JP5726353B1 - Ｌｆ送信アンテナの断線診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模の増加を低減し、かつ、データ送信中に断線検出を行うことのできるＬＦ送信アンテナの断線診断装置を得る。【解決手段】Ｈブリッジ回路に接続されたＬＦ送信アンテナを有するＬＦ変調送信部（１０）と、ＬＦ変調送信部に対してデータ信号を出力することでＬＦ送信アンテナを交流駆動させる制御部（１）と、データ信号の出力中にＬＦ送信アンテナの断線の有無を検出する診断部（２０）とを備え、診断部は、データ信号がＨｉからＬｏに切り替わった際にサージ電圧を発生させる負荷断線検出用コイル（２６）と、微分回路（２１）と、微分回路の出力電圧を積分する積分回路（２２）と、積分回路により積分された積分電圧値が、判定閾値を超えたか否かを検出する電圧検出部（２５）とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｈブリッジ回路によりＬＦ（Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）送信アンテナを交流駆動するＬＦ送信機に用いられ、データ送信中にも負荷断線を検出できるＬＦ送信アンテナの断線診断装置に関する。

車両ボディ制御の一例として、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、ＬＦ帯域信号を送信するＬＦ送信アンテナ、ＲＦ帯域信号を受信するＲＦ用無線受信機、ＬＦ受信とＲＦ送信機能をもつ携帯機で構成されるような、スマートキーレスシステム装置が知られている。

ＥＣＵは、ＬＦ送信アンテナを駆動し、応答要求信号を一定の範囲に送信する。電波範囲内にある携帯機は、ＥＣＵからの応答要求信号を受け、ＩＤ情報を含む応答信号を送信する。ＥＣＵは、この応答信号を無線受信装置により受信し、あらかじめＥＣＵに登録されているＩＤと照合し、一致していれば、ドア開錠などの車両ボディ制御を行う。

前述のＥＣＵは、４つのＭＯＳＦＥＴからなるＨブリッジ回路を備えており、ＬＦ送信アンテナを交流駆動する。このＨブリッジ回路は、電源電圧により得られる出力を、ＬＦ送信アンテナに供給する際に、＋方向と−方向に電流を流すことにより、２倍の出力を得ることができる。

このような車両制御において、ＥＣＵとＬＦ送信アンテナとの間で断線が発生すると、上述のスマートキーレス機能が動作しない。よって、ＬＦ送信アンテナが断線状態であることをユーザーに知らせるため、断線検出を行う必要があり、種々の断線検出手法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００８−２２２３３号公報 特開２００８−１３１２４１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
このような断線検出手法として、例えば、特許文献１における断線検出システムでは、Ｈブリッジ回路を構成するトランジスタのいずれか１つにおいて、カレントミラー用のトランジスタ、および電流検出用の抵抗を用いている。しかしながら、複数のＬＦ送信アンテナを有する場合には、Ｈブリッジ回路の個数分だけ、電流検出用のトランジスタ、電流検出用抵抗、電圧判定手段が必要となり、回路規模が大きくなるという課題がある。

さらに、ＬＦ送信アンテナのＬ、Ｃの定数のばらつきにより、望ましい共振状態を得られない場合には、検出タイミングによっては誤判定をしてしまう。このような誤判定の対策として、比較器の閾値Ｖｔｈを下げることが考えられる。しかしながら、閾値を下げた場合には、ノイズによる影響を受けやすくなるため、誤判定という課題は解決できていない。

また、例えば、特許文献２における断線検出システムでは、ＬＦ送信アンテナ出力に抵抗、および充電用のコンデンサを用い、その電圧を判定することにより断線検出を行っている。この断線検出手法では、Ｈブリッジ回路の４つのトランジスタのうち、ＬＦ送信アンテナの片側の２つのトランジスタをＯＦＦ状態とする必要がある。このため、通常のＬＦ信号送信とは異なる、特別な断線検出モードを必要とする。したがって、ＬＦ送信アンテナの通常駆動中（データ送信中）には、断線検出を行うことができないという課題がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、複数のＬＦ送信アンテナを駆動する場合においても回路規模の増加を低減し、かつ、ＬＦ送信アンテナでデータを送信中に断線検出を行うことのできるＬＦ送信アンテナの断線診断装置を得ることを目的とする。

本発明に係るＬＦ送信アンテナの断線診断装置は、Ｈブリッジ回路に接続されたＬＦ送信アンテナを有するＬＦ変調送信部と、ＬＦ変調送信部に対してデータ信号を出力することで、Ｈブリッジ回路からＬＦ送信アンテナに供給される電流方向を切り替え、ＬＦ送信アンテナを交流駆動させる制御部と、データ信号の出力中に、ＬＦ送信アンテナの断線の有無を検出する診断部とを備えたＬＦ送信アンテナの断線診断装置であって、診断部は、一端がプラス電源に接続され、他端がＨブリッジ回路に接続されており、ＬＦ送信アンテナが断線していない状態でのＬＦ送信アンテナの交流駆動中において、データ信号がＨｉ状態からＬｏ状態に切り替わった際にサージ電圧を発生させる負荷断線検出用コイルと、負荷断線検出コイルの直流成分を除去し、コイルで発生するサージ電圧を取り出す微分回路と、微分回路の出力電圧を積分する積分回路と、微分回路と積分回路との間に設けられ、積分回路から微分回路へ電流が逆流しない向きに接続されたダイオードと、データ信号がＨｉ状態からＬｏ状態に切り替わる動作を繰り返すことで、積分回路により積分された積分電圧値が、あらかじめ決められた判定閾値を超えたか否かを検出する電圧検出部とを有し、制御部は、ＬＦ送信アンテナを交流駆動させるためにデータ信号を送信中に、あらかじめ決められた時間が経過したにもかかわらず、電圧検出部によって積分電圧値が判定閾値を超えたことが検出されない場合には、ＬＦ送信アンテナの断線が発生したと判断するものである。

本発明によれば、データ送信時に、データ信号のＨｉ／Ｌｏの繰り返し動作に伴うサージ電圧の積分値をモニタできる構成を備えることにより、複数のＬＦ送信アンテナを駆動する場合においても回路規模の増加を低減し、かつ、ＬＦ送信アンテナでデータを送信中に断線検出を行うことのできるＬＦ送信アンテナの断線診断装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるＬＦ送信アンテナの断線診断装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係るＬＦ送信アンテナの断線診断装置における負荷正常時の各回路の動作波形を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るＬＦ送信アンテナの断線診断装置における負荷異常時の各回路の動作波形を示した図である。 本発明の実施の形態２におけるＬＦ送信アンテナの断線診断装置の構成図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＦ送信アンテナの断線診断装置におけるリセット処理を伴う各回路の動作波形を示した図である。 本発明の実施の形態３におけるＬＦ送信アンテナの断線診断装置の構成図である。

以下、本発明のＬＦ送信アンテナの断線診断装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるＬＦ送信アンテナの断線診断装置の構成図である。本実施の形態１におけるＬＦ送信アンテナの断線診断装置は、ＣＰＵ１（制御部に相当）、ＬＦ変調送信部１０、および診断部２０を備えて構成されている。

ここで、ＬＦ変調送信部１０は、ＡＳＫ変調回路１１、４つのＭＯＳＦＥＴであるＴｒ１〜Ｔｒ４からなるＨブリッジ回路１２、ＬＦ送信アンテナ１３、電流調整抵抗１４、１５、＋側出力端子１６、および−側出力端子１７を含んで構成されている。また、診断部２０は、微分回路２１、積分回路２２、ダイオード２３、電流平滑用コンデンサ２４、電圧検出部２５、および電源＋Ｂに接続された負荷断線検出用コイル２６を含んで構成されている。

図２は、本発明の実施の形態１に係るＬＦ送信アンテナの断線診断装置における負荷正常時の各回路の動作波形を示した図である。そこで、まず始めに、図１の構成および図２の動作波形に基づいて、負荷正常時の動作について説明する。

ＣＰＵ１は、ＡＳＫ変調回路１１にて必要な、例えば１２５ｋＨｚの基準信号およびデータ信号を出力する。ＡＳＫ変調回路１１は、基準信号とデータ信号を乗算し、ＡＳＫ変調する。この結果、図２に示すように、データ信号がＨｉの期間のときのみ、基準信号が出力された、ＡＳＫ信号が得られる。

ＡＳＫ変調回路１１は、ＡＳＫ信号のＨｉ、Ｌｏによって、ＬＦ送信アンテナ１３に流れる電流Ｉ２の方向を、＋方向と−方向とに切り替えてＬＦ送信アンテナ１３を駆動するように、後段のＨブリッジ回路１２へＡＳＫ信号を出力する。

Ｈブリッジ回路１２は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴのＴｒ１、Ｔｒ３と、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのＴｒ２、Ｔｒ４で構成されている。そして、ＡＳＫ信号がＨｉであれば、Ｔｒ１、Ｔｒ４がＯＮし、出力端子１６から出力端子１７の向きに電流Ｉが流れる。一方、ＡＳＫ信号がＬｏであれば、Ｔｒ２、Ｔｒ３がＯＮし、出力端子１７から出力端子１６の向きに電流Ｉが流れる。このようにして、Ｈブリッジ回路１２は、ＡＳＫ信号のＨｉ、Ｌｏによって、ＬＦ送信アンテナ１３を交流駆動する。

より具体的には、Ｈブリッジ回路１２により、ＬＦ送信アンテナ１３へ＋方向、−方向に電流Ｉを流すことにより、図２に示すような、−Ｉ［Ａ］からＩ［Ａ］までの振幅Ｉ×２［Ａ］を有するＬＦ送信アンテナ駆動電流が得られる。すなわち、ＬＦ送信アンテナ１３の片側を接地する通常の駆動方式と比較して、２倍の出力を得ることができる。

また、上述のＬＦ送信アンテナ１３の交流駆動中、すなわち、データ信号がＨｉのとき、負荷断線検出用コイル２６に流れる電流は、図２に示すように、ピーク値がＩ［Ａ］の半波整流波形となる。電流調整抵抗１４、１５は、Ｈブリッジ回路１２の出力端子１６、１７がショートした際の電流を制限し、Ｈブリッジ回路１２の焼損防止、およびアンテナ駆動時の電流Ｉ２を調整する役割を持つ。

一方、データ信号がＬｏとなると、ＡＳＫ信号のＨｉ／Ｌｏに関わらず、Ｈブリッジ回路１２のＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４は、全てＯＦＦとなる。この結果、ＬＦ送信アンテナ１３に流れる電流Ｉ２および負荷断線検出用コイル２６に流れる電流Ｉ１は、０［Ａ］となる。

そして、データ信号がＨｉからＬｏとなったとき、負荷断線検出用コイル２６に流れる電流が０［Ａ］となる。このため、負荷断線検出用コイル２６の電源＋Ｂと接続されていない側に、正のサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、診断部２０内の微分回路２１へ入力され、図２に示すように、直流成分が除去されたサージ波形のみが出力される。

このサージ波形は、後段のダイオード２３を介して次段の積分回路２２に入力され、積分回路２２内のコンデンサに充電される。ここで、ダイオード２３は、微分回路２１から積分回路２２にて充電される向きに接続されており、積分回路２２内のコンデンサから微分回路２１への逆流を防止する機能を有している。

このように、データ信号がＨｉからＬｏになる状態を一定数繰り返すと、積分回路２２の出力電圧は、図２に示すように、階段状に上昇する。この電圧値を電圧検出部２５にて検出し、あらかじめ定めた閾値Ｖｔｈよりも大きくなれば、ＣＰＵ１は、その検出結果に基づいて、ＬＦ送信アンテナ１３が正常である（断線していない）と判断する。

ここで、電圧検出部２５は、例えば、電圧値を読み取るＡ／Ｄや、電圧値をＶｔｈと比較する比較器等を用いてもよい。

次に、ＬＦ送信アンテナ１３で断線が発生している負荷異常時の動作について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係るＬＦ送信アンテナの断線診断装置における負荷異常時の各回路の動作波形を示した図である。ここで、ＣＰＵ１からＡＳＫ変調までの動作は、上述と同じである。

ＬＦ送信アンテナ１３で断線が発生している場合には、＋Ｂ電源からＨブリッジ回路１２の出力端子１６と出力端子１７の間に電流経路が形成されないため、データ信号がＨｉとなった時、ＬＦ送信アンテナ１３に電流が流れることはない。すなわち、負荷断線検出用コイル２６に電流Ｉ１が流れない。このため、データ信号がＬｏとなっても負荷断線検出用コイル２６に正のサージ電圧が発生しない。

よって、積分回路２２の出力は、常に閾値よりも小さい０［Ｖ］となる。従って、データ信号がＨｉからＬｏになる状態を一定数繰り返した場合にも、積分回路２２の出力が閾値Ｖｔｈよりも大きくなることがなく、ＣＰＵ１は、負荷であるＬＦ送信アンテナ１３が断線していると判断できる。

以上のように、実施の形態１によれば、データ送信時に、データ信号のＨｉ／Ｌｏの繰り返し動作に伴うサージ電圧の積分値をモニタすることで、ＬＦ送信アンテナの断線検出を行うことができる。このため、例えば、特許文献２のような断線検出のための特殊なモードを必要としない。さらに、診断部内の積分回路にてサージ電圧を複数回積分することにより、安定した積分電圧値と閾値とを比較して、断線の有無を判定できる。この結果、例えば、特許文献１のような、ノイズによる誤検出をなくし、判定精度を向上させることができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２におけるＬＦ送信アンテナの断線診断装置の構成図である。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図４の構成は、診断部２０内にリセットスイッチ２７をさらに含むとともに、ＬＦ変調送信部１０がｎ個のＬＦ変調送信部１０（１）〜１０（ｎ）として構成されている点が異なっている。

なお、各ＬＦ変調送信部１０（１）〜１０（ｎ）内のＬＦ送信アンテナ１３の断線検出を、駆動中に実行する方法は、先の実施の形態１で述べた通りであるので省略する。そこで、相違点であるリセットスイッチ２７、およびｎ個のＬＦ変調送信部１０（１）〜１０（ｎ）を中心に、以下に説明する。

例えば、携帯機の位置を判定するために、複数の異なる位置に設置されたＬＦ送信アンテナ１３を、図４に示すように、ｎ個のＬＦ変調送信部１０（１）〜１０（ｎ）を用いて、１つずつ駆動することがある。

そこで、本実施の形態２におけるＬＦ送信アンテナの断線診断装置は、ＬＦ送信アンテナ１３の駆動を、あるＬＦ変調送信部内のＬＦ送信アンテナ１３から次のＬＦ変調送信部内のＬＦ送信アンテナ１３に切り替えるとき、ＣＰＵ１からのリセット信号を出力することにより、リセットスイッチ２７を所定の時間ＯＮさせ、積分回路２２の電圧値を初期化する機能を有している。

図５は、本発明の実施の形態２に係るＬＦ送信アンテナの断線診断装置におけるリセット処理を伴う各回路の動作波形を示した図である。図５に示したように、ＬＦ送信アンテナ１３の切り替えに伴ってリセット信号を出力するリセット処理を行うことにより、積分回路２２へのサージ電圧の充電を０［Ｖ］から始めることが可能となる。この結果、切り替え前の前段のＬＦ送信アンテナ１３の駆動による積分電圧値の影響を受けることなく、現在、データ送信中のＬＦ送信アンテナ１３の断線検出を高精度に行うことができる。

以上のように、実施の形態２によれば、複数のＬＦ送信アンテナを１つずつ駆動する場合において、ｎ個のＬＦ送変調送信部に対し、電源および診断部２０を共有化して１つ使用するだけで、複数のＬＦ送信アンテナのそれぞれの断線検出を行うことが可能となる。

例えば、特許文献１の手法では、個別の出力回路ごとに診断部をＬＦ送信アンテナの数だけ必要とする。これに対して、本実施の形態２によれば、リセット機能を備えた診断部２０を１つ設けるだけで、全てのＬＦ送信アンテナの断線診断を行うことができる。この結果、回路規模の増加によるコストの増加を抑えることができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３におけるＬＦ送信アンテナの断線診断装置の構成図である。先の実施の形態２における図４の構成と比較すると、本実施の形態３における図６の構成は、診断部２０内に積分回路２２の出力に接続された電圧制限回路２８をさらに含んでいる点が異なっている。

なお、各ＬＦ変調送信部１０（１）〜１０（ｎ）内のＬＦ送信アンテナ１３の断線検出を、駆動中に実行する方法は、先の実施の形態１、２で述べた通りであるので省略する。そこで、相違点である電圧制限回路２８を中心に、以下に説明する。

積分回路２２の出力電圧は、ＬＦ送信アンテナ１３の駆動中において、常に充電される。このため、電圧が過大となり、電圧検出部２５を破壊するおそれがある。そこで、本実施の形態３では、このような問題を解消するために、電圧制限回路２８が設けられている。

電圧制限回路２８は、例えば、電源とダイオードで構成されるような回路であり、ダイオードは、積分回路２２から電源へ、充電可能な向きに接続されている。これにより、積分回路２２の出力が電源電圧＋Ｖｆ（順方向電圧）以上になると、ダイオードを介して電源へ電流が流れ、積分回路２２の出力電圧は、電源電圧＋Ｖｆ［Ｖ］に制限される。この結果、積分回路２２の出力電圧が過大になることを防止することができる。

以上のように、実施の形態３によれば、診断部内に電圧制限回路を備えることにより、積分回路の出力を一定の値に制限することができる。この結果、電圧検出部に用いる素子、ＩＣの破壊を防ぐことが可能となる。

なお、本実施の形態３における図６に示した電圧制限回路２８は、先の実施の形態１における図１の構成に対しても適用可能である。

１ ＣＰＵ（制御部）、１０、１０（１）〜１０（ｎ） ＬＦ変調送信部、１１ ＡＳＫ変調回路、１２ Ｈブリッジ回路、１３ ＬＦ送信アンテナ、１４、１５ 電流調整抵抗、１６ ＋側出力端子、１７ −側出力端子、２０ 診断部、２１ 微分回路、２２ 積分回路、２３ ダイオード、２４ 電流平滑用コンデンサ、２５ 電圧検出手段、２６ 負荷断線検出用コイル、２７ スイッチ、２８ 電圧制限回路、Ｔｒ１〜Ｔｒ４ ＭＯＳＦＥＴ、Ｉ１ 電流、Ｉ２ ＬＦ送信アンテナ駆動電流。

Claims (3)

1. Ｈブリッジ回路に接続されたＬＦ送信アンテナを有するＬＦ変調送信部と、
   前記ＬＦ変調送信部に対してデータ信号を出力することで、前記Ｈブリッジ回路から前記ＬＦ送信アンテナに供給される電流方向を切り替え、前記ＬＦ送信アンテナを交流駆動させる制御部と、
   前記データ信号の出力中に、前記ＬＦ送信アンテナの断線の有無を検出する診断部と
   を備えたＬＦ送信アンテナの断線診断装置であって、
   前記診断部は、
   一端がプラス電源に接続され、他端が前記Ｈブリッジ回路に接続されており、前記ＬＦ送信アンテナが断線していない状態での前記ＬＦ送信アンテナの交流駆動中において、前記データ信号がＨｉ状態からＬｏ状態に切り替わった際にサージ電圧を発生させる負荷断線検出用コイルと、
   前記負荷断線検出コイルの直流成分を除去し、前記コイルで発生するサージ電圧を取り出す微分回路と、
   前記微分回路の出力電圧を積分する積分回路と、
   前記微分回路と前記積分回路との間に設けられ、前記積分回路から微分回路へ電流が逆流しない向きに接続されたダイオードと、
   前記データ信号がＨｉ状態からＬｏ状態に切り替わる動作を繰り返すことで、前記積分回路により積分された積分電圧値が、あらかじめ決められた判定閾値を超えたか否かを検出する電圧検出部と
   を有し、
   前記制御部は、前記ＬＦ送信アンテナを交流駆動させるために前記データ信号を送信中に、あらかじめ決められた時間が経過したにもかかわらず、前記電圧検出部によって前記積分電圧値が判定閾値を超えたことが検出されない場合には、前記ＬＦ送信アンテナの断線が発生したと判断する
   ＬＦ送信アンテナの断線診断装置。
2. 請求項１に記載のＬＦ送信アンテナの断線診断装置において、
   前記ＬＦ変調送信部は、前記Ｈブリッジ回路に接続された前記ＬＦ送信アンテナを複数個有する複数のＬＦ変調送信部として構成されており、
   前記診断部は、前記積分回路により積分された前記積分電圧値を外部からのリセット信号に基づいてリセットするリセットスイッチをさらに有し、
   前記診断部内の前記負荷断線検出用コイルの他端は、前記複数のＬＦ変調送信部内のそれぞれのＨブリッジ回路に接続されており、
   前記制御部は、前記複数のＬＦ変調送信部を順次駆動する際に、前回のＬＦ変調送信部から今回のＬＦ変調送信部への切り替えに伴って、前記リセット信号を出力することで、前記前回のＬＦ変調送信部による交流駆動に伴って前記積分回路により積分された前記積分電圧値をリセットする
   ＬＦ送信アンテナの断線診断装置。
3. 請求項１または２に記載のＬＦ送信アンテナの断線診断装置において、
   前記積分回路から出力される前記積分電圧値の上限をあらかじめ決められた上限値に制限する電圧制限回路
   をさらに有するＬＦ送信アンテナの断線診断装置。

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