KR20120095807A

KR20120095807A - 글로 플러그의 통전제어장치

Info

Publication number: KR20120095807A
Application number: KR1020120017071A
Authority: KR
Inventors: 가즈나리 고쿠보; 다카유키 사쿠라이; 마시요시 마츠이
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-08-29
Also published as: JP2012172568A; EP2489871A2; JP5667468B2; KR101562425B1

Abstract

(과제) 통전용 FET의 온고장시에 통전용 FET에 대한 통전을 차단하는 기능을 안정적으로 동작시킬 수 있는 글로 플러그의 통전제어장치를 제공한다.
(해결 수단) GCU(31)는 통전용 FET(51)와 역접 보호용 FET(41)를 구비하고, 역접 보호용 FET(41)에는 상기 통전용 FET에 설치되는 기생 다이오드에 대하여 역방향으로, 전원장치(VA)로부터 글로 플러그(1)로 통전 가능한 기생 다이오드(411)가 설치된다. GCU(31)는 역접 보호용 FET(41)의 온/오프를 전환 가능한 전환부(71)와, 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 따른 역접 보호용 FET(41)의 발열에 의하여 전원장치(VA)와 통전용 FET(51) 사이의 전기적 접속을 절단하는 퓨즈(81)를 구비한다. 통전용 FET(51)의 온고장이 검지되었을 때, 역접 보호용 FET(41)를 오프하고 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 의하여, 역접 보호용 FET(41)를 발열시킨다.

Description

글로 플러그의 통전제어장치{GLOW PLUG ENERGIZATION CONTROL UNIT}

본 발명은 디젤엔진의 예열 등에 사용하는 글로 플러그의 통전(通電)제어장치에 관한 것이다.

디젤엔진 등의 내연기관의 예열 등에는 발열히터를 가지는 글로 플러그가 일반적으로 사용되며, 글로 플러그는 전원장치(배터리)로부터 공급되는 전력에 의하여 발열한다.

종래, 글로 플러그의 발열을 제어하는 통전제어장치로서, 전원장치로부터 글로 플러그에 대한 통전의 가부(可否)를 결정하는 통전신호(PWM 신호)를 출력하기 위한 통전신호 출력부와, 이 통전신호 출력부로부터 통전신호가 입력되었을 때에 온(on)되어 배터리로부터의 출력전압을 글로 플러그에 인가 가능하게 하는 통전용 전계효과 트랜지스터(이하, 간단히 '통전용 FET'라고 한다)를 구비한 것이 알려져 있다.

그러나, 통전용 FET에는 그 소스(source)-드레인(drain) 사이와 병렬로 기생 다이오드가 설치된다. 이 기생 다이오드는 전원장치와 글로 플러그 사이에서 전류가 흐르는 방향과 역방향이기 때문에, 전원장치가 정(正) 극성으로 접속된 경우에는 기생 다이오드에 전류가 흐르지 않는다. 그러나, 전원장치를 역(逆) 극성으로 접속된 경우, 기생 다이오드는 전원장치와 글로 플러그 사이에서 역전류가 흐르는 방향과 순방향이 되기 때문에 글로 플러그가 연속 통전될 우려가 있다. 그 결과, 글로 플러그가 과열되어 고장날 우려가 있다.

이때, 전원장치가 역 극성으로 접속된 경우에 있어서의 글로 플러그에 대한 통전을 방지할 수 있도록, 전원장치(VA)와 통전용 FET의 사이에 통전용 FET와는 소스, 드레인의 방향이 역방향이 되도록 역접(逆接) 보호용 전계효과 트랜지스터(이하, 간단히 '역접 보호용 FET'라고 한다)를 직렬적으로 설치하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조). 해당 기술에 의하면, 역접 보호용 FET에 설치되는 기생 다이오드가 통전용 FET의 기생 다이오드와 역방향이다. 따라서, 전원장치가 역(逆) 접속된 경우이더라도 역접 보호용 FET의 기생 다이오드가 역방향이므로 글로 플러그로 통전되는 것을 회피할 수 있다.

그러나, 상기 기술에서는, 글로 플러그와 전원장치 사이의 합선 등에 의하여 통전용 FET가 온상태인 채로 고장{온(on)고장}나게 되면, 온상태의 통전용 FET와 역접 보호용 FET의 기생 다이오드를 통하여 대전류가 계속해서 흐르게 되고, 나아가서는 통전용 FET가 과열되어 최악의 경우에는 통전제어장치가 발화할 위험성이 있다. 따라서, 통전용 FET가 온고장난 경우에, 그 통전용 FET의 발열에 의하여 통전경로를 절단함으로써, 통전용 FET에 대한 통전을 차단하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2등 참조). 해당 기술에 대하여 상세히 설명하면, 통전경로의 일부를 구성하는 도통(導通)부재가 솔더에 의하여 고정된 후에, 스프링부재에 의하여 탄성지지되어 있으며, 통전용 FET의 발열에 의하여 솔더가 용융되었을 때에 스프링부재의 탄지력에 의하여 상기 도통부재가 튕겨 올라가서 통전경로가 절단된다.

특허문헌 1 : WO2008/108330 특허문헌 2 : DE102005040308B4

그러나, 통전용 FET에 온고장이 발생했다고 하여도 그 고장상태는 여러 가지로 다르다. 구체적으로는, 통전용 FET가 온고장에 의하여 내부에서 도통상태가 되었을 때, 그 내부저항값은 고장난 FET마다 다르며, 큰 저항성분을 가지고 도통상태(온고장)가 되거나 반대로 작은 저항성분을 가지고 도통상태가 되기도 한다. 따라서, 고장상태에 의하여 통전용 FET의 발열형태에 편차(내부저항이 달라서 온고장)이 발생하고, 나아가서는 통전용 FET에 온고장이 발생한 뒤 통전이 차단되는 때까지(도통부재가 튕겨 올라갈 때까지)의 시간에 편차가 발생할 우려가 있다. 즉, 상기 특허문헌 2에 기재된 기술에서는 통전을 차단하는 기능을 안정적으로 동작시킬 수 없을 우려가 있다(통전차단기능의 동작을 예측할 수 없다).

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 통전용 FET의 온고장시에 통전용 FET에 대한 통전을 차단하는 기능을 안정적으로 동작시킬 수 있는 글로 플러그의 통전제어장치를 제공하는 것에 있다.

이하, 상기 목적을 해결하는데 적합한 각 구성에 대하여 항목을 나눠서 설명한다. 또한 필요에 따라 대응되는 구성에 특유의 작용효과를 부기한다.

구성 1. 본 구성의 글로 플러그의 통전제어장치는, 글로 플러그에 전력을 공급하기 위한 전원장치와 상기 글로 플러그의 사이에 배치되는 통전용 FET와,

상기 전원장치와 상기 통전용 FET의 사이에 직렬접속된 역접(逆接) 보호용 FET를 구비하고,

상기 통전용 FET의 게이트에 입력되는 통전신호에 의거하여 상기 글로 플러그에 대한 통전/비통전이 전환되는 글로 플러그의 통전제어장치로서,

상기 역접 보호용 FET에는, 상기 통전용 FET에 설치되는 기생 다이오드에 대하여 역방향으로, 상기 전원장치로부터 상기 글로 플러그로 통전 가능한 기생 다이오드가 설치됨과 아울러,

상기 통전용 FET가 온(on)상태로 고장난 것을 검지하는 고장검지부와,

상기 역접 보호용 FET의 온(on)/오프(off)를 전환 가능한 전환부와,

상기 전원장치와 상기 통전용 FET 사이의 통전경로에 개재되어, 상기 역접 보호용 FET의 기생 다이오드에 전류를 흘리는 것에 따른 상기 역접 보호용 FET의 발열에 의하여, 상기 전원장치와 상기 통전용 FET 사이의 전기적 접속을 절단하는 보호부를 구비하고,

상기 고장검지부에 의하여 상기 통전용 FET의 고장이 검지되었을 때에, 상기 전환부에 의하여 상기 역접 보호용 FET를 온에서 오프로 전환하고, 상기 역접 보호용 FET의 기생 다이오드에 전류를 흘림으로써, 상기 역접 보호용 FET를 발열시키는 것을 특징으로 한다.

상기 구성 1에 의하면, 역접 보호용 FET가 설치되기 때문에 전원장치가 역(逆)접속된 경우에 있어서의 글로 플러그에 대한 연속통전을 방지할 수 있다.

또한, 상기 구성 1에 의하면, 고장검지부에 의하여 통전용 FET의 온(on)고장이 검지되었을 때에는, 역접 보호용 FET를 오프하고 역접 보호용 FET의 기생 다이오드에 전류를 흘림으로써 역접 보호용 FET를 발열시킨다. 그리고, 이 역접 보호용 FET의 발열에 의하여, 보호부에 있어서 전원장치와 통전용 FET 사이의 전기적 접속이 절단되어 통전용 FET에 대한 통전이 차단된다. 즉, 상기 구성 1에 의하면, 고장상태에 의하여 발열상태에 편차가 발생할 수 있는 통전용 FET가 아닌, 발열상태에 편차가 작은 기생 다이오드에 전류를 흘리는 것에 따른 역접 보호용 FET의 발열에 의하여, 통전용 FET에 대한 통전이 차단된다. 이때, 기생 다이오드에 있어서의 전압 강하는 typ.값이며 예를 들면 0.8V 정도로 안정되어 있고, 이것에 의하여 발열하는 역접 보호용 FET의 발열온도도 예측할 수 있게 된다. 따라서, 통전용 FET에 대한 통전을 차단하는 기능을 안정적으로(설계, 제조시의 상정대로) 동작시킬 수 있다. 그 결과, 온고장의 발생으로부터 통전을 차단할 때까지의 시간의 조절 등, 통전차단기능에 관한 세밀한 설정을 행하는 것이 가능하게 되며, 통전제어장치의 발화 등의 최악의 사태를 회피할 수 있다.

또한, 통전용 FET에 대한 통전을 차단하는 보호부로서는 예를 들면, 후술하는 구성 2, 구성 3을 채용할 수 있다.

구성 2. 본 구성의 글로 플러그의 통전제어장치는, 상기 구성 1에 있어서,

상기 보호부는, 상기 전원장치와 상기 통전용 FET의 사이에 직렬접속되어, 상기 역접 보호용 FET의 기생 다이오드에 전류를 흘리는 것에 따른 상기 역접 보호용 FET의 발열에 의하여, 용단(溶斷)되는 퓨즈인 것을 특징으로 한다.

상기 구성 2에 의하면, 통전용 FET에 대한 통전을 차단하는 기능을 용이하게 실현할 수 있으며, 또한, 장치의 소형화나 제조원가의 저감을 도모할 수 있게 된다.

또한, 역접 보호용 FET의 열을 퓨즈에 대하여 효율적으로 전도 가능하게 할 수 있도록, 역접 보호용 FET에 퓨즈를 직접 접촉시키거나, 역접 보호용 FET와 퓨즈를 고열 전도성의 부재를 통하여 간접적으로 접촉시켜도 좋다. 또한, 상기 고열 전도성의 부재는 역접 보호용 FET의 발열을 고려하여 어느 정도의 내열성을 가지는 것이 바람직하다.

구성 3. 본 구성의 글로 플러그의 통전제어장치는, 상기 구성 1에 있어서,

상기 보호부는,

상기 역접 보호용 FET의 기생 다이오드에 전류를 흘리는 것에 따른 상기 역접 보호용 FET의 발열로 용융 가능한 솔더에 의하여, 상기 전원장치와 상기 통전용 FET의 사이에 직렬접속된 도전성의 도통부와,

상기 전원장치와 상기 통전용 FET 사이의 통전경로로부터 이간하는 측을 향하여, 상기 도통부에 탄성지지되는 탄지부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성 3에 의하면 상기 구성 1과 같은 작용효과가 발휘된다. 또한, 통전용 FET에 대한 통전을 차단하는 기능을 용이하게 실현할 수 있다.

도 1(a)은 글로 플러그의 구성을 나타내는 일부 파단 정면도이며, 도 1(b)는 글로 플러그 선단부의 구성을 나타내는 부분 확대 단면도
도 2는 글로제어장치(GCU) 등의 개략구성을 나타내는 블록도
도 3은 퓨즈의 배치위치를 설명하기 위한 도면으로서, 도 3(a)은 GCU를 구성하는 기판의 평면 모식도이며, 도 3(b)는 기판 등의 단면 모식도
도 4는 제 2 실시형태에 있어서의 GCU 등의 개략구성을 나타내는 블록도
도 5는 보호부를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5(a)는 GCU를 구성하는 기판의 평면 모식도이며, 도 5(b)는 기판의 저면 모식도이며, 도 5(c)는 기판 등의 단면 모식도
도 6은 별의 실시형태에 있어서의 퓨즈의 배치위치를 설명하기 위한 기판 등의 단면 모식도
도 7은 별의 실시형태에 있어서의 GCU 등의 개략구성을 나타내는 블록도

이하, 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

[제 1 실시형태]

통전(通電)제어장치로서의 글로제어장치(31)(이하, 간단히 'GCU'라 한다)는, 글로 플러그(1)의 통전을 제어함으로써, 자동차 디젤엔진(EN)(이하, 「엔진」이라 함)의 시동보조 및 구동 안정성의 향상 등을 위하여 이용되는 것이다.

우선, GCU(31)의 설명에 앞서, GCU(31)에 의하여 제어되는 글로 플러그(1)의 개략적인 구성을 설명한다. 도 1(a)는 글로 플러그(1)의 일부 파단 정면도이며, 도 1(b)는 글로 플러그(1) 선단부의 부분 확대 단면도이다. 또한, 도 1(a), 도 1(b)에서는 도면의 하측을 글로 플러그(1)의 선단측, 상측을 후단측으로 하여 설명한다.

도 1(a)에 나타낸 바와 같이 글로 플러그(1)는 하우징(2), 중축(3), 세라믹히터(4), 금속파이프(5), 단자핀(6) 등을 구비하고 있다.

하우징(2)은 소정의 금속재료(예를 들면, S45C 등의 철계 소재)에 의하여 형성됨과 아울러, 축선(CL1)방향을 따라 연장되는 축 구멍(7)을 가지고 있다. 또한 하우징(2)의 외주에는 엔진(EN)에 대한 부착용 나사부(8)와, 토크렌치 등의 공구를 걸어맞추기 위한 단면 육각형의 공구 걸어맞춤부(9)가 형성되어 있다.

또, 하우징(2)의 축 구멍(7)에는 금속제이며 둥근 봉형상을 이루는 상기 중축(3)이 수용되어 있다. 또한 이 중축(3)의 선단부는 금속재료(예를 들면, SUS 등의 철계 소재)에 의하여 형성된 원통형 접속부재(10)의 후단부에 압입됨과 아울러, 접속부재(10)의 선단부에는 세라믹히터(4)의 후단부가 압입되어 있다. 이것에 의하여 중축(3)과 세라믹히터(4)는 접속부재(10)를 통하여 기계적이면서 전기적으로 접속되어 있다.

또한 중축(3)의 후단부에는 통전용 케이블을 접속하기 위한 금속제의 단자핀(6)이 코킹 고정되어 있다.

아울러서, 상기 금속파이프(5)는 소정의 금속재료에 의하여 통형상으로 형성되어 있으며 하우징(2)의 선단부에 접합되어 있다. 금속파이프(5)는 세라믹히터(4)의 축선(CL1)방향을 따르는 중간 부분을 유지하고 있으며, 세라믹히터(4)의 선단부는 금속파이프(5)의 선단에서 노출된 상태로 되어 있다.

부가하여, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 세라믹히터(4)는 축선(CL1) 방향으로 연장되는 둥근 봉형상의 기체(基體, 21)와, 그 내부에 매설되며 가늘고 긴 U자형을 이루는 발열소자(22)를 구비하고 있다. 기체(21)는 절연성 세라믹(예를 들면, 질화규소나 알루미나 등)에 의하여 구성되며, 한편, 발열소자(22)는 세라믹 재료를 주성분으로 하되 도전성 재료(예를 들면, 몰리브덴이나 텅스텐의 규화물, 질화물 혹은 탄화물 등)를 함유하는 도전성 세라믹에 의하여 구성되어 있다.

또한, 발열소자(22)는 세라믹히터(4)의 선단부에 배치되는 발열부(23)와, 이 발열부(23)에서 후단측으로 연장되는 1쌍의 봉형상의 리드부(24,25)를 구비하고 있다. 그리고, 일방의 리드부(24)의 후단 부근의 위치에는, 세라믹히터(4)의 외주면으로 노출되도록 전극 인출부(26)가 외주방향으로 돌출 형성되어 있으며, 전극 인출부(26)는 접속부재(10)의 내주면에 접촉되어 있다. 또, 타방의 리드부(25)의 후단 부근의 위치에도, 세라믹히터(4)의 외주면으로 노출되도록 전극 인출부(27)가 외주방향으로 돌출 형성되어 있으며, 전극 인출부(27)는 금속파이프(5)의 내주면에 대하여 접촉되어 있다.

이어서, 본 발명의 특징인 GCU(31)에 대하여 설명한다.

도 2는, 글로 플러그(1)에 대한 통전제어를 수행하는 GCU(31) 등의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 2에서는 글로 플러그(1)를 1개만 나타내고 있지만, 실제로는 엔진(EN)의 각각의 실린더에 글로 플러그(1)가 설치되어 있고, 소정의 전압(예를 들면, 12V)을 출력하는 전원장치(VA)로부터 각 글로 플러그(1)에 대하여 분기점(DP)를 통하여 전력이 공급된다. 또, 각 글로 플러그(1)에 대응하여 후술하는 통전용 전계효과 트랜지스터(51)(이하, 간단히 '통전용 FET'라고 한다)가 각각 설치되어 있다.

GCU(31)는 전원장치(VA)로부터 공급되는 전력에 의하여 동작하는 것이며, 자동차의 전자제어장치(91)(이하, 간단히 'ECU'라고 한다)와 소정의 통신수단(예를 들면, CAN 등)을 통하여 접속되어 있다. 또, GCU(31)는 역접(逆接) 보호용 전계효과 트랜지스터(41)(이하, 간단히 '역접 보호용 FET'라고 한다)와, 통전용 FET(51)와, 제어부(61)(본 실시형태에서는 ASIC)와, 전환부(71)와, 보호부로서의 퓨즈(81)를 구비하고 있다.

역접 보호용 FET(41)는 전원장치(VA)가 역(逆) 극성으로 접속되었을 때에 있어서의 통전용 FET(51)의 과열 고장을 방지하기 위한 것이다. 역접 보호용 FET(41)는 전원장치(VA)와 글로 플러그(1)의 사이를 전기적으로 접속하는 통전경로에 개재되어 있으며, 구체적으로는 그 드레인(drain)이 통전용 FET(51)에 접속되고, 그 소스(source)가 전원장치(VA)에 접속되어 있다. 즉, 역접 보호용 FET(41)는, 그 소스, 드레인이 통전용 FET(51)의 소스, 드레인과 역방향이 되도록 배치되어 있다. 또, 본 실시형태에 있어서, 역접 보호용 FET(41)는 N채널 MOSFET에 의하여 구성되어 있으며, 전원장치(VA)로부터 각 글로 플러그(1)로 공급되는 전력의 분기점(DP)과 전원장치(VA)의 사이에 1개만 설치되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 역접 보호용 FET(41)는 온(on) 저항이 매우 작은 것(예를 들면, 수 mΩ)이다.

부가하여, 역접 보호용 FET(41)에는, 이 역접 보호용 FET(41)의 소스-드레인 사이와 병렬로 기생 다이오드(411)가 설치되어 있으며, 기생 다이오드(411)는 전원장치(VA)로부터 글로 플러그(1)로 전류가 흐르는 방향과 순방향으로 되어 있다. 단, 기생 다이오드(411)에 전류가 흐를 때의 전압 강하는, 역접 보호용 FET(41)의 온 저항에 전류가 흐를 때의 전압 강하보다 매우 크다. 따라서, 전원장치(VA)로부터 글로 플러그(1)로 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서, 역접 보호용 FET(41)가 오프(off)되지 않는 한, 기생 다이오드(411)에는 전류가 거의 흐르지 않게 되어 있다.

통전용 FET(51)는 각 글로 플러그(1)에 대하여 각각 설치되어 있으며, 드레인이 역접 보호용 FET(41)의 드레인에 접속되고 소스가 글로 플러그(1)에 접속되어 있다. 본 실시형태에서는 통전용 FET(51)로서 N채널 MOSFET가 사용되고 있으며, 통전용 FET(51)는 그 온 저항이 매우 작은(예를 들면, 수 mΩ) 것으로 되어 있다.

또, 통전용 FET(51)에는, 이 통전용 FET(51)의 소스-드레인 사이와 병렬로 기생 다이오드(511)가 설치되어 있으며, 이 기생 다이오드(511)는 전원장치(VA)로부터 글로 플러그(1)로 전류가 흐르는 방향과 역방향으로 되어 있다.

제어부(61)는 전원장치(VA)로부터 글로 플러그(1)에 대한 통전을 제어하는 것이며, 통전용 FET(51)의 게이트에 대하여 글로 플러그(1)에 대한 통전/비통전을 전환하기 위한 신호를 출력하는 통전신호 출력부(62)와, 전압의 승압기능을 구비하는 차지펌프회로(CP회로, 63)와, 고장검지부(64)를 구비한 ASIC이다. 또한, 이 제어부(61)에는 GCU(31) 내에서 동작용 전력이 전원장치(VA)로부터 공급되어 있다.

통전신호 출력부(62)는 ECU(91)에 의하여 제어되고 있으며, 전원장치(VA)로부터 글로 플러그(1)로 통전하는 타이밍을 나타내는 직사각형의 통전신호(PWM 신호)를 통전용 FET(51)의 게이트에 대하여 입력한다. 구체적으로는 전원장치(VA)로부터 글로 플러그(1)로 통전시키는 경우, High신호를 통전용 FET(51)에 대하여 출력한다. 한편, 전원장치(VA)로부터 글로 플러그(1)에 대한 통전을 정지시키는 경우에는 Low신호를 통전용 FET(51)에 출력한다. 또한, 통전신호 출력부(62)는 차지펌프회로(63)와 접속되어 있으며, 통전신호 출력부(62)로부터 출력되는 통전신호는 차지펌프회로(63)에 의하여 승압된 것으로 되어 있다.

차지펌프회로(63)는 소정의 트랜지스터(651)나 다이오드(652,653) 등을 가지는 드라이브회로(65)를 통하여 역접 보호용 FET(41)의 게이트에 접속되어 있으며, 소정의 고전압{예를 들면, (전원장치(VA)의 출력전압)＋10V}을 역접 보호용 FET(41)의 게이트에 출력한다. 또한, 차지펌프회로(63)는 엔진 키(도시생략)가 온(on)되어 있을 때에 동작하며, 엔진 키가 온일 때에는, 고장검지부(64)에 의하여 통전용 FET(51)의 고장이 검지되었을 경우를 제외하고, 차지펌프회로(63) 및 드라이브회로(65)에 의하여 역접 보호용 FET(41)가 온(on)된다. 한편, 엔진 키가 오프상태일 때에는 차지펌프회로(63)로부터의 출력은 오프(off)되어 있으며, 그 결과, 역접 보호용 FET(41)는 오프(off)되어 있다. 이와 같이, 차지펌프회로(63){제어부(61)}는 엔진 키의 온과 연동하여 기동하므로, 전원장치(VA)가 역 극성으로 접속되었을 때에는, 엔진 키가 오프상태일 때와 마찬가지로 역접 보호용 FET(41)가 오프된다. 따라서, 전원장치(VA)가 역 극성으로 접속되었을 때, 역전류가 흐르는 방향에 대하여 통전용 FET(51)의 기생 다이오드(511)는 순방향으로 되어 있지만, 역접 보호용 FET(41)가 오프이고, 또한, 그 기생 다이오드(411)는 역전류가 흐르는 방향에 대하여 역방향으로 되어 있다. 그 결과, 통전용 FET(51)의 기생 다이오드(511)로 전류가 흐르는 것이 방지되고, 나아가서는 통전용 FET(51)의 과열 고장이 방지되게 되어 있다.

고장검지부(64)는 제어부(61)에 입력되는 각 통전용 FET(51)의 양단 전압에 의거하여, 통전용 FET(51)가 온상태에서 고장나 있는지의 여부를 판정하고, 그 판정결과를 ECU(91)에 대하여 출력한다. 구체적으로, 고장검지부(64)는 통전용 FET(51)가 오프되는 타이밍일 때에, 통전용 FET(51)의 양단 전압이 비교적 클 때(즉, 오프 타이밍임에도 불구하고 통전되어 있을 때)에는, 통전용 FET(51)가 온상태인 채로 고장나 있는 것{온(on)고장}으로 판정하여 고장신호를 ECU(91)에 보낸다. 또한, ECU(91)는 통상시에는 제어부(61)에 대하여 통전허가신호를 출력하고 있지만, 고장신호를 수신했을 때에는 통전허가신호의 출력을 정지한다.

전환부(71)는 스위칭부(72)와 신호검출부(73)를 구비하고 있다.

스위칭부(72)는 트랜지스터 등을 구비하고 있고, 역접 보호용 FET(41)와 차지펌프회로(63)의 사이에 개재되어 있다. 스위칭부(72)에 의하여 차지펌프회로(63)로부터 역접 보호용 FET(41)에 대한 게이트 전압의 온(on)/오프(off)가 전환 가능하게 되어 있다.

신호검출부(73)에서는 ECU(91)로부터 통전허가신호가 출력되어 있는지의 여부를 검출하여 검출결과신호를 스위칭부(72)에 출력한다. 구체적으로는, ECU(91)로부터 통전허가신호가 출력되어 있을 때(통상시)에는 신호검출부(73)가 검출결과신호로서 스위칭부(72)를 온으로 하는 신호를 출력한다. 즉, 통전용 FET(51)가 정상일 때에는 역접 보호용 FET(41)와 차지펌프회로(63)의 사이가 전기적으로 접속되어 역접 보호용 FET(41)가 온된다.

한편, ECU(91)로부터 통전허가신호가 출력되어 있지 않을 때(고장시)에는 신호검출부(73)가 검출결과신호로서 스위칭부(72)를 오프하는 신호를 출력한다. 즉, 통전용 FET(51)에 온고장이 발생하여 있을 때에는 역접 보호용 FET(41)와 차지펌프회로(63)의 전기적 접속이 절단되어 역접 보호용 FET(41)가 오프된다. 그 결과, 역접 보호용 FET(41)의 기생 다이오드(411)에 대하여 전류가 흐르게 된다. 또한, 엔진 키가 온일 때에 글로 플러그(1)로 통전하지 않는 경우에도 ECU(91)로부터의 통전허가신호는 정지되지만, 이 경우, 통전용 FET(51)가 정상적이면 통전용 FET(51)는 오프되어 있다. 따라서, 전원장치(VA)와 글로 플러그(1)의 사이에서 전류가 흐르지 않아 역접 보호용 FET(41)가 발열하는 일이 없다.

퓨즈(81)는 전원장치(VA)와 역접 보호용 FET(41)의 사이에 직렬접속되어 있으며, 도 3(a), 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 역접 보호용 FET(41)나 통전용 FET(51)가 배치된 기판(CB)에 고정되어 있다{또한, 제어부(61)이나 전환부(71), 하니스 등은 기판(CB) 상에 설치되어 있지만, 도 3(a), 도 3(b)에서는 편의상 이것들에 대한 도시를 생략하고 있다}. 또한, 본 실시형태에 있어서, 퓨즈(81)는 역접 보호용 FET(41) 상에 배치되어 있고, 내열성 및 열전도성의 쌍방이 뛰어난 접착제(AD)를 통하여 역접 보호용 FET(41)에 접촉되어 있다. 이것에 의하여, 역접 보호용 FET(41)의 열이 퓨즈(81)에 대하여 효율적으로 전도되도록 되어 있다. 또한, 퓨즈(81)는 통상의 사용시에 있어서의 역접 보호용 FET(41)나 통전용 FET(51)의 발열(예를 들면, 최고 175℃정도가 된다)에 의해서는 용단(溶斷)되지 않는 한편, 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 의하여 역접 보호용 FET(41)를 발열시켰을 때에는 그 발열(예를 들면, 300℃정도가 된다)에 의하여 용단되도록, 그 용단설정온도가 소정의 온도(예를 들면, 200℃~250℃)로 설정되어 있다.

이어서, 상기한 GCU(31)의 동작에 대하여 설명한다.

우선, 통전용 FET(51)가 정상적일 때에는 스위칭부(72)가 온되어 있으며, 역접 보호용 FET(41)도 온되어 있다.

이 상태에서 통전용 FET(51)에 온고장이 발생하면 고장검지부(64)에 의하여 통전용 FET(51)의 온고장이 검지되어 ECU(91)에 고장신호가 출력된다. 고장신호를 수신한 ECU(91)는 통전허가신호의 출력을 정지하고, 그 결과, 스위칭부(72), 나아가서는 역접 보호용 FET(41)가 오프된다. 역접 보호용 FET(41)가 오프되는 것에 의하여, 역접 보호용 FET(41)의 기생 다이오드(411)에 전류가 흐르게 되고 역접 보호용 FET(41)가 발열된다. 그리고, 역접 보호용 FET(41)가 퓨즈(81)의 용단설정온도를 상회하는 고온으로 가열되면, 역접 보호용 FET(41) 상에 배치된 퓨즈(81)가 용단된다. 그 결과, 전원장치(VA)와 통전용 FET(51) 사이의 전기적 접속이 절단되고 통전용 FET(51)에 대한 통전이 정지된다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 역접 보호용 FET(41)가 설치되어 있기 때문에, 전원장치(VA)가 역접속된 경우에 있어서의 글로 플러그(1)의 연속통전을 방지할 수 있다.

또, 고장검지부(64)에 의하여 통전용 FET(51)의 온고장이 검지되었을 때에는 역접 보호용 FET(41)를 오프하는 것에 의하여, 기생 다이오드(411)에 전류를 흘려서 역접 보호용 FET(41)를 발열시키고, 이 역접 보호용 FET(41)의 발열에 의하여 퓨즈(81)를 용단하고, 나아가서는 통전용 FET(51)에 대한 통전을 차단한다. 즉, 고장상태에 의하여 발열상태에 편차가 발생할 수 있는 통전용 FET(51)가 아닌, 발열상태에 편차가 작은 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 의한 역접 보호용 FET(41)의 발열에 기인하여, 통전용 FET(51)에 대한 통전이 차단된다. 따라서, 통전용 FET(51)에 대한 통전을 차단하는 기능을 안정적으로(설계/제조시의 상정대로) 동작시킬 수 있다. 그 결과, 온고장의 발생으로부터 통전을 차단할 때까지의 시간의 조절 등, 통전차단기능에 관한 세밀한 설정을 행하는 것이 가능해져서 GCU(31)의 발화 등의 최악의 사태를 회피할 수 있다.

부가하여, 본 실시형태에 있어서, 퓨즈(81)는 열전도성이 뛰어난 접착제(AD)를 통하여 역접 보호용 FET(41)에 접촉되어 있기 때문에, 퓨즈(81)에 대하여 역접 보호용 FET(41)의 열을 효율적으로 전도할 수 있다. 따라서, 통전용 FET(51)에 온고장이 발생했을 때에 퓨즈(81)를 신속하게 용단시킬 수 있고, 나아가서는 통전용 FET(51)에 대한 통전을 신속하게 차단할 수 있다.

그러나, 발열 코일을 가지는 메탈 글로 플러그에 있어서는, 통전용 FET의 온고장에 수반하는 연속통전에 의하여 발열 코일이 비교적 빨리 단선되고, 온고장의 발생으로부터 비교적 조기에 통전용 FET에 대한 통전이 차단되는 일이 있다. 이것에 대하여, 본 실시형태와 같은 세라믹히터(4)를 가지는 세라믹 글로 플러그에 있어서는, 글로 플러그(1)의 단선 등이 발생하기 어려워져서 통전용 FET(51)에 대하여 장기간에 걸쳐서 전류가 흐르기 쉽다{즉, 통전용 FET(51)가 과열되기 쉽다}. 따라서, 온고장의 발생시에 통전용 FET(51)에 대한 통전을 신속하게 차단 가능한 상기 GCU(31)는, 통전용 FET(51)에 대한 장기간의 통전이 염려되는 세라믹 글로 플러그의 통전제어에 이용하는 경우에 특히 유효하다.

[제 2 실시형태]

이어서, 제 2 실시형태에 대하여 상기 제 1 실시형태와의 차이점을 중심으로 설명한다. 상기 제 1 실시형태에서는 보호부로서 퓨즈(81)가 사용되고 있지만, 본 제 2 실시형태에서는 보호부(101)로서 도 4 및 도 5(a) ~ 도 5(c){또한, 도 5(a) ~ 도 5(c)에서는 도 3과 같이 도시의 편의상, 제어부(61) 등의 도시를 생략하고 있다}에 나타낸 바와 같이, 도통부(102, 導通部)와 탄지부(103)를 구비하여 이루어지는 기구가 사용되고 있다.

도통부(102)는 내열성이 뛰어난 도전성의 금속판(예를 들면, 구리판 등)에 의하여 형성되어 있다. 또, 도통부(102)는 기판(CB) 상에 배치된 소정의 솔더(104)에 의하여 기판(CB)의 배면에 고정됨으로써, 전원장치(VA)와 역접 보호용 FET(41) 사이의 통전경로에 개재되어 있다. 또한, 솔더(104)는 통상의 사용시에 있어서의 역접 보호용 FET(41)나 통전용 FET(51)의 발열에 의해서는 용융되지 않는 한편, 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 의하여 역접 보호용 FET(41)를 발열시켰을 때에는 그 발열에 의하여 용융되도록 구성재료나 배치위치, 용적 등이 설정되어 있다.

탄지부(103)는 소정의 스프링부재에 의하여 구성되어 있으며, 일단은 기판(CB)에 형성된 구멍부(HO)를 통과하여 도통부(102)에 접촉되어 있고, 타단은 기판(CB)이 설치되는 케이스(CA)에 고정되어 있다. 또, 탄지부(103)는 도통부(102)와 케이스(CA)의 사이에 있어서 길이방향을 따라 압축된 상태로 설치되어 있고, 전원장치(VA)와 역접 보호용 FET(41) 사이의 통전경로로부터 이간하는 측을 향하여 도통부(102)에 탄성지지되어 있다.

이와 같은 보호부(101)를 가지는 GCU(31)에 있어서, 통전용 FET(51)에 온고장이 발생하면, 상기 제 1 실시형태와 같이 역접 보호용 FET(41)가 오프되고 기생 다이오드(411)에 전류가 흐른다. 이것에 의하여 역접 보호용 FET(41)가 고온이 되기 때문에, 솔더(104)가 용융되어 도통부(102)가 기판(CB)에 대하여 비(非)고정상태가 되고, 탄지부(103)에서의 탄지력에 의하여 도통부(102)가 기판(CB)으로부터 분리된다. 그 결과, 전원장치(VA)와 통전용 FET(51) 사이의 전기적 접속이 절단되고 통전용 FET(51)에 대한 통전이 정지된다.

이상, 본 제 2 실시형태에 의하면 상기 제 1 실시형태와 같은 작용효과가 발휘된다. 즉, 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 의한 역접 보호용 FET(41)의 발열에 기인하여 통전용 FET(51)에 대한 통전이 차단되기 때문에, 통전용 FET(51)에 대한 통전을 차단하는 기능을 안정적으로 동작시킬 수 있다.

또한, 상기 실시형태의 기재 내용으로 한정되지 않으며 예를 들면 다음과 같이 실시하여도 좋다. 물론, 이하에 있어서 예시하지 않은 다른 응용예, 변경예도 당연히 가능하다.

(a) 상기 제 1 실시형태에 있어서, 퓨즈(81)는 역접 보호용 FET(41) 상에 배치되어 있지만, 퓨즈(81)의 배치위치는 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 따른 역접 보호용 FET(41)의 발열에 의하여 용단 가능한 위치인 한, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또, 퓨즈(81)를 기판(CB)에 고정하지 않고, 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이, 케이스(CA)에 퓨즈(81)를 고정하는 것으로 하여도 좋다. 이 경우에는 퓨즈(81)에 대하여 역접 보호용 FET(41)의 열을 효율적으로 전도하기 위하여, 케이스(CA)에 기판(CB)을 부착한 상태에 있어서, 역접 보호용 FET(41) 상에 퓨즈(81)가 배치되도록 구성하여도 좋다. 또, 퓨즈(81)와 역접 보호용 FET(41)의 사이에 열전도성이 좋은 열전도 시트 등을 개재시켜도 좋다.

(b) 상기 제 2 실시형태에 있어서, 도통부(102)는 기판(CB) 상에 배치되어 있지만, 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 따른 역접 보호용 FET(41)의 발열에 의하여 도통부(102)를 고정하는 솔더(104)가 용융 가능하면, 도통부(102)의 배치위치는 특별히 한정되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들면, 케이스(CA) 중 역접 보호용 FET(41) 상에 위치하는 부위에 솔더(104)를 통하여 도통부(102)를 배치하여도 좋다. 또, 상기 제 2 실시형태에 있어서, 탄지부(103)는 기판(CB)에 형성된 구멍부(HO)를 통과하여 도통부(102)에 탄성지지되도록 구성되어 있지만, 탄지부(103)의 구성은 이것으로 한정되는 것이 아니며, 전원장치(VA)와 통전용 FET(51) 사이의 통전경로로부터 이간하는 측을 향하여 도통부(102)에 탄성지지되는 것이면 좋다. 또한 도통부(102)로서 금속판이 사용되고 있지만, 예를 들면, 도통부(102)로서 분로저항(shunt resistor)을 사용하여도 좋다.

(c) 상기 실시형태에 있어서, 퓨즈(81)나 보호부(101)는 전원장치(VA)와 역접 보호용 FET(41)의 사이에 설치되어 있지만, 퓨즈(81)나 보호부(101)를 역접 보호용 FET(41)와 분기점(DP)의 사이에 설치하는 것으로 하여도 좋다.

(d) 상기 실시형태에서는 역접 보호용 FET(41)가 1개만 설치되어 있지만, 글로 플러그(1)의 수의 증가에 대응하여 전류 용량의 증가를 도모할 수 있도록, 복수의 역접 보호용 FET(41)를 병렬로 설치하는 것으로 하여도 좋다. 이 경우에 있어서, 통전용 FET(51)에 온고장이 발생했을 때에는 역접 보호용 FET(41)가 모두 오프된다.

(e) 상기 실시형태에 있어서, 역접 보호용 FET(41)는 N채널 MOSFET에 의하여 구성되어 있지만, 역접 보호용 FET(41)를 P채널 MOSFET에 의하여 구성하는 것으로 하여도 좋다. 또, 이 경우에는 드라이브 회로를 설치하지 않아도 좋으며, 도 7에 나타낸 바와 같이, 통상시에 역접 보호용 FET(41)의 게이트가 접지되고, 통전용 FET(51)에 온고장이 발생했을 때에, 역접 보호용 FET(41)의 게이트가 전원장치(VA)와 접속되도록 스위칭부(72)를 동작시키면 좋다.

(f) 상기 실시형태에 있어서, GCU(31)는 세라믹히터(4)를 가지는 세라믹 글로 플러그의 통전을 제어하도록 구성되어 있지만, GCU(31)에 의한 제어의 대상은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각 부재의 치수나 세라믹히터의 조성등은 GCU(31)에 의하여 제어하기 쉬운 것으로 적절하게 변경 가능하다. 또, 글로 플러그도 세라믹 글로 플러그로 한정되는 것은 아니다. 따라서, GCU(31)가 발열 코일을 가지는 메탈 글로 플러그의 통전을 제어하도록 구성하여도 좋다.

(g) 상기 실시형태에서는, GCU(31)와 ECU(91)가 개별적으로 설치되어 있지만, ECU(91)가 GCU(31)의 기능을 가지도록 구성되고, ECU(91)가 가지는 GCU의 기능에 의하여 글로 플러그(1)의 통전제어를 수행하는 것으로 하여도 좋다.

(h) 상기 실시형태에서는, 제어부(61)가 ASIC에 의하여 구성되어 있지만, 제어부(61)를 마이크로 컴퓨터(마이크로컴퓨터)에 의하여 구성하는 것으로 하여도 좋다. 또, 이 경우에는 통전용 FET(51)의 온고장을 검지했을 때에, ECU(91)나 신호검출부(73)를 통하는 일 없이, 제어부(61)에 의하여 스위칭부(72)의 온/오프를 직접 전환하는 것에 의하여, 역접 보호용 FET(41)의 온/오프를 전환하여도 좋다. 또한, 일반적으로 마이크로컴퓨터에는 차지펌프회로가 내장되어 있지 않다. 따라서, 역접 보호용 FET(41)나 통전용 FET(51)에 구동용 차지펌프회로가 필요없는 P채널 FET를 사용하여도 좋다. 또, 차지펌프회로를 별도로 설치하고, 역접 보호용 FET(41)나 통전용 FET(51)로 N채널 FET를 사용하여도 좋다.

1 - 글로 플러그 31 - GCU(통전제어장치)
41 - 역접(逆接) 보호용 FET 411 - 기생 다이오드
51 - 통전용(通電用) FET 64 - 고장검지부
71 - 전환부 81 - 퓨즈(보호부)
101 - 보호부 102 - 도통부(導通部)
103 - 탄지부 104 - 솔더
VA - 전원장치

Claims

글로 플러그에 전력을 공급하기 위한 전원장치(VA)와 상기 글로 플러그(1)의 사이에 배치되는 통전용(通電用) FET(51)와,
상기 전원장치(VA)와 상기 통전용 FET(51)의 사이에 직렬접속된 역접(逆接) 보호용 FET(41)를 구비하고,
상기 통전용 FET(51)의 게이트에 입력되는 통전신호에 의거하여 상기 글로 플러그(1)에 대한 통전/비통전이 전환되는 글로 플러그의 통전제어장치(31)로서,
상기 역접 보호용 FET(41)에는, 상기 통전용 FET(51)에 설치되는 기생 다이오드(511)에 대하여 역방향으로, 상기 전원장치(VA)로부터 상기 글로 플러그(1)로 통전 가능한 기생 다이오드(411)가 설치됨과 아울러,
상기 통전용 FET(51)가 온(on)상태로 고장난 것을 검지하는 고장검지부(64)와,
상기 역접 보호용 FET(41)의 온(on)/오프(off)를 전환 가능한 전환부(71)와,
상기 전원장치(VA)와 상기 통전용 FET(51) 사이의 통전경로에 개재되어, 상기 역접 보호용 FET(41)의 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 따른 상기 역접 보호용 FET(41)의 발열에 의하여, 상기 전원장치(VA)와 상기 통전용 FET(51) 사이의 전기적 접속을 절단하는 보호부(81,101)를 구비하고,
상기 고장검지부(64)에 의하여 상기 통전용 FET(51)의 고장이 검지되었을 때에, 상기 전환부(71)에 의하여 상기 역접 보호용 FET(41)를 온에서 오프로 전환하고, 상기 역접 보호용 FET(41)의 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 의하여, 상기 역접 보호용 FET(41)를 발열시키는 것을 특징으로 하는 글로 플러그의 통전제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 보호부(81)는, 상기 전원장치(VA)와 상기 통전용 FET(51)의 사이에 직렬접속되어, 상기 역접 보호용 FET(41)의 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 따른 상기 역접 보호용 FET(41)의 발열에 의하여, 용단(溶斷)되는 퓨즈(81)인 것을 특징으로 하는 글로 플러그의 통전제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 보호부(101)는,
상기 역접 보호용 FET(41)의 기생 다이오드(411)에 전류를 흘리는 것에 따른 상기 역접 보호용 FET(41)의 발열로 용융 가능한 솔더(104)에 의하여, 상기 전원장치(VA)와 상기 통전용 FET(51)의 사이에 직렬접속된 도전성의 도통부(導通部, 102)와,
상기 전원장치(VA)와 상기 통전용 FET(51) 사이의 통전경로로부터 이간하는 측을 향하여, 상기 도통부(102)에 탄성지지되는 탄지부(103)를 구비하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그의 통전제어장치.