JP6343132B2 - 電流制御回路、及び、電子制御装置 - Google Patents
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Description
<1−1.概要>
図1は、本実施の形態に係る電流制御回路を備えたインピーダンス測定システム1の概略構成を示す。インピーダンス測定システム1は、内燃機関(図示せず)を備えた自動車等に備えられ、かかる内燃機関に備えられた空燃比センサ2のインピーダンスを測定するシステムである。なお、空燃比を検出するためには、空燃比センサに用いられる素子(ジルコニア素子)を活性状態に維持する必要がある。この活性状態は、素子温度を一定値、例えば700°Cに保つことにより維持される。また、素子温度と素子インピーダンスとは一定の相関関係を有する。このため、素子温度を一定値に保つよう制御するために、インピーダンス測定システム1により空燃比センサ2のインピーダンスを測定する必要がある。インピーダンス測定システム1は、空燃比センサ2、加熱器3、及び電子制御装置4を備える。
次に、本実施の形態に係る電流制御回路5について説明する。図3は、電流制御回路5の回路構成を示す。電流制御回路5は、定電流回路6、抵抗部7、カレントミラー回路8、及び切替部9を備える。また、電流制御回路5aは、電流制御回路5aの外部に設置された抵抗部7と接続される。
次に、電流制御回路5の動作について、タイムチャートを用いて説明する。図4は、切替トランジスタTr91及びTr92の動作を示し、また、ソース電流I1、シンク電流I2、及びカレントミラー回路8の入力電流Irefの変化を示すタイムチャートである。なお、各電流の値は、入力電流Irefを基準に示す。また、ソース電流I1及びシンク電流I2は、接続端子Tmにおける通電量を示し、入力電流Irefは接続点Aにおける通電量を示す。
次に、ECU4が加熱器3を制御する処理手順について、図5を参照して説明する。図5は、ECU4に備わるマイクロコンピュータMCが行う処理手順を示すフローチャートである。マイクロコンピュータMCは、ソース電流I1及びシンク電流I2のいずれかが通電された負荷のインピーダンスを測定し、測定した負荷のインピーダンスに基づき、負荷を加熱する加熱器3を制御する。本処理は、例えば128[msec]毎に繰り返し実行される。
Vr7は、電気抵抗R71に入力電流Irefが通電された場合に生じる電圧値である。マイクロコンピュータMCは、図3において図示しない配線により接続点Bの電圧値を取得する。この際、図4における時刻t0のR7に生じる電圧値と、Irefが一定量に通電された時刻(時刻t1の60[μsec]後程度)の電気抵抗R71に生じる電圧値との差分を算出し、Vr7の値を取得すればよい。なお、時刻t0から時刻t1までは、40[μsec]程度である。また、電気抵抗R71は抵抗部R7の抵抗値である。電気抵抗R71の抵抗値は、設計時に予め記憶しておけばよい。マイクロコンピュータMCは、入力電流Irefの値を取得することで、空燃比センサ2に通電されるソース電流I1を代替的に取得できる。接続端子Tmを流れるソース電流I1と、抵抗部7を流れる入力電流Irefとを略一致させるカレントミラー回路の作用によるためである。
空燃比センサ2のインピーダンスを測定すると、測定したインピーダンスの値が所定値より高いか否か判断する(ステップS19)。所定値は、例えば30[Ω]である。空燃比センサ2のインピーダンスが30[Ω]程度の場合は、空燃比センサ2が700[°C]程度と考えられ、センサ活性化の分岐点となり得るからである。
次に、第2の実施の形態の電流制御回路について説明する。前述の第1の実施の形態では、定電流回路6のバッテリBATT側にカレントミラー回路が接続され、グランド側に抵抗部が接続されていた。これに対し、第2の実施の形態は、定電流回路6のバッテリBATT側に抵抗部が接続され、グランド側にカレントミラー回路が接続される。このような構成の電流制御回路であっても、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。したがって、電子制御装置のバッテリBATT端子やマイクロコンピュータ等の配置に応じて、第1の実施の形態又は第2の実施の形態の電流制御回路のうち、最適な回路構成を選択することができる。第2の実施の形態は、第1の実施の形態と同様の構成及び処理を含むため、以下、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
このように、第2の実施の形態においても、マイクロコンピュータMCが切替トランジスタTr91a及びTr92aのオン及びオフ制御を行うことにより、接続線L1a及び接続線L2aの一方を電気的に閉じ、他方を電気的に開くことができる。これにより、空燃比センサ2から接続端子Tmを介して電流制御回路5へ通電される(吸い込む)シンク電流I2と、接続端子Tmを介して空燃比センサ2へ通電される(吐き出す)ソース電流I1とを、定電流回路6aにより一定に維持しつつ制御することができる。
次に、第3の実施の形態について説明する。前述の第1の実施の形態では、抵抗部7は単一の電気抵抗R71を備えた。これに対し、第3の実施の形態は、抵抗部は抵抗値の異なる複数の電気抵抗を備える。入力電流Iref及びシンク電流I2を抵抗値の異なるいずれかの電気抵抗に通電することにより、入力電流Iref及びシンク電流I2の電流値を抵抗値に応じて様々に変化させることができる。抵抗部7に流れる入力電流Iref及びシンク電流I2は、抵抗部7とオペアンプ61の非反転入力端子に入力されるVBinにより定まるためである。
次に、第4の実施の形態について説明する。前述の第1の実施の形態では、切替部9の切替トランジスタTr91及びTr92を制御することにより、接続線L1及びL2の短絡と開放を行った。この場合、切替部9の制御により接続線L1及びL2のいずれかを開放させても、オフ制御されたトランジスタを介して開放させた接続線に微小な電流が通電され、電流値の測定において精度の低下を招く恐れがあった。
次に、第5の実施の形態について説明する。前述の第2の実施の形態では、切替部9aの切替トランジスタTr91a及びTr92aを制御することにより、接続線L1a及びL2aの短絡と開放を行った。この場合、切替部9aの制御により接続線L1a及びL2aのいずれかを開放させても、オフ制御されたトランジスタを介して開放させた接続線に微小な電流が通電され、電流値の測定において精度の低下を招く恐れがあった。
次に、第6の実施の形態について説明する。前述の第3の実施の形態では、切替部9の切替トランジスタTr91及びTr92を制御することにより、接続線L1及びL2の短絡と開放を行った。この場合、切替部9の制御により接続線L1及びL2のいずれかを開放させても、オフ制御されたトランジスタを介して開放させた接続線に微小な電流が通電され、電流値の測定において精度の低下を招く恐れがあった。
切替部12eは、NPN型の切替トランジスタTr121e及びTr122eを備える。
なお、切替部12eは、第4の実施の形態で説明した切替部12cと同様の動作を行うので、詳細な説明は省略する。
次に、第7の実施の形態について説明する。前述の第1の実施の形態では、ソース電流I1を検出を、入力電流Irefを検出することで行っていた。すなわち、マイクロコンピュータMCは、電気抵抗R71に入力電流Irefが通電された場合に生じる電圧値Vr7と、電気抵抗R71の値とから入力電流Irefを検出した。そして、空燃比センサ2のインピーダンスRiの測定する際、入力電流Irefがソース電流I1と略同一として入力電流Irefを利用していた。これに対し、第7の実施の形態に係る電流制御回路5fは、空燃比センサ2のマイナス側に電流検知抵抗を設け、空燃比センサ2に通電されるソース電流I1を検出する。これにより、カレントミラー回路8の電流制御機能のバラツキに影響されず、ソース電流I1を精度よく検出し、精度の高いインピーダンスRiの検出を可能とする。
Ri=VRi/I1 ・・・・・(4)
以上のように、第7の実施の形態は、空燃比センサ2のマイナス側に電流検出用抵抗Rmonを設けたため、ソース電流I1と略同一のIrefでなく、空燃比センサ2に通電されるソース電流I1の値を利用して空燃比センサ2のインピーダンスRiを測定する。これにより、カレントミラー回路8の電流制御機能のバラツキに影響されず、ソース電流I1を精度よく検出することができる。したがって、ソース電流I1に基づく精度の高いインピーダンスRiの測定が可能となる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。様々な変形が可能である。以下、このような変形例について説明する。上記実施の形態及び以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜組み合わせ可能である。
2 空燃比センサ
3 加熱器
4 電子制御装置
5 電流制御回路
6 定電流回路
7 抵抗部
8 カレントミラー回路
9 切替部
Claims (4)
- 接続端子に吐き出すソース電流と前記接続端子から吸い込むシンク電流とを制御する電流制御回路であって、
入力端と出力端を備え、前記出力端が前記接続端子に接続され、前記接続端子に流れる電流を、前記入力端に流れる電流と略一致させるカレントミラー回路と、
オペアンプと、
前記オペアンプの出力に接続された第1および第2のバッファと、
前記第1のバッファの出力により制御され、前記カレントミラー回路の前記入力端に流れる電流を制御する第1の電流制御素子と、
前記第2のバッファの出力により制御され、前記接続端子に流れる電流を制御する第2の電流制御素子と、
一端が前記オペアンプの反転入力に接続され、前記第1および第2の電流制御素子に流れる電流が流れる抵抗部と、
前記第1および第2のバッファの出力と、電源のグランド側または電源の高電位側との間に設けられ、前記第1および第2の電流制御素子の一方を導通させ、他方を遮断する第1切替手段と、
を備えることを特徴とする電流制御回路。 - 請求項1に記載の電流制御回路において、
前記抵抗部は抵抗値の異なる複数の抵抗を含み、
前記オペアンプの反転入力と、前記複数の抵抗の一端のいずれかとを切替えて接続する第2切替手段、
をさらに備えることを特徴とする電流制御回路。 - 請求項1または2のいずれかに記載の電流制御回路と、
前記ソース電流及び前記シンク電流のいずれかが通電された負荷のインピーダンスを測定する測定手段と、
前記負荷のインピーダンスに基づき、前記負荷を加熱する加熱器を制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項3に記載の電子制御装置において、
前記負荷は、空燃比センサであることを特徴とする電子制御装置。
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