(57)【要約】【課題】電源やＧＮＤの電位変動の影響を受けにくく、整流ダイオードのように発光ダイオードと比較して順方向電圧の低い素子のショート故障検知にも対応できるダイオードショート故障検出回路を提供する。【解決手段】２系統以上の電源供給手段のうち、１系統の供給電源が他系統へ流入することを防止するために設けられた逆流防止ダイオードの故障検出回路において、前記逆流防止ダイオードと並列に接続され、前記逆流防止ダイオードの順方向電圧の有無を検出する構成とした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２系統以上の電流供給手段を備え、少なくとも１系統の供給電力が他系統の電源供給手段への流入を防止するための逆流防止ダイオードが設けられた電源回路において、
前記逆流防止ダイオードと並列に、前記逆流防止ダイオードの順方向電圧の有無を検出するダイオードショート故障検出回路を接続したことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
請求項１記載の電源回路において、前記ダイオードショート故障検出回路は、前記逆流防止ダイオードの順方向電圧の有無を検出するためのトランジスタで構成される電源回路。
【請求項３】
請求項２記載の電源回路において、前記トランジスタは、ベース−エミッタ間にダイオードの順方向電圧をバイアスとして与え、コレクタの電位の有無によって、前記ダイオードの順方向電圧の有無を検出する電源回路。
【請求項４】
請求項２または３記載の電源回路において、前記トランジスタのベースもしくはエミッタに直列に抵抗を挿入し、その抵抗値によってショート故障検知電圧が設定される電源回路。
【請求項５】
請求項４記載の電源回路において、前記トランジスタのエミッタには、エミッタ電圧を下げ前記トランジスタの通電をオフさせることにより、ダイオードショート故障検出回路自体の故障診断を行う診断回路が接続された電源回路。
【請求項６】
請求項１記載の電源回路において、前記逆流防止ダイオードの順方向電圧の有無を検出するためのコンパレータを備えた電源回路。
【請求項７】
請求項６記載の電源回路において、前記ダイオードのアノード側には、前記コンパレータの非反転端子の電圧を反転端子の電圧より下げ、ダイオードショート故障検出回路自体の故障診断を行う診断回路が接続された電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源入力ラインに接続されたダイオードのショート故障を検出し、バックアップ電源への逆流を防止するためのダイオード故障検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のコントロールユニット（ＥＣＵ）には、主電源とバックアップ電源の２系統の供給電源が接続されている。主電源もしくは主電源ラインに地絡や断線といった故障が発生した場合、バックアップ電源に切替接続する。その切替接続の際、主電源側にバックアップ電源からの電流流入を防止すべく、主電源ラインには逆流防止用のダイオードが設けられている。
【０００３】
ダイオードのショート故障を検出する回路として、故障診断対象とするダイオードの順方向電圧の差を比較器に入力し、比較器の出力結果によりダイオードのショート故障を判定するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、ダイオードの順方向電圧の有無による電位差で半導体素子をスイッチングし、その信号をモニタし、故障を検出するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３４３９９号公報
【特許文献２】特開平５−２８３７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、比較器によりダイオードの順方向の電圧差を検出する構成の場合、電源電位やグランド電位の変動によって、故障を誤検知する可能性がある。例えば、ダイオードのアノード側に電源が接続され、カソード側にコンデンサを介して接地されている回路では、コンデンサの電位により比較器に入力される電位の差が小さくなり、ダイオードのショート故障が生じていないにもかかわらずショート故障と判定される等の誤検知をする可能性がある。
【０００６】
また、順方向電圧の有無による電位差で半導体素子をスイッチングし、その信号をモニタして故障を検出する回路は、発光ダイオードのショート故障検出を想定したものである。従って、通常の整流用ダイオードのように、発光ダイオードと比較して順方向電圧が１Ｖと低いダイオードの故障診断では、半導体素子をオンさせることが困難である。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、電源やＧＮＤの電位変動の影響を受けにくく、整流ダイオードのように発光ダイオードと比較して順方向電圧の低い逆流防止用ダイオードのショート故障検出にも対応することができる電源回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく本発明に係る電源回路は、２系統以上の電流供給手段を備え、少なくとも１系統の供給電力が他系統の電源供給手段への流入を防止するための逆流防止ダイオードが設けられた電源回路において、前記逆流防止ダイオードと並列に、前記逆流防止ダイオードの順方向電圧の有無を検出するダイオードショート故障検出回路を接続する構成としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電源やＧＮＤの電位変動によって故障を誤検知することがなく、通常の整流用ダイオードのように順方向電圧が低いダイオードのショート故障検出にも対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
本実施形態の電源回路は、例えば、主電源系統とバックアップ電源系統との２系統の供給電源を要する電動ブレーキ回路に用いられる。図１０は、電源回路に接続された電動ブレーキ回路の構成を示す概略回路図である。図１０に示すように、電動ブレーキ回路は、２系統の供給電源（主電源１、バックアップ電源１０）及びＥＣＵ１５に接続され、ＥＣＵ１５で駆動制御されるインバータ部８１と、ブレーキキャリパ（図示せず）を駆動させるアクチュエータ８２とを有する。アクチュエータ８２は、例えば、ブラシレスモータ（三相モータ）８３で構成され、インバータ部８１を介してＥＣＵ１５のドライバ（３相プリドライバ）８４に接続される。インバータ部８１は、主電源１及びバックアップ電源１０のどちらか一方から電源供給される。通常時は主電源１から電源供給され、主電源１等に故障があったとき、バックアップ電源１０が電源供給すべく、リレー回路８５等で制御される。インバータ部８１は、三相モータ８３の各コイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）にそれぞれ接続されるスイッチング回路８６で構成された３相インバータであり、三相プリドライバ８４を介してＥＣＵ１５内のＣＰＵ１３に接続されている。インバータ部８１には、モータ８３への電流を検出するモータ電流センサ部８７が設けられ、モータ８３への通電状態がＣＰＵ１３に知らされる。アクチュエータ８２には、１つの励磁コイルと２つの検出コイルとで構成されモータの回転子の磁極位置を検出するレゾルバ８８が設けられ、角度検出回路８９を介してＣＰＵ１３に接続されている。また、ＣＰＵ１３には、ブレーキペダルの踏込み量を検出するストロークセンサ９０が接続されている。運転者がブレーキペダルを踏むと、ストロークセンサ９０で検出されたストローク量（要求制動力）に応じて、ＣＰＵ１３はインバータ部８１へ駆動信号を伝達し、アクチュエータ８２が作動する。
【００１２】
図１は、２系統の供給電源を備えた電源回路の構成を示す回路図である。図１に示すように、電源回路は、主電源１と、バックアップ電源１０と、これら電源１，１０に接続されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）１５とを備える。ＥＣＵ１５は、主電源１にアノード側が接続された逆流防止ダイオード（整流ダイオード，以下、単に「ダイオード」と称する）３と、ダイオード３のカソード側に接続されたコンデンサ６及びレギュレータ１２と、ＣＰＵ、入出力回路、Ａ／Ｄ変換回路等からなるＥＣＵ内部負荷１３とを備える。
【００１３】
ＥＣＵ１５は、レギュレータ１２の出力を内部負荷１３へ供給する電源ライン１４に接続されている。主電源ライン２の電圧をＣＰＵ１３でモニタするためのアナログインタフェイス（Ｉ／Ｆ）９、バックアップ電源切替手段を有する。
【００１４】
コンデンサ６は、ＣＰＵ１３が主電源１の電圧降下を検知し、バックアップ電源切替手段９を接続するまでの時間（時刻Ｔ２〜Ｔ３）の電圧降下を補償するものである。
【００１５】
ダイオード３は、コンデンサ６に蓄電された電荷が、例えばダイオードのアノード側の地絡故障の際に、地絡箇所から放電されてしまい、バックアップ電源切替手段９が接続されるまでにＥＣＵ１５の内部電源がダウンしてしまうのを回避するために設けられている。
【００１６】
まず、主電源１が失陥した場合に、バックアップ電源１０に切り替わる基本的な動作について説明する。図２は、主電源１が失陥した場合の電源回路動作タイミングチャートである。
【００１７】
電源回路の通常動作時、バックアップ電源切替手段９は開放されており、ＥＣＵ１５は、主電源１から主電源ライン２、ダイオード３、配線１１を経由し、電源レギュレータ１２に電源が供給され、ＥＣＵ内部電源ライン１４から、ＣＰＵなどの内部負荷１３に給電される。主電源１もしくは主電源ライン２に地絡や断線等の故障が発生した場合、ダイオード３のアノード側の主電源電位は降下する。電位の降下は、アナログインタフェイス１９を経由し、ＣＰＵ１３のＡ／Ｄポートに入力される（時刻Ｔ１）。
【００１８】
ＣＰＵ１３は、主電源電位の降下が規定値以上かつ規定時間継続（時刻Ｔ２）したら、バックアップ電源切替手段９を接続し、バックアップ電源１０からの給電を開始させる（時刻Ｔ３）。このように、電源回路は、主電源１の系が故障した場合においても、ＥＣＵ１５の内部電源を失陥させることなく、動作継続を可能にしている。
【００１９】
しかしながら、ダイオード３がショート故障していた場合、万一ダイオードのアノード側の主電源ラインに地絡故障が発生すると、バックアップ電源切替手段９がバックアップ電源１０に接続される前にコンデンサ６の電源が放電され、ＥＣＵ内部電源の電圧低下を招くばかりか、バックアップ電源１０の電位が主電源１系の地絡故障箇所に引かれて低下し、ＥＣＵ１５自体のバックアップ動作を実現できなくなってしまう。
【００２０】
そこで、本発明に係る電源回路では、信頼性を向上させるために、逆流防止ダイオードの故障を検出するダイオード故障検出回路を備えている。以下、本発明に係る電源回路の第１の実施形態を説明する。
【００２１】
図３は本実施形態のダイオードショート故障検出回路を示す回路図である。図３に示すように、ダイオードショート故障検出回路は、ダイオード３に並列に接続されている。具体的には、ダイオードショート故障検出回路は、ＰＮＰトランジスタ（以下、単に「トランジスタ」と称する）４と抵抗１８とを備え、ダイオード３のアノード側に抵抗１８を介してトランジスタ４のエミッタが接続され、ダイオード３のカソード側にトランジスタ４のベースが接続されている。なお、抵抗１８の挿入位置は、ダイオード３のアノード、トランジスタのエミッタ間以外でも、トランジスタ４のベース電流を制限できる位置である、ダイオード３のカソード、トランジスタ４のベース間でもよい。
【００２２】
トランジスタ４のコレクタには、そのコレクタ電流の有無を検知する回路（トランジスタ７及び抵抗）が接続され、そのトランジスタ７は、信号線８を介してＣＰＵ１３に出力する。ＥＣＵ１５の動作時には、内部電源ライン１４には低電圧制御された電圧が発生しており、通常時（ダイオード正常時）に信号線８の出力信号がロウレベルとなるように、信号線８と内部電源ライン１４とはプルアップ抵抗２０を介して接続されている。
【００２３】
本回路において重要なことは、図４に示すように、ＥＣＵ１５の動作電流ＩＯＰにおけるダイオード３の順方向電圧Ｖｆｏｐ特性（図４（ａ））に対して、トランジスタ４のベース−エミッタ間電圧が小さい特性（図４（ｂ））のものを選択することである。
【００２４】
これにより、ダイオード３が正常の場合、ＶＦ＞ＶＢＥの関係が常に成立するので、トランジスタ４はオンし、トランジスタ４のコレクタにはダイオード３のアノード側から抵抗１８を経由して電位が立ち、その電位でトランジスタ７がオンし、ＣＰＵ１３のＩ／Ｏポートにはロウレベルの信号が入力される。
【００２５】
他方、ダイオード３がショート故障している場合、ＶＦ＝０＜ＶＢＥなので、トランジスタ４はオフしてコレクタには電位が立たず、トランジスタ７はオフとなり、ＣＰＵ１３のＩ／Ｏポートにはハイレベルの信号が入力される。
【００２６】
つまり、逆流防止ダイオード３の順方向電圧ＶＦの発生により間接的にトランジスタ７をオンさせ、ＣＰＵ１３にハイレベル、ロウレベルの信号としてとして検出させる構成になっている。
【００２７】
以上のように、本実施形態の電源回路によれば、ダイオード３のアノード・カソード間に、ＶＦ＞ＶＢＥが常に成立するトランジスタ４及び抵抗１８を配置することにより、電源やＧＮＤの電位変動にかかわらず誤判定することなくダイオードの故障検出をすることができる。また、通常の整流用ダイオードのように、順方向電圧が低いもののショート故障を検出することができる。
【００２８】
ただし、本実施形態では、ダイオードショート故障検出回路の構成部品には故障が発生していないことを前提としてダイオードの故障を検出している。ダイオード３が正常であるとする判断は、ＥＣＵ１５の動作時に、ＣＰＵ１３のＩ／Ｏポートの信号レベルがロウレベルの場合に実行されるが、その判断から、ダイオード３が故障状態にあるのか、トランジスタ４のベースの地絡間もしくは信号線８が断線状態にあるのかを判別するのは困難である。例えば、トランジスタ４のベースが地絡していたり、信号線８が断線していても、ＣＰＵ１３にはロウレベルの信号が入力されるので、ＣＰＵ１３はダイオード４が正常と判断してしまうことになる。
【００２９】
すなわち、本回路は、ＥＣＵ１５の機能として、ダイオード３のショート故障検出機構が正常か否かを判別できた上で、信号をモニタすることに初めて意味がある。
【００３０】
そこで、このダイオード故障検出回路自体が正常が否かを診断する回路を備えた第２の実施形態について説明する。
【００３１】
図５に示すように、本実施形態の電源回路は、トランジスタ４のエミッタと抵抗との間に、抵抗１７、トランジスタ１６からなる診断回路（模擬故障状態発生手段）が接続されている。トランジスタ１６のベースには、ＣＰＵ１３のＩ／Ｏポートが接続され（診断信号線２１）、診断信号が入力される。
【００３２】
診断回路の動作を図６に基づいて説明する。
【００３３】
図６に示すように、逆流防止ダイオード３がショート故障していた場合（時刻Ｔ０〜Ｔ１０）、信号線８のレベルはハイレベルとなる。また、ダイオード３が正常な場合、信号線８のレベルはロウレベルとなる（時刻Ｔ１０〜Ｔ１１）。
【００３４】
ここで、診断信号２１のレベルをハイレベルにすると、トランジスタ１６はオンし、トランジスタ４のエミッタ電圧が、以下の式１のようになる。
【００３５】
ＶＡ×Ｒ１７／（Ｒ１７＋Ｒ１８）      ・・・（式１）
（ＶＡ：逆流防止ダイオード３のアノード電圧、Ｒ１７：抵抗１７の抵抗値、Ｒ１８：抵抗１８の抵抗値）
ただし、  Ｒ１７、Ｒ１８の値は、以下の式２を満たすような値に設定されている。
ＶＡ×Ｒ１７／（Ｒ１７＋Ｒ１８）  ＜  ＶＡ−ＶＦ      ・・・（式２）
これにより、診断信号２１のレベルをハイレベルとすると、エミッタ電圧がベース電圧よりも低くなってトランジスタ４はオフし、信号線８のレベルはハイレベルになる（時刻Ｔ１１〜Ｔ１２）。
【００３６】
このように、ダイオード３が正常であっても、トランジスタ４をオフさせてダイオード３のショート状態を模擬させる（トランジスタ４において、ダイオードショート状態と同様な電位を形成する）ことで、ショート故障検出回路が動作するか否かを診断することが可能となる。図７は、診断回路の各素子が故障していた場合に、その故障をどのように検出するかをまとめた表である。本実施形態の電源回路によれば、ダイオードに通電している状態で、ダイオードショート故障に携わるすべての部品の故障を検出することができる。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施の形態を図８に基づいて説明する。
【００３８】
図８に示すように、本実施形態の電源回路は、ダイオード故障検出回路として、図３のトランジスタ４及び抵抗１８の代わりに、ダイオード３と並列に、ダイオード３の順方向電圧の有無を検出するためのコンパレータ３０を設けた点において図３の電源回路と異なる。なお、図中、図３と同一の構成部分には、図１に場合と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
コンパレータ３０は、その非反転入力端子が逆流防止ダイオード３のアノード側に接続され、反転入力端子が逆流防止ダイオード３のカソード側に接続されている。コンパレータ３０の出力端子は、信号線３１を介してＣＰＵ１３のＩ／Ｏポートに接続されている。
【００４０】
ダイオード３が正常な場合、アノード・カソード間には順方向電圧ＶＦが生じているので、コンパレータ３０の非反転入力端子電圧が、反転入力端子電圧より低く、信号線３１を介してＣＰＵ１３に出力される信号レベルはハイレベルとなる。他方、ダイオード３のショート故障により順方向電圧が０の場合、非反転出力端子の電圧はハイレベルを出力する閾値電圧よりも小さいので、信号線３１を介してＣＰＵ１３に出力される信号レベルはロウレベルとなる。この構成により、本実施形態の電源回路も、第１の実施形態の電源回路と同様の作用効果を有する。
【００４１】
図９は、ダイオードショート故障検出回路の第４の実施形態を示す回路図である。
【００４２】
図９に示すように、本実施形態の電源回路は、ダイオード３のアノードとコンパレータの非反転入力端子と間に、診断回路（模擬故障状態発生手段）を設けたものである。診断回路は、図５の回路と同じく、診断用のトランジスタ１６及び抵抗１７で構成され、ダイオード３のアノードとコンパレータ３０の非反転端子間に接続されている。トランジスタ１６のベースには、ＣＰＵ１３からの故障状態発生信号が入力される診断信号線２１が接続されている。
【００４３】
本実施形態では、診断信号線２１のレベルをハイレベルにすると、コンパレータ３０の非反転端子の電圧が反転端子の電圧より低くする（コンパレータ３０の非反転入力端子及び反転入力端子の電圧を、逆流防止ダイオード３を擬似的にショートさせた場合と同じ電圧する）ことにより、コンパレータ３０や信号線３１等からなるダイオード故障検出回路の故障状態を診断することができる。ひいては、ダイオード故障検出回路自体の故障を検出することにより、ダイオードのショート故障の誤判断を防ぐことができる。
【００４４】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定される。
【００４５】
例えば、上述の実施形態では、主電源１とバックアップ電源１０とからなる２系統の電源供給手段に接続されたＥＣＵ１５について説明したが、３系統以上の電源すなわち２つ以上の逆流防止ダイオードを備えた電源回路にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】２系統の電源を備えた電源回路を示す回路図である。
【図２】図１の回路の動作タイミングチャートである。
【図３】本発明に係る電源回路の第１の実施形態を示す回路図である。
【図４】図３の回路に用いる素子の特性を示すグラフであり、（ａ）は逆流防止ダイオードの順方向電圧−電流特性、（ｂ）はトランジスタのベースエミッタ電圧−コレクタ電流特性である。
【図５】本発明に係る電源回路の第２の実施形態を示す回路図である。
【図６】図５の回路の動作タイミングチャートである。
【図７】図５の回路における異常箇所の検出方法をまとめた表である。
【図８】本発明に係る電源回路の第３の実施形態を示す回路図である。
【図９】本発明に係る電源回路の第４の実施形態を示す回路図である。
【図１０】本発明に係る電源回路の適用例である電動ブレーキの概略回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  主電源
３  逆流防止ダイオード
４，７  トランジスタ
１０  バックアップ電源
１３  ＣＰＵ
１５  ＥＣＵ
１７，１８    抵抗
【図１】
2010107341.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010107341.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010107341.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010107341.tif 000011
【図１０】
2010107341.tif 000012