JP6477454B2 - Load drive device - Google Patents
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Description
この明細書における開示は、誘導性負荷を駆動する負荷駆動装置に関する。 The disclosure in this specification relates to a load driving device for driving an inductive load.
誘導性負荷を駆動する負荷駆動装置は、誘導性負荷の通電経路上に設けられ、オンすることで誘導性負荷に電流を流すスイッチを備えている。特許文献1には、スイッチとしてのMOSFETに流れる過電流を検出可能に構成された負荷駆動装置(異常検出装置)が開示されている。
A load driving device that drives an inductive load includes a switch that is provided on a current-carrying path of the inductive load and flows current to the inductive load when turned on.
この負荷駆動装置では、MOSFETのドレイン電圧(ドレイン−ソース間電圧)を検出する。そして、ドレイン電圧が閾値電圧を超えると、MOSFETに過電流が流れたと判断し、MOSFETを強制的にオフさせる。また、MOSFETのオンオフタイミングに応じてドレイン電圧変化をマスクし、マスク期間を除いて過電流を検出する。 In this load driving device, the drain voltage (drain-source voltage) of the MOSFET is detected. When the drain voltage exceeds the threshold voltage, it is determined that an overcurrent has flown through the MOSFET, and the MOSFET is forcibly turned off. Further, the drain voltage change is masked according to the ON / OFF timing of the MOSFET, and the overcurrent is detected except for the mask period.
ところで、MOSFETをオフすると通電経路が遮断されてドレイン電圧が上昇し、ドレイン電圧が閾値電圧よりも高い値を示すため、過電流の誤検出が生じる。 By the way, when the MOSFET is turned off, the energization path is cut off, the drain voltage rises, and the drain voltage shows a value higher than the threshold voltage, so that an overcurrent is erroneously detected.
これに対し、上記した負荷駆動装置によれば、たとえばMOSFETを駆動させるPWM信号のオフからオンへの切り替わりタイミング(立ち上がりタイミング)から所定時間をマスク期間とすることができる。そして、マスク期間が終了すると過電流の検出を開始し、PWM信号のオンからオフへの切り替わりタイミング(立ち下がり)に応じて過電流の検出を停止することができる。 On the other hand, according to the above-described load driving device, for example, a predetermined time can be set as the mask period from the switching timing (rise timing) of switching off the PWM signal for driving the MOSFET. When the mask period ends, detection of overcurrent can be started, and detection of overcurrent can be stopped in accordance with the switching timing (falling) of the PWM signal from on to off.
上記マスク期間は、過電流の誤検出を防ぐのに十分な時間となるように、事前に計算を行って決定される。具体的には、MOSFETの動作遅延、MOSFETを動作させるためのIC内部の動作遅延などのワースト値をそれぞれ見積もり、各値を加算した時間に所定のマージンを加味することで決定される。 The mask period is determined by performing a calculation in advance so that the time is sufficient to prevent erroneous detection of overcurrent. Specifically, it is determined by estimating worst values such as the operation delay of the MOSFET and the operation delay inside the IC for operating the MOSFET, and adding a predetermined margin to the time obtained by adding the values.
このようにして決定されるマスク期間は実際の平均的な駆動状態において必要な長さよりも長いため、MOSFETがオンしてから比較的早いタイミングで過電流異常が発生した場合など、早いタイミングで閾値を超えるような大電流がMOSFETに流れる場合であっても、マスク期間が終了するまでは過電流が生じていると判定できない。その間、MOSFETに流れる電流値は上昇し続け、MOSFETに発生する熱量も大きくなる。したがって、耐熱性を満足するために、大型のMOSFETを用いなければならない。 Since the mask period determined in this way is longer than required in the actual average driving state, the threshold value is set at an early timing such as when an overcurrent abnormality occurs at a relatively early timing after the MOSFET is turned on. Even when a large current exceeding the current flows in the MOSFET, it cannot be determined that an overcurrent has occurred until the mask period ends. Meanwhile, the value of the current flowing through the MOSFET continues to rise, and the amount of heat generated in the MOSFET also increases. Therefore, in order to satisfy heat resistance, a large MOSFET must be used.
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、過電流の誤検出を抑制しつつ、従来よりも過電流の検出開始を早めることができる負荷駆動装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a load driving device that can accelerate detection start of overcurrent as compared with the related art while suppressing erroneous detection of overcurrent. .
本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。 The present disclosure employs the following technical means to achieve the above object. In addition, the code | symbol in parenthesis shows the corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect | mode, Comprising: The technical scope is not limited.
本開示のひとつは、誘導性負荷(100a)を駆動する負荷駆動装置であって、
誘導性負荷の通電経路上に設けられ、オンすることで誘導性負荷に電流を流すスイッチ(Q1)と、
スイッチにおいて通電経路を形成する端子間の電圧である端子間電圧を検出する電圧検出部(30)と、
検出された端子間電圧を微分して電圧微分値を算出する演算部(32)と、
端子間電圧に基づいてスイッチに流れる過電流を検出するものであり、スイッチがオンしてから電圧微分値が第1閾値を下回り、その後、電圧微分値が第1閾値を上回ると過電流の検出を開始し、スイッチのオフに応じて過電流の検出を停止する過電流検出部(34)と、
を備える。
One of the present disclosure is a load driving device that drives an inductive load (100a),
A switch (Q1) that is provided on the energization path of the inductive load and flows current to the inductive load when turned on
A voltage detector (30) for detecting a voltage between terminals, which is a voltage between terminals forming an energization path in the switch;
A calculation unit (32) for differentiating the detected inter-terminal voltage to calculate a voltage differential value;
The overcurrent flowing through the switch is detected based on the voltage between the terminals. After the switch is turned on, the voltage differential value falls below the first threshold, and then the overcurrent is detected when the voltage differential value exceeds the first threshold. And an overcurrent detection unit (34) that stops detection of overcurrent in response to turning off of the switch,
Is provided.
これによれば、検出された端子間電圧の電圧微分値を用いて過電流の検出開始タイミングを判断する。したがって、スイッチの動作遅延などを考慮して安全サイドで設定されるマスク期間後の開始タイミングに較べて、過電流の検出開始タイミングを早めることができる。また、スイッチのオフに応じて過電流の検出を停止し、電圧微分値が第1閾値を下回った後、第1閾値を上回るまでは過電流の検出を開始しないため、端子間電圧の誤検出を抑制することもできる。 According to this, the overcurrent detection start timing is determined using the detected voltage differential value of the terminal voltage. Therefore, the overcurrent detection start timing can be advanced compared to the start timing after the mask period set on the safe side in consideration of the switch operation delay and the like. Further, the detection of overcurrent is stopped in response to the switch being turned off, and the detection of overcurrent is not started until the voltage differential value falls below the first threshold and then exceeds the first threshold. Can also be suppressed.
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び/又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。 A plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. In several embodiments, functionally and / or structurally corresponding parts are given the same reference numerals.
(第1実施形態)
先ず、図1に基づき、本実施形態に係る電子制御装置の概略構成を説明する。図1に示す電子制御装置10は、車両のエンジンルームに配置されており、エンジン(内燃機関)の各気筒に設けられたインジェクタ100の駆動を制御する。電子制御装置10は、エンジンECUとして構成されている。インジェクタ100は、直噴型ガソリンエンジンの燃焼室内に、直接、燃料を噴射するインジェクタである。図1では、便宜上、各気筒に対応する複数のインジェクタ100のうち、1つのみを示している。
(First embodiment)
First, a schematic configuration of the electronic control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. An
インジェクタ100は、ソレノイド100a(コイル)を有している。ソレノイド100aが誘導性負荷に相当し、電子制御装置10が負荷駆動装置に相当する。インジェクタ100は、ソレノイド100aの通電時には該ソレノイド100aが生じる電磁力によって開放され、燃料を噴射するようになっている。また、ソレノイド100aへの非通電時には、インジェクタ100に設けられた図示しないバネの付勢力により閉鎖されるようになっている。ソレノイド100aの上流側は、電子制御装置10の端子P1に接続され、下流側は端子P2に接続されている。
The
電子制御装置10は、昇圧回路20、放電スイッチQ1、定電流スイッチQ2、ローサイドスイッチQ3、電流検出用抵抗R1、ダイオードD1,D2、マイコン22、及び駆動IC24を備えている。
The
昇圧回路20は、電子制御装置10の端子P3を介して入力されるバッテリ電圧VBを昇圧し、所定の昇圧電圧VBst(たとえば65V)を生成する。このような昇圧回路20としては、たとえば昇圧用のコイル、コイルへの通電を制御するスイッチ、逆流阻止用のダイオード、コンデンサを備えた公知の構成を採用することができる。
The
放電スイッチQ1は、ソレノイド100aの上流側であって、昇圧回路20(コンデンサ)と端子P1との間に配置されている。放電スイッチQ1は、オンすることで、昇圧電圧Vbstを端子P1を介してソレノイド100aに印加するスイッチである。本実施形態では、放電スイッチQ1として、nチャネル型のMOSFETを採用している。放電スイッチQ1のドレインは、昇圧回路20(コンデンサの正極)に接続されている。
The discharge switch Q1 is arranged upstream of the
定電流スイッチQ2は、ソレノイド100aの上流側であって、端子P1と端子P3の間に配置されている。定電流スイッチQ2は、オンすることで、端子P1を介してソレノイド100aにバッテリ電圧VBを供給するスイッチである。本実施形態では、定電流スイッチQ2として、nチャネル型のMOSFETを採用している。定電流スイッチQ2のドレインは端子P3に接続されており、ソースは、逆流阻止用のダイオードD1及び端子P1を介して、ソレノイド100aの上流側に接続されている。
The constant current switch Q2 is disposed upstream of the
ダイオードD1のアノードは、定電流スイッチQ2のソースに接続され、カソードは放電スイッチQ1のソースに接続されている。ダイオードD1と放電スイッチQ1の接続点とグランドとの間には、還流用のダイオードD2がアノードをグランド側にして配置されている。 The anode of the diode D1 is connected to the source of the constant current switch Q2, and the cathode is connected to the source of the discharge switch Q1. Between the connection point of the diode D1 and the discharge switch Q1 and the ground, a reflux diode D2 is arranged with the anode on the ground side.
ローサイドスイッチQ3は、ソレノイド100aに対応して設けられるとともに対応するソレノイド100aの下流側に配置されている。ローサイドスイッチQ3は、オンすることで、対応するソレノイド100aの下流側をグランドに接続させる。このため、ローサイドスイッチは、気筒選択スイッチとも称される。本実施形態では、ローサイドスイッチQ3として、nチャネル型のMOSFETを採用している。ローサイドスイッチQ3のソースは、電流検出用抵抗R1を介してグランドに接続されており、ドレインは、端子P2を介してソレノイド100aの下流側に接続されている。
The low side switch Q3 is provided corresponding to the
マイコン22及び駆動IC24は、昇圧回路20の昇圧動作を制御する。また、放電スイッチQ1のオンオフ、定電流スイッチQ2のオンオフ、及びローサイドスイッチQ3のオンオフを制御する。図1では、便宜上、駆動IC24と、定電流スイッチQ2及びローサイドスイッチQ3との接続を省略している。後述する噴射信号TQの電圧レベルがHレベルの期間、すなわち通電期間において、初期の放電期間では、放電スイッチQ1及びローサイドスイッチQ3をオンする。そして、ソレノイド100aに流れる駆動電流を電流検出用抵抗R1の両端電圧にて検出し、駆動電流が目標ピーク電流値に達すると、放電スイッチQ1をオフさせる。放電スイッチQ1をオフさせてから通電期間が終了するまでの定電流期間では、駆動電流が目標ピーク電流値よりも低い所定の電流値となるように、たとえば定電流スイッチのオンオフを制御する。
The
マイコン22は、CPU、ROM、RAM、レジスタ、及びI/Oポートなどを備えて構成されたマイクロコンピュータである。たとえば、マイコン22は、エンジンが出力すべき目標トルクを算出する。また、エンジンが要求される目標トルクを生じるために、図示しないスロットルバルブを適切な開度に制御するとともに、エンジンの燃料噴射量及び点火タイミングを制御する。
The
マイコン22は、エンジン回転数、アクセル開度など、図示しない各種センサにて検出されるエンジンの運転情報に基づいて、インジェクタ100に対応する噴射信号TQを生成し、駆動IC23に出力する。マイコン22は、開弁を指示する期間において、噴射信号TQとして電圧レベルがHレベルの信号を出力し、閉弁を指示する期間において、噴射信号TQとしてLレベルの信号を出力する。
The
駆動IC23は、電位差検出回路30、微分回路32、制御回路34、及びゲート駆動回路36を有している。
The drive IC 23 includes a potential
電位差検出回路30は、放電スイッチQ1におけるソレノイド100aの通電経路を形成する端子間の電位差、すなわちドレイン−ソース間の電位差(以下、ドレイン電圧Vdsと示す)を検出する。電位差検出回路30が電圧検出部に相当する。
The potential
微分回路32は、ドレイン電圧Vdsを微分して、電圧微分値Vds’を算出する。微分回路32としては、抵抗及びコンデンサを有する公知の構成を採用することができる。このため、微分回路8の特性(時定数)は、主として抵抗及びコンデンサにより決定される。微分回路32が演算部に相当する。
The differentiating
制御回路34は、第1比較回路40、第2比較回路42、ゲート駆動タイミング生成回路44、及びゲート駆動マスク回路46を有している。制御回路34が過電流検出部に相当する。
The
第1比較回路40は、ドレイン電圧Vdsと予め設定された閾値電圧Vth2とを比較し、その比較結果を示す信号S1(以下、比較結果S1と示す)をゲート駆動マスク回路48に出力する。閾値電圧Vth2が第2閾値に相当する。第1比較回路40は、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2以下の場合、比較結果として電圧レベルがLレベルの信号を出力し、閾値電圧Vth2を上まわると、比較結果として電圧レベルがHレベルの信号を出力する。
The
第2比較回路42は、電圧微分値Vds’と予め設定された閾値電圧Vth1とを比較する。そして、放電スイッチQ1がオンされてから電圧微分値Vds’が閾値電圧Vth1を下回り、その後、閾値電圧Vth1を上回ると、過電流の検出開始を示すパルス信号をゲート駆動マスク回路46に出力する。
The
ゲート駆動タイミング生成回路44は、図示しないクロック発生回路により生成される所定周波数のクロックと、マイコン22から入力される噴射信号TQとに基づき、所定周波数及び所定デューティのPWM信号を生成する。ゲート駆動タイミング生成回路44は、生成したPWM信号を、ゲート駆動マスク回路46に出力する。
The gate drive
ゲート駆動マスク回路46は、第1比較回路40の出力する比較結果S1、第2比較回路42の出力信号、及びゲート駆動タイミング生成回路44の出力信号に基づいて、ドレイン電圧Vdsによる過電流の検出を無効化する期間(以下、マスク期間と示す)を決定するとともに、ゲート駆動回路36にオン/オフタイミングの制御信号を出力する。
The gate
ゲート駆動マスク回路46は、PWM信号がオフからオンに切り替わるタイミング(立ち上がり)後、第2比較回路42から上記した過電流の検出開始を示すパルス信号が入力されるまでは、マスク期間として、第1比較回路の比較結果S1を無効とする。すなわち、上記パルス信号が入力されると、比較結果S1に基づく過電流の検出を開始する。過電流異常が生じない場合、ゲート駆動マスク回路46は、PWM信号がオンからオフに切り替わるタイミング(立ち下がり)を検出し、このオフタイミングに応じて過電流の検出を停止する。すなわち、オフタイミングに応じてマスク期間を設定する。本実施形態では、オフタイミングが検出されてから上記パルス信号が入力されるまでの期間がマスク期間となる。したがって、パルス信号が入力されてからPWM信号がオフとなるまでの期間が、過電流検出期間となる。
After the timing (rising) at which the PWM signal is switched from OFF to ON, the gate
過電流検出期間において、比較結果S1がHレベルにならない場合、すなわち過電流が検出されない場合、ゲート駆動マスク回路46は、制御信号としてPWM信号を出力する。一方、過電流が検出されると、PWM信号のオフタイミングを待たずに、放電スイッチQ1をオフさせるように制御信号を出力する。これにより、通常時よりも放電スイッチQ1のオフタイミングが早まる。また、放電スイッチQ1のオフにより、通常時よりもマスク期間の開始タイミングが早まる。
If the comparison result S1 does not become H level in the overcurrent detection period, that is, if no overcurrent is detected, the gate
ゲート駆動回路36は、ゲート駆動マスク回路46から出力された制御信号に基づいて、放電スイッチQ1のゲートにゲート駆動信号S2を出力する。ゲート駆動回路36は、駆動部に相当する。
Based on the control signal output from the gate
なお、駆動IC24は、上記以外にも、昇圧回路20によってバッテリ電圧VBが目標電圧(65V)まで昇圧されるように、昇圧回路20の動作を制御する。
In addition to the above, the
次に、図2に基づき、制御回路34が実行する過電流検出処理について説明する。制御回路34は、電子制御装置10の電源が投入された状態で、図2に示す処理を繰り返し実行する。電子制御装置10の電源が投入されると、制御回路34は初期的にマスク期間を設定する。
Next, overcurrent detection processing executed by the
先ずステップS10では、放電スイッチQ1の通電開始タイミングか否かを判定し、通電開始タイミングであると判定すると、ステップS20の処理を実行する。ステップS20では、ゲート駆動回路36に、放電スイッチQ1をオンさせるべく制御信号を出力する。これにより、ゲート駆動回路36からゲート駆動信号としてHレベルの信号が出力され、放電スイッチQ1がオンされる。ステップS20の処理が終了すると、ステップS30の処理を実行する。
First, in step S10, it is determined whether or not it is the energization start timing of the discharge switch Q1, and if it is determined that it is the energization start timing, the process of step S20 is executed. In step S20, a control signal is output to the
ステップS30ではドレイン電圧Vdsを検出する。続くステップS40では、検出したドレイン電圧Vdsを微分して、電圧微分値Vds’を算出し、算出後、ステップS50の処理を実行する。ステップS50では、算出した電圧微分値Vds’と閾値電圧Vth1とを比較し、電圧微分値Vds’が閾値電圧Vth1未満か否かを判定する。電圧微分値Vds’が閾値電圧Vth1未満の場合、ステップS60に進み、閾値電圧Vth1以上の場合、ステップS30に戻る。 In step S30, the drain voltage Vds is detected. In subsequent step S40, the detected drain voltage Vds is differentiated to calculate a voltage differential value Vds'. After the calculation, the process of step S50 is executed. In step S50, the calculated voltage differential value Vds 'is compared with the threshold voltage Vth1, and it is determined whether or not the voltage differential value Vds' is less than the threshold voltage Vth1. When the voltage differential value Vds ′ is less than the threshold voltage Vth1, the process proceeds to step S60, and when it is equal to or higher than the threshold voltage Vth1, the process returns to step S30.
ステップS60では、再度、ドレイン電圧Vdsを検出し、続くステップS70では、電圧微分値Vds’を算出する。ステップS70が終了すると、次いでステップS80では、算出した電圧微分値Vds’と閾値電圧Vth1とを比較し、電圧微分値Vds’が閾値電圧Vth1よりも大きいか否かを判定する。電圧微分値Vds’が閾値電圧Vth1より大きい場合、ステップS90に進み、閾値電圧Vth1以下の場合、ステップS60に戻る。 In step S60, the drain voltage Vds is detected again, and in the subsequent step S70, a voltage differential value Vds' is calculated. When step S70 ends, in step S80, the calculated voltage differential value Vds 'is compared with the threshold voltage Vth1, and it is determined whether or not the voltage differential value Vds' is larger than the threshold voltage Vth1. When the voltage differential value Vds ′ is larger than the threshold voltage Vth1, the process proceeds to step S90, and when it is equal to or lower than the threshold voltage Vth1, the process returns to step S60.
電圧微分値Vds’が閾値電圧Vth1を下回った後、閾値電圧Vth1を上回ったため、ステップS90では、過電流の検出を開始する。すなわち、マスク期間を終了(マスクオフ)とする。 After the voltage differential value Vds' has fallen below the threshold voltage Vth1, it has exceeded the threshold voltage Vth1, so in step S90, detection of an overcurrent is started. That is, the mask period ends (mask off).
次いで、ステップS100ではドレイン電圧Vdsを検出し、ステップS110では、検出したドレイン電圧Vdsと閾値電圧Vth2とを比較して、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2よりも大きいか否か、すなわちドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を上回ったか否かを判定する。ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2よりも大きい場合、ステップS120に進み、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2以下の場合、ステップS130に進む。 Next, in step S100, the drain voltage Vds is detected, and in step S110, the detected drain voltage Vds is compared with the threshold voltage Vth2, and whether or not the drain voltage Vds is larger than the threshold voltage Vth2, that is, the drain voltage Vds is It is determined whether or not the threshold voltage Vth2 has been exceeded. When the drain voltage Vds is larger than the threshold voltage Vth2, the process proceeds to step S120, and when the drain voltage Vds is less than or equal to the threshold voltage Vth2, the process proceeds to step S130.
ステップS110で過電流が検出されたため、ステップS120では、PWM信号のオフタイミングを待たずに、放電スイッチQ1を強制的にオフさせるべく、ゲート駆動回路36に制御信号を出力する。これにより、ゲート駆動回路36からゲート駆動信号としてLレベルの信号が出力され、放電スイッチQ1がオフされる。したがって、放電スイッチQ1のオフタイミングが通常時よりも早まる。ステップS120の処理が終了すると、ステップS150に進む。
Since an overcurrent is detected in step S110, in step S120, a control signal is output to the
ステップS110で過電流が検出されない場合に実行されるステップS130では、放電スイッチQ1の通電期間が終了したか否かを判定する。本実施形態では、ソレノイド100aに流れる駆動電流が目標ピーク電流値に達すると、放電スイッチQ1の通電期間が終了となる。昇圧電圧Vbstが65Vの場合、放電スイッチQ1の通電期間は、たとえば300μs〜350μs程度である。通電期間が終了した場合、ステップS140に進み、通電期間が終了していない場合、ステップS100に戻る。
In step S130 executed when no overcurrent is detected in step S110, it is determined whether or not the energization period of the discharge switch Q1 has ended. In the present embodiment, when the drive current flowing through the
ステップS140では、放電スイッチQ1をオフさせるべく、ゲート駆動回路36に制御信号を出力する。そして、ステップS150に進む。ステップS150では、過電流の検出を停止する。すなわち、マスク期間を開始(マスクオン)とする。このように、過電流異常が生じてステップS120で放電スイッチQ1を強制的にオフさせる場合、通電期間が終了となりステップS140で放電スイッチQ1をオフさせる場合のいずれについても、放電スイッチQ1のオフに応じて過電流の検出を停止する。そして、一連の処理を終了する。
In step S140, a control signal is output to the
なお、ステップS120,S140において、放電スイッチQ1とともにローサイドスイッチQ3をオフしてもよい。 In steps S120 and S140, the low-side switch Q3 may be turned off together with the discharge switch Q1.
図3は、過電流異常が生じていない通常駆動時のタイミングチャートを示している。図4は、過電流異常が生じた場合のタイミングチャートを示している。また、図5及び図6は従来のマスク処理を行った場合の参考例である。図5は、過電流異常が生じていない通常駆動時のタイミングチャートを示し、図6は、過電流異常が生じた場合のタイミングチャートを示している。図3〜図6では、明確化のため、放電スイッチQ1の発熱量にハッチングを施している。 FIG. 3 shows a timing chart during normal driving in which no overcurrent abnormality has occurred. FIG. 4 shows a timing chart when an overcurrent abnormality occurs. 5 and 6 are reference examples when the conventional mask processing is performed. FIG. 5 shows a timing chart during normal driving in which no overcurrent abnormality has occurred, and FIG. 6 shows a timing chart when an overcurrent abnormality has occurred. In FIGS. 3 to 6, the heat generation amount of the discharge switch Q1 is hatched for the sake of clarity.
先ず、本実施形態の通常駆動時について説明する。図3に示すように、噴射信号TQがLレベルからHレベルに立ち上がると、わずかに遅れて、ゲート駆動回路から出力されるゲート駆動信号S2も時刻t1で立ち上がる。 First, the normal driving of this embodiment will be described. As shown in FIG. 3, when the injection signal TQ rises from the L level to the H level, the gate drive signal S2 output from the gate drive circuit also rises at time t1 with a slight delay.
ゲート駆動信号S2が立ち上がると、わずかに遅れて放電スイッチQ1がオン状態となり、ドレイン電圧Vdsが急峻に低下する。このため、電圧微分値Vds’も急峻に低下する。閾値電圧Vth1は、電圧微分値Vds’が放電スイッチQ1のオン直後に初期的にとり得る値(0V付近の値)と、ドレイン電圧Vdsの急峻な低下にともない取り得る最小値との間に設定されている。このため、ドレイン電圧Vdsの低下にともない、電圧微分値Vds’は閾値電圧Vth1を下回る。 When the gate drive signal S2 rises, the discharge switch Q1 is turned on with a slight delay, and the drain voltage Vds decreases sharply. For this reason, the voltage differential value Vds ′ also decreases sharply. The threshold voltage Vth1 is set between a value that the voltage differential value Vds ′ can initially take immediately after the discharge switch Q1 is turned on (a value in the vicinity of 0 V) and a minimum value that can be taken as the drain voltage Vds drops sharply. ing. For this reason, as the drain voltage Vds decreases, the voltage differential value Vds ′ falls below the threshold voltage Vth1.
ドレイン電圧Vdsは、時刻t2で閾値電圧Vth2を下回る。すなわち、比較結果S1は、時刻t2までHレベルを示す。しかしながら、マスク期間であるため、時刻t2までの過電流の検出は無効となる。時刻t2の後、ドレイン電圧Vdsは最小値(0V付近の値)となり、その後、通電期間においてドレイン電流Id同様、単調増加する。このため、電圧微分値Vds’は閾値電圧Vth1を下回って最小値となると、一転増加に転じる。このとき、主として抵抗及びコンデンサにより決定される時定数で増加する。そして、時刻t3で閾値電圧Vth1を上回る。したがって、時刻t3でマスク期間が終了し、過電流の検出を開始する。なお、電圧微分値Vds’は、最終的に0V付近で落ち着く。 The drain voltage Vds falls below the threshold voltage Vth2 at time t2. That is, the comparison result S1 indicates the H level until time t2. However, because of the mask period, the detection of overcurrent until time t2 is invalid. After the time t2, the drain voltage Vds becomes a minimum value (a value near 0V), and thereafter monotonously increases like the drain current Id during the energization period. For this reason, when the voltage differential value Vds 'becomes lower than the threshold voltage Vth1 and becomes the minimum value, the voltage differential value Vds' starts to increase. At this time, it increases with a time constant determined mainly by a resistor and a capacitor. Then, it exceeds the threshold voltage Vth1 at time t3. Therefore, the mask period ends at time t3 and overcurrent detection starts. The voltage differential value Vds' finally settles around 0V.
通常駆動時の場合、図3に示すように、過電流の検出開始後において、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を上回ることはない。ソレノイド100aに流れる駆動電流が目標ピーク電流値に到達すると、制御回路34は、放電スイッチQ1をオフさせるタイミングと判断し、時刻t4でゲート駆動信号S2を立ち下げる。これにより、放電スイッチQ1もオフとなる。また、放電スイッチQ1をオフさせる時刻t4で、過電流の検出も停止となり、マスク期間が開始となる。
In the case of normal driving, as shown in FIG. 3, the drain voltage Vds does not exceed the threshold voltage Vth2 after the start of overcurrent detection. When the drive current flowing through the
放電スイッチQ1をオフすると、ドレイン電圧Vdsが急峻に増加する。上昇の過程で、時刻t5においてドレイン電圧Vdsは閾値電圧Vth2を上回るが、過電流検出期間が終了し、マスク期間となっているため、過電流の検出は無効となる。 When the discharge switch Q1 is turned off, the drain voltage Vds increases sharply. During the increase process, the drain voltage Vds exceeds the threshold voltage Vth2 at time t5. However, since the overcurrent detection period ends and the mask period is reached, the overcurrent detection becomes invalid.
放電スイッチQ1には、ドレイン電圧Vdsと、放電スイッチQ1に流れるドレイン電流Idとの積に比例した熱が生じる。特に、放電スイッチQ1をオフ(ターンオフ)する際に、駆動時に較べて大きな熱が発生する。図3でハッチングを施した部分(面積)が、総発熱量に相当する。 In the discharge switch Q1, heat proportional to the product of the drain voltage Vds and the drain current Id flowing through the discharge switch Q1 is generated. In particular, when the discharge switch Q1 is turned off (turned off), a larger amount of heat is generated than during driving. The hatched portion (area) in FIG. 3 corresponds to the total calorific value.
図4も、時刻t3までは、図3と同じである。過電流異常発生の場合、図4に示すようにドレイン電流Idとして大電流が流れるため、時刻t3から所定時間が経過した時刻t6で、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を上回る。 FIG. 4 is the same as FIG. 3 until time t3. When an overcurrent abnormality occurs, a large current flows as the drain current Id as shown in FIG. 4, so that the drain voltage Vds exceeds the threshold voltage Vth2 at a time t6 when a predetermined time has elapsed from the time t3.
上記したように、時刻t6でドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を上回ると、比較結果S1はHレベルからLレベルに切り替わる。時刻t3ですでに過電流検出が開始となっているため、比較結果S1がLレベルに切り替わることにより、過電流異常が生じたことを検出する。過電流異常を検出すると、制御回路34は、時刻t4を待たずに、放電スイッチQ1をオフさせるように制御信号を出力する。これにより、時刻t7でゲート駆動信号S2は立ち下がる。そして、放電スイッチQ1がオフされる。また、過電流検出期間が終了し、マスク期間となる。なお、図4に示す例では、時刻t3からt7までの時間が、2μs程度である。
As described above, when the drain voltage Vds exceeds the threshold voltage Vth2 at time t6, the comparison result S1 is switched from the H level to the L level. Since overcurrent detection has already started at time t3, it is detected that an overcurrent abnormality has occurred when the comparison result S1 switches to the L level. When the overcurrent abnormality is detected, the
図4に示すように、過電流異常が生じると、放電スイッチQ1をオフする際の電流量が通常駆動時より多くなるため、通常駆動時よりも発熱量が大きくなる。しかしながら、本実施形態では、過電流の検出開始タイミングを従来よりも早めることができるため、後述する比較例に較べて、発熱量を低減することができる。 As shown in FIG. 4, when an overcurrent abnormality occurs, the amount of current when the discharge switch Q1 is turned off is greater than that during normal driving, and thus the amount of heat generated is greater than during normal driving. However, in this embodiment, since the overcurrent detection start timing can be made earlier than before, the amount of heat generation can be reduced as compared with a comparative example described later.
図5に示す参考例の通常駆動時も、時刻t2までは、図3と同じである。時刻t1,t2,t4,t5のタイミングは、図3と同じである。時刻t3のタイミングが異なる。 The normal driving of the reference example shown in FIG. 5 is the same as that in FIG. 3 until time t2. The timings at times t1, t2, t4, and t5 are the same as those in FIG. The timing at time t3 is different.
図5に示すように、従来のマスク処理では、時刻t1から所定時間Tが経過するまでがマスク期間となる。所定時間Tは、過電流の誤検出を防ぐのに十分な時間となるように、事前に計算を行って決定される。具体的には、放電スイッチQ1の動作遅延、駆動IC内部の動作遅延など各遅延のワースト値をそれぞれ見積もり、各値を加算した時間に所定のマージンを加味することで決定されている。このため、所定時間Tは、たとえば8μs程度となる。 As shown in FIG. 5, in the conventional mask process, the mask period is from the time t1 until a predetermined time T elapses. The predetermined time T is determined by performing a calculation in advance so that the time is sufficient to prevent erroneous detection of overcurrent. Specifically, it is determined by estimating the worst value of each delay such as the operation delay of the discharge switch Q1 and the operation delay inside the driving IC, and adding a predetermined margin to the time obtained by adding the values. For this reason, the predetermined time T is, for example, about 8 μs.
図5では、所定時間Tが経過すると、マスク期間が終了し、過電流の検出を開始する時刻t3となる。通常駆動時の場合、図3同様、過電流の検出開始後において、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を上回ることはない。時刻t4でゲート駆動信号S2が立ち下がると、放電スイッチQ1もオフとなる。また、放電スイッチQ1をオフさせる時刻t4で、過電流の検出も停止となり、マスク期間が開始となる。 In FIG. 5, when the predetermined time T elapses, the mask period ends and the time t3 at which overcurrent detection starts is reached. In the case of normal driving, the drain voltage Vds does not exceed the threshold voltage Vth2 after the start of overcurrent detection, as in FIG. When the gate drive signal S2 falls at time t4, the discharge switch Q1 is also turned off. Further, at time t4 when the discharge switch Q1 is turned off, the detection of overcurrent is stopped and the mask period is started.
図6に示す参考例の過電流異常発生時も、時刻t2までは、図4と同じである。時刻t1,t2,t6のタイミングは、図4と同じである。時刻t3,t7のタイミングが異なる。
6 is also the same as that in FIG. 4 until time t2. The timings at times t1, t2, and t6 are the same as those in FIG. The timings at times t3 and t7 are different.
図5同様、図6でも、時刻t1から所定時間T経過後が、マスク期間が終了する時刻t3となる。このため、図4同様、時刻t6で、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を上回っても、マスク期間中であり、過電流の検出が無効となる。すなわち、制御回路34は、ゲート駆動回路36に対して放電スイッチQ1のオンを継続させるべく制御信号を出力する。
As in FIG. 5, in FIG. 6, the time t3 after the predetermined time T has elapsed from time t1 is the time t3 when the mask period ends. Therefore, as in FIG. 4, even at the time t6, even if the drain voltage Vds exceeds the threshold voltage Vth2, it is during the mask period and the detection of the overcurrent becomes invalid. In other words, the
時刻t3になると、マスク期間が終了し、過電流の検出が可能となる。このため、比較結果S1がHレベルを示すことにより、制御回路34は、過電流異常が生じていることを検出する。過電流異常を検出すると、制御回路34は、時刻t4を待たずに、放電スイッチQ1をオフさせるように制御信号を出力する。これにより、時刻t7でゲート駆動信号S2は立ち下がる。そして、放電スイッチQ1がオフされる。また、過電流検出期間が終了し、マスク期間となる。
At time t3, the mask period ends and overcurrent can be detected. Therefore, when the comparison result S1 indicates the H level, the
上記したように、過電流の検出タイミングが図4に較べて遅くなる分、放電スイッチQ1をオフさせる際の電流量も多くなる。したがって、図6に示すように、本実施形態よりも発熱量が大きくなる。 As described above, the amount of current when the discharge switch Q1 is turned off increases as the overcurrent detection timing is delayed as compared with FIG. Therefore, as shown in FIG. 6, the amount of generated heat is larger than that of the present embodiment.
次に、本実施形態に係る電子制御装置10の効果について説明する。
Next, effects of the
本実施形態では、放電スイッチQ1のドレイン電圧Vdsと閾値電圧Vth2との比較により、過電流を検出することができる。 In the present embodiment, an overcurrent can be detected by comparing the drain voltage Vds of the discharge switch Q1 and the threshold voltage Vth2.
また、ドレイン電圧Vdsの電圧微分値Vds’を用いて、過電流の検出開始タイミングを判断する。ドレイン電圧Vdsは放電スイッチQ1のオンにより急峻に低下し、閾値電圧Vth2を下回って最小値となった後、単調増加する。このため、電圧微分値Vds’も急峻に低下して閾値電圧Vth1を下回り、ドレイン電圧Vdsが最小値となるタイミングにわずかに遅れて最小値となる。そして、その後は、所定の時定数で増加する。 Also, the overcurrent detection start timing is determined using the voltage differential value Vds ′ of the drain voltage Vds. The drain voltage Vds decreases sharply when the discharge switch Q1 is turned on, decreases below the threshold voltage Vth2, reaches a minimum value, and then increases monotonously. For this reason, the voltage differential value Vds ′ also sharply decreases and falls below the threshold voltage Vth1, and reaches the minimum value slightly after the timing at which the drain voltage Vds becomes the minimum value. After that, it increases with a predetermined time constant.
このように、電圧微分値Vds’は、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を下回った時刻t2から大きく遅れることなく、閾値電圧Vth1を上回る。よって、マスク期間の終了タイミング、すなわち過電流の検出開始タイミングは、時刻t2から大きく遅れることはない。これに対し、従来のマスク処理では、放電スイッチQ1の動作遅延などを考慮して安全サイドでマスク期間が設定されるため、マスク期間の終了タイミングが時刻t2から比較的大きく遅れる。したがって、本実施形態によれば、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を下回ったことを確実に検出しつつ、過電流の検出開始タイミングを早めることができる。すなわち、放電スイッチQ1のオフにともなう過電流の誤検出を抑制しつつ、過電流の検出開始タイミングを早めることができる。 Thus, the voltage differential value Vds ′ exceeds the threshold voltage Vth1 without significantly delaying from the time t2 when the drain voltage Vds falls below the threshold voltage Vth2. Therefore, the end timing of the mask period, that is, the overcurrent detection start timing is not greatly delayed from the time t2. On the other hand, in the conventional mask process, the mask period is set on the safe side in consideration of the operation delay of the discharge switch Q1, etc., so the end timing of the mask period is relatively delayed from the time t2. Therefore, according to the present embodiment, the overcurrent detection start timing can be advanced while reliably detecting that the drain voltage Vds is lower than the threshold voltage Vth2. That is, the overcurrent detection start timing can be advanced while suppressing erroneous detection of the overcurrent caused by turning off the discharge switch Q1.
過電流の検出開始タイミングを早めることができるため、図4及び図6に示したように、従来マスク期間のタイミングで生じた過電流を早期に検出し、これにより放電スイッチQ1を早期にオフさせ、放電スイッチQ1の発熱量を抑制することができる。すなわち、放電スイッチQ1を過電流から保護することができる。 Since the overcurrent detection start timing can be advanced, as shown in FIGS. 4 and 6, the overcurrent generated at the timing of the conventional mask period is detected early, thereby turning off the discharge switch Q1 early. The amount of heat generated by the discharge switch Q1 can be suppressed. That is, the discharge switch Q1 can be protected from overcurrent.
なお、放電スイッチQ1のオンした後にドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を下回ると過電流の検出開始とすることも考えられる。しかしながら、この場合、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を下回る前に過電流異常が生じると、ドレイン電圧Vdsが閾値電圧Vth2を下回ることなく増加するため、マスク期間が解除されず、過電流を検出することができない。これに対し、本実施形態によれば、このような場合でも、電圧微分値Vds’は、閾値電圧Vth1を下回った後、閾値電圧Vth1を上回るため、過電流の検出開始タイミングを早めることができる。 It is also conceivable to start overcurrent detection when the drain voltage Vds falls below the threshold voltage Vth2 after the discharge switch Q1 is turned on. However, in this case, if an overcurrent abnormality occurs before the drain voltage Vds falls below the threshold voltage Vth2, the drain voltage Vds increases without falling below the threshold voltage Vth2, so the mask period is not released and an overcurrent is detected. I can't. On the other hand, according to the present embodiment, even in such a case, the voltage differential value Vds ′ exceeds the threshold voltage Vth1 after being lower than the threshold voltage Vth1, and therefore the overcurrent detection start timing can be advanced. .
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。 The disclosure of this specification is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure encompasses the illustrated embodiments and variations by those skilled in the art based thereon. For example, the disclosure is not limited to the combination of elements shown in the embodiments. The disclosure can be implemented in various combinations. The technical scope disclosed is not limited to the description of the embodiments. The several technical scopes disclosed are indicated by the description of the claims, and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims. .
電子制御装置10が、直噴型ガソリンエンジンに適用される例を示したが、ディーゼルエンジンにも適用できる。エンジンの気筒数も限定されない。
Although the example in which the
特に言及しなかったが、電子制御装置10が、ローサイドスイッチQ3がオフされたときに、対応するソレノイド100aに蓄積されたエネルギをコンデンサ昇圧回路20のコンデンサに回収する回収部をさらに備えてもよい。回収部として、ダイオードやMOSFETなどのスイッチを採用することができる。
Although not particularly mentioned, the
誘導性負荷は、エンジンの燃焼室に、直接、燃料を噴射するインジェクタ100のソレノイド100aに限定されない。
The inductive load is not limited to the
放電スイッチQ1の過電流検出について言及したが、定電流スイッチQ2やローサイドスイッチQ3にも適用できる。 Although the overcurrent detection of the discharge switch Q1 is mentioned, it can be applied to the constant current switch Q2 and the low side switch Q3.
また、制御回路34にて過電流を検出した場合、マイコン22にフィードバックしてもよい。過電流が生じると、たとえば1回の噴射分について噴射信号TQをLレベルにすることもできる。ゲート駆動マスク回路46から制御信号をフィードバックしてもよいし、ゲート駆動回路36からゲート駆動信号S2をフィードバックしてもよい。
When the
上記したように、閾値電圧Vth1は、電圧微分値Vds’が放電スイッチQ1のオン直後に初期的にとり得る値(0V付近の値)と、ドレイン電圧Vdsの急峻な低下にともない取り得る最小値との間に設定されればよい。たとえば、最小値に近い値を閾値電圧Vth1にすると、電圧微分値Vds’が増加に転じてすぐに過電流の検出開始とすることができる。 As described above, the threshold voltage Vth1 is a value that the voltage differential value Vds ′ can initially take immediately after the discharge switch Q1 is turned on (a value in the vicinity of 0 V), and a minimum value that can be taken as the drain voltage Vds drops sharply. It may be set between. For example, when a value close to the minimum value is set to the threshold voltage Vth1, the detection of overcurrent can be started immediately after the voltage differential value Vds' starts to increase.
10…電子制御装置、20…昇圧回路、22…マイコン、24…駆動IC、30…電位差検出回路、32…微分回路、34…制御回路、36…ゲート駆動回路、40…第1比較回路、42…第2比較回路、44…ゲート駆動タイミング生成回路、46…ゲート駆動マスク回路、100…インジェクタ、100a…ソレノイド、P1,P2,P3…端子、Q1…放電スイッチ、Q2…定電流スイッチ、Q3…ローサイドスイッチ、R1…電流検出用抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記誘導性負荷の通電経路上に設けられ、オンすることで前記誘導性負荷に電流を流すスイッチ(Q1)と、
前記スイッチにおいて前記通電経路を形成する端子間の電圧である端子間電圧を検出する電圧検出部(30)と、
検出された前記端子間電圧を微分して電圧微分値を算出する演算部(32)と、
前記端子間電圧に基づいて前記スイッチに流れる過電流を検出するものであり、前記スイッチがオンしてから前記電圧微分値が第1閾値を下回り、その後、前記電圧微分値が前記第1閾値を上回ると過電流の検出を開始し、前記スイッチのオフに応じて過電流の検出を停止する過電流検出部(34)と、
を備える負荷駆動装置。 A load driving device for driving an inductive load (100a),
A switch (Q1) that is provided on the energization path of the inductive load and that is turned on to flow current to the inductive load;
A voltage detection unit (30) for detecting a voltage between terminals which is a voltage between terminals forming the energization path in the switch;
A calculation unit (32) for differentiating the detected inter-terminal voltage to calculate a voltage differential value;
An overcurrent flowing through the switch is detected based on the voltage between the terminals, and the voltage differential value falls below a first threshold value after the switch is turned on, and then the voltage differential value falls below the first threshold value. An overcurrent detection unit (34) that starts detection of an overcurrent when exceeding, and stops detection of an overcurrent in response to turning off of the switch;
A load driving device comprising:
前記駆動部は、前記過電流検出部により過電流が流れていると判断されると、前記スイッチをオフさせる請求項2に記載の負荷駆動装置。 A drive unit (36) for turning on and off the switch;
The load driving device according to claim 2, wherein when the overcurrent detection unit determines that an overcurrent is flowing, the drive unit turns off the switch.
前記スイッチは、電源電圧を昇圧して昇圧電圧を生成し、オンすることで前記ソレノイドに前記昇圧電圧を印加する放電スイッチである負荷駆動装置。 The load driving device according to any one of claims 1 to 3, wherein the inductive load is a solenoid of a direct injection injector that injects fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
The switch is a discharge drive device that is a discharge switch that boosts a power supply voltage to generate a boosted voltage, and turns on to apply the boosted voltage to the solenoid.
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