WO2023223406A1

WO2023223406A1 - 電子制御装置、および、電子制御方法

Info

Publication number: WO2023223406A1
Application number: PCT/JP2022/020470
Authority: WO
Inventors: 慶太郎植田; 豊采女; 怜荒木; 修平大野
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2023-11-23

Abstract

逆接保護リレーと、電圧検出部と、制御装置と、を備え、前記逆接保護リレーが、スイッチング素子と、整流素子と、を備え、前記スイッチング素子と、前記整流素子と、が並列に接続され、前記整流素子の負極と当該整流素子の正極が、それぞれ電源の負極と負荷に接続され、前記負荷は、前記電源から供給される電力を消費し、前記スイッチング素子の開閉は、前記電源からの電力供給の有無を示すスイッチング制御信号に基づいて制御され、前記電圧検出部は、前記逆接保護リレー両端の電位差を検出し、前記制御装置は、前記電位差に基づいて前記逆接保護リレーの状態を判定する。

Description

電子制御装置、および、電子制御方法

　本開示は、電子制御装置、および、電子制御方法に関する。

　特許文献１には、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴと逆流防止素子としてのツェナーダイオードとを有する逆接保護部と、正電源電圧を生成する電源回路と、正電源電圧とバッテリのグランドとの間の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部から出力された電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部から出力された出力値に基づいて逆接保護部の故障診断を行う故障診断部とを備える電子制御装置について記載されている。特許文献１には、負荷とグランドとの間に逆接保護素子としてＭＯＳＦＥＴを使用して、逆接保護素子の故障を診断することのできる電子制御装置を提供することが記載されている。

特開２０１７－４２０１５号公報

　特許文献１に記載の電子制御装置において、バッテリの正極からＭＯＳＦＥＴのゲートに正の電圧が印加されると、ＭＯＳＦＥＴのドレインとソースの間が導通する。そのため、正電源電圧を監視するだけではＭＯＳＦＥＴのショート故障を検出することができない。ショート故障時にバッテリが逆接続されると、電流が逆流する。電流の逆流は、電子制御装置の故障の原因となる。電流の逆流を回避するため、逆接保護リレーの冗長化、または、ＭＯＳＦＥＴのゲートに正電源電圧を印加するための駆動装置の追加も考えられる。これらの手段は、追加の素子または周辺回路を要するため、回路規模またはコストの増加を招く。

　本開示は、上述の課題を解決する電子制御装置、および、電子制御方法を提供することを一つの目的とする。

　第１の態様によれば、電子制御装置は、逆接保護リレーと、電圧検出部と、制御装置と、を備え、前記逆接保護リレーが、スイッチング素子と、整流素子と、を備え、前記スイッチング素子と、前記整流素子と、が並列に接続され、前記整流素子の負極と当該整流素子の正極が、それぞれ電源の負極と負荷に接続され、前記負荷は、前記電源から供給される電力を消費し、前記スイッチング素子の開閉は、前記電源からの電力供給の有無を示すスイッチング制御信号に基づいて制御され、前記電圧検出部は、前記逆接保護リレー両端の電位差を検出し、前記制御装置は、前記電位差に基づいて前記逆接保護リレーの状態を判定する。

　第２の態様によれば、逆接保護リレーと、電圧検出部と、制御装置と、を備え、前記逆接保護リレーが、スイッチング素子と、整流素子と、を備え、前記スイッチング素子と、前記整流素子と、が並列に接続され、前記整流素子の負極と当該整流素子の正極が、前記整流素子の負極と当該整流素子の正極が、それぞれ電源の負極と負荷に接続され、前記負荷は、前記電源から供給される電力を消費し、前記スイッチング素子の開閉が前記電源からの電力供給の有無を示すスイッチング制御信号に基づいて制御される電子制御装置における電子制御方法であって、前記電圧検出部が、前記逆接保護リレー両端の電位差を検出する第１ステップと、前記制御装置が、前記電位差に基づいて前記逆接保護リレーの状態を判定する第２ステップと、を実行する。

　本開示によれば、逆接保護リレーの故障を経済的に検出することができる。

第１の実施形態に係る電子制御装置の構成例を示す回路図である。第１の実施形態に係る逆接保護リレー周辺の回路構成例を示す回路図である。第１の実施形態に係る逆接保護リレーの状態の判定方法の具体例を説明するための説明図である。第２の実施形態に係る電子制御装置の構成例を示す回路図である。第２の実施形態に係る逆接保護リレーのショート故障の検出方法の具体例を説明するための説明図である。

　以下、図面を参照して実施形態について説明する。各図に共通または対応する要素には、同一の符号を付し、特に断らない限りその説明を援用する。
＜第１の実施形態＞
　第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電子制御装置１の構成例を示す回路図である。図１の例では、電子制御装置１が、電源８、電源スイッチ９、および、電動機７とともに、同一の車両（図示せず）に搭載され、車両の動作機構の動作制御に使用されることが仮定されている。電源スイッチ９は、電源８から電子制御装置１への電力供給の要否を制御する。電源スイッチ９は、例えば、ユーザからの操作を受け付け、受け付けた操作に応じて電力供給の要否を示すスイッチング制御信号を生成する。電源スイッチ９は、生成されたスイッチング制御信号に従って、電源８から電子制御装置１への電力供給の要否を切り替えるとともに、生成したスイッチング制御信号を電子制御装置１に出力する。電源８から電子制御装置１への電力供給の要否は、電源スイッチ９から提供されるスイッチング制御信号を用いて指示される。

　電源８、および、電源スイッチ９として、それぞれバッテリ、および、イグニッションスイッチが適用されうる。バッテリは、直流電力を電子制御装置１に供給可能とする蓄電池である。車両の運転者が、電子制御装置１の主なユーザとなりうる。イグニッションスイッチは、スイッチング制御信号の一例として、イグニッション信号を生成する。イグニッション信号は、車両の動作機構に対する起動（オン）または停止（オフ）の制御に用いられる。車両の動作機構には、例えば、電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）が含まれる。電動機７は、当該動作機構の一部をなす。

　電子制御装置１は、電源８から供給される電力を消費する負荷として電動機駆動回路５を備える。電動機駆動回路５は、電源８から電動機７に電力を供給し、駆動させる。電動機７も、電源８から供給される電力を消費する負荷として機能する。車両の動作機構に備わる電動機７の数は、１個に限られず、２個以上となりうる。その場合、電動機駆動回路５は、個々の電動機７の動作に要する電力を供給する。但し、以下の説明では、電動機７の数が１個である場合を主とする。

　電子制御装置１、電源８、電源スイッチ９、および、電動機７は、個々に生産または譲渡されることがある。また、電子制御装置１、電源８、電源スイッチ９、および、電動機７は、整備、点検、または、修理などの機会において車両から着脱されることがある。例えば、電源８としてのバッテリの正極端子と負極端子は、電源プラグ（図示せず）を用いて電子制御装置１と接続される。バッテリの交換作業の際に、直流電源であるバッテリの極性を誤って電源プラグに接続される可能性がある。予め定めた極性とは異なる極性で接続することは逆接と呼ばれる。極性を誤ってバッテリを接続すると、電子制御装置１においてバッテリからの電流が逆流する。電流の逆流は、電子制御装置１の障害または故障の原因となりうる。逆接からの保護を図るために、電子制御装置１は、逆接保護リレー２を備える。以下に説明するように、電子制御装置１は、自律的に逆接保護リレー２の状態を判定することができる。

　電子制御装置１は、逆接保護リレー２と、電圧検出部３と、制御装置４と、電動機駆動回路５と、電源出力保持回路６と、電源回路１０と、を備える。
　逆接保護リレー２は、電源８の逆接時に生じうる電流の逆流から電動機駆動回路５を保護する。逆接保護リレー２は、スイッチング素子２ｓと、整流素子１４と、を備える。スイッチング素子２ｓと整流素子１４は、並列に接続される。即ち、逆接保護リレー２の一端において、整流素子１４の一端ならびにスイッチング素子２ｓの一端が電気的に接続される。逆接保護リレー２の他端において、整流素子１４の他端とスイッチング素子２ｓの他端が電気的に接続される。逆接保護リレー２の一端は、電源８の負極に接続される。

　スイッチング素子２ｓの両端の開閉は、電源スイッチ９からスイッチング素子２ｓに印加されるスイッチング制御信号に基づいて制御される。スイッチング素子２ｓの一端から他端への導通の有無は、スイッチング制御信号に示される電源８から電子制御装置１への電力供給の有無と連動するように制御される。仮に電源８の極性が図示される極性とは逆に接続されても、逆接保護リレー２によれば、電源８から電動機駆動回路５に流れる電流を遮断する。よって、電動機駆動回路５は、電流の逆流から保護される。

　スイッチング制御信号として、電圧が高電圧であるか低電圧であるかにより電源８からの電力供給の要否を示すディジタルの電気信号が用いられてもよい。高電圧と低電圧は、２段階の電圧のうち、それぞれ高い方の電圧と低い方の電圧を示す。電圧が高電圧となる信号が供給されていない場合には、検出される電圧は低電圧となりうる。本願では、高電圧は、Ｈｉｇｈと表記されることがある。低電圧は、Ｌｏｗと表記されることがある。

　スイッチング素子２ｓは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）である。ＭＯＳＦＥＴは、一般にソース、ドレイン、および、ゲートを備える。ＭＯＳＦＥＴは、ソース領域、ドレイン領域、ゲート領域のそれぞれにおいて、ソース端子、ドレイン端子、ゲート端子を備える。スイッチング素子２ｓとしてのＭＯＳＦＥＴは、そのソース端子およびドレイン端子をそれぞれ一端および他端として整流素子１４と接続される。ゲート端子には、電源スイッチ９から入力されるスイッチング制御信号が印加される。

　なお、スイッチング素子２ｓとしてのＭＯＳＦＥＴは、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ、ｐ型ＭＯＳＦＥＴなど、いずれの種類のＭＯＳＦＥＴであってもよい。本実施形態は、スイッチング素子２ｓとしてｎ型ＭＯＳＦＥＴを用いられている場合を例示している。ｎ型ＭＯＳＦＥＴは、ｐ型半導体基板上に設定されたゲート領域にシリコンの酸化膜とゲート電極が配置される。ドレイン領域とソース領域には、それぞれｐ型半導体基板上にｎ型半導体が備わる。ｎ型半導体は、ｐ型半導体よりも高濃度の不純物をイオン注入して生成される。

　整流素子１４は、その一端から他端への電流を導通し、他端から一端への電流を遮断する。整流素子１４は、例えば、ダイオードである。ダイオードは、一般にアノード（陽極）とカソード（陰極）を備える。整流素子１４としてのダイオードは、アノードおよびカソードを、その一端および他端としてスイッチング素子２ｓと接続される。

　整流素子１４として、例えば、寄生ダイオードが用いられてもよい。寄生ダイオードは、ボディダイオードとも呼ばれる。寄生ダイオードは、ｎ型ＭＯＳＦＥＴのソース領域とドレイン領域の間にｐｎ接合をもって構成される。ｐｎ接合は、ソース領域にｎ型半導体とともにｐ型半導体が配置され、ドレイン領域にｐ型半導体が接しないようにｎ型半導体を配置して形成される。整流素子１４として、スイッチング素子２ｓとしてのＭＯＳＦＥＴに構成された寄生ダイオードが用いられてもよい。これにより、逆接保護リレー２として、スイッチング素子２ｓと整流素子１４とが一体に構成されたＭＯＳＦＥＴが用いられうる。

　電圧検出部３は、逆接保護リレー２の一端における電圧を検出する。後述するように、基準電位ＧＮＤ＿ＰＣＢを基準として検出される電圧は、逆接保護リレー２の両端の電位差に相当する。電圧検出部３は、検出した電圧を示す電気信号を生成し、生成した電気信号を検出電圧信号として制御装置４に出力する。

　制御装置４は、電源８から電源スイッチ９と電源回路１０を経由して供給される電力を消費し、電子制御装置１の機能を発揮させるための各種の処理を実行および制御する。制御装置４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備える。制御装置４は、電圧検出部３から入力される検出電圧信号に基づいて逆接保護リレー２の状態を判定する。制御装置４は、例えば、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器を備える。Ａ／Ｄ変換器は、入力されたアナログの検出電圧信号をディジタルの検出電圧信号に変換し、変換した検出電力信号で示される電圧値に基づいて逆接保護リレー２の状態を判定する。逆接保護リレー２の状態として、例えば、オープン故障の有無とショート故障の有無の一方または両方が検出される。逆接保護リレー２の状態の判定方法の具体例については、後述する。

　制御装置４は、判定した状態を通知するための通知信号を取得し、取得した通知信号を通知部１６に出力してもよい。通知部１６は、制御装置４から入力される通知信号に基づいて逆接保護リレー２の状態を通知する。通知部１６は、例えば、発光ダイオード、スピーカ、など、ユーザに情報を提示できる部材であればよい。通知部１６として発光ダイオード、スピーカが用いられる場合には、直流電力、音響信号がそれぞれ用いられる。発光ダイオードは、制御装置４から供給される直流電力に応じて発光する。スピーカは、制御装置４から入力される音響信号に基づいて放音する。通知部１６として、例えば、車両の運転席前方に備わる警告灯（ワーニングランプ）、オーディオスピーカ、など、が適用されてもよい。通知部１６は、電子制御装置１と一体化されてもよいし、別個に構成されてもよい。

　制御装置４は、公知の制御方法に基づいて電動機駆動回路５の動作を制御する。制御装置４は、例えば、自装置に入力されるイグニッション信号に基づいて電動機駆動回路５を制御する。制御装置４は、イグニッション信号の電圧がＨｉｇｈとなるとき、電動機駆動回路５に電動機７を動作させる。このとき、制御装置４は、電動機７の動作を指示する駆動制御信号を生成し、生成した駆動制御信号を電動機駆動回路５に出力する。制御装置４は、イグニッション信号の電圧がＬｏｗとなるとき、電動機駆動回路５に電動機７の動作を停止させる。このとき、制御装置４は、電動機駆動回路５への駆動制御信号の出力を停止する。

　制御装置４には、車両に備わる機器から各種の信号が車両側入力信号として入力される。車両側入力信号として、ステアリング操作を検出するトルクセンサからのトルク信号、車速センサからの車速信号、などが含まれる。制御装置４は、車両側入力信号を用いて車両の動作機構を駆動するための演算処理と駆動指示を実行してもよい。

　電動機駆動回路５は、制御装置４からの制御に従って、電動機７を駆動する。電力の供給状態として、例えば、電動機７への電力供給の要否が指示される。電動機駆動回路５は、制御装置４から電動機７の動作要を示す駆動制御信号が入力されるとき、電源８から電動機７に電力を供給する。電動機駆動回路５は、制御装置４から駆動制御信号が入力されないとき、電源８から電動機７への電力供給を停止する。電動機駆動回路５は、例えば、ブリッジ回路と、モータリレー用スイッチング素子と、を備える。ブリッジ回路は、電動機７に備わる１個または複数のコイルのそれぞれに電力を供給するためのハイサイドスイッチング素子とローサイドスイッチング素子を備える。モータリレー用スイッチング素子は、駆動制御信号が動作否を示すとき電動機７に供給される電力を遮断する。

　電源出力保持回路６は、電源スイッチ９からスイッチング制御信号が入力されるとき、または、制御装置４から電力要求信号が入力されるとき、電源回路１０に動作許可信号を出力する。電力要求信号は、電力供給要を示すための電気信号である。電力要求信号は、電圧をＨｉｇｈとして電力供給要を表す。動作許可信号は、制御装置４の動作電圧の保持を指示するための電気信号である。動作許可信号は、電圧をＨｉｇｈとして動作電圧の保持を表す。制御装置４は、動作中において電力要求信号を電源出力保持回路６に出力する。

　電源出力保持回路６は、例えば、ダイオードＯＲ構成を有する。電源出力保持回路６は、例えば、２個のダイオードと１個の抵抗素子を備え、個々のダイオードの一端は、それぞれ電源出力保持回路６の入力端となる。個々のダイオードの他端は、いずれも抵抗素子の一端に接続され、電源出力保持回路６の出力端となる。抵抗素子の他端は接地される。

　この構成によれば、電源スイッチ９から入力されるスイッチング制御信号の電圧がＨｉｇｈからＬｏｗに変化するとき、電源回路１０に対して制御装置４の動作電圧を保持させることができる。なお、電源出力保持回路６と電源回路１０は、それぞれ電源８から供給される電力を蓄える蓄電池を備えてもよい。電源８からの電力が遮断されるとき、電源出力保持回路６からの動作許可信号の出力が維持される。このとき、電源回路１０の蓄電池からの制御装置４への電力供給がなされる。そのため、制御装置４の動作中において電源８から電源回路１０を経由した電力供給が直ちに遮断されることが防止される。よって、制御装置４による電動機駆動回路５の動作停止、制御装置４自体の終了処理、などの機会が確保することができる。終了処理には、例えば、その時点における制御装置４の内部データの自部に備わるメモリへの書込処理が含まれる。スイッチング制御信号の電圧がＨｉｇｈからＬｏｗに変化した直後、制御装置４は、直ちに動作を停止することなく、所定のタイミングで動作を停止することができる。

　制御装置４は、終了処理を完了した後、電力要求信号の電源出力保持回路６への出力を停止する。電源出力保持回路６は、電源スイッチ９からのスイッチング制御信号の入力と、制御装置４からの電力要求信号の入力がそれぞれ停止されるとき、電源回路１０への動作許可信号の出力を停止する。電源回路１０は、電源８から電源スイッチ９を経由して電力が供給されず、かつ、電源出力保持回路６からの動作許可信号が入力されないとき、動作電圧の保持を停止する。このとき、電源回路１０から制御装置４への電力の供給が停止する。

　次に、本実施形態に係る逆接保護リレー２周辺の回路構成例について説明する。図２は、本実施形態に係る逆接保護リレー２周辺の回路構成例を示す回路図である。図２の例では、スイッチング素子２ｓはＭＯＳＦＥＴであり、整流素子１４としてＭＯＳＦＥＴに形成される寄生ダイオードが適用される場合を示す。逆接保護リレー２は、１個のＭＯＳＦＥＴをもって構成される。スイッチング素子２ｓとしてのＭＯＳＦＥＴのゲート端子は、抵抗素子１２および整流素子１１を経由して電源スイッチ９に接続される。ＭＯＳＦＥＴのゲート端子とソース端子には、ツェナーダイオード１３の陽極と陰極がそれぞれ接続される。電源スイッチ９から供給されるスイッチング制御信号は、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に印加される。整流素子１１は、スイッチング制御信号が有する電圧がＬｏｗとなるとき、電荷を保持するための電荷保持用ダイオードである。抵抗素子１２は、過大な電流を防止するための電流制限用抵抗である。ツェナーダイオード１３は、スイッチング制御信号による電流の逆流を回避して、電動機駆動回路５を保護することを目的とする。

　図２の構成によれば、スイッチング制御信号の電圧がＨｉｇｈとなる期間において、スイッチング素子２ｓとしてのＭＯＳＦＥＴのソース端子とドレイン端子が導通する（ＯＮ）。スイッチング制御信号の電圧がＬｏｗとなる期間において、ＭＯＳＦＥＴのソース端子はドレイン端子から遮断される（ＯＦＦ）。なお、図２の例では、整流素子１１、抵抗素子１２、および、ツェナーダイオード１３は必須ではない。整流素子１１、抵抗素子１２、および、ツェナーダイオード１３の一部または全部が省略されてもよいし、他の部材に置換されてもよい。

　次に、逆接保護リレー２の状態の判定方法の具体例について説明する。図３は、本実施形態に係る逆接保護リレー２の状態の判定方法の具体例を説明するための説明図である。まず、逆接保護リレー２の状態としてオープン故障の検出方法の具体例について説明する。逆接保護リレー２のオープン故障とは、スイッチング素子２ｓの両端が本来導通（ＯＮ）すべきときに遮断（ＯＦＦ）する故障を指す。以下の説明では、当初、電源８から電源スイッチ９を経由して電源回路１０に電力が供給され、制御装置４が動作し、かつ、電動機駆動回路５が動作していない状態を仮定する。

　図３は、スイッチング制御信号、逆接保護リレーの状態、動作許可信号、および、制御装置の動作状態、それぞれの時間変化を示す。図示の例では、電源スイッチ９から供給されるスイッチング制御信号の電圧は、当初、Ｈｉｇｈとなる。オープン故障が発生していない場合には、逆接保護リレー２の両端が導通している状態（ＯＮ）となる。そのため、電源８の正極端子から負極端子に流れる電流は、スイッチング素子２ｓを経由する。オープン故障が発生しているとき、逆接保護リレー２の両端の接続が遮断されている状態（ＯＦＦ）となる。そのため、電源８の正極端子から負極端子に流れる電流は、スイッチング素子２ｓと並列に接続された整流素子１４を経由する。そのため、電流がスイッチング素子２ｓを経由する場合と、整流素子１４を経由する場合とで、逆接保護リレー２の両端に生ずる電位差が異なる。

　一例として、スイッチング素子２ｓとしてのＭＯＳＦＥＴのドレインソース間の抵抗が１ｍΩ、整流素子１４としての寄生ダイオードの順方向電圧Ｖｆが７００ｍＶ、および、電子制御装置１の消費電力が１Ａである場合を仮定する。電流がＭＯＳＦＥＴを経由する場合、電位差は１ｍＶとなる。電流が寄生ダイオードを経由する場合、電位差は、その順方向電圧である７００ｍＶに相当する。順方向電圧は、個々の整流素子１４の特性に依存するが、電流がスイッチング素子２ｓを経由する場合の電位差よりも十分に大きい値となる。この電位差に相当する電圧を電圧検出部３により検出できるように、基準電位を設定しておけばよい。

　図１に例示されるように、電圧検出部３の基準電位ＧＮＤは、電源８の負極の電位と等しくなるように設定される。電源回路１０と制御装置４を含む制御部品の基準電位ＧＮＤ＿ＰＣＢは、逆接保護リレー２と電動機駆動回路５との間における電位と等しくなるように設定される。基準電位ＧＮＤが設定される位置と基準電位ＧＮＤ＿ＰＣＢの設定位置が逆接保護リレー２の両端を跨いで分離される。

　上記のように、逆接保護リレー２にオープン故障が発生する場合とオープン故障が発生しない場合とでは、基準電位ＧＮＤと基準電位ＧＮＤ＿ＰＣＢの間で生じる電位差が有意に異なる。そこで、制御装置４は、電圧検出部３から入力される検出電圧信号に基づいてスイッチング素子２ｓのオープン故障の有無を判定する。基準電位ＧＮＤ＿ＰＣＢを基準とする電圧は、逆接保護リレー２両端の電位差となる。より具体的には、制御装置４は、検出電圧信号が示す電圧と予め設定されたオープン故障閾値を比較し、検出電圧信号が示す電圧がオープン故障閾値よりも高いか否かにより、オープン故障の有無を判定することができる。オープン故障閾値として、オープン故障発生時において検出される電圧（電位差）と、オープン故障非発生時において検出される電圧（電位差）の間に設定しておけばよい。

　なお、逆接保護リレー２にオープン故障が発生した状態で電動機７を駆動させる場合、駆動電流は整流素子１４を経由する。整流素子１４の消費電力は整流素子１４の両端の電位差と駆動電流の積に相当する。その消費電力は、駆動電流がスイッチング素子２ｓを経由する場合におけるスイッチング素子２ｓの消費電力よりも大きくなる。発熱量の増大は、異常発熱を招き、故障、発煙、または、発火の原因となりうる。そこで、制御装置４は、電動機駆動回路５の動作開始前に逆接保護リレー２のオープン故障の有無を判定してもよい。制御装置４は、オープン故障の発生を判定する場合、イグニッション信号が入力されるか否かに関わらず、電動機駆動回路５に駆動制御信号を出力しなくてもよい。電動機駆動回路５を動作させないことで、整流素子１４への通電による異常発熱を回避することができる。

　次に、逆接保護リレー２のショート故障の検出方法の具体例について説明する。逆接保護リレー２のショート故障とは、スイッチング素子２ｓが本来遮断（ＯＦＦ）すべきときに導通（ＯＮ）する故障を指す。次の説明では、図３に例示されるように、時刻Ｔ０において電源スイッチ９からのスイッチング制御信号の電圧がＨｉｇｈからＬｏｗに変化する場合を仮定する。このとき、電源出力保持回路６から出力される動作許可信号の電圧がＨｉｇｈのまま維持される。そのため、時刻がＴ０を経過しても、制御装置４の動作が継続する。制御装置４は、電動機駆動回路５の動作を停止させ、自装置の終了処理を行う。その後、時刻Ｔ１において、制御装置４は、動作を停止する。このとき、電源出力保持回路６から出力される動作許可信号の電圧がＨｉｇｈからＬｏｗに変化する。制御装置４は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの出力保持期間において、逆接保護リレー２の故障検出を実行する機会を確保することができる。

　出力保持期間において、制御信号の電圧はＬｏｗとなるため、ショート故障が発生していなければ、スイッチング素子２ｓの両端が遮断されている状態（ＯＦＦ）となるはずである。そのため、電源８の正極端子から負極端子に流れる電流は、整流素子１４を経由する。他方、ショート故障が発生している場合、電源８の正極端子から負極端子に流れる電流は、スイッチング素子２ｓを経由する。このように、電流が整流素子１４を経由するか、スイッチング素子２ｓを経由するかにより、逆接保護リレー２の両端の電位差が異なる。

　一例として、スイッチング素子２ｓとしてのＭＯＳＦＥＴのドレインソース間の抵抗が１ｍΩ、整流素子１４としての寄生ダイオードの順方向電圧Ｖｆが７００ｍＶ、および、電子制御装置１の消費電力が１Ａである場合を仮定する。電流がＭＯＳＦＥＴを経由する場合、電位差は１ｍＶとなる。電流が寄生ダイオードを経由する場合、電位差は、その順方向電圧である７００ｍＶに相当する。

　そこで、制御装置４は、電圧検出部３から入力された検出電圧信号に基づいてスイッチング素子２ｓのショート故障の有無を判定する。検出電圧信号は、電圧検出部３が検出した電圧を示す。より具体的には、制御装置４は、検出電圧信号が示す電圧と予め設定されたショート故障閾値を比較し、検出電圧信号が示す電圧がショート故障閾値よりも低いか否かにより、ショート故障の有無を判定することができる。ショート故障閾値として、ショート故障発生時において検出される電圧（電位差）と、ショート故障非発生時において検出される電圧（電位差）の間の値を設定しておけばよい。また、上記のように、電圧検出部３の基準電位ＧＮＤが電源８の負極の電位と等しくなるように設定しておけばよい。また、電源回路１０と制御装置４を含む制御部品の基準電位ＧＮＤ＿ＰＣＢが逆接保護リレー２と電動機駆動回路５との間における電位と等しくなるように設定しておく。かかる設定により、検出電圧信号が示す電圧は、逆接保護リレー２の両端の電位差に相当することとなる。

　ショート故障を判定したとき、制御装置４は、例えば、ショート故障を通知するための通知信号として、直流電力を車両に備わるワーニングランプに供給する。ワーニングランプは、制御装置４からの直流電力に応じて発光する。発光したワーニングランプを視認した運転者に対し、ショート故障の発生が通知される。電源スイッチ９の一例として、イグニッションスイッチが適用される場合には、イグニッションＯＦＦの期間において、電源８としてのバッテリ接続による電流の保護が図られる。イグニッションＯＦＦの期間は、電圧がＨｉｇｈとなるイグニッション信号が入力されない期間に相当する。一般に、バッテリの交換は車両の走行中には行われない。そのため、ショート故障検出は、イグニッションＯＦＦの期間に実行されれば実用上十分となりうる。

　なお、上記の説明では、電源８から供給される電力に代え、電源スイッチ９からのスイッチング制御信号に基づいて逆接保護リレー２を駆動し、電源出力保持回路６を用いて制御装置４の動作電圧を保持する場合を例にした。電源８からの電力が供給されない場合において、スイッチング制御信号を用いて逆接保護リレーの両端の導通が遮断されても、電源出力保持回路６により制御装置４の動作電圧が維持される。そのような場合でも制御装置４を動作して、自律的に逆接保護リレー２のショート故障検出をなしうる。

＜第２の実施形態＞
　第２の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の説明では、第１の実施形態の差異点を主とする。特に断らない限り、その他の事項については、第１の実施形態における説明を援用する。本実施形態に係る電子制御装置１は、電源８からの電力供給が遮断される場合の他、電源８からの電力供給が開始される場合においても、逆接保護リレー２の状態としてショート故障の有無を検出可能とする。その後、スイッチング制御信号に基づいて逆接保護リレー２の開閉が制御される。

　図４は、本実施形態に係る電子制御装置１の構成例を示す回路図である。
　本実施形態に係る電子制御装置１は、逆接保護リレー２、電圧検出部３、制御装置４、電動機駆動回路５、電源出力保持回路６、および、電源回路１０の他、逆接保護リレー駆動制御回路２４を備える。逆接保護リレー駆動制御回路２４は、電源スイッチ９と逆接保護リレー２の間に設けられ、これらと接続される。逆接保護リレー駆動制御回路２４は、電源スイッチ９から電力供給要を示すスイッチング制御信号と、制御装置４から逆接保護リレー２にスイッチング指令を示すスイッチング指令信号が入力されるとき、電力供給要を示すスイッチング制御信号を逆接保護リレー２に出力する。逆接保護リレー駆動制御回路２４は、電源スイッチ９から電力供給否を示すスイッチング制御信号が入力されるとき、または、制御装置４から逆接保護リレー２のスイッチング指令を示すスイッチング指令信号が入力されないとき、電力供給否を示すスイッチング制御信号を逆接保護リレー２に出力する。スイッチング指令の要否は、例えば、スイッチング指令信号の電圧がＨｉｇｈかＬｏｗにより指示される。

　従って、逆接保護リレー駆動制御回路２４は、制御装置４からスイッチング指令が取得されるとき、電源スイッチ９からのスイッチング制御信号に従って、逆接保護リレー２の開閉を制御することができる。スイッチング指令が取得されないとき、逆接保護リレー駆動制御回路２４は、電圧がＨｉｇｈとなるスイッチング制御信号の入力の有無に関わらず、逆接保護リレー２の両端を遮断する。この状態において、制御装置４は、電圧検出部３から入力される検出電力信号で示される電圧に基づいて逆接保護リレー２のショート故障の有無を判定することができる。制御装置４は、ショート故障の有無を判定した後、逆接保護リレー２のスイッチング指令を示すスイッチング指令信号を逆接保護リレー駆動制御回路２４に出力する。スイッチング指令は、例えば、スイッチング指令信号の電圧をＨｉｇｈとして表される。制御装置４は、例えば、ＧＰＩＯ（General Purpose Input/Output、汎用入出力）ポートを備え、そのＧＰＩＯを用いてスイッチング指令信号を出力することができる。

　なお、制御装置４は、電源回路１０からの電力供給が開始されるとき、初期化処理を実行する。初期化処理には、例えば、メモリに格納した内部データの読み出し、自装置に接続された各種の機器の検出などの処理が含まれる。制御装置４は、初期化処理を完了した後、ショート故障の有無を判定することができる。制御装置４は、ショート故障なしと判定した後、スイッチング指令信号を逆接保護リレー駆動制御回路２４に出力する。これにより、電源スイッチ９からのスイッチング制御信号に基づく逆接保護リレー２の開閉が制御できる状態となる。この段階で、制御装置４は、イグニッション信号に基づく電動機駆動回路５の制御を開始してもよい。

　次に、逆接保護リレー２のショート故障の検出方法の具体例について説明する。図５は、本実施形態に係る逆接保護リレー２のショート故障の検出方法の例を説明するための説明図である。以下の説明では、当初、電源８から電源スイッチ９を経由して電源回路１０に電力が供給されず、制御装置４と電動機駆動回路５がともに動作していない状態を仮定する。図５は、スイッチング制御信号、電源回路出力、制御装置４の動作状態、スイッチング指令、および、逆接保護リレー２の状態、それぞれの時間変化を示す。図示の例では、電源スイッチ９から供給されるスイッチング制御信号の電圧は、当初、Ｌｏｗとなる。ショート故障が発生していなければ、逆接保護リレー２の両端の導通が遮断されている状態（ＯＦＦ）となる。この状態では、電源８から電源スイッチ９を経由して電源回路１０に電力が供給されない。そのため、電源回路１０から制御装置４に供給される電力の電圧は０Ｖ（ＯＦＦ）となる。この時点では、制御装置４は動作しない（ＯＦＦ）ため、制御装置４からのスイッチング指令信号は出力されない（ＯＦＦ）。

　次に、時刻Ｔ０において電源スイッチ９からのスイッチング制御信号の電圧がＬｏｗからＨｉｇｈに変化する場合を仮定する。このとき、電源回路１０から制御装置４に供給される電力の電圧が０Ｖ（ＯＦＦ）から上昇し始め、時刻Ｔ１において制御装置４に所定の動作電圧（ＯＮ）に達する。この時点において電圧が安定し、制御装置４の動作として初期化処理が開始される（ＯＮ）。初期化処理の終了後、時刻Ｔ２において制御装置４は、スイッチング指令を示すスイッチング指令信号の逆接保護リレー駆動制御回路２４への出力を開始する（ＯＮ）。このとき、逆接保護リレー駆動制御回路２４は、電圧がＨｉｇｈとなるスイッチング制御信号の逆接保護リレー２への出力を開始する。ショート故障が発生していなければ、逆接保護リレー２の両端は、遮断されている状態（ＯＦＦ）から導通している状態（ＯＮ）に変化し始める。よって、制御装置４は、初期化処理の終了後、時刻Ｔ２においてスイッチング指令信号を出力するまでの期間、電圧検出部３から入力される検出電力信号で示される電圧値に基づいて逆接保護リレー２のショート故障の有無を判定することができる。

　この期間において、電源回路１０と制御装置４が動作するため、電源８の正極端子から負極端子に向けて電流が生じる。逆接保護リレー２にショート故障が発生していなければ、スイッチング素子２ｓの両端が遮断されている状態（ＯＦＦ）となるはずである。この状態では、発生した電流はスイッチング素子２ｓと並列に接続された整流素子１４を経由する。ショート故障が発生しているとき、スイッチング素子２ｓの両端が導通している状態（ＯＮ）となる。そのため、電源８の正極端子から負極端子に流れる電流は、スイッチング素子２ｓを経由する。そのため、電流が整流素子１４を経由する場合と、スイッチング素子２ｓを経由する場合とでは、逆接保護リレー２の両端に生ずる電位差が異なる。

　一例として、スイッチング素子２ｓとしてのＭＯＳＦＥＴのドレインソース間の抵抗が１ｍΩ、整流素子１４としての寄生ダイオードの順方向電圧Ｖｆが７００ｍＶ、電子制御装置１の消費電力が１Ａである場合を仮定する。電流が寄生ダイオードを経由する場合、電位差は、その順方向電圧である７００ｍＶに相当する。電流がＭＯＳＦＥＴを経由する場合、電位差は１ｍＶとなる。

　そこで、制御装置４は、電圧検出部３から入力される検出電圧信号に基づいてスイッチング素子２ｓのショート故障の有無を判定する。より具体的には、制御装置４は、検出電圧信号が示す電圧と予め設定されたショート故障閾値を比較し、検出電圧信号が示す電圧がショート故障閾値よりも低いか否かにより、ショート故障の有無を判定することができる。ショート故障閾値として、ショート故障発生時における電圧と、ショート故障非発生時における電圧の間の値を設定しておけばよい。

　よって、逆接保護リレー駆動制御回路２４によれば、電源８から電力が供給される場合であっても、逆接保護リレー２の導通が遮断されるように制御される。そのため、制御装置４は、電源８から供給される電力を消費して動作を開始した後でも、逆接保護リレー２のショート故障の有無を判定することができる。

　次に、上記の実施形態に係る電子制御装置１の変形例について説明する。電子制御装置１は、例えば、電源スイッチ９、電動機７、および、通知部１６のいずれか１つ、または、いずれかの組み合わせを備え、一体に構成されてもよい。電子制御装置１は、さらに電源８を備えてもよい。電子制御装置１は、車両に搭載される他の機器を制御する機能を有していてもよい。他の機器は、例えば、音響機器、空調機器、ナビゲーション装置、運転支援システム、などのいずれか１個、または、いずれかの組み合わせであってもよい。電子制御装置１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成されてもよい。

　電源８は、バッテリなどの可搬型の電源に限らず、据置型の電源であってもよい。電源８から電子制御装置１への給電は、有線に限らず、無線で行われてもよい。電源８として無線充電器が用いられる場合には、電子制御装置１は無線受電器を備え、無線充電器から伝送される電力を受電してもよい。負荷は、電動機駆動回路５に限らず、電源８から供給される電力を消費する機器であれば、他の機器であってもよい。負荷となる機器は、必ずしも電子制御装置１と一体に構成されていなくてもよい。

　スイッチング素子２ｓは、必ずしもＭＯＳＦＥＴに限られず、他の種類のバイポーラトランジスタであってもよい。整流素子１４は、必ずしもダイオードに限られず、セレン整流器、などであってもよい。
　通知部１６として、ディスプレイが用いられてもよい。制御装置４は、判定した状態を示す情報を文字、記号、または、画像で表す信号を上記の通知信号として生成し、ディスプレイに出力してもよい。通知部１６として、スピーカが用いられる場合には、判定した状態を示す情報を音声で表す信号を上記信号として生成し、スピーカに出力してもよい。通知される情報には、判定した状態を示す情報の他、その状態に対する対策（例えば、部品交換、販売店への連絡、など）を示す情報が含まれてもよい。

　以上に説明したように、本開示に係る電子制御装置１は、逆接保護リレー２と、電圧検出部３と、制御装置４と、を備える。逆接保護リレー２は、スイッチング素子２ｓと、整流素子１４と、を備え、スイッチング素子２ｓと、整流素子１４と、が並列に接続される。整流素子１４の負極と当該整流素子１４の正極が、それぞれ電源８の負極と負荷（例えば、電動機駆動回路５）に接続される。負荷は、電源８から供給される電力を消費する。スイッチング素子２ｓの開閉は、電源からの電力供給の有無を示すスイッチング制御信号に基づいて制御される。電圧検出部３は、逆接保護リレー２の両端の電位差を検出する。制御装置４は、検出された電位差に基づいて逆接保護リレー２の状態を判定する。
　一般に、逆接保護リレー２の電気抵抗は、その状態に依存する。この構成によれば、電源８からの電力供給に応じて逆接保護リレー２を流れる電流により、逆接保護リレー２の両端に生じた電位差に基づいて逆接保護リレー２の状態が判定される。そのため、回路規模またはコストの増加を伴わずに自律的に逆接保護リレー２の状態が検出される。

　制御装置４は、電源８から電力が供給されるとき、逆接保護リレー２の状態としてオープン故障の有無を検出してもよい。
　この構成によれば、逆接保護リレー２の導通が指示されるとき、逆接保護リレー２の両端の電位差に基づいて、オープン故障の有無を判定することができる。

　電子制御装置１は、電源回路１０と電源出力保持回路６を備えてもよい。電源回路１０は、電源８から供給される電力の電源電圧を制御装置４の動作電圧に変換してもよい。電源８から電力供給が遮断されるとき、電源出力保持回路６は、電源回路１０に動作電圧を保持させてもよい。制御装置４は、逆接保護リレー２の状態としてショート故障の有無を検出してもよい。
　この構成によれば、電源８からの電力供給が遮断されても、制御装置４の動作電圧が保持される。他方、逆接保護リレー２の導通が遮断されるように制御される。制御装置４は、動作を停止せずに、逆接保護リレー２の両端の電位差に基づいて、ショート故障の有無を判定することができる。

　電子制御装置１は、駆動制御回路（例えば、逆接保護リレー駆動制御回路２４）をさらに備えてもよい。駆動制御回路は、電源８から電力が供給され、かつ、制御装置４からスイッチング指令が取得されるときスイッチング素子２ｓを導通させてもよい。制御装置４は、電源８から電力が供給され、かつ、制御装置４からスイッチング指令が取得される前に、逆接保護リレー２の状態としてショート故障の有無を検出してもよい。
　この構成によれば、電源８から電力が供給されても、制御装置４からスイッチング指令が取得されない段階では、スイッチング素子２ｓの導通が遮断される。スイッチング指令が入力される前であっても、電源８からの電力供給により制御装置４が動作することで、逆接保護リレー２の両端の電位差に基づいて、ショート故障の有無を判定することができる。

　制御装置４の動作電圧の基準となる基準電位と、電圧検出部３の基準電位とが逆接保護リレー２の両端を跨いで分離されていてもよい。
　この構成によれば、逆接保護リレー２の一端に制御装置４の基準電位を設定することで、電圧検出部３は、逆接保護リレー２の一端における電圧を、逆接保護リレー２の両端の電位差として検出することができる。

　スイッチング素子２ｓは、ＭＯＳＦＥＴであり、整流素子１４は、ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインが接合して形成された寄生ダイオードであってもよい。
　この構成によれば、１個のＭＯＳＦＥＴが逆接保護リレー２として構成される。部品点数を減少することで、電子制御装置１の小型化およびコスト低減に寄与する。

　負荷は、電動機７を駆動させる電動機駆動回路５であってもよい。スイッチング素子２ｓの開閉は、スイッチング制御信号として、イグニッションスイッチから入力されるイグニッション信号に基づいて制御されてもよい。
　この構成によれば、スイッチング素子２ｓの開閉は、イグニッションスイッチによる電動機駆動回路５への電力供給と連動して、電源８の逆接による電動機駆動回路５への電流の逆流を回避することができる。また、スイッチング素子２ｓの制御においてイグニッション信号を用いることで、遅滞なく逆接保護リレー２の状態を検出することができる。

　以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本開示の主旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、および、その他の変更が可能である。
　ブロック図、その他の図面に表現された矢印の向きは、説明の便宜上の表現であり、実装に際しての情報、データ、信号などの流れの向きを限定するものではない。
　また、本開示は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

　本開示に係る電子制御装置、および、電子制御方法によれば、電源８からの電力供給に応じて逆接保護リレー２を流れる電流により、逆接保護リレー２の両端に生じた電位差に基づいて逆接保護リレー２の状態が判定される。そのため、回路規模またはコストの増加を伴わずに自律的に逆接保護リレー２の状態が検出される。

１…電子制御装置、２…逆接保護リレー、２ｓ…スイッチング素子、３…電圧検出部、４…制御装置、５…電動機駆動回路、６…電源出力保持回路、８…電源、９…電源スイッチ、１０…電源回路、１１…整流素子、１２…抵抗素子、１３…ツェナーダイオード、１４…整流素子、２４…逆接保護リレー駆動制御回路

Claims

　逆接保護リレーと、電圧検出部と、制御装置と、
　を備える電子制御装置であって、
　前記逆接保護リレーが、スイッチング素子と、整流素子と、を備え、
　前記スイッチング素子と、前記整流素子と、が並列に接続され、
　前記整流素子の負極と当該整流素子の正極が、それぞれ電源の負極と負荷に接続され、
　前記負荷は、前記電源から供給される電力を消費し、
　前記スイッチング素子の開閉は、前記電源からの電力供給の有無を示すスイッチング制御信号に基づいて制御され、
　前記電圧検出部は、前記逆接保護リレー両端の電位差を検出し、
　前記制御装置は、前記電位差に基づいて前記逆接保護リレーの状態を判定する
　電子制御装置。
　前記制御装置は、前記電源から電力が供給されるとき、前記逆接保護リレーの状態としてオープン故障の有無を検出する
　請求項１に記載の電子制御装置。
　電源回路と電源出力保持回路を備え、
　前記電源回路は、前記電源から供給される電力の電源電圧を前記制御装置の動作電圧に変換し、
　前記電源から電力供給が遮断されるとき、
　前記電源出力保持回路は、前記電源回路に前記動作電圧を保持させ、
　前記制御装置は、前記逆接保護リレーの状態としてショート故障の有無を検出する
　請求項１または請求項２に記載の電子制御装置。
　駆動制御回路をさらに備え、
　前記駆動制御回路は、前記電源から電力が供給され、かつ、前記制御装置からスイッチング指令が取得されるとき前記スイッチング素子を導通させ、
　前記制御装置は、前記電源から電力が供給され、かつ、前記制御装置からスイッチング指令が取得される前に、前記逆接保護リレーの状態としてショート故障の有無を検出する
　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子制御装置。
　前記制御装置の動作電圧の基準となる基準電位と、前記電圧検出部の基準電位とが前記逆接保護リレーの両端を跨いで分離されている
　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電子制御装置。
　前記スイッチング素子は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、
　前記整流素子は、前記ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインが接合して形成された寄生ダイオードである
　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電子制御装置。
　前記負荷は、電動機を駆動させる電動機駆動回路であり、
　前記スイッチング素子の開閉は、前記スイッチング制御信号として、イグニッションスイッチから入力されるイグニッション信号に基づいて制御される
　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電子制御装置。
　逆接保護リレーと、電圧検出部と、制御装置と、
　を備える電子制御装置であって、
　前記逆接保護リレーが、スイッチング素子と、整流素子と、を備え、
　前記スイッチング素子と、前記整流素子と、が並列に接続され、
　前記整流素子の負極と当該整流素子の正極が、前記整流素子の負極と当該整流素子の正極が、それぞれ電源の負極と負荷に接続され、
　前記負荷は、電源から供給される電力を消費し、
　前記スイッチング素子の開閉が前記電源からの電力供給の有無を示すスイッチング制御信号に基づいて制御される電子制御装置における電子制御方法であって、
　前記電圧検出部が、前記逆接保護リレー両端の電位差を検出する第１ステップと、
　前記制御装置が、前記電位差に基づいて前記逆接保護リレーの状態を判定する第２ステップと、を実行する
　電子制御方法。