JP6692444B2 - 誘導性負荷通電制御装置 - Google Patents
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Description
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
《第1の実施形態》
図1は、第1の実施形態における車載制御装置113の構成図である。
第1の実施形態の車載制御装置113(誘導性負荷通電制御装置)は、外部に設置された外部バッテリ100の正極からコネクタのバッテリ端子101を通じて電源供給を受け、この外部バッテリ100の正極と出力端子114との間に接続されるインダクタンス負荷112(誘導性負荷)を通電制御する。これにより車載制御装置113は、車両の制御を行う。
インダクタンス負荷112は、例えばリニアソレノイドであり、所望の電流の通電により車両を制御している。車載制御装置113は、インダクタンス負荷112の逆起電力に基づく還流電流を流す。その還流電流の経路は、車載制御装置113が外部バッテリ100から電源供給を受けるためのバッテリ端子101を利用している。
この車載制御装置113は、入力コンデンサ102、マイクロコンピュータ107、ASIC(application specific integrated circuit)117を備えている。ASIC117は、電圧レギュレータ106、制御部108、制限素子109、駆動素子110、電流検出素子111、電圧監視部103と電流検知部104を含む故障検知部105を含んで構成される。
電圧レギュレータ106は、マイクロコンピュータ107と、ASIC117が動作するのに必要な電圧を生成している。マイクロコンピュータ107は、この車載制御装置113の外部に設置された各種センサからの信号を受信する。
駆動素子110は、インダクタンス負荷112の通電を制御する。制限素子109は、インダクタンス負荷112の逆起電力に基づく還流電流を出力端子114からバッテリ端子101へ流し、その逆方向の電流を制限する。これら駆動素子110と制限素子109は、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)を用いて構成される。
制限素子109のソースは、電流検出素子111を通じて駆動素子110のドレインと出力端子114に接続される。制限素子109のソースからドレインに向けて寄生ダイオードが形成される。これにより、駆動素子110のオンと制限素子109のオンとの間に設けられたデットタイム(不図示)において、インダクタンス負荷112の逆起電力に基づく環流電流を制限素子109の寄生ダイオードを通じて流すことができる。制限素子109のドレインは、出力端子114および電圧レギュレータ106の入力側に接続される。制限素子109のゲートは、制御部108に接続される。制限素子109は、電圧レギュレータ106の入力側から駆動素子110への電流を制限可能である。
駆動素子110がオフし、制限素子109がオンしている時、インダクタンス負荷112に発生する逆起電力に基づき、インダクタンス負荷112、出力端子114、制限素子109、バッテリ端子101の経路に還流電流が流れる。このようなオン・オフ制御により車載制御装置113は、インダクタンス負荷112に通電を行う。
電圧監視部103は、電圧レギュレータ106の入力電圧Viを監視するためのものである。電圧監視部103は、入力電圧Viに係る情報を制御部108に出力すると共に、入力電圧Viが所定の過電圧閾値を超え、または低電圧閾値を下回ったならば、その旨を制御部108と電流検知部104に通知する。
電圧レギュレータ106は、入力電圧Viに応じた電圧を出力して、マイクロコンピュータ107とASIC117に印加する。電圧レギュレータ106の出力電圧が、マイクロコンピュータ107とASIC117を動作させるのに必要な電圧よりも高ければ、マイクロコンピュータ107とASIC117は動作の継続が可能となる。入力電圧Viが、この条件を満たす最低入力電圧値より高ければ、ASIC117に組み込まれた電圧監視部103と制御部108は、電圧監視処理を継続して行える。マイクロコンピュータ107は、故障検知ランプなどを通じた車両の乗員への異常発生の報知、通信手段を用いた他の車載制御装置への異常発生の通知、車両を安全な状態へ移行させるための処理などの制御を継続して行える。
制限素子109と駆動素子110が周期的かつ交互にオンとオフを繰り返すと、駆動素子110のオン期間中にインダクタンス負荷112にエネルギが蓄積され、制限素子109のオン期間中、インダクタンス負荷112に発生する逆起電力に基づき、入力コンデンサ102が充電される。入力コンデンサ102は、マイクロコンピュータ107とASIC117に電力を供給するのに十分な静電容量を持っており、このマイクロコンピュータ107に動作を継続させることが可能である。
図2に示した期間P1は、バッテリ端子101のオープン故障が発生する前である。期間P2は、バッテリ端子101のオープン故障が発生した後、制限素子109と駆動素子110の動作を停止するまでの期間である。期間P3は、制限素子109と駆動素子110のオン・オフ制御を停止して故障要因を判定する期間である。期間P4は、外部バッテリ100とインダクタンス負荷112と制限素子109と駆動素子110と入力コンデンサ102から成る昇圧回路を動作させて、電圧レギュレータ106の入力電圧Viを昇圧させる期間である。
図2(b)は、駆動素子110のオン・オフ状態を示している。
図2(c)は、出力端子114の電圧Voを示している。
図2(d)は、制限素子109に流れる電流Ioを示している。
図2(e)は、電圧レギュレータ106の入力電圧Viを示している。
図3は、故障検出処理を説明するフローチャートである。
図2の期間P1は、バッテリ端子101のオープン故障が発生する前の状態を示している。以下、期間P1における代表的な信号の状態を説明する。
期間P1において、図2(a),(b)に示すように、制限素子109と駆動素子110は、周期的かつ交互にオンとオフを繰り返してインダクタンス負荷112に通電させる(図3のステップS10)。
図2の時刻T1は、バッテリ端子101がオープン故障した時刻を示している。図2の期間P2は、時刻T1以降、かつ制限素子109と駆動素子110のオン・オフ動作が停止する時刻T2までを示している。以下、図2の期間P2における代表的な信号の状態を説明する。
時刻T1においてバッテリ端子101がオープン故障すると、インダクタンス負荷112に発生する逆起電力に基づく還流電流を流す経路は切断される。よって、還流電流は流れなくなる。その結果、駆動素子110のターンオフによりインダクタンス負荷112に発生する逆起電力に基づく電流は、オンしている制限素子109を経由して入力コンデンサ102に充電される。そのため、図2(e)に示す通り、電圧レギュレータ106の入力電圧Viは上昇する。一方、駆動素子110がオンし、制限素子109がオフ時には、入力コンデンサ102に充電されたエネルギからマイクロコンピュータ107に電力を供給するため、電圧レギュレータ106の入力電圧Viは低下する。
図2の時刻T2は、電圧レギュレータ106の入力電圧Viが過電圧閾値Vuを超える時刻である。図2の期間P3は、時刻T2以降、かつ電圧レギュレータ106の入力電圧Viが低電圧閾値Vbを下回るまでの期間である。
時刻T2において電圧監視部103が、電圧レギュレータ106の入力の過電圧を検出する要因として、バッテリ端子101のオープン故障の他に、電圧レギュレータ106の入力にサージ電圧が重畳される場合がある。
図2の時刻T3に示すように、電圧レギュレータ106の入力電圧Viが低電圧閾値Vbを下回ったならば(ステップS14→Yes)、制御部108は、バッテリ端子101のオープン故障であったと判定し、ステップS15の処理に進む。
図2の時刻T3は、電圧レギュレータ106の入力が低電圧閾値Vbを下回った時刻である。図2の期間P4は、時刻T3以降の期間を示している。
インダクタンス負荷112と制限素子109と駆動素子110と入力コンデンサ102により、昇圧回路を形成することができる。この昇圧動作において、電圧監視部103は、電圧レギュレータ106の入力電圧Viを検出して制御部108に出力する。制御部108は、電圧レギュレータ106の入力電圧Viが所定の設定電圧Vdになるように駆動素子110のオン・デューティを変化させてフィードバック制御する。
図4は、本発明の第2の実施形態における車載制御装置113Aの構成図である。
第1実施形態との相違点は、MOSFETである制限素子109を、ダイオードである制限素子109Aに置き換えている点であり、その他の同等部分は同一符号を付して説明は省略する。
図5は、本発明の第3の実施形態に係る、車載制御装置113Bの構成図である。
第1実施形態の車載制御装置113が駆動するインダクタンス負荷112は1つであり、このインダクタンス負荷112と組み合わせる制限素子109、駆動素子110、電流検出素子111、出力端子114は1組である。
第3の実施形態の車載制御装置113B(誘導性負荷通電制御装置)が駆動するのは、第1インダクタンス負荷112bおよび第2インダクタンス負荷112cである。第1インダクタンス負荷112bと組み合わせるのは、第1制限素子109b、第1駆動素子110b、第1電流検出素子111b、第1出力端子114bである。第2インダクタンス負荷112cと組み合わせるのは、第2制限素子109c、第2駆動素子110c、第2電流検出素子111c、第2出力端子114cである。
第1制限素子109bと第1駆動素子110bの組み合わせと、第2制限素子109cと第2駆動素子110cの組み合わせは、制御部108によって、それぞれオン・オフの制御が行われる。車載制御装置113Bは更に、第1電流検出素子111bが検出する電流Io1と、第2電流検出素子111cが検出する電流Io2とを加算する加算部115を備えている。その他の第1実施形態の車載制御装置113との同等部分は、同一符号を付して説明は省略する。
よって、第3の実施形態では、第1インダクタンス負荷112bと第1制限素子109bと第1駆動素子110bの組み合わせと入力コンデンサ102により昇圧動作を行うとよい。
制御部108は、第1制限素子109bと第1駆動素子110bをオン・オフ制御して、第1インダクタンス負荷112bに通電させる(ステップS10b)。制御部108は、ステップS10bの処理と並行して、第2制限素子109cと第2駆動素子110cをオン・オフ制御して、第2インダクタンス負荷112cに通電させる(ステップS10c)。
バッテリ端子101がオープン故障すると、第1インダクタンス負荷112bに発生する逆起電力に基づく還流電流の経路と、第2インダクタンス負荷112cに発生する逆起電力に基づく還流電流の経路は切断される。よって、還流電流は流れなくなる。その結果、第1駆動素子110bのターンオフにより第1インダクタンス負荷112bに発生する逆起電力に基づく電流は、オンしている第1制限素子109bを経由して入力コンデンサ102に充電される。第2駆動素子110cのターンオフにより第2インダクタンス負荷112cに発生する逆起電力に基づく電流は、オンしている第2制限素子109cを経由して入力コンデンサ102に充電される。これにより電圧レギュレータ106の入力電圧Viが次第に上昇し、電流Io1,Io2は次第に減少してゆく。
この昇圧動作において、電圧監視部103は、電圧レギュレータ106の入力電圧Viを検出して制御部108に出力する。制御部108は、電圧レギュレータ106の入力電圧Viが所定の設定電圧Vdになるように、所定のデューティでフィードバック制御する。
その結果、ASIC117に組み込まれた電圧監視部103と制御部108は、電圧監視処理が継続して行える。マイクロコンピュータ107は、故障検知ランプなどを通じた車両の乗員への異常発生の報知、通信手段を用いた他の車載制御装置への異常発生の通知、車両を安全な状態へ移行させるための処理などの制御が継続して行える。
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。例えば上記した実施形態は、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。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、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・置換をすることも可能である。
メモリカード、DVD(Digital Versatile Disk)などの記録媒体に置くことができる。
本発明の変形例として、例えば、次の(a)〜(g)のようなものがある。
(a) 電圧監視部103と電流検知部104を含む故障検知部105は、ASIC117の内部に構成されるが、これに限られず、マイクロコンピュータ107が実行するソフトウェアによって具現化されてもよい。
(b) マイクロコンピュータ107と、これによって実行されるソフトウェアの機能は、ASIC117によって具現化されてもよい。
(c) 駆動素子110は、MOSFETに限定されず、スイッチ素子であればよい。
(d) 制限素子109は、MOSFETに限定されず、スイッチ素子とダイオードの並列回路、またはダイオードであればよい。
(e) 本発明の誘導性負荷通電制御装置は、車載制御装置に限定されず、船舶、航空機、などの移動体に搭載されてもよく、更に建築物や家電装置などに搭載されて誘導性負荷の通電制御を行ってもよい。
(f) 複数の誘導性負荷の通電制御を行う構成においても、各制限素子をダイオードで構成してもよい。
(g) 図2のステップS14の判定は、電圧レギュレータ106の入力側の電圧判定に限定されず、ステップS12の後、予め定められた時間が経過したことを判定条件としてもよい。
101 バッテリ端子
102 入力コンデンサ
103 電圧監視部
104 電流検知部
105 故障検知部 (処理手段の一部)
106 電圧レギュレータ
107 マイクロコンピュータ (処理手段の一部)
108 制御部 (処理手段の一部)
109 制限素子
109A 制限素子
109b 第1制限素子
109c 第2制限素子
110 駆動素子
110b 第1駆動素子
110c 第2駆動素子
111 電流検出素子
111b 第1電流検出素子
111c 第2電流検出素子
112 インダクタンス負荷
112b 第1インダクタンス負荷
112c 第2インダクタンス負荷
113,113A,113B 車載制御装置 (誘導性負荷通電制御装置)
114 出力端子
114b 第1出力端子
114c 第2出力端子
115 加算部 (処理手段の一部)
117,117A,117B ASIC (処理手段の一部)
Claims (15)
- 外部バッテリと接続するバッテリ端子と、
前記バッテリ端子に入力側が接続された電圧レギュレータと、
前記電圧レギュレータの入力側とグランドとの間に設けられる入力コンデンサと、
誘導性負荷の通電を制御する駆動素子と、
前記電圧レギュレータの入力側と前記駆動素子との間に設けられて、前記電圧レギュレータの入力側から前記駆動素子への電流を制限可能な制限素子と、
前記駆動素子をオン・オフ制御すると共に前記バッテリ端子がオープン故障しているか否かを判定する処理手段と、を備え、
前記処理手段は、前記バッテリ端子がオープン故障していると判定すると、前記駆動素子をオン・オフ制御して、前記誘導性負荷と前記駆動素子と前記制限素子と前記入力コンデンサとで構成される昇圧回路により前記電圧レギュレータの入力電圧を所定の電圧値に維持する、
ことを特徴とする誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、前記電圧レギュレータが生成した所定電圧で動作する、
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、
前記電圧レギュレータの入力側の電圧を監視する電圧監視部と、
前記制限素子に流れる電流を検知する電流検知部と、
を備え、
前記処理手段は、前記電圧監視部により所定閾値よりも高い電圧であると判定したならば前記駆動素子のオン・オフ制御を停止する、
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、前記駆動素子のオン・オフ制御を停止した際に、前記電流検知部により検知した電流が所定電流値未満であると判定したならば、サージによる電圧異常であると判定する、
ことを特徴とする請求項3に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、前記駆動素子のオン・オフ制御を停止した際に、前記電流検知部により検知した電流が所定電流値未満であると判定したならば、前記誘導性負荷の通電を制御するための前記駆動素子のオン・オフ制御を再開する、
ことを特徴とする請求項3に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、前記駆動素子のオン・オフ制御を停止した際に、前記電流検知部により検知した電流が所定電流値以上であると判定し続け、かつ前記電圧レギュレータの入力側の電圧が所定の低電圧閾値未満に低下したならば、前記バッテリ端子がオープン故障していると判定する、
ことを特徴とする請求項3に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、前記駆動素子のオン・オフ制御を停止した際に、前記電流検知部により検知した電流が所定電流値以上であると判定し続け、かつ前記電圧レギュレータの入力側の電圧が所定の低電圧閾値未満に低下したならば、前記駆動素子をオン・オフ制御して、前記誘導性負荷と前記駆動素子と前記制限素子と前記入力コンデンサとで構成される昇圧回路により前記電圧レギュレータの入力電圧を所定の電圧値に維持する、
ことを特徴とする請求項3に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記制限素子は、前記駆動素子のオフ時に発生する前記誘導性負荷の逆起電力に基づく電流を、前記バッテリ端子と前記電圧レギュレータの入力側との接続ノードに流すスイッチ素子である、
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、前記駆動素子と前記制限素子とを交互にオン・オフ制御することで前記誘導性負荷の通電を制御する、
ことを特徴とする請求項8に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記制限素子は、前記駆動素子のオフ時に発生する前記誘導性負荷の逆起電力に基づく電流を、前記バッテリ端子と前記電圧レギュレータの入力側との接続ノードに流す整流素子である、
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 他の誘導性負荷をそれぞれ通電させる他の駆動素子と、
前記電圧レギュレータの入力側と前記他の駆動素子との間に設けられ、前記電圧レギュレータの入力側から前記他の駆動素子への電流を制限可能なスイッチ素子である他の制限素子と、を備えており、
前記制限素子は、前記駆動素子のオフ時に発生する前記誘導性負荷の逆起電力に基づく電流を、前記バッテリ端子と前記電圧レギュレータの入力側との接続ノードに流すスイッチ素子であり、
前記処理手段は、前記バッテリ端子がオープン故障していると判定すると、前記駆動素子および前記制限素子、または前記他の駆動素子と前記他の制限素子のうちいずれかの組み合わせをオン・オフ制御して、前記組み合わせに係る誘導性負荷と制限素子と、前記入力コンデンサとで構成される昇圧回路により前記電圧レギュレータの入力電圧を所定の電圧値に維持する、
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、前記電圧レギュレータの入力側が所定閾値よりも高い電圧であると判定したならば前記駆動素子および前記他の駆動素子をオフする、
ことを特徴とする請求項11に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、前記駆動素子および前記制限素子、または前記他の駆動素子と前記他の制限素子のうちいずれかの組み合わせをオン・オフ制御して、前記電圧レギュレータの入力電圧を所定の電圧値に維持すると共に、オン・オフ制御していない方の組み合わせに係る駆動素子と制限素子とをオフする、
ことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 他の誘導性負荷をそれぞれ通電させる他の駆動素子と、
前記電圧レギュレータの入力側と前記他の駆動素子との間に設けられ、前記電圧レギュレータの入力側から前記他の駆動素子への電流を制限可能なダイオードである他の制限素子と、を備えており、
前記制限素子は、前記駆動素子のオフ時に発生する前記誘導性負荷の逆起電力に基づく電流を、前記バッテリ端子と前記電圧レギュレータの入力側との接続ノードに流すダイオードであり、
前記処理手段は、前記バッテリ端子がオープン故障していると判定すると、前記駆動素子および前記制限素子、または前記他の駆動素子と前記他の制限素子のうちいずれかの組み合わせをオン・オフ制御して、前記組み合わせに係る誘導性負荷と制限素子と、前記入力コンデンサとで構成される昇圧回路により前記電圧レギュレータの入力電圧を所定の電圧値に維持する、
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導性負荷通電制御装置。 - 前記処理手段は、前記駆動素子および前記他の駆動素子のうちいずれかをオン・オフ制御して、前記電圧レギュレータの入力電圧を所定の電圧値に維持すると共に、オン・オフ制御していない方の駆動素子をオフする、
ことを特徴とする請求項14に記載の誘導性負荷通電制御装置。
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2017
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