KR20200023433A - 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법 - Google Patents

Abstract

회로 전압의 전압 검출값이 동일 방향으로 변동되는 이상을 검출하는 것. 차량 탑재 모터 제어 시스템(전기 기기 시스템)의 시스템 회로에 있어서의 회로 전압을 검출하는 전압 센서의 정상/이상을 진단하는 모니터 장치(3)를 구비한다. 이 전압 센서 진단 장치에 있어서, 모니터 장치(3)는 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)와 이상 진단 회로(9)를 갖는다. 주 승산 회로(7)는 회로 전압을 모니터 전압[Vin]으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 게인을 반전하는 일 없이 신호를 출력한다. 종 승산 회로(8)는 회로 전압을 모니터 전압[Vin]으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 주 승산 회로(7)로부터의 출력 신호에 대하여 게인을 반전한 신호를 출력한다. 이상 진단 회로(9)는, 주 승산 회로(7)로부터의 게인 비반전 출력 신호(주 승산 회로 출력[Vout])와 종 승산 회로(8)로부터의 게인 반전 출력 신호(종 승산 회로 출력[Vout])에 기초하여, 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)의 이상을 진단한다.

Description

전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법

본 개시는, 전기 기기 시스템의 시스템 회로에 있어서의 회로 전압을 검출하는 전압 센서의 정상/이상을 진단하는 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법에 관한 것이다.

종래, 센서의 이상 검출 방법으로서 이하와 같은 방법이 알려져 있다.

모터 구동 전류를 검출하는 2개의 전류 센서의 검출값 Ca, Cb를 샘플링하여, 이들 전류 센서의 검출값 Ca, Cb의 차분 ΔC가 역치 Cth를 초과하는 경우에는 이상 카운터(14)의 카운터값 CNT를 인크리먼트한다. 한편, 차분 ΔC가 역치 Cth 이하이면, 검출값 Ca, Cb의 샘플링의 타이밍이 모터 구동 전류의 제로크로스 부근인지 여부를 판정하여, 제로크로스 부근이면 이상 카운터(14)의 카운터값 CNT를 유지하고, 제로크로스 부근 이외이면 이상 카운터(14)의 카운터값 CNT를 리셋한다. 그리고 이상 카운터(14)의 카운터값 CNT가 소정의 기준값에 달하였을 때에, 2개의 전류 센서 중 어느 것이 이상 상태인 것으로 판정하여 릴레이 구동 신호 RS를 출력한다(예를 들어 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2010-139244호 공보

그러나 종래 장치에 있어서는, 검출값 Ca, Cb가 동일 방향으로 변동되는 이상이 생긴 경우에는, 동일한 값인 검출값 Ca와 검출값 Cb의 차분 ΔC를 연산하더라도 당해 전류 센서의 이상을 검출할 수 없다는 문제가 있었다.

본 개시는 상기 문제에 주목하여 이루어진 것이며, 회로 전압의 전압 검출값이 동일 방향으로 변동되는 이상을 검출하는 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 개시는, 전기 기기 시스템의 시스템 회로에 있어서의 회로 전압을 검출하는 전압 센서의 정상/이상을 진단하는 모니터 장치를 구비한다.

이 전압 센서 진단 장치에 있어서, 모니터 장치는 주 승산 회로와 종 승산 회로와 이상 진단 회로를 갖는다.

주 승산 회로는 회로 전압을 모니터 전압으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 게인을 반전하는 일 없이 신호를 출력한다.

종 승산 회로는 회로 전압을 모니터 전압으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 주 승산 회로로부터의 출력 신호에 대하여 게인을 반전하여 신호를 출력한다.

이상 진단 회로는, 주 승산 회로로부터의 게인 비반전 출력 신호와 종 승산 회로로부터의 게인 반전 출력 신호에 기초하여, 전압 센서인 주 승산 회로와 종 승산 회로의 이상을 진단한다.

상기와 같이 회로 전압의 전압 검출값이 동일 방향으로 변동될 때, 전압 센서인 주 승산 회로와 종 승산 회로로부터의 2개의 출력 신호의 상이가 확대되는 구성으로 함으로써, 회로 전압의 전압 검출값이 동일 방향으로 변동되는 이상을 검출할 수 있다.

도 1은 실시예 1의 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법이 적용된 차량 탑재 모터 제어 시스템(전기 기기 시스템의 일례)을 도시하는 전체 시스템도이다.
도 2는 실시예 1의 모니터 장치를 도시하는 회로 블록도이다.
도 3은 실시예 1의 모니터 장치에 있어서의 주 승산 회로의 구성예를 도시하는 회로 블록도이다.
도 4는 실시예 1의 모니터 장치에 있어서의 종 승산 회로의 구성예를 도시하는 회로 블록도이다.
도 5는 실시예 1의 모니터 장치에 있어서의 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성을 나타내는 승산 회로 출력 특성도이다.
도 6은 실시예 1의 모니터 장치에 있어서의 이상 진단 회로에서 실행되는, 전압 검출값의 이상 진단 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 실시예 2의 모니터 장치에 있어서의 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성을 나타내는 승산 회로 출력 특성도이다.
도 8은 실시예 3의 모니터 장치에 있어서의 주 승산 회로의 구성예를 도시하는 회로 블록도이다.
도 9는 실시예 3의 모니터 장치에 있어서의 종 승산 회로의 구성예를 도시하는 회로 블록도이다.
도 10은 실시예 3의 모니터 장치에 있어서의 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성을 나타내는 승산 회로 출력 특성도이다.
도 11은 실시예 4의 모니터 장치에 있어서의 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성을 나타내는 승산 회로 출력 특성도이다.

이하, 본 개시에 의한 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법을 실현하는 최선의 실시 형태를, 도면에 나타내는 실시예 1 내지 실시예 4에 기초하여 설명한다.

실시예 1

먼저, 구성을 설명한다.

실시예 1 내지 4에 있어서의 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법은, 전기 자동차나 하이브리드 차 등의 전동 차량의 구동원에 탑재되는 모터/제네레이터를 제어하는 차량 탑재 모터 제어 시스템(전기 기기 시스템의 일례)에 적용한 것이다. 이하, 실시예 1의 구성을 「전체 시스템 구성」, 「모니터 장치의 상세 구성」으로 나누어 설명한다.

[전체 시스템 구성]

도 1은, 실시예 1의 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법이 적용된 차량 탑재 모터 제어 시스템을 도시한다. 이하, 도 1에 기초하여 전체 시스템 구성을 설명한다.

차량 탑재 모터 제어 시스템의 시스템 회로는, 도 1에 도시한 바와 같이 배터리(1)와 릴레이(2a, 2b)와 평활 콘덴서(4)와 인버터(5)와 모터(6)를 구비하고 있다.

배터리(1)는, 모터(6)를 구동하는 모터 전원으로서 차량 탑재되어 있다. 이 배터리(1)로서는, 예를 들어 강전 배터리라 칭해지는 대용량 리튬 이온 배터리 등이 이용된다.

릴레이(2a, 2b)는, 배터리(1)와 인버터(5)를 접속하는 2개의 접속선(10, 11)의 각각 마련되어, 모터(6)와의 통전 접속/통전 차단을 전환하는 스위치이다. 이 릴레이(2a, 2b)는 모터 컨트롤러(16)에 의하여 개폐 제어된다.

평활 콘덴서(4)는, 배터리(1)와 인버터(5)를 접속하는 2개의 접속선(10, 11)에, 배터리(1)와는 병렬로 접속되며, 전압의 변동을 작게 억제하여 평활하게 한다.

인버터(5)는, 배터리(1)측의 직류와 모터(6)측의 3상 교류를 쌍방향으로 변환하는 변환기이다. 전동 차량의 경우, 모터 역행에 의한 모터 구동 시에 있어서는, 배터리 방전에 의한 직류 전압 입력을 3상 교류로 변환하여 모터(6)에 출력한다. 한편, 모터 회생에 의한 모터 발전 시에 있어서는, 모터(6)로부터의 3상 교류에 의한 입력을 직류 전압으로 변환하여 배터리(1)에 충전한다.

모터(6)는, 모터 로터에 영구 자석을 매립한, 3상 교류에 의한 동기 모터이며, U상선(12a)과 V상선(12b)과 W상선(12c)을 통하여 인버터(5)와 모터 스테이터의 권선 코일이 접속된다. 또한 모터나 인버터는 상기 모터(6)나 인버터(5)에 한정되는 것은 아니며, 모터로서는 직류 모터나 6상 유도 모터 등이어도 된다.

차량 탑재 모터 제어 시스템의 모터 제어계는, 도 1에 도시한 바와 같이 모니터 장치(3)와 전류 센서(13)와 리졸버(14)와 경보기(15)와 모터 컨트롤러(16)와 통합 컨트롤러(17)를 구비하고 있다.

모니터 장치(3)는, 2개의 접속선(10, 11)에 의한 회로 전압을 모니터 전압으로서 입력하고, 입력한 모니터 전압에 기초하여, 차량 탑재 모터 제어 시스템의 시스템 회로를 흐르는 회로 직류 전압을 검출하는 전압 센서(주 승산 회로(7), 종 승산 회로(8))의 정상/이상을 진단한다. 그리고 모니터 장치(3)에서 전압 센서 이상인 것으로 진단되었을 때, 모니터 장치(3)로부터의 이상 판정 신호는 모터 컨트롤러(16)에 출력된다. 또한 모니터 장치(3)에 의한 모니터 전압의 모니터 구간으로서는, 예를 들어 최소 모니터 전압 Vmin(60V 정도) 내지 최대 모니터 전압 Vmax(600V 정도)로 하고 있다.

여기서, 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)의 각각은, 접속선(10, 11) 간에 인가되어 있는 높은 전압(모니터 전압)을, 이상 진단 회로(9)에서 인식할 수 있는 전압 범위(0 내지 5volt 범위)에 의한 전압 검출값으로 변환한다. 즉, 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)는, 회로 전압(평활 콘덴서(4)의 양단 직류 전압, 그리고 인버터(6)로의 입력 직류 전압)을 전압 검출값으로 변환하여 검출하는 「직류 전압 센서」로서의 기능을 갖고 있다. 그리고 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)는, 서로 병렬로 마련된 용장 회로에 의한 구성으로 하고 있다.

모터 컨트롤러(16)는 통합 컨트롤러(17)로부터 CAN 통신선(18)을 통하여 모터 토크 제어 시에 목표 모터 토크 명령값을 입력하고, 모터 회전수 제어 시에 목표 모터 회전수 명령값을 입력한다. 그리고 목표 모터 토크나 목표 모터 회전수가 얻어지는 제어 명령값을 연산하고, 제어 명령값을 인버터(5)에 출력한다.

모터 컨트롤러(16)에서는, 모터 토크 제어나 모터 회전수 제어를 행할 때, 제어 필요 정보로서, 모니터 장치(3)로부터의 전압 검출값, 전류 센서(13)로부터의 전류 검출값, 리졸버(14)로부터의 모터 회전 위치 검출값 등을 입력한다. 또한 모니터 장치(3)로부터의 전압 검출값이 아날로그값인 경우, 모터 컨트롤러(16)의 입력부에서 A-D 변환을 행하여 모터 제어를 행한다.

또한 모터 컨트롤러(16)는, 모니터 장치(3)로부터의 이상 판정 신호를 입력하면, 시스템 회로를 흐르는 회로 직류 전압이 이상임을 드라이버에게 알리는 경보 명령을 경보기(15)에 출력한다. 또한 경보기(15)는, 드라이버의 시각에 호소하는 경보 표시만으로 해도 되고, 드라이버의 청각에 호소하는 경보 버저와 병용해도 된다.

[모니터 장치의 상세 구성]

도 2는, 실시예 1의 모니터 장치(3)를 도시한다. 이하, 도 2에 기초하여 모니터 장치(3)의 내부 구성을 설명한다.

모니터 장치(3)는, 도 2에 도시한 바와 같이 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)와 이상 진단 회로(9)를 구비하고 있다.

주 승산 회로(7)는, 2개의 접속선(10, 11)에 의한 회로 전압을 모니터 전압으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 게인을 반전하지 않는 주 승산 회로 출력(게인 비반전 출력 신호)을 이상 진단 회로(9)에 출력한다. 그리고 주 승산 회로 출력은 전압 검출값으로서 모터 컨트롤러(16)에 출력한다(도 2의 파선).

종 승산 회로(8)는, 2개의 접속선(10, 11)에 의한 회로 전압을 모니터 전압으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 주 승산 회로(7)로부터의 주 승산 회로 출력에 대하여 게인을 반전한 종 승산 회로 출력(게인 반전 출력 신호)을 출력한다. 또한 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)에는, 도 2에 도시한 바와 같이 양 회로(7, 8)에 전원을 공급하는 전원 A가 접속되어 있다.

이상 진단 회로(9)는 마이크로컴퓨터에 의하여 구성되며, 주 승산 회로(7)로부터의 주 승산 회로 출력(게인 비반전 출력 신호)과 종 승산 회로(8)로부터의 종 승산 회로 출력(게인 반전 출력 신호)에 기초하여, 직류 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)의 이상을 진단한다. 여기서, 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)로부터의 출력이 아날로그값인 경우, 이상 진단 회로(9)의 입력부에서 A-D 변환을 행하여 이상 진단을 행한다.

이하, 주 승산 회로 구성과 종 승산 회로 구성과 이상 진단 회로 구성으로 나누어 각 회로의 상세 구성을 설명한다.

(주 승산 회로 구성)

도 3은, 실시예 1의 모니터 장치(3)에 있어서의 주 승산 회로(7)의 구성예를 도시하고, 도 5는 주 승산 회로 출력 특성을 나타낸다. 이하, 도 3 및 도 5에 기초하여 주 승산 회로(7)의 상세 구성을 설명한다.

주 승산 회로(7)는, 도 3에 도시한 바와 같이 게인 조정 저항(71a)과 게인 조정 저항(71b)과 전송기(72)와 연산 증폭기(73)를 구비하고 있다. 또한 연산 증폭기(73)는, 바이폴라 트랜지스터를 이용한 회로 구성으로 하고 있다.

이 주 승산 회로(7)에서는, 게인 조정 저항(71a)과 게인 조정 저항(71b)에 의하여 분압된 모니터 전압은, 절연부에 걸쳐진 전송기(72)를 통하여 연산 증폭기(73)에 입력되고, 연산 증폭기(73)에 의하여 주 승산 회로 출력(게인 비반전 출력 신호)으로 된다. 또한 전송기(72)는 아날로그 신호 입력을 아날로그 신호로서 출력하는 것이어도 된다. 또한 전송기(72)는 아날로그 신호 입력을 디지털 신호로서 출력하는 것이어도 된다. 그때, 연산 증폭기(73)는 없어도 된다. 또한 게인 조정은, 연산 증폭기(73)와 저항기를 이용한 일반적인 승산 회로에서 행하는 것이어도 된다.

주 승산 회로(7)는 주 승산 회로 출력 특성을, 도 5에 나타낸 바와 같이, 주 승산 회로 출력[Vout]이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인 K0(게인: 승산 회로 출력 특성의 기울기 구배)에 의한 특성으로 설정한다. 즉, 주 승산 회로 출력 특성은, 제로 전압점 A(주 승산 회로 출력 0V, 모니터 전압 0V의 교점)와 최대 전압점 B(예를 들어 주 승산 회로 출력 5V, 모니터 전압 600V의 교점)를 잇는 우상향 직선 특성이다.

여기서, 주 승산 회로 출력 특성은, 모니터 전압[Vin]을 횡축으로 하고 주 승산 회로 출력[Vout]을 종축으로 하는 입출력 관계 특성이기 때문에,

Vout={R71b/(R71a+R71b)}·Vin

의 식으로 표시된다. 그리고 이 식으로부터 밝혀진 바와 같이 기준 게인 K0은,

K0=R71b/(R71a+R71b)

로 되며, 기준 게인 K0의 조정은, 게인 조정 저항(71a)의 저항 R71a와, 게인 조정 저항(71b)의 저항 R71b의 설정에 따라 행해진다.

(종 승산 회로 구성)

도 4는, 실시예 1의 모니터 장치(3)에 있어서의 종 승산 회로(8)의 구성예를 도시하고, 도 5는 종 승산 회로 출력 특성을 나타낸다. 이하, 도 4 및 도 5에 기초하여 종 승산 회로(8)의 상세 구성을 설명한다.

종 승산 회로(8)는, 도 4에 도시한 바와 같이 게인 조정 저항(81a)과 게인 조정 저항(81b)과 전송기(82)와 연산 증폭기(83)와 게인 조정 저항(84a)과 게인 조정 저항(84b)과 연산 증폭기(83')와 기준 전원(85)을 구비하고 있다. 또한 연산 증폭기(83, 83')는, 바이폴라 트랜지스터를 이용한 회로 구성으로 하고 있다.

즉, 종 승산 회로(8)는, 주 승산 회로(7)의 구성에, 연산 증폭기(83')와 게인 조정 저항(84a, 84b)과 기준 전원(85)으로 구성되는 게인 반전 회로가 부가된 것이다. 또한 전송기(82)는, 전송기(72)와 마찬가지로 아날로그 신호 입력을 아날로그 신호로서 출력하는 것이어도 된다. 또한 아날로그 신호 입력을 디지털 신호로서 출력하는 것이어도 된다.

종 승산 회로(8)는 게인 절댓값 |-K1|을 기준 게인 K0보다도 작게 함으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 도 5에 나타낸 바와 같이, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off를 부가한 특성으로 설정한다. 종 승산 회로 출력 특성은, 최대 전압점 C(종 승산 회로 출력 5V, 모니터 전압 0V의 교점)와 최소 전압점 D'(예를 들어 종 승산 회로 출력 0.5V, 모니터 전압 600V의 교점)을 잇는 우하향 직선 특성이다. 또한 오프셋 V8off는 종 승산 회로 출력[Vout]의 불감대 영역을 회피하도록 설정된다.

여기서, 종 승산 회로 출력 특성은, 모니터 전압[Vin]을 횡축으로 하고 종 승산 회로 출력[Vout]을 종축으로 하는 입출력 관계 특성이기 때문에,

Vout=-{R81b/(R81a+R81b)}·(R84b/R84a)·Vin+{(R84a+R84b)/R84a}·V85

의 식으로 표시된다. 그리고 이 식으로부터 밝혀진 바와 같이 게인 -K1(|-K1|<K0)은,

-K1=-{R81b/(R81a+R81b)}·(R84b/R84a)

로 되며, 게인 -K1의 조정은, 게인 조정 저항(81a, 81b, 84a, 84b)의 각 저항 R81a, R81b, R84a, R84b의 설정에 따라 행해진다.

또한 오프셋 V8off는,

V8off=-{R81b/(R81a+R81b)}·(R84b/R84a)·Vmax+{(R84a+R84b)/R84a}·V85

로 되며, 오프셋 V8off의 조정은, 게인 조정 저항(84a, 84b)의 각 저항 R84a, R84b의 설정과, 기준 전원(85)의 기준 전원 전압 V85의 설정에 따라 행해진다.

(이상 진단 회로 구성)

도 6은, 실시예 1의 모니터 장치(3)에 있어서의 이상 진단 회로(9)에서 실행되는, 전압 검출값의 이상 진단 처리의 흐름을 도시한다. 이하, 이상 진단 회로 구성을 표시하는 도 6의 각 스텝에 대하여 설명한다.

스텝 S1에서는, 이상 진단 처리를 개시하거나, 또는 스텝 S4에서 |V71-V81|≤Vth인 것으로 판단되면, 주 승산 회로 출력 V7(=Vout)과 종 승산 회로 출력 V8(=Vout)을 취득하고 스텝 S2로 진행된다.

스텝 S2에서는, 스텝 S1에서의 승산 회로 출력 V7, V8의 취득에 이어서, 주 승산 회로 출력 V7을 강전 모니터 전압 V71로 환산하고 스텝 S3으로 진행된다.

여기서, 주 승산 회로 출력 V7을 강전 모니터 전압 V71로 환산할 때, 도 5에 나타내는 주 승산 회로 출력 특성과 마찬가지의 특성에 의한 강전 모니터 전압 환산식을 미리 설정해 두고, 강전 모니터 전압 환산식을 이용하여 주 승산 회로 출력 V7을 강전 모니터 전압 V71로 환산한다.

스텝 S3에서는, 스텝 S2에서의 강전 모니터 전압 V71로의 환산에 이어서, 종 승산 회로 출력 V8을 강전 모니터 전압 V81로 환산하고 스텝 S4로 진행된다.

여기서, 종 승산 회로 출력 V8을 강전 모니터 전압 V81로 환산할 때, 도 5에 나타내는 종 승산 회로 출력 특성과 마찬가지의 특성에 의한 강전 모니터 전압 환산식을 미리 설정해 두고, 강전 모니터 전압 환산식을 이용하여 종 승산 회로 출력 V8을 강전 모니터 전압 V81로 환산한다.

스텝 S4에서는, 스텝 S3에서의 강전 모니터 전압 V81로의 환산에 이어서, 강전 모니터 전압 V71과 강전 모니터 전압 V81의 차분 절댓값 |V71-V81|이 차분 진단 역치 Vth를 초과하는지 여부를 판단한다. "예"(|V71-V81|>Vth)의 경우에는 스텝 S5로 진행되고, "아니오"(|V71-V81|≤Vth)의 경우에는 스텝 S1로 되돌아간다.

여기서 「차분 진단 역치 Vth」는, 모니터 변동을 가미하여, 이상은 아님에도 불구하고 오진단하는 일이 없는 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 차분 진단 역치 Vth는, 모니터 전압 변동분으로서 상정되는 최대 차분 전압값에 오진단 방지분(+α)을 더한 값으로 설정된다.

스텝 S5에서는, 스텝 S4에서의 |V71-V81|>Vth인 것이라는 판단에 이어서, 드라이버에게 이상을 통지하고 종료로 진행된다.

여기서, 드라이버에 대한 이상 통지는, 경보기(15)에 대한 작동 명령 출력에 의하여 행해진다.

다음으로, 작용을 설명한다.

실시예 1의 작용을 「게인 반전에 의한 전압 센서 이상 진단 작용」, 「전압 차분 절댓값에 의한 전압 센서 이상 진단 작용」, 「오프셋 부가에 의한 전압 센서 이상 진단 작용」으로 나누어 설명한다.

[게인 반전에 의한 전압 센서 이상 진단 작용]

예를 들어 2개의 전압 센서의 검출값을 샘플링하여, 이들 전압 센서의 검출값의 차분이 역치를 초과하는 경우에는 이상 카운터의 카운터값을 인크리먼트한다. 한편, 차분이 역치 이하이면, 검출값의 샘플링의 타이밍이 제로크로스 부근이면 이상 카운터의 카운터값을 유지하고, 제로크로스 부근 이외이면 이상 카운터의 카운터값을 리셋한다. 그리고 이상 카운터의 카운터값이 소정의 기준값에 달하였을 때에, 2개의 전압 센서 중 어느 것이 이상 상태인 것으로 판정하는 것을 비교예로 한다.

이 비교예의 경우, 전압 검출값이 동일 방향으로 변동되는 단선이나 쇼트 등의 이상이 생긴 경우에는, 동일한 값으로 되는 2개의 전압 검출값과의 차분을 연산하더라도 차분이 역치 이하로 되어서, 전압 센서의 이상을 검출할 수 없다.

이에 비해, 실시예 1에서는, 모니터 장치(3)는 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)와 이상 진단 회로(9)를 갖는다. 이상 진단 회로(9)는, 주 승산 회로(7)로부터의 게인 비반전 출력 신호에 의한 주 승산 회로 출력과, 종 승산 회로(8)로부터의 게인 반전 출력 신호에 의한 종 승산 회로 출력에 기초하여, 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)의 이상을 진단한다.

즉, 모니터 전압[Vin]을 입력하는 주 승산 회로(7)로부터는, 게인을 반전하는 일 없이 주 승산 회로 출력[Vout]이 출력된다. 한편, 모니터 전압[Vin]을 입력하는 종 승산 회로(8)로부터는, 주 승산 회로 출력에 대하여 게인을 반전한 종 승산 회로 출력[Vout]이 출력된다. 이 때문에, 정상 시에 있어서, 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)의 출력 신호인 주 승산 회로 출력[Vout]과 종 승산 회로 출력[Vout]은, 모니터 전압[Vin]의 변동에 대하여 상이한 방향으로 변화된다.

이에 비하여, 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)에 전력을 공급하고 있는 전원 A에 이상이 생겨서, 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)의 출력 신호인 주 승산 회로 출력[Vout]과 종 승산 회로 출력[Vout]이 동일 방향으로 변화되는 이상이 발생하게 된 경우에는, 이상 진단 회로(9)가, 주 승산 회로 출력[Vout] 및 종 승산 회로 출력[Vout]의 관계가 정상 시와 상이한 것으로 판단할 수 있다.

따라서 차량 탑재 모터 제어 시스템의 시스템 회로에 있어서의 회로 전압의 전압 검출값이 동일 방향으로 변동되는 이상을 검출할 수 있다.

[전압 차분 절댓값에 의한 전압 센서 이상 진단 작용]

상기 비교예의 경우, 회로 전압 이상 진단 시, 전압 센서의 검출값의 차분이 역치를 초과하는지 여부의 판정과, 검출값의 샘플링의 타이밍 판정과, 이상 카운터의 카운터값이 소정의 기준값에 달하였다는 판정을 행하고 있다. 따라서 회로 전압 이상 진단 시에 다수의 판정을 요함으로써, 이상 진단 처리가 복잡해지는 것에 더해, 전압 센서의 이상 발생 타이밍으로부터 이상인 것으로 진단되기까지 응답 지연이 발생한다.

이에 비해, 실시예 1에서는, 이상 진단 회로(9)는, 주 승산 회로(7)로부터의 주 승산 회로 출력 V7을 강전 모니터 전압 V71로 환산하고, 종 승산 회로(8)로부터의 종 승산 회로 출력 V8을 강전 모니터 전압 V81로 환산한다. 그리고 강전 모니터 전압 V71과 강전 모니터 전압 V81의 차분 절댓값 |V71-V81|이 차분 진단 역치 Vth를 초과하면, 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)가 이상인 것으로 진단한다.

즉, |V71-V81|≤Vth인 동안에는, 도 6의 흐름도에 있어서 스텝 S1→스텝 S2→스텝 S3→스텝 S4로 진행되는 흐름이 반복되어, 모니터 장치(3)에서는, 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)가 정상인 것으로 진단된다. 한편, |V71-V81|>Vth로 되면, 도 6의 흐름도에 있어서 스텝 S4로부터 스텝 S5→종료로 진행되어, 모니터 장치(3)에서는, 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)가 이상인 것으로 진단된다.

따라서 하나의 판정만으로 전압 센서 이상 진단을 실시할 수 있음으로써 이상 진단 처리의 간소화가 도모되는 것에 더해, 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)에 이상이 발생하면, 높은 응답성으로 전압 센서 이상인 것으로 진단할 수 있다.

[오프셋 부가에 의한 전압 센서 이상 진단 작용]

주 승산 회로(7)나 종 승산 회로(8)로서, 저가격 및 신뢰성을 요구하는 회로로 한 경우, 주 승산 회로 출력[Vout]이나 종 승산 회로 출력[Vout]에 불감대를 갖는 경우가 있다. 예를 들어 바이폴라 소자를 이용한 회로 구성의 경우, 바이폴라 트랜지스터의 포화 특성으로부터 완전한 로우 레벨 또는 완전한 하이 레벨을 출력할 수 없다. 따라서 예를 들어 적어도 60V보다 큰 전압을 모니터하면 되는 시스템의 경우, 60V 이하의 모니터 결과가 포화 영역에 해당하도록 설계한다.

그러나 단순한 게인 반전에 의하여 회로 전압의 이상을 진단하고자 하면, 종 승산 회로 출력 특성이, 도 5의 일점 쇄선 특성으로 나타낸 바와 같이, 모니터 전압[Vin]의 최대 모니터 전압 Vmax 부근의 모니터 결과가 포화 영역(불감대)에 해당하게 된다(도 5의 화살표 E로 둘러싸인 영역). 이 때문에, 모니터 전압[Vin]이 최대 모니터 전압 Vmax 부근으로 되면, 정밀도가 높은 종 승산 회로 출력[Vout]을 출력할 수 없다.

이에 비해, 실시예 1에서는, 주 승산 회로(7)는 주 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력[Vout]이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인 K0에 의한 특성으로 설정한다. 한편, 종 승산 회로(8)는 게인 절댓값 |-K1|을 기준 게인 K0보다도 작게 함으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off를 부가한 특성으로 설정한다.

즉, 종 승산 회로 출력 특성의 게인 절댓값 |-K1|을 기준 게인 K0보다도 작게 함으로써, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off가 부가된다. 이 때문에, 도 5의 종 승산 회로 출력 특성(실선 특성)으로 나타낸 바와 같이, 모니터 전압[Vin]의 최대 모니터 전압 Vmax 부근의 종 승산 회로 출력[Vout]이 포화 영역(불감대)에 들어가는 것이 회피되게 된다.

그리고 실시예 1의 경우에는, 적어도 최소 모니터 전압 Vmin(예를 들어 60V 정도)까지를 모니터하면 되는 시스템이다. 이 때문에, 주 승산 회로 출력 특성에 대해서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 오프셋을 부가한 특성으로 설정하지 않더라도, 모니터 전압[Vin]의 최소 모니터 전압 Vmin 부근의 주 승산 회로 출력[Vout]이 포화 영역(불감대)에 들어가는 것이 회피된다.

따라서 주 승산 회로(7) 및 종 승산 회로(8)를, 바이폴라 소자를 이용하여 저가격 및 신뢰성을 요구하는 회로 구성으로 하더라도, 불감대에 의한 영향이 제거된다. 그리고 모니터 구간(최소 모니터 전압 Vmin 내지 최대 모니터 전압 Vmax)의 전 구간에 있어서 정밀도 높게 전압 센서 이상을 진단할 수 있다.

또한 종 승산 회로(8)의 출력은, 주 승산 회로(7)의 출력에 대하여 게인이 작아지기 때문에 전압 센서로서의 정밀도가 악화되지만, 주된 전압 센서 기능은, 도 2에 도시한 바와 같이 주 승산 회로(7)가 담당함으로써 그 문제는 해소된다. 또한 이상 진단 회로(9)는, 종 승산 회로(8)의 정밀도 악화를 고려한 차분 진단 역치 Vth로 설정하면 오진단하는 일은 없다.

다음으로, 효과를 설명한다.

실시예 1에 있어서의 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법에 있어서는, 하기에 열거하는 효과가 얻어진다.

(1) 전기 기기 시스템(차량 탑재 모터 제어 시스템)의 시스템 회로에 있어서의 회로 전압을 검출하는 전압 센서의 정상/이상을 진단하는 모니터 장치(3)를 구비한다.

이 전압 센서 진단 장치에 있어서, 모니터 장치(3)는 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)와 이상 진단 회로(9)를 갖는다.

주 승산 회로(7)는 회로 전압을 모니터 전압[Vin]으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 게인을 반전하는 일 없이 신호(주 승산 회로 출력[Vout])를 출력한다.

종 승산 회로(8)는 회로 전압을 모니터 전압[Vin]으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 주 승산 회로(7)로부터의 출력 신호에 대하여 게인을 반전하여 신호(종 승산 회로 출력[Vout])를 출력한다.

이상 진단 회로(9)는, 주 승산 회로(7)로부터의 게인 비반전 출력 신호(주 승산 회로 출력[Vout])와 종 승산 회로(8)로부터의 게인 반전 출력 신호(종 승산 회로 출력[Vout])에 기초하여, 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)의 이상을 진단한다(도 2).

이 때문에, 회로 전압의 전압 검출값이 동일 방향으로 변동되는 이상을 검출하는 전압 센서 진단 장치를 제공할 수 있다.

(2) 이상 진단 회로(9)는, 주 승산 회로(7)로부터의 게인 비반전 출력 신호(주 승산 회로 출력 V7)를 주 모니터 전압(강전 모니터 전압 V71)으로 환산하고, 종 승산 회로(8)로부터의 게인 반전 출력 신호(종 승산 회로 출력 V8)를 종 모니터 전압(강전 모니터 전압 V81)으로 환산한다.

주 모니터 전압과 종 모니터 전압의 차분 절댓값 |V71-V81|이 차분 진단 역치 Vth를 초과하면, 회로 전압이 이상인 것으로 진단한다(도 6).

이 때문에, (1)의 효과에 더해, 이상 진단 처리의 간소화가 도모되는 것에 더해 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)에 이상이 발생하면, 높은 응답성으로 전압 센서가 이상인 것으로 진단할 수 있다.

(3) 시스템 회로에 있어서의 회로 전압은 직류 전압이다.

주 승산 회로(7)는 주 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력[Vout]이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인 K0에 의한 특성으로 설정한다.

종 승산 회로(8)는 게인 절댓값 |-K1|을 기준 게인 K0보다도 작게 함으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off를 부가한 특성으로 설정한다(도 5).

이 때문에, (1) 또는 (2)의 효과에 더해, 주 승산 회로(7) 및 종 승산 회로(8)를, 바이폴라 소자를 이용하여 저가격 및 신뢰성을 요구하는 회로 구성으로 하더라도, 불감대에 의한 영향이 제거되어 모니터 구간의 전 구간에 있어서 정밀도 높게 전압 센서 이상을 진단할 수 있다.

(4) 전기 기기 시스템(차량 탑재 모터 제어 시스템)의 시스템 회로에 있어서의 회로 전압을 검출하는 전압 센서의 정상/이상을 진단하는 모니터 장치(3)를 구비한다.

이 전압 센서 진단 방법에 있어서, 모니터 장치(3)는 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)와 이상 진단 회로(9)를 갖는다.

주 승산 회로(7)는 회로 전압을 모니터 전압[Vin]으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 게인을 반전하지 않는 게인 비반전 출력 신호를 출력한다.

종 승산 회로(8)는 회로 전압을 모니터 전압[Vin]으로서 입력하고, 회로 전압의 검출값으로서, 게인 비반전 출력 신호에 대하여 게인을 반전한 게인 반전 출력 신호를 출력한다.

이상 진단 회로(9)는 게인 비반전 출력 신호와 게인 반전 출력 신호에 기초하여, 전압 센서인 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)의 이상을 진단한다(도 2).

이 때문에, 회로 전압의 전압 검출값이 동일 방향으로 변동되는 이상을 검출하는 전압 센서 진단 방법을 제공할 수 있다.

실시예 2

실시예 2는, 2개의 승산 회로 출력 특성의 게인 절댓값을 동일하게 하면서 종 승산 회로 출력 특성에 오프셋을 부가한 예이다.

도 7은, 실시예 2의 모니터 장치에 있어서의 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성을 나타낸다. 이하, 도 7에 기초하여 종 승산 회로 출력 특성을 설명한다. 또한 시스템 구성이나 모니터 장치(3)(주 승산 회로(7), 이상 진단 회로(9))의 구성은 실시예 1과 마찬가지이므로 도시 및 설명을 생략한다.

종 승산 회로(8)는 게인 절댓값 |-K0|을 기준 게인 K0과 동일하다고 보고 고전압측으로 평행 이동시킴으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 도 7에 나타낸 바와 같이, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off를 부가한 특성으로 설정한다. 종 승산 회로 출력 특성은, 최대 전압점 C'(종 승산 회로 출력 5V, 모니터 전압 50V 정도의 교점)과 최소 전압점 D'(예를 들어 종 승산 회로 출력 0.5V, 모니터 전압 600V의 교점)을 잇는 우하향 직선 특성이다. 또한 오프셋 V8off는 고전압측으로의 평행 이동량이며, 종 승산 회로 출력[Vout]의 불감대 영역을 회피하도록 설정된다.

여기서, 실시예 2의 종 승산 회로(8)로서, 예를 들어 도 4에 도시하는 회로 구성을 이용한 경우에는, 종 승산 회로 출력 특성의 게인 -K0(|-K0|=K0)은,

-K0=-{R81b/(R81a+R81b)}·(R84b/R84a)

로 되며, 게인 -K0의 조정은, 게인 조정 저항(81a, 81b, 84a, 84b)의 각 저항 R81a, R81b, R84a, R84b의 설정에 따라 행해진다.

또한 오프셋 V8off는,

V8off=-{R81b/(R81a+R81b)}·(R84b/R84a)·Vmax+{(R84a+R84b)/R84a}·V85

로 되며, 오프셋 V8off의 조정은, 게인 조정 저항(84a, 84b)의 각 저항 R84a, R84b의 설정과, 기준 전원(85)의 기준 전원 전압 V85의 설정에 따라 행해진다.

다음으로, 실시예 2에 있어서의 오프셋 부가에 의한 전압 센서 이상 진단 작용을 설명한다.

실시예 2에서는, 주 승산 회로(7)는 주 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력[Vout]이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인 K0에 의한 특성으로 설정한다. 종 승산 회로(8)는 게인 절댓값 |-K0|을 기준 게인 K0과 동일하다고 보고 고전압측으로 평행 이동시킴으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off를 부가한 특성으로 설정한다.

즉, 종 승산 회로 출력 특성의 게인 절댓값 |-K0|을 기준 게인 K0과 동일하다고 보면서도 특성 전체를 고전압측으로 평행 이동시킴으로써, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off가 부가된다. 이 때문에, 도 7의 종 승산 회로 출력 특성(실선 특성)으로 나타낸 바와 같이, 모니터 전압의 최대 모니터 전압 Vmax 부근의 종 승산 회로 출력[Vout]이 포화 영역(불감대)에 들어가는 것이 회피되게 된다.

그리고 실시예 2의 경우에는, 적어도 최소 모니터 전압 Vmin(예를 들어 60V 정도)까지를 모니터하면 되는 시스템이다. 이 때문에, 종 승산 회로 출력 특성에 대해서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 모니터 전압 50V 정도 이하의 영역이 모니터 영역으로부터 벗어나더라도 문제없다. 또한 주 승산 회로 출력 특성에 대해서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 오프셋을 부가한 특성으로 설정하지 않더라도, 모니터 전압의 최소 모니터 전압 Vmin 부근의 주 승산 회로 출력[Vout]이 포화 영역(불감대)에 들어가는 것이 회피된다.

따라서 주 승산 회로(7) 및 종 승산 회로(8)를, 바이폴라 소자를 이용하여 저가격 및 신뢰성을 요구하는 회로 구성으로 하더라도, 모니터 구간(최소 모니터 전압 Vmin 내지 최대 모니터 전압 Vmax)의 전 구간에 있어서 정밀도 높게 전압 센서 이상을 진단할 수 있다. 게다가 주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)의 게인 절댓값을 동일하게 하였기 때문에 실시예 1에 비해 종 승산 회로(8)에 의한 전압 센서 이상 진단 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 다른 작용은 실시예 1과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

다음으로, 효과를 설명한다.

실시예 2에 있어서의 전압 센서 진단 장치에 있어서는 하기 효과가 얻어진다.

(5) 시스템 회로에 있어서의 회로 전압은 직류 전압이다.

주 승산 회로(7)는 주 승산 회로 출력 특성을, 종 승산 회로 출력[Vout]이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인 K0에 의한 특성으로 설정한다.

종 승산 회로(8)는 게인 절댓값 |-K0|을 기준 게인 K0과 동일하다고 보고 고전압측으로 평행 이동시킴으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off를 부가한 특성으로 설정한다(도 7).

이 때문에, (1) 또는 (2)의 효과에 더해, 주 승산 회로(7) 및 종 승산 회로(8)를, 바이폴라 소자를 이용하여 저가격 및 신뢰성을 요구하는 회로 구성으로 하더라도, 불감대에 의한 영향이 제거되어 모니터 구간의 전 구간에 있어서 정밀도 높게 전압 센서 이상을 진단할 수 있다. 게다가 종 승산 회로(8)의 출력에 대한 게인 절댓값은 주 승산 회로(7)의 게인과 동일하게 하였기 때문에 실시예 1에 비해 종 승산 회로(8)에 의한 전압 센서 이상 진단의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

실시예 3

실시예 3은, 2개의 승산 회로 출력 특성의 게인 절댓값을 동일하게 하고, 또한 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성에 오프셋을 부가한 예이다.

이하, 도 8 내지 도 10에 기초하여 실시예 3의 주 승산 회로 구성과 종 승산 회로 구성을 설명한다. 또한, 시스템 구성이나 모니터 장치(3)의 이상 진단 회로(9)의 구성은 실시예 1과 마찬가지이므로 도시 및 설명을 생략한다.

(주 승산 회로 구성)

도 8은, 실시예 3의 모니터 장치(3)에 있어서의 주 승산 회로(7)의 구성예를 도시하고, 도 10은 주 승산 회로 출력 특성을 나타낸다. 이하, 도 8 및 도 10에 기초하여 주 승산 회로(7)의 상세 구성을 설명한다.

주 승산 회로(7)는, 도 8에 도시한 바와 같이 게인 조정 저항(71a)과 게인 조정 저항(71b)과 전송기(72)와 연산 증폭기(73)와 회로 전원(74)과 오프셋 조정 저항(75)을 구비하고 있다. 또한 연산 증폭기(73)는, 바이폴라 트랜지스터를 이용한 회로 구성으로 하고 있다.

이 주 승산 회로(7)에서는, 게인 조정 저항(71a)과 게인 조정 저항(71b)에 의하여 분압된 신호는, 절연부에 걸쳐진 전송기(72)를 통하여 연산 증폭기(73)에 입력되고, 연산 증폭기(73)에 의하여 게인 비반전 출력 신호가 출력된다. 또한 전송기(72)는 아날로그 신호 입력을 아날로그 신호로서 출력하는 것이어도 된다. 또한 전송기(72)는 아날로그 신호 입력을 디지털 신호로서 출력하는 것이어도 된다. 그때, 연산 증폭기(73)는 없어도 된다. 또한 게인 조정은, 연산 증폭기(73)와 저항기를 이용한 일반적인 승산 회로에서 행하는 것이어도 된다. 또한 오프셋의 부가 조정은, 회로 전원(74)의 전압을 조정해도 되고, 오프셋 조정 저항(75)의 저항값에 의해 조정해도 되고, 양자를 이용하여 조정해도 된다.

이 주 승산 회로(7)는 게인 K1을, 주 승산 회로 출력[Vout]이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인 K0보다도 작게 설정한다. 그리고 주 승산 회로 출력 특성을, 도 10에 나타낸 바와 같이, 주 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V7off를 부가한 특성으로 설정한다. 즉, 주 승산 회로 출력 특성은, 최소 전압점 A'(예를 들어 주 승산 회로 출력 0.5V, 모니터 전압 0V의 교점)과 최대 전압점 B(예를 들어 주 승산 회로 출력 5V, 모니터 전압 600V의 교점)를 잇는 우상향 직선 특성이다.

여기서, 주 승산 회로 출력 특성은, 모니터 전압[Vin]을 횡축으로 하고 주 승산 회로 출력[Vout]을 종축으로 하는 입출력 관계 특성이기 때문에,

Vout={R71bR75/(R71aR71b+R71aR75+R71bR75)}·Vin+{(R71aR71b)/(R71aR71b+R71aR75+R71bR75)}·V74

의 식으로 표시된다. 그리고 이 식으로부터 밝혀진 바와 같이 게인 K1은,

K1={R71bR75/(R71aR71b+R71aR75+R71bR75)}

로 되며, 게인 K1의 조정은, 게인 조정 저항(71a)의 저항 R71a와, 게인 조정 저항(71b)의 저항 R71b와, 오프셋 조정 저항(75)의 저항 R75의 설정에 따라 행해진다.

또한 오프셋 V7off는,

V7off={(R71aR71b)/(R71aR71b+R71aR75+R71bR75)}·V74

로 되며, 오프셋 V7off의 조정은, 게인 조정 저항(71a)의 저항 R71a와, 게인 조정 저항(71b)의 저항 R71b와, 오프셋 조정 저항(75)의 저항 R75와, 회로 전원(74)의 회로 전원 전압 V74의 설정에 따라 행해진다.

(종 승산 회로 구성)

도 9는, 실시예 3의 모니터 장치(3)에 있어서의 종 승산 회로(8)의 구성예를 도시하고, 도 10은 종 승산 회로 출력 특성을 나타낸다. 이하, 도 9 및 도 10에 기초하여 종 승산 회로(8)의 상세 구성을 설명한다.

종 승산 회로(8)는, 도 9에 도시한 바와 같이 게인 조정 저항(81a)과 게인 조정 저항(81b)과 전송기(82)와 연산 증폭기(83)와 게인 조정 저항(84a)과 게인 조정 저항(84b)과 연산 증폭기(83')와 기준 전원(85)과 회로 전원(86)과 오프셋 조정 저항(87)을 구비하고 있다. 또한 연산 증폭기(83, 83')는, 바이폴라 트랜지스터를 이용한 회로 구성으로 하고 있다.

즉, 종 승산 회로(8)는, 주 승산 회로(7)의 구성에, 연산 증폭기(83')와 게인 조정 저항(84a, 84b)과 기준 전원(85)으로 구성되는 게인 반전 회로가 부가된 것이다. 또한 전송기(82)는, 전송기(72)와 마찬가지로 아날로그 신호 입력을 아날로그 신호로서 출력하는 것이어도 된다. 또한 아날로그 신호 입력을 디지털 신호로서 출력하는 것이어도 된다.

이 종 승산 회로(8)는 게인 절댓값 |-K1|을 주 승산 회로 출력 특성의 게인 K1과 동일하다고 봄으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 도 10에 나타낸 바와 같이, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off를 부가한 특성으로 설정한다. 종 승산 회로 출력 특성은, 최대 전압점 C(종 승산 회로 출력 5V, 모니터 전압 0V의 교점)와 최소 전압점 D'(예를 들어 종 승산 회로 출력 0.5V, 모니터 전압 600V의 교점)을 잇는 우하향 직선 특성이다. 또한 오프셋 V8off는 종 승산 회로 출력[Vout]의 불감대 영역을 회피하도록 설정된다.

여기서, 종 승산 회로 출력 특성은, 모니터 전압[Vin]을 횡축으로 하고 종 승산 회로 출력[Vout]을 종축으로 하는 입출력 관계 특성이기 때문에,

Vout=-{R81bR87/(R81aR81b+R81aR87+R81bR87)}·(R84b/R84a)·Vin+{R81bR87/(R81aR81b+R81aR87+R81bR87)}·(R84b/R84a)·V86+{(R84a+R84b)/R84a}·V85

의 식으로 표시된다. 그리고 이 식으로부터 밝혀진 바와 같이 게인 -K1은,

-K1=-{R81bR87/(R81aR81b+R81aR87+R81bR87)}·(R84b/R84a)

로 되며, 게인 -K1의 조정은, 게인 조정 저항(81a, 81b, 84a, 84b)의 각 저항 R81a, R81b, R84a, R84b와, 오프셋 조정 저항(87)의 저항 R87의 설정에 따라 행해진다.

또한 오프셋 V8off는,

V8off=-{R81b/(R81a+R81b)}·(R84b/R84a)·Vmax+{R81bR87/(R81aR81b+R81aR87+R81bR87)}·(R84b/R84a)·V86+{(R84a+R84b)/R84a}·V85

로 되며, 오프셋 V8off의 조정은, 게인 조정 저항(84a, 84b)의 각 저항 R84a, R84b의 설정과, 게인 조정 저항(81a, 81b, 84a, 84b)의 각 저항 R81a, R81b, R84a, R84b와, 오프셋 조정 저항(87)의 저항 R87과, 회로 전원(86)의 회로 전원 전압 V86과, 기준 전원(85)의 기준 전원 전압 V85의 설정에 따라 행해진다.

다음으로, 실시예 3에 있어서의 오프셋 부가에 의한 전압 센서 이상 진단 작용을 설명한다.

실시예 3에서는, 주 승산 회로(7)는 게인 K1을 기준 게인 K0보다도 작게 설정함으로써 주 승산 회로 출력 특성을, 도 10에 나타낸 바와 같이, 주 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V7off를 부가한 특성으로 설정한다. 종 승산 회로(8)는 게인 절댓값 |-K1|을 주 승산 회로 출력 특성의 게인 K1과 동일하다고 봄으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off를 부가한 특성으로 설정한다.

즉, 주 승산 회로 출력 특성에 오프셋 V7off가 부가되기 때문에, 도 10의 주 승산 회로 출력 특성으로 나타낸 바와 같이, 모니터 전압이 제로 전압이더라도 주 승산 회로 출력[Vout]이 포화 영역(불감대)에 들어가는 것이 회피되게 된다. 마찬가지로 종 승산 회로 출력 특성에 오프셋 V8off가 부가되기 때문에, 도 10의 종 승산 회로 출력 특성으로 나타낸 바와 같이, 모니터 전압의 최대 모니터 전압 Vmax 부근의 종 승산 회로 출력[Vout]이 포화 영역(불감대)에 들어가는 것이 회피되게 된다.

즉, 실시예 3의 경우에는, 주 승산 회로 출력 특성의 주 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V7off가 부가됨으로써, 모니터 전압[Vin]의 최소 모니터 전압 Vmin이 제로 전압까지 확대되더라도 모니터 결과가 포화 영역(불감대)에 들어가는 것이 회피된다. 달리 말하면, 모니터 전압[Vin]의 제로 전압으로부터 최대 전압까지를 모니터 구간으로 하는 시스템이더라도, 주 승산 회로 출력[Vout]이 포화 영역(불감대)에 들어가는 것이 회피된다.

따라서 주 승산 회로(7) 및 종 승산 회로(8)를, 바이폴라 소자를 이용하여 저가격 및 신뢰성을 요구하는 회로 구성으로 하더라도, 모니터 구간(최소 모니터 전압 Vmin 내지 최대 모니터 전압 Vmax)의 전 구간에 있어서 정밀도 높게 전압 센서 이상을 진단할 수 있다. 게다가 주 승산 회로 출력 특성에 오프셋 V7off를 부가하였기 때문에, 모니터 전압[Vin]의 최소 모니터 전압 Vmin이 제로 전압측으로 확대된 모니터 구간으로 변경되더라도 전압 센서의 이상 진단 정밀도를 확보할 수 있다. 또한, 다른 작용은 실시예 1과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

다음으로, 효과를 설명한다.

실시예 3에 있어서의 전압 센서 진단 장치에 있어서는 하기 효과가 얻어진다.

(6) 시스템 회로에 있어서의 회로 전압은 직류 전압이다.

주 승산 회로(7)는 게인 K1을, 주 승산 회로 출력[Vout]이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인 K0보다도 작게 함으로써, 주 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V7off를 부가한 특성으로 설정한다.

종 승산 회로(8)는 게인 절댓값 |-K1|을, 주 승산 회로 출력 특성의 게인 K1과 동일하다고 봄으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 종 승산 회로 출력[Vout]이 작은 불감대 영역에 오프셋 V8off를 부가한 특성으로 설정한다(도 10).

이 때문에, (1) 또는 (2)의 효과에 더해, 주 승산 회로(7) 및 종 승산 회로(8)를, 바이폴라 소자를 이용하여 저가격 및 신뢰성을 요구하는 회로 구성으로 하더라도, 불감대에 의한 영향이 제거되어 모니터 구간의 전 구간에 있어서 정밀도 높게 전압 센서 이상을 진단할 수 있다. 게다가 모니터 전압[Vin]의 최소 모니터 전압 Vmin이 제로 전압측으로 확대된 모니터 구간으로 변경되더라도 전압 센서의 이상 진단 정밀도를 확보할 수 있다.

실시예 4

실시예 4는, 주 승산 회로 및 종 승산 회로를, MOS 트랜지스터(MOS-FET)를 이용한 회로 구성으로 하고, 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성을, 오프셋을 부가하지 않는 특성으로 설정한 예이다.

도 11은, 실시예 4의 모니터 장치에 있어서의 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성을 나타낸다. 이하, 도 11에 기초하여 주 승산 회로 구성과 종 승산 회로 구성을 설명한다. 또한, 시스템 구성이나 모니터 장치(3)의 이상 진단 회로(9)의 구성은 실시예 1과 마찬가지이므로 도시 및 설명을 생략한다.

(주 승산 회로 구성)

주 승산 회로(7)는, 도 3에 도시한 바와 같이 게인 조정 저항(71a)과 게인 조정 저항(71b)과 전송기(72)와 연산 증폭기(73)를 구비하고 있다. 또한 연산 증폭기(73)는, MOS 트랜지스터를 이용한 회로 구성으로 하고 있다.

이 주 승산 회로(7)는 주 승산 회로 출력 특성을, 도 11에 나타낸 바와 같이, 주 승산 회로 출력[Vout]이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인 K0에 의한 특성으로 설정한다. 즉, 주 승산 회로 출력 특성은, 제로 전압점 A(주 승산 회로 출력 0V, 모니터 전압 0V의 교점)와 최대 전압점 B(예를 들어 주 승산 회로 출력 5V, 모니터 전압 600V의 교점)를 잇는 우상향 직선 특성이다.

여기서, 주 승산 회로 출력 특성은, 모니터 전압[Vin]을 횡축으로 하고 주 승산 회로 출력[Vout]을 종축으로 하는 입출력 관계 특성이기 때문에,

Vout={R71b/(R71a+R71b)}·Vin

의 식으로 표시된다. 그리고 이 식으로부터 밝혀진 바와 같이 기준 게인 K0은,

K0=R71b/(R71a+R71b)

로 되며, 기준 게인 K0의 조정은, 게인 조정 저항(71a)의 저항 R71a와, 게인 조정 저항(71b)의 저항 R71b의 설정에 따라 행해진다.

(종 승산 회로 구성)

종 승산 회로(8)는, 도 4에 도시한 바와 같이 게인 조정 저항(81a)과 게인 조정 저항(81b)과 전송기(82)와 연산 증폭기(83)와 게인 조정 저항(84a)과 게인 조정 저항(84b)과 연산 증폭기(83')와 기준 전원(85)을 구비하고 있다. 또한 연산 증폭기(83, 83')는, MOS 트랜지스터를 이용한 회로 구성으로 하고 있다.

여기서, 게인 조정 저항(81a)과 게인 조정 저항(81b)을, 주 승산 회로(7)의 게인 조정 저항(71a)과 게인 조정 저항(71b)과 동일한 비율로 설정한다. 그리고 게인 조정 저항(84a)과 게인 조정 저항(84b)을 1:1의 비율로 설정하고, 기준 전원(85)을 주 승산 회로(7)의 출력 레인지의 1/2로 설정한다. 이 설정에 의해, 도 4에 도시하는 종 승산 회로(8)는, 도 3에 도시하는 주 승산 회로(7)의 출력을, 출력 레인지의 1/2를 중심으로 반전하는 반전 출력으로 된다.

이 종 승산 회로(8)는, 게인 절댓값 |-K0|을 기준 게인 K0과 동일하게 설정함으로써 종 승산 회로 출력 특성을, 도 11에 나타낸 바와 같이, 종 승산 회로 출력[Vout]이 최대 전압과 제로 전압을 통과하는 게인 -K0에 의한 특성으로 설정한다. 종 승산 회로 출력 특성은, 최대 전압점 C(종 승산 회로 출력 5V, 모니터 전압 0V의 교점)와 제로 전압점 D(종 승산 회로 출력 0V, 모니터 전압 600V의 교점)를 잇는 우하향 직선 특성이다.

다음으로, 실시예 4에 있어서의 전압 센서 이상 진단 작용을 설명한다.

주 승산 회로(7)와 종 승산 회로(8)를, MOS 트랜지스터(MOS-FET)를 이용한 회로 구성으로 하였을 때, 주 승산 회로 출력과 종 승산 회로 출력에 불감대를 갖는 일이 없다. 즉, 실시예 1 내지 3과 같이, 바이폴라 소자를 이용한 회로 구성의 경우, 바이폴라 트랜지스터의 포화 특성으로부터 완전한 로우 레벨 또는 완전한 하이 레벨을 출력할 수 없어서 불감대를 갖는다. 이에 비해, 전계 효과 트랜지스터의 일종인 MOS 트랜지스터는 완전한 로우 레벨 또는 완전한 하이 레벨을 출력할 수 있다.

그래서 실시예 4에서는, 주 승산 회로(7)는 주 승산 회로 출력 특성을, 도 11에 나타낸 바와 같이, 기준 게인 K0에 의한 특성으로 설정하고 오프셋을 부가하지 않는다. 종 승산 회로(8)는 종 승산 회로 출력 특성을, 게인 절댓값 |-K0|을 기준 게인 K0과 동일하게 하는 특성으로 설정하고 오프셋을 부가하지 않는다.

이 때문에, 도 11의 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성으로 나타낸 바와 같이, 모니터 전압의 제로 전압으로부터 최대 전압까지를 모니터 구간으로 하는 시스템이더라도, 주 승산 회로 출력[Vout]과 종 승산 회로 출력[Vout]이 포화 영역(불감대)에 들어가는 것이 회피된다.

따라서 주 승산 회로(7) 및 종 승산 회로(8)를, MOS 트랜지스터를 이용한 회로 구성으로 하였을 때, 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성을 단순한 반전 특성으로 하면서, 모니터 구간의 전압 폭에 관계없이 정밀도 높게 전압 센서 이상을 진단할 수 있다. 또한, 다른 작용은 실시예 1과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

다음으로, 효과를 설명한다.

실시예 4에 있어서의 전압 센서 진단 장치에 있어서는 하기 효과가 얻어진다.

(7) 시스템 회로에 있어서의 회로 전압은 직류 전압이다.

주 승산 회로(7)는 주 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력[Vout]이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인 K0에 의한 특성으로 설정한다.

종 승산 회로(8)는 종 승산 회로 출력 특성을, 게인 절댓값 |-K0|이 기준 게인 K0과 동일하고 종 승산 회로 출력[Vout]이 최대 전압과 제로 전압을 통과하는, 반전된 게인 -K0에 의한 특성으로 설정한다(도 11).

이 때문에, (1) 또는 (2)의 효과에 더해, 주 승산 회로(7) 및 종 승산 회로(8)를, MOS 트랜지스터를 이용한 회로 구성으로 하였을 때, 2개의 승산 회로 출력 특성을 단순한 반전 특성으로 하면서, 모니터 구간의 전압 폭에 관계없이 정밀도 높게 전압 센서 이상을 진단할 수 있다.

이상, 본 개시의 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법을 실시예 1 내지 4에 기초하여 설명했다. 그러나 구체적인 구성에 대해서는 이들 실시예 1 내지 4에 한정되는 것은 아니며, 청구의 범위의 각 청구항에 따른 발명의 요지를 일탈하지 않는 한 설계의 변경이나 추가 등은 허용된다.

실시예 1, 2에서는 종 승산 회로 출력 특성에 오프셋을 부가하는 예를 나타내었고, 실시예 3에서는 주 승산 회로 출력 특성과 종 승산 회로 출력 특성에 오프셋을 부가하는 예를 나타내었다. 그러나 전압 센서인 주 승산 회로나 종 승산 회로에서의 전압 검출 정밀도의 악화를 피하기 위하여, 차분 검지에 의한 이상 진단을 실시할 때에만 오프셋을 부가하는 전환 수단을 구비하는 예로 해도 된다.

실시예 1 내지 4에서는 주 승산 회로(7)로서, 도 3에 도시하는 회로 구성이나 도 8에 도시하는 회로 구성으로 하는 예를 나타내었다. 그러나 주 승산 회로로서는, 도 3이나 도 8에 도시하는 회로 구성에 한정되는 것은 아니며, 다른 등가 회로 구성으로 하는 예여도 된다.

실시예 1 내지 4에서는 종 승산 회로(8)로서, 도 4에 도시하는 회로 구성이나 도 9에 도시하는 회로 구성으로 하는 예를 나타내었다. 그러나 종 승산 회로로서는, 도 4나 도 9에 도시하는 회로 구성에 한정되는 것은 아니며, 다른 등가 회로 구성으로 하는 예여도 된다.

실시예 1 내지 4에서는, 본 개시의 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법을, 전기 자동차나 하이브리드 차 등의 전동 차량의 구동원에 탑재되는 모터/제네레이터를 제어하는 차량 탑재 모터 제어 시스템에 적용하는 예를 나타내었다. 그러나 본 개시의 전압 센서 진단 장치 및 전압 센서 진단 방법은, 시스템 회로의 전압 센서를 진단하는 시스템이라면 다양한 전기 기기 시스템에 대해서도 적용할 수 있다.

Claims (6)

1. 전기 기기 시스템의 시스템 회로에 있어서의 회로 전압을 검출하는 전압 센서의 정상/이상을 진단하는 모니터 장치를 구비하는 전압 센서 진단 장치에 있어서,
   상기 모니터 장치는,
   상기 회로 전압을 모니터 전압으로서 입력하고, 상기 회로 전압의 검출값으로서, 게인을 반전하는 일 없이 신호를 출력하는 주 승산 회로와,
   상기 회로 전압을 모니터 전압으로서 입력하고, 상기 회로 전압의 검출값으로서, 상기 주 승산 회로로부터의 출력 신호에 대하여 게인을 반전하여 신호를 출력하는 종 승산 회로와,
   상기 주 승산 회로로부터의 게인 비반전 출력 신호와 상기 종 승산 회로로부터의 게인 반전 출력 신호에 기초하여, 상기 전압 센서인 상기 주 승산 회로와 상기 종 승산 회로의 이상을 진단하는 이상 진단 회로를 갖고,
   상기 이상 진단 회로는,
   상기 주 승산 회로로부터의 게인 비반전 출력 신호를 주 모니터 전압으로 환산하고,
   상기 종 승산 회로로부터의 게인 반전 출력 신호를 종 모니터 전압으로 환산하고,
   상기 주 모니터 전압과 상기 종 모니터 전압의 차분 절댓값이 차분 진단 역치를 초과하면, 상기 주 승산 회로와 상기 종 승산 회로가 이상인 것으로 진단하는
   것을 특징으로 하는 전압 센서 진단 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 시스템 회로에 있어서의 회로 전압은 직류 전압이고,
   상기 주 승산 회로는 주 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인에 의한 특성으로 설정하고,
   상기 종 승산 회로는 게인 절댓값을 상기 기준 게인보다도 작게 함으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 종 승산 회로 출력이 작은 불감대 영역에 오프셋을 부가한 특성으로 설정하는
   것을 특징으로 하는 전압 센서 진단 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 시스템 회로에 있어서의 회로 전압은 직류 전압이고,
   상기 주 승산 회로는 주 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인에 의한 특성으로 설정하고,
   상기 종 승산 회로는 게인 절댓값을 상기 기준 게인과 동일하다고 보고 고전압측으로 평행 이동시킴으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 종 승산 회로 출력이 작은 불감대 영역에 오프셋을 부가한 특성으로 설정하는
   것을 특징으로 하는 전압 센서 진단 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 시스템 회로에 있어서의 회로 전압은 직류 전압이고,
   상기 주 승산 회로는 게인을, 주 승산 회로 출력이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인보다도 작게 함으로써, 주 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력이 작은 불감대 영역에 오프셋을 부가한 특성으로 설정하고,
   상기 종 승산 회로는 게인 절댓값을, 상기 주 승산 회로 출력 특성의 게인과 동일하다고 봄으로써, 종 승산 회로 출력 특성을, 종 승산 회로 출력이 작은 불감대 영역에 오프셋을 부가한 특성으로 설정하는
   것을 특징으로 하는 전압 센서 진단 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 시스템 회로에 있어서의 회로 전압은 직류 전압이고,
   상기 주 승산 회로는 주 승산 회로 출력 특성을, 주 승산 회로 출력이 제로 전압과 최대 전압을 통과하는 기준 게인에 의한 특성으로 설정하고,
   상기 종 승산 회로는 종 승산 회로 출력 특성을, 게인 절댓값이 상기 기준 게인과 동일하고 종 승산 회로 출력이 최대 전압과 제로 전압을 통과하는, 반전된 게인에 의한 특성으로 설정하는
   것을 특징으로 하는 전압 센서 진단 장치.
6. 전기 기기 시스템의 시스템 회로에 있어서의 회로 전압을 검출하는 전압 센서의 정상/이상을 진단하는 모니터 장치를 구비하는 전압 센서 진단 방법에 있어서,
   상기 모니터 장치는 주 승산 회로와 종 승산 회로와 이상 진단 회로를 갖고,
   상기 주 승산 회로는, 상기 회로 전압을 모니터 전압으로서 입력하고, 상기 회로 전압의 검출값으로서, 게인을 반전하지 않는 게인 비반전 출력 신호를 출력하고,
   상기 종 승산 회로는 상기 회로 전압을 모니터 전압으로서 입력하고, 상기 회로 전압의 검출값으로서, 상기 게인 비반전 출력 신호에 대하여 게인을 반전한 게인 반전 출력 신호를 출력하고,
   상기 이상 진단 회로는 상기 게인 비반전 출력 신호와 상기 게인 반전 출력 신호에 기초하여, 상기 전압 센서인 주 승산 회로와 상기 종 승산 회로의 이상을 진단하는 경우,
   상기 주 승산 회로로부터의 게인 비반전 출력 신호를 주 모니터 전압으로 환산하고,
   상기 종 승산 회로로부터의 게인 반전 출력 신호를 종 모니터 전압으로 환산하고,
   상기 주 모니터 전압과 상기 종 모니터 전압의 차분 절댓값이 차분 진단 역치를 초과하면, 상기 주 승산 회로와 상기 종 승산 회로가 이상인 것으로 진단하는
   것을 특징으로 하는 전압 센서 진단 방법.

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