JP6753750B2 - スイッチング回路 - Google Patents

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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 (2)

  1. 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。
  2. 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。
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