JPH1115542A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なったアースラインでの電位を基準に生成
された電圧信号であっても、正常に処理することが可能
な電子制御装置を提供する。 【解決手段】 負荷Ｌを駆動する駆動部１０を接地する
ための駆動系アースラインＧｄの電位（駆動系アース電
位）ＶＧｄより、駆動部１０を制御する制御部２０を接
地するための制御系アースラインＧｃの電位（制御系ア
ース電位）ＶＧｃが０．５Ｖ以上大きくなると導通し
て、制御系アース電位ＶＧｃを制限するダイオード４０
を備え、しかも制御部２０には、駆動部１０に設けられ
た電流検出抵抗１４両端の各電位を表す一対の電圧信号
ＶＨ，ＶＬを、それぞれシフト電圧（１．５Ｖ）分だけ
シフトさせて差動増幅回路２２に供給するレベルシフト
回路３２，３４が設けられているので、差動増幅回路２
２の入力は、制御系アース電位ＶＧｃより必ず大きくな
り、常に差動増幅回路２２が正常に動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２系統のアースラ
インを有する電子制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子制御装置では、アースライ
ンの電位（アース電位）を基準とした電圧信号によって
制御が行われるため、アース電位が変動して誤動作等を
引き起こすことのないように、アースラインの抵抗値は
ゼロであることが望まれる。ところが現実的には、アー
スラインは小さな抵抗値を有しているため、大きな電流
を流すとアース電位は変動してしまう。

【０００３】このため、従来より、電磁ソレノイドやモ
ータ等、比較的大きな負荷を駆動制御する車載用の電子
制御装置等では、例えば特開昭５８−３３７０２号公報
に開示されているように、大きな電流が必要な駆動回路
等が接続される駆動系アースラインと、比較的小さな電
流にて動作可能な各種センサやプロセッサ等が接続され
る制御系アースラインとを別々に設けることにより、制
御系アースラインのアース電位が負荷の駆動状態の影響
を受けて変動しないようにされている。

【０００４】ところで、車載用の電子制御装置の一つと
して、特開昭６１−５３４３７号公報には、空気量調節
用の弁の開度を調節するリニアソレノイドの負荷電流が
目標値となるように、リニアソレノイドへの電源供給を
行うスイッチング素子のオン／オフのデューティ比をフ
ィードバック制御する電子制御装置が開示されている。
そして、このような電子制御装置に、上述の２系統のア
ースラインを設けた場合の回路構成を図４に示す。

【０００５】即ち、電子制御装置１０２は、図４に示す
ように、バッテリＢＴ（直流１２Ｖ）から電源供給を受
けて動作するように構成されたもので、リニアソレノイ
ド等からなる負荷Ｌに電流を供給して負荷Ｌを駆動する
駆動部１１０と、各種センサＳＥからの検出信号に基づ
いて駆動部１１０を制御する制御部１２０とを備えてい
る。そして、駆動部１１０は駆動系アースラインＧｄ、
制御部１２０は制御系アースラインＧｃというそれぞれ
別系統のアースラインを介して接地されており、負荷Ｌ
に大きな負荷電流ＩＬが流れて、駆動系アースラインＧ
ｄのアース電位（以下、駆動系アース電位という）ＶＧ
ｄが上昇したとしても、制御系アースラインＧｃのアー
ス電位（以下、制御系アース電位という）ＶＧｃに影響
を与えないようにされている。

【０００６】なお、駆動部１１０は、制御部１２０が生
成する制御信号Ｃに従って、負荷Ｌへの電源供給を断続
するトランジスタ１２と、負荷電流ＩＬを検出するため
負荷Ｌに直列接続され且つ一端が駆動系アースラインＧ
ｄに接続された電流検出抵抗１４とを備えている。

【０００７】一方、制御部１２０は、反転入力に電流検
出抵抗１４の駆動系アースラインＧｄ側の電位が印加さ
れ、非反転入力に電流検出抵抗１４の負荷側の電位が印
加される演算増幅器ＯＰおよび抵抗Ｒ１，Ｒ２からな
り、電流検出抵抗１４の両端電圧を差動増幅する差動増
幅回路２２と、差動増幅回路２２の出力をデジタル値に
変換するＡＤ変換器２４と、各種センサＳＥの検出信号
を入力するための入力回路２６と、入力回路２６を介し
て入力される各種センサＳＥの検出結果に基づいて負荷
電流ＩＬの目標値を設定し、ＡＤ変換器２４を介して入
力される電流検出抵抗１４での負荷電流ＩＬの検出結果
が、この目標値と一致するようにトランジスタ１２を駆
動するための制御信号Ｃのデューティ比を設定するマイ
クロコンピュータ（以下、マイコンという）２８と、バ
ッテリＢＴからの１２Ｖの直流電源ＶSSをＤＣ−ＤＣ変
換して５Ｖの直流電源ＶDDを生成し、制御部１２０の各
部に供給する電源回路３０とを備えている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、差動増幅回
路２２を構成する演算増幅器ＯＰはもちろん、ＩＣ回路
等の電子回路では、周知のように、供給される電源電圧
範囲（図４の演算増幅器ＯＰではＶDD〜ＶＧｃ）から外
れた電圧レベルを有する信号が入力された場合、その動
作は保証されないことがある。

【０００９】しかし、近年、電子制御装置１０２の高機
能化に伴い、制御部１２０には、マイコンや入出力回路
等の周辺回路が多数搭載されるようになり、制御系アー
スラインＧｃにも比較的大きな電流が流れるようになっ
てきたため、負荷Ｌが小さな電流で駆動されているよう
な時には、制御系アース電位ＶＧｃが駆動系アース電位
ＶＧｄを上回ってしまう（ＶＧｃ＞ＶＧｄ）場合があ
る。

【００１０】そして、このような場合には、演算増幅器
ＯＰの非反転入力に印加される電位、即ち駆動系アース
電位ＶＧｄが、演算増幅器ＯＰの電源電圧範囲（ＶDD〜
ＶＧｃ）から外れることになるため、差動増幅回路２２
は電流検出抵抗１４の両端電圧を正しく差動増幅するこ
とができず、つまり負荷電流ＩＬを正確に検出すること
ができないので、負荷Ｌを精度よく制御することができ
ないという問題があった。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するために、
異なったアースラインでの電位を基準に生成された電圧
信号であっても、正常に処理することが可能な電子制御
装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明の請求項１に記載の電子制御装置で
は、信号生成手段が第１のアースラインの電位を基準電
位として電圧信号を生成し、信号処理手段は、この電圧
信号の電圧レベルをレベルシフト回路にてシフト電圧分
だけレベルシフトさせた後、このレベルシフトされた電
圧信号を第２のアースラインの電位を基準電位として処
理する。

【００１３】なお、シフト電圧は、第２のアースライン
の電位変動量以上の大きさに設定されているため、電圧
信号が、第２のアースラインのアース電位を下回ること
がない。従って、本発明の電子制御装置によれば、信号
処理手段を構成する電子回路を常に正常に動作させるこ
とができ、その結果、装置の信頼性を向上させることが
できる。

【００１４】なお、信号処理手段では、第２のアースラ
インのアース電位の変動分だけ誤差を含んだ電圧信号を
処理することになるため、この変動量を検出或いは推定
して、その検出値あるいは推定値に基づいて処理する信
号を補正することが望ましい。

【００１５】次に請求項２に記載の電子制御装置では、
電圧制限手段が、第１のアースラインと第２のアースラ
インとの電位差が、予め設定された許容値以内となるよ
うに第２のアースラインの電位を制限する。このため、
本発明の電子制御装置によれば、レベルシフト回路での
シフト電圧を、電圧制限手段が制限する値より大きくし
ておけば、第２のアースラインにどれだけ大きな電流が
流れたとしても、レベルシフトさせた電圧信号を第２の
アースラインのアース電位より確実に大きなものとする
ことができ、より一層、装置の信頼性を向上させること
ができる。

【００１６】ところで、レベルシフト回路は、例えば請
求項３に記載のように、ゲートを当該レベルシフト回路
の入力とし、ソースを当該レベルシフト回路の出力と
し、ドレインを第２のアースラインを介して接地した電
界効果トランジスタと、この電界効果トランジスタのソ
ース，ゲート間の電位差がシフト電圧となるような一定
電流を、電界効果トランジスタのソース，ドレイン間に
流す定電流回路とにより、簡単な構成にて実現すること
ができる。

【００１７】即ち、このように接続された電界効果トラ
ンジスタでは、ドレイン電位（第２のアースラインのア
ース電位）によらず、ソース，ゲート間電圧（シフト電
圧）分だけソースがゲートより高電位となるため、この
ソース電位をレベルシフト回路の出力として取り出せ
ば、信号生成手段が生成する電圧信号をシフト電圧分だ
けレベルシフトさせたものが得られるのである。

【００１８】次に請求項４に記載の電子制御装置では、
信号生成手段は、一対の電圧信号を生成し、信号処理手
段は、この一対の電圧信号の相対値に基づいて信号処理
を行う。この場合、信号生成手段にて生成される一対の
電圧信号は、それぞれが第１及び第２のアースラインの
アース電位の変動、及びレベルシフト回路によるレベル
シフトの影響を受けたものとなるが、各電圧信号が受け
る影響は全く同じものであるため、これら一対の電圧信
号の相対値をとると、その影響が全て相殺される。

【００１９】従って、本発明の電子制御装置によれば、
信号処理手段にて、アース電位の変動に応じた特別な補
正等を行わなくても、常に正確な信号処理を行うことが
でき、このように処理された信号を用いて負荷の制御等
を高精度に行うことができる。

【００２０】なお、請求項５に記載のように、一対の電
圧信号を生成する信号生成手段としては、例えば第１の
アースラインに接続され、その両端電圧を一対の電圧信
号とする電流検出抵抗等が考えられ、また、一対の電圧
信号の相対値に基づいて信号処理を行う信号処理手段と
しては、一対の電圧信号を差動増幅する増幅回路等が考
えられる。

【００２１】ところで、信号生成手段が一対の電圧信号
を生成する場合、その電圧信号毎に設けられる一対のレ
ベルシフト回路は、請求項６に記載のように、同一チッ
プ上の半導体回路として形成されていることが望まし
い。即ち、同一チップ内では、形成される半導体素子の
特性が比較的均一になるため、一対のレベルシフト回路
の特性を精度よく一致させることができ、一対の電圧信
号の相対値を求めた時に、誤差を生じさせないのであ
る。

【００２２】従って、本発明によれば、より一層精度の
よい信号処理を行うことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、油圧回路のバルブを開閉するため
に設けられたリニアソレノイドを駆動制御する本実施例
の電子制御装置の概略構成を表す回路図である。なお、
本実施例において油圧回路は、クラッチを断続するレリ
ーズレバーを操作するためのものであり、シフトレバー
やアクセルペダルの操作等に応じて自動的にクラッチを
断続するいわゆる自動クラッチに適用されるものであ
る。

【００２４】図１に示すように、本実施例の電子制御装
置２は、バッテリＢＴ（直流１２Ｖ）から電源供給を受
けて動作するように構成されたもので、負荷Ｌに電流を
供給して負荷Ｌを駆動する駆動部１０と、各種センサＳ
Ｅからの検出信号に基づいて駆動部１０を制御する制御
部２０と、制御部２０を接地するために設けられた制御
系アースラインＧｃの電位（制御系アース電位）ＶＧｃ
が、駆動部１０を接地するために設けられた駆動系アー
スラインＧｄの電位（駆動系アース電位）ＶＧｄより所
定電圧（本実施例では、０．５Ｖ）以上大きくなると導
通して、制御系アース電位ＶＧｃを制限するダイオード
４０とを備えている。

【００２５】なお、本実施例において、負荷Ｌは、上述
の油圧回路のバルブを開閉するために設けられたリニア
ソレノイドであり、またセンサＳＥは、エンジン回転
数、変速機の入力軸の回転数、アクセルペダルの踏込
量、変速機のギアを切り替えるシフトレバーのシフト位
置、車速等を検出するものである。

【００２６】また、駆動部１０は、先の図４にて説明し
た従来装置１０２の駆動部１１０と全く同じであり、一
方、制御部２０は、同じく従来装置１０２の制御部１２
０と一部異なるだけであるため、同じ構成については、
同一の符号を付して説明を省略し、ここでは従来装置１
０２とは構成の異なる部分についてのみ説明する。

【００２７】即ち、制御部２０の差動増幅回路２２の反
転入力及び非反転入力には、それぞれ電流検出抵抗１４
の両端での各電位を表す電圧信号を所定のシフト電圧
（本実施例では１．５Ｖ）分だけシフトさせるレベルシ
フト回路３２，３４が設けられている。

【００２８】ここで、図２は、レベルシフト回路３２，
３４の構成を表す回路図である。図２に示すように、レ
ベルシフト回路３２，３４は全く同様の構成をしてお
り、ドレインが制御系アースラインＧｃ，ゲートが入力
端ＴＩ，ソースが出力端ＴＯにそれぞれ接続されたＰチ
ャネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３６と、Ｆ
ＥＴ３６のソースと電源ＶDDとの間に接続され、ソース
−ドレイン間に一定電流を供給する定電流回路３８とに
より構成されている。なお、レベルシフト回路３２，３
４は、同一の半導体チップ上に形成されたものを用いて
いる。

【００２９】そして、レベルシフト回路３２では、入力
端ＴＩが電流検出抵抗１４の負荷Ｌ側端部、出力端ＴＯ
が差動増幅回路２２の非反転入力に接続され、一方、レ
ベルシフト回路３４では、入力端ＴＩが電流検出抵抗１
４の駆動系アースラインＧｄ側端部、出力端ＴＯが差動
増幅回路２２の反転入力に接続されている。

【００３０】このように構成されたレベルシフト回路３
２，３４では、定電流回路３８がＦＥＴ３６のソース−
ドレイン間に流す定電流（以下，ドレイン電流という）
Ｉsdによって、ＦＥＴ３６のゲート−ソース間電圧Ｖgs
がドレイン電流Ｉsdに応じた一定値となる。なお、本実
施例では、ゲート−ソース間電圧Ｖgsが上述のシフト電
圧と一致するように、ドレイン電流Ｉsdが設定されてい
る。

【００３１】つまり、ゲート（即ち入力端ＴＩ）の電位
がどのように変化したとしても、ソース（即ち出力端Ｔ
Ｏ）は、常にゲート−ソース間電圧Ｖgs（＝１．５Ｖ：
シフト電圧）分だけ電位が高くなり、その結果、出力端
ＴＯでは、入力端ＴＩに印可される電圧信号をシフト電
圧分だけシフトさせたものが得られるのである。

【００３２】このように構成された電子制御装置２で
は、マイコン２８が制御信号Ｃを出力して、トランジス
タ１２をオン／オフ制御すると、負荷（リニアソレノイ
ド）Ｌには制御信号Ｃのデューティに応じた駆動電流が
流れ油圧回路のバルブが作動する。

【００３３】このとき、電流検出抵抗１４の両端での電
圧ＶＨ，ＶＬが、レベルシフト回路３２，３４にてそれ
ぞれレベルシフトされ、このレベルシフトされた電圧信
号ＶＨｓ，ＶＬｓが差動増幅回路２２に入力される。す
ると差動増幅回路２２からは、電流検出抵抗１４の両端
電圧ＶＨ−ＶＬ（＝ＶＨｓ−ＶＬｓ）、即ち負荷電流Ｉ
Ｌの大きさに応じた出力が得られ、この出力は、ＡＤ変
換器２４にてデジタル値に変換された後、マイコン２８
に取り込まれる。

【００３４】そして、マイコン２８では、入力回路２６
を介して入力される各種センサＳＥからの検出信号に基
づいて車両の運転状態を認識し、認識した運転状態に応
じて負荷Ｌに流す負荷電流ＩＬの目標値を算出し、電流
検出抵抗１４を介して検出される負荷電流ＩＬがこの目
標値に一致するように、制御信号Ｃのデューティ比を設
定する。

【００３５】その結果、負荷（リニアソレノイド）Ｌが
駆動するバルブが運転状態に応じて精度よく制御される
ので、クラッチのレリーズレバーを操作する油圧、ひい
てはクラッチの断続が精度よく行われることになる。と
ころで、負荷電流ＩＬが比較的大きい場合には、図３
（ａ）に示すように、駆動系アース電位ＶＧｄが制御系
アース電位ＶＧｃより大きく（ＶＧｄ＞ＶＧｃ）なるた
め、レベルシフト回路３２，３４にてレベルシフトさせ
なくても、電流検出抵抗１４の両端の電圧ＶＨ，ＶＬ
は、差動増幅回路２２（演算増幅器ＯＰ）の作動領域
（ＶDD〜ＶＧｃ）内に収まっている。

【００３６】ところが、制御系アースラインＧｃに大き
な電流が流れていて、しかも負荷電流ＩＬが比較的小さ
い場合には、図３（ｂ）に示すように、駆動系アース電
位ＶＧｄが制御系アース電位ＶＧｃより小さく（ＶＧｄ
＜ＶＧｃ）なるため、電流検出抵抗１４の両端の電圧Ｖ
Ｈ，ＶＬ（特に駆動系アースラインＧｄ側端部の電圧Ｖ
Ｌ）が、差動増幅回路２２の作動領域（ＶDD〜ＶＧｃ）
から外れてしまうことがある。

【００３７】しかし、本実施例の電子制御装置２では、
ダイオード４０により、制御系アース電位ＶＧｃが駆動
系アース電位ＶＧｄよりダイオードの順電圧ＶＤ（＝
０．５Ｖ）以上に大きくならないように制限し、しか
も、電流検出抵抗１４の両端の電圧ＶＨ，ＶＬを、レベ
ルシフト回路３２，３４によりシフト電圧分（＝１．５
Ｖ）だけレベルシフトすることにより、このレベルシフ
トされた電圧ＶＨｓ，ＶＬｓが、差動増幅回路２２の作
動領域（ＶDD〜ＶＧｃ）内に確実に収まり、差動増幅回
路２２が常に正常に動作するようにされている。

【００３８】このように本実施例の電子制御装置２によ
れば、ダイオード４０とレベルシフト回路３２，３４と
により、制御系アースラインＧｃにどれだけ電流が流れ
ても、差動増幅回路２２への入力が、差動増幅回路２２
の差動領域から外れないようにされているので、当該電
子制御装置２の動作状態によらず、電流検出抵抗１４の
両端電圧ＶＨ−ＶＬ、即ち負荷電流ＩＬを精度よく検出
することができ、ひいては負荷Ｌの制御を精度よく行う
ことができる。

【００３９】また本実施例の電子制御装置２では、レベ
ルシフト回路３２，３４が同一の半導体チップ上に形成
されたものを用いているので、レベルシフト回路３２，
３４間で、該回路３２，３４を構成するＦＥＴ３６や定
電流回路３８の特性のばらつきが小さく、その結果、電
流検出抵抗１４の両端の電圧ＶＨ，ＶＬを均一にレベル
シフトすることができ、レベルシフト回路３２，３４を
設けることで、差動増幅回路２２に入力される電圧信号
ＶＨｓ，ＶＬｓの誤差を増大させてしまうことがない。

【００４０】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様
々な態様にて実施することができる。例えば、上記実施
例では、制御系アース電位ＶＧｃが駆動系アース電位Ｖ
Ｇｄより所定電圧以上大きくなることを防止するダイオ
ード４０を設けたが、制御系アースラインＧｃに流す最
大電流が決められている場合には、レベルシフト回路３
２でのシフト電圧を、最大電流が流れたときの制御系ア
ース電位ＶＧｃより大きな値となるように設定して、ダ
イオード４０を省略してもよい。

【００４１】また、上記実施例では、レベルシフト回路
３２，３４の出力ＶＨｓ，ＶＬｓを差動増幅回路２２に
より差動増幅しているが、差動増幅回路２２を省略して
直接ＡＤ変換器２４に入力するように構成してもよい。
また、上記実施例では、負荷（リニアソレノイド）Ｌが
油圧回路のバルブを駆動する場合について説明したが、
これに限らず負荷Ｌは、モータ等どのような車両負荷で
あってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の電子制御装置２の概略構成を表す回
路図である。

【図２】 レベルシフト回路３２，３４の構成を表す回
路図である。

【図３】 レベルシフト回路３２，３４、及びダイオー
ド４０の作用を表す説明図である。

【図４】 従来の電子制御装置１０２の概略構成を表す
回路図である。

【符号の説明】

２…電子制御装置 １０…駆動部 １２…トラン
ジスタ １４…電流検出抵抗 ２０…制御部 ２２…差動
増幅回路 ２４…ＡＤ変換器 ２６…入力回路 ２８…マイ
コン ３０…電源回路 ３２，３４…レベルシフト回路 ３６…電界効果トランジスタ（ＦＥＴ） ３８…定電
流回路 ４０…ダイオード ＢＴ…バッテリ ＳＥ…セン
サ Ｇｃ…制御系アースライン Ｇｄ…駆動系アースラ
イン ＩＬ…負荷電流 Ｌ…負荷 ＯＰ…演算
増幅器 Ｒ１，Ｒ２…抵抗 ＴＩ…入力端 ＴＯ…出力
端

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種電子部品を接地するために設けられ
   た第１及び第２のアースラインと、 上記第１のアースラインの電位を基準電位とした電圧信
   号を生成する信号生成手段と、 該信号生成手段にて生成された電圧信号を、上記第２の
   アースラインの電位を基準電位として処理する信号処理
   手段と、 を備えた電子制御装置において、 上記信号処理手段に、上記信号生成手段にて生成された
   電圧信号の電圧レベルを、上記第２のアースラインの電
   位変動量以上のシフト電圧分だけレベルシフトさせるレ
   ベルシフト回路を設けたことを特徴とする電子制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子制御装置におい
   て、 上記第１のアースラインと第２のアースラインとの電位
   差が、予め設定された許容値以内となるように上記第２
   のアースラインの電位を制限する電圧制限手段を備える
   ことを特徴とする電子制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の電子制
   御装置において、 上記レベルシフト回路は、 ゲートを当該レベルシフト回路の入力とし、ソースを当
   該レベルシフト回路の出力とし、ドレインを上記第２の
   アースラインを介して接地した電界効果トランジスタ
   と、 該電界効果トランジスタのソース，ゲート間の電位差が
   上記シフト電圧となるような一定電流を、該電界効果ト
   ランジスタのソース，ドレイン間に流す定電流回路と、 からなることを特徴とする電子制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の電子制御装置において、 上記信号生成手段は、一対の電圧信号を生成し、 上記信号処理手段は、該一対の電圧信号の相対値に基づ
   いて信号処理を行うことを特徴とする電子制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の電子制御装置におい
   て、 上記信号生成手段は、上記第１のアースラインに接続さ
   れた電流検出抵抗からなり、 上記信号処理手段は、上記電流検出抵抗の両端電圧を上
   記一対の電圧信号として差動増幅する増幅回路からなる
   ことを特徴とする電子制御装置。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載の電子制
   御装置において、 上記電圧信号毎に設けられる一対のレベルシフト回路
   が、同一チップ上の半導体回路として形成されているこ
   とを特徴とする電子制御装置。