JP7452323B2

JP7452323B2 - ガス濃度検出装置

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Publication number: JP7452323B2
Application number: JP2020138191A
Authority: JP
Inventors: 充青木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2040-08-18
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Description

本開示は、ガス濃度検出装置に関する。

ガス濃度検出装置の一例として、特許文献１に開示されたものがある。ガス濃度検出装置は、マイクロコンピュータにおいて、所定間隔でサンプリングされたガスセンサからのセンサ信号に移動平均処理を行う。移動平均の範囲をヒータのＰＷＭ制御周期の自然数倍に設定することで、移動平均で演算されるサンプリング値に、ＰＷＭ制御周期の立ち上がりエッジで発生する第１の種類のノイズを含むものと、立ち下がりエッジで発生する第２の種類のノイズを含むものとを同数とする。第１の種類のノイズと第２の種類のノイズとでは逆方向に現れるから、これらが相殺してノイズの影響を好適に回避することができる。

特開２００４－９３３８６号公報

しかしながら、ガス濃度検出装置は、センサ信号の移動平均処理ではノイズの影響を十分に回避できない可能性がある。このため、ガス濃度検出装置は、ガス濃度の検出精度のさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、ガス濃度の検出精度が向上できるガス濃度検出装置を提供することである。

ここに開示されたガス濃度検出装置は、
ガス濃度検出装置であって、
ガス濃度検出装置の外部に設けられた電子制御装置から制御信号が入力され、
ガス濃度に応じた電気信号を出力するガスセンサ素子（１１）と、ガスセンサ素子を加熱するヒータ（１２）と、を有するガス濃度センサ（１０）と、
制御信号に基づいて、ヒータへの通電と非通電の通電制御を行うヒータ制御部（３０ａ～３０ｅ）と、
サンプリングクロックに同期して電気信号をアナログ信号からデジタル信号にＡＤ変換するＡＤ変換器（２７ａ，２７ｂ）を有し、ＡＤ変換器の出力信号に基づいてガス濃度を検出するセンサ制御部（２０）と、
通電制御の切替タイミングをＡＤ変換器がＡＤ変換を行う変換タイミングからずらすタイミング調整部（３２ａ～３２ｃ，３４，３５，４０）と、を備えている。

このように、ガス濃度検出装置は、タイミング調整部を備えているため、ヒータの通電制御の切替タイミングで、ＡＤ変換器によるＡＤ変換が実施されない。このため、ガス濃度検出装置は、ヒータの通電制御に伴って発生するノイズが、ＡＤ変換器によるＡＤ変換に悪影響をおよぼすことを抑制できる。よって、ガス濃度検出装置は、ガス濃度の検出精度を向上できる。

この明細書において開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態におけるガス濃度検出装置の概略構成を示すブロック図である。第１実施形態における同期回路の概略構成を示すブロック図である。第１実施形態におけるガス濃度検出装置の動作を示すタイミングチャートである。第２実施形態におけるガス濃度検出装置の概略構成を示すブロック図である。第２実施形態における同期回路の概略構成を示すブロック図である。第２実施形態におけるガス濃度検出装置の動作を示すタイミングチャートである。第３実施形態におけるガス濃度検出装置の概略構成を示すブロック図である。第３実施形態における同期回路の概略構成を示すブロック図である。第３実施形態におけるガス濃度検出装置の動作を示すタイミングチャートである。第４実施形態におけるガス濃度検出装置の概略構成を示すブロック図である。第４実施形態における調整回路の概略構成を示すブロック図である。第１実施形態におけるガス濃度検出装置のノイズ発生期間を示すタイミングチャートである。第５実施形態におけるガス濃度検出装置の概略構成を示すブロック図である。第５実施形態における調整回路の概略構成を示すブロック図である。

以下において、図面を参照しながら、本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図１～図３を用いて、第１実施形態のガス濃度検出装置１０１に関して説明する。ガス濃度検出装置１０１は、ガス濃度センサ１０、センサ制御部２０、ヒータ制御部３０ａ、遅延回路４０などを備えている。

ガス濃度センサ１０は、センサ素子１１とヒータ１２とを備えている。ガス濃度センサ１０は、エンジンの排気通路に配置される。センサ素子１１は、固体電解質体を含んでいる。センサ素子１１は、排気中の特定成分に応じてリニアな電気信号を出力する。言い換えると、センサ素子１１は、ガス濃度に応じた電気信号を出力する。特定成分は、酸素濃度や、ＣＯ，ＨＣ，Ｈ２等の未燃成分などである。ヒータ１２は、センサ素子１１（固体電解質体）を加熱するものである。ガス濃度センサ１０は、例えば、センサ素子１１にヒータ１２が積層配置された積層型センサなどを採用できる。センサ素子１１は、ガスセンサ素子に相当する。

センサ制御部２０は、ガス濃度センサ１０を駆動して、ガス濃度を検出するものである。センサ制御部２０は、主に、検出部２１とＡＤＣ２７ａとを備えている。さらに、本実施形態では、一例として、第１ＡＭＰ２２、抵抗素子２３、第２ＡＭＰ２４、ＤＡＣ２５、ＡＦＥ２６、発振器２８を備えたセンサ制御部２０を採用している。第１ＡＭＰ２２とＤＡＣ２５は、例えば、制御ロジック回路などに接続されている。また、第１ＡＭＰ２２は、例えば、ＤＡＣ２５とは異なるＤＡＣを介して制御ロジック回路などに接続されている。

なお、ＡＤＣ（Analog-to-digital converter）２７ａは、アナログ信号をデジタル信号にＡＤ変換するＡＤ変換器である。ＡＦＥ（Analog Front End）２６は、センサ素子１１から出力された電気信号のレベルを増幅したり揃えたりするアナログ回路である。ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）２５は、デジタル信号をアナログ信号にＤＡ変換するＤＡ変換器である。

検出部２１は、ＡＤＣ２７ａの出力端子に接続されている。検出部２１は、ＡＤＣ２７ａの出力信号に基づいてガス濃度を検出する。なお、検出部２１は、例えばロジック回路などによって構成することができる。

第１ＡＭＰ２２は、出力端子が自身の反転入力端子とガス濃度センサ１０に接続されている。ＤＡＣ２５は、出力端子が第２ＡＭＰ２４の非反転入力端子に接続されている。第２ＡＭＰ２４は、出力端子が自身の反転入力端子に接続されていると共に、抵抗素子２３を介してガス濃度センサ１０に接続されている。抵抗素子２３は、シャント抵抗である。

ＡＤＣ２７ａは、入力端子が差動入力となっている。ＡＤＣ２７ａ各入力端子は、ＡＦＥ２６の差動出力端子にそれぞれ接続されている。ＡＤＣ２７ａは、出力端子が検出部２１に接続されている。

ＡＤＣ２７ａは、サンプリングクロックｆｓに同期してセンサ素子１１が出力した電気信号をＡＤ変換する。図３に示すように、ＡＤＣ２７ａは、例えばサンプリングクロックｆｓの立上りエッジに同期してＡＤ変換する。ＡＤＣ２７ａは、サンプリングクロックｆｓに同期してセンサ素子１１流れる電流をＡＤ変換するともいえる。また、ＡＤＣ２７ａは、センサ素子１１流れる電流を検出するともいえる。

なお、ＡＤＣ２７ａがＡＤ変換を行うタイミングは、ＡＤ変換タイミングやデータ取得タイミングといえる。これに対して、ＡＤＣ２７ａがＡＤ変換を行っている時間は、ＡＤ変換時間といえる。

発振器（ＯＳＣ）２８は、ＡＤＣ２７ａと、後ほど説明する遅延回路４０を介して、ヒータ制御部３０ａに接続されている。発振器２８は、サンプリングクロックｆｓを出力する。

なお、図１におけるセンサ制御部２０は、一例に過ぎない。つまり、本開示のセンサ制御部２０は、上記構成に限定されない。センサ制御部２０は、サンプリングクロックｆｓに同期してセンサ素子１１から出力された電気信号をＡＤ変換するＡＤＣ２７ａを有し、ＡＤＣ２７ａの出力信号に基づいてガス濃度を検出する構成であれば採用できる。

ヒータ制御部３０ａは、ヒータスイッチ３１、同期回路３２ａ、入力部３３などを備えている。ヒータ制御部３０ａは、ヒータ１２への通電と非通電の通電制御を行う。

ヒータスイッチ３１は、一例として、ＭＯＳＦＥＴを採用している。ヒータスイッチ３１は、ゲート端子が同期回路３２ａに接続されている。ヒータスイッチ３１は、ドレイン端子がヒータ１２に接続されている。ヒータスイッチ３１は、ソース端子がグランドに接続されている。ヒータスイッチ３１は、同期回路３２ａから出力された同期信号がゲート端子に入力される。

ヒータスイッチ３１は、同期信号のオンが入力されるとオンし、同期信号のオフが入力されるとオフする。ヒータ制御部３０ａは、ヒータスイッチ３１がオンすることでヒータ１２に通電する。また、ヒータ制御部３０ａは、ヒータスイッチ３１がオフすることでヒータ１２を非通電とする。ヒータ１２への通電は、デューティ比制御によって行われる。

同期回路３２ａは、入力部３３と遅延回路４０とヒータスイッチ３１のゲート端子に接続されている。図２に示すように、同期回路３２ａは、Ｄフリップフロップによって構成されている。同期回路３２ａは、後ほど説明する遅延回路４０から遅延回路信号がＣＫ端子に入力される。また、同期回路３２ａは、後ほど説明する入力部３３からヒータ制御信号がＤ端子に入力される。そして、同期回路３２ａは、Ｑ端子から同期信号を出力する。

つまり、同期回路３２ａは、遅延回路信号に同期して、Ｄ端子に入力されたヒータ制御信号に対応する同期信号をＱ端子から出力する。同期回路３２ａは、例えば遅延回路信号の立上りエッジに同期して同期信号を出力する。なお、同期回路３２ａは、例えば、同期信号のオンとしてＨレベルの信号を出力する。また、同期回路３２ａは、例えば、同期信号のオフとしてＬレベルの信号を出力する。

同期信号は、ヒータ１２の通電と非通電を切り替える信号である。よって、同期信号は、ヒータ駆動信号ともいえる。

入力部３３は、同期回路３２ａと接続されている。入力部３３は、ガス濃度検出装置１０１の外部に設けられた電子制御装置などから制御信号が入力される。入力部３３は、制御信号に基づいて、ヒータ１２の通電および非通電を示すヒータ制御信号を出力する。入力部３３は、例えば、ヒータ１２の通電を示すヒータ制御信号としてＨレベルの信号（１）を出力する。また、入力部３３は、例えば、ヒータ１２の非通電を示すヒータ制御信号（０）としてＬレベルの信号を出力する。

遅延回路４０は、発振器２９から出力されるサンプリングクロックｆｓを遅延させる回路である。遅延回路４０は、サンプリングクロックｆｓを遅延させて、同期回路３２ａに出力する。遅延回路４０で遅延されたサンプリングクロックｆｓは、遅延後クロックに相当する。また、遅延後クロックは、遅延回路信号とも称する。遅延回路４０は、サンプリングクロックｆｓを、ＡＤ変換時間よりも十分に遅い時間だけ遅延させる。

また、同期回路３２ａと遅延回路４０は、タイミング調整部に相当する。よって、ガス濃度検出装置１０１は、タイミング調整部として、同期回路３２ａと遅延回路４０とを有しているといえる。タイミング調整部は、図３に示すように、通電制御の切替タイミングをＡＤＣ２７ａがＡＤ変換を行う変換タイミングからずらす構成要素である。

つまり、タイミング調整部は、ヒータ１２に対する非通電から通電への切替タイミングを、ＡＤＣ２７ａの変換タイミングからずらす。また、タイミング調整部は、ヒータ１２に対する通電から非通電への切替タイミングを、ＡＤＣ２７ａの変換タイミングからずらす。

なお、切替タイミングは、同期信号の出力タイミングと一致するとみなせる。つまり、非通電から通電への切替タイミングは、同期回路３２ａによるＨレベルの信号の出力タイミングと一致する。通電から非通電への切替タイミングは、同期回路３２ａによるＬレベルの信号の出力タイミングと一致する。

遅延回路４０は、サンプリングクロックｆｓを遅延させて遅延回路信号を出力する。同期回路３２ａは、遅延回路４０から遅延回路信号がＣＫ端子に入力される。同期回路３２ａは、遅延回路信号に同期して通電制御を行う。このようにして、タイミング調整部は、切替タイミングを変換タイミングからずらす。

＜効果＞
このように、ガス濃度検出装置１０１は、同期回路３２ａと遅延回路４０と有したタイミング調整部を備えている。このため、ガス濃度検出装置１０１は、切替タイミングでＡＤＣ２７ｃによるＡＤ変換が実施されない。よって、ガス濃度検出装置１０１は、ヒータ１２の通電制御に伴って発生するノイズが、ＡＤＣ２７ｃによるＡＤ変換に悪影響をおよぼすことを抑制できる。したがって、ガス濃度検出装置１０１は、ガス濃度の検出精度が低下することを抑制できる。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本開示は、上記実施形態に何ら制限されることはなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。以下に、本開示のその他の形態として、第２～第５実施形態に関して説明する。上記実施形態および第２～第５実施形態は、それぞれ単独で実施することも可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。本開示は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。

（第２実施形態）
図４、図５、図６を用いて、第２実施形態のガス濃度検出装置１０２に関して説明する。ガス濃度検出装置１０２は、ＡＤＣ２７ｂと同期回路３２ｂの構成がガス濃度検出装置１０１と異なる。また、ガス濃度検出装置１０２は、タイミング調整部の構成がガス濃度検出装置１０１と異なるともいえる。ガス濃度検出装置１０２は、ガス濃度検出装置１０１と同様の構成に同じ符号を付与している。

ＡＤＣ２７ｂは、ＡＤＣ２７ａと同様にＡＤ変換を行う。さらに、ＡＤＣ２７ｂは、ＡＤ変換が完了すると完了信号を出力する。完了信号は、ＡＤ変換が完了したことを示す信号である。

図６に示すように、ＡＤＣ２７ｂは、サンプリングクロックｆｓと同じ周期で完了信号を出力する。ＡＤＣ２７ｂは、サンプリングクロックｆｓに対して、ＡＤ変換に要する時間だけ遅れて完了信号を出力する。本実施形態では、サンプリングクロックｆｓの立上りエッジから遅れて完了信号が出力される。

図４、図５に示すように、ヒータ制御部３０ｂは、入力部３３と同期回路３２ｂを備えている。同期回路３２ｂは、入力部３３とＡＤＣ２７ｂとヒータスイッチ３１のゲート端子に接続されている。同期回路３２ｂは、Ｄフリップフロップによって構成されている。同期回路３２ｂは、同期回路３２ａと同様、ヒータ制御信号がＤ端子に入力される。そして、同期回路３２ｂは、同期回路３２ａと同様、Ｑ端子から同期信号を出力する。しかしながら、同期回路３２ｂは、ＡＤＣ２７ｂから出力された完了信号がＣＫ端子に入力される。

同期回路３２ｂは、完了信号に同期して、Ｄ端子に入力されたヒータ制御信号に対応する同期信号をＱ端子から出力する。つまり、同期回路３２ｂは、完了信号に同期して通電制御を行う。上記のように、完了信号は、サンプリングクロックｆｓの立上りエッジから、ＡＤ変換に要する時間だけ遅れて出力される。よって、同期回路３２ｂは、ＡＤ変換が完了した後に、同期信号を出力することになる。ＡＤＣ２７ｂと同期回路３２ｂは、タイミング調整部に相当する。

このようにして、タイミング調整部は、ヒータ１２に対する非通電から通電への切替タイミングを、ＡＤＣ２７ａの変換タイミングからずらす。また、タイミング調整部は、ヒータ１２に対する通電から非通電への切替タイミングを、ＡＤＣ２７ａの変換タイミングからずらす。

ガス濃度検出装置１０２は、ガス濃度検出装置１０１と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
図７、図８、図９を用いて、第３実施形態のガス濃度検出装置１０３に関して説明する。ガス濃度検出装置１０３は、同期回路３２ｃの構成がガス濃度検出装置１０１と異なる。また、ガス濃度検出装置１０３は、タイミング調整部の構成がガス濃度検出装置１０１と異なるともいえる。ガス濃度検出装置１０３は、ガス濃度検出装置１０１と同様の構成に同じ符号を付与している。

図７、図８に示すように、ヒータ制御部３０ｃは、入力部３３と同期回路３２ｃを備えている。同期回路３２ｃは、Ｄラッチ回路３２ｃ１、比較器３２ｃ２、カウンタ３２ｃ３、リセット回路３２ｃ４を備えている。同期回路３２ｃは、タイミング調整部に相当する。

Ｄラッチ回路３２ｃ１は、Ｄ端子に入力部３３が接続されており、かつ、ＣＫ端子に比較器３２ｃ２の出力端子が接続されている。Ｄラッチ回路３２ｃ１は、Ｑ端子から同期信号を出力する。

比較器３２ｃ２は、判定値とカウント値が入力される。判定値は、ノイズ発生期間ｎｏｐに基づいて設定されている。ヒータ１２に流れる電流（ヒータ電流）は、同期信号が出力されてから流れ始め、一定の電流値まで上昇する。流れ始めから一定の電流値となるまでの期間ｎｏｐは、ＡＤＣ２７ａによるＡＤ変換に悪影響をおよぼすノイズが発生する可能性がある。よって、この期間ｎｏｐは、ノイズ発生期間ｎｏｐといえる。ノイズ発生期間ｎｏｐは、実験やシミュレーションなどによって得ることができる。判定値は、ノイズ発生期間ｎｏｐ中に変換タイミングとならないように設定されている。

カウンタ３２ｃ３は、カウンタ用クロックが入力される。カウンタ３２ｃ３は、カウンタ用クロックをカウントして、カウント値を比較器３２ｃ２に出力する。カウンタ３２ｃ３は、後ほど説明するリセット信号が入力されるとカウント値をリセットする。このため、カウンタ３２ｃ３は、サンプリングクロックｆｓの１周期内の時間を計測する計測部に相当する。

リセット回路３２ｃ４は、サンプリングクロックｆｓに同期して、カウンタ３２ｃ３にリセット信号を出力する。例えば、リセット回路３２ｃ４は、サンプリングクロックｆｓの立上りエッジに同期してリセット信号を出力する。

比較器３２ｃ２は、カウント値と判定値によって生成された信号を出力する。比較器３２ｃ２は、Ｄラッチ回路３２ｃ１のＣＫ端子に信号を入力する。図９に示すように、比較器３２ｃ２が出力する信号は、ヒータ制御信号の出力タイミングと、ヒータ制御信号をマスクするマスク期間とを示す期間信号である。図９では、出力タイミングを黒点で示し、マスク期間にハッチングを施している。

図９に示すように、比較器３２ｃ２は、カウント値が判定値以下の場合、出力期間を示す期間信号を出力する。出力タイミングは、通電制御を許可する許可タイミングである。このようにすることで、比較器３２ｃ２は、カウンタ３２ｃ３の計測結果から、変換タイミングまで所定時間ある場合に出力タイミングと設定する。つまり、比較器３２ｃ２は、変換タイミングまでに十分時間がある場合に出力タイミングとする。また、ノイズ発生期間ｎｏｐと変換タイミングが重ならない場合に出力タイミングとするともいえる。

図９に示すように、比較器３２ｃ２は、カウント値が判定値を超えた場合、マスク期間を示す期間信号を出力する。マスク期間は、通電制御を禁止する期間である。このようにすることで、比較器３２ｃ２は、カウンタ３２ｃ３の計測結果から、変換タイミングまで所定時間ない場合にマスク期間と設定する。つまり、比較器３２ｃ２は、変換タイミングまでに十分時間がない場合にマスク期間とする。また、ノイズ発生期間ｎｏｐと変換タイミングが重なる場合にマスク期間とするともいえる。

ガス濃度検出装置１０３は、ガス濃度検出装置１０１と同様の効果を奏することができる。

（第４実施形態）
図１０、図１１、図１２を用いて、第４実施形態のガス濃度検出装置１０４に関して説明する。ガス濃度検出装置１０４は、ヒータ制御部３０ｄの構成がガス濃度検出装置１０１と異なる。また、ガス濃度検出装置１０４は、タイミング調整部の構成がガス濃度検出装置１０１と異なるともいえる。ガス濃度検出装置１０４は、ガス濃度検出装置１０１と同様の構成に同じ符号を付与している。

図１０、図１１に示すように、ヒータ制御部３０ｄは、入力部３３と同期回路３２ａと調整回路３４を備えている。ヒータ制御部３０ｄは、タイミング調整部として調整回路３４を備えている。調整回路３４は、通電時間調整回路に相当する。また、ヒータ制御部３０ｄは、ヒータ１２と電気的に接続されたヒータスイッチ３１のオンとオフを切り替えることで通電制御を行うものである。ヒータスイッチ３１は、半導体スイッチに相当する。

調整回路３４は、ヒータスイッチ３１のＴｒ時間と、ヒータスイッチ３１のＴｆ時間を調整する回路である。Ｔｒ時間は、ヒータスイッチ３１であるＭＯＳＦＥＴオン時の立ち上がり時間である。言い換えると、Ｔｒ時間は、ヒータ１２への非通電状態から通電状態とする通電時間といえる。Ｔｆ時間は、ヒータスイッチ３１であるＭＯＳＦＥＴオフ時の立ち下がり時間である。言い換えると、Ｔｆ時間は、ヒータ１２への通電状態から非通電状態とする非通電時間といえる。

ヒータスイッチ３１であるＭＯＳＦＥＴをオンオフするためには、ＭＯＳＦＥＴのゲートソース間容量およびドレインゲート間容量への充放電時間を制御する。そして、調整回路３４は、この容量への充放電電流を増減させて、Ｔｒ時間およびＴｆ時間を調整する。特に、調整回路３４は、複数の抵抗によってＴｒ／Ｔｆ時間を調整する。

なお、本実施形態では、Ｔｒ時間とＴｆ時間の両方を調整する例を採用している。しかしながら、本開示は、これに限定されず、Ｔｒ時間とＴｆ時間の少なくとも一方を調整するものであれば採用できる。

図１１に示すように、調整回路３４は、入力段にＮＯＴ回路５、第１入力スイッチ６ａ、第２入力スイッチ６ｂを備えている。第１入力スイッチ６ａと第２入力スイッチ６ｂは、電源とグランドとの間に直列に接続されている。第１入力スイッチ６ａと第２入力スイッチ６ｂは、同期信号に応じてオンオフする。第１入力スイッチ６ａは、ＮＯＴ回路５を介して同期信号が入力される。第２入力スイッチ６ｂは、ＮＯＴ回路５を介することなく同期信号が入力される。

調整回路３４は、出力段に第１抵抗素子１ａ、第２抵抗素子１ｂ、第１出力スイッチ２ａ、第２出力スイッチ２ｂ、第３出力スイッチ２ｃを備えている。第１抵抗素子１ａは、第１出力スイッチ２ａと直列回路を構成している。第２抵抗素子１ｂは、第３出力スイッチ２ｃと直列回路を構成している。これらの直列回路は、第２出力スイッチ２ｂと並列回路を構成している。また、この並列回路は、第１入力スイッチ６ａと第２入力スイッチ６ｂの接続点と、ヒータスイッチ３１のゲート端子との間に設けられている。

なお、第１抵抗素子１ａと第１出力スイッチ２ａの直列回路は、第１経路と称する。第２抵抗素子１ｂは、第２経路と称する。第２抵抗素子１ｂと第３出力スイッチ２ｃの直列回路は、第３経路と称する。

第１抵抗素子１ａと第２抵抗素子１ｂは、抵抗値が異なるものを採用する。例えば、第２抵抗素子１ｂの抵抗値は、第１抵抗素子１ａの抵抗値の２倍とする。

また、調整回路３４は、第１出力スイッチ２ａ、第２出力スイッチ２ｂ、第３出力スイッチ２ｃをオンオフ駆動するスイッチ駆動回路３を備えている。また、調整回路３４は、Ｔｒ／Ｔｆ調整値が記憶されているＲＯＭ４を備えている。スイッチ駆動回路３は、ガス濃度検出装置１０４の外部に設けられた電子制御装置などからの制御信号と、Ｔｒ／Ｔｆ調整値とに基づいて、第１出力スイッチ２ａ、第２出力スイッチ２ｂ、第３出力スイッチ２ｃをオンオフ駆動する。Ｔｒ／Ｔｆ調整値は、第１出力スイッチ２ａ、第２出力スイッチ２ｂ、第３出力スイッチ２ｃのどれをオンするかを示す値である。

また、スイッチ駆動回路３は、Ｔｒ／Ｔｆ調整値によって、第１出力スイッチ２ａ、第２出力スイッチ２ｂ、第３出力スイッチ２ｃをオンオフ駆動することでゲート端子に接続する抵抗値を選択する。つまり、スイッチ駆動回路３は、第１経路から第３経路を選択する。スイッチ駆動回路３は、経路を選択して、ヒータスイッチ３１のオン時に流れ込む電流、およびオフ時に流れ込む電流を制限する。また、調整回路３４は、ヒータスイッチ３１との間に複数の抵抗素子１ａ，１ｂを有し、使用する抵抗素子１ａ，１ｂによって通電時間と非通電時間を調整するといえる。

例えば、スイッチ駆動回路３は、Ｔｒ時間を早くしたいときにはＴｒ／Ｔｆ調整値によって、例えば第２経路を選択して、ゲート端子に接続する抵抗値を減少させる。また、スイッチ駆動回路３は、Ｔｒ時間を遅くしたいときには、Ｔｒ／Ｔｆ調整値によって、例えば第３経路を選択して、ゲート端子に接続する抵抗値を増加させる。

調整回路３４は、Ｔｒ時間を調整することで、サンプリングクロックｆｓの１周期よりも短い期間に、非通電状態から通電状態までの立ち上がり時間の完了を行う。また、調整回路３４は、Ｔｆ時間を調整することで、サンプリングクロックｆｓの１周期よりも短い期間に、通電状態から非通電状態までの立ち下がり時間の完了を行う。このようにして、調整回路３４は、切替タイミングを変換タイミングからずらす。調整回路３４は、Ｔｒ時間を調整することで、ヒータ１２への通電開始時における切替タイミングを変換タイミングからずらす。また、調整回路３４は、Ｔｆ時間を調整することで、ヒータ１２への非通電開始時における切替タイミングを変換タイミングからずらす。なお、本開示は、これらの少なくとも一方を行う調整回路であっても採用できる。

例えば、図１２では、ヒータ１２への通電開始時のタイミングチャートを示している。タイミングｔ１～ｔ６のそれぞれがサンプリングクロックｆｓの立上りエッジを示している。よって、ＡＤＣ２７ａは、タイミングｔ１～ｔ６のそれぞれのタイミングでＡＤ変換する。

ヒータ１２に流れる電流（ヒータ電流）は、同期信号が出力されてから流れ始め、一定の電流値まで上昇する。流れ始めから一定の電流値となるまでの期間は、ノイズ発生期間ｎｏｐである。そして、調整回路３４は、Ｔｒ時間を調整することで、ヒータ１２への通電開始時のノイズ発生期間ｎｏｐを調整する。なお、調整回路３４は、Ｔｆ時間を調整することで、ヒータ１２への非通電開始時のノイズ発生期間ｎｏｐを調整する。

ガス濃度検出装置１０４は、ガス濃度検出装置１０１と同様の効果を奏することができる。

（第５実施形態）
図１３、図１４を用いて、第５実施形態のガス濃度検出装置１０５に関して説明する。ガス濃度検出装置１０５は、ヒータ制御部３０ｅの構成がガス濃度検出装置１０４と異なる。また、ガス濃度検出装置１０５は、タイミング調整部の構成がガス濃度検出装置１０４と異なるともいえる。さらに、ガス濃度検出装置１０５は、定電流回路によって通電時間と非通電時間を調整する点がガス濃度検出装置１０４と異なる。ガス濃度検出装置１０５は、ガス濃度検出装置１０４と同様の構成に同じ符号を付与している。

図１３、図１４に示すように、ヒータ制御部３０ｅは、入力部３３と同期回路３２ａと調整回路３５を備えている。調整回路３５は、通電時間調整回路に相当する。調整回路３５は、スイッチ駆動回路３ａ、ＲＯＭ４ａ、ＮＯＴ回路５を備えている。

調整回路３５は、入力段にＴｒ時間の調整を行うための第１ＡＮＤ回路９ａ、第２ＡＮＤ回路９ｂ、第３ＡＮＤ回路９ｃを備えている。また、調整回路３５は、入力段にＴｆ時間の調整を行うための第４ＡＮＤ回路９ｘ、第５ＡＮＤ回路９ｙ、第６ＡＮＤ回路９ｚを備えている。

さらに、調整回路３５は、出力段にＴｒ時間の調整を行うための第１定電流回路７ａ、第２定電流回路７ｂ、第３定電流回路７ｃを備えている。調整回路３５は、各定電流回路７ａ～７ｃと接続された第１出力スイッチ８ａ、第２出力スイッチ８ｂ、第３出力スイッチ８ｃを備えている。

また、調整回路３５は、出力段にＴｆ時間の調整を行うための第４定電流回路７ｘ、第５定電流回路７ｙ、第６定電流回路７ｚを備えている。調整回路３５は、各定電流回路７ｘ～７ｚ接続された第４出力スイッチ８ｘ、第５出力スイッチ８ｙ、第６出力スイッチ８ｚを備えている。

ＲＯＭ４ａは、Ｔｒ調整値とＴｆ調整値とが記憶されている。スイッチ駆動回路３ａは、ヒータスイッチ３１をオンする際に、制御信号とＴｒ調整値に基づいて、第１出力スイッチ８ａ、第２出力スイッチ８ｂ、第３出力スイッチ８ｃをオンオフ駆動する。これによって、スイッチ駆動回路３ａは、ヒータスイッチ３１をオンする際の定電流回路を、第１定電流回路７ａ、第２定電流回路７ｂ、第３定電流回路７ｃから設定する。なお、制御信号は、ガス濃度検出装置１０４の外部に設けられた電子制御装置などから出力される。

例えば、スイッチ駆動回路３は、Ｔｒ時間を早くしたいときにはＴｒ調整値によって、例えば第１出力スイッチ８ａ～第３出力スイッチ８ｃをオンして、ゲート端子に接続する定電流回路を増加させる。また、スイッチ駆動回路３は、Ｔｒ時間を遅くしたいときには、Ｔｒ／Ｔｆ調整値によって、例えば第１出力スイッチ８ａのみをオンして、ゲート端子に接続する定電流回路を減少させる。

また、スイッチ駆動回路３ａは、ヒータスイッチ３１をオフする際に、制御信号とＴｆ調整値に基づいて、第４出力スイッチ８ｘ、第５出力スイッチ８ｙ、第６出力スイッチ８ｚをオンオフ駆動する。これによって、スイッチ駆動回路３ａは、ヒータスイッチ３１をオフする際の定電流回路を、第４定電流回路７ｘ、第５定電流回路７ｙ、第６定電流回路７ｚから設定する。

調整回路３５は、Ｔｒ時間を調整することで、サンプリングクロックｆｓの１周期よりも短い期間に、非通電状態から通電状態までの完了を行う。また、調整回路３５は、Ｔｆ時間を調整することで、サンプリングクロックｆｓの１周期よりも短い期間に、通電状態から非通電状態までの完了を行う。このようにして、調整回路３５は、切替タイミングを変換タイミングからずらす。調整回路３５は、Ｔｒ時間を調整することで、ヒータ１２への通電開始時における切替タイミングを変換タイミングからずらす。また、調整回路３４は、Ｔｆ時間を調整することで、ヒータ１２への非通電開始時における切替タイミングを変換タイミングからずらす。なお、本開示は、これらの少なくとも一方を行う調整回路であっても採用できる。

ガス濃度検出装置１０５は、ガス濃度検出装置１０４と同様の効果を奏することができる。

本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態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が本開示に示されているが、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、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。

１０…ガス濃度センサ、１１…センサ素子、１２…ヒータ、２０…センサ制御部、２１…検出部、２２…第１ＡＭＰ、２３…抵抗素子、２４…第２ＡＭＰ、２５…ＤＡＣ、２６…ＡＦＥ、２７ａ，２７ｂ…ＡＤＣ、２８…発振器、３０ａ～３０ｅ…ヒータ制御部、３１…ヒータスイッチ、３２ａ～３２ｃ…同期回路、３３…入力部、３４，３５…調整回路４０…遅延回路、１０１～１０５…ガス濃度検出装置

Claims

ガス濃度検出装置であって、
前記ガス濃度検出装置の外部に設けられた電子制御装置から制御信号が入力され、
ガス濃度に応じた電気信号を出力するガスセンサ素子（１１）と、前記ガスセンサ素子を加熱するヒータ（１２）と、を有するガス濃度センサ（１０）と、
前記制御信号に基づいて、前記ヒータへの通電と非通電の通電制御を行うヒータ制御部（３０ａ～３０ｅ）と、
サンプリングクロックに同期して前記電気信号をアナログ信号からデジタル信号にＡＤ変換するＡＤ変換器（２７ａ，２７ｂ）を有し、前記ＡＤ変換器の出力信号に基づいて前記ガス濃度を検出するセンサ制御部（２０）と、
前記通電制御の切替タイミングを前記ＡＤ変換器が前記ＡＤ変換を行う変換タイミングからずらすタイミング調整部（３２ａ～３２ｃ，３４，３５，４０）と、を備えているガス濃度検出装置。
前記ＡＤ変換器は、前記ＡＤ変換が完了すると完了信号を出力し、
前記タイミング調整部は、前記ヒータ制御部に設けられ前記完了信号が入力される同期回路を有し、前記同期回路が、前記完了信号に同期して前記通電制御を行うことで、前記切替タイミングを前記変換タイミングからずらす請求項１に記載のガス濃度検出装置。
前記ヒータ制御部は、前記サンプリングクロックの１周期内の時間を計測する計測部を有し、
前記タイミング調整部は、前記ヒータ制御部に設けられており、前記通電制御を許可する許可タイミングと、前記通電制御を禁止するマスク期間とを設定可能であり、前記計測部の計測結果から前記変換タイミングまで所定時間ある場合に前記許可タイミングと設定し、前記変換タイミングまで前記所定時間ない場合に前記マスク期間と設定することで、前記切替タイミングを前記変換タイミングからずらす請求項１に記載のガス濃度検出装置。
ガス濃度に応じた電気信号を出力するガスセンサ素子（１１）と、前記ガスセンサ素子を加熱するヒータ（１２）と、を有するガス濃度センサ（１０）と、
前記ヒータへの通電と非通電の通電制御を行うヒータ制御部（３０ａ～３０ｅ）と、
サンプリングクロックに同期して前記電気信号をアナログ信号からデジタル信号にＡＤ変換するＡＤ変換器（２７ａ，２７ｂ）を有し、前記ＡＤ変換器の出力信号に基づいて前記ガス濃度を検出するセンサ制御部（２０）と、
前記通電制御の切替タイミングを前記ＡＤ変換器が前記ＡＤ変換を行う変換タイミングからずらすタイミング調整部（３２ａ～３２ｃ，３４，３５，４０）と、を備え、
前記ヒータ制御部は、前記タイミング調整部として、非通電状態から通電状態とする立ち上がり時間と、前記通電状態から前記非通電状態とする立ち下がり時間の少なくとも一方を調整する通電時間調整回路を有し、
前記通電時間調整回路は、前記サンプリングクロックの１周期よりも短い期間に、前記非通電状態から前記通電状態までの前記立ち上がり時間の完了、または、前記通電状態から前記非通電状態までの前記立ち下がり時間の完了を行うガス濃度検出装置。
前記ヒータ制御部は、前記ヒータと電気的に接続された半導体スイッチのオンとオフを切り替えることで前記通電制御を行うものであり、
前記通電時間調整回路は、前記半導体スイッチとの間に複数の抵抗素子を有し、使用する前記抵抗素子によって前記立ち上がり時間と前記立ち下がり時間を調整することで、前記サンプリングクロックの１周期よりも短い期間に、前記非通電状態から前記通電状態までの完了、または、前記通電状態から前記非通電状態までの完了を行う請求項４に記載のガス濃度検出装置。
前記ヒータ制御部は、前記ヒータと電気的に接続された半導体スイッチのオンとオフを切り替えることで前記通電制御を行うものであり、
前記通電時間調整回路は、前記半導体スイッチとの間に複数の定電流回路を有し、使用する前記定電流回路によって前記立ち上がり時間と前記立ち下がり時間を調整することで、前記サンプリングクロックの１周期よりも短い期間に、前記非通電状態から前記通電状態までの完了、または、前記通電状態から前記非通電状態までの完了を行う請求項４に記載のガス濃度検出装置。
前記ヒータ制御部は、前記ヒータの温度を検出することなく、前記ヒータへの通電と非通電の通電制御を行う請求項１～６のいずれか１項に記載のガス濃度検出装置。