(57)【要約】【課題】昇圧機能の故障診断における電源供給対象の保護を向上させる。【解決手段】電圧供給装置１は、車両機器Ａへ供給する供給電圧Ｖを第１検出電圧Ｖ１として検出する第１分圧回路２と、第１検出電圧Ｖ１が供給電圧Ｖの下限閾値に相当する所定値を下回ったときに、第１検出電圧Ｖ１が所定値に収束するように供給電圧Ｖを上昇させるＤＣ／ＤＣコンバータ３と、供給電圧Ｖを第２検出電圧Ｖ２として検出する第２分圧回路４と、第１検出電圧Ｖ１を強制的に所定値未満に低下させることでＤＣ／ＤＣコンバータ３に強制的な昇圧を行わせてから、第２検出電圧Ｖ２に基づいて昇圧機能の故障診断を行い、その後、第１検出電圧Ｖ１を所定値以上に上昇させることで強制的な昇圧を停止させる診断部５と、供給電圧Ｖがその上限閾値を上回ったときに、第１検出電圧Ｖ１を強制的に所定値以上に上昇させて供給電圧を上限閾値以下に制限する昇圧制限部６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源供給対象へ供給する供給電圧を第１検出電圧として検出する第１電圧検出手段と、
前記第１検出電圧が前記供給電圧の下限閾値に相当する所定値を下回ったときに、前記第１検出電圧が前記所定値に収束するように電源電圧を昇圧して前記供給電圧を上昇させる昇圧手段と、
を備えた電圧供給装置であって、
前記供給電圧を第２検出電圧として検出する第２電圧検出手段と、
前記第１電圧検出手段及び前記昇圧手段の故障診断を行う条件が成立したときに、前記第１検出電圧を強制的に前記所定値未満に低下させることで前記昇圧手段に強制的な昇圧を行わせてから、前記第２検出電圧に基づいて前記故障診断を行い、前記故障診断を行ってから、前記第１検出電圧を前記所定値以上に上昇させることで前記強制的な昇圧を停止させる診断手段と、
前記供給電圧が該供給電圧の上限閾値を上回ったときに、前記第１検出電圧を強制的に前記所定値以上に上昇させて前記供給電圧を前記上限閾値以下に制限する昇圧制限手段と、
をさらに備えた電圧供給装置。
【請求項２】
前記診断手段は、ソフトウェアプログラムの処理により前記強制的な昇圧を停止させるように構成され、前記昇圧制限手段は、ソフトウェアプログラムの処理によらずに前記供給電圧を前記上限閾値以下に制限するように構成された、請求項１に記載の電圧供給装置。
【請求項３】
前記昇圧制限手段は、前記診断手段が前記故障診断を行ったか否かにかかわらず、前記供給電圧が前記上限閾値を上回ったときに、自律的に前記供給電圧を前記上限閾値以下に制限する、請求項２に記載の電圧供給装置。
【請求項４】
前記診断手段により前記故障診断を行う時刻が、前記供給電圧が前記上限閾値を上回ると推定される時刻より以降に設定された、請求項３に記載の電圧供給装置。
【請求項５】
前記診断手段は、前記第１電圧検出手段又は前記昇圧手段に過昇圧異常が発生していると診断した場合、前記第１検出電圧が前記所定値を下回ったときに、前記昇圧手段による前記電源電圧の昇圧を禁止するように構成された、請求項４に記載の電圧供給装置。
【請求項６】
前記診断手段は、前記第１電圧検出手段又は前記昇圧手段に過昇圧異常が発生していると診断した場合、前記第１検出電圧が前記所定値を下回ったときに、前記昇圧手段による前記供給電圧の昇圧を許可するように構成された、請求項４に記載の電圧供給装置。
【請求項７】
前記第１電圧検出手段は、前記供給電圧が供給される供給ラインとグランドとの間で直列接続された２つの抵抗を含み、前記２つの抵抗間の中点の電圧が前記第１検出電圧として検出される分圧回路であり、
前記診断手段は、前記中点と前記グランドとを接続する第１駆動素子と、該第１駆動素子の入力端子と接続されたプロセッサと、を含み、
前記昇圧制限手段は、前記供給ラインと前記グランドとの間に逆バイアス状態となるように接続された、前記上限閾値を降伏電圧とするツェナーダイオードと、前記第１駆動素子の前記入力端子と前記プロセッサとの間を前記グランドに接続し、前記ツェナーダイオードのアノードに接続された入力端子を有する第２駆動素子と、を含み、
前記供給電圧が前記上限閾値を上回ったときに、前記ツェナーダイオードの降伏により前記第２駆動素子の入力電圧が上昇することで前記第２駆動素子がオン動作し、これにより前記第１駆動素子の入力電圧が低下して前記第１駆動素子がオフ状態となることで、前記第１検出電圧が前記所定値以上に上昇する、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の電圧供給装置。
【請求項８】
前記第１電圧検出手段は、前記供給電圧が供給される供給ラインとグランドとの間で直列接続された２つの抵抗を含み、前記２つの抵抗間の中点の電圧が前記第１検出電圧として検出される分圧回路であり、
前記診断手段は、前記中点と前記グランドとを接続した第１駆動素子と、該第１駆動素子の入力端子と接続されたプロセッサと、を含み、
前記昇圧制限手段は、前記供給ラインと前記中点との間に逆バイアス状態となるように接続された、前記上限閾値を降伏電圧とするツェナーダイオードを含み、
前記供給電圧が前記上限閾値を上回ったときに、前記ツェナーダイオードの降伏により前記第１検出電圧が前記所定値以上に上昇する、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の電圧供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧を昇圧して電源供給対象に供給する電圧供給装置に関し、特に、その昇圧機能の故障診断に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電圧供給装置として、例えば特許文献１に記載されているように、昇圧機能により電源電圧の強制的な昇圧を行って電源供給対象に供給される供給電圧の検出値に基づいて昇圧機能の故障診断を行い、故障診断後は強制的な昇圧を停止するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、昇圧機能には、供給電圧が電源供給対象における許容最高電圧を超えてしまう過昇圧異常が発生している場合が考えられる。この場合に故障診断のための強制的な昇圧を行うと、供給電圧が、例えば故障診断制御処理の処理遅れ等により、強制的な昇圧を停止するまでに上記の許容最高電圧を超えてしまう可能性がある。これは電源供給対象に不可逆的な影響を及ぼしうる。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような問題点に鑑み、昇圧機能の故障診断における電源供給対象の保護を向上させた電圧供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明に係る電圧供給装置は、電源供給対象へ供給する供給電圧を第１検出電圧として検出する第１電圧検出手段と、第１検出電圧が供給電圧の下限閾値に相当する所定値を下回ったときに、第１検出電圧が所定値に収束するように電源電圧を昇圧して供給電圧を上昇させる昇圧手段と、を備えたものであって、供給電圧を第２検出電圧として検出する第２電圧検出手段と、第１電圧検出手段及び前記昇圧手段の故障診断を行う条件が成立したときに、第１検出電圧を強制的に所定値未満に低下させることで昇圧手段に強制的な昇圧を行わせることで、第２検出電圧に基づいて故障診断を行い、故障診断を行ってから、第１検出電圧を所定値以上に上昇させることで強制的な昇圧を停止させる診断手段と、供給電圧が該供給電圧の上限閾値を上回ったときに、第１検出電圧を強制的に所定値以上に上昇させて供給電圧を上限閾値以下に制限する昇圧制限手段と、をさらに備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電圧供給装置によれば、昇圧機能の故障診断における電源供給対象の保護を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る電圧供給装置の一例を示す回路図である。
【図２】通常昇圧動作の一例を示す電圧−時間波形図である。
【図３】診断制御ユニットの一例を示す内部構成図である。
【図４】昇圧機能の正常及び異常範囲を示す電圧−時間波形図である。
【図５】故障診断制御処理中の供給電圧変化の一例を示す電圧−時間波形図である。
【図６】故障診断制御処理中の供給電圧変化の別例を示す電圧−時間波形図である。
【図７】故障診断制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態に係る電圧供給装置の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
【００１０】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る電圧供給装置の一例を示す。電圧供給装置１は、車両に適用され、イグニッションスイッチＩＧＮのオン操作を契機として、定格電圧Ｖbatの直流電源である車載バッテリＢの正極から電源供給ライン１１を介して電源供給対象である車両機器Ａへ電源を供給するものである。電圧供給装置１は、車両機器Ａに対して実際に供給される電源電圧（供給電圧）Ｖが低下したときに、電源電圧を昇圧して供給電圧を上昇させる昇圧機能を有している。
【００１１】
（昇圧機能）
ここで、図２を用いて、電圧供給装置１における昇圧機能の必要性について説明する。図２は、電圧供給装置１の昇圧機能による通常の昇圧動作の一例を示す。図中において、供給電圧Ｖは、内燃機関の始動に伴うスタータ駆動等によって車載バッテリＢの電源電圧が定格電圧Ｖbatから低下したときに（時刻ｔ０から時刻ｔ３）、車両機器Ａの許容最低電圧Ｖlim1を下回ってしまう場合がある。供給電圧Ｖが車両機器Ａの許容最低電圧Ｖlim1を下回ると、例えば、マイクロコンピュータが正常に動作できなくなる等、車両機器Ａの動作に好ましくない影響を及ぼすおそれがある。そこで、供給電圧Ｖについては、車両機器Ａの動作に影響を与えないように、定格電圧Ｖbat以下で許容最低電圧Ｖlim1よりも高い下限閾値Ｖth1を設けている。そして、電圧供給装置１の昇圧機能は、供給電圧Ｖが下限閾値Ｖth1を下回ったときに（時刻ｔ１）、供給電圧Ｖが下限閾値Ｖth1に収束するように電源電圧を昇圧させている（時刻ｔ２）。
【００１２】
再び図１を参照すると、電圧供給装置１は、昇圧機能の具体的な構成として、第１分圧回路２及びＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータ３を備えている。
【００１３】
第１分圧回路２は、電源供給ライン１１のうち車両機器Ａ−車載バッテリＢ間の中点Ｍ１とグランドとの間で直列接続された２つの抵抗２１，２２を含む。２つの抵抗２１，２２間の中点Ｎ１はスイッチングコントローラ３５と接続されている。中点Ｍ１の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧であるとともに、電圧供給装置１から車両機器Ａに向けて供給される供給電圧Ｖである。したがって、第１分圧回路２は、供給電圧Ｖを中点Ｎ１における抵抗分圧（第１検出電圧）Ｖ１として検出する第１電圧検出手段をなす。なお、抵抗２１，２２は、これらに流れる電流が微小となるように十分大きな抵抗値を有している。後述の他の抵抗についても同様である。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、電源電圧の昇圧手段であり、チョークコイル３１、ダイオード３２、コンデンサ３３、チョッパ用スイッチング素子３４及びこれを制御するスイッチングコントローラ３５等により構成された昇圧チョッパ回路である。なお、チョッパ用スイッチング素子３４及びスイッチングコントローラ３５は、１つの昇圧ＩＣ（Integrated Circuit）として構成されてもよい。
【００１５】
チョークコイル３１及びダイオード３２は、電源供給ライン１１に介在し、車載バッテリＢと中点Ｍ１との間で直列接続されつつ、ダイオード３２のカソードが中点Ｍ１と接続される。コンデンサ３３は、一端が電源供給ライン１１のうちダイオード３２と中点Ｍ１との間に接続され、他端がグランドと接続されている。
【００１６】
チョッパ用スイッチング素子３４は、一端がチョークコイル３１とダイオード３２との間の電源供給ライン１１における中点Ｍ２に接続され、他端がグランドと接続されている。チョッパ用スイッチング素子３４は、外部制御によってオン動作及びオフ動作を行うように構成され、オン動作により中点Ｍ２とグランドとを導通し、オフ動作により中点Ｍ２とグランドとの導通を遮断するようになっている。チョッパ用スイッチング素子３４は、オン動作及びオフ動作を行うための制御信号を入力する入力端子を備え、この入力端子がスイッチングコントローラ３５と接続されている。チョッパ用スイッチング素子３４としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、サイリスタ等を用いることができる。図示のように、チョッパ用スイッチング素子３４としてＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いた場合、ゲート端子がスイッチングコントローラ３５と接続され、ドレイン端子がチョークコイル３１とダイオード３２との間と接続され、ソース端子がグランドと接続される。
【００１７】
スイッチングコントローラ３５は、イグニッションスイッチＩＧＮのオン操作により電源電圧（供給電圧Ｖ）が供給されて動作する。スイッチングコントローラ３５は、２つの抵抗２１，２２間の中点Ｎ１と接続され、第１分圧回路２から第１検出電圧Ｖ１を入力する。また、スイッチングコントローラ３５は、外部から、チョッパ用スイッチング素子３４に対する制御信号の出力を禁止するイネーブル信号を入力するように構成されている。例えば、スイッチングコントローラ３５は、イネーブル信号を入力するための専用のイネーブル端子（ＥＮ）を備えている。スイッチングコントローラ３５がイネーブル信号を入力したときに、チョッパ用スイッチング素子３４は、制御信号の入力停止により、オフ状態に保持される。
【００１８】
スイッチングコントローラ３５は、第１分圧回路２によって検出された第１検出電圧Ｖ１が、供給電圧Ｖの下限閾値Ｖth1に相当する値として予め設定された所定値Ｖ１thを下回ったときに、第１検出電圧Ｖ１が所定値Ｖ１thに収束するように供給電圧Ｖの昇圧を行う。例えば、スイッチングコントローラ３５は、ＰＩ制御等のフィードバック制御により、第１検出電圧Ｖ１と所定値Ｖ１thとの偏差に基づいてチョッパ用スイッチング素子３４のオン時間とオフ時間との比率（デューティ）を決定する。そして、スイッチングコントローラ３５は、決定したデューティを反映させた制御信号（パルス幅変調信号）をチョッパ用スイッチング素子３４の入力端子へ出力する。これにより、チョッパ用スイッチング素子３４は、制御信号に従ってオン動作及びオフ動作を繰り返し、中点Ｍ２とグランドとの間の導通及び遮断を交互に繰り返す。
【００１９】
チョッパ用スイッチング素子３４がオン状態であるとき、車載バッテリＢからの電流は、チョークコイル３１及びチョッパ用スイッチング素子３４を通ってグランドへ流れ、チョークコイル３１にはエネルギが蓄えられる。次に、チョッパ用スイッチング素子３４をオフ動作させると、車載バッテリＢからの電流がダイオード３２ひいては車両機器Ａへ流れる。これとは別に、チョークコイル３１が蓄えたエネルギを放出し、チョッパ用スイッチング素子３４がオン状態であるときの電流を維持しようとする。これにより、電源電圧が昇圧されて供給電圧Ｖが上昇する。
【００２０】
（故障診断機能）
電圧供給装置１は、昇圧機能に異常が発生しているか否かについて診断を行う故障診断機能を有している。電圧供給装置１は、故障診断機能の具体的な構成として、図１に示されるように、第２分圧回路４及び診断部（診断手段）５を備えている。
【００２１】
第２分圧回路４は、中点Ｍ１より下流の電源供給ライン１１とグランドとの間で直列接続された２つの抵抗４１，４２を含み、２つの抵抗４１，４２間の中点Ｎ２が後述の診断制御ユニットと接続されている。第２分圧回路４は、供給電圧Ｖを中点Ｎ２における電圧（第２検出電圧）Ｖ２として検出する第２電圧検出手段をなす。
【００２２】
診断部５は、第１駆動素子５１、抵抗５２，５３、診断制御ユニット５４等により構成されている。第１駆動素子５１は、一端が中点Ｎ１に接続され、他端が抵抗５２を介してグランドに接続され、これにより、中点Ｎ１とグランドとの間で、抵抗５２と共に、抵抗２２に対して並列に配置されている。第１駆動素子５１は、外部制御によってオン動作及びオフ動作を行うように構成され、オン動作により中点Ｎ１とグランドとを導通し、オフ動作により中点Ｎ１とグランドとの導通を遮断するようになっている。第１駆動素子５１は、オン動作及びオフ動作を行うための制御信号を入力する入力端子を備え、この入力端子が入力電圧調整用の抵抗５３を介して診断制御ユニット５４と接続されている。第１駆動素子５１には、チョッパ用スイッチング素子３４と同様に、種々の半導体素子を用い得る。図示のように、第１駆動素子５１としてＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いた場合、ゲート端子が抵抗５３を介して診断制御ユニット５４と接続され、ドレイン端子が中点Ｎ１と接続され、ソース端子が抵抗５２を介してグランドと接続される。診断制御ユニット５４は、信号線１２によってスイッチングコントローラ３５と接続され、信号線１２を介して、診断制御ユニット５４からスイッチングコントローラ３５へイネーブル信号が出力される。
【００２３】
イグニッションスイッチＩＧＮのオン操作により電源電圧（供給電圧Ｖ）が供給される診断制御ユニット５４は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサ５４ａを有している。また、診断制御ユニット５４は、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリ５４ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリ５４ｃ、及び、外部との間で信号の入出力を行う入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）５４ｄと、を有している。診断制御ユニット５４において、プロセッサ５４ａ、不揮発性メモリ５４ｂ、揮発性メモリ５４ｃ及び入出力インタフェース５４ｄは、通信バス５４ｅによって相互に通信可能に接続されている。
【００２４】
プロセッサ５４ａは、不揮発性メモリ５４ｂに格納されたソフトウェアプログラムを揮発性メモリ５４ｃに読み出して実行することで、昇圧機能に異常が発生しているか否かについての故障診断及びこれに関連する制御を含む故障診断制御処理を実行する。プロセッサ５４ａは、故障診断制御処理の実行において、入出力インタフェース５４ｄを介して、第２分圧回路４から第２検出電圧Ｖ２を入力し、第１駆動素子５１へ制御信号を出力し、スイッチングコントローラ３５へイネーブル信号を出力する。
【００２５】
プロセッサ５４ａは、故障診断制御処理の実行により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による昇圧を必要としない場合等、所定の診断条件を満たしたときに、第１検出電圧Ｖ１を強制的に所定値Ｖ１th未満に低下させて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に強制的な昇圧を行わせる。そして、プロセッサ５４ａは、昇圧機能に異常が発生しているか否かについて故障診断を行った後、第１検出電圧Ｖ１を所定値Ｖ１th以上に上昇させることでＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を停止させる。
【００２６】
具体的には、プロセッサ５４ａは、図１に示される第１駆動素子５１に対してこれをオン状態とする制御信号を出力する。これにより、中点Ｎ１とグランドとの間では、抵抗２２だけでなく抵抗５２も通電される。抵抗２２及び抵抗５２の合成抵抗値は、抵抗２２の抵抗値よりも小さいので、中点Ｎ１の電圧すなわち第１検出電圧Ｖ１は低下する。抵抗５２の抵抗値は、第１駆動素子５１がオン状態のときに第１検出電圧Ｖ１が所定値Ｖ１th未満となるように、かつ、昇圧前の供給電圧Ｖが所定電圧（例えば車載バッテリＢの定格電圧Ｖbat）であるときに実際の供給電圧Ｖが所定の目標昇圧値Ｖｔまで上昇するように設定されている。スイッチングコントローラ３５は、第１検出電圧Ｖ１が所定値Ｖ１th未満に低下すると、供給電圧Ｖが下限閾値Ｖth1未満に低下したと判断して、電源電圧を昇圧して供給電圧Ｖを上昇させるべく、チョッパ用スイッチング素子３４へ制御信号を出力する。
【００２７】
そして、プロセッサ５４ａは、強制的な昇圧を開始してから供給電圧Ｖが十分上昇したと推定される時間が経過したときに、昇圧機能に異常が発生しているか否かについて故障診断を行う。故障診断後、プロセッサ５４ａは、第１検出電圧Ｖ１を所定値Ｖ１th以上に上昇させることでＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を停止させる。具体的には、プロセッサ５４ａは、第１駆動素子５１に対してこれをオフ状態とする制御信号を出力する。
【００２８】
図４は、故障診断制御処理において昇圧機能が正常又は異常と診断される供給電圧Ｖの範囲を示す。プロセッサ５４ａは、時刻ｔ０において強制的な昇圧を開始させ、時刻ｔ０から供給電圧Ｖが十分昇圧されたと推定されるまでの時間が経過した時刻ｔ１において、昇圧機能（すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ３及び第１分圧回路２）が異常であるか否かの故障診断を行う。強制的な昇圧を開始させてから故障診断を行うまでの所定時間Ｔは、供給電圧Ｖが十分昇圧されたと推定されるまでの時間であり、実験またはシミュレーション等によって設定することができる。例えば、昇圧機能が正常である場合に、目標昇圧値Ｖｔを様々な値に設定して強制的な昇圧を行わせ、供給電圧Ｖが一定の値に収束するまでの時間のうち最も長い時間を所定時間Ｔとして設定してもよい。あるいは、目標昇圧値Ｖｔを一定にして強制的な昇圧を行わせたときに、供給電圧Ｖが一定の値に収束するまでの時間のばらつきを考慮して所定時間Ｔを設定してもよい。
【００２９】
プロセッサ５４ａは、時刻ｔ１において、供給電圧Ｖが破線αで示すように目標昇圧値Ｖｔを中心とする所定範囲（正常範囲）内であると判定した場合には、昇圧機能が正常であると診断する。正常範囲は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３及び第１分圧回路２における回路素子の設計値に対する電気的なばらつきを考慮して設定されている。一方、プロセッサ５４ａは、時刻ｔ１において、供給電圧Ｖが実線βで示すように正常範囲よりも低い範囲内にある、あるいは、供給電圧Ｖが実線γで示すように正常範囲よりも高い範囲内にある、と判定した場合には、昇圧機能に異常が発生していると診断する。
【００３０】
ところで、破線δで示すように、昇圧機能に供給電圧Ｖが車両機器Ａの許容最高電圧Ｖlim2を上回る過昇圧異常が発生している場合には、時刻ｔ１において昇圧機能に異常が発生していると診断してからも、供給電圧Ｖの上昇が継続する状況が起こり得る。これに対し、プロセッサ５４ａは、故障診断後の時刻ｔ２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を停止させるので、供給電圧Ｖは許容最高電圧Ｖlim2を上回ることなく、昇圧前の所定電圧（例えば定格電圧Ｖbat）まで低下するとも考えられる。しかし、プロセッサ５４ａによる故障診断制御処理では、ソフトウェアプログラムの処理によって実行される関係上、故障診断を行ってから強制的な昇圧を停止させるまでに処理遅れ（時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の時間）が発生してしまう。したがって、プロセッサ５４ａが時刻ｔ１において故障診断を行ってから時刻ｔ２においてＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を停止させるまでに、供給電圧Ｖが車両機器Ａの許容最高電圧Ｖlim2を上回ってしまう可能性がある。あるいは、プロセッサ５４ａが、時刻ｔ１において故障診断を行ったときに、供給電圧Ｖが既に許容最高電圧Ｖlim2を上回っている可能性もある。供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2を上回ると、車両機器Ａに用いられる回路素子の耐圧保護の観点上、不可逆的な影響を及ぼすおそれがある。
【００３１】
そこで、電圧供給装置１は、昇圧機能に供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2を上回ってしまう過昇圧異常が発生している場合でも、供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2を上回らないようにすべく、昇圧制限機能（手段）を有している。昇圧制限機能は、供給電圧Ｖが強制的な昇圧によって許容最高電圧Ｖlim2よりも低い上限閾値Ｖth2を上回ったときに、第１検出電圧Ｖ１を強制的に所定値Ｖ１th以上に上昇させて、供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限するものである。
【００３２】
（昇圧制限機能）
再び図１を参照すると、電圧供給装置１は、昇圧制限機能の具体的な構成として、昇圧制限部６を備え、昇圧制限部６は、ツェナーダイオード６１、抵抗６２、第２駆動素子６３等により構成されている。
【００３３】
ツェナーダイオード６１は、カソードが電源供給ライン１１に接続され、アノードが抵抗６２を介してグランドに接続されて、配置されている。すなわち、ツェナーダイオード６１は、電源供給ライン１１とグランドとの間に逆バイアス状態となるように接続されている。ツェナーダイオード６１には、その降伏電圧が供給電圧Ｖの上限閾値Ｖth2となるものが選定される。
【００３４】
第２駆動素子６３は、一端が第１駆動素子５１の入力端子と抵抗５３との間の接続点Ｏ１に接続され、他端がグランドに接続されて配置されている。第２駆動素子６３は、外部制御によってオン動作及びオフ動作を行うように構成されている。第２駆動素子６３のオン動作により接続点Ｏ１がグランドと導通する一方、第２駆動素子６３のオフ動作により接続点Ｏ１とグランドとの導通が遮断される。第２駆動素子６３は、オン動作及びオフ動作を行うための制御信号を入力する入力端子を備え、この入力端子が入力電圧調整用の抵抗６２とツェナーダイオード６１との間の接続点Ｏ２に接続されている。第２駆動素子６３には、チョッパ用スイッチング素子３４と同様に、種々の半導体素子を用い得る。図示のように、第２駆動素子６３としてＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いた場合、ゲート端子が接続点Ｏ２に接続され、ドレイン端子が接続点Ｏ１と接続され、ソース端子がグランドと接続される。
【００３５】
図５は、昇圧機能に過昇圧異常が発生している場合の故障診断制御処理中における供給電圧Ｖの時間変化の一例を示す。図５を参照しつつ、昇圧制限部６が供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限する動作について説明する。プロセッサ５４ａは、時刻ｔ０においてＤＣ／ＤＣコンバータ３に強制的な昇圧を行わせて、供給電圧Ｖを所定電圧（例えば定格電圧Ｖbat）から上昇させる。次に、プロセッサ５４ａは、時刻ｔ０から所定時間Ｔが経過した時刻ｔ１において、昇圧機能（すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ３及び第１分圧回路２）が異常であるか否かの故障診断を行う。ここで、故障診断の結果、プロセッサ５４ａが昇圧機能に異常が発生していると診断したときに、供給電圧Ｖの上昇が継続しているものとする。そして、プロセッサ５４ａが強制的な昇圧を停止させる時刻ｔ３前の時刻ｔ２において、供給電圧Ｖが上限閾値Ｖth2を上回ったものとする。
【００３６】
時刻ｔ２において、供給電圧Ｖは上限閾値Ｖth2を上回るとツェナーダイオード６１の降伏電圧も上回るので、電源供給ライン１１の電流は、ツェナーダイオード６１及び抵抗６２を介してグランドへ流れる。抵抗６２の抵抗値は、抵抗６２がツェナーダイオード６１の降伏によって通電したときに、接続点Ｏ２における電圧が第２駆動素子６３をオン動作させるのに適した電圧となるように設定されている。そうすると、ツェナーダイオード６１の降伏によって第２駆動素子６３がオン状態となるので、接続点Ｏ１がグランドと導通してグランド電位と略同一となり、第１駆動素子５１の入力電圧もグランド電位と略同一となる。このため、第１駆動素子５１はオフ状態となって抵抗５２が通電されなくなるので、強制的な昇圧のために意図的に低下させた第１検出電圧Ｖ１（中点Ｎ１における電圧）は、上限閾値Ｖth2を上回るまで上昇した実際の供給電圧Ｖによって所定値Ｖ１th以上となる。これにより、スイッチングコントローラ３５は、チョッパ用スイッチング素子３４に対してこれをオフ状態にする制御信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を一時的に中断する。このように、昇圧制限部６が第１検出電圧Ｖ１を所定値Ｖ１th以上に上昇させて強制的な昇圧を一時的に中断させる昇圧中断動作を行うことで、供給電圧Ｖは上限閾値Ｖth2以下に低下する。
【００３７】
しかし、診断制御ユニット５４（プロセッサ５４ａ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を停止させるまでは、第１駆動素子５１にこれをオン状態にする制御信号を継続して出力する。このため、上記昇圧中断動作により供給電圧Ｖが上限閾値Ｖth2以下に低下して上記昇圧中断動作が停止すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧が再開し、供給電圧Ｖは再び上限閾値Ｖth2を上回る。このときには、昇圧制限部６が上記昇圧中断動作を行うことで、供給電圧Ｖは再び上限閾値Ｖth2以下となる。したがって、昇圧制限部６が上記昇圧中断動作を断続的に繰り返すことで、供給電圧Ｖが上限閾値Ｖth2を挟んで上下に変動する。このように供給電圧Ｖが上限閾値Ｖth2を挟んで変動する変動範囲を、以下、過昇圧範囲という。
【００３８】
プロセッサ５４ａは、図５の時刻ｔ３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を停止させるので、供給電圧Ｖは所定電圧に向けて低下する。時刻ｔ１で故障診断を行ってから、時刻ｔ３で強制的な昇圧を停止させるまでの時間が、プロセッサ５４ａの処理遅れに相当する。
【００３９】
図６は、昇圧機能に過昇圧異常が発生している場合の故障診断制御処理中における供給電圧Ｖの時間変化の別例を示す。図５では、診断制御ユニット５４のプロセッサ５４ａが故障診断を行ってから昇圧制限部６が供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限していたが、故障診断のタイミングはこれに限られない。すなわち、図６に示すように、診断制御ユニット５４のプロセッサ５４ａが故障診断を行う時刻（ｔ２）が、昇圧制限部６が供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限し始める時刻（ｔ１）よりも後になるようにしてもよい。
【００４０】
図６において、強制的な昇圧を開始させる時刻ｔ０から供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限し始める時刻ｔ１までの時間Ｔth2は、実験またはシミュレーション等により推定できる。例えば、目標昇圧値Ｖｔを上限閾値Ｖth2として強制的な昇圧を行わせたときに、昇圧開始から供給電圧Ｖが上限閾値Ｖth2に到達するまでの時間に基づいて時間Ｔth2を推定できる。したがって、強制的な昇圧を開始させてから故障診断を行うまでの所定時間Ｔは、これが時間Ｔth2以上となるという条件をさらに満たすように設定されて、不揮発性メモリ５４ｂに記憶される。強制的な昇圧を開始させてから所定時間Ｔが経過したときに故障診断を行うようにすれば、故障診断時には供給電圧Ｖが過昇圧範囲内となっていることから、昇圧機能には、供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2を上回ってしまう過昇圧異常が発生していると診断できる。
【００４１】
このように、昇圧制限部６は、ソフトウェアプログラムの処理によらずに、自律的に供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限する。また、昇圧制限部６は、診断部５の診断制御ユニット５４（プロセッサ５４ａ）が故障診断を行ったか否かにかかわらず、供給電圧Ｖが上限閾値Ｖth2を上回ったときに、供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限する。これは、診断部５の診断制御ユニット５４（プロセッサ５４ａ）が、ソフトウェアプログラムの処理によって、故障診断後にＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を停止させることと対照的である。
【００４２】
（故障診断制御処理）
図７は、診断制御ユニット５４のプロセッサ５４ａにおいて、イグニッションスイッチＩＧＮのオン操作を契機として繰り返し実行される故障診断制御処理の一例を示す。なお、強制的な昇圧を開始させてから故障診断を行うまでの所定時間Ｔは、故障診断を行う時刻が、供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限し始める時刻よりも後になるように設定されているものとする（図６参照）。
【００４３】
図７のステップＳ１（図中では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、プロセッサ５４ａは、故障診断制御処理を行うための診断条件が成立しているか否かを判定する。診断条件には、内燃機関の始動完了等、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による電源電圧の昇圧を必要としないこと、供給電圧Ｖが所定電圧（例えば車載バッテリＢの定格電圧Ｖbat）の近傍値であること、図示省略のオルターネータが発電をしていないこと、が含まれる。なお、オルターネータの作動は、強制的な昇圧を開始するときに禁止してもよい。そして、プロセッサ５４ａは、診断条件が成立していると判定した場合には（ＹＥＳ）、処理をステップＳ２へ進める一方、診断条件が成立していないと判定した場合には（ＮＯ）、ステップＳ１を再度実行する。
【００４４】
ステップＳ２では、プロセッサ５４ａは、第１駆動素子５１に対してこれをオン動作させる制御信号を出力する。すなわち、プロセッサ５４ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に電源電圧の強制的な昇圧を行わせる。
【００４５】
ステップＳ３では、プロセッサ５４ａは、強制的な昇圧を行わせてから所定時間Ｔが経過したか否かを判定する。そして、プロセッサ５４ａは、所定時間Ｔが経過したと判定した場合には（ＹＥＳ）、処理をステップＳ４へ進めて、第２検出電圧Ｖ２に基づいて供給電圧Ｖを検出する。一方、プロセッサ５４ａは、所定時間Ｔが経過していないと判定した場合には（ＮＯ）、ステップＳ３を再度実行する。
【００４６】
ステップＳ５では、プロセッサ５４ａは、ステップＳ４で検出した供給電圧Ｖが目標昇圧値Ｖｔを中心とする正常範囲（図６参照）内であるか否かを判定する。そして、プロセッサ５４ａは、供給電圧Ｖが正常範囲内であると判定した場合には、処理をステップＳ６へ進めて、昇圧機能は正常であると診断した後、さらに処理をステップＳ１０へ進める。一方、プロセッサ５４ａは、供給電圧Ｖが正常範囲内にないと判定した場合には（ＮＯ）、処理をステップＳ７へ進める。
【００４７】
ステップＳ７では、プロセッサ５４ａは、ステップＳ４で検出した供給電圧Ｖが過昇圧範囲内であるか否かを判定する。そして、プロセッサ５４ａは、供給電圧Ｖが過昇圧範囲内であると判定した場合には（ＹＥＳ）、処理をステップＳ８へ進めて、昇圧機能には過昇圧異常が発生していると診断した後、さらに処理をステップＳ１０へ進める。なお、ステップＳ７を実行するとき、昇圧機能に過昇圧異常が発生している場合には、昇圧制限部６によって供給電圧Ｖが既に上限閾値Ｖth2以下に制限されているので、供給電圧Ｖは過昇圧範囲内にある。
【００４８】
ステップＳ７において、プロセッサ５４ａは、供給電圧Ｖが過昇圧範囲内でないと判定した場合には（ＮＯ）、処理をステップＳ９へ進めて、昇圧機能には過昇圧異常以外の異常が発生していると診断した後、さらに処理をステップＳ１０へ進める。
【００４９】
ステップＳ１０では、プロセッサ５４ａは、第１駆動素子５１に対してこれをオフ動作させる制御信号を出力する。すなわち、プロセッサ５４ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を停止させる。
【００５０】
ステップＳ１１では、プロセッサ５４ａは以下の診断終了時処理を行う。プロセッサ５４ａは、故障診断の結果を揮発性メモリ５４ｃに一時的に記憶する。そして、プロセッサ５４ａは、例えばイグニッションスイッチＩＧＮのオフ操作後に診断制御ユニット５４に電源が供給されるセルフシャットオフ期間中に、揮発性メモリ５４ｃから不揮発性メモリ５４ｂに故障診断の結果を記憶させる。
【００５１】
また、プロセッサ５４ａは、診断終了時処理として、故障診断の結果が過昇圧異常である場合には、スイッチングコントローラ３５に対して、チョッパ用スイッチング素子３４に対する制御信号の出力を禁止するイネーブル信号を出力する。これにより、イネーブル信号出力後、第１検出電圧Ｖ１が所定値Ｖ１thを下回った場合でも、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は昇圧動作が禁止されているので、車両機器Ａの耐圧保護を図ることができる。
【００５２】
なお、車両機器Ａの耐圧保護よりもＤＣ／ＤＣコンバータ３による昇圧動作を優先させる場合には、診断制御ユニット５４はイネーブル信号を出力せず、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による昇圧を許可してもよい。したがって、診断制御ユニット５４とスイッチングコントローラ３５とを接続する信号線１２を省略することもできる。診断制御ユニット５４がイネーブル信号を出力しない場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３によって供給電圧Ｖを昇圧しても、昇圧制限部６によって供給電圧Ｖが自律的に上限閾値Ｖth2以下に制限されるので、供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2を上回ることを抑制できる。
【００５３】
第１実施形態に係る電圧供給装置１によれば、供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2よりも低い上限閾値Ｖth2を上回ったときに、昇圧制限部６が供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限している。したがって、昇圧機能に過昇圧異常がある場合に、故障診断制御処理において供給電圧Ｖを強制的に昇圧させても、供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2を上回ることを回避でき、車両機器Ａの耐圧保護を図ることができる。
【００５４】
特に、プロセッサ５４ａが、ソフトウェアプログラムの処理に起因して、故障診断を行ってからＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を停止させるまでに処理遅れが発生し、この間に供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2を上回ってしまう可能性がある。これに対し、昇圧制限部６は、ソフトウェアプログラムの処理によらずに、また、故障診断が行われたか否かにかかわらず、供給電圧Ｖを自律的に上限閾値Ｖth2以下に制限しているので、車両機器Ａの耐圧保護の確実性を向上させることができる。
【００５５】
また、故障診断を行う時刻を、昇圧制限部６が供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限する時刻よりも後にすれば、昇圧機能に過昇圧異常が発生していることを診断できるので、過昇圧異常に応じた処理を行うことが可能となる。
【００５６】
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係る電圧供給装置の一例を示す。なお、第２実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付することで、その説明を省略または簡潔にする。
【００５７】
電圧供給装置１Ａは、昇圧制限機能の具体的な構成として、昇圧制限部６Ａを備え、昇圧制限部６Ａは、ツェナーダイオード６４、抵抗６５等により構成されている。
【００５８】
ツェナーダイオード６４は、カソードが電源供給ライン１１に接続され、アノードが抵抗６５を介して中点Ｎ１に接続されて、配置されている。すなわち、ツェナーダイオード６４は、電源供給ライン１１とグランドとの間で逆バイアス状態となるように接続されている。ツェナーダイオード６４には、その降伏電圧が供給電圧Ｖの上限閾値Ｖth2となるものが選定される。
【００５９】
抵抗２１，２２、抵抗５２及び抵抗６５は、電源供給ライン１１とグランドとの間において、抵抗２１及び抵抗６５を並列接続した並列回路と抵抗２２及び抵抗５２を並列接続した並列回路とが中点Ｎ１で直列接続された電気回路を構成している。
【００６０】
図５を参照しつつ、昇圧制限部６Ａが供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限する動作について説明する。図５の時刻ｔ２となる前では、供給電圧Ｖは上限閾値Ｖth2を上回っていないので、ツェナーダイオード６４を介して抵抗６５は通電されない。また、時刻ｔ１において故障診断を行ってから、時刻ｔ３において強制的な昇圧を停止させるまでは、第１駆動素子５１はオン状態になっている。したがって、上記の電気回路において、電源供給ライン１１からグランドまでの間では、抵抗２１、抵抗２２及び抵抗５２が通電される。
【００６１】
一方、図５の時刻ｔ２において、供給電圧Ｖが上限閾値Ｖth2を上回ったときにツェナーダイオード６１の降伏電圧も上回る。このため、上記の電気回路において、電源供給ライン１１からグランドまでの間では、抵抗２１、抵抗２２、抵抗５２及び抵抗６５が通電される。抵抗２１及び抵抗６５の並列回路における合成抵抗値は抵抗２１の抵抗値よりも小さいので、中点Ｎ１における電圧すなわち第１検出電圧Ｖ１は上昇する。ここで、抵抗６５の抵抗値は、ツェナーダイオード６４が降伏したときに第１検出電圧Ｖ１が所定値Ｖ１th以上となるものが選定されている。したがって、供給電圧Ｖが上限閾値Ｖth2を上回ったときに、第１検出電圧Ｖ１は所定値Ｖ１th以上となる。これに伴い、スイッチングコントローラ３５は、チョッパ用スイッチング素子３４に対してこれをオフ状態にする制御信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による強制的な昇圧を一時的に中断する昇圧中断動作を行う。その後、昇圧制限部６と同様に、昇圧制限部６Ａが昇圧中断動作を断続的に繰り返すことで、供給電圧Ｖが上限閾値Ｖth2を挟んで上下に変動する。
【００６２】
第２実施形態に係る電圧供給装置１Ａによれば、昇圧制限部６Ａの構成部品を第１実施形態の昇圧制限部６と比較して減少させているので、製品コストを抑制しつつ、第１実施形態の電圧供給装置１と同様の効果を奏することができる。
【００６３】
なお、図５について前述したように、故障診断を行う時刻（ｔ１）は、供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限し始める時刻（ｔ２）より前に設定されてもよい。このように設定した場合には、昇圧機能に過昇圧異常が発生していると診断することは困難である。しかし、過昇圧異常が発生しているか否かにかかわらず、ＤＣ／ＤＣコンバータ３によって電源電圧を昇圧して供給電圧Ｖを上昇させても、昇圧制限部６によって供給電圧Ｖが自律的に上限閾値Ｖth2以下に制限される。このため、供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2を上回ることを抑制できる。したがって、診断制御ユニット５４からスイッチングコントローラ３５へイネーブル信号を出力する必要がなく、信号線１２等を省略できる。また、昇圧制限部６が供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2に制限することに変わりはないので、車両機器Ａの耐圧保護が可能であることはいうまでもない。
【００６４】
前述の昇圧制限部６，６Ａは、ソフトウェアプログラムの処理によらずに、また、故障診断が行われたか否かにかかわらず、供給電圧Ｖを自律的に上限閾値Ｖth2以下に制限するものとして説明した。しかし、昇圧制限部６，６Ａがソフトウェアプログラムの処理により、供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限することを排除するものではない。例えば、昇圧制限部６，６Ａが高速処理可能なマイクロコンピュータを有し、処理遅れによって供給電圧Ｖが許容最高電圧Ｖlim2を上回ることがない場合であれば、ソフトウェアプログラムの処理により供給電圧Ｖを上限閾値Ｖth2以下に制限してもよい。
【００６５】
上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、以下のように種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【００６６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３はチョッパ方式として説明したが、これに限らず、例えばチャージポンプ方式等、供給電圧Ｖに応じて昇圧を制御できる昇圧回路であれば種類を問わない。また、電圧供給装置１，１Ａは、車両に適用して車載バッテリＢに接続するものとして説明したが、これに限らず、定置式の電源に接続して用いることもでき、電源供給対象は車両機器Ａに限定されない。さらに、前述の故断終了時処理として、診断制御ユニット５４がスイッチングコントローラ３５に対して信号線１２を介してイネーブル信号を出力することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による昇圧を禁止したが、昇圧禁止の手段はこれに限られない。例えば、スイッチングコントローラ３５からチョッパ用スイッチング素子３４に出力される制御信号を通常時は導通させる外部制御可能なスイッチング素子を介装し、このスイッチング素子にこれをオフ状態とする制御信号を診断制御ユニット５４が出力してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ…電圧供給装置、２…第１分圧回路、３…ＤＣ／ＤＣコンバータ、４…第２分圧回路、５…診断部、６，６Ａ…昇圧制限部、１１…電源供給ライン、１２…信号線、３４…チョッパ用スイッチング素子、３５…スイッチングコントローラ、３１，３２…抵抗、５１…第１駆動素子、５４…診断制御ユニット、５４ａ…プロセッサ、６１，６４…ツェナーダイオード、６３…第２駆動素子、Ａ…車両機器、Ｂ…車載バッテリ、Ｎ１…中点、Ｖ…供給電圧、Ｖth1…下限閾値、Ｖth2…上限閾値、Ｖ１…第１検出電圧、Ｖ１th…所定値、Ｖ２…第２検出電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020156155.tif 000009
【図８】
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