JPWO2008108330A1

JPWO2008108330A1 - グロープラグ駆動装置

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Publication number: JPWO2008108330A1
Application number: JP2009502570A
Authority: JP
Inventors: 杉本　仁; 仁杉本; 良明高島; 田中　豊; 豊田中
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2010-06-17
Also published as: KR20090108644A; CN101631953B; WO2008108330A1; EP2133554A4; US20100103576A1; CN101631953A; EP2133554A1; KR101110102B1

Abstract

バッテリが逆接続された場合に、グロープラグへの不要な通電を回避する。グロープラグ５−１〜５−ｎの数に応じて電力用ＭＯＳ型電界効果トランジスタ１−１〜１−ｎが、車両用バッテリとグロープラグ５−１〜５−ｎとの間に直列接続されて設けられており、グロープラグ制御部５１によって、その導通、非導通が制御可能とされる一方、車両用バッテリの正電圧が印加されるバッテリ電源接続端子３とグランドとの間には、逆接保護用のＭＯＳ型電界効果トランジスタ２が、直列接続されて設けられ、バッテリ逆接続時に、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ２を介して逆電流をヒューズ４へ流入させて、ヒューズ４を早期に溶断せしめることでグロープラグ５−１〜５−ｎへの通電を回避できるようになっている。

Description

本発明は、主としてディーゼルエンジンの始動補助に用いられるグロープラグの駆動装置に係り、特に、動作の信頼性向上等を図ったものに関する。

従来、この種の駆動装置としては、例えば、車両用のバッテリと、グロープラグとの間に、電力用ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、「パワーＭＯＳＦＥＴ」と称する）を直列に設け、電力用電界効果トランジスタのゲート電圧の制御により、電力用電界効果トランジスタの導通・非導通を制御し、グロープラグへの通電を制御可能に構成したものが一般的である（例えば、特許文献１等参照）。

しかしながら、上述の従来回路においては、バッテリが逆接続された際に、パワーＭＯＳＦＥＴの構造に起因して、パワーＭＯＳＦＥＴが導通したままとなり、その動作状態を制御できなくなるため、グロープラグが特に低電圧仕様の場合には、グロープラグの異常発熱を招くという問題がある。
特開平６−１２９３３７号公報

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、バッテリが逆接続された場合に、従来のようなグロープラグへの不要な通電を回避し、信頼性の高い動作を確保できるグロープラグ駆動装置を提供するものである。

本発明の形態によれば、グロープラグの数に応じて設けられ、グロープラグとバッテリとの間に直列接続された電界効果トランジスタを導通状態として、前記グロープラグへの通電がなされるよう構成されてなるグロープラグ駆動装置であって、
前記バッテリとグランドとの間に、逆接保護用の電界効果トランジスタ又はダイオードが直列接続されてなるグロープラグ駆動装置が提供される。

本発明によれば、バッテリが逆接続された際、逆接保護用の電界効果トランジスタ又はダイオードを介してグランドからバッテリへ逆電流を流し、それによって経路途中に設けたヒューズを溶断できるようにしたので、逆接時に速やかに逆電流を断ち、グロープラグへの通電を回避し、特に、低電圧用のグロープラグの過電流を確実に回避することができ、より信頼性の高い動作を確保できるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動装置の第１の構成例を示す構成図である。本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動装置の第２の構成例を示す構成図である。本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動装置の第３の構成例を示す構成図である。

符号の説明

１−１〜１−ｎ…電力用ＭＯＳ型電界効果トランジスタ
２…逆接保護用ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（第１の実施例）
３…バッテリ電源接続端子
５…グロープラグ制御部用電源端子
６…逆接保護用ダイオード（第３の実施例）
１６ａ，１６ｂ…逆接保護用ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（第２の実施例）

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動装置の第１の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動装置Ｓは、グロープラグ制御部（図１においては「ＧＣＵ」と表記）５１と、グロープラグ５２−１〜５２−ｎの数ｎに対応して設けられた電力用ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、「パワーＭＯＳＦＥＴ」と称する）１−１〜１−ｎと、逆接保護用のＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、「逆接保護用ＭＯＳＦＥＴ」と称する）２とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。

グロープラグ制御部５１は、車両全体の動作を制御する主電子制御ユニット（図１においては「Ｍ−ＥＣＵ」と表記）１０１から入力されるグロープラグ５２−１〜５２−ｎへの通電を指示する制御信号に応じて、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎのゲート制御電圧を出力するよう構成されてなるものである。
このグロープラグ制御部５１には、車両用バッテリ（図示せず）の出力電圧を所定の電圧変換回路によって降圧した電圧が、ＧＣＵ用電源電圧として外部からグロープラグ制御部用電源端子５を介して印加されるようになっている。

パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎは、いずれもそのドレイン（又はソース）が相互に接続されてバッテリ電源接続端子３に接続される一方、ソース（又はドレイン）は、それぞれ対応するグロープラグ５２−１〜５２−ｎの所定の電圧印加用端子（図示せず）に接続されるようになっている。なお、通常、グロープラグ５２−１〜５２−ｎは、電圧が印加される所定の電圧印加用端子と反対側の端子は、グランド（車体アース）されるようになっている。

逆接保護用ＭＯＳＦＥＴ２は、そのソース（又はドレイン）がグランドに接続される一方、ドレイン（又はソース）が、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎの相互に接続されたドレインに接続され、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎに対して並列接続されたものとなっている。そして、逆接防止用ＭＯＳＦＥＴ２のゲートは、開放状態とされたものとなっている。
なお、図１において、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎ、逆接保護用ＭＯＳＦＥＴ２のそれぞれに並列に接続されたダイオードは、トランジスタ内部に形成されるいわゆる寄生ダイオードである。

一方、かかるグロープラグ駆動装置Ｓの外部においては、図示されない車両用バッテリの正極端子（図１においては「（＋）：Batt」と表記）と、バッテリ電源接続端子３との間には、過電流対策としてのヒューズ４が設けられている。

上記構成において、車両用バッテリ（図示せず）が正常に接続された状態、すなわち、ヒューズ４を介してバッテリ電源接続端子３に車両用バッテリ（図示せず）の正極端子が接続された状態においては、車両用バッテリの正電圧がパワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎに印加されることとなる。
そして、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎは、主電子制御ユニット１０１からの制御信号に応じてグロープラグ制御部５１によりゲート電圧が印加されることによって、導通状態とされ、グロープラグ５２−１〜５２−ｎへの通電が行われることとなる。

一方、車両用バッテリが誤接続された場合、すなわち、ヒューズ４を介してバッテリ電源接続端子３に車両用バッテリの負極端子が接続され、車両用バッテリの正極端子がグランドに接続された場合、グランド側から逆接防止用ＭＯＳＦＥＴ２を介してへ車両用バッテリへ逆電流が一気に流れ込むこととなる（図１において点線矢印参照）。この場合の電流は、ヒューズ４の規定電流を越える過電流となるため、電流が流れ始めるとヒューズ４は速やかに溶断されて開放状態となる。したがって、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎは、導通状態となることは無く、車両用バッテリの逆接続時におけるグロープラグ５２−１〜５２−ｎへの通電が確実に回避されることとなる。

次に、本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動装置の第２の構成例について、図２を参照しつつ説明する。なお、図１に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第２の構成例は、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎの上流側、すなわち、車両用バッテリ（図２においては「ＢＡＴ」と表記）１１の正電圧が印加される側に、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎとは、ソース、ドレインが逆方向となるように逆接保護用のＭＯＳＦＥＴを設けたものである。

以下、具体的に説明すれば、まず、この第２の構成例においては、主電子制御ユニット１０１と車両用バッテリ１１の正極端子との間に、メインリレー１２が設けられている。
すなわち、本発明の実施の形態におけるメインリレー１２は、常開接点１２Ａと、電磁コイル１２Ｂとから構成されてなるもので、常開接点１２Ａの一端と電磁コイル１２Ｂの一端が共に車両用バッテリ１１の正極に接続される一方、常開接点１２Ａの他端は、グロープラグ制御部用電源端子５に接続されると共に、主電子制御ユニット１０１の開閉成信号端子１３に接続されたものとなっている。

ここで、開閉成信号端子１３は、主電子制御ユニット１０１において、常開接点１２Ａの開閉成を判定し、必要に応じて本装置全体の動作制御に供する等の目的で設けられたものである。すなわち、主電子制御ユニット１０１において、この開閉成信号端子１３の電圧を判定することによって、常開接点１２Ａの開閉成の判定がなされるようになっている。

また、電磁コイル１２Ｂの他端は、主電子制御ユニット１０１に設けられたメインリレー制御端子１４に接続されている、すなわち、メインリレー制御端子１４は、図示されないイグニッションキーが操作されてイグニッションオンの状態とされると同時に、主電子制御ユニット１０１を介してグランドに接続されるようになっているものである。
したがって、図示されないイグニッションキーがオンとされると、電磁コイル１２Ｂが励磁され、常開接点１２Ａが閉成され、グロープラグ制御部５１に車両用バッテリ１１の電圧が印加されるようになっている。

一方、この第２の構成例においては、グロープラグ５２−１〜５２−ｎの所定の電圧印加用端子（図示せず）とパワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎのソースとの間に、それぞれ電流検出用抵抗器１５−１〜１５−ｎが直列接続されている。そして、その両端の電圧降下は、後述するようにグロープラグ制御部５１において検出され、グロープラグ５２−１〜５２−ｎの電流が異常値となった場合の検出が可能となっている。

そして、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎのドレインと、バッテリ電源接続端子３との間には、並列接続された２つの逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂが直列接続されて設けられている。
すなわち、逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂは、ソース同士が相互に接続されてバッテリ電源接続端子３に接続される一方、ドレイン同士が接続されると共に、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎのドレインに接続されている。

したがって、バッテリ電源接続端子３とグロープラグ５２−１〜５２−ｎの所定の電圧印加用端子との間において、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎと逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂは、互いに逆方向で直列接続されて設けられたものとなっている。
そして、これらパワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎ及び逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂのゲート電圧は、共にグロープラグ制御部５１によって制御されるようになっている（詳細は後述）。

なお、図２において、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎ及び逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂのソース・ドレイン間におけるそれぞれのダイオード１７−１〜１７−ｎ、１８ａ，１８ｂは、トランジスタ内部に形成されるいわゆる寄生ダイオードである。

この第２の構成例においては、グロープラグ制御部５１の構成例が併せて示されており、以下、説明すれば、グロープラグ制御部５１は、グロープラグ主制御部（図２においては「Ｍ−ＧＣＵ」と表記）５１Ａと、昇圧回路（図２においては「ＢＯＯＳＴ」と表記）５１Ｂと、異常検出部（図２においては「ＡＢＮ−ＤＥＴ」と表記）５１Ｃとから構成されたものとなっている。
グロープラグ主制御部５１Ａは、主電子制御ユニット１０１から入力されるグロープラグ５２−１〜５２−ｎへの通電を指示する制御信号に応じて、昇圧回路５１Ｂを動作状態とする一方、異常検出部５１Ｃにより、グロープラグ５２−１〜５２−ｎに流れる電流が異常であるとする所定の信号が出力された場合には、昇圧回路５１Ｂの動作を停止させ、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎをオフ状態としてグロープラグ５２−１〜５２−ｎへの通電が遮断されるよう構成されてなるものである。

昇圧回路５１Ｂは、上述のように、グロープラグ主制御部５１Ａによる制御に応じて、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎ及び逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂをオン・オフとするために必要なゲート電圧を出力するよう構成されてなるものである。
そして、異常検出部５１Ｃは、電流検出用抵抗器１５−１〜１５−ｎにおける電圧降下の大きさに基づいてグロープラグ５２−１〜５２−ｎにおける異常電流の発生の有無を判定し、異常電流が生じていると判定された場合には、所定の信号をグロープラグ主制御部５１Ａへ出力するよう構成されてなるものである。

次に、かかる構成における動作について説明する。
まず、車両用バッテリ１１が正常な状態に接続された場合にあっては、主電子制御ユニット１０１を介してメインリレー１２へ電源供給がなされると、その常開接点１２Ａが閉成され、それによってグロープラグ制御部５１へも電源供給がなされ、グロープラグ制御部５１が主電子制御ユニット１０１と共に動作可能な状態となる。

そして、グロープラグ５２−１〜５２−ｎへの通電にあたって、主電子制御ユニット１０１からは、最初に、逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂをオンとする制御信号が出力され、グロープラグ主制御部５１Ａにより昇圧回路５１Ｂが動作状態とされて、逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂをオンとゲート電圧が逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂのゲートへ出力される。
次いで、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎをオンとする制御信号が主電子制御ユニット１０１から出力されることにより、同様にグロープラグ主制御部５１Ａ及び昇圧回路５１Ｂの動作により、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎがオン状態とされることとなる。
それによって、グロープラグ５２−１〜５２−ｎへの通電電流は、車両バッテリ１１から逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂ及びパワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎを介して流れ込み、通常の通電状態となる。

一方、車両用バッテリ１１が誤接続された場合、すなわち、バッテリ電源接続端子３に車両用バッテリ１１の負極端子が接続され、車両用バッテリ１１の正極端子がグランドに接続された場合、グランド側からグロープラグ５２−１〜５２−ｎへ逆電流が流れ込もうとする。この場合、図示されないイグニッションキーが未だオン状態とされていないため、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎはオフ状態であるが、その寄生ダイオード１７−１〜１７−ｎは、逆電流が流れる方向に対して順方向となるため、グランド側からグロープラグ５２−１〜５２−ｎ、電流検出用抵抗器１５−１〜１５−ｎ、寄生ダイオード１７−１〜１７−ｎ、そして、逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂへ至る電流経路が形成される。

しかし、逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂもオフ状態にあり、その寄生ダイオード１８ａ，１８ｂは、先の寄生ダイオード１７−１〜１７−ｎの場合と異なり、逆電流の方向に対して逆方向、すなわち、グランド側にカソードが位置し、バッテリ電源接続端子３側にアノードが位置する状態であるため、結局、逆電流は、逆接保護用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂと、その寄生ダイオード１８ａ，１８ｂにより阻止されるため、グロープラグ５２−１〜５２−ｎへの逆電流による通電は回避されることとなる。

なお、図２に示された構成例においては、２つの逆接防止用のＭＯＳＦＥＴ１６ａ，１６ｂを並列接続して設けたが、この逆接防止用のＭＯＳＦＥＴの数は、車両用バッテリ１１の大きさによって定まる逆電流の大きさに応じて定められるべきものであって、必ずしも２つ並列接続して設けた構成に限定されるものではない。
したがって、１つのＭＯＳＦＥＴで十分の電流容量を確保することができる場合には、逆接保護用のＭＯＳＦＥＴは１つで済むが、１つでは電流容量を確保できない場合には、１つのＭＯＳＦＥＴに許容される電流の大きさに応じて複数並列接続して設けた構成とすることとなる。

次に、本発明の実施の形態におけるグロープラグ駆動装置の第３の構成例について、図３を参照しつつ説明する。なお、図１に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第３の構成例は、図１に示された第１の構成例における逆接保護用ＭＯＳＦＥＴ２に代えて、逆接保護用ダイオード６が設けられた構成を有するものである。
すなわち、逆接保護用ダイオード６は、アノードがグランドに接続される一方、カソードは、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎの相互に接続されたドレインに接続され、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎに対して並列接続されたものとなっている。

かかる構成において、車両用バッテリが誤接続された場合、グランド側から逆接保護用ダイオード６を介して車両用バッテリへ逆電流が一気に流れ込み（図３において点線矢印参照）、ヒューズ４の規定電流を超えることで、ヒューズ４が速やかに溶断されるため、パワーＭＯＳＦＥＴ１−１〜１−ｎへの通電が回避される点は、先の図１に示された第１の構成例と同様である。

本発明に係るグロープラグ駆動装置は、主にディーセルエンジンの始動補助に用いられるグロープラグの逆接電流を速やかに断つことができるので、特に、低電圧用のグロープラグの駆動に適している。

Claims

グロープラグの数に応じて設けられ、グロープラグとバッテリとの間に直列接続されたグロープラグ駆動用の電界効果トランジスタを導通状態として、前記グロープラグへの通電がなされるよう構成されてなるグロープラグ駆動装置であって、
前記バッテリとグランドとの間に、逆接保護用の電界効果トランジスタ又はダイオードが直列接続されてなることを特徴とするグロープラグ駆動装置。
逆接保護用の電界効果トランジスタは、そのドレイン又ソースが、グロープラグ駆動用の電界効果トランジスタのバッテリに接続されるドレイン又はソースと共に接続される一方、ソース又はドレインがグランドに接続されてなることを特徴とする請求項１記載のグロープラグ駆動装置。
逆接保護用の電界効果トランジスタは、そのドレイン、ソースの向きが、グロープラグ駆動用の電界効果トランジスタのドレイン、ソースと逆向となるように、前記グロープラグの駆動用の電界効果トランジスタとバッテリとの間に直列接続されてなることを特徴とする請求項１記載のグロープラグ駆動装置。
逆接保護用の電界効果トランジスタは、グロープラグへの通電電流に応じて、複数並列接続されたものであることを特徴とする請求項３記載のグロープラグ駆動装置。
逆接保護用のダイオードは、そのカソードが、グロープラグ駆動用の電界効果トランジスタのバッテリに接続されるドレイン又はソースと共に接続される一方、アノードがグランドに接続されてなることを特徴とする請求項１記載のグロープラグ駆動装置。