JP6811163B2 - 負荷駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車、建設機械、産業用機械等に適用されて好適な負荷駆動装置に関する。

自動車、建設機械、産業用機械等は、電磁弁を始めとした可動負荷を備えている。このような可動負荷には、スイッチ素子が直列に接続され、スイッチ素子の導通と遮断を制御することで、負荷に流れる電流量が制御されている。スイッチ素子の故障は機械の動作に重要な影響を及ぼすため、スイッチ素子の故障診断手法が重要となる。特許文献１，２には、このようなスイッチ素子の故障を診断する手法が開示されている。特許文献１，２に記載された手法では、負荷に一定以上の電流を流しながら、スイッチ素子の故障を診断している。

特開２０１０−１４６８４１号公報 特許第５２０３８５９号公報

ところで、負荷を駆動するための回路には、様々な構成例が考えられる。一例として、負荷駆動電源と負荷の間に負荷駆動用スイッチ素子が設けられ、負荷の下流側に遮断用スイッチ素子が設けられた回路構成が考えられる。この構成では、負荷駆動用スイッチ素子がＯＮ／ＯＦＦ制御またはＰＷＭ制御で負荷電流の供給を行うと共に、通常時には遮断用スイッチ素子は導通させておく。負荷に異常が発生した場合、負荷駆動用スイッチ素子と遮断用スイッチ素子の両方を遮断することで負荷電流を断ち、負荷を停止させる。

特に、負荷の上流側の端子が負荷駆動電源と短絡する形態の故障(天絡故障)を起こした場合、負荷駆動用スイッチ素子の導通と遮断に関係なく負荷には短絡電流が流れてしまう。このとき、負荷電流を遮断する方策は、負荷の下流に設けられた遮断用スイッチ素子だけとなる。そのため、保護機能である遮断用スイッチ素子を適切に診断し、信頼性を向上させる必要がある。

また、一定時間の周期毎に起動と停止を繰り返す機械では、作業開始前に保護機能の正常性を担保するのが好ましい。このため、起動直後、電子制御ユニットが負荷を駆動する前に、予め遮断用スイッチ素子等の保護機能を診断しておくことが好ましい。

このような負荷駆動装置の遮断用スイッチ素子に対して、特許文献１，２に開示された故障診断手法を適用した場合、例えば電子制御ユニットの起動時に遮断用スイッチ素子の診断を行うときに、負荷に電流を流す必要がある。しかしながら、起動時診断を行ったときに、例えば負荷の微小な動作や振動が発生して、雑音の発生原因になるというように、負荷電流が流れると不都合が生じることがある。このように、起動時診断に際して、負荷電流が流れると不都合がある場合には、特許文献１，２に記載された故障診断の手法は適用できないという問題がある。

本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、負荷に電流を流すことなく、遮断用スイッチ素子が正常に導通と遮断を切り替えられるか否かを診断することが可能な負荷駆動装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、負荷と負荷駆動電源との間に設けられ、負荷駆動制御部によって制御される負荷駆動用スイッチ素子と、前記負荷とグランドとの間に設けられた遮断用スイッチ素子と、前記負荷駆動制御部に対する駆動制御信号を出力し、前記遮断用スイッチ素子を導通または遮断させる導通・遮断制御信号を出力し、前記遮断用スイッチ素子のうち前記負荷側の素子端部電圧に基づいて、前記遮断用スイッチ素子が正常か異常かの判断を行う中央処理部と、前記中央処理部による判断結果を出力する判断結果出力手段と、を備えた負荷駆動装置であって、前記遮断用スイッチ素子のうち前記負荷側には、診断用電圧源が接続され、前記負荷を流れる負荷電流に応じた電位差を発生させる電流・電圧変換素子と、基準電圧と前記電位差との差に応じた信号を増幅して前記中央処理部に出力する増幅回路と、を有し、前記負荷電流を検出する負荷電流検出部と、前記診断用電圧源と前記遮断用スイッチ素子との間に設けられ、前記負荷から前記診断用電圧源に向かって電流が流れるのを防止する診断側逆流防止素子と、前記診断用電圧源と前記診断側逆流防止素子との間の接続点に接続され、前記診断側逆流防止素子を介して入力される前記素子端部電圧が所定のしきい値よりも高いときにはグランド電圧を出力し、前記素子端部電圧が前記しきい値よりも低いときには前記基準電圧を前記増幅回路の入力側に出力する比較器と、を備え、前記中央処理部は、前記駆動制御信号によって前記負荷駆動電源と前記負荷とを遮断させた状態で、前記遮断用スイッチ素子を導通させる前記導通・遮断制御信号を出力したときの前記素子端部電圧と、前記遮断用スイッチ素子を遮断させる前記導通・遮断制御信号を出力したときの前記素子端部電圧とに基づいて、前記遮断用スイッチ素子が正常か異常かの判断を行うことを特徴としている。

本発明によれば、負荷に電流を流すことなく、遮断用スイッチ素子が正常に導通と遮断を切り替えられるか否かを診断することができる。

本発明の第１の実施の形態による負荷駆動装置を示すブロック図である。 図１中の中央処理部が実行する故障診断処理を示す流れ図である。 遮断用スイッチ素子が正常なときについて、導通・遮断制御信号と素子端部電圧の時間変化を示す特性線図である。 遮断用スイッチ素子が開放故障したときについて、導通・遮断制御信号と素子端部電圧の時間変化を示す特性線図である。 遮断用スイッチ素子が短絡故障したときについて、導通・遮断制御信号と素子端部電圧の時間変化を示す特性線図である。 遮断用スイッチ素子がスイッチング不良したときについて、導通・遮断制御信号と素子端部電圧の時間変化を示す特性線図である。 導通・遮断制御信号と素子端部電圧の領域との関係を示す説明図である。 図１中の負荷側逆流防止素子の構成を示す回路図である。 第１の変形例による負荷側逆流防止素子の構成を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態による負荷駆動装置を示すブロック図である。 図１０中の診断側逆流防止素子の構成を示す回路図である。 第２の変形例による診断側逆流防止素子の構成を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態による負荷駆動装置を示すブロック図である。 図１３中の負荷電流検出部を示す回路図である。 図１３中の中央処理部が実行する故障診断処理を示す流れ図である。 遮断用スイッチ素子が正常なときについて、導通・遮断制御信号、素子端部電圧、比較器の入力電圧、比較器の出力電圧および増幅回路の出力電圧の時間変化を示す特性線図である。 遮断用スイッチ素子が開放故障したときについて、導通・遮断制御信号、素子端部電圧、比較器の入力電圧、比較器の出力電圧および増幅回路の出力電圧の時間変化を示す特性線図である。 遮断用スイッチ素子が短絡故障したときについて、導通・遮断制御信号、素子端部電圧、比較器の入力電圧、比較器の出力電圧および増幅回路の出力電圧の時間変化を示す特性線図である。 遮断用スイッチ素子がスイッチング不良したときについて、導通・遮断制御信号、素子端部電圧、比較器の入力電圧、比較器の出力電圧および増幅回路の出力電圧の時間変化を示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態による負荷駆動装置を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に、第１の実施の形態による負荷駆動装置１を示す。負荷駆動装置１は、負荷駆動用スイッチ素子４、遮断用スイッチ素子６、中央処理部８、表示装置１１等を備えている。なお、以下では、負荷駆動電源３からグランドに流れる電流を考慮して、負荷駆動電源３側を上流側とし、グランド側を下流側とする。

負荷２は、例えば電磁弁を構成している。負荷２は、直流電源からなる負荷駆動電源３に電気的に接続されている。負荷駆動電源３は、直流の駆動電圧Ｖ0を負荷２に印加する。負荷２は、負荷駆動電源３からの電力供給によって、例えば電磁弁の開弁、閉弁、方向切り替え等のような動作を行う。負荷２は、例えば電磁弁のソレノイドのようなコイルＳＣと、コイルＳＣに並列接続された還流ダイオードＦＤとを備えている（図１４参照）。

なお、負荷２は、電磁弁に限らず、例えばブザー、ランプでもよい。このため、負荷２は、電磁弁のソレノイド等のような誘導負荷に限らず、抵抗負荷であってもよい。また、負荷の具体的な構成に応じて、還流ダイオードを省いてもよい。

図１に示すように、負荷駆動用スイッチ素子４は、負荷２と負荷駆動電源３との間に設けられ、負荷駆動制御部５によって制御される。即ち、負荷駆動用スイッチ素子４は、負荷駆動電源３の下流側であって、負荷２の上流側に配置されている。負荷駆動用スイッチ素子４は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような半導体スイッチ素子によって構成されている。このため、負荷駆動用スイッチ素子４は、負荷駆動制御部５からゲート電圧のような駆動信号が入力され、駆動信号に応じてＯＮとＯＦＦが制御される。これにより、負荷駆動用スイッチ素子４は、負荷駆動制御部５によって例えばＯＮ／ＯＦＦ制御またはＰＷＭ制御され、負荷２に供給する電流を制御する。このとき、負荷駆動制御部５は、中央処理部８からの駆動制御信号Ｓ1に基づいて、負荷駆動用スイッチ素子４を駆動するための駆動信号を出力する。

なお、負荷駆動用スイッチ素子４は、ＦＥＴに限らず、例えばバイポーラトランジスタでもよい。また、負荷駆動用スイッチ素子４は、負荷２と負荷駆動電源３との間の接続状態をＯＮとＯＦＦで切り替えるだけの制御、即ちＯＮ／ＯＦＦ制御を行うのであれば、リレー（継電器）であってもよい。

遮断用スイッチ素子６は、負荷２とグランドとの間に設けられている。即ち、遮断用スイッチ素子６は、負荷２の下流側（グランド側）に配置されている。このため、遮断用スイッチ素子６の両端のうち上端部６Ａは負荷２に接続され、下端部６Ｂはグランドに接続されている。遮断用スイッチ素子６は、負荷異常時に負荷電流ＩLを緊急遮断する。このとき、負荷駆動電源３から負荷２を経由して、遮断用スイッチ素子６の下流側に接続されたグランドまでの経路が、負荷電流経路を形成している。

遮断用スイッチ素子６は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような半導体スイッチ素子によって構成されている。このため、遮断用スイッチ素子６は、中央処理部８からゲート電圧のような導通・遮断制御信号Ｓ2が入力され、導通・遮断制御信号Ｓ2に応じてＯＮとＯＦＦが制御される。なお、遮断用スイッチ素子６は、ＦＥＴに限らず、例えばリレーであってもよい。

電圧検出部７は、遮断用スイッチ素子６のうち負荷２側に接続され、遮断用スイッチ素子６のうち負荷２側の素子端部電圧Ｖeを検出する。具体的には、電圧検出部７は、遮断用スイッチ素子６の両端のうち上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeを検出する。電圧検出部７は、素子端部電圧Ｖeに応じた信号を中央処理部８に出力する。なお、電圧検出部７は、素子端部電圧Ｖeが検出可能であればよく、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａに接続されてもよく、負荷２の下端部に接続されてもよく、これらの間の線路の途中に接続されていてもよい。

中央処理部８は、負荷駆動制御部５に駆動制御信号Ｓ1を送信（出力）する。これに加え、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６の導通と遮断の制御を行う。このため、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６を制御するための導通・遮断制御信号Ｓ2を、遮断用スイッチ素子６に出力する。

中央処理部８は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。中央処理部８は、メモリ（図示せず）に格納された図２に示す故障診断処理プログラムを実行する。これにより、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６が正しく遮断されているか否かを診断する。

診断用電圧源９は、負荷駆動電源３の駆動電圧Ｖ0のよりも低い診断用電圧Ｖd（Ｖd＜Ｖ0）を出力する。一例を示すと、駆動電圧Ｖ0が２０〜３０Ｖ程度であるときに、診断用電圧Ｖdは４〜５Ｖ程度である。このため、診断用電圧源９は、例えば降圧チョッパのように、直流の駆動電圧Ｖ0を降圧する直流降圧回路によって構成されている。診断用電圧源９の出力側は、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａに接続されている。診断用電圧源９は、遮断用スイッチ素子６が遮断状態（ＯＦＦ）にある場合に、上端部６Ａの電圧を一定値（診断用電圧Ｖd）に保つ。遮断用スイッチ素子６の導通（ＯＮ）と遮断（ＯＦＦ）とに応じて、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeが切り替わるように、診断用電圧源９は、プルアップ抵抗（図示せず）を備えている。

なお、診断用電圧源９は、常に診断用電圧Ｖdを出力してもよい。また、診断用電圧源９は、消費電力を低減するために、遮断用スイッチ素子６の故障診断中のみ診断用電圧Ｖdを出力してもよい。この場合、診断用電圧源９は、中央処理部８によって、その動作が制御される構成としてもよい。

中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeを、電圧検出部７を介して読み取る。これにより、中央処理部８は、電圧検出部７によって検出した素子端部電圧Ｖeに基づいて、遮断用スイッチ素子６が正しく遮断されていることを診断する。このように、診断用電圧源９によって、負荷２に電流を流さずに遮断用スイッチ素子６の診断を行う事が可能となる。

負荷側逆流防止素子１０は、遮断用スイッチ素子６の診断時に、診断用電圧源９から負荷２を介して負荷駆動用スイッチ素子４に電流が流れるのを防止する。負荷駆動用スイッチ素子４の内部にグランド等に接続される箇所がある場合に、この負荷側逆流防止素子１０が必要となる。これにより、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの電圧を正確に検出することが可能となる。なお、例えば負荷駆動用スイッチ素子４の内部にグランド等に接続される箇所がない場合には、負荷２が直接的に負荷駆動用スイッチ素子４に接続されていてもよい。即ち、負荷駆動装置１は、負荷側逆流防止素子１０を備えていなくてもよい。負荷側逆流防止素子１０の具体例を、図８に示す。図８は、単一のダイオードＤを用いて負荷側逆流防止素子１０を構成した例を示している。

表示装置１１は、中央処理部８による故障診断の判断結果を出力する判断結果出力手段を構成している。表示装置１１は、例えば液晶モニタによって構成され、各種の情報を表示する。表示装置１１の入力側は、中央処理部８に接続されている。中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６の故障診断処理を実行したときに、その診断結果に応じた信号を表示装置１１に出力する。これにより、表示装置１１は、中央処理部８による故障診断の判断結果を表示し、オペレータに通知する。

なお、判断結果出力手段は、表示装置１１に限らない。判断結果出力手段は、オペレータに故障診断の結果が通知可能なものであればよく、例えば、ランプ、ブザー等であってもよい。

また、負荷駆動用スイッチ素子４、遮断用スイッチ素子６、中央処理部８等は、負荷２を駆動するための負荷駆動回路１２を構成している。負荷駆動回路１２は、負荷２および表示装置１１に接続されている。

次に、第１の実施の形態による負荷駆動装置１の中央処理部８が実行する故障診断処理プログラムについて、図２を参照して説明する。

遮断用スイッチ素子６の故障診断処理を開始すると、負荷駆動電源３を負荷２と遮断するように、中央処理部８は、駆動制御信号Ｓ1を負荷駆動制御部５に出力する。これにより、負荷駆動用スイッチ素子４はＯＦＦに切り替わる。

その後、ステップＳ１で、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６をＯＦＦ（遮断状態）にするための導通・遮断制御信号Ｓ2を遮断用スイッチ素子６に出力する。続くステップＳ２では、電圧検出部７によって検出した素子端部電圧Ｖe（上端部６Ａの電圧）が領域（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のいずれの範囲かを判定する。

このとき、領域（Ａ）は、素子端部電圧Ｖeが診断用電圧源９による診断用電圧Ｖd付近となる領域である。このため、中央処理部８は、素子端部電圧Ｖeが、診断用電圧Ｖdの半分よりも高い第１しきい値ＶH（例えば、ＶH＝０．７×Ｖd）以上か否かに基づいて、素子端部電圧Ｖeが領域（Ａ）の範囲内か否かを判定する。

領域（Ｃ）は、素子端部電圧Ｖeがグランド電位付近となる領域である。このため、中央処理部８は、素子端部電圧Ｖeが診断用電圧Ｖdの半分よりも低い第２しきい値ＶL（例えば、ＶL＝０．３×Ｖd）以下か否かに基づいて、素子端部電圧Ｖeが領域（Ｃ）の範囲内か否かを判定する。

領域（Ｂ）は、領域（Ａ）と領域（Ｃ）の中間レベルとなる領域である。このため、中央処理部８は、素子端部電圧Ｖeが、第１しきい値ＶHよりも低く、第２しきい値ＶLよりも高い範囲内（ＶH＞Ｖe＞ＶL）か否かに基づいて、素子端部電圧Ｖeが領域（Ｂ）の範囲内か否かを判定する。

ステップＳ２で素子端部電圧Ｖeが領域（Ａ）の範囲内であると判定したときには、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６をＯＮ（接続状態）にするための導通・遮断制御信号Ｓ2を遮断用スイッチ素子６に出力する。続くステップＳ４では、ステップＳ２と同様に、電圧検出部７によって検出した素子端部電圧Ｖe（上端部６Ａの電圧）が領域（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のいずれの範囲かを判定する。

ステップＳ４で素子端部電圧Ｖeが領域（Ｃ）の範囲内であると判定したときには、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、遮断用スイッチ素子６は正常であると判断し、処理を終了する。

一方、ステップＳ２で素子端部電圧Ｖeが領域（Ｃ）の範囲内であると判定したときには、ステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、遮断用スイッチ素子６に完全短絡故障が発生していると判断する。その後、ステップ１０に移行して、遮断用スイッチ素子６に発生した異常の内容として、完全短絡故障が生じた旨を表示装置１１に表示して、オペレータに通知し、処理を終了する。

ステップＳ２で素子端部電圧Ｖeが領域（Ｂ）の範囲内であると判定したときには、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、遮断用スイッチ素子６にスイッチング不良が発生していると判断する。その後、ステップ１０に移行して、遮断用スイッチ素子６に発生した異常の内容として、スイッチング不良が生じた旨を表示装置１１に表示して、オペレータに通知し、処理を終了する。

ステップＳ４で素子端部電圧Ｖeが領域（Ａ）の範囲内であると判定したときには、ステップＳ８に移行する。ステップＳ６では、遮断用スイッチ素子６に完全開放故障が発生していると判断する。その後、ステップ１０に移行して、遮断用スイッチ素子６に発生した異常の内容として、完全開放故障が生じた旨を表示装置１１に表示して、オペレータに通知し、処理を終了する。

ステップＳ４で素子端部電圧Ｖeが領域（Ｂ）の範囲内であると判定したときには、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、遮断用スイッチ素子６にスイッチング不良が発生していると判断する。その後、ステップ１０に移行して、遮断用スイッチ素子６に発生した異常の内容として、スイッチング不良が生じた旨を表示装置１１に表示して、オペレータに通知し、処理を終了する。

次に、第１の実施の形態による負荷駆動装置１の故障診断動作について、図３ないし図６を参照して説明する。

負荷駆動装置１が起動すると、中央処理部８は、図２に示す故障診断処理プログラムを実行する。このとき、起動時の診断に際して、負荷駆動電源３を負荷２と遮断するように、中央処理部８は、駆動制御信号Ｓ1を負荷駆動制御部５に出力し、負荷駆動制御部５を通じて負荷駆動用スイッチ素子４を制御する。

まず、遮断用スイッチ素子６が正常な場合の動作の一例を、図３を参照して説明する。

図３に示すように、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６へ出力する導通・遮断制御信号Ｓ2のＯＮとＯＦＦを、一定周期で切り替える。遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、電圧検出部７により検出され、中央処理部８に出力される。

中央処理部８から出力される導通・遮断制御信号Ｓ2に対して遮断用スイッチ素子６が適切に遮断（ＯＦＦ）されているときには、遮断用スイッチ素子６の抵抗値は非常に高い値になる。このため、上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは診断用電圧源９の出力する診断用電圧Ｖdと同じ値になる。これを、中央処理部８で読み取って判断することで、遮断用スイッチ素子６が適切に遮断されていることを診断することができる。

また、遮断用スイッチ素子６が適切に導通（ＯＮ）されているならば、そのときの導通抵抗は、十分に小さい値になる。このため、上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、グランド電位と殆ど同じ低い電圧（ゼロ電圧）になる。以上のように、遮断用スイッチ素子６が正常であれば、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、導通・遮断制御信号Ｓ2に応じて、診断用電圧Ｖdとゼロ電圧との間で切り替わる。このため、中央処理部８は、このような素子端部電圧Ｖeの値を評価することによって、遮断用スイッチ素子６の故障検出を行うことができる。

次に、遮断用スイッチ素子６が開放故障を起こした場合について、図４を用いて説明する。

開放故障の場合には、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＦＦのときに、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、診断用電圧源９の出力電圧（診断用電圧Ｖd）と同じ値になる。この点は、遮断用スイッチ素子６が正常なときと同じである。しかしながら、遮断用スイッチ素子６が開放故障を起こしているため、導通・遮断制御信号Ｓ2に拘わらず、遮断用スイッチ素子６は、遮断状態（ＯＦＦ）となる。即ち、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＮのときには、素子端部電圧Ｖeは、導通・遮断制御信号Ｓ2と連動せず、診断用電圧Ｖdを保ったままとなる。このような場合には、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６に開放故障が生じ、異常状態であると判定する。

次に、遮断用スイッチ素子６が短絡故障を起こした場合について、図５を用いて説明する。

短絡故障の場合には、遮断用スイッチ素子６は、常に導通状態となる。このため、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、導通・遮断制御信号Ｓ2に拘わらず、常にグランドと同電位の低い電圧（ゼロ電圧）となる。このような場合には、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６に短絡故障が生じ、異常状態であると判定する。

さらに、完全な開放または短絡でなく、スイッチング不良により、遮断用スイッチ素子６が中途半端な抵抗値で切り替わるような故障も考えられる。その場合の動作を、図６を用いて説明する。

この場合、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＦＦのときに、素子端部電圧Ｖeは診断用電圧Ｖd付近の値にはならない。また、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＮのときに、素子端部電圧Ｖeはグランド電位にならない。このことから、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６が異常であると判定する。

適切な素子端部電圧Ｖeが検出されたか否かを判断する手法として、中央処理部８がアナログ値を基に判定する手法だけでなく、中央処理部８の外部に比較器を設ける手法も考えられる。導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＦＦのときに、素子端部電圧Ｖeが診断用電圧Ｖd付近の所定のしきい値（例えば、第１しきい値ＶH）を超え、かつ、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＮのときに、素子端部電圧Ｖeがグランド電位付近の他の所定のしきい値（例えば、第２しきい値ＶL）を下回れば、遮断用スイッチ素子６が正常であると判定することが可能である。

なお、図６に示した素子端部電圧Ｖe等の波形は、スイッチング不良の一例であり、その形態は一意に定まらない。しかしながら、中央処理部８は、導通・遮断制御信号Ｓ2のＯＮ、ＯＦＦの切り替えに対して、測定対象の素子端部電圧Ｖeが適切に現れるかを診断する。このため、本手法によって様々な形態のスイッチング不良の検出が可能となり、信頼性の向上が期待される。また、図３ないし図６に示した導通・遮断制御信号Ｓ2の波形は、一例であり、必ずしも図示したパターンの波形で診断を行う必要はない。

かくして、第１の実施の形態によれば、遮断用スイッチ素子６のうち負荷２側には、診断用電圧源９が接続され、中央処理部８は、駆動制御信号Ｓ1によって負荷駆動電源３と負荷２とを遮断させた状態で、遮断用スイッチ素子６を導通（ＯＮ）させる導通・遮断制御信号Ｓ2を出力したときの素子端部電圧Ｖeと、遮断用スイッチ素子６を遮断（ＯＦＦ）させる導通・遮断制御信号Ｓ2を出力したときの素子端部電圧Ｖeとに基づいて、遮断用スイッチ素子６が正常か異常かの判断を行う。

従って、中央処理部８は、例えばＯＮの導通・遮断制御信号Ｓ2を出力した状態で、素子端部電圧Ｖeが診断用電圧Ｖdと同程度の値となるときには、遮断用スイッチ素子６に開放故障が生じたものと判定できる。また、中央処理部８は、例えばＯＦＦの導通・遮断制御信号Ｓ2を出力した状態で、素子端部電圧Ｖeが診断用電圧源９のグランド電位と同程度の値となるときには、遮断用スイッチ素子６に短絡故障が生じたものと判定できる。さらに、中央処理部８は、例えばＯＦＦの導通・遮断制御信号Ｓ2を出力した状態で、素子端部電圧Ｖeが診断用電圧Ｖd付近の値にはならず、かつ、ＯＮの導通・遮断制御信号Ｓ2を出力した状態で、素子端部電圧Ｖeがグランド電位にならないときには、遮断用スイッチ素子６にスイッチング不良が生じたものと判定できる。この結果、中央処理部８は、導通・遮断制御信号Ｓ2の出力状態（ＯＮとＯＦＦ）と素子端部電圧Ｖeとの関係に基づいて、遮断用スイッチ素子６が正常か異常かの判断を行うことができる。

また、負荷駆動装置１は、遮断用スイッチ素子６のうち負荷２側（上端部６Ａ）に接続され、素子端部電圧Ｖeを検出して中央処理部８に出力する電圧検出部７を備えている。このため、電圧検出部７によって、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeを直接的に検出することができる。

また、負荷２と負荷駆動用スイッチ素子４との間には、診断用電圧源９から負荷２に向かって電流が流れるのを防止する負荷側逆流防止素子１０が設けられている。これにより、例えば負荷駆動用スイッチ素子４の内部にグランド等に接続される箇所があったときでも、診断用電圧源９から負荷２に向かう電流を防止することができる。

なお、第１の実施の形態による中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６が異常な場合を、完全開放故障、完全短絡故障、スイッチング不良の３つの状態に分けて検出し、表示装置１１に出力するものとした。本発明はこれに限らず、中央処理部８は、例えば遮断用スイッチ素子６の正常と異常だけを判断して、表示装置１１に出力してもよい。

また、負荷側逆流防止素子１０は、負荷２と負荷駆動用スイッチ素子４との間に設けたものに限らない。例えば図１中に破線で示すように、負荷側逆流防止素子１０に代えて、診断用電圧源９よりも上流側（負荷２側）に接続され、負荷２と遮断用スイッチ素子６との間に負荷側逆流防止素子１３を設けてもよい。また、負荷側逆流防止素子１０，１３を両方とも設けてもよい。

また、負荷側逆流防止素子１０は、ダイオードＤを用いたものに限らない。図９に示す第１の変形例のように、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いて負荷側逆流防止素子１４を構成してもよい。この場合、ＦＥＴの内蔵ダイオードＤによって、負荷２の上流に向かう電流を防止することができる。

次に、図１０は本発明の第２の実施の形態による負荷駆動装置を示している。第２の実施の形態の特徴は、診断用電圧源と遮断用スイッチ素子との間には、負荷から診断用電圧源に向かって電流が流れるのを防止する診断側逆流防止素子が設けられていることにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第２の実施の形態による負荷駆動装置２１は、第１の実施の形態による負荷駆動装置１とほぼ同様に構成されている。このため、負荷駆動装置２１は、負荷駆動用スイッチ素子４、遮断用スイッチ素子６、中央処理部８、表示装置１１等を備えている。これに加えて、負荷駆動装置２１は、診断用電圧源９と遮断用スイッチ素子６との間に設けられた診断側逆流防止素子２２を備えている。

診断側逆流防止素子２２は、診断用電圧源９の出力端と遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａとの間に接続されている。即ち、診断側逆流防止素子２２は、診断用電圧源９と負荷２との間に接続されている。具体的には、診断側逆流防止素子２２は、診断用電圧源９の出力端と、診断用電圧源９と遮断用スイッチ素子６との接続点との間に接続されている。診断側逆流防止素子２２は、負荷２が駆動しているときに、負荷電流経路と診断用電圧源９との間の相互の干渉を防止している。

診断側逆流防止素子２２は、負荷側逆流防止素子１０とほぼ同様に構成されている。このため、診断側逆流防止素子２２は、例えば単一のダイオードＤを用いて構成されている（図１１参照）。

負荷駆動回路２３は、負荷駆動用スイッチ素子４、遮断用スイッチ素子６、中央処理部８等に加えて、診断側逆流防止素子２２を含んでいる。負荷駆動回路２３は、負荷２および表示装置１１に接続されている。

第２の実施の形態による負荷駆動装置２１は、上述のような構成を有する。このように構成された第２の実施の形態でも、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、負荷２を駆動している状態から遮断用スイッチ素子６を遮断したときであって、遮断用スイッチ素子６と負荷駆動用スイッチ素子４との間で遮断のタイミングがずれた場合、または、負荷２となる電磁弁の誘導性エネルギが放出される場合がある。このような場合には、診断用電圧源９に瞬間的に大きな電圧が印加され、診断用電圧源９の回路にダメージを与える可能性がある。

これに対し、第２の実施の形態では、診断用電圧源９と遮断用スイッチ素子６との間に診断側逆流防止素子２２を設けている。このため、診断側逆流防止素子２２によって、負荷２の駆動時に負荷電流経路と診断用電圧源９との間の相互の干渉を防止することが可能となる。

なお、第２の実施の形態では、診断側逆流防止素子２２は、ダイオードＤによって構成するものとした。本発明はこれに限らず、図１２に示す第２の変形例のように、スイッチ素子２４Ａを用いて診断側逆流防止素子２４を構成してもよい。

例えば、ノーマリオフの負荷２を駆動する場合、遮断用スイッチ素子６に開放故障が生じたときには、負荷２を駆動すること自体ができない。このため、遮断用スイッチ素子６の開放故障は、安全側の故障とみなして、許容されることがある。このように、遮断用スイッチ素子６の短絡故障のみを検出できればよい場合には、遮断用スイッチ素子６の遮断が適切に行えるか否かを診断すればよい。このとき、診断側逆流防止素子２４は、遮断用スイッチ素子６の遮断時にのみ診断用電圧源９の出力電圧（診断用電圧Ｖd）を遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａに印加する。

図１２に示す診断側逆流防止素子２４は、診断用電圧源９と遮断用スイッチ素子６との間を接続または遮断するスイッチ素子２４Ａを備えている。スイッチ素子２４Ａの導通と遮断は、遮断用スイッチ素子６を切り替える導通・遮断制御信号Ｓ2のＯＮ／ＯＦＦとは逆論理の関係で連動して切り替わる。このため、ＮＯＴ回路からなる論理素子２４Ｂを介して、導通・遮断制御信号Ｓ2がスイッチ素子２４Ａの制御信号（切替信号）として入力される。

従って、遮断用スイッチ素子６を遮断させたときに、スイッチ素子２４Ａが導通する。このため、遮断用スイッチ素子６が正常ならば、電圧検出部７は診断用電圧源９の出力電圧（診断用電圧Ｖd）と同じ電圧を検出し、中央処理部８へ出力する。もし、素子端部電圧Ｖeが診断用電圧源９の本来の出力電圧（診断用電圧Ｖd）よりも明らかに低い電圧であった場合には、中央処理部８は、遮断用スイッチ素子６が短絡故障を起こしていると判定する。起動時診断が終了し、負荷２を駆動する際には、遮断用スイッチ素子６を導通させることによって、スイッチ素子２４Ａは遮断される。そのため、負荷電流経路から診断用電圧源９への電流の流入は発生せず、負荷駆動時に負荷電流経路と診断用電圧源９との間の相互の干渉を防止することが可能である。

次に、図１３は本発明の第３の実施の形態による負荷駆動装置を示している。第３の実施の形態の特徴は、負荷電流検出部と、診断側逆流防止素子と、比較器とを備えたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第３の実施の形態による負荷駆動装置３１は、第１の実施の形態による負荷駆動装置１とほぼ同様に構成されている。このため、負荷駆動装置３１は、負荷駆動用スイッチ素子４、遮断用スイッチ素子６、中央処理部３８、表示装置１１等を備えている。但し、負荷駆動装置３１は、第１の実施の形態による電圧検出部７が省かれている。一方、負荷駆動装置３１は、負荷電流検出部３２と、診断側逆流防止素子３７と、比較器３６とを備えている。

図１３および図１４に示すように、負荷電流検出部３２は、負荷２の下流側に接続されている。負荷電流検出部３２は、負荷２を流れる負荷電流ＩLに応じた電位差ΔＶを発生させる電流・電圧変換素子３３と、基準電圧Ｖrefと電位差ΔＶとの差に応じた信号を増幅する増幅回路３４と、を有している。

電流・電圧変換素子３３は、例えば抵抗素子Ｒによって構成され、負荷２と遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａとの間に接続されている。即ち、電流・電圧変換素子３３の上端部３３Ａは、負荷２に接続され、電流・電圧変換素子３３の下端部３３Ｂは、遮断用スイッチ素子６に接続されている。このとき、遮断用スイッチ素子６の下端部６Ｂはグランドに接続されている。このため、負荷駆動電源３から負荷２を経由して、遮断用スイッチ素子６の下流側に接続されたグランドまでの経路が、負荷電流経路を形成する。電流・電圧変換素子３３は、負荷電流経路の途中に接続されている。

電流・電圧変換素子３３は、その内部を流れる電流に比例する電位差ΔＶを、その両端子間に発生させる。このとき、電流・電圧変換素子３３には、負荷電流ＩLと同じ電流が流れる。このため、電流・電圧変換素子３３は、負荷電流ＩLに応じた電位差ΔＶを発生させる。電流・電圧変換素子３３は、その両端子それぞれの電位を、増幅回路３４に出力する。

増幅回路３４は、基準電圧Ｖrefと電位差ΔＶとの差に応じた信号を増幅して中央処理部３８に出力する。このため、増幅回路３４は、電流・電圧変換素子３３の２端子間（上端部３３Ａと下端部３３Ｂとの間）の電位差ΔＶを取得する。また、増幅回路３４には、電位差ΔＶとは別個の診断用電圧源３５から基準電圧Ｖrefが入力される。このため、増幅回路３４は、基準電圧Ｖrefから電位差ΔＶに比例する値を減算した電圧値を、中央処理部３８に出力する。

増幅回路３４は、例えば演算増幅器ＯＰＡを含む差動増幅回路によって構成されている。この場合、演算増幅器ＯＰＡの反転入力端子には、電流・電圧変換素子３３の上端部３３Ａの電位が入力されている。演算増幅器ＯＰＡの非反転入力端子には、電流・電圧変換素子３３の下端部３３Ｂの電位が入力されている。これに加えて、演算増幅器ＯＰＡの非反転入力端子は、基準電圧入力部３４Ａとなっている。このため、演算増幅器ＯＰＡの非反転入力端子には、比較器３６を介して基準電圧Ｖrefが入力されている。

このため、負荷電流ＩLが流れておらず、電流・電圧変換素子３３の２端子間に電位差ΔＶが発生しない場合には、増幅回路３４は、演算増幅器ＯＰＡの非反転入力端子に入力される電圧（基準電圧Ｖref）をそのまま出力する。

診断用電圧源３５は、第１の実施の形態による診断用電圧源９とほぼ同様に構成されている。このため、診断用電圧源３５は、診断用電圧として、駆動電圧Ｖ0よりも低い基準電圧Ｖrefを出力する。診断用電圧源３５の出力側は、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａに接続されている。

図１４に示すように、診断用電圧源３５は、例えば増幅回路３４の基準電圧Ｖrefと同じ電圧を出力する定電圧源によって構成されている。診断用電圧源３５は、遮断用スイッチ素子６が導通しているときに、比較器３６の入力側の電圧（入力電圧Ｖi）が、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeに追従可能となるように、プルアップ抵抗ＰＵＲを備えている。即ち、図１４に示す診断用電圧源３５は、故障診断用の電圧源と、増幅回路３４、比較器３６の基準電圧源とを兼ねている。なお、診断用電圧源３５は、基準電圧Ｖrefとは異なる電圧値となった診断用電圧を出力してもよい。即ち、診断用電圧源３５は、増幅回路３４等の基準電圧源とは別個に設けられてもよい。

比較器３６は、診断用電圧源３５と診断側逆流防止素子３７との間の接続点Ｐに接続され、診断側逆流防止素子３７を介して入力される素子端部電圧Ｖeが所定のしきい値よりも低いときに、基準電圧Ｖrefを増幅回路３４の入力側に出力する。比較器３６は、例えばシュミットトリガインバータＳＴＩによって構成されている。比較器３６は、入力電圧Ｖiが基準電圧Ｖref付近の高電位のしきい値（例えば、第１しきい値Ｖth1）を超えたときに、グランド電位の電圧（ゼロ電圧）を出力する。比較器３６は、入力電圧Ｖiがグランド電位付近の低電位のしきい値（例えば、第２しきい値Ｖth2）を下回ったときに、基準電圧Ｖrefを出力する。

比較器３６は、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeと連動する入力端子の電圧（入力電圧Ｖi）に基づいて、遮断用スイッチ素子６の遮断と導通に応じた出力電圧Ｖoを、増幅回路３４の基準電圧入力部３４Ａとしての演算増幅器ＯＰＡの非反転入力端子に出力する。具体的には、比較器３６は、遮断用スイッチ素子６が遮断（ＯＦＦ）されていれば、出力電圧Ｖoとしてグランド電位の電圧（ゼロ電圧）を出力する。比較器３６は、遮断用スイッチ素子６が導通（ＯＮ）されていれば、出力電圧Ｖoとして増幅回路３４の基準電圧Ｖrefを出力する。増幅回路３４の働きにより、起動時の故障診断においては、増幅回路３４は、比較器３６の出力電圧Ｖoを、そのまま中央処理部３８に向けて出力する。

このとき、増幅回路３４および比較器３６は、第１の実施の形態よる電圧検出部７に相当する要素として機能する。このため、遮断用スイッチ素子６への導通・遮断制御信号Ｓ2に対して、増幅回路３４からの出力電圧Ｖaが適切に切り替わるか否かに基づいて、中央処理部３８は、遮断用スイッチ素子６を診断する。

診断側逆流防止素子３７は、診断用電圧源３５と遮断用スイッチ素子６との間に設けられている。即ち、診断側逆流防止素子３７は、診断用電圧源３５と負荷２との間に接続されている。診断側逆流防止素子３７は、第２の実施の形態による診断側逆流防止素子２２とほぼ同様に構成されている。診断側逆流防止素子３７は、負荷２が駆動しているときに、負荷電流経路と診断用電圧源９との間の相互の干渉を防止している。

なお、診断側逆流防止素子３７は、診断用電圧源３５側に接続された比較器３６の入力電圧Ｖiが、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeに追従して変化する性質のものでなければならない。従って、診断側逆流防止素子３７は、例えば診断用電圧源３５から遮断用スイッチ素子６に向かう方向を順方向としたダイオードＤによって構成されている。

負荷２が駆動しているときには、中央処理部３８には、増幅回路３４から負荷電流ＩLに応じた出力電圧Ｖaが入力される。このとき、中央処理部３８は、負荷電流ＩLに応じて、負荷駆動制御部５に駆動制御信号Ｓ1を出力する。負荷駆動制御部５は、駆動制御信号Ｓ1に応じて負荷駆動用スイッチ素子４のＯＮとＯＦＦを制御する。これにより、中央処理部３８は、負荷電流ＩLをフィードバック制御することができる。

中央処理部３８は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。中央処理部３８は、メモリ（図示せず）に格納された図１５に示す故障診断処理プログラムを実行する。ここで、負荷２が停止しているときには、増幅回路３４から遮断用スイッチ素子６の導通または遮断に応じた出力電圧Ｖaが入力される。このため、中央処理部３８は、増幅回路３４からの出力電圧Ｖaに基づいて、遮断用スイッチ素子６が正しく遮断されているか否かを診断する。

また、負荷駆動用スイッチ素子４、遮断用スイッチ素子６、負荷電流検出部３２、比較器３６、診断側逆流防止素子３７、中央処理部３８等は、負荷２を駆動するための負荷駆動回路３９を構成している。負荷駆動回路３９は、負荷２および表示装置１１に接続されている。

次に、第３の実施の形態による負荷駆動装置３１の中央処理部３８が実行する故障診断処理プログラムについて、図１５を参照して説明する。

遮断用スイッチ素子６の故障を診断する処理を開始すると、中央処理部３８は、負荷駆動用スイッチ素子４をＯＦＦにする駆動制御信号Ｓ1を出力し、負荷駆動電源３を負荷２と遮断する。

その後、ステップＳ２１で、中央処理部３８は、遮断用スイッチ素子６をＯＦＦ（遮断状態）にするための導通・遮断制御信号Ｓ2を遮断用スイッチ素子６に出力する。続くステップＳ２２では、増幅回路３４の出力電圧Ｖaが、基準電圧Ｖrefまたはゼロ電圧（グランド電位）のいずれかを判定する。

ステップＳ２２で出力電圧Ｖaがゼロ電圧であると判定したときには、ステップＳ２３に移行する。ステップＳ２３では、中央処理部３８は、遮断用スイッチ素子６をＯＮ（接続状態）にするための導通・遮断制御信号Ｓ2を遮断用スイッチ素子６に出力する。続くステップＳ２４では、ステップＳ２２と同様に、増幅回路３４の出力電圧Ｖaが、基準電圧Ｖrefまたはゼロ電圧のいずれかを判定する。

ステップＳ２４で出力電圧Ｖaが基準電圧Ｖrefであると判定したときには、ステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、遮断用スイッチ素子６は正常であると判断し、処理を終了する。

一方、ステップＳ２２で出力電圧Ｖaが基準電圧Ｖrefであると判定したときには、ステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６では、遮断用スイッチ素子６に短絡故障が発生していると判断する。その後、ステップ２８に移行して、遮断用スイッチ素子６に発生した異常の内容として、短絡故障が生じた旨を表示装置１１に表示して、オペレータに通知し、処理を終了する。

ステップＳ２４で出力電圧Ｖaがゼロ電圧であると判定したときには、ステップＳ２７に移行する。ステップＳ２７では、遮断用スイッチ素子６に開放故障またはスイッチング不良が発生していると判断する。その後、ステップ２８に移行して、遮断用スイッチ素子６に発生した異常の内容として、開放故障またはスイッチング不良が生じた旨を表示装置１１に表示して、オペレータに通知し、処理を終了する。

次に、第３の実施の形態による負荷駆動装置３１の故障診断動作について、図１６ないし図１９を参照して説明する。

負荷駆動装置３１が起動すると、中央処理部３８は、図１５に示す故障診断処理プログラムを実行する。このとき、起動時の故障診断に際して、負荷駆動電源３を負荷２と遮断するように、中央処理部３８は、駆動制御信号Ｓ1を負荷駆動制御部５に出力し、負荷駆動制御部５を通じて負荷駆動用スイッチ素子４を制御する。

まず、遮断用スイッチ素子６が正常な場合の動作の一例を、図１６を参照して説明する。

図１６に示すように、中央処理部３８は、遮断用スイッチ素子６へ出力する導通・遮断制御信号Ｓ2のＯＮとＯＦＦを、一定周期で切り替える。中央処理部３８から出力される導通・遮断制御信号Ｓ2に対して遮断用スイッチ素子６が適切に遮断（ＯＦＦ）されているときには、遮断用スイッチ素子６の抵抗値は非常に高い値になる。このため、上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、診断用電圧源９の出力する基準電圧Ｖrefと同じ値になる。また、中央処理部３８から出力される導通・遮断制御信号Ｓ2に対して遮断用スイッチ素子６が適切に導通（ＯＮ）されているときには、遮断用スイッチ素子６の抵抗値は非常に低い値になる。このため、上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、グランド電位と殆ど同電位の低い電圧（ゼロ電圧）になる。このように、中央処理部３８から出力される導通・遮断制御信号Ｓ2に連動して、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、切り替わる。

ここで、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、入力電圧Ｖiとなって比較器３６に入力される。比較器３６は、入力電圧Ｖiが高電位側の第１しきい値Ｖth1よりも大きい場合に、遮断用スイッチ素子６が遮断されているとみなし、グランド電位の電圧（ゼロ電圧）を出力する。また、入力電圧Ｖiが低電位側の第２しきい値Ｖth2よりも低い場合に、遮断用スイッチ素子６が導通されているとみなし、基準電圧Ｖrefを出力する。

比較器３６の出力電圧Ｖoは、増幅回路３４の基準電圧入力部３４Ａに、電流・電圧変換素子３３からの入力とは別個に入力される。起動時の故障診断では、負荷２に負荷電流ＩLが流れないため、電流・電圧変換素子３３の両端子間には電位差ΔＶは発生しない。このため、増幅回路３４は、基準電圧入力部３４Ａに入力される電圧を、そのまま中央処理部３８に向けて出力する。即ち、起動時の故障診断では、増幅回路３４の出力電圧Ｖaは、比較器３６の出力電圧Ｖoと同じ値になる。

次に、遮断用スイッチ素子６が開放故障を起こした場合について、図１７を用いて説明する。

開放故障の場合には、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＦＦのときに、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、診断用電圧源９の出力電圧（基準電圧Ｖref）と同じ値になる。この点は、遮断用スイッチ素子６が正常なときと同じである。しかしながら、遮断用スイッチ素子６が開放故障を起こしているため、導通・遮断制御信号Ｓ2に拘わらず、遮断用スイッチ素子６は遮断状態（ＯＦＦ）となる。即ち、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＮのときには、素子端部電圧Ｖeは、導通・遮断制御信号Ｓ2と連動せず、基準電圧Ｖrefを保ったままとなる。従って、中央処理部３８が受け取る比較器３６の出力電圧Ｖoは、導通・遮断制御信号Ｓ2に拘わらず、グランド電位の電圧（ゼロ電圧）となる。このような場合には、中央処理部３８は、遮断用スイッチ素子６に開放故障が生じ、異常状態であると判定する。

次に、遮断用スイッチ素子６が短絡故障を起こした場合について、図１８を用いて説明する。

短絡故障の場合は常に導通状態となり、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、導通・遮断制御信号Ｓ2のＯＮとＯＦＦの切り替わりに拘わらず、常にグランド電位と同じ低い電圧（ゼロ電圧）となる。従って、中央処理部３８が受け取る比較器３６の出力電圧Ｖoは、導通・遮断制御信号Ｓ2に拘わらず、基準電圧Ｖrefとなる。このような場合には、中央処理部３８は、遮断用スイッチ素子６に短絡故障が生じ、異常状態であると判定する。

さらに、完全な開放または短絡でなく、スイッチング不良により、遮断用スイッチ素子６が中途半端な抵抗値で切り替わるような故障も考えられる。その場合の動作を、図１９を用いて説明する。

この場合、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＦＦのときに、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、基準電圧Ｖref付近の値にはならない。また、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＮのときに、遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、グランド電位にならない。遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖeは、比較器３６の入力電圧Ｖiになる。このスイッチング不良の例では、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＮのときに、比較器３６の入力電圧Ｖiは、第２しきい値Ｖth2を僅かに下回る。しかしながら、導通・遮断制御信号Ｓ2がＯＦＦのときに、比較器３６の入力電圧Ｖiは、第１しきい値Ｖth1を上回ることはない。このため、増幅回路３４の出力電圧Ｖaは、導通・遮断制御信号Ｓ2のＯＮとＯＦＦの切り替わりに拘わらず、グランド電位の電圧（ゼロ電圧）を保ったままとなる。このような場合も、中央処理部３８は、遮断用スイッチ素子６が異常であると判定する。

なお、図１９に示した遮断用スイッチ素子６の上端部６Ａの素子端部電圧Ｖe等の波形は、スイッチング不良の一例であり、その形態は一意に定まらない。しかしながら、中央処理部３８は、導通・遮断制御信号Ｓ2のＯＮ、ＯＦＦの切り替えに対して、素子端部電圧Ｖeに応じた増幅回路３４の出力電圧Ｖaに基づいて、遮断用スイッチ素子６の導通と遮断が適切に切り替わるか否かを診断する。このため、本手法によって、様々な形態のスイッチング不良の検出が可能となり、信頼性の向上が期待される。また、図１６ないし図１９に示した導通・遮断制御信号Ｓ2の波形は、一例であり、必ずしも図示したパターンの波形で診断を行う必要はない。

また、負荷２の駆動を開始した以降は、遮断用スイッチ素子６が導通状態（ＯＮ）になる。このとき、比較器３６は、増幅回路３４に対して基準電圧Ｖrefを出力する。このため、増幅回路３４は、電流・電圧変換素子３３から取得した端子間の電位差ΔＶに比例する電圧を基準電圧Ｖrefから減算した値を出力する。即ち、電流フィードバック制御を行うために、増幅回路３４は、負荷電流ＩLに応じた信号（出力電圧Ｖa）を出力する。これにより、負荷電流検出部３２は、負荷電流ＩLを検出する通常の動作を行う。第３の実施の形態による負荷駆動装置３１は、起動時診断のために中央処理部３８への入力端子を追加することなく、簡易な構成で、遮断用スイッチ素子６の起動時の故障診断が可能である。

第３の実施の形態による負荷駆動装置３１は、上述のような構成を有する。このように構成された第３の実施の形態でも、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、第３の実施の形態による負荷駆動装置３１は、遮断用スイッチ素子６のうち負荷２側には、診断用電圧源３５が接続され、負荷２を流れる負荷電流ＩLに応じた電位差ΔＶを発生させる電流・電圧変換素子３３と、基準電圧Ｖrefと電位差ΔＶとの差に応じた信号を増幅して中央処理部３８に出力する増幅回路３４と、を有し、負荷電流ＩLを検出する負荷電流検出部３２と、診断用電圧源３５と遮断用スイッチ素子６との間に設けられ、遮断用スイッチ素子６から診断用電圧源３５に向かって電流が流れるのを防止する診断側逆流防止素子３７と、診断用電圧源３５と診断側逆流防止素子３７との間の接続点Ｐに接続され、診断側逆流防止素子３７を介して入力される素子端部電圧Ｖeが所定のしきい値（例えば、第２しきい値Ｖth2）よりも低いときに基準電圧Ｖrefを増幅回路３４の入力側（基準電圧入力部３４Ａ）に出力する比較器３６と、を備えている。

ここで、比較器３６には、診断側逆流防止素子３７による電圧降下を無視すれば、素子端部電圧Ｖeと同じ値の入力電圧Ｖiが入力される。このため、比較器３６の出力電圧Ｖoは、素子端部電圧Ｖeに応じて変化する。具体的には、比較器３６は、素子端部電圧Ｖeが高電位側の第１しきい値Ｖth1よりも高いときにはグランド電位となった出力電圧Ｖoを出力する。これに対し、比較器３６は、素子端部電圧Ｖeが低電位側の第２しきい値Ｖth2よりも低いときには基準電圧Ｖrefとなった出力電圧Ｖoを出力する。

一方、負荷駆動電源３を負荷２と遮断された状態では、負荷電流ＩLが流れない。このとき、増幅回路３４は、比較器３６の出力電圧Ｖoをそのまま出力する。従って、中央処理部３８には、素子端部電圧Ｖeに応じた増幅回路３４からの出力電圧Ｖaが入力される。

このとき、中央処理部３８は、駆動制御信号Ｓ1によって負荷駆動電源３と負荷２とを遮断させた状態で、遮断用スイッチ素子６を導通（ＯＮ）させる導通・遮断制御信号Ｓ2（制御信号）を出力したときの素子端部電圧Ｖeと、遮断用スイッチ素子６を遮断（ＯＦＦ）させる導通・遮断制御信号Ｓ2を出力したときの素子端部電圧Ｖeとに基づいて、遮断用スイッチ素子６が正常か異常かの判断を行う。即ち、中央処理部３８は、素子端部電圧Ｖeに応じて変化する増幅回路３４の出力電圧Ｖaに基づいて、遮断用スイッチ素子６が正常か異常かの判断を行うことができる。

また、負荷２の駆動を開始した以降は、遮断用スイッチ素子６が導通状態（ＯＮ）になる。このとき、増幅回路３４は、電流・電圧変換素子３３から取得した端子間の電位差ΔＶに比例する電圧を、比較器３６の出力電圧Ｖoである基準電圧Ｖrefから減算し、この減算値に応じた出力電圧Ｖaを出力する。即ち、負荷２の駆動時には、増幅回路３４は、負荷電流ＩLに応じた信号（出力電圧Ｖa）を出力する。これにより、負荷電流検出部３２は、負荷電流ＩLを検出し、負荷電流ＩLに応じた出力信号Ｖaを中央処理部３８に入力することができる。

このため、負荷電流検出部３２は、負荷２を駆動したときには、負荷電流ＩLの検出に用いることができる。これに加え、負荷電流検出部３２は、負荷２と負荷駆動電源３との間を遮断したときには、素子端部電圧Ｖeに応じた信号（出力電圧Ｖa）を出力するために用いることができる。

この結果、第３の実施の形態による負荷駆動装置３１は、負荷電流検出部３２を用いて、素子端部電圧Ｖeに応じた信号（出力電圧Ｖa）を中央処理部３８に入力することができる。従って、遮断用スイッチ素子６の故障診断を行うために、中央処理部３８への入力端子を追加する必要がなく、簡易な構成で、遮断用スイッチ素子６の起動時の故障診断を行うことができる。

なお、第３の実施の形態による中央処理部３８は、遮断用スイッチ素子６が異常な場合を、開放故障と、短絡故障またはスイッチング不良との２つの状態に分けて検出し、表示装置１１に出力するものとした。本発明はこれに限らず、中央処理部３８は、例えば遮断用スイッチ素子６の正常と異常だけを判断して、表示装置１１に出力してもよい。

また、第３の実施の形態では、負荷側逆流防止素子１０は、負荷２と負荷駆動用スイッチ素子４との間に設けた。本発明はこれに限らず、診断用電圧源よりも上流側に接続され、負荷と遮断用スイッチ素子との間に負荷側逆流防止素子を設けてもよい。また、単一の負荷側逆流防止素子に限らず、複数の負荷側逆流防止素子を設けてもよい。

前記第１ないし第３の実施の形態では、単一の負荷２に単一の遮断用スイッチ素子６を直列接続するものとした。本発明はこれに限らず、互いに直列接続された複数の負荷２に対して、単一の遮断用スイッチ素子６を直列接続してもよく、互いに並列接続された複数の負荷２に対して、単一の遮断用スイッチを直列接続してもよい。

前記各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

１，２１，３１ 負荷駆動装置
２ 負荷
３ 負荷駆動電源
４ 負荷駆動用スイッチ素子
５ 負荷駆動制御部
６ 遮断用スイッチ素子
７ 電圧検出部
８，３８ 中央処理部
９ 診断用電圧源
１０，１３，１４ 負荷側逆流防止素子
１１ 表示装置
２２，２４，３７ 診断側逆流防止素子
３２ 負荷電流検出部
３３ 電流・電圧変換素子
３４ 増幅回路
３５ 診断用電圧源
３６ 比較器

Claims (7)

1. 負荷と負荷駆動電源との間に設けられ、負荷駆動制御部によって制御される負荷駆動用スイッチ素子と、
   前記負荷とグランドとの間に設けられた遮断用スイッチ素子と、
   前記負荷駆動制御部に対する駆動制御信号を出力し、前記遮断用スイッチ素子を導通または遮断させる導通・遮断制御信号を出力し、前記遮断用スイッチ素子のうち前記負荷側の素子端部電圧に基づいて、前記遮断用スイッチ素子が正常か異常かの判断を行う中央処理部と、
   前記中央処理部による判断結果を出力する判断結果出力手段と、を備えた負荷駆動装置であって、
   前記遮断用スイッチ素子のうち前記負荷側には、診断用電圧源が接続され、
   前記負荷を流れる負荷電流に応じた電位差を発生させる電流・電圧変換素子と、基準電圧と前記電位差との差に応じた信号を増幅して前記中央処理部に出力する増幅回路と、を有し、前記負荷電流を検出する負荷電流検出部と、
   前記診断用電圧源と前記遮断用スイッチ素子との間に設けられ、前記負荷から前記診断用電圧源に向かって電流が流れるのを防止する診断側逆流防止素子と、
   前記診断用電圧源と前記診断側逆流防止素子との間の接続点に接続され、前記診断側逆流防止素子を介して入力される前記素子端部電圧が所定のしきい値よりも高いときにはグランド電圧を出力し、前記素子端部電圧が前記しきい値よりも低いときには前記基準電圧を前記増幅回路の入力側に出力する比較器と、を備え、
   前記中央処理部は、前記駆動制御信号によって前記負荷駆動電源と前記負荷とを遮断させた状態で、前記遮断用スイッチ素子を導通させる前記導通・遮断制御信号を出力したときの前記素子端部電圧と、前記遮断用スイッチ素子を遮断させる前記導通・遮断制御信号を出力したときの前記素子端部電圧とに基づいて、前記遮断用スイッチ素子が正常か異常かの判断を行うことを特徴とする負荷駆動装置。
2. 前記負荷と前記負荷駆動用スイッチ素子との間に、または、前記負荷と前記遮断用スイッチ素子との間に、前記診断用電圧源から前記負荷に向かって電流が流れるのを防止する負荷側逆流防止素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
3. 前記負荷を駆動しない状態において、前記遮断用スイッチ素子の導通時に前記比較器から前記基準電圧が出力され、前記遮断用スイッチ素子の遮断時に前記比較器からグランド電圧が出力され、
   前記中央処理部は、前記増幅回路から前記遮断用スイッチ素子の導通時に前記基準電圧が出力され、前記遮断用スイッチ素子の遮断時にグランド電圧が出力されることを検出することによって、前記遮断用スイッチ素子が正常であることを判断することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
4. 前記負荷を駆動しない状態において、前記中央処理部は、前記遮断用スイッチ素子の導通時と遮断時のいずれにおいても前記増幅回路からグランド電圧が出力されることを検出することによって、前記遮断用スイッチ素子に開放故障が生じたと判定することを特徴とする請求項１または３に記載の負荷駆動装置。
5. 前記負荷を駆動しない状態において、前記中央処理部は、前記遮断用スイッチ素子の導通時と遮断時のいずれにおいても前記増幅回路から前記基準電圧が出力されることを検出することによって、前記遮断用スイッチ素子に短絡故障が生じたと判定することを特徴とする請求項１または３に記載の負荷駆動装置。
6. 前記負荷を駆動しない状態において、前記中央処理部は、前記遮断用スイッチ素子の導通と遮断の切り替えと同期しない一定の電圧が前記増幅回路から出力されることを検出することによって、前記遮断用スイッチ素子が異常であると判定することを特徴とする請求項１または３に記載の負荷駆動装置。
7. 前記遮断用スイッチ素子が導通し、前記負荷を駆動している状態において、前記比較器は前記基準電圧を出力し、前記増幅回路は前記基準電圧と前記電流・電圧変換素子の前記電位差との差に応じた信号を出力することによって、前記負荷電流検出部は、前記負荷電流に応じた電圧を前記中央処理部へ出力することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。

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