。
グランド接地端子12が断線時のECU101内部のグランド電位は、グランド接地端子12がオープンとなることにより、バッテリ9の電圧値に近い電位となる。
従って、電源電圧とECU101内部のグランド電位との電位差は小さくなり、電源回路16の供給電圧がマイクロコンピュータ4の最低動作保証電圧に近づくと、電源回路16またはマイクロコンピュータ4に内蔵される保護機能によって低電圧リセット状態となる。
さらに、ソレノイド10の駆動中はMOS−FET6のソース電位もほぼ電源電圧に等しくなっている状態となり、MOS−FET6のゲート-ソース間の電位差がオン電圧を下回ることで、MOS−FET6の動作も停止するため、負荷端子8の電位は下がり、これに従いECU101内部のグランド電位も低下する。
そこで、マイクロコンピュータ4の再起動時に、MOS−FET6の駆動制御を実施する前に、レジスタ13の両端に発生する電位差をモニタし、グランド接地はずれの有無をチェックする動作を実行すれば、グランド接地端子12のグランド接地はずれを検出することができる。
従って、グランド接地端子12のグランド接地はずれが発生した状態において再びMOS−FET6に通電してしまう状態を防止することが可能となる。
また、本実施の形態においては、負荷駆動用のMOS−FET6を一つのみ用いた構成にて例示しているが、たとえばMOS−FETを複数個直列接続することにより、一つのMOS−FETがショート破壊した場合に前記ソレノイド10が連続通電してしまう事象を防止できるような構成としてもよい。
また、本実施の形態では省略しているが、負荷駆動用MOS−FET、電源入力端子、負荷端子および負荷の状態をモニタするための電圧検出手段(電圧検出回路)あるいは電流検出手段(電流検出回路)等を設けてもよい。
前記駆動制御手段は、前記グランド接地はずれ検出手段が前記グランド接地用端子12のグランド接地はずれを検出すると、前記負荷20への通電を禁止する。
また、駆動制御手段は、MOS−FET6をオン/オフ駆動する駆動回路5と、入力回路3を介して入力される駆動信号に基づいて駆動回路5を制御する機能を有したマイクロコンピュータ4で構成されている。
従って、グランド接地はずれ検出手段の検出結果に基づいて、グランド接地端子12の「グランド電位浮き」による負荷10への誤通電をはじめとした異常状態が継続することを防止することが可能となり、安全性の高い「半導体スイッチ素子を用いた電子制御装置」を実現できる。
前述した実施の形態1では、マイクロコンピュータを用いて本発明を実施した例を示したが、マイクロコンピュータを用いず、入力信号を直接あるいは何らかのインターフェース回路およびロジック回路等を経由してハードウェア的にMOS−FETを駆動してもよい。
図2は、実施の形態2による電子制御装置の構成を示す図である。
マイクロコンピュータを用いない場合は、例えば、図2のような回路構成をとることで、マイクロコンピュータを用いた場合と同様に、グランド接地はずれ時の負荷への通電を防止できる。
ECU102では、グランド接地端子12のグランド接地はずれが発生すると、実施の形態1と同様に、レジスタ13の両端に電位差が発生する。これを増幅回路15で増幅して比較器17に入力している。
比較器17においては、グランド接地端子12のグランド接地はずれが発生した際にレジスタ13の両端に発生する電位差にあわせて比較電位を設定している。
なお、グランド接地端子12の「グランド接地はずれ」がなければ比較器17はLowを出力する。
さらに、入力端子2の入力(即ち、駆動信号)がLowの場合にMOS−FET6の駆動、Highの場合にMOS−FET6の駆動を停止とすると、駆動信号と比較器17の出力をNORゲート18を介して駆動回路5に接続することで、駆動信号がLowで、かつグランド接地端子12のグランド接地はずれが発生していない状態(即ち、グランド接地端子12のグランド接地はずれが発生していないときに、駆動指令が行われた場合)のみ、MOS−FET6を駆動でき、グランド接地端子12のグランド接地はずれ発生時に負荷への誤通電することを防止することができる。
従って、本実施の形態によれば、マイクロコンピュータを用いることなく、グランド接地用端子のグランド接地はずれを検出できる。
図3は、本発明の実施の形態3による電子制御装置の構成を示す図である。
図3に示すECU103では、一方が負荷スイッチング用(負荷駆動用)のMOS−FET6のソースに、もう一方がECU103の内部グランドに接続されたダイオード19を設ける。
さらに、ECU103には、グランド接地はずれ検出用MOS−FET20、レジスタ21および電圧検出回路22にて構成されるグランド接地はずれ検出回路を設ける。
本グランド接地はずれ検出回路は、ECU103の動作中、たとえば数秒おきに数ミリ秒間で定期的にMOS−FET20をオンし、このときの負荷端子8の電圧を、電圧検出回路22を介してマイクロコンピュータ4でモニタすることにより、定期的にECU103のグランド接地はずれ検出を実施するものである。
なお、本グランド接地はずれ検出回路において、レジスタ21はグランド接地はずれ検出回路に流れる電流を制限する用途で設けており、これによりMOS−FET20はMOS−FET6と比較して電流定格の小さいものを使用することが可能となる。
即ち、ソレノイド10を駆動しない場合において、ダイオード19、ソレノイド10のインピーダンスが十分に小さければ、グランド浮きをMOS−FET6のオン電圧以下に抑えることができ、グランド浮きによるMOS−FET6の誤駆動を防止することができる。
なお、グランド接地端子12のグランド接地はずれが発生した状態においては、ECU103の内部グランドの電位は、負荷端子8の電位と比較して、ダイオードの持つ順方向電圧の分だけ電位が上昇した状態となる。
前述のとおり、グランド接地端子12のグランド接地はずれが発生した状態においては、ECU103の内部グランド電位は負荷端子8の電位と比較し、ダイオード19の持つ順方向電圧の分だけ電位が上昇した状態となる。
このとき、MOS−FET20の通電動作を実施すると、負荷端子8にはレジスタ21とソレノイド10の分圧比に従った電圧が発生する。
しかし、グランド接地端子12のグランド接地はずれ発生時はECU103の内部グランド電位は、負荷端子8の電位と比較して、ダイオード19の持つ順方向電圧の分だけ電位が上昇した状態となるので、電圧検出回路22にて認識される電圧値は常にダイオード19の順方向電圧分のみとなる。
なお、本実施例においては、グランド接地はずれ検出用のMOS−FET20を負荷駆動用のMOS−FET6と別に設けたが、負荷駆動用MOS−FET6をグランド接地はずれ検出用途と共用し、MOS−FET20を設けない回路としても差し支えない。
また、本実施の形態による電子制御装置は、前記第2の半導体スイッチ素子20と前記電源入力端子7の間に電流制限用のレジスタ21を設けた。
4 マイクロコンピュータ 5 駆動回路
6 MOS−FET(負荷駆動用) 7 パワー側電源入力端子
8 負荷端子 9 バッテリ
10 ソレノイド 11 制御側電源入力端子
12 グランド接地端子 13 レジスタ
14 ダイオード 15 増幅回路
16 電源回路 17 比較器
18 NORゲート 19 ダイオード
20 MOS−FET(グランド接地はずれ検出用)
21 レジスタ 22 電圧検出回路
23 レジスタ 24 レジスタ
25 合成インピーダンス 26 内部グランド電位
101、102、103 電子制御装置(ECU)
Claims (2)
- バッテリの電源電圧が入力される電源入力端子と負荷が接続された負荷端子との間に接続された第1の半導体スイッチ素子と、前記第1の半導体スイッチ素子が搭載された前記電子制御装置をグランド接地するためのグランド接地用端子と、駆動指令に基づいて前記第1の半導体スイッチ素子の通電・非通電を駆動制御する駆動制御手段と、前記第1の半導体スイッチ素子と並列に接続された第2の半導体スイッチ素子を有し、前記第2の半導体スイッチ素子を定期的にオン/オフさせたときに、前記負荷端子に発生する電圧値をモニタすることにより、前記グランド接地用端子のグランド接地はずれを検出するグランド接地はずれ検出手段とを備え、
前記駆動制御手段は、前記グランド接地はずれ検出手段が前記グランド接地用端子のグランド接地はずれを検出すると、前記負荷への通電を禁止することを特徴とする電子制御装置。 - 前記第2の半導体スイッチ素子と前記電源入力端子の間に電流制限用のレジスタを設けたことを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
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