JPWO2017110312A1

JPWO2017110312A1 - 電子機器

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Publication number: JPWO2017110312A1
Application number: JP2017557796A
Authority: JP
Inventors: 飛田　慎一郎; 慎一郎飛田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-11-16
Also published as: JP6605622B2; US20200088808A1; US10761144B2; WO2017110312A1; DE112016005441T5; CN108369252A; CN108369252B; DE112016005441B4

Abstract

負荷回路への電源供給ラインが２系統以上になった場合に、電源供給ラインの異常を検出するマイコンのポート数が増加するという課題があった。
第１抵抗Ｒ１、及び第２抵抗Ｒ２は共通に第３抵抗Ｒ３の一端に接続される。第３抵抗Ｒ３の他端は、マイコン１５の監視ポートへ接続されると共に、第４抵抗Ｒ４を介して接地される。マイコン１５は、監視ポートへ入力された監視電圧の電圧値を判別して、第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２の異常を判定する。具体的には、第１電源供給ラインＬ１や、第２電源供給ラインＬ２がグランド側に短絡しているか、断線等により第１電源供給ラインＬ１や、第２電源供給ラインＬ２に電圧が出力されていないかを判定する。

Description

本発明は、電子機器に関する。

電源供給回路より負荷回路に電源を供給して負荷回路を駆動する電子機器がある。負荷回路は、例えばセンサーなどである。このような電子機器において、電源供給回路と負荷回路とを結ぶ電源供給ラインの短絡等の異常を検出することが行われている。特許文献１では、電源供給ラインの電圧を分圧し、その電圧を監視電圧としてマイコンのポートに入力し、マイコンにより監視電圧を監視することにより、電源供給ラインの短絡等を判定している。

特開２０１４−１１７０８４号公報

電源供給回路と負荷回路とを結ぶ電源供給ラインが２系統以上になった場合に、電源供給ラインの異常を検出するマイコンのポート数が増加するという課題があった。

本発明による電子機器は、第１負荷回路に第１電源供給ラインを介して電源を供給する第１電源供給回路と、第２負荷回路に第２電源供給ラインを介して電源を供給する第２電源供給回路と、前記第１電源供給ラインに一端が接続された第１抵抗と、前記第２電源供給ラインに一端が接続された第２抵抗と、前記第１抵抗及び前記第２抵抗の他端に接続された第３抵抗と、前記第３抵抗を介して監視用の電圧が入力される監視回路とを備え、前記監視回路は、前記電圧に基づいて、前記第１電源供給ライン及び前記第２電源供給ラインの異常を判定する。

本発明によれば、電源供給回路と負荷回路とを結ぶ電源供給ラインが複数系統に増加した場合にも、マイコンのポート数を増やす必要がなくなる。

第１の実施形態に係わる電子機器の回路構成図である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）第１の実施形態に係わる電子機器の等価回路を示す図である。第１の実施形態に係わる等価回路の定数の一例を示す図である。第１の実施形態に係わる監視電圧を示すグラフである。第２の実施形態に係わる電子機器の回路構成図である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）第２の実施形態に係わる電子機器の等価回路を示す図である。第２の実施形態に係わる監視電圧を示すグラフである。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わる電子機器の回路構成図である。

第１電源供給回路１１は、電源として電圧Ｖが供給され、この電圧Ｖを基に電圧Ｖ１を出力する。電圧Ｖ１は、第１負荷回路１２の電源として、第１電源供給ラインＬ１を介して第１負荷回路１２へ供給される。第１負荷回路１２は、例えば、センサー、ＤＣファンなどである。

第２電源供給回路１３は、電源として電圧Ｖが供給され、この電圧Ｖを基に電圧Ｖ２を出力する。電圧Ｖ２は、第２負荷回路１４の電源として、第２電源供給ラインＬ２を介して第２負荷回路１４へ供給される。第２負荷回路１４は、例えば、センサー、ＤＣファンなどである。

第１抵抗Ｒ１の一端は、第１電源供給ラインＬ１に接続され、第２抵抗Ｒ２の一端は、第２電源供給ラインＬ２に接続される。第１抵抗Ｒ１の他端、及び第２抵抗Ｒ２の他端は共通に第３抵抗Ｒ３の一端に接続される。第３抵抗Ｒ３の他端は、マイコン（マイクロコンピュータ）１５の監視ポートへ入力されると共に、第４抵抗Ｒ４を介して接地される。マイコン１５は、監視ポートへ入力された監視電圧の電圧値を判別して、第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２の異常を判定する。具体的には、第１電源供給ラインＬ１や、第２電源供給ラインＬ２がグランド側に短絡（以下、ショートと称する）しているか、断線等により第１電源供給ラインＬ１や、第２電源供給ラインＬ２に電圧が出力されていない（以下、オープンと称する）かなどを判定する。

ここで、第１抵抗Ｒ１〜第４抵抗Ｒ４の抵抗値の関係を示す。第１抵抗Ｒ１〜第４抵抗Ｒ４の抵抗値をＲ１〜Ｒ４とする。次式（１）、または式（２）に示すように、第１抵抗Ｒ１の抵抗値と第２抵抗Ｒ２の抵抗値の比は２倍程度である。更に、式（３）に示すように、第４抵抗Ｒ４の抵抗値は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の合成抵抗値の４倍程度である。２倍程度、４倍程度とは、後述する図４の特性４１〜４５が互いに識別できる程度の電圧になる抵抗値であれば良い。

図２は、図１に示す回路構成の等価回路を示す。図２（Ａ）は、第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２にショートやオープンが無い通常の場合、図２（Ｂ）は、第１電源供給ラインＬ１がオープンの場合、図２（Ｃ）は、第２電源供給ラインＬ２がオープンの場合、図２（Ｄ）は、第１電源供給ラインＬ１がショートの場合、図２（Ｅ）は、第２電源供給ラインＬ２がショートの場合の等価回路である。ここで、電圧Ｖ１〜電圧Ｖ２の電圧値をＶ１〜Ｖ２、第１抵抗Ｒ１〜第４抵抗Ｒ４の抵抗値をＲ１〜Ｒ４、第１抵抗Ｒ１〜第３抵抗Ｒ３に流れる電流を夫々Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃとする。また、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）で示す×は断線を示す。

図３は、等価回路の定数の一例を示す図である。電圧Ｖ１〜Ｖ２の電圧値、第１抵抗Ｒ１〜第４抵抗Ｒ４の抵抗値について、それぞれ代表値（ｔｙｐ）、最小値（ｍｉｎ）、最大値（ｍａｘ）を示す。ここで、第１抵抗Ｒ１は、第１負荷回路１２の内部抵抗に対して十分大きな値の抵抗値を有しており、第２抵抗Ｒ２は、第２負荷回路１４の内部抵抗に対して十分大きな値の抵抗値を有するものとする。また、第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２を流れる電流は約２０ｍＡとする。

図４は、マイコン１５の監視ポートに入力される監視電圧を示すグラフである。図４の縦軸は監視電圧であり、横軸は時間である。図２（Ａ）の等価回路で示す、ショートやオープンが無い通常の場合、監視電圧の特性４１は、約３．９〜４．１Ｖである。図２（Ｂ）の等価回路で示す、第１電源供給ラインＬ１がオープンの場合、監視電圧の特性４２は、約３．６〜３．８Ｖである。図２（Ｃ）の等価回路で示す、第２電源供給ラインＬ２がオープンの場合、監視電圧の特性４３は、約３．１〜３．２Ｖである。図２（Ｄ）の等価回路で示す、第１電源供給ラインＬ１がショートの場合、監視電圧の特性４４は、約２．５〜２．７Ｖである。図２（Ｅ）の等価回路で示す、第２電源供給ラインＬ２がショートの場合、監視電圧の特性４５は、約１．３〜１．４Ｖである。マイコン１５は、監視ポートに入力された監視電圧に基づいて第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２の異常を判定する。具体的には、監視電圧が上記特性４１〜４５の何れであるかによってどの異常であるかを判定する。

次に、異常に応じて監視電圧が図４に示す特性になることを以下に説明する。

まず、図２（Ａ）の等価回路で示す、ショートやオープンが無い通常の場合について説明する。図２（Ａ）の等価回路から以下の式（４）〜（６）が成り立つ。

Ia＝Ic−Ib ・・・（４）
Ｖ1＝（Ｒ3＋Ｒ4）×Ic＋Ｒ1×Ia ・・・（５）
Ｖ2＝（Ｒ3＋Ｒ4）×Ic＋Ｒ2×Ib ・・・（６）
式（５）に式（４）を代入して、
Ｖ1＝（Ｒ3＋Ｒ4＋Ｒ1）×Ic−Ｒ1×Ib ・・・（７）
式（６）の両辺にＲ１を掛け、且つ、式（７）の両辺にＲ２を掛けて両式の左辺及び右辺をそれぞれ加算して、次式（８）が求まる。

監視電圧は次式（９）で表される。

監視電圧＝Ｒ４×Ic ・・・（９）
式（８）、式（９）に、図３で示す定数を入力して監視電圧を求めると、代表値（ｔｙｐ）では４．０２Ｖ、最小値（ｍｉｎ）では３．９４Ｖ、最大値（ｍａｘ）では４．１０Ｖとなる。この監視電圧は、図４の特性４１で示す電圧である。

また、図２（Ｂ）の等価回路で示す、第１電源供給ラインＬ１がオープンの場合の監視電圧は次の式（１０）で表される。

また、図２（Ｃ）の等価回路で示す、第２電源供給ラインＬ２がオープンの場合の監視電圧は次の式（１１）で表される。

また、図２（Ｄ）の等価回路で示す、第１電源供給ラインＬ１がショートの場合の監視電圧は次の式（１２）で表される。

また、図２（Ｅ）の等価回路で示す、第２電源供給ラインＬ２がショートの場合の監視電圧は次の式（１３）で表される。

式（１０）〜式（１３）に、図３で示す定数を入力して監視電圧を算出すると、図４の特性４２〜４５で示す電圧が求められる。

本発明の第１の実施形態によれば、電源供給回路と負荷回路とを結ぶ電源供給ラインが複数系統に増加した場合にも、マイコンのポート数を増やす必要がなく、第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２の異常を検出することができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の電子機器の第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係わる電子機器の回路構成図である。第２の実施形態では、図１に示した回路構成図の第４抵抗Ｒ４を取り除いた回路構成図になっている。図１の回路構成図と同一箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、第１抵抗Ｒ１の一端は、第１電源供給ラインＬ１に接続され、第２抵抗Ｒ２の一端は、第２電源供給ラインＬ２に接続される。第１抵抗Ｒ１の他端、及び第２抵抗Ｒ２の他端は共通に第３抵抗Ｒ３の一端に接続される。第３抵抗Ｒ３の他端は、マイコン（マイクロコンピュータ）１５の監視ポートへ入力される。マイコン１５は、監視ポートへ入力された監視電圧の電圧値を判別して、第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２の異常を判定する。具体的には、第１電源供給ラインＬ１や、第２電源供給ラインＬ２がグランド側に短絡（以下、ショートと称する）しているかを検出する。

ここで、第１抵抗Ｒ１〜第４抵抗Ｒ４の抵抗値の関係を示す。式（１）、または式（２）で示したように、第１抵抗Ｒ１の抵抗値と第２抵抗Ｒ２の抵抗値の比は２倍程度である。

図６は、図５に示す回路構成の等価回路を示す。図６（Ａ）は、ショートが無い通常の場合、図６（Ｂ）は、第１電源供給ラインＬ１がショートの場合、図６（Ｃ）は、第２電源供給ラインＬ２がショートの場合の等価回路である。ここで、電圧Ｖ１〜電圧Ｖ２の電圧値をＶ１〜Ｖ２で、第１抵抗Ｒ１〜第３抵抗Ｒ３の抵抗値をＲ１〜Ｒ３で、第１抵抗Ｒ１〜第３抵抗Ｒ３に流れる電流を夫々Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃとする。

図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す等価回路の定数は、図３に示したとおりである。なお、この定数は一例を示すものである。ここで、第１抵抗Ｒ１は、第１負荷回路１２の内部抵抗に対して十分大きな値の抵抗値を有しており、第２抵抗Ｒ２は、第２負荷回路１４の内部抵抗に対して十分大きな値の抵抗値を有するものとする。また、第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２を流れる電流は約２０ｍＡとする。

図７は、マイコン１５の監視ポートに入力される監視電圧を示すグラフである。図７の縦軸は監視電圧であり、横軸は時間である。図６（Ａ）の等価回路で示す、ショートが無い通常の場合、監視電圧の特性７１は、約４．９〜５．１Ｖである。図７（Ｂ）の等価回路で示す、第１電源供給ラインＬ１がショートの場合、監視電圧の特性７２は、約３．２〜３．４Ｖである。図７（Ｃ）の等価回路で示す、第２電源供給ラインＬ２がショートの場合、監視電圧の特性７３は、約１．６６〜１．７２Ｖである。マイコン１５は、監視ポートに入力された監視電圧に基づいて第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２の異常を判定する。具体的には、監視電圧が上記特性７１〜７３の何れであるかによってどの異常であるかを判定する。

次に、異常に応じて監視電圧が図７に示す特性になることを以下に説明する。

図６（Ｂ）の等価回路で示す、第１電源供給ラインＬ１がショートの場合の監視電圧は次の式（１４）で表される。

また、図６（Ｃ）の等価回路で示す、第２電源供給ラインＬ２がショートの場合の監視電圧は次の式（１５）で表される。

式（１４）〜式（１５）に、図３で示す定数を入力して監視電圧を算出すると、図７の特性７２〜７３で示す電圧が求められる。なお、図７の特性７１は、Ia 〜Icが非常に小さいので、Ｖ1若しくはＶ2の電圧と略等しい電圧である。

本発明の第２の実施形態によれば、電源供給回路と負荷回路とを結ぶ電源供給ラインが複数系統に増加した場合にも、マイコンのポート数を増やす必要がなく、第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２の異常が短絡であることを判定することができる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電子機器は、第１負荷回路１２に第１電源供給ラインＬ１を介して電源Ｖ１を供給する第１電源供給回路１１と、第２負荷回路１４に第２電源供給ラインＬ２を介して電源Ｖ２を供給する第２電源供給回路１３と、第１電源供給ラインＬ１に一端が接続された第１抵抗Ｒ１と、第２電源供給ラインＬ２に一端が接続された第２抵抗Ｒ２と、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２の他端に接続された第３抵抗Ｒ３と、第３抵抗Ｒ３を介して監視用の電圧が入力される監視回路（マイコン）１５とを備え、監視回路１５は、電圧に基づいて、第１電源供給ラインＬ１及び第２電源供給ラインＬ２の異常を判定する。これにより、電源供給回路と負荷回路とを結ぶ電源供給ラインが複数系統に増加した場合にも、マイコンのポート数を増やす必要がなくなる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１１第１電源供給回路
１２第１負荷回路
１３第２電源供給回路
１４第２負荷回路
Ｌ１第１電源供給ライン
Ｌ２第２電源供給ライン
Ｒ１〜Ｒ４第１抵抗〜第４抵抗

Claims

第１負荷回路に第１電源供給ラインを介して電源を供給する第１電源供給回路と、
第２負荷回路に第２電源供給ラインを介して電源を供給する第２電源供給回路と、
前記第１電源供給ラインに一端が接続された第１抵抗と、
前記第２電源供給ラインに一端が接続された第２抵抗と、
前記第１抵抗及び前記第２抵抗の他端に接続された第３抵抗と、
前記第３抵抗を介して監視用の電圧が入力される監視回路とを備え、
前記監視回路は、前記電圧に基づいて、前記第１電源供給ライン及び前記第２電源供給ラインの異常を判定する電子機器。
請求項１に記載の電子機器において、
前記第１抵抗は、第１負荷回路の内部抵抗に対して十分大きな値の抵抗値を有し、前記第２抵抗は、第２負荷回路の内部抵抗に対して十分大きな値の抵抗値を有する電子機器。
請求項１または２に記載の電子機器において、
前記第３抵抗と前記監視回路との接続ラインに一端が接続され、他端が接地された第４抵抗を備え、
前記第１抵抗の抵抗値と前記第２抵抗の抵抗値の比は、２倍程度であり、前記第４抵抗の抵抗値は、前記第１抵抗と前記第２抵抗と前記第３抵抗の合成抵抗値の４倍程度である電子機器。
請求項１または２に記載の電子機器において、
前記監視回路は、前記電圧に基づいて、前記第１電源供給ライン及び前記第２電源供給ラインの異常が短絡であることを判定する電子機器。