JP7257255B2 - 補助電源装置 - Google Patents
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Description
主電源の異常には、主電源の電源電圧値が急激に低下する主電源のショート故障もあれば、主電源の電源電圧値が緩やかに低下する主電源のオープン故障や主電源の経年劣化に起因する異常等、様々な形態のものがある。主電源の電源電圧値が緩やかに低下する状況においては、主電源の電源電圧値が異常判定電圧信号の電圧を下回る前に、主電源の電源電圧値が異常判定電圧信号の電圧を超えるものの、異常判定電圧閾値を超えないような状況となることが想定される。一方、主電源の電源電圧値が急激に低下する状況においては、瞬間的に主電源の電源電圧値が異常判定電圧信号の電圧を下回るような状況となることが想定される。このため、電源制御部における主電源の異常の判定で用いる異常判定電圧閾値を、迅速に判定することのできるアナログ判定回路における主電源の異常の判定で用いる異常判定電圧信号の電圧よりも高電位に設定している。これにより、主電源の電源電圧値が異常判定電圧信号の電圧を超えないことから主電源の異常が判定された場合と、主電源の電源電圧値が異常判定電圧信号の電圧を超えるものの異常判定電圧閾値を超えないことから主電源の異常が判定された場合とに場合分けできることから、主電源の異常の形態を把握できるようになる。
図1に示すように、ステアリング装置1は、運転者のステアリングホイール10の操作に基づいて転舵輪16を転舵させる操舵機構2、運転者のステアリング操作を補助するモータ20を有するアシスト機構3、操舵制御装置30、及び補助電源装置40を備えている。ステアリング装置1は、操舵機構2にモータ20のモータトルクを操舵補助力として付与することにより、運転者のステアリング操作を補助する、いわゆる、電動パワーステアリング装置である。
図2に示すように、補助電源装置40は、補助電源60と、電源制御部70と、電圧検出回路80と、アナログ判定回路100と、電源切替回路110とを備えている。
主電源側切替部150は、主電源側給電経路L1における主電源50と接続点P1との間に設けられている。主電源側切替部150は、第1MOSFET151(metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor)及び第2MOSFET152を有している。第1MOSFET151及び第2MOSFET152は、P型半導体層が対応付けられたソース端子と、P型半導体層が対応付けられたドレイン端子と、N型半導体層が対応付けられたゲート端子とをそれぞれ有するPチャネルMOSFETである。図2中では、ソース端子については「S」、ドレイン端子については「D」、ゲート端子については「G」と示す。
擬似動作回路140は、主電源側給電経路L1上の接続点P1と接続点P2との間の接続点P3に接続されている。接続点P3における電圧を示す電源電圧信号Svは、接続点P2における電圧を示す電源電圧信号Svと同じである。擬似動作回路140は、後述の比較回路120に対して出力する電源電圧信号Svを擬似的に異常ありとする回路である。擬似動作回路140は、分圧抵抗141と、分圧抵抗142と、第5MOSFET143と、デジタルトランジスタ144とを備えている。
コンパレータ121の正側入力端子は、分圧回路130における分圧抵抗131と分圧抵抗132との間の接続点P6に接続されている。これにより、コンパレータ121の正側入力端子には、分圧回路130によって分圧された電源電圧信号Svが入力されている。コンパレータ121の負側入力端子は、異常判定電圧信号生成部に接続されている。異常判定電圧信号生成部は、主電源50に異常が生じていることを示す電圧である異常判定電圧信号Srefを生成していて、当該異常判定電圧信号Srefをコンパレータ121の負側入力端子に出力している。分圧回路130を構成する分圧抵抗131の抵抗値及び分圧抵抗132の抵抗値は、分圧された電源電圧信号Svが異常判定電圧信号Srefと比較することができるように調整されている。異常判定電圧信号Srefは、分圧された電源電圧信号Svの電圧が異常判定電圧信号Srefの電圧を下回ると主電源50に異常が生じているといえる程度の値に設定されている。コンパレータ121の正側電源端子は、異常判定電圧信号Srefを生成する異常判定電圧信号生成部に接続されている。異常判定電圧信号生成部は、定電圧を生成する回路である。コンパレータ121の負側電源端子は、グランドに接続されている。コンパレータ121の出力端子は、電源制御部70に接続されているとともに、主電源側電圧印加部170及び補助電源側電圧印加部180に接続されている。異常判定電圧信号Srefの電圧値は、分圧回路130による分圧を考慮してデジタル値に変換した場合、異常判定電圧閾値Vthよりも低電位に設定されている。
主電源50に異常が発生していない場合、主電源50の電源電圧信号Svが示す電源電圧値Vvは異常判定電圧閾値Vthを超えており、かつ電源電圧信号Svの分圧電圧が異常判定電圧信号Srefの電圧を超えている状況にある。電源制御部70は、電圧検出回路80を用いて把握された主電源50の電源電圧値Vvが異常判定電圧閾値Vthを超えていない状況が所定時間継続していないとして、ハイレベルの第1制御電圧信号SC1を出力する。一方、擬似動作回路140は、電源制御部70から擬似異常信号Saが入力されていないことから、接続点P3から入力された電源電圧信号Svを第5MOSFET143のソース端子及びドレイン端子を通じて分圧回路130に出力する。分圧回路130は、分圧抵抗131及び分圧抵抗132によって分圧した電源電圧信号Svを比較回路120に出力する。比較回路120は、分圧回路130によって分圧した電源電圧信号Svの電圧が異常判定電圧信号Srefの電圧を超えていることから、主電源50に異常なしとして、ハイレベルの第2制御電圧信号SC2を出力端子から出力する。主電源側電圧印加部170には、ハイレベルの第1制御電圧信号SC1及びハイレベルの第2制御電圧信号SC2が入力されて、第1MOSFET151のゲート端子及び第2MOSFET152のゲート端子に、ソース端子の電位よりも低電位のゲート電圧Vg1を印加する。補助電源側電圧印加部180には、ハイレベルの第1制御電圧信号SC1及びハイレベルの第2制御電圧信号SC2が入力されて、第3MOSFET161のゲート端子及び第4MOSFET162のゲート端子に、ソース端子の電位とゲート端子の電位とが同電位となるように、ゲート電圧Vg2を印加する。これにより、操舵制御装置30に対して給電する電源を主電源50に維持している。また、電源制御部70は、入力されたハイレベルの第2制御電圧信号SC2及び自らが生成したハイレベルの第1制御電圧信号SC1に基づいて、主電源50に異常なしと把握している。
(1)電源の切り替えに際しては、アナログ判定回路100において主電源50の出力状態を示すアナログ信号である電源電圧信号Svで主電源50の異常を判定するとともに、当該判定結果を示すアナログ信号である第2制御電圧信号SC2を生成し、電源切替回路110において第2制御電圧信号SC2によって電源を切り替えるという工程を経ればよい。すなわち、アナログ信号としての第2制御電圧信号SC2を、電源電圧信号Svからデジタル値に変換する過程を経ることなく生成できるため、デジタル信号に変換して電源の切り替え判定を行う場合よりも、電源の切り替えに要する工程を簡素にすることができる。このため、主電源50から出力される電力の電圧が急激に低下する状況であっても、操舵制御装置30に対して給電する電源を主電源50から補助電源60へより迅速に切り替えることができる。
・第1MOSFET151、第2MOSFET152、及び第5MOSFET143は、NチャネルMOSFETであってもよい。第3MOSFET161及び第4MOSFET162は、PチャネルMOSFETであってもよい。
・異常判定電圧閾値Vthは、異常判定電圧信号Srefをデジタル値に変換した電圧値と同電位に設定されていてもよいし、低電位に設定されていてもよい。
・比較回路120の具体的構成、分圧回路130の具体的構成、及び擬似動作回路140の具体的構成は、上記実施形態のものに限られない。例えば、比較回路120のプルアップ抵抗122のように出力を安定化させるための構成を省略してもよい。また、例えば、正側電源端子及び負側電源端子の間を接続線で繋ぐとともに、当該接続線に比較回路120の出力を安定させるためのコンデンサ等の構成を追加してもよい。すなわち、比較回路120の具体的構成、分圧回路130の具体的構成、及び擬似動作回路140の具体的構成は、適宜変更可能である。
・図5に示すように、アナログ判定回路100に擬似動作回路140を設けなくてもよい。この場合、分圧回路130の分圧抵抗131は一端が接続点P3に接続されているとともに、他端が分圧抵抗132に接続されている。また、電源制御部70は、擬似異常信号Saを出力する機能を有しなくてよい。
・上記実施形態では、補助電源装置40を適用したステアリング装置1は、ステアリング軸12に減速機21を介してモータ20が連結された電動パワーステアリング装置として構成したが、モータ20が減速機21を介してラック軸14に連結された電動パワーステアリング装置として構成してもよい。また、補助電源装置40を適用した電動パワーステアリング装置に限らず、補助電源装置40は、例えばステアバイワイヤ式のステアリング装置に適用してもよい。
Claims (4)
- 主電源から電力の給電対象への給電経路としての主電源側給電経路と、前記主電源側給電経路に接続されて補助電源から前記給電対象への給電経路としての補助電源側給電経路とが設けられている補助電源装置において、
前記補助電源側給電経路を通じて前記給電対象と接続されている補助電源と、
前記主電源側給電経路上の導通状態及び遮断状態の切り替えを制御するとともに、前記補助電源側給電経路上の導通状態及び遮断状態の切り替えを制御する電源制御部と、
前記電源制御部とは別に設けられて、前記主電源の出力状態を示すアナログ信号で前記主電源の異常を判定するとともに、前記主電源の異常を判定するときに前記主電源の異常を示すアナログ信号である切替信号を生成するアナログ判定回路と、
前記アナログ判定回路によって生成された前記切替信号に基づいて、前記給電対象に対して給電する電源を前記主電源から前記補助電源に切り替える電源切替回路とを備え、
前記アナログ判定回路は、前記主電源の出力状態を示すアナログ信号として前記主電源の電源電圧を示す電源電圧信号と、前記主電源に異常が生じていることを示す異常判定電圧に応じた異常判定電圧信号とが入力される比較回路を有し、
前記比較回路は、
前記電源電圧信号の電圧が前記異常判定電圧信号の電圧を超えている場合、前記主電源は異常ではないとして、前記給電対象に対して給電する電源を前記主電源とする前記切替信号を生成し、
前記電源電圧信号の電圧が前記異常判定電圧信号の電圧を超えていない場合、前記主電源は異常であるとして、前記給電対象に対して給電する電源を前記補助電源とする前記切替信号を生成し、
前記電源制御部は、前記主電源に異常が生じていることを示す異常判定電圧閾値をデジタル値で記憶しており、
前記電源制御部は、前記電源電圧信号を取得し、当該取得した電源電圧信号をデジタル値である電源電圧値に変換し、
前記電源制御部は、前記電源電圧値が前記異常判定電圧閾値を超えている場合、前記給電対象に対して給電する電源を前記主電源とするアナログ信号を前記電源切替回路に対して出力し、
前記電源電圧値が前記異常判定電圧閾値を超えていない場合、前記給電対象に対して給電する電源を前記補助電源とするアナログ信号を前記電源切替回路に対して出力する補助電源装置。 - 前記電源切替回路は、
前記主電源側給電経路に設けられ、導通状態と遮断状態とを切り替えるMOSFETを有する主電源側切替部と、
前記補助電源側給電経路に設けられ、導通状態と遮断状態とを切り替えるMOSFETを有する補助電源側切替部と、
前記主電源側切替部のゲート端子に対して、導通状態と遮断状態とを切り替えるためのゲート電圧を印加する主電源側電圧印加部と、
前記補助電源側切替部のゲート端子に対して、導通状態と遮断状態とを切り替えるためのゲート電圧を印加する補助電源側電圧印加部とを有し、
前記電源制御部及び前記比較回路は、前記主電源側電圧印加部に対する制御電圧信号の出力を通じて前記主電源側切替部の導通状態及び遮断状態の切り替えを制御するとともに、前記補助電源側電圧印加部に対する制御電圧信号の出力を通じて前記補助電源側切替部の導通状態及び遮断状態の切り替えを制御し、
前記比較回路は、
前記電源電圧信号の電圧が前記異常判定電圧信号の電圧を超えている場合、前記主電源側電圧印加部に対して前記切替信号として前記主電源側切替部を導通状態とする制御電圧信号を出力するとともに、前記補助電源側電圧印加部に対して前記切替信号として前記補助電源側切替部を遮断状態とする制御電圧信号を出力し、
前記電源電圧信号の電圧が前記異常判定電圧信号の電圧を超えていない場合、前記主電源側電圧印加部に対して前記切替信号として前記主電源側切替部を遮断状態とする制御電圧信号を出力するとともに、前記補助電源側電圧印加部に対して前記切替信号として前記補助電源側切替部を導通状態とする制御電圧信号を出力する請求項1に記載の補助電源装置。 - 前記アナログ判定回路は、前記電源制御部からの擬似異常信号の入力に基づいて、前記比較回路に入力される前記電源電圧信号を擬似的に異常ありとする擬似動作回路を備え、
前記電源制御部は、前記アナログ判定回路の動作確認を行う場合、前記比較回路に入力される前記電源電圧信号を擬似的に異常ありとさせるべく、前記擬似動作回路に対して前記擬似異常信号を出力し、
前記電源制御部は、
前記擬似動作回路に対して前記擬似異常信号を出力した結果として、前記比較回路が前記切替信号を生成した場合、前記アナログ判定回路に異常なしと判定し、
前記擬似動作回路に対して前記擬似異常信号を出力したにもかかわらず、前記比較回路が前記切替信号を生成しない場合、前記アナログ判定回路に異常ありと判定する請求項1または請求項2に記載の補助電源装置。 - 前記異常判定電圧閾値は、前記異常判定電圧信号をデジタル値に変換した電圧値よりも高電位に設定されている請求項1~3のいずれか一項に記載の補助電源装置。
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