JP6446317B2 - 車載制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御装置に関し、特に車載機器を制御するための車載電子制御装置に関する。

従来から、車載電子制御装置の電源回路では、バッテリの瞬低やマイナスサージ発生時に、電荷引き抜きに起因する車載制御装置の停止を防止するためダイオードを用いて、電源回路を保護していた。しかし、ダイオードを用いた保護回路では、通常動作時に、順方向損失が発生してしまう。特許文献1には、P-MOSFETを用いた電源部保護回路が提案されている。この回路構成によれば、通常動作時にはP-MOSFETをONすることで、損失を低減可能である。また、マイナスサージ発生時には、P-MOSFETをOFFさせることで、電荷引き抜きに起因する車載制御装置の停止を防止できる。

特開２０１３−６６３２１号公報

従来のダイオードを用いた回路構成では、順方向損失が発生する。近年、車載制御装置で駆動するアクチュエータ数の増加要求および、車載制御装置に実装するマイコンの高度化に起因して、車載制御装置の消費電流が増加傾向にある。その結果、保護素子となるダイオードの放熱対策として、サイズの大きいダイオードを採用することや、放熱材を用いることが挙げられるが、これらの対策は、車載制御装置のコストアップにつながる。

また、特許文献1のような回路構成では、マイナスサージが発生してから、P-MOSFETをOFFする場合に、N-MOSFETを用いているが、N-MOSFETがOFFする閾値電圧に達するまでに電源回路への入力電圧安定用コンデンサの電荷引き抜きが発生するため、車載制御装置が正常な動作を継続できない可能性がある。

本発明の車載制御装置は、直流電源から、電子制御装置内部の電源を生成する電力供給経路に設けられ、直流電源にドレイン側、電源IC側にソース側が接続されたP-MOSFETと、直流電源と電源ICとの電圧を比較する比較器と、を備える。

また、本発明の車載制御装置は、内部回路への供給電圧を生成する電源回路と、前記電源回路とバッテリ端子との間に一端が接続されたコンデンサと、前記一端と前記バッテリ端子との間に直列に接続されたインダクタと、前記インダクタと前記バッテリ端子との間に接続されたスイッチ素子と、前記インダクタの上流と下流との電位差に基づいて前記スイッチ素子の制御用端子を制御するスイッチ素子駆動回路と、を備える。

本発明によれば、直流電源の電圧低下異常が発生した場合に、電荷引き抜きを抑えることができ、ひいては電子制御装置の動作を安定化可能となる。

従来の回路構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による電子制御装置としてのＥＣＵの概略構成例を示すブロック図である。 図２で示した概略構成例に対し、コンパレータを用いて異常電圧を検出する回路構成を示す。 図３で示した回路構成において、サージ保護素子を追加した回路構成を示す。 図３で示した回路構成において、フィルタ回路を追加した回路構成を示す。 図２で示した概略構成例に対し、マイコンのＡＤコンバータを用いて異常電圧を検出する回路構成を示す。

図１は、従来技術を示す図である。従来から、車載電子制御装置の電源回路では、バッテリの瞬低やマイナスサージ発生時に、電荷引き抜きに起因する車載制御装置の停止を防止するため、図1に示すようにダイオードを用いて、電源回路を保護していた。しかし、ダイオードを用いた保護回路では、通常動作時に、順方向損失が発生してしまう。以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図２は、本発明の第１の実施の形態による電子制御装置としてのＥＣＵの概略構成例を示すブロック図である。図２に示す電子制御装置は、バッテリ１の電力を電源IC２に供給するものであり、インダクタンス３、電解コンデンサ４、P-MOSFET５、バッテリ１の電圧と電源IC２の供給電圧を比較する異常電圧検出回路６と、P-MOSFET５を制御する保護素子駆動回路７と、を備えている。

電源IC２はバッテリ電力から、マイコンや各種ICなど電子制御装置の駆動に必要な電圧を生成する。

ところで、車両整備などでバッテリを誤って逆接続してしまった場合、保護素子がないと電源IC２が破壊してしまう。そのため、保護素子としてP-MOSFET５を実装することで、逆接続時に電流経路を遮断し、電源IC２の破壊を防ぐ。

また、誘導負荷のスイッチングに起因する、マイナスサージが発生した場合、電子制御装置のバッテリ端子電圧が大きく低下し、電解コンデンサ４の電荷が引き抜かれることで、電源ICが動作に必要な電力が供給できなくなる。その結果、電源IC２がマイコン駆動電圧を生成できず、車両動作に支障が発生する。そこで、異常電圧検出回路６がバッテリ１の電圧と電源IC２の入力電圧を比較することで、マイナスサージ発生を検出し、保護素子駆動回路７を通して、P-MOSFET５をオフする。このため、電解コンデンサ４の電荷引き抜きを防止し、電子制御装置の正常動作継続が可能となる。

異常電圧検出回路６がマイナスサージを検出してから、P-MOSFET５をOFFするまで、遅れ時間が発生するため、電解コンデンサの電荷引き抜きが発生する。インダクタンス３は、電流位相の遅れさせることで、電荷の引き抜きを防止するために実装する。

図３は、異常電圧検出回路６と保護素子駆動回路７の構成例の一つを示す。本例では、異常電圧検出回路６と保護素子駆動回路７は、コンパレータ回路８を用いて構成する。通常動作時は、P-MOSFET５のON抵抗やインダクタンス３の抵抗成分に起因して、バッテリ電圧に対して、電源ICの電圧入力部の電圧が低くなる。マイナスサージ発生時は、コンパレータ回路８がマイナスサージを検出し、P-MOSFET５のゲート電圧がソース電圧と同じとなり、P-MOSFET５をOFFする。

以上説明したように、マイナスサージをトリガとし、バッテリ１と電源IC２間の電流経路を遮断することで、電解コンデンサ４の電荷引き抜きを防止する。そのため、電源IC２の電圧入力部の電圧が保持されるため、電子制御装置の正常動作継続が可能となる。

図４は、コンパレータ回路８の保護を目的とした素子を追加した実施例を示す。マイナスサージが発生した場合、保護素子がないと、コンパレータ回路８が破壊する。そのため、ダイオード９,１０,１１を設ける必要がある。マイナスサージが発生した場合に、ダイオード９を通してサージエネルギーの経路とすることで、コンパレータ回路８にマイナス電圧が印加されない。また、ダイオード１０,１１を実装することで、コンパレータ回路の電圧差を順方向電圧以上としないことで、電圧異常に起因するコンパレータ回路８の破壊を防止する。

図５は、コンパレータ回路８の誤動作防止を目的とした素子を追加した実施例を示す。電子制御装置の電源電圧は、ソレノイドやモータなどのアクチュエータ駆動に起因して、駆動周波数での電圧変動が発生する。この電圧変動でコンパレータ回路８が誤動作することを防止するため、抵抗１２，１３，１４，１５とコンデンサ１６，１７を設けてフィルタ回路を形成する。フィルタ時定数は、アクチュエータ駆動周波数領域の電圧変動を低減できる値が良い。また、抵抗１２，１３，１４，１５で、バッテリのプラスサージ発生時に、プラスサージの電圧を分圧することで、プラスサージに起因するコンパレータ回路８の破壊防止が可能である。

図６に、異常電圧検出回路６にマイコン内部のADコンバータ１８を用いた回路構成例を示す。コンパレータ８の代わりにADコンバータ１８で電圧比較を行うことで、マイナスサージ発生をマイコンが検出可能となる。その後、マイコンがN-MOSFET１９をOFFさせることで、P-MOSFET５をOFF状態となるため、電解コンデンサ４の電荷引抜を防止する。このように、以上で説明した実施の形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。また、以上で説明した回路構成を複合させたとしても、本発明の特徴は損なわれない。

１ バッテリ
２ 電源ＩＣ
３ インダクタンス
４ 電解コンデンサ
５ Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ
６ 異常電圧検出回路
７ 保護素子駆動回路
８ コンパレータ
９ ダイオード
１０ ダイオード
１１ ダイオード
１２ 抵抗
１３ 抵抗
１４ 抵抗
１５ 抵抗
１６ コンデンサ
１７ コンデンサ
１８ ＡＤコンバータ
１９ Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ
２０ 抵抗
２１ 抵抗

Claims (6)

1. 内部回路への供給電圧を生成する電源回路と、
   前記電源回路とバッテリ端子との間に一端が接続されたコンデンサと、
   前記一端と前記バッテリ端子との間に直列に接続されたインダクタと、
   前記インダクタと前記バッテリ端子との間に接続されたスイッチ素子と、
   前記インダクタの上流と下流との電位差に基づいて前記スイッチ素子の制御用端子を制御するスイッチ素子駆動回路と、
   を備え、
   前記スイッチ素子は前記バッテリ端子側にドレイン端子を、前記インダクタ側にソース端子を接続し、前記制御用端子はゲート端子であるＰ−ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする車載制御装置。
2. 請求項１記載の車載制御装置において、
   前記スイッチ素子駆動回路は、前記インダクタの上流と前記インダクタの下流の電圧を比較するコンパレータを備え、
   前記コンパレータの比較結果に基づいて前記ゲート端子を制御して前記Ｐ−ＭＯＳＦＥＴをOFFすることを特徴とする車載制御装置。
3. 請求項２に記載の車載制御装置において、
   前記スイッチ素子駆動回路は、バッテリのマイナスサージが発生したときに前記Ｐ−ＭＯＳＦＥＴをOFFすることを特徴とする車載制御装置。
4. 請求項２に記載の車載制御装置において、
   前記スイッチ素子駆動回路は、
   前記バッテリ端子側にカソードが接続されたダイオードと、
   前記コンパレータの＋端子と−端子との間に逆向きに挿入された一対のダイオードと、を備えることを特徴とする車載制御装置。
5. 請求項２に記載の車載制御装置において、
   前記スイッチ素子駆動回路は、
   前記バッテリの電圧を分圧するように直列に接続された第一の抵抗および第二の抵抗と、
   前記第一の抵抗と前記第二の抵抗との間に一端が接続された第二のコンデンサと、
   前記電源回路の電力入力部の電圧を分圧する第三の抵抗および第四の抵抗と、
   前記第三の抵抗と前記第四の抵抗との間に一端が接続された第三のコンデンサと、を備えることを特徴とする車載制御装置。
6. 請求項１に記載の車載制御装置において、
   前記スイッチ素子駆動回路は演算処理装置を備え、
   前記演算処理装置は、インダクタの上流と下流の電圧を入力するADコンバータを備え、
   前記インダクタの上流と下流との電位差に基づいて前記スイッチ素子の制御用端子を制御することを特徴とする車載制御装置。

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