JPH01186113A - 負荷の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ランプなどの負荷に流れる電流を検出する装
置で、特に、自動車に用いられるランプの断線および回
路を検出する負荷の異常検出装置に関する。

従来の技術 自動車のバックランプ（ストップランプ、テールランプ
）の断線検出は、走行時の安全性を閑つために特に必要
である。しかしながら自動車の後方にあるため、運転者
自身による目視のｉ認が困難であるので、種々の断線検
出方法が提案されている。

第７図は、リレーを用いた断線検出＠置である。

コイル５１．５２は磁気的結合を有しており、各コイル
の一端は電源５０に接続されている。コイル５１の他端
は並列に接続されたランプ５３，５４に接続され、コイ
ル５１の近傍にはリレー５５が設けられている。また、
コイル５２の他端は抵抗ＲＩＯに接続されている。ラン
プ５３．５４および抵抗ＲＩＯの他端は車体に接続され
、いわゆるボディ接地されている。

このように構成された従来のリレー式断線検出装置にお
いて、ランプ５３．５４が正常に動作している場合につ
いて考察する。コイル５１の自己インダクタンスをＬｌ
とし、コイル５１に流れる電流を１１とする。またコイ
ル５２の自己インダクタンスをＬ２とし、コイル５２を
流れるＩＣ流を工２とする。この場合、コイル５１中を
流れる電流によって生じる起磁力をＦｌ、コイル５２を
流れる電流によって生じる起磁力をＦ２とすると、起磁
力Ｆ１．Ｆ２は第１式のようになる。

Ｆ２＝１．　ＸＬ２ ここで起磁力Ｆ１と起磁力Ｆ２が第２式の関係を保って
いれば、リレー５５が導通し、ランプ５３゜５４は断線
していないと判断する。

Ｆｌ＞Ｆ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・（２）ランプ５３が断線したとすると、コイ
ル５１を流れる電流が減少するので、起磁力Ｆ１は減少
する。したがって、第３式に示す関係が成立すると、リ
レー５５は遮断し、ランプが断線したと判断する。

ＰＩ＜Ｆ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（３）第８図は電子式断線検出装置の回路図である。

ランプへの供給電圧と基準電圧を比較し、断線を検出す
る方法である。

センシング抵抗Ｒ１３の一端は電源６０に接続され、他
端は並列に接続されたランプ６１．６２に接続されてい
る。ランプ６１．６２の他端は、車体に接続されている
。抵抗Ｒ１１，Ｒ１２によって分圧された接続点６３の
基準電圧は、比較器６４の負入力端子に接続されている
。抵抗Ｒ１３とランプ６１．６２とが接続されている接
続点６５は、比較器６４の正入力端子に接続されている
。

接続点６３の基準電圧をｖ、ｌとし、接続点６５のラン
プへの供給電圧をｖｏとする。ランプが正常である場合
、第４式に示すようにランプ供給電圧■。は基準電圧■
、よりも低く、またランプが断線した場合、ランプ電流
工３が減少するので、第５式に示すように基準電圧■、
より高くなるように設定する。

ｖｏ　＜ＶＲ・・・（４） ■。＞Ｖ、　　　　　　　　　　　　　　　・・・（５
）比較器６４は接続点６３における基準電圧■−と接続
点６５における電圧■。を比較し、第４式を満足すれば
ローレベルを、第５式を満足すればハイレベルの出力を
出力端子６６から出力する。

発明が解決すべき課題 このような先行技術においては、ランプの断線を検出す
ることはできるが、ランプ回路系のいずれかにおいて短
絡している場合においては検出することができない、す
なわち、第７図に示すリレー式断線検出装置においては
、短絡時の起磁力Ｆ１は正常時の起磁力よりさらに大き
くなるので、短絡時においても第２式を維持することに
なる。

また、第８図に示す電子式断線検出装置においては、短
絡時の接続点６５の電圧■。は正常時よりさらに低くく
なるので、第４式を維持することになり、正常状態と短
絡状態を区別することが困難である。

ラング回路系に短絡状態が生じると、ワイヤハーネスに
大電流が流れ、抵抗成分のあるところで発熱し、発火、
発煙の可能性がある。そこで、−般的に短絡時の７エイ
ルセーフ技術としてヒユーズの使用が考えられるが、ワ
イヤハーネスの配線抵抗による電流制限がかかり、バッ
テリの状態によってはヒユーズ定格いっばいの電流が流
れ、溶断しないことがある。また、ランプをオンすると
きには、ランプの定常電流の数〜士数倍のラッシュ電流
が流れるので、小さな定格のヒユーズを使用することが
できない、したがって過大電流時でも溶断しにくい領域
があるため、過電流時の発熱を抑える手段としてはヒユ
ーズを用いるだけでは不充分である。

本発明の目的は、負荷の断線を検出するとともに、負荷
回路系の過大電流を検出する負荷の異常検出装置を提供
することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、相互に並列に接続された複数の負荷と、 該負荷の電圧−電流特性に関連した特性を有する基準発
生器と、 ソースが前記複数の負荷に対して共通に接続される任意
の数のトランジスタからなる第１のトランジスタ群と、
ソースが前記基準発生器に対して共通に接続される任意
の数のトランジスタからなる第２のトランジスタ群を含
み、該第１および第２のトランジスタ群のドレインおよ
びゲートが全て共通に接続されている半導体電流制御素
子と、第１のトランジスタ群の出力と前記基準発生器に
印加される電圧から得られる電圧を第１の基準レベルと
して比較し、負荷の断線状態を検出する第１の比較手段
と、 第１のトランジスタ群の出力と前記基準発生器に印加さ
れる電圧から得られる電圧を第２の基準レベルとして比
較し、負荷の過大電流を検出する第２の比較手段とを含
むことを特徴とする負荷の異常検出手段である。

作　　用 本発明においては、電源から第１のトランジスタ群を介
して負荷に電圧が供給され、一方、第２のトランジスタ
群を介して基準発生器に電圧が供給されるので、その基
準発生器に印加される電圧は負荷に印加される電圧と比
例しており、基準発生器に印加される電圧より第１およ
び第２の基準レベルを得ることができる。半導体電流制
御素子の出力と第１の基準レベルとを比較して、負荷の
断線状態を判断する。また、半導体電流制御素子の出力
と、第２の基準レベルとを比較して、負荷の過大電流状
態を検出する。

実施例 第１図は本発明の一実施例の回路図である。半導体電流
制御素子１のドレインＤは、バッテリ２の正極に接続さ
れている。スイッチ３はランプ４゜５の点灯／消灯をす
るためのスイッチで、抵抗Ｒ３によって車体へ接続され
、抵抗Ｒ４を介して半導体電流制御素子１のゲートＧに
接続されている。

半導体電流制御素子１のソースは、ライン１１を介して
比較器６の正入力端子に、ライン１２を介して比較器７
の負入力端子、に接続されるとともに、並列接続されて
いるランプ４．５の一方の端子に接続されている。ラン
プ４，５の他方の端子は、車体に接続されている。

半導体電流制御素子１のセンスＭは、基準発生器８の入
力に接続されるとともに、ライン１３を介して比較器６
の負入力端子に接続されている。

さらに、ライン１３には抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続され、抵
抗Ｒ１，Ｒ２の接続点９は比較器７の正入力端子に接続
されている。この抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は基準発生器
８の抵抗値に対して十分大きいものとする。比較器６．
７の出力は、オアゲート１０によって論理和がとられ、
該ゲートの出力は音響または光によって実現される警報
信号を発生する警報回路１１に接続されている。

比較器７の出力は、発振回路１２に接続され、該回路１
２の出力は半導体電流制御素子１のゲートに接続されて
いる。

第２図は半導体電流制御素子１の動作を説明するための
等価電気回路図である。電界効果トランジスタＱＯ〜Ｑ
ｒムは同一の半導体チップ上に構成されており、各電界
効果トランジスタＱＯ〜Ｑ　ｒＩは同一の電気的特性を
有している。ゲートＧは各電界効果トランジスタＱ　Ｏ
＝　Ｑ　ｒＩのゲートＧＯ〜Ｇｎに接続されている。ド
レインＤは各電界効果トランジスタＱＯ〜Ｑ　ｒｒのド
レインＤＯ〜Ｄ　ｎに接続されている。センスＭは電界
効果トランジスタＱＯのソースＳＯに接続され、ソース
Ｓは電界効果トランジスタＱ１〜Ｑｎのソースに接続さ
れている。

このように構成されている半導体電流制御素子１はゲー
トＧにハイレベルの電圧を印加すると、電界効果トラン
ジスタＱＯ〜Ｑ　ｒＩはオンして、等価的に第３図のよ
うに示されるので、そのドレイン−ソース間とドレイン
−センス間のオン抵抗比は１　：　ｒＩとなる。なお、
この数値ｎは通常千以上が選ばれる。

次に、すでに説明した半導体電流制御素子１を用いる負
荷電流検出装置の動作について説明する。

スイッチ３がオンされると、半導体電流制御素子１のゲ
ートＧにはバッテリ２の電圧が抵抗Ｒ４を介して印加さ
れ、半導体ｉ流制御素子１はオンする。この結果、バッ
テリ２から半導体電流制御素子１のドレインＤ、ソース
Ｓを経由して、ランプ４．５へランプ負荷電流が流れる
。基準発生器８は後述するようにランプの電圧−電流特
性に略比例した特性を有しており、バッテリ２からドレ
インＤ、センスＭを経由して電圧が供給される。

半導体電流制御素子１のドレイン・センス間のオン抵抗
をｒとし、基準発生器８の電流値をＩ。

とすると、ドレイン・センス間の電圧降下電圧■Ｉは第
６式で表される。

Ｖａｎ　＝ＩＲｘｒ　　　　　　　　　　　　＋＋　（
６）また、第１図ではランプ４．５の２つのランプを示
しているが、一般的にＮ個のランプが並列に接続されて
おり、各ランプの電流値がＩｔ、であるとすると、ドレ
イン・ソース間のオン抵抗は、ｒ／　ｒｓであるから、
トレイン・ソース間の電圧降下電圧■。８は第７式で表
される。

Ｖｏｓ　＝Ｎｘｌｂ　　ｘ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　−（７）Ｉ そこで、基準発生器８の電圧−電流特性を調整すること
により、基準発生器８に流れ込む電流値Ｉ０を第８式が
成立するように選択すると、ランプの断線を検出するこ
とができる。

Ｎｘ１ｔ、　Ｘ　＞Ｉ＊　Ｘｒ ＞　（Ｎ−１）　Ｘ　ＩＬＸ−・・・（８）すなわち、
ランプが正常に動作している場りには、第８式の不等式
が成立し、ランプが１つ以上断線すると、第８式の不等
式が成立せず、第９式の不等式が成立することになり、
断線検出をすることができる。

１＠×ｒく（Ｎ−１）ＸＩＬ　　　　　　　　　　　　
−（９）ｌ 電圧ＶＩＩＭはライン１３上の電圧であり、電圧■。３
はライン１１上の電圧であるから、比較器６によって前
記両電圧を比較することにより、断線を検出することが
できる。ランプ４またはランプ５が断線すると、ライン
１１上の電圧はライン１３上の電圧より高くなるので、
比較器６の出力はハイレベルとなる。

次に、ランプ回路系が短絡した場合の検出動作について
説明する。比較器７の正入力端子には、ライン１３上の
電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧した基準電圧が与えら
れており、正常動作時は、該基準電圧が比較器７の負入
力端子の電圧より低くなるように設定されているので、
ローレベルの電圧が出力されている。短絡時は比較器７
の負入力端子は比較器７の正入力端子の基準電圧より低
くなるので、ハイレベルの電圧が出力される。

ランプ回路系に短絡状態が発生すると比較器７の出力が
ハイレベルとなり、該信号は発振回路１２に与えられる
１発振回路１２は、予め定められた発振周波数のパルス
を半導体電流制御素子１のゲートＧに与え、ドレインＤ
に流れ込む電流を制御し、ワイ゛ヤハーネスの発火・発
煙を防止する。

比較器６．７の出力はオアゲート１０に与えられており
、ランプの断線あるいは短絡状態が発生すると警報回路
１１へ警報信号を与える。警報回路１１は、自動車運転
者に対して音響あるいは光によって注意を与える。

ランプ４．５の電圧−電流特性は、第４図に示すように
非線形であり、ランプ４．５への印加電圧が上昇するに
つれて、ランプ４．５の抵抗値は大きくなる。したがっ
て、第８式を用いて断線検出を行うためには、基準発生
器８の電圧−電流特性がランプ４，５の電圧−電流特性
に比例していることが必要である。

第５図は、ランプ４．５の電圧−電流特性に略比例する
基準発生器８を実現するための回路例である。トランジ
スタＴ１のコレクタには抵抗Ｒ５が接続されており、ま
たトランジスタＴ１のエミッタには抵抗Ｒ６、ツェナー
ダイオードＺｌ、Ｚ２が直列に接続されている。トラン
ジスタＴ２のコレクタには抵抗Ｒ８が接続されており、
エミッタには抵抗Ｒ９，１０が直列に接続されている。

トランジスタＴ２のベースには、ダイオードＤ１゜Ｄ２
、ツェナーダイオードＺ３によって定まる−定電圧が与
えられている。トランジスタＴ１のベースには抵抗Ｒ７
および抵抗Ｒ１１によって分圧された電圧が与えられて
いる。

以上のように構成された基準発生器８の動作について説
明する。第６図は、第４図に示す基準発生器８の電圧−
電流特性である。横軸は基準発生器８への印加電圧を、
縦軸は基準発生器８への流入電流をそれぞれ示す、第１
表は基準発生器８の主な素子の各動作領域における動作
状態を示す。

第　　１　　表 まず、第６図における領域■、すなわち基準発生器８へ
の印加電圧がＯ〜■、である場合、第１表に示すように
ツェナーダイオードＺ３、トランジスタＴ２、トランジ
スタＴｌ、ツェナーダイオードＺ１およびツェナーダイ
オードＺ２はオフの状態である。したがって、基準発生
器８には電流が流れず、第６図のラインＬ１となる。

基準発生器８への印加電圧が■、を超える領域■におい
ては、第１表に示すようにトランジスタＴ２がオンし、
コレクタ電流が抵抗Ｒ８，Ｒ９゜ＲＩＯに流れる。した
がって、この領域における電圧−電流特性は第６図のラ
インＬ２のようになり、ラインＬ２の傾きは抵抗Ｒ８，
Ｒ９，Ｒ１Ｏによって定められる。

さらに基準発生器８への印加電圧が■２を超え領域■に
なると、ツェナーダイオードＺ３がブレークダウンする
。すなわち、点Ｅ２における電圧をＶａ、ダイオードＤ
Ｉ、Ｄ２の順方向降下電圧をＶＤ、ツェナーダイオード
Ｚ３のブレークダウン電圧を７口とすると、第１０式が
成立する。

Ｖ　ａ　＝　２　Ｖ。＋Ｖ　ｚ　３　　　　　　　　　
　　　・・・（１０）したがって、トランジスタＴ２の
ベース電圧がクランプされるので、コレクタ電流はほぼ
一定となる。ここで、抵抗Ｒ７，Ｒ１１が第１１式を満
足するように設計すると領域■におけるラインＬ３の傾
きは、ラインＬ２よりも小さくなる。

Ｒ７＋Ｒ１１＋Ｒｚ＞Ｒ４＋Ｒ５・・・（１１）ここに
、ＲｚはダイオードＤＩ、Ｄ２およびツェナーダイオー
ドＺ３のオン状態における抵抗である。

さらに基準発生器８への印加電圧を上昇させ、トランジ
スタＴ１のベース電圧■１が第１２式を満足すると、ト
ランジスタＴ１はオンする。

Ｖ　！１１　≧Ｖ　ｔ　１＋　Ｖ　ｔ　ｚ　＋　Ｖ　ｓ
　ｔ　自　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　゛・・　（１２）ここに、Ｖ　Ｚ　ｌ　＋　
”　＊　２はツェナーダイオードＺｌ。

Ｚ２のブレークダウン電圧、■□１はトランジスタＴ１
のベース・エミッタ間電圧で、ダイオードＤＩ、Ｄ２の
順方向降下電圧にほぼ等しい。

トランジスタＴｌ、ツェナーダイオードＺｌ。

Ｚ２がオンすることにより、点Ｅ３の電圧はクランプさ
れて、トランジスタＴ２のエミッタ電圧が上昇する。こ
の結果、トランジスタＴ２のコレクタ電流は抑制される
。したがって、領域■における電圧−電流特性の傾きは
ラインＬ４のようにさらに緩やかになる。

以上のように、基準発生器８は、ランプ４，５の電圧−
電流特性を直線により近似させることができる。

以上のように本実施例が構成されているので、負荷電流
を低消費電力で検出できる。また、運転者はランプの断
線、ランプ回路系の短絡を警報回路によって直ちに知る
ことができるので、不測の事態に対処することができる
。特に、短絡時においては発振回路によって短絡電流を
制限するので、発煙または発火を抑えることが可能であ
る。

発明の効果 以上のように本発明に従えば、半導体電流制御ｎ素子と
基準発生器によって第１および第２の基準レベルとラン
プに流れる電流を得るランプに流れる電流を検出するこ
とにより、ランプの断線または過大電流を直ちに知るこ
とができ、不測の事態を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気回路図、第２図は半導
体電流制御素子１を説明するための等価電気回路図、第
３図は第２図の電界効果トランジスタがオンした場合の
等ｆｉｉｔ気回路図、第４図はランプ４．５の電圧〜電
流特性を示す図、第５図は定電流回路８を実現するため
の電気回路図、第６図は第５図に示す基準１生器８の電
圧−電流特性を示す図、第７図は従来技術のリレー式断
線検出装置の電気回路図、第８図は従来技術の電子式断
線検出装置の電気回路図である。 １・・・半導体電流制御素子、６，７・・・比較器、８
・・・基準発生器、１０・・・オアゲート、１１・・・
警報回路、１２・・・発振回路 代理人　　弁理士　西教　圭一部 第４　図 Ｍ７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 相互に並列に接続された複数の負荷と、 該負荷の電圧−電流特性に関連した特性を有する基準発
   生器と、 ソースが前記複数の負荷に対して共通に接続される任意
   の数のトランジスタからなる第１のトランジスタ群と、
   ソースが前記基準発生器に対して共通に接続される任意
   の数のトランジスタからなる第２のトランジスタ群を含
   み、該第１および第２のトランジスタ群のドレインおよ
   びゲートが全て共通に接続されている半導体電流制御素
   子と、第１のトランジスタ群の出力と前記基準発生器に
   印加される電圧から得られる電圧を第１の基準レベルと
   して比較し、負荷の断線状態を検出する第１の比較手段
   と、 第１のトランジスタ群の出力と前記基準発生器に印加さ
   れる電圧から得られる電圧を第２の基準レベルとして比
   較し、負荷の過大電流を検出する第２の比較手段とを含
   むことを特徴とする負荷の異常検出手段。