JP5233760B2 - 負荷駆動装置 - Google Patents
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Description
そして、例えば負荷としてのモータが空転するような状態(すなわち、モータにとって無負荷の状態)になると通電電流が減少して共通接続点の電位Vdが変化するが、負荷の駆動系は健全であるから、駆動トランジスタをオフさせれば電位Vdは直ちに電源電圧若しくはグランド電位に等しくなる。従って、この場合に、負荷断線や短絡を誤検出することを回避できる。
以下、本発明をロウサイド駆動方式の負荷駆動装置に適用した場合の第1実施例について図1及び図2を参照して説明する。図1は、負荷駆動装置の回路構成を示すものである。電源1とグランドとの間には、負荷2とNチャネルMOSFET(駆動トランジスタ)3との直列回路が接続されている。負荷としては、例えば車両の燃料ポンプを構成するポンプモータ(DCモータ)を想定している。また、負荷2に対しては並列に、フリーホイールダイオード30が接続されている。電源1と、FET3のドレインとは、それぞれ抵抗素子4,5を介してオペアンプ6(OP1)の非反転入力端子,反転入力端子に接続されている。
V+=(+B)×R7/(R4+R7) …(1)
よりも高くなるように設定する。
また、FET3のゲートは、NOTゲート18を介して、ANDゲート15,16の入力端子の1つに接続されている。ANDゲート15,16の出力信号は、それぞれハイアクティブの断線検出信号,地絡検出信号となる。以上が、負荷駆動装置19を構成している。
この状態から、負荷断線(負荷2とFET3のドレインとの間の断線)が発生した場合を想定する(図2(b)(1))。尚、図2(b)の「負荷電流」は、FET3を介して流れる電流とする。すると、FET3のドレイン電圧がグランドレベル(<V1)に低下して、第1コンパレータ11の出力信号はハイレベルとなり(図2(d),(e))、監視タイマ13は、上記出力信号の立上がりから一定時間が経過すると、監視信号をハイレベルにする(図2(f))。すると、トランジスタ17がオンしてFET3のゲートはロウレベルとなり、FET3はオフする。
尚、制御回路10がFET3をPWM制御している場合には、トランジスタ17が存在しなくても、フィードバック制御の結果によってFET3はオフされるため、同様に断線検出が行われる。
次に、負荷2のグランド側端子(マイナス線),FET3のドレインが地絡した場合の動作について説明する(図2(b)(4))。この場合も、FET3のドレイン電圧がグランドレベル(<V1)に低下して、第1コンパレータ11の出力信号はハイレベルとなり、監視タイマ13は、一定時間の経過後に監視信号をハイレベルにして、FET3はオフする。
地絡が解消されて正常な状態に回復すると(図2(b)(6))、ドレイン電圧Vdは電源電圧+Bに上昇して、第2コンパレータ12の出力信号はロウレベルとなり(図2(g))、監視タイマ13がリセットされて(図2(f))、FET3の制御が可能な状態に戻る。
次に、燃料タンク中の燃料がなくなり、負荷2であるポンプモータが空転状態となった場合の動作について説明する(図2(b)(7))。燃料ポンプの吸い込み対象がなくなることでポンプモータが空転状態になると、負荷2に流れる電流が減少するため、FET3のドレイン電圧Vdは、定常フルオン電圧,閾値電圧V1を下回り、第1コンパレータ11の出力信号はハイレベルとなる(図2(d),(g))。そして、監視信号がアクティブとなってFET3がオフされると、ドレイン電圧Vdは、電源電圧+Bに上昇するため、第2コンパレータ12の出力信号はロウレベルとなって監視タイマ13はリセットされる。
空転状態が継続する間は、上記の動作を反復する。この場合、監視信号がアクティブとなっている期間は、第1コンパレータ11,12の出力信号は何れもロウレベルとなっているので、ANDゲート15,16の出力信号は何れもハイレベルにならず、「断線検出」,「地絡検出」の何れも行われない。
次に、ノイズの印加によってFET3のドレイン電圧Vdが閾値電圧V1を下回り、第1コンパレータ11が誤検出した場合を説明する。この場合も、上記<モータ空転>と同様に第1コンパレータ11の出力信号はハイレベルとなるが(図2(g)(9))、監視信号がアクティブとなってFET3がオフされると、ドレイン電圧Vdは電源電圧+Bに上昇するため、第2コンパレータ12の出力信号はロウレベルとなって監視タイマ13はリセットされ、「断線検出」,「地絡検出」の何れも行われない。
図3乃至図5は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第2実施例の負荷駆動装置21は、第1実施例の構成に第3コンパレータ22(CP3,第3比較手段)を追加して構成されている。第3コンパレータ22の非反転入力端子に与えられている第3閾値電圧V3は、図4に示すように、第1閾値電圧V1よりも高く、且つ(1)式で表されるオペアンプ6の非反転入力端子の電位V+よりも低くなるように設定されている。
そして、第1コンパレータ11の出力信号は、監視タイマ13のイネーブル端子だけに与えられており、それに替えて、NOTゲート14の入力端子とANDゲート15の入力端子には、第3コンパレータ22の出力信号が与えられている。
<負荷断線検出>
第2実施例の場合、負荷断線が発生すると(図5(b)(1))。第1コンパレータ11は第1実施例と同様に動作して監視タイマ13を起動する。そして、トランジスタ17がオンしてFET3はオフする。この時、FET3のドレイン電圧Vdは、オペアンプ6の非反転入力端子の電位V+に等しくなるため、条件[Vd>V3]が成立する(図5(j)。したがって、監視信号がアクティブとなっている期間に条件[V3<Vd<V2]が成立するので、ANDゲート16の出力信号がハイレベルとなって、第1実施例と同様に「負荷断線」が検出される(図5(h)(2))。
次に、FET3のドレインが地絡した場合に、地絡経路のインピーダンスが比較的高い状態を想定する。ドレイン電圧Vdが地絡によってV1に低下すると(図5(b)(4))、第1実施例と同様に監視タイマが起動し駆動トランジスタをオフする。このとき地絡経路のインピーダンスが比較的高いことによって[Vd>V1]となるが、第1コンパレータ11と別に第3コンパレータ22を設け第3閾値電圧V3を高く設定することで、地絡検出条件[Vd<V3,Vd<V2]が成立し、第2コンパレータ12,第3コンパレータ22の出力信号は何れもハイレベルとなっているので、ANDゲート15の出力信号がハイレベルとなって「地絡」が検出される(図5(i)(5))。尚、<モータ空転>,<ノイズ印加>の場合の動作は、第1実施例と同様である。
したがって、地絡経路のインピーダンスが高い場合でも地絡を検出することができる。すなわち、図4に示すように、地絡状態の検出する電圧範囲を、第1実施例の負荷駆動装置19よりも拡げることができる。また、負荷断線の場合は、FET3がオフされた状態での電位Vdは、オペアンプ6の非反転入力端子の電圧V+に等しくなることで第3閾値電圧V3を上回るので、第1実施例の場合と同様に検出することができる。
図6は本発明の第3実施例を示すものであり、第1実施例と異なる部分について説明する。第3実施例の負荷駆動装置19aは、第1実施例のANDゲート15を2入力のANDゲート15aに置き換えたもので、コンパレータ12の出力端子は、ANDゲート16及び監視タイマ13のみに接続されている。すなわち、地絡が発生した場合、ドレイン電圧Vdが第1閾値電圧V1を下回った状態になれば、より高い電圧に設定されている第2閾値電圧V2も当然に下回っているので、この構成によっても地絡の発生を確実に検出できる。
図7及び図8は本発明の第4実施例を示すものであり、第1実施例と異なる部分について説明する。第3実施例は、本発明をハイサイド駆動方式に適用した場合を示す。負荷2の一端はグランドに接続されており、電源と、負荷2の他端との間には、PチャネルMOSFET(駆動トランジスタ)31が接続されている。電源と、FET31のドレインとの間には、抵抗素子32(プルアップ抵抗素子)が接続されており、負荷2には並列にフリーホイールダイオード33が接続されている。尚、抵抗素子32の抵抗値は、負荷2の抵抗値よりも十分高くなるように設定されており、例えば後者が1Ω程度であれば前者は100kΩ程度にする。
この状態から、負荷断線(負荷2とFET31のドレインとの間の断線)が発生した場合を想定する(図8(b)(1))。すると、FET31のドレイン電圧が電源電圧+B(>V1)に上昇して、第1コンパレータ11及び第3コンパレータ41の出力信号はハイレベルとなり(図8(d),(e),(g))、監視タイマ42は、上記出力信号の立上がりから一定時間が経過すると、監視信号をロウレベルにする(図8(f))。すると、トランジスタ43がオンしてFET31のゲートはハイレベルとなり、FET31はオフする。
次に、負荷2の電源側端子(プラス線),FET31のドレインが電源に短絡する、いわゆる天絡した場合の動作について説明する(図8(b)(4))。この場合も、FET31のドレイン電圧が電源電圧+B(>V1)となるので、第3コンパレータ41の出力信号はハイレベルとなり、監視タイマ42は、一定時間の経過後に監視信号をロウレベルにして、FET31はオフする。
天絡が解消されて正常な状態に回復すると(図8(b)(6))、ドレイン電圧Vdはグランドレベルとなり、第2コンパレータ12の出力信号はロウレベルとなり(図8(h))、監視タイマ42がリセットされて(図8(f))FET31の制御が可能な状態に戻る。
燃料タンク中の燃料がなくなり、負荷2であるポンプモータが空転状態となった場合(図8(b)(7))は負荷2に流れる電流が減少するため、FET31のドレイン電圧Vdは、閾値電圧V1を上回り、第1コンパレータ11の出力信号はハイレベルとなる(図8(d),(g))。そして、監視信号がアクティブとなってFET31がオフされると、ドレイン電圧Vdはグランドレベルになるため、第2コンパレータ12の出力信号はロウレベルとなって監視タイマ42はリセットされる。
次に、ノイズの印加によってFET31のドレイン電圧Vdが閾値電圧V1を上回り、第1コンパレータ11が誤検出した場合を説明する。この場合も、上記<モータ空転>と同様に第1コンパレータ11の出力信号はハイレベルとなるが(図8(g)(9))、監視信号がアクティブとなってFET31がオフされると、ドレイン電圧Vdはグランドレベルとなるため、第2コンパレータ12の出力信号はロウレベルとなって監視タイマ42はリセットされ、「断線検出」,「天絡検出」の何れも行われない。
図9及び図10は本発明の第5実施例を示すものであり、第4実施例と異なる部分について説明する。第5実施例では、抵抗素子32によりFET31のドレインを電源電圧+Bにプルアップしていたが、第5実施例の負荷駆動装置44aでは、電源電圧+Bよりも低い電圧に設定される定電圧Vccにプルアップしている。その他構成は第5実施例と同様である。
図10は図8相当図であるが、回路動作も基本的には第5実施例と同様であり、負荷断線が発生し、ANDゲート16の出力信号がハイレベルとなる期間(2)において、FET31のドレイン電位がVccに等しくなる点のみが異なる。以上のように構成される第5実施例による場合も、第4実施例と同様の効果が得られる。
図11は本発明の第6実施例を示すものであり、第4実施例と異なる部分について説明する。第6実施例の負荷駆動装置45では、フリーホイールダイオード33に替えて、NチャネルMOSFET46(同期整流用トランジスタ)が接続されており、FET46のオンオフ制御は、制御回路34に替わる制御回路47によって行われる。また、FET46のゲートとグランドとの間には、NPNトランジスタ48(短絡保護手段)が接続されており、トランジスタ48のベースはANDゲート15の出力端子に接続されている。
監視タイマ13は、必要に応じて設ければ良い。
駆動トランジスタは、バイポーラトランジスタや、IGBTであっても良い。
トランジスタオフ手段を、MOSFETで構成しても良い。
第4実施例において、負荷2と抵抗素子32との抵抗比は、FET31がオフしている期間に負荷2に通電される電流値の影響を実質的に無視できる範囲であれば、適宜変更して良い。
第6実施例において、トランジスタ48は必要に応じて設ければ良い。
負荷は、車両用の燃料ポンプモータに限ることはなく、直流電流を通電して駆動されるものであれば適用が可能である。
Claims (6)
- 制御信号に基づいて、負荷の両端の電圧を差動増幅回路によりフィードバックして、電源とグランドとの間に負荷と直列に接続される駆動トランジスタを制御し、前記負荷を駆動する負荷駆動装置において、
前記負荷が断線した可能性,若しくは、前記駆動トランジスタの両端が短絡した可能性が生じた場合に、前記駆動トランジスタをオフさせるトランジスタオフ手段と、
このトランジスタオフ手段により前記駆動トランジスタがオフされている期間に、前記負荷と前記駆動トランジスタとの共通接続点の電位を所定の閾値電圧と比較することで、前記負荷の断線を検出する断線検出手段と、前記駆動トランジスタの短絡状態を検出する短絡検出手段とを備え、
前記負荷が、前記駆動トランジスタによりロウサイド駆動される場合、
前記短絡検出手段は、前記共通接続点の地絡状態を検出する地絡検出手段として構成され、
前記共通接続点の電位を、前記駆動トランジスタのフルオン電圧よりも低い電圧に設定される第1閾値電圧と比較する第1比較手段と、
前記共通接続点の電位を、前記差動増幅回路を構成するオペアンプの前記電源側の入力端子電圧よりも高い電圧に設定される第2閾値電圧と比較する第2比較手段とを備え、
前記トランジスタオフ手段は、前記第1比較手段により、前記共通接続点の電位が前記第1閾値電圧を下回ったことが検出されると前記駆動トランジスタをオフさせ、
前記断線検出手段は、前記共通接続点の電位が前記第1閾値電圧を上回っていると共に前記第2閾値電圧を下回っている場合に断線を検出し、
前記地絡検出手段は、前記共通接続点の電位が前記第1閾値電圧を下回っている場合に地絡を検出することを特徴とする負荷駆動装置。 - 制御信号に基づいて、負荷の両端の電圧を差動増幅回路によりフィードバックして、電源とグランドとの間に負荷と直列に接続される駆動トランジスタを制御し、前記負荷を駆動する負荷駆動装置において、
前記負荷が断線した可能性,若しくは、前記駆動トランジスタの両端が短絡した可能性が生じた場合に、前記駆動トランジスタをオフさせるトランジスタオフ手段と、
このトランジスタオフ手段により前記駆動トランジスタがオフされている期間に、前記負荷と前記駆動トランジスタとの共通接続点の電位を所定の閾値電圧と比較することで、前記負荷の断線を検出する断線検出手段と、前記駆動トランジスタの短絡状態を検出する短絡検出手段とを備え、
前記負荷が、前記駆動トランジスタによりロウサイド駆動される場合、
前記短絡検出手段は、前記共通接続点の地絡状態を検出する地絡検出手段として構成され、
前記共通接続点の電位を、前記駆動トランジスタのフルオン電圧よりも低い電圧に設定される第1閾値電圧と比較する第1比較手段と、
前記共通接続点の電位を、前記差動増幅回路を構成するオペアンプの前記電源側の入力端子電圧よりも高い電圧に設定される第2閾値電圧と比較する第2比較手段と、
前記共通接続点の電位を、前記第1閾値電圧よりも高く、前記差動増幅回路を構成するオペアンプの前記電源側の入力端子電圧よりも低い電圧に設定される第3閾値電圧と比較する第3比較手段とを備え、
前記トランジスタオフ手段は、前記第1比較手段により、前記共通接続点の電位が前記第1閾値電圧を下回ったことが検出されると前記駆動トランジスタをオフさせ、
前記断線検出手段は、前記共通接続点の電位が前記第2閾値電圧を下回っていると共に前記第3閾値電圧を上回っている場合に断線を検出し、
前記地絡検出手段は、前記共通接続点の電位が前記第2閾値電圧及び前記第3閾値電圧を何れも下回っている場合に地絡を検出することを特徴とする負荷駆動装置。 - 前記第1比較手段により、前記共通接続点の電位が前記第1閾値電圧を下回ったことが検出されると、その時点から一定時間が経過した後監視信号をアクティブにすると共に、前記第2比較手段により、前記共通接続点の電位が前記第2閾値電圧を下回ったことが検出されると前記監視信号をインアクティブにする監視タイマを備え、
前記トランジスタオフ手段は、前記監視信号がアクティブになっている期間に、前記駆動トランジスタをオフさせることを特徴とする請求項1又は2記載の負荷駆動装置。 - 制御信号に基づいて、負荷の両端の電圧を差動増幅回路によりフィードバックして、電源とグランドとの間に負荷と直列に接続される駆動トランジスタを制御し、前記負荷を駆動する負荷駆動装置において、
前記負荷が断線した可能性,若しくは、前記駆動トランジスタの両端が短絡した可能性が生じた場合に、前記駆動トランジスタをオフさせるトランジスタオフ手段と、
このトランジスタオフ手段により前記駆動トランジスタがオフされている期間に、前記負荷と前記駆動トランジスタとの共通接続点の電位を所定の閾値電圧と比較することで、前記負荷の断線を検出する断線検出手段と、前記駆動トランジスタの短絡状態を検出する短絡検出手段とを備え、
前記負荷が、前記駆動トランジスタによりハイサイド駆動される場合、
前記短絡検出手段は、前記共通接続点の天絡状態を検出する天絡検出手段として構成され、
前記共通接続点を所定電圧にプルアップするために接続されるプルアップ抵抗素子と、
前記駆動トランジスタの端子電圧を検出するための監視用差動増幅回路と、
この監視用差動増幅回路の出力電圧を、ゼロレベルの近傍に設定される監視用閾値電圧と比較する監視用比較手段と、
前記共通接続点の電位を、前記駆動トランジスタがフルオン状態となった場合の前記共通接続点の電圧よりも高い電圧に設定される第1閾値電圧と比較する第1比較手段と、
前記共通接続点の電位を、前記プルアップ抵抗素子及び前記制御用の差動増幅回路の電源側入力端子に接続されている抵抗素子の抵抗値に応じて決まる前記電源電圧の分圧電位よりも低い電圧に設定される第2閾値電圧と比較する第2比較手段とを備え、
前記トランジスタオフ手段は、監視用差動増幅回路の出力電圧が、前記監視用閾値電圧を下回った場合に前記駆動トランジスタをオフさせ、
前記断線検出手段は、前記共通接続点の電位が前記第1閾値電圧を下回っていると共に前記第2閾値電圧を上回っている場合に断線を検出し、
前記天絡検出手段は、前記共通接続点の電位が前記第1閾値電圧を上回っている場合に天絡を検出することを特徴とする負荷駆動装置。 - 前記負荷が誘導性である場合、
前記負荷と並列に接続され、前記駆動用トランジスタがオフされた期間に遅れ電流を通電させるためにオンされる同期整流用トランジスタと、
前記天絡検出手段が天絡を検出した場合に、前記同期整流用トランジスタを強制的にオフさせる短絡保護手段とを備えたことを特徴とする請求項4記載の負荷駆動装置。 - 前記監視用比較手段により、監視用差動増幅回路の出力電圧が、前記監視用閾値電圧を下回ったことが検出されると、その時点から一定時間が経過した後監視信号をアクティブにすると共に、前記第1比較手段により、前記共通接続点の電位が前記第1閾値電圧を上回ったことが検出されると前記監視信号をインアクティブにする監視タイマを備え、
前記トランジスタオフ手段は、前記監視信号がアクティブになっている期間に、前記駆動トランジスタをオフさせることを特徴とする請求項4又は5記載の負荷駆動装置。
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