JP7016658B2 - Switch failure detector - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチの故障検出装置に関する。 The present invention relates to a switch failure detection device.
上述したスイッチの故障検出装置としては、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。上述した特許文献1の電力供給装置は、FET(スイッチ)をオフしているときのソース電圧と閾値とを比較することにより、FETのショート故障(即ち、FETがオンのまま固まってオフできない固着故障)を検出している。しかしながら、上述した特許文献1の電力供給装置は、FETがオフしているとき、即ちFETの両端が遮断されているときのみ固着故障を検出している。このため、FETがオンしているとき、即ちFETの両端が導通しているときには固着故障を検出することができず、FETがオン中に発生した固着故障を検出することができない。
As the above-mentioned switch failure detection device, for example, the one described in
そこで、スイッチの両端を遮断しない状態で故障を検出する装置として、特許文献2のスイッチ故障検出装置が提案されている。特許文献2のスイッチ故障検出装置は、抵抗とスイッチ素子を直列接続した直列回路を2個並列に接続する。コントロール回路が、2つのスイッチ素子をオンにして、故障を検出するときに片方のスイッチ素子のみ順番にオフする。比較回路が、このときの直列回路の両端の電圧に基づいてスイッチの固着故障を検出している。 Therefore, as a device for detecting a failure without shutting off both ends of the switch, the switch failure detection device of Patent Document 2 has been proposed. The switch failure detection device of Patent Document 2 connects two series circuits in which a resistor and a switch element are connected in series in parallel. The control circuit turns on the two switch elements and turns off only one of the switch elements in turn when detecting a failure. The comparison circuit detects a switch sticking failure based on the voltage across the series circuit at this time.
上述した特許文献2のスイッチ故障検出装置では、正常時と故障時の直列回路の合成抵抗の差に基づいてスイッチの固着故障を検出している。正常時と故障時の合成抵抗の差は大きくないため、精度よく固着故障を検出できない、という問題があった。 In the switch failure detection device of Patent Document 2 described above, the sticking failure of the switch is detected based on the difference in the combined resistance of the series circuit at the time of normal operation and the time of failure. Since the difference in combined resistance between normal and faulty is not large, there is a problem that sticking fault cannot be detected accurately.
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、精度の向上を図りつつ、スイッチの両端を導通した状態で固着故障を検出できるスイッチの故障検出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide a switch failure detection device capable of detecting a sticking failure while both ends of the switch are conducting while improving accuracy.
本発明の態様であるスイッチの故障検出装置は、電流経路を複数に分岐する複数の分岐経路上にそれぞれ設けられた複数のスイッチと、前記複数の分岐経路にそれぞれ流れる電流を検出する複数の電流検出部と、前記複数のスイッチがオン制御された後、前記スイッチを分岐経路毎に順番に、一定時間だけオフ制御するスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部による前記スイッチの制御中に、前記複数の電流検出部により検出される前記複数の分岐経路に流れる電流に基づいて前記スイッチの故障を検出する第1故障検出部と、を備えたことを特徴とする。 The switch failure detection device according to the embodiment of the present invention includes a plurality of switches provided on a plurality of branch paths that branch the current path into a plurality of branches, and a plurality of currents that detect currents flowing in the plurality of branch paths. The detection unit, the switch control unit that controls the switches off in order for each branch path after the plurality of switches are turned on, and the switch control unit that controls the switches off for a certain period of time, and the plurality of switches during the control of the switches by the switch control unit. It is characterized by including a first failure detecting unit for detecting a failure of the switch based on the current flowing through the plurality of branch paths detected by the current detecting unit of the above.
また、前前記複数のスイッチが搭載される基板と、前記複数のスイッチを電源又は負荷に接続するために、前記基板上に設けられた配線パターン又はバスバと、を備え、前記電流検出部は、前記配線パターン又は前記バスバの抵抗値をシャント抵抗として用いて、前記分岐経路に流れる電流を検出してもよい。 Further, a board on which the plurality of switches are mounted and a wiring pattern or bus bar provided on the board for connecting the plurality of switches to a power source or a load are provided, and the current detection unit is provided. The wiring pattern or the resistance value of the bus bar may be used as the shunt resistance to detect the current flowing in the branch path.
また、前記複数のスイッチがオンのときに、前記複数の電流検出部により検出された電流を比較することにより、前記電流検出部の故障を検出する第2故障検出部を備えてもよい。 Further, a second failure detection unit that detects a failure of the current detection unit by comparing the currents detected by the plurality of current detection units when the plurality of switches are on may be provided.
以上説明したように態様によれば、複数の分岐経路を設けて、分岐経路毎に順次、スイッチを一定時間だけオフすることにより、固着故障を検出できるため、スイッチのオン制御中に時に固着故障を検出できる。また、電流に基づいて故障を検出することにより、精度の向上を図ることができる。 As described above, according to the embodiment, a sticking failure can be detected by providing a plurality of branch paths and turning off the switch sequentially for each branch path for a certain period of time. Therefore, a sticking failure sometimes occurs during switch on control. Can be detected. Further, the accuracy can be improved by detecting the failure based on the current.
以下、本発明の一実施形態を、図1に基づいて説明する。図1は、本発明のスイッチの故障検出装置を組み込んだ車両用電源供給装置の一実施形態を示す回路図である。図1に示す車両用電源供給装置1は、車両に搭載されたメインバッテリ11と、サブバッテリ12と、を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a vehicle power supply device incorporating the switch failure detection device of the present invention. The vehicle
メインバッテリ11は、例えば、鉛バッテリなどの安価なバッテリから構成され、スタータST、オルタネータALTや負荷Lo1に接続されている。サブバッテリ12は、例えば、リチウムイオン、ニッケル水素バッテリなどの高性能のバッテリから構成され、負荷Lo2に接続されている。
The
上記メインバッテリ11及びサブバッテリ12間の電流経路は2つに分岐され2つの分岐経路L1、L2が設けられている。車両用電源供給装置1は、この2つの分岐経路L1、L2上にそれぞれ設けられた複数のスイッチQ1~Q4と、複数の分岐経路L1、L2にそれぞれ流れる電流を検出する電流検出部13と、スイッチ制御部、第1故障検出部、第2故障検出部として機能するマイクロコンピュータ(以下、μCOM)14と、を備えている。
The current path between the
スイッチQ1~Q4は各々、電界効果トランジスタから構成されている。スイッチQ1、Q2は、分岐経路L1上に設けられ、ドレイン同士、ソース同士が接続され、互いに並列接続されている。スイッチQ3、Q4は、分岐経路L2上に設けられ、ドレイン同士、ソース同士が接続され、互いに並列接続されている。 Each of the switches Q1 to Q4 is composed of a field effect transistor. The switches Q1 and Q2 are provided on the branch path L1, the drains and the sources are connected to each other, and the switches Q1 and Q2 are connected to each other in parallel. The switches Q3 and Q4 are provided on the branch path L2, and the drains and sources are connected to each other and are connected in parallel to each other.
複数の電流検出部13は各々、シャント抵抗13Aと、シャント抵抗13Aの両端電圧を増幅する差動増幅器13Bと、を備えている。シャント抵抗13Aは、分岐経路L1、L2上にそれぞれ設けられている。分岐経路L1上に設けられたシャント抵抗13Aは、スイッチQ1、Q2と直列接続されている。分岐経路L2上に設けられたシャント抵抗13Aは、スイッチQ3、Q4と直列接続されている。差動増幅器13Bは、シャント抵抗13Aの両端がそれぞれ入力され、シャント抵抗13Aの両端電圧を増幅して、分岐経路L1、L2上に流れる電流値としてμCOM14に供給する。
Each of the plurality of
μCOM14は、車両用電源供給装置1全体の制御を司り、CPU、ROM、RAMなどから構成される周知のマイクロコンピュータである。μCOM14は、スイッチQ1~Q4のゲートに接続され、ゲート信号を供給してスイッチQ1~Q4のオンオフを制御する。
The μCOM 14 is a well-known microcomputer that controls the entire vehicle
上記μCOM14は、例えば、サブバッテリ12を回生充電させたい場合など、メインバッテリ11及びサブバッテリ12を接続する必要があるときに、スイッチQ1~Q4をオン制御する。μCOM14は、スイッチQ1~Q4がオン制御されると、スイッチQ1~Q4の故障を検出する。まず、スイッチQ1~Q4の全部をオンした状態について考える。なお、分岐経路L1、L2にそれぞれ設けた電流検出部13のシャント抵抗13Aは、抵抗値が等しいものとする。スイッチQ1~Q4の全部がオンであれば、各電流検出部13により検出された分岐経路L1、L2に流れる電流I1、I2は等しくなる。電流I1、I2は、合計電流I0の1/2倍となる。
The
次に、スイッチQ3、Q4のみを一定時間(例えば2ms~10ms)オフする。このとき、スイッチQ1~Q4が正常であれば、図2及び図3に示すように、分岐経路L2に流れていた電流I2が0Aになる。そして、いままで分岐経路L2に流れていた電流が分岐経路L1を通って流れるため、分岐経路L1に流れる電流I1が増加し(2倍になる)、合計電流I0と等しくなる。スイッチQ1、Q2のみを一定時間オフしたときも同様に、スイッチQ1、Q2が正常にオフすれば、図3に示すように、電流I1、I2の変動が発生する。なお、スイッチQ3、Q4をオフしている間は、スイッチQ1、Q2がオンしているため、バッテリ11、12間の導通は保たれている。同様に、スイッチQ1、Q2をオフしている間は、スイッチQ3、Q4がオンしているため、バッテリ11、12間の導通は保たれている。
Next, only the switches Q3 and Q4 are turned off for a certain period of time (for example, 2 ms to 10 ms). At this time, if the switches Q1 to Q4 are normal, the current I2 flowing in the branch path L2 becomes 0A as shown in FIGS. 2 and 3. Then, since the current flowing in the branch path L2 flows through the branch path L1, the current I1 flowing in the branch path L1 increases (doubles) and becomes equal to the total current I0. Similarly, when the switches Q1 and Q2 are turned off for a certain period of time, if the switches Q1 and Q2 are turned off normally, the currents I1 and I2 fluctuate as shown in FIG. Since the switches Q1 and Q2 are on while the switches Q3 and Q4 are off, the continuity between the
一方、スイッチQ3、Q4のみを一定時間オフしたときに、図4に示すように、例えば、スイッチQ3に固着故障が発生してれば、スイッチQ3を通じて分岐経路L1に電流が流れ続ける。このため、図5に示すように、スイッチQ3、Q4をオフしても、電流I1、I2が変化しない。本実施形態のμCOM14は、分岐経路L1、L2を順次遮断したときに電流I1、I2に変動がなければ、その分岐経路L1、L2上に設けたスイッチQ1~Q4の故障を検出する。以上のように、バッテリ11、12間の導通を保った状態でスイッチQ1~Q4の故障を検出することができる。
On the other hand, when only the switches Q3 and Q4 are turned off for a certain period of time, for example, if a sticking failure occurs in the switch Q3, a current continues to flow in the branch path L1 through the switch Q3. Therefore, as shown in FIG. 5, the currents I1 and I2 do not change even when the switches Q3 and Q4 are turned off. If the currents I1 and I2 do not fluctuate when the branch paths L1 and L2 are sequentially cut off, the
次に、上記概略で説明した車両用電源供給装置1の詳細な動作について図6のフローチャートを参照して説明する。上記μCOM14は、メインバッテリ11及びサブバッテリ12を接続する必要があり、スイッチQ1~Q4がオン制御されると、所定の診断周期(例えば1s~10s)毎に、スイッチQ1~Q4の故障を検出する自己診断処理を開始する。自己診断処理においては、μCOM14は、上記固着故障だけでなく、過電流、電流検出部13の故障診断も実行する。
Next, the detailed operation of the vehicle
まず、μCOM14は、過電流を検出するため、電流検出部13の検出値を取り込み、各分岐経路L1、L2に流れる電流I1、I2を測定する(ステップS1)。次に、μCOM14は、電流I1、I2を加算して合計電流I0を算出する(ステップS2)。そして、μCOM14は、この合計電流I0が所定範囲外であれば(ステップS3でN)、過電流の診断をして(ステップS4)、ステップS5に進む。μCOM14は、合計電流I0が所定範囲内であれば(ステップS3でY)、正常と判断して、直ちにステップS5に進む。
First, in order to detect the overcurrent, the
ステップS5において、μCOM14は、電流I1、I2の比較に基づいて電流検出部13の故障を検出する。複数の電流検出部13のシャント抵抗13Aが同じ抵抗値であれば、電流I1、I2は同じ値である。そこで、μCOM14は、電流I1、I2を比較した結果、その差分が所定値以上であれば故障と判定し(ステップS6でY)、電流検出部13の故障診断した後(ステップS7)、ステップS8に進む。一方、μCOM14は、電流I1、I2を比較した結果、差がなければ正常であると判定し(ステップS6でN)、直ちにステップS8に進む。
In step S5,
次に、μCOM14は、スイッチQ1~Q4の固着故障を検出する。ステップS8において、μCOM14は、まずスイッチQ1、Q2をオフし、一定時間経過するとオンに戻す(ステップS8)。このとき、スイッチQ3、Q4はオンのままである。μCOM14は、スイッチQ1、Q2のみがオフのときの電流I1、I2を計測して、オフする前にステップS1で計測した電流I1、I2を比較する。μCOM14は、比較した結果、電流I1、I2に変動がなければ(ステップS9でN)、スイッチQ1、Q2の固着故障と診断した後(ステップS10)、次のステップS11に進む。一方、μCOM14は、比較した結果、電流I1、I2に変動があれば(ステップS9でY)、正常と判断し直ちにステップS11に進む。
Next, the
ステップS11において、μCOM14は、まずスイッチQ3、Q4をオフし、一定時間経過するとオンに戻す。このとき、スイッチQ1、Q2はオンのままである。μCOM14は、スイッチQ3、Q4のみがオフのときの電流I1、I2を計測して、オフする前にステップS1で計測した電流I1、I2を比較する。μCOM14は、比較した結果、電流I1、I2に変動がなければ(ステップS12でN)、スイッチQ3、Q4の固着故障と診断した後(ステップS13)、処理を終了する。一方、μCOM14は、比較した結果、電流I1、I2に変動があれば(ステップS12でY)、正常と診断し(ステップS14)、処理を終了する。
In step S11, the
μCOM14は、上述した自己診断処理を実行した結果、故障診断すると、運転手にその旨を報知したり、自動運転から手動運転に切り替える。
When the
上述した実施形態によれば、μCOM14が、複数のスイッチQ1~Q4をオン制御した後、スイッチQ1~Q4を分岐経路L1、L2毎に順番に、一定時間だけオフ制御し、このとき、複数の電流検出部13により検出される電流I1、I2に基づいて故障を検出する。これにより、オフ制御されていない分岐経路L1、L2を経由して電流が流れ続けるため、スイッチQ1~Q4の両端を導通した状態でオン中に固着故障を検出することができる。
According to the above-described embodiment, after the
また、上述したように正常時に分岐経路L1、L2の一方を遮断すると、その電流I1、I2は、合計電流I0×1/2から0A又は合計電流I0×1/2から2倍の合計電流I0に大きく変動する。一方、故障時は、電流I1、I2は変動しない。このため、電流検出部13としては、0A、I0×1/2、I0の3段階を検知できる精度のものであればよく、シャント抵抗13Aに温度補正も必要ない。よって、安価な電流検出部13を用いて精度よく、スイッチQ1~Q4の故障を検出することができる。
Further, as described above, when one of the branch paths L1 and L2 is cut off in the normal state, the currents I1 and I2 are the total current I0 × 1/2 to 0A or the total current I0 × 1/2 to twice the total current I0. It fluctuates greatly. On the other hand, at the time of failure, the currents I1 and I2 do not fluctuate. Therefore, the
また、上述した実施形態によれば、μCOM14は、複数のスイッチQ1~Q4がオンのときに、複数の電流検出部13により検出された電流を比較することにより、電流検出部13の故障を検出している。これにより、簡単に電流検出部13の故障を検出することができる。
Further, according to the above-described embodiment, the
なお、上述したシャント抵抗13Aとしては、抵抗素子を用いてもよいし、図7に示すように、既存のバスバ15の抵抗成分をシャント抵抗13Aとして用いてもよい。同図に示すように、上記スイッチQ1~Q4及び電流検出部13の差動増幅器13Bは、基板17上に搭載されている。そして、この基板17上には、スイッチQ1~Q4をメインバッテリ11に接続するためのバスバ16と、サブバッテリ12に接続するためのバスバ15と、が搭載されている。
As the
図7に示す例では、サブバッテリ12に接続するためのバスバ15をシャント抵抗13Aとして用いている。即ち、差動増幅器13Bの2つの入力の一方をバスバ15のスイッチQ1~Q4側の位置で接続し、他方をバスバ15の一方との接続位置から離れた位置で接続している。これにより、シャント抵抗13Aとして抵抗素子が必要ないため、コストダウンを図ることができる。
In the example shown in FIG. 7, a
また、図7に示す例では、バスバ15の抵抗成分をシャント抵抗13Aとして用いていたが、これに限ったものではない。バスバ15の代わりに基板17上にプリントされた配線パターンで、スイッチQ1~Q4とメインバッテリ11やサブバッテリ12とを接続している場合には、配線パターンの抵抗素子をシャント抵抗13Aとして用いてもよい。
Further, in the example shown in FIG. 7, the resistance component of the
また、上述した実施形態によれば、大電流に耐えられるようにするため、また、冗長のために、スイッチQ1、Q2を並列接続して、1つの分岐経路L1に対して2つのスイッチQ1、Q2を設けていた。また、スイッチQ3、Q4を並列接続して、1つの分岐経路L2に対して2つのスイッチQ3、Q4を設けていた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、1つの分岐経路L1、L2には少なくとも1つのスイッチが設けられていればよい。 Further, according to the above-described embodiment, the switches Q1 and Q2 are connected in parallel in order to withstand a large current and for redundancy, and the two switches Q1 are connected to one branch path L1. Q2 was provided. Further, the switches Q3 and Q4 are connected in parallel, and two switches Q3 and Q4 are provided for one branch path L2. However, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that at least one switch is provided in one branch path L1 and L2.
また、上述した実施形態によれば、電流経路を2つの分岐経路L1、L2に分岐していたが、これに限ったものではない。分岐経路L1、L2は複数に分岐すればよく、3つ以上に分岐されていてもよい。 Further, according to the above-described embodiment, the current path is branched into two branch paths L1 and L2, but the current path is not limited to this. The branch paths L1 and L2 may be branched into a plurality of branches, and may be branched into three or more.
また、上述した実施形態によれば、故障検出装置は、バッテリ11、12間に設けられたスイッチQ1~Q4の故障を検出していたが、これに限ったものではない。バッテリ11、12と負荷Lo1、Lo2との間に設けられるスイッチの故障検出に用いてもよい。
Further, according to the above-described embodiment, the failure detection device detects the failure of the switches Q1 to Q4 provided between the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment. That is, it can be variously modified and carried out within a range that does not deviate from the gist of the present invention.
1 車両用電源供給装置(スイッチの故障検出装置)
11 メインバッテリ(電源)
12 サブバッテリ(電源)
13 電流検出部
13A シャント抵抗
14 μCOM(スイッチ制御部、第1故障検出部、第2故障検出部)
15 バスバ
17 基板
L1 分岐経路
L2 分岐経路
Lo1 負荷
Lo2 負荷
Q1~Q4 スイッチ
1 Vehicle power supply device (switch failure detection device)
11 Main battery (power supply)
12 Sub-battery (power supply)
13
15
Claims (3)
前記複数の分岐経路にそれぞれ流れる電流を検出する複数の電流検出部と、
前記複数のスイッチがオン制御された後、前記スイッチを分岐経路毎に順番に、一定時間だけオフ制御するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部による前記スイッチの制御中に、前記複数の電流検出部により検出される前記複数の分岐経路に流れる電流に基づいて前記スイッチの故障を検出する第1故障検出部と、を備え、
前記複数のスイッチは、互いに並列に接続されていることを特徴とするスイッチの故障検出装置。 Multiple switches provided on each of the multiple branch paths that branch the current path in parallel, and
A plurality of current detectors for detecting the current flowing in each of the plurality of branch paths, and
After the plurality of switches are turned on, the switch control unit that controls the switches off in order for each branch path for a certain period of time,
A first failure detection unit that detects a failure of the switch based on the currents flowing in the plurality of branch paths detected by the plurality of current detection units while the switch control unit controls the switch.
A switch failure detection device , wherein the plurality of switches are connected in parallel with each other .
前記複数のスイッチを電源又は負荷に接続するために、前記基板上に設けられた配線パターン又はバスバと、を備え、
前記電流検出部は、前記配線パターン又は前記バスバの抵抗値をシャント抵抗として用いて、前記分岐経路に流れる電流を検出することを特徴とする請求項1に記載のスイッチの故障検出装置。 A board on which the plurality of switches are mounted and
A wiring pattern or bus bar provided on the board for connecting the plurality of switches to a power source or load is provided.
The switch failure detection device according to claim 1, wherein the current detection unit detects a current flowing in the branch path by using the wiring pattern or the resistance value of the bus bar as a shunt resistance.
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