JP7212476B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流検出回路のオペアンプ入力保護機能を有する電子制御装置に関する。

電流検出用オペアンプを有する負荷駆動回路において、駆動回路のスイッチングにより発生したマイナスサージが、オペアンプの入力端子に入ることで、オペアンプの出力が反転する誤動作を引き起こす可能性がある。

一般的なオペアンプ入力保護方法として、ダイオードによる保護があるが、逆方向電流による精度悪化が、高精度な電流検出が要求される回路、例えばＯ２センサやＡ／Ｆセンサ用のヒータ駆動回路、では課題となる。特に順方向電圧を小さくするためにショットキーバリアダイオードを用いた場合、高温時の逆方向電流の影響が顕著となる。

この課題を解決するために例えば、特許文献１では同じ値の逆方向電流を発生させるレプリカ回路と、レプリカ回路が発生させた電流を入力電流として同じ値の補償電流をオペアンプの入力端子に入力する電流ミラー回路とを備える構成がある。

特開２００２－１８５２６８号公報

前述の通り、オペアンプ入力保護方法としてダイオードを用いた場合は、電流検出精度の悪化が課題となる。また、特許文献１の構成では、ダイオードのペア性が保てない汎用品の組み合わせでの構成には向かない、回路が複雑化するといった懸念がある。

上記課題を解決するために、ヒータ負荷を駆動するヒータ駆動回路と、ヒータの電流を検出する電流検出回路と、ヒータ駆動回路のコントロール信号出力と電流検出回路の出力電圧をＡ／Ｄ変換を実施するマイコンとを有し、前記電流検出回路は電流を電圧に変換するためのシャント抵抗と、電圧増幅のためのオペアンプとを備えた電子制御装置において、前記オペアンプ入力端子のマイナスサージ保護を、電源電位と固定抵抗器による高電位側オフセットにより実現することを特徴とする。

本発明によれば、高温時でも電流検出精度を大きく悪化させることなくオペアンプ入力端子の保護ができる。また、固定抵抗器を付加するのみで構成できるため、汎用品の組み合わせのみで構成可能であると共に、回路が複雑化することがない。

従って、汎用品のみで回路を複雑化せず、高精度な電流検出回路とオペアンプ入力保護機能を有する電子制御装置を提供できる。

ヒータ負荷を駆動する電子制御装置の例である。 電流検出回路の例である。 オペアンプ入力保護回路の例である。 ダイオードにより入力保護される電流検出回路の例である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１は、本実施例に係る電流検出機能付きヒータ制御装置の全体構成の例である。

電子制御装置２は、ヒータ負荷１を駆動するヒータ駆動回路１１と、ヒータの電流を検出する電流検出回路１２と、ヒータ駆動回路１１のコントロール信号の出力と電流検出回路１２の出力電圧をＡ／Ｄ変換を実施するマイコン１３を含んで構成される。

マイコン１３のコントロール信号でヒータ駆動回路１１をデューティ制御し、電子制御装置２の出力３を介してヒータ負荷１を駆動する。ヒータ負荷１の電流はヒータ駆動回路１１を経由して、電流検出回路の入力１４に流れる。電流検出回路１２は入力１４に入力される電流を電圧に変換し、出力１５から出力する。出力１５からの出力電圧Ｖ_Ｏはマイコン１３のＡ／Ｄ入力ポートに入力されてＡ／Ｄ変換処理される。マイコン１３はＡ／Ｄ変換されたデジタル信号に基づきヒータ負荷１の電流値を算出する。マイコン１３はヒータ負荷１の電流値に基づき、ヒータ駆動デューティを決定する。

図２は、図１の電流検出回路１２の構成の例である。電流検出回路１２は、入力１４から入力される電流を電圧に変換するシャント抵抗２１と、電圧増幅のためのオペアンプ２２と、オペアンプ２２入力端子を保護するオペアンプ入力保護回路２３を含んで構成される。

オペアンプ入力保護回路２３は、シャント抵抗２１両端電圧Ｖ_２１を出力２６、２７間電圧（Ｖ_２６－Ｖ_２７）に変換してオペアンプ２２に伝える。オペアンプ２２による増幅利得Ｇは、固定抵抗器３３、３４及び固定抵抗器４３、４４により設定される。

図３は、図２のオペアンプ入力保護回路２３の構成の例である。オペアンプ入力保護回路２３は、入力２４と出力２６の間に接続された固定抵抗器３１と、出力２６と電源電位間に接続された固定抵抗器３２及び入力２５と出力２７の間に接続された固定抵抗器４１と、出力２７と電源電位間に接続された固定抵抗器４２を含んで構成される。

入力２４電圧は、電源電位Ｖ_ｃｃと固定抵抗器３１と固定抵抗器３２により高電位側にオフセットされた電圧Ｖ_２６として出力２６より出力される。同様に入力２５電圧は、電源電位Ｖ_ｃｃと固定抵抗器４１と固定抵抗器４２により高電位側にオフセットされた電圧Ｖ_２７として出力２７より出力される。

固定抵抗器３ｘと固定抵抗器４ｘの抵抗値が等しい、かつオペアンプは理想オペアンプという条件で、固定抵抗器３ｘの抵抗値をＲ３ｘで表した場合の出力２６電圧Ｖ_２６とシャント抵抗２１両端電圧Ｖ_２１の関係は数式１、出力２７電圧Ｖ_２７と出力２６電圧Ｖ_２６の関係は数式２、出力１５電圧Ｖ_１５と電圧Ｖ_２７、電圧Ｖ_２６の関係は数式３となる。

認識したいヒータ電流値上下限をマイコン１３が認識できる、かつ入力２４、２５に入力されるマイナスサージをオペアンプ２２入力端子の定格以上にオフセットできるように、シャント抵抗２１、固定抵抗器３１～３４、４１～４４、電源電位Ｖ_ｃｃを設定することが必要である。

例えば、オペアンプ２２の同相入力電圧の定格－０．３Ｖ、スイッチングノイズが－２Ｖの場合を考える。Ｖ_ｃｃ＝５Ｖに接続する場合、Ｒ３１、Ｒ４１抵抗値をＲ３２、Ｒ４２の３倍となるように設定すれば、入力２４、２５から入力された－２Ｖのマイナスサージは、－０．２５Ｖ以上にオフセットされて出力２６、２７から出力されるため、オペアンプ２２をマイナスサージから保護することができる。

電流検出精度の比較をするため、オペアンプ２２の入力保護にダイオードを用いた構成について説明する。図４は、オペアンプ入力保護回路２３の構成の例である。入力２４と出力２６の間に接続された固定抵抗器５１と、出力２６と接地電位に接続されたダイオード５２及び入力２５と出力２７の間に接続された固定抵抗器６１と、出力２７と接地電位に接続されたダイオード６２を含んで構成される。

シャント抵抗２１、固定抵抗器３１～３４、４１～４４、５１、６１、オペアンプ２２、電源電位Ｖ_ｃｃの特性に依存するため一概には言えないが、図４構成のダイオード５２とダイオード６２の逆方向電流量の差がマイクロアンペアオーダー以上となる場合、図３構成の固定抵抗器３２、４２のばらつきを１％以内とすれば、図３構成の方がより高精度な電流検出回路を提供できる可能性がある。

以上、実施例１を用いて本発明の説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。例えば、シャント抵抗２１、固定抵抗器３１～３４、４１～４４はそれぞれ１素子で表現しているが、固定抵抗器２つ以上を直列、または並列に接続したもので構成することもできる。

また、上記実施例には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１ ヒータ負荷
２ 電子制御装置
１１ ヒータ駆動回路
１２ 電流検出回路
１３ マイコン
２１ シャント抵抗
２２ オペアンプ
２３ オペアンプ入力保護回路

Claims (1)

1. ヒータを駆動するヒータ駆動回路と、
   前記ヒータの電流を検出する電流検出回路と、
   前記ヒータ駆動回路のコントロール信号の出力と前記電流検出回路の出力電圧に対してＡ／Ｄ変換を実施するマイコンと、を備え、
   前記電流検出回路は、電流を電圧に変換するためのシャント抵抗と電圧増幅のためのオペアンプと、を有している電子制御装置であって、
   前記オペアンプの入力端子と前記シャント抵抗の間の経路に一端側が接続され、他端側が電源電位に接続される第１の固定抵抗器と、
   前記オペアンプの入力端子と前記シャント抵抗の間の経路に設けられた第２の固定抵抗器と、を備え、
   前記第２の固定抵抗器は、前記第１の固定抵抗器の一端側よりも前記シャント抵抗側に設けられ、
   前記第２の固定抵抗器と直列に接続された第３の固定抵抗器を備え、
   前記第１の固定抵抗器の一端側は、前記第２の固定抵抗器と前記第３の固定抵抗器の間に接続され、
   前記オペアンプの他の入力端子と前記シャント抵抗の間の経路に一端側が接続され、他端側が電源電位に接続される第４の固定抵抗器と、
   前記オペアンプの他の入力端子と前記シャント抵抗の間の経路に設けられた第５の固定抵抗器と、を備え、
   前記第５の固定抵抗器は、前記第４の固定抵抗器の一端側よりも前記シャント抵抗側に設けられ、
   前記第５の固定抵抗器と直列に接続された第６の固定抵抗器を備え、
   前記第４の固定抵抗器の一端側は、前記第５の固定抵抗器と前記第６の固定抵抗器の間に接続され、
   前記オペアンプの入力端子と前記第３の固定抵抗器の間の経路に一端側が接続され、他端側が接地電位に接続される第７の固定抵抗器と、
   前記オペアンプの他の入力端子と前記第６の固定抵抗器の間の経路に一端側が接続され、他端側が前記オペアンプの出力端子に接続される第８の固定抵抗器と、を備え、
   前記シャント抵抗の抵抗値、前記第１の固定抵抗器から前記第８の固定抵抗器の各抵抗値、及び前記電源電位の値は、前記ヒータの電流の上限値及び下限値を前記マイコンが認識できる、かつ、前記ヒータ駆動回路により前記シャント抵抗に入力されるマイナスサージを前記オペアンプの両入力端子の定格以上にオフセットできるように設定されている
   電子制御装置。

Images