JP6844318B2 - 車載制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載制御装置に関する。

車両においては車載バッテリなどの車載電源を負荷に給電する構成がある。この場合、車載電源が他の負荷にも給電する構成が一般的であるから、負荷の状況によっては車載電源の電圧が大きく変動することがある。このため、昇圧回路を設けて、車載電源の電圧が低下したときに昇圧動作を実施して車載電源を昇圧して負荷の動作が確実に行えるように構成されるものがある。

しかし、このような昇圧回路が故障している場合には、負荷に給電している状態で車載電源が低下すると、昇圧回路により所定の電圧まで昇圧動作が行えないため、負荷に必要な電圧を供給できなくなるので、負荷によっては電圧低下によってリセット状態になってしまうことが懸念されている。

しかしながら、前述のように車載電源が低下したときに動作する昇圧回路を備える構成では、車載電源の電圧が低下していない通常の状態では、起動時に昇圧回路が動作することはないので、昇圧回路が正常動作するか否かの動作チェックを行うことができない。

このため、車両の走行中に車載電源の低下が発生して昇圧回路が動作するときに故障がある場合には、故障状態を検出することはできても、負荷へ供給する電圧の低下を回避することができない。この結果、車両の走行に悪影響を与えたり、緊急避難をするための移動に支障を生じたりするなどの恐れがある。

したがって、車両の走行状態に悪影響を与えないようにするためには、昇圧回路の故障時に備えて、別の昇圧回路を設けておくなどの構成が必要となり、実用上においてコストが高くなるものであった。

特開２０１２−１３０４４号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、車載電源の電圧低下時に動作する昇圧回路を備えた電源回路に対して、車載電源の電圧低下時に実施する昇圧回路の動作を確実に実行することができるようにした車載制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の車載制御装置は、車載電源の端子電圧を出力電圧として負荷に給電するとともに、前記車載電源の端子電圧を昇圧して前記出力電圧として前記負荷に給電可能な昇圧回路を備えた電源回路を制御する車載制御装置であって、前記車載電源を出力電圧として給電している状態で、前記車載電源の出力電圧が所定レベル以下になると前記昇圧回路を駆動制御して一定レベルの電圧を前記出力電圧として給電する昇圧制御回路と、前記車載電源を出力電圧とした給電動作の開始時に、前記昇圧制御回路により前記昇圧回路を一時的に駆動させて前記車載電源の端子電圧よりも昇圧電圧分だけ高い出力電圧となるように昇圧動作を行わせる動作確認回路と、前記動作確認回路により前記昇圧回路に昇圧動作を行わせたときの出力電圧から前記昇圧回路の動作状態が正常であるか否かを判定する判定回路とを備えている。

上記構成を採用することにより、車載電源を出力電圧とした給電動作の開始時に、動作確認回路は、昇圧制御回路により昇圧回路を一時的に駆動させて昇圧動作を行わせ、そのときの昇圧された出力電圧が正常に行われているか否かを判定回路により判定することで、昇圧回路の動作状態が正常であるか否かを判定することができる。これにより、昇圧回路が正常状態であることが判定された場合には、その後の給電動作において、車載電源の出力電圧が低下すると、昇圧回路により昇圧することで負荷に対して給電動作を継続することができる。

また、昇圧回路が正常でない場合には、負荷への給電動作を開始する時点でそのことを認識することができるので、使用中に車載電源の出力電圧が低下したときに昇圧回路による昇圧ができない状況に至ることを抑制することができ、車両の負荷などに給電する場合などで、退避動作ができなくなる不具合を防止することができる。

第１実施形態を示す電気的構成図 車載電源低下時の昇圧動作の説明図 コンデンサ端子電圧と電流源電流の関係を示す図 起動時の昇圧回路のチェック動作の説明図 第２実施形態を示す電気的構成図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
全体の電気的構成を示す図１において、電源回路１において、車載電源である車載バッテリＢＳは、車載電源端子ＶＢに直流電圧ＶＢを出力する。昇圧回路２は、車載電源端子ＶＢとグランドとの間に接続されている。昇圧回路２は、昇圧用のコイル３およびスイッチング素子であるＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ４を直列に接続した構成である。ＭＯＳＦＥＴ４のドレインはダイオード５を順方向に介してコンデンサ６の正極端子に接続される。車載電源端子ＶＢはダイオード７を順方向に介して直接コンデンサ６の正極端子にも接続されている。コンデンサ６の正極端子は出力電圧Ｖｕｓｗを出力する出力端子として機能する。

車両制御装置１０は、半導体集積回路で構成されるもので、コンデンサ６の正極端子である出力端子から出力電圧Ｖｕｓｗが入力端子Ａに入力されている。また、車両制御装置１０は、昇圧制御回路１１を備え、出力端子Ｂから昇圧回路２のＭＯＳＦＥＴ４のゲートにゲート駆動電圧を与えて昇圧動作を制御する。昇圧回路２の昇圧動作が行われていない状態では、出力電圧Ｖｕｓｗは、車載電源端子ＶＢの直流電圧ＶＢよりもダイオード７の順方向電圧Ｖｆ分だけ低い電圧（Ｖｕｓｗ＝ＶＢ−Ｖｆ）である。

入力端子Ａは、抵抗１２ａおよび抵抗１２ｂの分圧回路１２を介してグランドに接続されている。抵抗１２ａと抵抗１２ｂとの共通接続点は、エラーアンプ１３の非反転入力端子に接続されており、抵抗１２ｂの端子電圧Ｖｂを入力する。エラーアンプ１３の反転入力端子には、参照電圧Ｖｒｅｆが入力される。参照電圧Ｖｒｅｆは、直流電源ＶＤとグランドとの間に接続される抵抗１４および１５の直列回路により生成される。

エラーアンプ１３の出力端子と反転入力端子との間には帰還抵抗１６が接続されている。エラーアンプ１３は、入力端子Ａの出力電圧Ｖｕｓｗに応じた電圧Ｖｂと参照電圧Ｖｒｅｆとの差分に相当する誤差信号を出力する。なお、参照電圧Ｖｒｅｆは、後述するように、電源回路１の出力電圧Ｖｕｓｗが、昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏ以下になると昇圧回路２を動作させるように設定されている。

抵抗１２ｂに並列に動作確認回路としての可変電流源回路１７が接続されている。可変電流源回路１７は、別の回路から起動時に出力される検証信号Ｓｐにより、その時点の直流電圧ＶＢｓで生じている出力電圧Ｖｕｓｗｓに応じた電流Ｉｒｖｓを流すように構成されている。なお、可変電流源回路１７は、後述するように、検証信号Ｓｐが与えられると、設定される定電流Ｉｒｖｓを急激に流すのではなく、例えば０から一定の変化率で連続的に増加させることにより流す構成である。

エラーアンプ１３の出力端子は、コンパレータ１８の反転入力端子に接続される。コンパレータ１８の非反転入力端子には、車両制御装置１０内に設けられた図示しない回路から三角波信号が入力される。コンパレータ１８は、エラーアンプ１３から入力される誤差電圧信号と三角波信号とを比較して、誤差信号が三角波信号よりも低いときにハイレベルの信号となるＰＷＭ信号を生成する。バッファ回路１９は、ＰＷＭ信号をゲート駆動信号として出力端子Ｂを介してＭＯＳＦＥＴ４のゲートにゲート駆動電圧として与える。

判定回路２０は、昇圧回路１の動作が正常に行われているか否かを、入力端子Ａに入力されている出力電圧Ｖｕｓｗから判定する回路である。判定回路２０は、２つのコンパレータ２０ａ、２０ｂとＡＮＤ回路２０ｃを備える。入力端子Ａは、コンパレータ２０ａの反転入力端子およびコンパレータ２０ｂの非反転入力端子に接続される。コンパレータ２０ａの非反転入力端子には基準電圧Ｖ１が入力される。コンパレータ２０ｂの反転入力端子には基準電圧Ｖ２が入力される。ＡＮＤ回路２０ｃは、各入力端子にコンパレータ２０ａ、２０ｂの出力端子が接続され、出力信号が動作判定信号Ｓｈとされる。

基準電圧回路２１は、動作チェック開始時の車載バッテリＢＳの直流電圧ＶＢに基づいて基準電圧Ｖ１およびＶ２を生成する。具体的には、直流電圧ＶＢに電圧ΔＶ１を加算した電圧を基準電圧Ｖ１（＝ＶＢ＋ΔＶ１）とし、直流電圧ＶＢに電圧ΔＶ２を加算した電圧を基準電圧Ｖ２（＝ＶＢ＋ΔＶ２）としている。

上記した基準電圧Ｖ１およびＶ２により、昇圧された出力電圧Ｖｕｓｗが、適正なレベルであるか否かを判定する範囲として設定される。昇圧回路２は、昇圧前の出力電圧Ｖｕｓｗを昇圧して電圧Ｖａだけ高くなるように昇圧制御回路１１により駆動制御される。このときの昇圧された電圧Ｖａ分が基準電圧Ｖ１以上で、且つ基準電圧Ｖ２以下となるように設定されている。換言すれば、昇圧回路２が電圧Ｖａを昇圧動作により生成していれば正常に動作していることとなり、判定回路２０は正常状態であるハイレベルの検出信号Ｓｈを出力する。

次に、上記構成の作用について、図２から図４も参照して説明する。
まず、使用状態における車載バッテリＢＳの直流電圧ＶＢが低下する場合の昇圧回路２の動作について図２を参照して説明する。車載バッテリＢＳの直流電圧ＶＢが所定レベル以上ある通常の状態、つまり図２中に示す時刻ｔｘ１以前では、出力電圧Ｖｕｓｗ（＝ＶＢ−Ｖｆ）が昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏ以上あるので、昇圧制御回路１１はエラーアンプ１３に参照電圧Ｖｒｅｆよりも大きい電圧Ｖｂが入力される（Ｖｂ＞Ｖｒｅｆ）。これにより、エラーアンプ１３の出力信号のレベルが正になりＭＯＳＦＥＴ４は駆動されない。すなわち、昇圧回路２は動作しない状態である。

次に、図２中、時刻ｔｘ１以降に示す車載バッテリＢＳの直流電圧ＶＢが低下する場合の昇圧回路２の動作について説明する。ここでは、時刻ｔｘ１で車載バッテリＢＳの直流電圧ＶＢが低下し始め、時刻ｔｘ２で出力電圧Ｖｕｓｗが昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏに達する。この後、直流電圧ＶＢは、時刻ｔｘ３で一定となり、時刻ｔｘ４で再び上昇して時刻ｔｘ５を経て時刻ｔｘ６で本来のレベルに復帰する状態を示している。

上記の変化で、車載バッテリＢＳの直流電圧ＶＢが低下して時刻ｔｘ２以降になると、エラーアンプ１３は、出力電圧Ｖｕｓｗが昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏよりも低下した分の差電圧（Ｖｕｓｗｏ−Ｖｕｓｗ）に応じた電圧（Ｖｂ−Ｖｒｅｆ）が入力される。この結果、エラーアンプは差電圧に応じた誤差信号を出力する。

これにより、コンパレータ１８は、誤差信号のレベルが三角波信号よりも低くなる部分でハイレベルの信号を出力してＭＯＳＦＥＴ４を駆動するようになる。昇圧回路２はこれによって昇圧動作を開始し、コイル３による蓄積エネルギーが昇圧出力としてダイオード５を介してコンデンサ６に出力され、出力電圧Ｖｕｓｗを上昇させる。この昇圧回路２による昇圧動作は、出力電圧Ｖｕｓｗが昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏに達するまで行われる。

この結果、図２に示すように、時刻ｔｘ１からｔｘ６までの電圧低下期間のうちの、車載バッテリＢＳの端子電圧ＶＢが低下して出力電圧Ｖｕｓｗが昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏに達している期間ｔｘ２からｔｘ５までの期間中、出力電圧Ｖｕｓｗは、昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏのレベルに保持される。

これにより、コンデンサ６の正極端子に接続される負荷は、車載バッテリＢＳの直流電圧ＶＢが一時的に（時刻ｔｘ１〜ｔｘ６の間）低下した場合でも、昇圧制御回路１１により昇圧回路２を駆動させることで出力電圧Ｖｕｓｗが昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏよりも低下しないように制御することができる。

さて、上記のように動作するので、昇圧回路２が正常に機能する場合には、使用中に車載バッテリＢＳの直流電圧ＶＢの一時的低下が生じても問題なく負荷の駆動状態を継続させることができるが、直流電圧ＶＢが一時的低下を生じたときに、昇圧回路２が故障していると、出力電圧Ｖｕｓｗを昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏに保持させることができない。この実施形態では、このような事態が生じないように予め起動時に動作チェックを実施するように構成されている。

すなわち、車載バッテリＢＳから給電開始をする起動時の動作について図３および図４も参照して説明する。この実施形態では、車両制御装置１０により、車載バッテリＢＳから給電開始をする起動時に、検証信号Ｓｐを可変電流源回路１７に与えることで、昇圧回路２が正常に機能するか否かについて動作確認の処理を実施する。これにより、正常に動作することが確認できれば、直流電圧ＶＢが低下した場合でも、負荷の駆動状態を継続させることができる。

外部のＥＣＵなどからの起動開始の指示により、図４中に示す時刻ｔ０で車載バッテリＢＳからコンデンサ６への給電を開始すると、これに基づいて可変電流源回路１７に対してハイレベルの検証信号Ｓｐが出力される。これにより、動作チェックが開始され、可変電流源回路１７では、このときの直流電圧ＶＢｓに基づいて、コンデンサ６の正極端子に現れる直流電圧Ｖｕｓｗｓの値に応じて図３に示す関係に基づいて電流Ｉｒｖｓを設定する。

図３に示す動作チェック開始時の出力電圧Ｖｕｓｗｓと電流値Ｉｒｖｓとの関係は、出力電圧Ｖｕｓｗｓが昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏを超える電圧に比例して増大するように設定されている。これは、動作チェック開始時の出力電圧Ｖｕｓｗｓが高いほど、電流を多く流すことで昇圧による出力電圧Ｖｕｓｗを高く設定するためである。

図４は、動作チェックを行う場合の各部の信号状態を示しており、時刻ｔ０で給電動作が開始されると、動作チェックのためのハイレベルの検証信号Ｓｐが可変電流源回路１７に与えられる。これにより、その時点での出力電圧Ｖｕｓｗｓに対応した電流値Ｉｒｖｓが前述したようにして設定され、可変電流源回路１７は、電流値Ｉｒｖｓに達するまで連続的に変化させて上昇させる。

これにより、分圧回路１２の抵抗１２ｂは、並列に接続された可変電流源回路１７に電流Ｉｒｖｓが流れることで見かけ上抵抗値が低下した状態となり、出力電圧Ｖｕｓｗに対応した電圧よりも低下した状態となる。このため、エラーアンプ１３では、非反転入力端子に入力される電圧Ｖｂが参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧が入力された状態となる。すなわち、電圧Ｖｂは、見かけ上昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏよりも低下した状態となり、エラーアンプ１３は昇圧動作を行うための誤差信号を出力することで昇圧回路２のＭＯＳＦＥＴ４を駆動させるようになる。

この結果、昇圧回路２は昇圧動作を開始し、昇圧動作により得られる出力電圧Ｖｕｓｗがコンデンサ６に出力される。この昇圧回路２による昇圧動作は、分圧回路１２からエラーアンプ１３に入力される電圧Ｖｂが参照電圧Ｖｒｅｆで設定される所定レベルに達するまで実施され、この結果、図４（ａ）に示すように、出力電圧Ｖｕｓｗは、昇圧動作を開始する時点ｔ０での電圧Ｖｕｓｗｓ（＝ＶＢｓ−Ｖｆ）に昇圧電圧分Ｖａを加算した電圧まで昇圧されると、その電圧が保持される。

このときの昇圧電圧分Ｖａの加算により、前述のように判定回路２０においては、入力される電圧Ｖｕｓｗが、時刻ｔ１で基準電圧Ｖ１に達し、この後、基準電圧Ｖ１とＶ２との間の電圧レベルに落ち着く。このとき、判定回路２０は、時刻ｔ１でハイレベルの判定信号Ｓｈを出力開始する。昇圧動作に要する時間を考慮して判定時間Ｔｓを、時刻ｔ１を超えたタイミングとなるように設定しておくことで、このときの判定信号Ｓｈがハイレベルであることを検出できる。そして、判定信号Ｓｈがハイレベルであることが検出されると、昇圧回路２が正常に動作していることを判定することができる。

この後、動作チェックが終了して時刻ｔ２でハイレベルの検証信号Ｓｐがローレベルに変化すると、可変電流源回路１７の電流値Ｉｒｖｓを徐々に低下させてゼロにする。これにより、分圧回路１２の抵抗１２ｂの見かけ上の抵抗値がもとの抵抗値に戻るようになる。この結果、エラーアンプ１３に入力する電圧Ｖｂが徐々に上昇し、昇圧回路２による昇圧電圧分が徐々に低下し、出力電圧Ｖｕｓｗが昇圧閾値電圧Ｖｕｓｗｏ以下になると昇圧動作が停止される。

そして、出力電圧Ｖｕｓｗは、時刻ｔ３で基準電圧Ｖ１を下回り、判定信号Ｓｈはこの時点でローレベルとなり、この後、動作チェック前の電圧Ｖｕｓｗｓに戻る。この状態は、昇圧回路２は動作が停止しており、コンデンサ６の出力電圧Ｖｕｓｗは、車載バッテリＢＳからダイオード７を介して与えられる電圧に相当する。

このような本実施形態によれば、車載バッテリＢＳからコンデンサ６への給電を開始する時点で、検証信号Ｓｐを出力して可変電流源回路１７により電流Ｉｒｖｓを流して、動作チェックを実施して、昇圧回路２が正常に動作するか否かを判定した。これにより、動作開始後に車載バッテリＢＳの直流電圧ＶＢが低下する前に確実に故障を検出することができるようになる。

（第２実施形態）
図５は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、車載制御装置３０として、昇圧制御回路３１に可変電流源回路１７に代えて動作確認回路として抵抗変化回路３２を設けている。抵抗変化回路３２は、３個の抵抗３５、３６、３７を直列に接続した構成を、分圧回路１２の抵抗１２ｂに代えて設けている。抵抗３５および３６はそれぞれ短絡スイッチ３６、３７が並列に接続されている。切換回路３８は、ハイレベルの検証信号Ｓｐが入力されると、短絡スイッチ３６、３７を順次オンさせて、抵抗３５および３６を短絡させる。

抵抗３５〜３７の合成抵抗は、第１実施形態における抵抗１２ｂと同等の抵抗値に設定することができる。これにより、切換回路３８により短絡スイッチ３６、３７が順次オンされると、抵抗値が段階的に低下して抵抗３５が単独で接続された状態まで変化する。これにより、分圧回路１２によるエラーアンプ１３への入力電圧Ｖｂを低下させた状態を作ることができ、これによって、第１実施形態と同様にして動作チェックを実施することができる。
したがって、このような第２実施形態によっても第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。

昇圧制御回路１１において、分圧回路１２に可変電流源回路１７を設ける構成としたが、可変電流源回路１７を、参照電圧Ｖｒｅｆを変化させるように設ける構成とすることもできる。

可変電流源回路１７は、電流Ｉｒｅｖを段階的に変化させるように構成しても良い。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は電源回路、２は昇圧回路、３はコイル、４はＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、６はコンデンサ、１０、３０は車載制御装置、１１、３１は昇圧制御回路、１２は分圧回路、１３はエラーアンプ、１７は可変電流源回路（動作確認回路）、２０は判定回路、２１は基準電圧回路、３２は抵抗変化回路（動作確認回路）、３３、３４、３５は抵抗、３６、３７は短絡スイッチ、３８はスイッチ制御回路、ＢＳは車載バッテリ（車載電源）である。

Claims (6)

1. 車載電源（ＢＳ）の端子電圧を出力電圧として負荷に給電するとともに、前記車載電源の端子電圧を昇圧して前記出力電圧として前記負荷に給電可能な昇圧回路（２）を備えた電源回路（１）を制御する車載制御装置（１０、３０）であって、
   前記車載電源を出力電圧として給電している状態で、前記車載電源の出力電圧が所定レベル以下になると前記昇圧回路を駆動制御して一定レベルの電圧を前記出力電圧として給電する昇圧制御回路（１１、３１）と、
   前記車載電源を出力電圧とした給電動作の開始時に、前記昇圧制御回路により前記昇圧回路を一時的に駆動させて前記車載電源の端子電圧よりも昇圧電圧分だけ高い出力電圧となるように昇圧動作を行わせる動作確認回路（１７、３２）と、
   前記動作確認回路により前記昇圧回路に昇圧動作を行わせたときの出力電圧から前記昇圧回路の動作状態が正常であるか否かを判定する判定回路（２０）と、
   を備えた車載制御装置。
2. 前記昇圧制御回路は、前記車載電源の出力電圧を分圧回路（１２）により分圧して前記所定レベルと比較するように構成され、
   前記動作確認回路は、前記分圧回路（１２）の分圧抵抗（１２ｂ）の抵抗値を変化させる抵抗変化回路（１７、３２）を備えた構成である請求項１に記載の車載制御装置。
3. 前記抵抗変化回路（１７）は、可変電流源回路（１７）である請求項２に記載の車載制御装置。
4. 前記抵抗変化回路（３２）は、前記分圧回路に接続される抵抗（３３、３４、３５）と短絡スイッチ（３６、３７）とを有し、前記短絡スイッチをオンオフすることで抵抗値を変化させる請求項２に記載の車載制御装置。
5. 前記抵抗変化回路（１７）は、前記分圧抵抗（１２ｂ）の抵抗値を連続的に変化させる構成の請求項３に記載の車載制御装置。
6. 前記抵抗変化回路（３２）は、前記分圧抵抗（１２ｂ、３３、３４）の抵抗値を段階的に変化させる構成の請求項４に記載の車載制御装置。

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