JP6753750B2

JP6753750B2 - スイッチング回路

Info

Publication number: JP6753750B2
Application number: JP2016185548A
Authority: JP
Inventors: 小林　誠; 誠小林
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2020-09-09
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: JP2018050230A

Description

本発明は、負荷装置の通電をスイッチングするスイッチング回路に関する。

特許文献１には、バッテリに直列に接続される負荷装置とインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ：Intelligent Power Dvice）とを備え、マイクロコンピュータがＩＰＤに負荷装置に対する駆動信号を出力する駆動装置が開示されている。

特開平１１−１４６５５８号公報

ところで、車両においては種々の負荷装置を制御装置がスイッチング制御するが、車両の安全運行などの観点から保護機能の向上による耐久性強化が望まれ、係る要望に対応するために、スイッチ用のパワー半導体と過電流などに対する保護機能を実現する制御回路とを備えたＩＰＤがスイッチング素子として使用される傾向にある。
しかし、ＩＰＤの立ち上がり時間及び立ち下がり時間はトランジスタなどに比べて遅いため、負荷装置のスイッチングをＩＰＤで行うスイッチング回路では、要求の最大応答速度（スルーレート）を実現することが難しいという問題があった。

負荷装置のスイッチング応答が遅いと、高周波でオンオフを切り替えるときに、負荷装置への通電の立ち上がり及び立ち下がりが鈍り、所期の波形の通電パルスを生成できなくなったり、負荷装置の操作精度が低下したりするなどの不具合が生じる。特に、抵抗への通電をスイッチングすることで、外部に出力するパルス信号の周波数を変更するシステムでは、スイッチング応答が遅いとパルス信号が鈍り、外部装置が認識する周波数が所期値からずれてしまうという不具合が生じる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ＩＰＤによる過電流保護機能を備えつつ高速スイッチングを実現できるスイッチング回路を提供することを目的とする。

そのため、本願発明に係るスイッチング回路は、その一態様として、第１ＥＣＵに含まれるスイッチング回路であって、前記第１ＥＣＵは、前記スイッチング回路を用いて所定周波数のパルス信号を外部の第２ＥＣＵに出力する装置であり、前記スイッチング回路は、トランジスタと、前記トランジスタのエミッタに接続された過電流保護機能付きのインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）とを備え、前記トランジスタのコレクタと電源との間に抵抗が直列に接続され、前記第２ＥＣＵは、前記抵抗の端子電圧を入力し、前記第１ＥＣＵは、前記トランジスタのベース電圧を制御する制御信号の周波数を変更して前記抵抗の端子電圧のハイ・ローを切り替えることで、所定周波数のパルス信号を前記第２ＥＣＵに出力し、前記インテリジェントパワーデバイスは、前記トランジスタに過電流が流れるとき、前記抵抗への通電を遮断する。

本願発明に係るスイッチング回路によると、抵抗の通電はトランジスタでスイッチングされるから要求の最大応答速度を実現できる高速スイッチングが可能であり、また、端子天絡などによって抵抗に過電流が流れると、ＩＰＤの過電流保護機能によりトランジスタを保護することができる。

本発明の実施形態においてスイッチング回路を適用する車速検出システムを示す構成図である。本発明の実施形態におけるスイッチング回路を示す回路図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係るスイッチング回路を適用する車速検出システム１００を示す構成図である。
車速検出システム１００は、車輪速センサ１１０ａ−１１０ｄ、第１電子コントロールユニット（第１ＥＣＵ）１２０、第２電子コントロールユニット（第２ＥＣＵ）１３０などを含んで構成される。

第１ＥＣＵ１２０及び第２ＥＣＵ１３０は、いずれもマイクロプロセッサを内蔵する電子コントロールユニットである。第１ＥＣＵ１２０は、例えば車両の横滑りを検知してブレーキ制御を行う横滑り防止装置（Electronic Stability Control：ＥＣＳ）などであり、第２ＥＣＵ１３０は、例えば車両のエンジンやＡＴ（automatic transmission）などを制御する電子コントロールユニットである。

第１ＥＣＵ１２０は、車輪速センサ１１０ａ−１１０ｄの出力を入力して車速ＶＳＰを示すパルス信号を生成し、前記パルス信号を外部の第２ＥＣＵ１３０に出力する。
車輪速センサ１１０ａ−１１０ｄは、第１ＥＣＵ１２０の車輪速回路１２１ａ−１２１ｄからそれぞれ電源が供給され、車両の各車輪１１１ａ−１１１ｄの回転速度を示す車輪速信号を車輪速回路１２１ａ−１２１ｄに出力する。

車輪速回路１２１ａ−１２１ｄは、各車輪の１１１ａ−１１１ｄの車輪速信号を第１ＥＣＵ１２０のマイクロプロセッサ（ＭＣＵ）１２２に出力する。
ＭＣＵ（演算装置）１２２は、車輪速信号に基づき車速ＶＳＰを演算し、車速ＶＳＰに基づきスイッチング回路１４０をスイッチング制御することで車速ＶＳＰに応じた周波数のパルス信号を生成して外部の第２ＥＣＵ１３０に出力する。
第２ＥＣＵ１３０は、第１ＥＣＵ１２０から出力されるパルス信号に基づき車速ＶＳＰを検知し、車速ＶＳＰに基づき車両のエンジンやＡＴなどを制御する。

図２は、第１ＥＣＵ１２０に含まれるスイッチング回路１４０の一態様を示す回路図である。
図２に示すスイッチング回路１４０は、負荷装置としての抵抗Ｒ１の通電をスイッチングするためのトランジスタ１４１を備えている。

トランジスタ１４１は、例えばＮＰＮトランジスタであり、トランジスタ１４１のコレクタ１４１Ｃと電源（バッテリ）１４２との間に抵抗Ｒ１が直列に接続されている。
なお、第１ＥＣＵ１２０の端子１２０ａは、抵抗Ｒ１とトランジスタ１４１のコレクタ１４１Ｃとを接続するラインに設けられており、この端子１２０ａを介して第１ＥＣＵ１２０外部の抵抗Ｒ１と第１ＥＣＵ１２０内部のトランジスタ１４１のコレクタ１４１Ｃとが接続される。

トランジスタ１４１のエミッタ１４１Ｅと回路アース１４３との間には、ＩＰＤ１４４が接続されている。
ＩＰＤ１４４は、過電流保護機能を有し、第１ＥＣＵ１２０の内部電源１４５から直接電力が供給される。

第１ＥＣＵ１２０に内蔵されるＭＣＵ（Micro Controller Unit）１２２は、ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリやＩ／Ｏ関連などの周辺機能を搭載したマイクロプロセッサであり、トランジスタ１４１のベース１４１Ｂの電圧制御を行い、トランジスタ１４１のオンオフを制御する。
つまり、ＭＣＵ１２２は、トランジスタ１４１のベース電圧を制御する制御信号を出力することによって、トランジスタ１４１をオンオフ制御し、抵抗Ｒ１への通電をスイッチングする。

一方、第２ＥＣＵ１３０は、抵抗Ｒ１の端子電圧を入力する。
抵抗Ｒ１の端子電圧は、抵抗Ｒ１への通電がオンオフされることで論理レベルとしてハイとローとに切り替わり、第２ＥＣＵ１３０は、抵抗Ｒ１への通電がオンオフされることで電圧がハイとローとに切り替わるパルス信号を入力する。
ここで、ＭＣＵ１２２は、トランジスタ１４１のベース電圧を制御する制御信号の周波数を車速ＶＳＰに応じて変更し、これによって、第２ＥＣＵ１３０が入力するパルス信号の周波数が車速ＶＳＰに応じて異なるようにする。
そして、第２ＥＣＵ１３０は、入力したパルス信号の周波数に基づき車速ＶＳＰを検知し、検知した車速ＶＳＰに基づきエンジンやＡＴなどの制御を実施する。

ＩＰＤ１４４は、過電流保護機能として、所定の過電流が流れているか否か（通電電流が閾値を超えているか否か）を検出する機能と、所定の過電流が流れているか否かに応じて抵抗Ｒ１の通電ラインを接続・遮断する機能を有している。
つまり、ＩＰＤ１４４は、過電流が流れていない正常状態では抵抗Ｒ１の通電ライン（トランジスタ１４１のエミッタ１４１Ｅと回路アース１４３との間）を接続状態（オン状態）に保持する。また、ＩＰＤ１４４は、過電流が流れた異常状態では抵抗Ｒ１の通電ライン（トランジスタ１４１のエミッタ１４１Ｅと回路アース１４３との間）を遮断する状態（オフ状態）に切り替わり、過電流が流れることを抑制する。

上記構成のスイッチング回路１４０では、トランジスタ１４１が抵抗Ｒ１の通電をスイッチングするので、ＩＰＤ１４４によって抵抗Ｒ１の通電をスイッチングする場合に比べて高速なスイッチングが可能であり、要求の最大応答速度（スルーレート）を実現することが可能になる。
そして、抵抗Ｒ１への通電のオンオフによって車速に応じた周波数のパルス信号を生成する車速検出システム１００では、第２ＥＣＵ１３０における車速の検出精度が向上し、引いては、第２ＥＣＵ１３０による制御精度を改善できる。

更に、過電流保護機能付きのＩＰＤ１４４を備えるから、端子１２０ａの天絡などが発生したときにトランジスタ１４１などに過電流が流れ続けることを抑制でき、以って、トランジスタ１４１などの回路部品を保護することができる。
そして、トランジスタ１４１などの回路部品を保護できれば、天絡が解消した後に再度抵抗Ｒ１への通電をスイッチングして車速検出及び車速に基づく制御を開始することができる。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
ＩＰＤ１４４は、過電流保護機能として、過電流の有無に応じて通電ラインの接続・遮断を切り替えるが、過電流が発生していることをＭＣＵ１２２に通知する機能を、通電ラインの接続・遮断機能と共に、又は、通電ラインの接続・遮断機能に代えて備えることができる。
また、負荷装置は、抵抗Ｒ１に限定されず、ソレノイドや電磁コイルなど、高周波で駆動される公知の負荷装置に本発明に係るスイッチング回路を適宜用いることができる。

ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
スイッチング回路は、その一態様として、コレクタに負荷装置が接続され、演算装置のベース電圧制御によりスイッチング動作するトランジスタと、前記トランジスタのエミッタに接続された過電流保護機能付きのインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）と、を含む。
前記スイッチング回路の好ましい態様において、前記インテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）は、過電流が発生していない状態では回路を接続するオン状態を保持し、過電流が発生したときに回路を遮断するオフ状態に切り替わる。

１２０…第１ＥＣＵ、１２２…ＭＣＵ（演算装置）、１３０…第２ＥＣＵ、１４０…スイッチング回路、１４１…トランジスタ、１４４…ＩＰＤ、Ｒ１…抵抗（負荷装置）

Claims

第１ＥＣＵに含まれるスイッチング回路であって、
前記第１ＥＣＵは、前記スイッチング回路を用いて所定周波数のパルス信号を外部の第２ＥＣＵに出力する装置であり、
前記スイッチング回路は、トランジスタと、前記トランジスタのエミッタに接続された過電流保護機能付きのインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）とを備え、
前記トランジスタのコレクタと電源との間に抵抗が直列に接続され、
前記第２ＥＣＵは、前記抵抗の端子電圧を入力し、
前記第１ＥＣＵは、前記トランジスタのベース電圧を制御する制御信号の周波数を変更して前記抵抗の端子電圧のハイ・ローを切り替えることで、所定周波数のパルス信号を前記第２ＥＣＵに出力し、
前記インテリジェントパワーデバイスは、前記トランジスタに過電流が流れるとき、前記抵抗への通電を遮断する、
スイッチング回路。
前記第１ＥＣＵ及び前記第２ＥＣＵは、車両の車速検出システムを構成し、
前記第１ＥＣＵは前記制御信号の周波数を車速に応じて変更し、
前記第２ＥＣＵは前記パルス信号の周波数に基づき車速を検知する、
請求項１記載のスイッチング回路。