WO2017022440A1 - 異常検出装置 - Google Patents

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みゆき 西田
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    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • This disclosure relates to an abnormality detection device that detects an abnormality of a load.
  • LEDs Light emitting diodes
  • loads for vehicle lighting devices.
  • an LED disconnection detection device As a device for detecting a failure such as an LED disconnection, an LED disconnection detection device has been devised that supplies a pulse signal having a pulse width that does not light the LED to the LED to detect the presence or absence of the LED disconnection ( Patent Document 1).
  • an abnormality detection device for the LED lighting unit has been devised that performs an abnormality determination of the LED lighting unit before the LED lighting unit is lit (see Patent Document 2).
  • JP 2010-105590 A Japanese Patent Laying-Open No. 2015-044423 JP 2014-216765 A
  • an IPD Intelligent Power Device
  • an IPD Intelligent Power Device
  • the pulse width is controlled so as not to turn on the LED. For example, even if it is operated at a frequency of 200 Hz and a pulse width of 250 ⁇ s (duty ratio 5%), it is clearly understood that the LED is turned on. Considering the charging time, CPU processing cycle, etc., this detection method is not practical.
  • Patent Document 2 even if the LED lighting unit is turned on by the abnormality detection current, if the first detection time elapses, the light is turned on immediately based on the lighting instruction. In other words, the user does not feel uncomfortable. However, in recent years, depending on the load, it is required to isolate a failure state based on laws and regulations, and it is necessary to separate three states: a ground fault that is short-circuited to ground, a power fault that is short-circuited to a power source, and a disconnection. In Patent Document 2, there is no disclosure about state separation. Further, current is consumed when detecting an abnormality of the LED.
  • Patent Document 3 when the LED is turned on for original illumination or the like, it is determined whether or not there is a disconnection or a power fault. Therefore, even if the LED is turned on by a pull-up circuit when there is no disconnection, the user feels uncomfortable. None remember. However, it is effective in a configuration including a pull-up circuit and a pull-up switching element for adjusting illuminance in addition to the driving switching element, but it is difficult to apply to a device that does not include these circuits and elements. Further, current is consumed when detecting an abnormality of the LED.
  • This disclosure is intended to provide an abnormality detection device that can easily identify the failure state of a load such as an LED and can perform this isolation without the user's knowledge.
  • the abnormality detection device includes a load connected to the load connection terminal, one of which is connected to the load connection terminal, and switching between an on state and an off state to supply power to the load and A first switching element that switches off, a control unit that switches an on state or an off state of the first switching element, a detection unit that outputs a signal based on a comparison between a voltage of a load connection terminal and a predetermined reference voltage; An acquisition unit that acquires a signal from the detection unit, and after the control unit switches the first switching element from the ON state to the OFF state, the acquisition unit outputs an abnormality detection signal that is a signal of a predetermined level in advance. And a determination unit that determines that the load state is abnormal when continuously acquired beyond a predetermined first determination time.
  • an abnormality of the load is determined after the power supply to the load is cut off, so that the load does not operate (lights up if the LED is used) and is not noticed by the user. Also, no current is consumed when detecting a load abnormality.
  • the figure which shows the structure of an abnormality detection apparatus (Example 1).
  • the figure which shows the output signal from the detection part at the time of abnormality (Example 1).
  • the flowchart explaining the abnormality determination process (Example 1).
  • 6 is a timing chart for explaining abnormality determination (Example 1).
  • the figure which shows the structure of an abnormality detection apparatus (Example 2).
  • the flowchart explaining the abnormality determination process (Example 2).
  • 9 is a timing chart for explaining abnormality determination (Example 2).
  • the abnormality detection device 1 includes an ECU 10 and a load 60 connected between a load connection terminal 50 of the ECU 10 and a ground (GND).
  • GND ground
  • the ECU 10 is a well-known MPU 20 (control unit, determination unit), an IPD 30 connected between the MPU 20 and the load connection terminal 50, and a switch 41 (first switch) connected between the load connection terminal 50 and the ground (GND). Two switching elements), a constant current circuit 40 (current supply unit), a surge absorbing capacitor 42 connected between the load connection terminal 50 and GND, and an interface circuit for performing communication with other devices. / F43 is provided.
  • the MPU 20 includes a known arithmetic unit, peripheral circuits such as an A / D converter and a signal input / output circuit, a memory, and the like. And the various functions of ECU10 are implement
  • the IPD 30 includes a transistor 31 (first switching element), which is a well-known FET, and a detection unit 32, for example.
  • the transistor 31 is connected between the power supply (+ B) and the load connection terminal 50. And based on the control command output from the port 21 of MPU20, an on / off state is switched and drive control of the load 60 is performed (PWM control may be sufficient).
  • the detection unit 32 includes a known comparator 33.
  • the comparator 33 receives Vth, which is a reference voltage generated by dividing the power supply voltage by the resistors 34 and 35, and Vload, which is the voltage of the load connection terminal 50.
  • the comparator 33 outputs Vc, which is a comparison result between Vth and Vload, to the port 22 (acquisition unit) of the MPU 20.
  • the IPD 30 may be an integrated circuit or a discrete configuration.
  • the switch 41 may be either a transistor or a relay.
  • the switch 41 switches the on / off state based on a control command output from the port 23 of the MPU 20.
  • the constant current circuit 40 any of known circuits using constant current diodes, transistors, or operational amplifiers may be used.
  • the constant of the constant current circuit 40 is determined so that current flows from the capacitor 42 toward the constant current circuit 40.
  • the load 60 includes a well-known LED (light emitting diode) 61 and a resistor 62 for limiting the current flowing through the LED 61.
  • the load 60 is not limited to the LED, and may be a motor, a solenoid, or a switch circuit.
  • FIG. 2 shows the state of the output signal (Vc) from the detection unit 32 (comparator 33) when the load 60 is abnormal. Note that it is assumed that the transistor 31 is off. Further, when Vload> Vth, Vc becomes H level.
  • Step 1 When the switch 41 is in the off state (Step 1) and the load 60 is in a power fault (shorted with the power supply), Vload is the same as the voltage of the power supply (+ B). Therefore, Vc becomes H level.
  • the load 60 When the load 60 is disconnected, the load connection terminal 50 is in a floating state, but Vload is the same as the voltage across the capacitor 42, that is, the voltage of the power supply (+ B). Therefore, Vc becomes H level.
  • the state where Vc is at the H level corresponds to the abnormality detection signal. Details of the above state will be described later. Further, the H level of Vc is, for example, the same level as the power supply voltage applied to the comparator 33.
  • the L level of Vc is, for example, 0V.
  • FIG. 3 shows an abnormality determination process executed by the MPU 20 at a predetermined timing. First, it is determined whether or not an output stop instruction for switching the transistor 31 from the on state to the off state has been issued. When the output stop instruction is issued (S11: Yes), the timer is started (S12). Next, the state of the port 22 is monitored, and the value of Vc output from the comparator 33 is acquired (S13). The acquired Vc is A / D converted and used for subsequent processing.
  • T1 is set to a value larger than the time required for Vc to change from the H level to the L level when the transistor 31 is turned off while the load 60 is operating normally.
  • Vc the value of Vc output from the comparator 33 is acquired (S19). This is performed until the value of the timer exceeds T2 (second determination time) which is a predetermined time. That is, the value of Vc is sampled during T2.
  • the control unit Corresponds to a configuration in which the second switching element is turned on, and the determination unit determines the content of the load abnormality based on the state of the signal acquired by the acquisition unit when the second switching element is in the on state.
  • this configuration can be realized by a combination of common circuits without using expensive devices and circuits. Further, this is an operation after some abnormality is detected, and the user does not feel uncomfortable.
  • T2 is set so that it can be determined whether or not the value of Vc has changed. For example, the time is longer than the time required to discharge all the charges accumulated in the capacitor 42.
  • the above-mentioned configuration is, “When the time when the acquisition unit continuously acquires the abnormality detection signal after the control unit turns on the second switching element is less than the second determination time, the load is disconnected.
  • This configuration corresponds to a configuration of “determining”, and with this configuration, it is possible to determine whether or not the load is disconnected in a device including a high-side driver circuit.
  • the above configuration is “when the time when the acquisition unit continues to acquire the abnormality detection signal after the second switching element is turned on exceeds a predetermined second determination time, the load is in a fault. It is possible to determine whether or not the load has a power fault with an apparatus including a high-side driver circuit.
  • FIG. 4 shows the state of the Vload, Vc, and constant current circuit 40 when the transistor 31 is turned from the ON state (ON) to the OFF state (OFF) based on the control command of the MPU 20 from the port 21.
  • the timing chart represented about each of a state (at the time of normal time, a disconnection, and a power fault) is shown.
  • Vload changes from the voltage (BATT) of the power supply (+ B) to 0 V until at least the time corresponding to the above-described T1 elapses. It changes from level to L level.
  • the state is the same as that at the time of disconnection until T1 elapses after the transistor 31 is turned off from the on state (the state of Step 1 of the power fault in FIG. 2).
  • Vload maintains BATT even if T2 elapses after the output of the constant current circuit 40 is started. Therefore, Vc also maintains the H level state (the state of Step 2 of the skyline in FIG. 2). Thereby, when the time corresponding to T2 has elapsed after the output of the constant current circuit 40 is started, if Vc is at the H level, it can be determined that there is a power fault.
  • Example 2 will be described with reference to FIGS.
  • symbol is provided about the component which performs the function similar to FIG. 1, what is necessary is just to make a rating and a constant suitable for a present Example.
  • the abnormality detection device 1 includes the ECU 10 and a load 600 connected between the load connection terminal 50 of the ECU 10 and the power source (+ B).
  • the ECU 10 is a well-known MPU 20 (control unit, determination unit), an IPD 300 connected between the MPU 20 and the load connection terminal 50, a switch 410 (first operation) connected between the power source (+ B) and the load connection terminal 50. Two switching elements), a constant current circuit 400 (current supply unit), a surge absorbing capacitor 420 connected between the load connection terminal 50 and the ground (GND), and an interface circuit for communicating with other devices.
  • the I / F 43 is provided.
  • the configurations of the MPU 20 and the I / F 43 are the same as those in FIG.
  • the IPD 300 includes a transistor 310 (first switching element) and a detection unit 32.
  • the transistor 310 is connected between the load connection terminal 50 and GND. And based on the control command output from the port 21 of MPU20, an on / off state is switched and drive control of the load 600 is performed (PWM control may be sufficient).
  • the detection unit 32 includes a known comparator 33.
  • the comparator 33 receives Vth, which is a reference voltage generated by dividing the power supply voltage by the resistors 34 and 35, and Vload, which is the voltage of the load connection terminal 50.
  • the comparator 33 outputs Vc, which is a comparison result between Vth and Vload, to the port 22 (acquisition unit) of the MPU 20.
  • the transistor 310 performs an on / off operation on the GND side of the load 600.
  • the configuration of FIG. 5 indicates that “the load (600) is connected between the power supply and the load connection terminal, and the first switching element (310) is connected between the load connection terminal and the ground (GND).
  • the second switching element (410) and the current supply unit (400) are connected between the power source and the load connection terminal ”.
  • the IPD 300 is connected to the low-side driver as shown in FIG. It is possible to isolate a load abnormality with the apparatus used as the above.
  • the configuration of the switch 410 and the constant current circuit 400 is the same as that of the switch 41 and the constant current circuit 40 of FIG.
  • a constant of the constant current circuit 400 is determined so that a current flows from the constant current circuit 400 toward the capacitor 420.
  • the load 600 includes a well-known LED (light emitting diode) 610 and a resistor 620 for limiting the current flowing through the LED 610.
  • the load 600 is not limited to the LED, and may be a motor, a solenoid, or a switch circuit.
  • FIG. 6 shows the state of the output signal (Vc) from the detection unit 32 (comparator 33) when the load 600 is abnormal. Note that it is a precondition that the transistor 310 is off. Further, when Vload ⁇ Vth, Vc becomes H level.
  • Step 2 When the switch 410 is in the on state (Step 2), if the load 600 is grounded, Vc maintains the H level. When the load 600 is disconnected, the electric charge is accumulated in the capacitor 420, and Vload becomes the same as the voltage of the power supply (+ B). Therefore, Vc changes to the L level. Thereby, it can be determined whether it is a ground fault or a disconnection.
  • the state where Vc is at the H level corresponds to the abnormality detection signal. Details of the above state will be described later. Further, the H level of Vc is, for example, the same level as the power supply voltage applied to the comparator 33.
  • the L level of Vc is, for example, 0V.
  • FIG. 7 shows an abnormality determination process executed by the MPU 20 at a predetermined timing.
  • the processing of S31 to S33 is the same as S11 to S13 of FIG.
  • S34 it is determined whether or not the output of the comparator 33 is abnormal. That is, even when the transistor 310 is turned off, when Vc is at the H level as in Step 1 of FIG. When Vc is at the L level (S34: No), it is determined that the output of the comparator 33 is normal, and this process ends.
  • T10 is set to a value larger than the time required for Vc to change from the H level to the L level when the transistor 310 is turned off while the load 600 is operating normally.
  • a control command is output from the port 23 so that the switch 410 is turned on.
  • the constant current circuit 400 is connected to the load connection terminal 50, and current output is started (S37).
  • a current path such as the power source (+ B), the constant current circuit 400, the switch 410, the capacitor 420, and GND is formed.
  • the timer is restarted (S38).
  • the value of Vc output from the comparator 33 is acquired (S39). This is performed until the value of the timer exceeds T20 (second determination time) which is a predetermined time. That is, the value of Vc is sampled during T20.
  • the above-mentioned configuration includes the “current supply unit (400) connected to the load connection terminal via the second switching element (410), and when the determination unit determines that the load state is abnormal, the control unit Corresponds to a configuration in which the second switching element is turned on, and the determination unit determines the content of the load abnormality based on the state of the signal acquired by the acquisition unit when the second switching element is in the on state.
  • this configuration can be realized by a combination of common circuits without using expensive devices and circuits. Further, this is an operation after some abnormality is detected, and the user does not feel uncomfortable.
  • T20 is set so that it can be determined whether or not the value of Vc has changed. For example, it is longer than the time required to charge the capacitor 420 to the abnormality determination threshold.
  • the above-mentioned configuration is, “When the time when the acquisition unit continuously acquires the abnormality detection signal after the control unit turns on the second switching element is less than the second determination time, the load is disconnected.
  • This configuration corresponds to the configuration of “determining”, and with this configuration, it is possible to determine whether or not the load is disconnected in any of the low-side type driver circuits.
  • the above-described configuration is “when the time when the acquisition unit continuously acquires the abnormality detection signal after the second switching element is turned on exceeds a predetermined second determination time, the load is grounded. It is possible to determine whether or not the load is grounded by a device including a low-side driver circuit.
  • FIG. 8 shows the state of Vload, Vc, and constant current circuit 400 when the transistor 310 is turned off from the on state based on the control command of the MPU 20 from the port 21, and the state of the load 600 (disconnected when normal).
  • the timing chart showing each of the time and the time of earth fault) is shown.
  • Vload changes from 0 V to the voltage (BATT) of the power supply (+ B) at least until the time corresponding to the above-described T10 has elapsed. It changes from level to L level.
  • Vload remains 0 V even after T10 elapses, so Vc also remains at the H level (disconnected Step 1 state in FIG. 6).
  • Vc changes to the L level (disconnected Step 2 state in FIG. 6).
  • the state is the same as that at the time of disconnection until T10 elapses after the transistor 310 is turned off from the on state (the state of Step 1 of the ground fault in FIG. 6).
  • Vload maintains 0V. Therefore, Vc also maintains the H level state (the state of the ground fault Step 2 in FIG. 6).

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Abstract

異常検出装置は、負荷接続端子（５０）に接続された負荷（６０、６００）と、一方が負荷接続端子に接続され、負荷への電源（＋Ｂ）の供給および遮断を切り替える第一スイッチング素子（３１、３１０）と、第一スイッチング素子のオン状態またはオフ状態を切り替える制御部（２０）と、負荷接続端子の電圧と、予め定められた基準電圧との比較に基づく信号を出力する検出部（３２）と、検出部からの信号を取得する取得部（２２）と、制御部が第一スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り替えた後、取得部が、予め定められたレベルの信号である異常検出信号を、予め定められた第一判定時間を超えて継続して取得したときに、負荷の状態が異常であると判定する判定部（２０）と、を備える。

Description

異常検出装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年７月３１日に出願された日本出願番号２０１５－１５１９０７号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、負荷の異常を検出する異常検出装置に関する。
　車両の灯火装置の光源（負荷）として、発光ダイオード（ＬＥＤ）が普及している。また、ＬＥＤの断線等の故障を検出するものとして、ＬＥＤを点灯させない程度のパルス幅のパルス信号をＬＥＤに供給して、ＬＥＤの断線の有無を検出するＬＥＤ断線検出装置が考案されている（特許文献１参照）。
　また、ＬＥＤ点灯部を点灯する前にＬＥＤ点灯部の異常判定を行うＬＥＤ点灯部の異常検出装置が考案されている（特許文献２参照）。
　また、プルアップ回路を設けて、駆動用スイッチング素子のオフ時に、プルアップ回路のプルアップ用スイッチング素子をオンさせることで、断線を検出でき、駆動用スイッチング素子のオフ時に、プルアップ回路のプルアップ用スイッチング素子をオフさせることで、天絡を検出できるＬＥＤ異常検出装置が考案されている（特許文献３参照）。
特開２０１０－１０５５９０号公報 特開２０１５－０４４４２３号公報 特開２０１４－２１６７６５号公報
　特許文献１のように、ＬＥＤが消灯状態で断線検出をする場合、ＩＰＤ（Intelligent　Power　Device）では外付けのプルアップ抵抗が必要となる。これを付けた場合に、ＬＥＤが断線していない状態で判定動作を行うと、ＬＥＤが点灯(照度は暗い)する。これは、ユーザが意図しない動作であり、ユーザは違和感を覚えることもあり得る。また、プルアップ抵抗を付けない場合、天絡か断線かの判断ができない。さらに、ＬＥＤを点灯させない程度のパルス幅で制御しているが、例えば２００Ｈｚの周波数、パルス幅２５０μｓ（Ｄｕｔｙ比５％）で作動させても、ＬＥＤが点灯したことは明らかに分かり、コンデンサへの充電時間やＣＰＵの処理周期等を考えると、この検出方法は現実的でないといえる。
　特許文献２では、異常検出電流によりＬＥＤ点灯部が点灯したとしても、第一検出時間が経過すれば、その後すぐに点灯指示に基づいて点灯するため、ユーザの意図しないタイミングで点灯することにはならず、ユーザが違和感を覚えることはない。しかし、近年、負荷によっては、法規に基づき、故障状態の切り分けが要求され、接地と短絡する地絡、電源と短絡する天絡、断線の３つの状態を切り分ける必要がある。特許文献２では、状態切り分けについての開示はない。また、ＬＥＤの異常を検出する際に電流を消費する。
　特許文献３では、本来の照明などのためにＬＥＤを点灯させるときに、断線および天絡の有無の判定を行うので、断線がない場合にプルアップ回路によってＬＥＤが点灯したとしても、ユーザが違和感を覚えることはない。しかし、駆動用スイッチング素子の他に、プルアップ回路や照度調整用のプルアップスイッチング素子を備える構成のときには有効であるが、これらの回路・素子を備えない装置に適用するのは難しい。また、ＬＥＤの異常を検出する際に電流を消費する。
　本開示は、ＬＥＤ等の負荷の故障状態の切り分けを簡単に実施でき、さらに、この切り分けをユーザに気づかれることなく実施できる異常検出装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様によれば、異常検出装置は、負荷接続端子に接続された負荷と、一方が負荷接続端子に接続され、オン状態またはオフ状態を切り替えることにより、負荷への電源の供給および遮断を切り替える第一スイッチング素子と、第一スイッチング素子のオン状態またはオフ状態を切り替える制御部と、負荷接続端子の電圧と、予め定められた基準電圧との比較に基づく信号を出力する検出部と、検出部からの信号を取得する取得部と、制御部が第一スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り替えた後、取得部が、予め定められたレベルの信号である異常検出信号を、予め定められた第一判定時間を超えて継続して取得したときに、負荷の状態が異常であると判定する判定部と、を備える。
　上記構成によって、負荷への電源の遮断後に負荷の異常を判定するので、負荷が動作（ＬＥＤならば点灯）することはなく、ユーザに気づかれることはない。また、負荷の異常を検出する際に電流を消費しない。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
異常検出装置の構成を示す図（実施例１）。 異常時の検出部からの出力信号を示す図（実施例１）。 異常判定処理を説明するフロー図（実施例１）。 異常判定を説明するタイミングチャート（実施例１）。 異常検出装置の構成を示す図（実施例２）。 異常時の検出部からの出力信号を示す図（実施例２）。 異常判定処理を説明するフロー図（実施例２）。 異常判定を説明するタイミングチャート（実施例２）。
　図１～図４を用いて、実施例１を説明する。図１のように、異常検出装置１は、ＥＣＵ１０と、ＥＣＵ１０の負荷接続端子５０と接地（ＧＮＤ）との間に接続された負荷６０を含む。
　ＥＣＵ１０は、周知のＭＰＵ２０（制御部、判定部）、ＭＰＵ２０と負荷接続端子５０との間に接続された、ＩＰＤ３０、負荷接続端子５０と接地（ＧＮＤ）との間に接続されたスイッチ４１（第二スイッチング素子）および定電流回路４０（電流供給部）、負荷接続端子５０とＧＮＤとの間に接続されたサージ吸収用のコンデンサ４２、他の装置との通信を行うためのインターフェース回路であるＩ／Ｆ４３を備える。
　ＭＰＵ２０は、周知の演算部、および、Ａ／Ｄコンバータや信号入出力回路等の周辺回路、メモリ等を含む。そして、演算部がメモリに記憶された制御プログラムを実行することで、ＥＣＵ１０の各種機能を実現する。
　ＩＰＤ３０は、例えば周知のＦＥＴであるトランジスタ３１（第一スイッチング素子）、検出部３２を備える。トランジスタ３１は、電源（＋Ｂ）と負荷接続端子５０との間に接続される。そして、ＭＰＵ２０のポート２１から出力される制御指令に基づいてオン／オフの状態を切り替え、負荷６０の駆動制御を行う（ＰＷＭ制御でもよい）。検出部３２は、周知の比較器３３を含む。比較器３３には、電源電圧を抵抗３４および３５により分圧して生成された基準電圧であるＶｔｈ、および、負荷接続端子５０の電圧であるＶｌｏａｄが入力される。比較器３３は、ＶｔｈとＶｌｏａｄとの比較結果であるＶｃを、ＭＰＵ２０のポート２２（取得部）に出力する。なお、ＩＰＤ３０は、集積回路としてもよいし、ディスクリート構成としてもよい。
　トランジスタ３１は、負荷６０に電流を供給する電源側でオン／オフの動作を行う。つまり、図１の構成は、「負荷（６０）は、負荷接続端子と接地（ＧＮＤ）との間に接続され、第一スイッチング素子（３１）は、電源と負荷接続端子との間に接続され、第二スイッチング素子（４１）および電流供給部（４０）は、負荷接続端子と接地との間に接続される」という構成に相当し、本構成によって、図１のように、ＩＰＤ３０をハイサイド型ドライバとして用いた装置で、負荷の異常の切り分けを行うことができる。
　スイッチ４１は、トランジスタ、リレーのいずれを用いてもよい。スイッチ４１は、ＭＰＵ２０のポート２３から出力される制御指令に基づいてオン／オフの状態を切り替える。定電流回路４０は、周知の定電流ダイオード、トランジスタあるいはオペアンプを用いた回路のいずれを用いてもよい。コンデンサ４２から定電流回路４０に向かって電流が流れるように定電流回路４０の定数を定める。
　負荷６０は、周知のＬＥＤ（発光ダイオード）６１、ＬＥＤ６１に流れる電流を制限するための抵抗６２を含む。負荷６０は、ＬＥＤに限定されるものではなく、モータ、ソレノイド、スイッチ回路でもよい。
　図２に、負荷６０が異常時の、検出部３２（比較器３３）からの出力信号（Ｖｃ）の状態を示す。なお、トランジスタ３１がオフ状態であることを前提条件とする。また、Ｖｌｏａｄ＞Ｖｔｈのとき、ＶｃがＨレベルとなる。
　・スイッチ４１がオフ状態のとき（Ｓｔｅｐ１）、負荷６０が天絡（電源とショート）している場合は、Ｖｌｏａｄは電源（＋Ｂ）の電圧と同じになる。よって、ＶｃはＨレベルとなる。負荷６０が断線している場合は、負荷接続端子５０が浮いた状態となるが、Ｖｌｏａｄはコンデンサ４２の両端の電圧すなわち、電源（＋Ｂ）の電圧と同じになる。よって、ＶｃはＨレベルとなる。
　・スイッチ４１がオン状態のとき（Ｓｔｅｐ２）、負荷６０が天絡している場合は、ＶｃはＨレベルを維持する。負荷６０が断線している場合は、コンデンサ４２に蓄積された電荷が放電されて、Ｖｌｏａｄ＝０Ｖとなる。よって、ＶｃはＬレベルに変化する。これにより、天絡か断線かを判定できる。
　なお、ＶｃがＨレベルとなる状態が、異常検出信号に相当する。また、上述の状態の詳細については、後で述べる。また、ＶｃのＨレベルは、例えば、比較器３３に印加される電源電圧と同レベルである。ＶｃのＬレベルは、例えば、０Ｖである。
　図３に、ＭＰＵ２０が予め定められたタイミングで実行する、異常判定処理を示す。まず、トランジスタ３１をオン状態からオフ状態にするための出力停止指示を行ったか否かを判定する。出力停止指示を行ったとき（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、タイマをスタートさせる（Ｓ１２）。次に、ポート２２の状態を監視し、比較器３３が出力するＶｃの値を取得する（Ｓ１３）。取得したＶｃは、Ａ／Ｄ変換して以降の処理に用いる。
　次に、比較器３３の出力が異常か否かを判定する。すなわち、トランジスタ３１をオフ状態にしたにもかかわらず、図２のＳｔｅｐ１のように、ＶｃがＨレベルのとき、異常と判定する。ＶｃがＬレベルのとき（Ｓ１４：Ｎｏ）、比較器３３の出力は正常であるとして、本処理を終了する。
　一方、ＶｃがＨレベルのとき（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、タイマの値を参照し、予め定められた時間であるＴ１（第一判定時間）を超えたか否かを判定する。Ｔ１を超えないとき（Ｓ１５：Ｎｏ）、Ｓ１３へ戻る。一方、Ｔ１を超えたとき（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、負荷６０に異常が発生したと判定する（Ｓ１６）。
　Ｔ１は、負荷６０が正常に動作しているときに、トランジスタ３１をオフ状態にした場合、ＶｃがＨレベルからＬレベルに変化するのに要する時間よりも大きな値を設定する。
　次に、スイッチ４１をオン状態とするよう、ポート２３から制御指令を出力する。これにより、定電流回路４０が負荷接続端子５０に接続され、電流出力を開始する（Ｓ１７）。これにより、コンデンサ４２～スイッチ４１～定電流回路４０～ＧＮＤのような電流経路ができる。次に、タイマを再スタートさせる（Ｓ１８）。
　次に、比較器３３が出力するＶｃの値を取得する（Ｓ１９）。これを、タイマの値が予め定められた時間であるＴ２（第二判定時間）を超えるまで実施する。つまり、Ｔ２の間、Ｖｃの値をサンプリングする。
　上述の構成が、「負荷接続端子に第二スイッチング素子（４１）を介して接続された電流供給部（４０）を備え、判定部が、負荷の状態が異常であると判定したとき、制御部は第二スイッチング素子をオン状態とし、判定部は、第二スイッチング素子がオン状態のときに、取得部が取得する信号の状態に基づいて、負荷の異常の内容を判定する」という構成に相当し、本構成によって、高価なデバイスや回路を使用せず、一般的な回路の組み合わせで実現できる。また、何らかの異常を検出した後での動作であり、ユーザに違和感を生じさせない。
　タイマの値がＴ２を超えたとき（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、以下のうちの少なくとも一方を用いて、Ｖｃの値が変化したか否かを判定する。
・Ｖｃの値が、ＨレベルからＬレベルに変化したとき、Ｖｃの値が変化したと判定。
・Ｖｃの値が、予め定められた値を下回ったとき、Ｖｃの値が変化したと判定。
・Ｖｃの値の変化量が、予め定められた値を上回ったとき、Ｖｃの値が変化したと判定。
　Ｔ２は、上述の、Ｖｃの値が変化したか否かを判定できるように設定する。例えば、コンデンサ４２に蓄積された電荷を全て放電するために要する時間よりも長くする。
　Ｖｃの値（出力値）が変化したと判定したとき（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、負荷６０が断線状態であると判定する（Ｓ２２）。次に、断線判定時の処理を実行する（Ｓ２３）。例えば、負荷６０が断線状態である旨を含む情報を、Ｉ／Ｆ４３を介して、ＥＣＵ１０に接続されている他の装置に出力する。また、ＬＥＤ、ＬＣＤ等の報知部（図示せず）を設け、断線状態である旨を報知してもよい。この後、Ｓ２４に進む。
　上述の構成が、「制御部が第二スイッチング素子をオン状態としてから、取得部で異常検出信号を継続して取得した時間が、第二判定時間を下回るときに、負荷が断線していると判定する」という構成に相当し、本構成によって、ハイサイド型のドライバ回路を含む装置で、負荷が断線したか否かを判定できる。
　一方、Ｖｃの値が変化していないと判定したとき（Ｓ２１：Ｎｏ）、負荷６０が電源（＋Ｂ）と接触している天絡状態であると判定する（Ｓ２５）。次に、天絡判定時の処理を実行する（Ｓ２６）。処理内容は、負荷６０が天絡状態である旨を出力あるいは報知する。この後、Ｓ２４に進む。
　上述の構成が、「第二スイッチング素子をオン状態としてから、取得部で異常検出信号を継続して取得した時間が、予め定められた第二判定時間を超えたとき、負荷が天絡していると判定する」という構成に相当し、本構成によって、ハイサイド型のドライバ回路を含む装置で、負荷が天絡したか否かを判定できる。
　Ｓ２４では、スイッチ４１をオフ状態とするよう、ポート２３から制御指令を出力する。これにより、定電流回路４０が負荷接続端子５０から切り離され、電流出力を停止する。
　図４に、ポート２１からのＭＰＵ２０の制御指令に基づいて、トランジスタ３１をオン状態（ＯＮ）からオフ状態（ＯＦＦ）にしたときの、Ｖｌｏａｄ、Ｖｃ、定電流回路４０の状態を、負荷６０の状態（正常時、断線時、天絡時）のそれぞれについて表したタイミングチャートを示す。
　正常時では、トランジスタ３１をオン状態からオフ状態にすると、少なくとも上述のＴ１に相当する時間が経過するまでに、Ｖｌｏａｄが電源（＋Ｂ）の電圧（ＢＡＴＴ）から０Ｖに変化するので、ＶｃもＨレベルからＬレベルに変化する。
　断線時では、トランジスタ３１をオン状態からオフ状態にすると、Ｔ１が経過しても、Ｖｌｏａｄが電源レベルのままであるため、ＶｃもＨレベルの状態を保つ（図２の、断線のＳｔｅｐ１の状態）。ここで、定電流回路４０の出力を開始すると、コンデンサ４２に蓄積された電荷が放電し、Ｖｌｏａｄが減少して最終的には０Ｖになる。よって、ＶｃもＬレベルに変化する（図２の、断線のＳｔｅｐ２の状態）。これにより、定電流回路４０の出力を開始してからＴ２に相当する時間が経過したとき、ＶｃがＬレベルであれば、断線と判定できる。
　天絡時では、トランジスタ３１をオン状態からオフ状態してからＴ１が経過するまでは、断線時と同じ状態である（図２の、天絡のＳｔｅｐ１の状態）。しかし、定電流回路４０の出力を開始してからＴ２が経過しても、ＶｌｏａｄはＢＡＴＴを維持する。よって、ＶｃもＨレベルの状態を維持する（図２の、天絡のＳｔｅｐ２の状態）。これにより、定電流回路４０の出力を開始してからＴ２に相当する時間が経過したとき、ＶｃがＨレベルであれば、天絡と判定できる。
　図５～図８を用いて、実施例２を説明する。なお、図１と同様の機能を行う部品については、同一の符号を付与してあるが、定格・定数は、本実施例に適したものとすればよい。
　図５のように、異常検出装置１は、ＥＣＵ１０と、ＥＣＵ１０の負荷接続端子５０と電源（＋Ｂ）との間に接続された負荷６００を含む。
　ＥＣＵ１０は、周知のＭＰＵ２０（制御部、判定部）、ＭＰＵ２０と負荷接続端子５０との間に接続された、ＩＰＤ３００、電源（＋Ｂ）と負荷接続端子５０との間に接続されたスイッチ４１０（第二スイッチング素子）および定電流回路４００（電流供給部）、負荷接続端子５０と接地（ＧＮＤ）との間に接続されたサージ吸収用のコンデンサ４２０、他の装置との通信を行うためのインターフェース回路であるＩ／Ｆ４３を備える。
　ＭＰＵ２０およびＩ／Ｆ４３の構成は、図１と同様である。
　ＩＰＤ３００は、トランジスタ３１０（第一スイッチング素子）、検出部３２を備える。トランジスタ３１０は、負荷接続端子５０とＧＮＤとの間に接続される。そして、ＭＰＵ２０のポート２１から出力される制御指令に基づいてオン／オフの状態を切り替え、負荷６００の駆動制御を行う（ＰＷＭ制御でもよい）。検出部３２は、周知の比較器３３を含む。比較器３３には、電源電圧を抵抗３４および３５により分圧して生成された基準電圧であるＶｔｈ、および、負荷接続端子５０の電圧であるＶｌｏａｄが入力される。比較器３３は、ＶｔｈとＶｌｏａｄとの比較結果であるＶｃを、ＭＰＵ２０のポート２２（取得部）に出力する。
　トランジスタ３１０は、負荷６００のＧＮＤ側でオン／オフの動作を行う。つまり、図５の構成は、「負荷（６００）は、電源と負荷接続端子との間に接続され、第一スイッチング素子（３１０）は、負荷接続端子と接地（ＧＮＤ）との間に接続され、第二スイッチング素子（４１０）および電流供給部（４００）は、電源と負荷接続端子との間に接続される」という構成に相当し、本構成によって、図５のように、ＩＰＤ３００をローサイドドライバとして用いた装置で、負荷の異常の切り分けを行うことができる。
　スイッチ４１０、定電流回路４００の構成は、図１のスイッチ４１、定電流回路４０と同様である。定電流回路４００からコンデンサ４２０に向かって電流が流れるように定電流回路４００の定数を定める。
　負荷６００は、周知のＬＥＤ（発光ダイオード）６１０、ＬＥＤ６１０に流れる電流を制限するための抵抗６２０を含む。負荷６００は、ＬＥＤに限定されるものではなく、モータ、ソレノイド、スイッチ回路でもよい。
　図６に、負荷６００が異常時の、検出部３２（比較器３３）からの出力信号（Ｖｃ）の状態を示す。なお、トランジスタ３１０がオフ状態であることを前提条件とする。また、Ｖｌｏａｄ＜Ｖｔｈのとき、ＶｃはＨレベルとなる。
　・スイッチ４１０がオフ状態のとき（Ｓｔｅｐ１）、負荷６００が地絡（ＧＮＤとショート）した場合は、ＶｌｏａｄはＧＮＤ（０Ｖ）と同じになる。よって、ＶｃはＨレベルとなる。負荷６００が断線した場合は、Ｖｌｏａｄはコンデンサ４２０の両端の電圧と同じになる。コンデンサ４２０には電荷が蓄積されていないので、Ｖｌｏａｄ＝０Ｖとなる。よって、ＶｃはＨレベルとなる。
　・スイッチ４１０がオン状態のとき（Ｓｔｅｐ２）、負荷６００が地絡している場合は、ＶｃはＨレベルを維持する。負荷６００が断線している場合は、コンデンサ４２０に電荷が蓄積されて、Ｖｌｏａｄは電源（＋Ｂ）の電圧と同じになる。よって、ＶｃはＬレベルに変化する。これにより、地絡か断線かを判定できる。
　なお、ＶｃがＨレベルとなる状態が、異常検出信号に相当する。また、上述の状態の詳細については、後で述べる。また、ＶｃのＨレベルは、例えば、比較器３３に印加される電源電圧と同レベルである。ＶｃのＬレベルは、例えば、０Ｖである。
　図７に、ＭＰＵ２０が予め定められタイミングで実行する、異常判定処理を示す。Ｓ３１～Ｓ３３の処理は、図３のＳ１１～Ｓ１３と同様である。
　Ｓ３４では、比較器３３の出力が異常か否かを判定する。すなわち、トランジスタ３１０をオフ状態にしたにもかかわらず、図６のＳｔｅｐ１のように、ＶｃがＨレベルのとき、異常と判定する。ＶｃがＬレベルのとき（Ｓ３４：Ｎｏ）、比較器３３の出力は正常であるとして、本処理を終了する。
　一方、ＶｃがＨレベルのとき（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、タイマの値を参照し、予め定められた時間であるＴ１０（第一判定時間）を超えたか否かを判定する。Ｔ１０を超えないとき（Ｓ３５：Ｎｏ）、Ｓ３３へ戻る。一方、Ｔ１０を超えたとき（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、負荷６００に異常が発生したと判定する（Ｓ３６）。
　Ｔ１０は、負荷６００が正常に動作しているときに、トランジスタ３１０をオフ状態にした場合、ＶｃがＨレベルからＬレベルに変化するのに要する時間よりも大きな値を設定する。
　次に、スイッチ４１０をオン状態とするよう、ポート２３から制御指令を出力する。これにより、定電流回路４００が負荷接続端子５０に接続され、電流出力を開始する（Ｓ３７）。これにより、電源（＋Ｂ）～定電流回路４００～スイッチ４１０～コンデンサ４２０～ＧＮＤのような電流経路ができる。次に、タイマを再スタートさせる（Ｓ３８）。
　次に、比較器３３が出力するＶｃの値を取得する（Ｓ３９）。これを、タイマの値が予め定められた時間であるＴ２０（第二判定時間）を超えるまで実施する。つまり、Ｔ２０の間、Ｖｃの値をサンプリングする。
　タイマの値がＴ２０を超えたとき（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、Ｖｃの値が変化したか否かを判定する。判定方法は、図３の（Ｓ２０：Ｙｅｓ）のときと同様である。
　上述の構成が、「負荷接続端子に第二スイッチング素子（４１０）を介して接続された電流供給部（４００）を備え、判定部が、負荷の状態が異常であると判定したとき、制御部は第二スイッチング素子をオン状態とし、判定部は、第二スイッチング素子がオン状態のときに、取得部が取得する信号の状態に基づいて、負荷の異常の内容を判定する」という構成に相当し、本構成によって、高価なデバイスや回路を使用せず、一般的な回路の組み合わせで実現できる。また、何らかの異常を検出した後での動作であり、ユーザに違和感を生じさせない。
　Ｔ２０は、上述の、Ｖｃの値が変化したか否かを判定できるように設定する。例えば、コンデンサ４２０に電荷を異常判定の閾値まで充電するために要する時間よりも長くする。
　Ｖｃの値（出力値）が変化したと判定したとき（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、負荷６００が断線状態であると判定する（Ｓ４２）。次に、図３のＳ２３と同様の、断線判定時の処理を実行する（Ｓ４３）。この後、Ｓ４４に進む。
　上述の構成が、「制御部が第二スイッチング素子をオン状態としてから、取得部で異常検出信号を継続して取得した時間が、第二判定時間を下回るときに、負荷が断線していると判定する」という構成に相当し、本構成によって、ローサイド型のいずれのドライバ回路を含む装置で、負荷が断線したか否かを判定できる。
　一方、Ｖｃの値が変化していないと判定したとき（Ｓ４１：Ｎｏ）、負荷６００が電源（＋Ｂ）と接触している地絡状態であると判定する（Ｓ４５）。次に、地絡判定時の処理を実行する（Ｓ４６）。処理内容は、断線判定時の処理と同様に、負荷６００が地絡状態である旨を出力あるいは報知する。この後、Ｓ４４に進む。
　上述の構成が、「第二スイッチング素子をオン状態としてから、取得部で異常検出信号を継続して取得した時間が、予め定められた第二判定時間を超えたとき、負荷が地絡していると判定する」という構成に相当し、本構成によって、ローサイド型のドライバ回路を含む装置で、負荷が地絡したか否かを判定できる。
　Ｓ４４では、スイッチ４１０をオフ状態とするよう、ポート２３から制御指令を出力する。これにより、定電流回路４００が負荷接続端子５０から切り離され、電流出力を停止する。
　図８に、ポート２１からのＭＰＵ２０の制御指令に基づいて、トランジスタ３１０をオン状態からオフ状態にしたときの、Ｖｌｏａｄ、Ｖｃ、定電流回路４００の状態を、負荷６００の状態（正常時、断線時、地絡時）のそれぞれについて表したタイミングチャートを示す。
　正常時では、トランジスタ３１０をオン状態からオフ状態にすると、少なくとも上述のＴ１０に相当する時間が経過するまでに、Ｖｌｏａｄが０Ｖから電源（＋Ｂ）の電圧（ＢＡＴＴ）に変化するので、ＶｃもＨレベルからＬレベルに変化する。
　断線時では、トランジスタ３１０をオン状態からオフ状態にすると、Ｔ１０が経過しても、Ｖｌｏａｄが０Ｖのままであるため、ＶｃもＨレベルの状態を保つ（図６の、断線のＳｔｅｐ１の状態）。ここで、定電流回路４００の出力を開始すると、コンデンサ４２０に電荷が蓄積され、Ｖｌｏａｄが増加して最終的にはＢＡＴＴになる。よって、ＶｃはＬレベルに変化する（図６の、断線のＳｔｅｐ２の状態）。これにより、定電流回路４００の出力を開始してからＴ２０に相当する時間が経過したとき、ＶｃがＬレベルであれば、断線と判定できる。
　地絡時では、トランジスタ３１０をオン状態からオフ状態してからＴ１０が経過するまでは、断線時と同じ状態である（図６の、地絡のＳｔｅｐ１の状態）。しかし、定電流回路４００の出力を開始してからＴ２０が経過しても、Ｖｌｏａｄは０Ｖを維持する。よって、ＶｃもＨレベルの状態を維持する（図６の、地絡のＳｔｅｐ２の状態）。これにより、定電流回路４００の出力を開始してからＴ２０に相当する時間が経過したとき、ＶｃがＨレベルであれば、地絡と判定できる。
　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

 

Claims (7)

  1. 　負荷接続端子（５０）に接続された負荷（６０、６００）と、
    　一方が前記負荷接続端子に接続され、オン状態またはオフ状態を切り替えることにより、前記負荷への電源（＋Ｂ）の供給および遮断を切り替える第一スイッチング素子（３１、３１０）と、
    　前記第一スイッチング素子のオン状態またはオフ状態を切り替える制御部（２０）と、
    　前記負荷接続端子の電圧と、予め定められた基準電圧との比較に基づく信号を出力する検出部（３２）と、
    　前記検出部からの信号を取得する取得部（２２）と、
    　前記制御部が前記第一スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り替えた後、前記取得部が、予め定められたレベルの異常検出信号を、予め定められた第一判定時間を超えて継続して取得したときに、前記負荷の状態が異常であると判定する判定部（２０）と、
    　を備える異常検出装置。
  2. 　前記負荷接続端子に第二スイッチング素子（４１、４１０）を介して接続された電流供給部（４０、４００）を備え、
    　前記判定部が、前記負荷の状態が異常であると判定したとき、前記制御部は前記第二スイッチング素子をオン状態とし、
    　前記判定部は、前記第二スイッチング素子がオン状態のときに、前記取得部が取得する信号の状態に基づいて、前記負荷の異常の内容を判定する請求項１に記載の異常検出装置。
  3. 　前記負荷（６０）は、前記負荷接続端子と接地（ＧＮＤ）との間に接続され、
    　前記第一スイッチング素子（３１）は、前記電源と前記負荷接続端子との間に接続され、
    　前記第二スイッチング素子（４１）および前記電流供給部（４０）は、前記負荷接続端子と前記接地との間に接続される請求項２に記載の異常検出装置。
  4. 　前記第二スイッチング素子をオン状態としてから、前記取得部で前記異常検出信号を継続して取得した時間が、予め定められた第二判定時間を超えたとき、前記負荷が天絡していると判定する請求項３に記載の異常検出装置。
  5. 　前記負荷（６００）は、前記電源と前記負荷接続端子との間に接続され、
    　前記第一スイッチング素子（３１０）は、前記負荷接続端子と接地（ＧＮＤ）との間に接続され、
    　前記第二スイッチング素子（４１０）および前記電流供給部（４００）は、前記電源と前記負荷接続端子との間に接続される請求項２に記載の異常検出装置。
  6. 　前記第二スイッチング素子をオン状態としてから、前記取得部で前記異常検出信号を継続して取得した時間が、予め定められた第二判定時間を超えたとき、前記負荷が地絡していると判定する請求項５に記載の異常検出装置。
  7. 　前記制御部が前記第二スイッチング素子をオン状態としてから、前記取得部で前記異常検出信号を継続して取得した時間が、前記第二判定時間を下回るときに、前記負荷が断線していると判定する請求項４または請求項６に記載の異常検出装置。

     
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