(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両灯火であるランプ負荷の点灯開始時に発生する突入電流をショートと誤判断する可能性を抑える過電流制御方法であって，
所定時間ごとにサンプリングしている前記ランプ負荷に流れる負荷電流に基づいて、前記ランプ負荷の断芯状態を検出した場合に、該ランプ負荷に対して通電状態のままで該ランプ負荷を付け替えて、該ランプ負荷を付け替えた直後に該ランプ負荷に流れる負荷電流をサンプリングして検出し，
この負荷電流をサンプリング検出することでランプ負荷が付け替えられたものと判断してそれを次の制御への条件にして、検出された前記負荷電流の値が予めマイクロコンピュータに格納されている基準電流値より以下かまたは以上かを演算し，
負荷電流が基準電流よりも大きく
負荷電流値＞基準電流値
となったことを検出すると、その過電流による異常を検出した時点からカウントされる第１の異常検出時間ｔ１に対して、突入電流として予め見込まれるラッシュ発生時間ｔ２を加算することで第２の異常検出時間Ｔを算出し、検出カウントがその第２の異常検出時間Ｔを越えたときにショートによる異常と判定することを特徴とする過電流制御方法。
【請求項２】
前記ショートによる異常判定は、所定時間内の過電流検出回数によってデッドショートまたはチャタリングショートのいずれであるかを同時に判別できることを特徴とする請求項１に記載の過電流制御方法。
【請求項３】
半導体リレーとして熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴを前記ランプ負荷のハイサイドに用いた場合、前記第２の異常検出時間Ｔに達しない前であってもその熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴが自己過熱遮断機能を働かせて前記ランプ負荷への供給電圧をオフすることを特徴とする請求項２に記載の過電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リレーとしての熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor−Field Effect Transistor）などから構成される半導体リレーシステムを用いることにより、特に車両灯火のテールランプやストップランプなどの負荷の付け替え時において、ショート誤判断の防止に有効な過電流制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車のエンジン制御系や安全制御系システム等の電子制御に使用されるリレーの場合、それまでのメカニカルリレーに代わって、高速スイッチング性や無接点化，そして自己保護機能による信頼性などに優れた熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴやＩＰＳ（インテリジェントパワースイッチ）による半導体リレーシステムが多用されている。
【０００３】
車載バッテリからの電源電圧は、車体配索された電源ラインを通じてランプ負荷などに供給される。経時使用中、車体振動などのために電源ラインの電線絶縁皮膜が摩耗などした場合、デッドショートして過大電流が連続的に流れ、また絶縁不良によりいわゆるチャタリングショートして過大電流が断続的に流れて、電源ラインに過電流が流れる。上記熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴにあっては、そうしたショート発生によって半導体スイッチに定格電流以上の過電流が流れ、また規定以上の温度に上昇して半導体スイッチが発熱すると、半導体スイッチの保護を図ってスイッチング機能を強制的にオフできるようになっている。
【０００４】
図２は、かかる半導体リレーシステムを用いた従来の灯火制御回路の一例を示す回路図である。車載バッテリからの電源電圧Ｖｂは、電源ライン１に接続された電流検出用抵抗であるシャント抵抗２および熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３を通してテールランプ４やストップランプ５などのランプ負荷に供給される。また、制御プログラムに基づいて動作するＣＰＵなどからなる多重通信マイコン（マイクロコンピュータ）６が備わり、このマイコン６には上記各種ランプ負荷を選択的にオン／オフ操作する複数のスイッチＳＷからの投入オン信号ｓ１が送られる。さらに、上記のシャント抵抗２、そして差動増幅器７からなる電流検出回路８が備わっている。この電流検出回路８では、シャント抵抗２を流れる電流値Ｉｓ、つまりランプ負荷に流れる負荷電流を両端の電位差による電圧降下でもって算出して求める。シャント抵抗２の両端は差動増幅器７の非反転入力端と反転入力端に接続され、差動増幅器７の出力端から負荷電流Ｉｓに対応した電圧値が検出電流値として出力されるようになっている。
【０００５】
そのようにして電流検出回路８から出力された検出電流値である負荷電流Ｉｓの信号はマイコン６のＡ／Ｄ変換ポート９に送られ、ここでデジタル変換して取り込むことでマイコン６はランプ負荷の負荷電流Ｉｓをモニタしている。
【０００６】
また、この灯火制御回路は、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３をオン／オフ動作させる駆動回路１０を有している。駆動回路１０は、チャージポンプ回路１１およびトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２等からなる半導体スイッチ回路１２などから構成されている。熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３をテールランプ４やストップランプ５などのランプ負荷のハイサイドで使用する場合、ゲートＧに印加する電圧を高くするために、電源電圧Ｖｂを昇圧する必要がある。チャージポンプ回路１１は、マイコン６からの正論理信号を受けたときだけ動作し、電源電圧Ｖｂを上昇させて熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３をオン動作させるに必要な駆動電圧を生成する。この駆動電圧を半導体スイッチ回路１２に供給する。半導体スイッチ回路１２の一方のトランジスタＴｒ１がオン動作し，他方のトランジスタＴｒ２がオフになったとき，電源電圧Ｖｂを昇圧したチャージポンプ回路１１からの駆動電圧を熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧに印加してオン動作させる。したがって、一方のトランジスタＴｒ１をオフ，他方のトランジスタＴｒ２をオンに動作させると，ゲートＧはオフ動作する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般には、ランプなどの負荷を点灯開始すると直後に突入（ラッシュ）電流が発生する。したがって、たとえばテールランプ４のうちのどれか１灯、あるいはストップランプ５のうちのどれか１灯といったように、いずれかの負荷ランプが断芯した場合、スイッチオン状態のまま新しい１灯を付け替えて交換することが多々ある。
【０００８】
ところが、上記従来の半導体リレーシステムを用いた車両灯火制御回路にあっては、マイコンがそうした付け替えによる新ランプの交換で発生する突入電流をショートと誤判断し、不適正な制御でもって不本意にも消灯指示してしまう不都合がある。それはショート検出への信頼性を低下させるものであり、そうした誤判断は以下の制御手順によって引き出される。
【０００９】
目標のランプ負荷を点灯させるべくスイッチＳＷを選択して投入すると、そのスイッチオン信号ｓ１がマイコン６に送られ、マイコン６はそれを受けてランプ点灯指令信号ｓ２を駆動回路１０に対して送出する。駆動回路１０では、チャージポンプ回路１１で電源電圧Ｖｂを昇圧して半導体スイッチ回路１２のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をオン／オフ動作させ、昇圧した駆動電圧信号ｓ３を熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧに印加する。
【００１０】
熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３の動作オンによって目標とするランプ負荷に点灯出力の電流が流れ、この負荷に流れる電流を電流検出回路８が検出する。すなわち、シャント抵抗２に流れる負荷電流Ｉｓを差動増幅器７で算出する。差動増幅器７は負荷電流Ｉｓに対応する電圧信号ｓ４を出力してマイコン６のＡ／Ｄ変換ポート９に送る。ここではデジタル変換して差動増幅器７からの電圧出力を取り込むことで、マイコン６は常時ランプ負荷に流れる負荷電流Ｉｓをモニタする。
【００１１】
マイコン６は、モニタした負荷電流Ｉｓが予め制御プログラムに格納されている基準電流を上回って大きい場合、それがランプ交換による点灯開始で当初一時的に発生する突入電流が原因であるにもかかわらず、その上回った負荷電流Ｉｓを一定時間検出すると、ショートと判断する。そうした誤判断に基づく指令信号を駆動回路１０に送り、駆動回路１０からのオフ出力で熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３をオフ動作させ、目標とするランプ負荷への電源電圧Ｖｂの供給を断ち切ってしまうのである。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴなどから構成される半導体リレーシステムを用いることにより、特に車両灯火のテールランプなどランプ負荷を交換する際に発生する突入電流によってショートと誤判断する不具合の防止に有効であり、ショート検出への信頼性を高めることができる過電流制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる請求項１に記載の過電流制御方法は、車両灯火であるランプ負荷の点灯開始時に発生する突入電流をショートと誤判断する可能性を抑える過電流制御方法であって，
所定時間ごとにサンプリングしている前記ランプ負荷に流れる負荷電流に基づいて、前記ランプ負荷の断芯状態を検出した場合に、該ランプ負荷に対して通電状態のままで該ランプ負荷を付け替えて、該ランプ負荷を付け替えた直後に該ランプ負荷に流れる負荷電流をサンプリングして検出し，
この負荷電流をサンプリング検出することでランプ負荷が付け替えられたものと判断してそれを次の制御への条件にして、検出された前記負荷電流の値が予めマイクロコンピュータに格納されている基準電流値より以下かまたは以上かを演算し，
負荷電流が基準電流よりも大きく
負荷電流値＞基準電流値
となったことを検出すると、その過電流による異常を検出した時点からカウントされる第１の異常検出時間ｔ１に対して、突入電流として予め見込まれるラッシュ発生時間ｔ２を加算することで第２の異常検出時間Ｔを算出し、検出カウントがその第２の異常検出時間Ｔを越えたときにショートによる異常と判定することを特徴とする。
【００１４】
以上から、断芯したランプ負荷を通電状態のままで新ランプに取り替えるときの制御であることを条件とし、その場合に検出カウントが第２の異常検出時間Ｔの範囲内であれば、突入電流が影響しているかも知れないので、その場合は即座にショートと判断しない。検出カウントが第２の異常検出時間Ｔを越えた場合、それは見込まれる突入電流によるラッシュ発生時間ｔ２を越えたことも意味するから、突入電流による異常ではあり得ないということで、ショートによる異常と判定する。それにより、新ランプ交換時に発生する突入電流をショートと誤判断することはなくなり、誤判断でランプ負荷への出力をオフするといった不都合を解消できる。
【００１５】
また、請求項２に記載の過電流制御方法は、前記ショートによる異常判定は、所定時間内の過電流検出回数によってデッドショートまたはチャタリングショートのいずれであるかを同時に判別できることを特徴とする。
【００１６】
以上から、ショートと判定した場合でも、それが過大電流が連続して流れるデッドショートなのか、あるいは過大電流が断続的に流れるチャタリングショートなのかを判別でき、その後の制御に適正に対応できる利点がある。
【００１７】
また、請求項３に記載の過電流制御方法は、半導体リレーとして熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴを前記ランプ負荷のハイサイドに用いた場合、前記第２の異常検出時間Ｔに達しない前であってもその熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴが自己過熱遮断機能を働かせて前記ランプ負荷への供給電圧をオフすることを特徴とする。
【００１８】
以上から、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴを半導体リレーとして用いることにより、第２の異常検出時間Ｔに達するまでにショートが発生した場合は自らの過熱遮断機能で即座に遮断できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる半導体リレーシステムを用いた過電流制御方法の実施の形態として、車両灯火制御回路におけるショート誤判断防止制御への適用例について図２を参照して詳細に説明する。
【００２０】
この車両灯火制御回路にあっては、車載バッテリからの電源電圧Ｖｂが電源ライン１から電流検出回路８のシャント抵抗２と半導体スイッチング素子の熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３を通してテールランプ４やストップランプ５などのランプ負荷に供給される。また、マイコン６を備え、電流検出回路８には上記シャント抵抗２とともに差動増幅器７が備わっており、さらに駆動回路１０はチャージポンプ回路１１や半導体スイッチ回路１２などからなっている。
【００２１】
熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３は、たとえばロジックレベル（４ボルト以上）駆動型で、ラッチ型の過熱遮断方式によって過熱遮断回路の動作後はゲートＧの電位ゼロ（０）によるバイアスで復帰するようになっている。また、電流検出用抵抗として用いられているシャント抵抗２はたとえば２０ｍΩの低抵抗値のものである。また、ここでいう過熱遮断は、定格電流以上の過電流が流れると発熱するが、その発熱温度がたとえば１６５℃に達すると、ランプ負荷に流れる電流をカットする機能を熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３が備えていることを意味している。
【００２２】
次に、図１の制御フローチャートを用いて、過電流制御方法の一実施の形態である車両灯火制御回路のショート誤判断防止に関する制御動作を説明する。
【００２３】
車載バッテリからの電源電圧Ｖｂが電源ライン１を通して供給された状態で、ステップＳ１のように、テールランプ４やストップランプ５などのうちいずれかのランプ負荷に対応するスイッチＳＷが投入オンされると、Ｈｉ（ハイ）レベルのスイッチオン信号ｓ１が出力され、それを受け取ったマイコン６からは駆動回路１０に向けて駆動指令信号ｓ２が出力される。このマイコン６からの駆動指令信号ｓ２に基づいて、チャージポンプ回路１１では電源電圧Ｖｂをたとえば「Ｖｂ＋９Ｖ」に昇圧して駆動電圧ｓ３を生成する。この駆動電圧ｓ３を半導体スイッチ回路１０のたとえばＮＰＮ型トランジスタＴｒ１のコレクタに供給してオン動作させ、同じくＮＰＮ型トランジスタＴｒ２をオフ動作させることにより、駆動電圧ｓ３を出力して熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧに印加する。
【００２４】
ステップＳ１において、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３の動作オンによって目標とするランプ負荷に点灯出力の電流が流れ、この負荷に流れる電流を電流検出回路８によって検出する。すなわち、シャント抵抗２に流れる負荷電流Ｉｓを差動増幅器７で算出する。差動増幅器７は負荷電流Ｉｓに対応する電圧信号ｓ４を出力してマイコン６のＡ／Ｄ変換ポート９に送る。ここではデジタル変換して差動増幅器７からの電圧出力を取り込むことで、マイコン６はランプ負荷に流れる負荷電流Ｉｓをモニタする。
【００２５】
ステップＳ２において、マイコン６は、予め制御プログラムにメモリされている電流の基準値と、モニタ検出した負荷電流Ｉｓの値とを比較する。負荷電流Ｉｓが基準値以下に下回ってＩｓ＜である場合（Ｎｏ）、ステップＳ３において検出カウントをクリアする。負荷電流Ｉｓが基準値以上に上回ってＩｓ＞である場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４においてたとえば５ｍｓ（秒）といった所定時間ごとにモニタ電流のサンプリングをたとえば２００回／秒程度で開始して、検出カウントアップする。
【００２６】
このようなランプ負荷の出力オン状態で、普通、ランプ交換は電流不通電状態に行われるが、たまたま通電中にテールランプ４やストップランプ５のいずれかのランプが交換されたとする。交換される新ランプの取り付け直前の状態は、その新ランプ１灯が外れた状態であるから、負荷電流Ｉｓは１灯分だけ小さくなっていると考えることができる。この状態を便宜的に「ランプ片切れによる断芯状態」というと、ランプ負荷への出力オン状態でそうしたランプ片切れ断芯状態かどうかを判断する必要がある。すなわち、負荷電流Ｉｓの値が基準電流の値を上回っていることを検出しても、それがランプ点灯開始直後の「突入電流」に起因するものか、それともショートによるものか見極めできない。
【００２７】
したがって、点灯出力オン状態でランプ片切れ断芯状態であるか否かを条件にし、制御のトリガーに盛り込む必要がある。ランプ片切れ断芯状態であるにもかかわらず、検出した負荷電流Ｉｓの値が基準電流値よりも大きくなったすると、それは新ランプを取り付けて点灯直後の突入電流による可能性があるからである。
【００２８】
以上を踏まえて、本例においては、ステップＳ５で「ランプ片切れ断芯状態か？」かどうかをマイコン６で判断する。ランプ片切れ断芯状態と判断した場合（Ｙｅｓ）、その判断した時点をトリガーにして第１の異常検出時間ｔ１をカウントし、その第１の異常検出時間ｔ１に突入電流として予め見込まれるラッシュ発生時間ｔ２を加算して第２の異常検出時間ｔ１＋ｔ２＝Ｔを算出する（ステップＳ６）。すなわち、第２の異常検出時間Ｔをたとえば１００ｍｓ（秒）に設定した場合、ランプ点灯開始から起算して１００ｍｓ時間の間は突入電流も見込まれるから、その間はショート検知を行わないという条件を盛り込む。
【００２９】
したがって、ステップＳ７においては、その第２の異常検出時間Ｔの範囲か否かを判断する。第２の異常検出時間Ｔの範囲内の場合は（Ｎｏ）、仮に負荷電流Ｉｓが基準電流を上回っていたとしても、それをショートと見なすことなく、ショート検出判断を行わないということであり、ステップＳ９の待ち時間処理の制御に進行する。検出カウントがその第２の異常検出時間Ｔを越えたとき（Ｙｅｓ）、それをショートによる異常と判定する（ステップＳ８）。そうした過電流制御によって、ランプ交換時に発生する突入電流の発生時間内では、モニタした負荷電流Ｉｓが基準電流より大きい場合でも、それを誤ってショートと判断しないで済む。
【００３０】
かかる制御にあって、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ３を用いたことで、負荷電流Ｉｓの検出を５ｍｓ（秒）ごとに１回モニタし、連続して基準電流を６回以上越えた場合はそれをデッドショートとみなし、即座に自らの自己過熱遮断機能を働かせて第２の異常検出時間Ｔ前であってもオフ制御する。また、１秒間に連続して負荷電流Ｉｓが基準電流を２０回以上越えた場合、それをチャタリングショートとみなして、カウンタが２０回に達した段階で即座に回路遮断することができ、そのようにして本制御のフェールセーフを図ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる請求項１に記載の過電流制御方法は、断芯したランプ負荷を通電状態のままで新規のものに取り替えるときの制御であることを条件とし、その場合に検出カウントが第２の異常検出時間Ｔの範囲内であれば、突入電流が影響しているかも知れないので、その場合は即座にショートと判断しない。検出カウントが第２の異常検出時間Ｔを越えた場合、それは見込まれる突入電流によるラッシュ発生時間ｔ２を越えたことも意味するから、突入電流による異常ではあり得ないということで、ショートによる異常と判定する。以上から、新ランプ交換時に発生する突入電流をショートと誤判断することはなくなり、誤判断でランプ負荷への出力をオフするといった不都合を解消できる。
【００３２】
また、請求項２に記載の過電流制御方法は、ショートと判定した場合でも、それが過大電流が連続して流れるデッドショートなのか、あるいは過大電流が断続的に流れるチャタリングショートなのかを判別でき、その後の制御に適正に対応できる利点がある。
【００３３】
また、請求項３に記載の過電流制御方法は、熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴを半導体リレーとして用いることにより、第２の異常検出時間Ｔに達するまでにショートが発生した場合は自らの過熱遮断機能で即座に遮断できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる過電流制御方法が適用される実施の形態として車両灯火制御回路の動作を示す制御フローチャートである。
【図２】本制御方法の一例として示された車両灯火制御回路図である。
【符号の説明】
１              電源ライン
２              シャント抵抗
３              熱遮断回路内蔵型ＭＯＳＦＥＴ
４              テールランプ
５              ストップランプ
６              マイコン
７              差動増幅器
８              電流検出回路
９              Ａ／Ｄ変換ポート
１０            駆動回路
１１            チャージポンプ回路
１２            半導体スイッチ回路
【図１】
0003713408.tif 000002
【図２】
0003713408.tif 000003