JP6668474B2 - 電子制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子制御装置に関する。
自動車用ECU（Electronic Control Unit）を汎用的に使用するには、様々な車種に対応できるインタフェース回路を用意する必要がある。ここで、インタフェース回路は、リニア電流制御回路（以下、LCCという。）、ローサイド・オン・オフ制御回路（以下、LSDという。）、ハイサイド・オン・オフ制御回路（以下、HSDという。）等の負荷駆動回路を意味する。
しかし多様なインタフェース回路を揃えるほどECUのコネクタ端子数が増加し、ECUが大型化する。ECUへの要求は小型化によるコスト低減の傾向にあり、これと排反する。そこで接続する負荷に応じて駆動形態を変えられるインタフェース回路が求められている。
これに対し、LCC及びHSDの機能を有し、これらの機能を切り替えることができる装置が知られている（例えば、特許文献1参照）。特許文献１（図3ないし図6）では、同一の負荷接続に対してLCCとHSDを使い分けている。
特開2007-258392号公報
特許文献1に開示される装置は、LSDには対応しておらず、LSDとしての機能を有していない。
本発明の目的は、接続される負荷に応じてLCC、HSD、又はLSDの機能を切り替えることができる電子制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の一例は、電源と第1端子の間の第1経路に設けられる第1スイッチング素子と、グランドと第2端子の間の第2経路に設けられる第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子と前記第1端子の間の第1接続点と前記第2スイッチング素子と前記第2端子の間の第2接続点とに接続される第3経路に設けられる整流素子と、前記第3経路に設けられる第3スイッチング素子と、を備える電子制御装置であって、前記第1端子にのみ負荷の一端が接続される場合、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をオフに固定し、かつ、前記第1スイッチング素子をスイッチングし、前記第2端子にのみ前記負荷の一端が接続される場合、前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をオフに固定し、かつ、前記第2スイッチング素子をスイッチングする制御素子を備える。
本発明によれば、接続される負荷に応じてLCC、HSD、又はLSDの機能を切り替えることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の第1の実施形態によるインタフェース回路を含む電子制御装置の構成図である。 LCC用の負荷接続図である。 LSD用の負荷接続図である。 HSD用の負荷接続図である。 LSD及びHSD併用の負荷接続図である。 本発明の第2の実施形態によるインタフェース回路を含む電子制御装置の構成図である。 本発明の第2の実施形態の変形例によるインタフェース回路を含む電子制御装置の構成図である。 図１の還流経路のダイオードとスイッチング素子の位置を変えた変形例を示す図である。 図２の還流経路のダイオードとスイッチング素子の位置を変えた変形例を示す図である。 図３の還流経路のダイオードとスイッチング素子の位置を変えた変形例を示す図である。 本発明の第3の実施形態によるインタフェース回路を含む電子制御装置の構成図である。
以下、図面を用いて、本発明の第1〜第3の実施形態によるインタフェース回路を含む電子制御装置の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。
（第1の実施形態）
以下、本発明の第1の実施形態を図１により説明する。図１は、本発明の第1の実施形態によるインタフェース回路200を含む電子制御装置100の基本的な回路構成を示す図である。
電源側スイッチング素子102（第1スイッチング素子）は、電源401（バッテリー）とコネクタ端子301（第1端子）の間の経路L1（第1経路）に設けられる。グランド側スイッチング素子106（第2スイッチング素子）は、グランド402とコネクタ端子302（第2端子）の間の経路L2（第2経路）に設けられる。還流ダイオード105（整流素子）は、電源側スイッチング素子102とコネクタ端子301の間の接続点P1（第1接続点）とグランド側スイッチング素子106とコネクタ端子302の間の接続点P2（第2接続点）とに接続される経路L3（第3経路）に設けられる。スイッチング素子104（第3スイッチング素子）は、経路L3に設けられる。
マイコン、IC等の制御素子101は、電源側スイッチング素子102、還流経路上のスイッチング素子104、グランド側スイッチング素子106を制御する。
LCCとして使用する場合は、図１Aに示すように誘導性負荷501aを接続する。すなわち、コネクタ端子301（第1端子）に誘導性負荷501aの一端が接続され、コネクタ端子302（第2端子）に誘導性負荷501aの他端が接続される。制御素子101は、還流経路上のスイッチング素子104（第3スイッチング素子）を制御信号線202で常時オン（オンに固定）とし、還流ダイオード105を介して還流電流を導通させる。制御素子101は、制御信号線201による電源側スイッチング素子102のスイッチング、または制御信号線203によるグランド側スイッチング素子106のスイッチングによりコネクタ端子301と302に接続されたLCC用の誘導性負荷501aを駆動させ、スイッチング制御をしない側は常時オンとする。
LSDとして使用する場合は、図１Bに示すように負荷501（具体的には、抵抗性負荷、誘導性負荷、容量性負荷など）を接続する。すなわち、図１Bの例では、コネクタ端子302（第2端子）にのみ負荷501の一端が接続される。なお、負荷501の他端は電源401に接続される。制御素子101は、電源側スイッチング素子102（第1スイッチング素子）を制御信号線201で、還流経路上のスイッチング素子104（第3スイッチング素子）を制御信号線202で常時オフ（オフに固定）とし、制御信号線203によるグランド側スイッチング素子106（第2スイッチング素子）のスイッチングによりコネクタ端子302に接続されたLSD用の負荷501を駆動させる。
また、HSDとして使用する場合は、図１Cに示すように負荷501（具体的には、抵抗性負荷、誘導性負荷、容量性負荷など）を接続する。すなわち、図１Cの例では、コネクタ端子301（第1端子）にのみ負荷501の一端が接続される。なお、負荷501の他端はグランド402に接続される。制御素子101は、グランド側スイッチング素子106を制御信号線203で、還流経路上のスイッチング素子104を制御信号線202で常時オフとし、制御信号線201による電源側スイッチング素子102のスイッチングによりコネクタ端子301に接続されたHSD用の負荷501を駆動させる。
なお、図１B及び図１Cでは、LSD又はHSDとして単独で使用する例を説明したが、図１Dに示すように、LSD及びHSDとして併用してもよい。図1Dでは、コネクタ端子301（第1端子）にHSD用の負荷501（第1の負荷）の一端が接続され、コネクタ端子302（第2端子）にLSD用の負荷501（第2の負荷）の一端が接続される。制御素子101は、還流経路上のスイッチング素子104（第3スイッチング素子）を制御信号線202で常時オフとする。また、制御素子101は、制御信号線201による電源側スイッチング素子102（第1スイッチング素子）のスイッチングによりコネクタ端子301に接続されたHSD用の負荷501を駆動させるとともに、制御信号線203によるグランド側スイッチング素子106（第2スイッチング素子）のスイッチングによりコネクタ端子302に接続されたLSD用の負荷501を駆動させる。
以上説明したように、本実施形態によれば、接続される負荷とスイッチング制御により、1つの回路構成でLCCとして使用する場合と、LSDとして使用する場合と、HSDとして使用する場合と、LSD及びHSDとして併用する場合を切り換えることができる。すなわち、接続される負荷に応じてLCC、HSD、又はLSDの機能を切り替えることができる。
換言すれば、同一のインタフェース回路を使い、LCC、HSD、LSDの機能をソフトウェアで使い分けることができる。LCC、HSD、LSD毎に電子制御装置を製造する必要がないため、管理工数の増大はまねかず、コネクタ端子の増加もまねかない。
なお、図4に示すように、還流経路上にあるスイッチング素子104と還流ダイオード105の位置を入れ替えてもよい。これにより、同様の効果を得ることが可能である。
（第2の実施形態）
次に、本発明の第2の実施形態を図2により説明する。図２は、同一論理の制御信号を用いることで、制御素子101からの制御信号線を減らす方法を示す図である。
図２では、制御信号線201と制御信号線202を同一信号線とすることで電源側スイッチング素子102と還流経路上にあるスイッチング素子104を同論理で制御する。すなわち、制御信号線202（第3制御線）は、制御信号線201（第1制御線）に接続される。これは制御信号線203によりグランド側スイッチング素子106をスイッチングさせるLCCとLSDを併用させる場合に適用できる。
なお、制御信号線201（第1制御線）は、電源側スイッチング素子102（第1スイッチング素子）に接続され、制御信号線203（第2制御線）は、グランド側スイッチング素子106（第2スイッチング素子）に接続され、制御信号線202（第3制御線）は、スイッチング素子104（第3スイッチング素子）に接続される。
LCCとして使用する場合は、図１Aに示すように誘導性負荷501aを接続し、電源側スイッチング素子102と還流経路上にあるスイッチング素子104を制御信号線201及び制御信号線202で常時オンとする。
LSDとして使用する場合は、図１Bに示すように負荷501を接続し、電源側スイッチング素子102と還流経路上にあるスイッチング素子104を制御信号線201及び制御信号線202で常時オフとする。
以上説明したように、本実施形態によれば、1つの回路構成でLCCとして使用する場合と、LSDとして使用する場合とを切り換えることができる。また、還流経路上にあるスイッチング素子104の制御信号線202を制御信号線201と同一信号線とすることで制御素子101からの制御信号線202を減らすことができる。
なお、図5に示すように、還流経路上にあるスイッチング素子104と還流ダイオード105の位置を入れ替えてもよい。ただし、還流経路上にあるスイッチング素子104を適正な電圧でオン・オフ制御するために図示していない電圧変換回路が必要となる。
（変形例）
次に、本発明の第2の実施形態の変形例を図3により説明する。図３は、同一論理の制御信号を用いることで、制御素子101からの制御信号線を減らす別の方法を示す図である。
図３では、制御信号線202と制御信号線203を同一信号線とすることでグランド側スイッチング素子106と還流経路上にあるスイッチング素子104を同論理で制御する。すなわち、制御信号線202（第3制御線）は、制御信号線203（第2制御線）に接続される。
この場合は図２の場合と異なり、還流経路上にあるスイッチング素子104を適正な電圧でオン・オフ制御するために図示していない電圧変換回路が必要となる。これは制御信号線201により電源側スイッチング素子102をスイッチングさせるLCCとHSDを併用させる場合に適用できる。
LCCとして使用する場合は、図１Aに示すように誘導性負荷501aを接続し、グランド側スイッチング素子106と還流経路上にあるスイッチング素子104を制御信号線203と制御信号線202で常時オンとする。
HSDとして使用する場合は、図１Cに示すように負荷501を接続し、グランド側スイッチング素子106と還流経路上にあるスイッチング素子104を制御信号線203と制御信号線202で常時オフとする。
以上説明したように、本変形例によれば、1つの回路構成でLCCとして使用する場合と、HSDとして使用する場合とを切り換えることができる。また、還流経路上にあるスイッチング素子104の制御信号線202を制御信号線203と同一信号線とすることで制御素子101からの制御信号線202を減らすことができる。
なお、図6に示すように、還流経路上にあるスイッチング素子104と還流ダイオード105の位置を入れ替えてもよい。ただし、還流経路上にあるスイッチング素子104を適正な電圧でオン・オフ制御するために図示していない電圧変換回路が必要となる。
（第3の実施形態）
次に、本発明の第3の実施形態を図7により説明する。図７は、第1の実施形態において還流経路上にあるスイッチング素子104と還流ダイオード105をそれぞれスイッチング素子A107、スイッチング素子B108に置き換えた場合の実施形態を示す図である。
換言すれば、スイッチング素子A107及びスイッチング素子B108の一方（第4スイッチング素子）は、整流素子として機能する。
この場合は、制御信号線204及び制御信号線205により任意のタイミングでスイッチング素子A107とスイッチング素子B108をオン/オフできるため、第1の実施形態において還流経路上に設けていたダイオードの順方向電圧による電力損失を軽減することができる。
本実施形態によれば、接続される負荷とスイッチング制御により、1つの回路構成でLCCとして使用する場合と、LSDとして使用する場合と、HSDとして使用する場合とを切り換えることができる。また、還流経路における電力損失を軽減することができる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。
（１）電源からの電流を負荷へ供給する電源側スイッチング素子と、前記負荷からの電流をグランドへ流すグランド側スイッチング素子と、前記負荷からの還流電流を前記負荷の上流側へ還流させる還流経路と、前記還流経路に配置され経路の導通と遮断を切り換える還流スイッチング素子を備える電子制御装置。
（２）前記還流経路に配置される還流スイッチング素子が、前記還流経路の方向を制限する素子と経路の導通と遮断を切り換えるスイッチング素子で構成される（１）記載の電子制御装置。
（３）前記還流経路に配置される還流スイッチング素子が、前記還流経路の導通と遮断を切り換える二つのスイッチング素子で構成される（１）記載の電子制御装置。
（４）前記電源側スイッチング素子と前記グランド側スイッチング素子に両端が接続される負荷に対して、前記電源側スイッチング素子をスイッチング制御する場合は前記グランド側スイッチング素子を常時オンとし、前記グランド側スイッチング素子をスイッチング制御する場合は前記電源側スイッチング素子を常時オンとし、前記還流経路に配置される前記還流スイッチング素子を常時オンにすることで前記還流経路の導通を行うリニア電流制御回路を持つ（１）ないし（３）記載の電子制御装置。
（５）前記電源側スイッチング素子もしくは前記グランド側スイッチング素子のどちらか片方に接続される負荷に対して、負荷が接続された前記電源側スイッチング素子をスイッチング制御する場合は負荷が接続されない前記グランド側スイッチング素子を常時オフとし、負荷が接続された前記グランド側スイッチング素子をスイッチング制御する場合は負荷が接続されない前記電源側スイッチング素子を常時オフとし、前記還流経路に配置される前記還流スイッチング素子を常時オフにすることで前記還流経路の遮断を行うオン・オフ制御回路を持つ（１）ないし（３）記載の電子制御装置。
（６）前記電源側スイッチング素子もしくは前記グランド側スイッチング素子のスイッチング制御と、前記還流経路に配置される還流スイッチング素子をオン・オフすることで前記還流経路の導通と遮断を行い、負荷の接続の仕方により、前記負荷を駆動する際に前記還流電流を用いるリニア電流制御回路とオン・オフ制御回路を切り換える制御素子により構成された（１）ないし（５）記載の電子制御装置。
（７）前記電源側スイッチング素子もしくは前記グランド側スイッチング素子と前記還流経路に配置される還流スイッチング素子に対し、スイッチング制御しない側の前記電源側スイッチング素子もしくは前記グランド側スイッチング素子と同一の論理で前記還流経路に配置される還流スイッチング素子をオン・オフすることで前記還流経路の導通と遮断を行い、リニア電流制御回路とオン・オフ制御回路を切り換える（１）ないし（６）記載の電子制御装置。
（８）前記電源側スイッチング素子もしくは前記グランド側スイッチング素子と前記還流スイッチング素子の制御端子及び出力端子を接続し、同一電圧の制御信号でオン・オフすることで前記還流経路の導通と遮断を行う（１）ないし（７）記載の電子制御装置。
上記実施形態（１）〜（８）によれば、リニア電流制御のLCCとオン・オフ制御のHSDまたはLSDのインタフェース回路を併用し、ソフトウェアによる選択で何れかの駆動回路として使用することができる。
また、スイッチング制御を行う側のスイッチング素子とは反対側のスイッチング素子と同論理で還流経路のスイッチング素子をオン・オフすることで同一の制御信号で実現できる。
さらに、電源側スイッチング素子またはグランド側スイッチング素子と前記還流経路のスイッチング素子をNチャネルもしくはPチャネルのMOSFETで構成することにより同一電位の制御信号でオン・オフさせることができる。
１００…電子制御装置
１０１…各種スイッチング素子を制御する制御素子
１０２…電源側スイッチング素子
１０４…還流経路上のスイッチング素子
１０５…還流ダイオード
１０６…グランド側スイッチング素子
１０７…還流経路上のスイッチング素子Ａ
１０８…還流経路上のスイッチング素子Ｂ
２００…インタフェース回路
２０１…電源側スイッチング素子１０２の制御信号線
２０２…還流経路上のスイッチング素子１０４の制御信号線
２０３…グランド側スイッチング素子１０６の制御信号線
２０４…スイッチング素子Ａ１０７の制御信号線
２０５…スイッチング素子Ｂ１０８の制御信号線
３０１…コネクタ端子
３０２…コネクタ端子
４０１…電源（バッテリー）
４０２…グランド
５０１ａ…誘導性負荷
５０１…負荷

Claims (6)

  1. 電源と第1端子の間の第1経路に設けられる第1スイッチング素子と、
    グランドと第2端子の間の第2経路に設けられる第2スイッチング素子と、
    前記第1スイッチング素子と前記第1端子の間の第1接続点と前記第2スイッチング素子と前記第2端子の間の第2接続点とに接続される第3経路に設けられる整流素子と、
    前記第3経路に設けられる第3スイッチング素子と、を備える電子制御装置であって、
    前記第1端子にのみ負荷の一端が接続される場合、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をオフに固定し、かつ、前記第1スイッチング素子をスイッチングし、
    前記第2端子にのみ前記負荷の一端が接続される場合、前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をオフに固定し、かつ、前記第2スイッチング素子をスイッチングする制御素子を備える
    ことを特徴とする電子制御装置。
  2. 電源と第1端子の間の第1経路に設けられる第1スイッチング素子と、
    グランドと第2端子の間の第2経路に設けられる第2スイッチング素子と、
    前記第1スイッチング素子と前記第1端子の間の第1接続点と前記第2スイッチング素子と前記第2端子の間の第2接続点とに接続される第3経路に設けられる整流素子と、
    前記第3経路に設けられる第3スイッチング素子と、を備え、
    前記第1端子に誘導性負荷の一端が接続され、前記第2端子に前記誘導性負荷の他端が接続される場合、前記第3スイッチング素子をオンに固定し、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の一方をオンに固定し、かつ、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の他方をスイッチングする制御素子を備える電子制御装置であって、
    前記制御素子は、
    前記第1端子にのみ負荷の一端が接続される場合、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をオフに固定し、かつ、前記第1スイッチング素子をスイッチングし、
    前記第2端子にのみ前記負荷の一端が接続される場合、前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子をオフに固定し、かつ、前記第2スイッチング素子をスイッチングする
    ことを特徴とする電子制御装置。
  3. 電源と第1端子の間の第1経路に設けられる第1スイッチング素子と、
    グランドと第2端子の間の第2経路に設けられる第2スイッチング素子と、
    前記第1スイッチング素子と前記第1端子の間の第1接続点と前記第2スイッチング素子と前記第2端子の間の第2接続点とに接続される第3経路に設けられる整流素子と、
    前記第3経路に設けられる第3スイッチング素子と、を備える電子制御装置であって、
    前記第1スイッチング素子に接続される第1制御線と、
    前記第2スイッチング素子に接続される第2制御線と、
    前記第3スイッチング素子に接続される第3制御線と、を備え、
    前記第3制御線は、
    前記第1制御線又は前記第2制御線に接続される
    ことを特徴とする電子制御装置。
  4. 請求項1に記載の電子制御装置であって、
    前記整流素子は、
    第4スイッチング素子である
    ことを特徴とする電子制御装置。
  5. 電源と第1端子の間の第1経路に設けられる第1スイッチング素子と、
    グランドと第2端子の間の第2経路に設けられる第2スイッチング素子と、
    前記第1スイッチング素子と前記第1端子の間の第1接続点と前記第2スイッチング素子と前記第2端子の間の第2接続点とに接続される第3経路に設けられる整流素子と、
    前記第3経路に設けられる第3スイッチング素子と、を備える電子制御装置であって、
    前記第1端子に第1の負荷の一端が接続され、かつ、前記第2端子に第2の負荷の一端が接続される場合、前記第3スイッチング素子をオフに固定し、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子をそれぞれスイッチングする制御素子を備える
    ことを特徴とする電子制御装置。
  6. 電源と第1端子の間の第1経路に設けられる第1スイッチング素子と、
    グランドと第2端子の間の第2経路に設けられる第2スイッチング素子と、
    前記第1スイッチング素子と前記第1端子の間の第1接続点と前記第2スイッチング素子と前記第2端子の間の第2接続点とに接続される第3経路に設けられる整流素子と、
    前記第3経路に設けられる第3スイッチング素子と、を備え、
    前記第1端子に誘導性負荷の一端が接続され、前記第2端子に前記誘導性負荷の他端が接続される場合、前記第3スイッチング素子をオンに固定し、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の一方をオンに固定し、かつ、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の他方をスイッチングする制御素子を備える電子制御装置であって、
    前記制御素子は、
    前記第1端子に第1の負荷の一端が接続され、かつ、前記第2端子に第2の負荷の一端が接続される場合、前記第3スイッチング素子をオフに固定し、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子をそれぞれスイッチングする
    ことを特徴とする電子制御装置。
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