(57)【要約】【課題】外来サージ電圧に対して保護の優先順位に差を設けたときに優先順位が高い回路について外来サージ電圧に対して優先的に保護することができる車両用発電制御装置を提供すること。【解決手段】車両用発電制御装置１は、複数の外部端子と、複数の外部端子のそれぞれに対応して設けられ、外来サージ電圧が印加されたときにこの外部端子の電圧を低減する複数のサージ保護回路１７０、１７２、１７４、１７６、１７８と、外来サージ電圧に対する保護の優先順位が異なるとともに、優先順位が高い電源回路１００等がサージ保護回路１７０等から離間して配置される複数の回路とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外部端子と、
前記複数の外部端子のそれぞれに対応して設けられ、外来サージ電圧が印加されたときにこの外部端子の電圧を低減する複数のサージ保護手段（１７０、１７２、１７４、１７６、１７８）と、
外来サージ電圧に対する保護の優先順位が異なる複数の回路（１００、１０２、１１０、１２０、１２２、１３０、１３２、１３４、１３６、１４０、１４２、１４４）であって、その中で優先順位が高い回路（１００、１０２、１２０、１３２、１４０、１４２、１４４）が前記サージ保護手段から離間して配置される、複数の回路と、
を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記優先順位が高い回路と前記サージ保護手段は、隣接しない位置に配置されていることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記複数の外部端子、前記複数のサージ保護手段、前記複数の回路は、共通の半導体基板（３００）上に形成されていることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記優先順位が高い回路と前記サージ保護手段との間には、前記優先順位が高い回路以外の優先順位が低い回路（１１０、１２２、１３０、１３４、１３６）が配置されることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記優先順位が高い回路をこれ以外の優先順位が低い回路よりも前記サージ保護手段から離して配置することを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記優先順位が高い回路は、電源回路（１００）、クロック生成回路（１０２）、車両用発電機（２）の出力端子とグランド端子の両方に接続された回路（１２０、１４０）、他の回路の保護動作を行う保護回路（１４０、１４２、１４４）、異常発生時に外部に警報を出力する警報回路（１３２）の少なくとも一つであることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記サージ保護手段は、前記外部端子とグランド端子に接続されており、前記外部端子に外来サージ電圧が印加されたときに電流を流して前記外部端子の過大な電圧を低下させることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記サージ保護手段は、前記外部端子に隣接して配置されていることを特徴とする車両用発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機の発電制御を行う車両用発電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は、１つの半導体集積回路に多種類の機能を実現するための回路が搭載されるようになってきている。このような半導体集積回路は、集積度を上げるために各機能ごとに回路ブロックを形成し、その配置は、レイアウトのし易さやトランジスタのミラー性向上のため、各機能ブロックごとに行うことが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された車両用発電制御装置では、パワートランジスタを駆動する励磁電流制御回路や、警報信号発生回路、電源回路などが、１チップ集積回路内に機能ブロック毎に配置されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４８８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された車両用発電制御装置を１チップ集積回路によって実現した場合に、外部接続端子に想定以上の外来サージ電圧が印加されると、この外部接続端子に接続された回路（機能ブロック）が破壊されるおそれがあるため、何らかの対策が必要であった。また、機能維持の必要性の程度には各回路毎に差があり、外来サージ電圧に応じて優先順位を考慮した対策が望まれる。例えば、電源回路が外来サージ電圧によって破壊されると、車両用発電制御装置に含まれる各回路が動作不能になるため、電源回路は他の回路よりも優先的に外来サージ電圧から保護する必要がある。また、警報信号発生回路などの保護回路についても外部に異常を知らせる必要から、他の回路よりも優先的に外来サージ電圧から保護する必要がある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、外来サージ電圧に対して保護の優先順位に差を設けたときに優先順位が高い回路について外来サージ電圧に対して優先的に保護することができる車両用発電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、複数の外部端子と、複数の外部端子のそれぞれに対応して設けられ、外来サージ電圧が印加されたときにこの外部端子の電圧を低減する複数のサージ保護手段と、外来サージ電圧に対する保護の優先順位が異なる複数の回路であって、その中で優先順位が高い回路がサージ保護手段から離間して配置される、複数の回路とを備えている。これにより、過大な外来サージ電圧が外部端子に印加されてサージ保護手段が発熱したときに、外来サージ電圧に対する保護の優先順位が高い回路をこの発熱から保護することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図である。
【図２】車両用発電制御装置に含まれる各回路のレイアウトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、一実施形態の車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の出力端子の電圧が所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）になるように制御するためのものである。この車両用発電制御装置１は、外部端子として、Ｂ端子、Ｆ端子、Ｐ端子、Ｅ端子、ＩＧ端子、Ｌ端子、Ｃ端子、ＦＲ端子を有している。Ｂ端子は、車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）に接続されている。Ｅ端子は、車両用発電機２のフレーム（図示せず）を通して車両のグランド端子（Ｅ端子）に接続されている。ＩＧ端子は、チャージランプ５の一方端およびイグニッションスイッチ６に接続されている。Ｌ端子は、チャージランプ５の他方端に接続されている。Ｃ端子は、通信端子であってＥＣＵ（電子制御装置）７に接続されている。ＦＲ端子は、発電状態を通知する端子であってＥＣＵ７に接続されている。その他のＦ端子とＰ端子については後述する。
【００１０】
ＥＣＵ７は、エンジン回転を含む車両全体を制御するとともに、車両用発電制御装置１との間で各種信号を送受信して発電状態の取得や指示を行う。例えば、ＥＣＵ７は、車両用発電制御装置１のＬ端子を介して送られてくる発電状態を示す信号を受信するとともに、車両用発電制御装置１のＣ端子に向けて発電制御に必要な信号を送信する。
【００１１】
車両用発電機２は、固定子に含まれる三相の固定子巻線２００と、この固定子巻線２００の三相出力を全波整流するために設けられた整流装置２０２と、回転子に含まれる界磁巻線２０４とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧の制御は、界磁巻線２０４に対する通電を車両用発電制御装置１によって適宜断続制御することにより行われる。車両用発電機２のＢ端子はバッテリ３や電気負荷４などに接続されており、Ｂ端子からバッテリ３に対する充電電流や各種の電気負荷４に対する動作電流が供給される。
【００１２】
次に、車両用発電制御装置１の詳細構成および動作について説明する。図１に示すように、車両用発電制御装置１は、電源回路１００、クロック生成回路１０２、回転検出回路１１０、出力電圧検出回路１２０、Ｆ駆動回路１２２、警報入力回路１３０、警報出力回路１３２、通信制御回路１３４、ＦＲ駆動回路１３６、過電流保護回路１４０、１４２、１４４、Ｆ駆動トランジスタ１５０、環流ダイオード１５２、トランジスタ１６０、１６２、サージ保護回路（サージ保護手段）１７０、１７２、１７４、１７６、１７８を備えている。車両用発電制御装置１のこれらの構成は共通の半導体基板３００上（図２）に形成されており、１チップ部品としての車両発電制御装置１が用いられている。
【００１３】
電源回路１００は、イグニッションスイッチ６がオンされると、車両用発電制御装置１に含まれる各回路に供給する所定の動作電圧を生成する。クロック生成回路１０２は、クロック信号を生成する。このクロック信号は、クロック信号に同期して動作する各回路に供給される。回転検出回路１１０は、Ｐ端子を介して固定子巻線２００のいずれかの相と接続されており、相電圧を監視することにより、車両用発電機２の回転数検出を行う。
【００１４】
出力電圧検出回路１２０は、車両用発電機２の出力電圧（Ｂ端子電圧）を検出する。
Ｆ駆動回路１２２は、出力電圧検出回路１２０によって検出された出力電圧が調整電圧設定値に一致するようにＦ駆動トランジスタ１５０のオンオフ状態を制御する。Ｆ駆動トランジスタ１５０は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴが用いられ、Ｆ端子を介して界磁巻線２０４に直列に接続されており、オン状態のときに界磁巻線２０４に励磁電流が流れる。環流ダイオード１５２は、Ｆ端子を介して界磁巻線２０４に並列に接続されており、Ｆ駆動トランジスタ１５０がオフ状態のときに励磁電流を環流させる。
【００１５】
警報入力回路１３０は、警報出力の対象となる異常状態を検出する。例えば、回転検出回路１１０による検出結果と出力電圧検出回路１２０による検出結果とが入力されており、回転停止状態や回転中の発電不良状態を検出する。警報出力回路１３２は、警報入力回路１３０によって検出された異常状態に基づいてトランジスタ１６０を駆動することにより、検出した異常状態を運転者に通知する。具体的には、トランジスタ１６０はドレインがＬ端子を介してチャージランプ５に接続されており、警報出力回路１３２によって回転停止状態や発電不良状態が検出されたときにゲートにハイレベルの信号を入力する。これにより、トランジスタ１６０がオンされてチャージランプ５が点灯し、運転者に対して正常に発電動作を行っていないことを知らせることができる。
【００１６】
通信制御回路１３４は、Ｃ端子を介してＥＣＵ７との間で各種の制御情報を送受信する制御を行う。例えば、ＥＣＵ７から発電制御に必要な信号として車両用発電機２の調整電圧設定値が送信されると、通信制御回路１３４はこの調整電圧設定値を受信し、Ｆ駆動回路１２２に入力する。Ｆ駆動回路１２２では、このようにしてＥＣＵ７から送られてきた調整電圧設定値に基づいてＦ駆動トランジスタ１５０のオンオフ状態を制御する。
【００１７】
ＦＲ駆動回路１３６は、トランジスタ１６２を駆動して発電状態をＥＣＵ７に向けて送信する。具体的には、トランジスタ１６２はドレインがＦＲ端子に接続されており、Ｆ駆動回路１２２の出力にあわせてトランジスタ１６２をオンオフ制御することにより、Ｆ駆動トランジスタ１５０と同じタイミングでトランジスタ１６２が駆動される。これにより、ＦＲ端子からはＦ駆動トランジスタ１５０のオンオフタイミングに同期したオンデューティを有する発電状態信号がＥＣＵ７に向けて送信される。
【００１８】
過電流保護回路１４０は、Ｂ端子の過電流状態を検出し、過電流状態発生時にＦ駆動回路１２２によるＦ駆動トランジスタ１５０のオンオフ制御を停止させる。同様に、過電流保護回路１４２は、Ｌ端子の過電流状態を検出し、過電流状態発生時に警報出力回路１３２によるトランジスタ１６０のオンオフ制御を停止させる。過電流保護回路１４４は、ＦＲ端子の過電流状態を検出し、過電流状態発生時にＦＲ駆動回路１３６によるトランジスタ１６２のオンオフ制御を停止させる。
【００１９】
サージ保護回路１７０は、ＩＧ端子とＥ端子との間に接続されており、ＩＧ端子に外来サージ電圧が印加されたときにこのＩＧ端子の電圧を低減する。同様に、サージ保護回路１７２は、Ｐ端子とＥ端子との間に接続されており、Ｐ端子に外来サージ電圧が印加されたときにこのＰ端子の電圧を低減する。サージ保護回路１７４は、Ｌ端子とＥ端子との間に接続されており、Ｌ端子に外来サージ電圧が印加されたときにこのＬ端子の電圧を低減する。サージ保護回路１７６は、Ｃ端子とＥ端子との間に接続されており、Ｃ端子に外来サージ電圧が印加されたときにこのＣ端子の電圧を低減する。サージ保護回路１７８は、ＦＲ端子とＥ端子との間に接続されており、ＦＲ端子に外来サージ電圧が印加されたときにこのＦＲ端子の電圧を低減する。これらのサージ保護回路１７０等は、ＩＧ端子等の外部端子に外来サージ電圧が印加されたときに電流を流すことにより外部端子の過大な電圧を低下させる。例えば、各サージ保護回路１７０等は、カソードが外部端子側、アノードがＥ端子側となる向きに配置されたツェナーダイオードおよびアノードが外部端子側、カソードがＥ端子側となる向きに配置されたツェナーダイオードの両方向の向きのツェナーダイオードを組み合わせて構成されている。
【００２０】
本実施形態の車両用発電制御装置１はこのような構成を有している。外部端子に外来サージ電圧が印加されると、この外部端子に対応するサージ保護回路１７０等に電流が流れて過大な発熱が生じる場合がある。本実施形態の車両用発電制御装置１では、このような過大な発熱が生じた場合に、保護の優先順位が高い回路については過大な発熱の影響がないあるいは少ないように、サージ保護回路１７０等から離間して配置されている。
【００２１】
次に、保護の優先順位が高い回路の具体例について説明する。例えば、本実施形態では、以下の（１）〜（４）で示される４種類の回路について、保護の優先順位が高く設定されている。なお、（１）〜（４）の４種類の回路すべてについて保護の優先順位を高く設定することが望ましいが、その中でもさらに優先順位が高い少なくとも１種類の回路をサージ保護回路１７０等から離間して配置するようにしてもよい。
【００２２】
（１）電源回路１００、クロック生成回路１０２
電源回路１００やクロック生成回路１０２が故障すると、他の回路に異常がなくても他の回路が正常に動作しなくなるが、電源回路１００やクロック生成回路１０２を優先的に保護することにより、正常な他の回路の動作状態を維持することが可能となる。
【００２３】
（２）Ｂ端子とＥ端子の両方に接続された回路
この回路が故障すると、これらのＢ端子とＥ端子の間の短絡が生じて発熱を助長することになるが、このような回路を優先的に保護することにより、これらの端子間の短絡に伴う過大な発熱を回避することが可能となる。なお、Ｂ端子とＥ端子の両方に接続された回路とは、例えば出力電圧検出回路１２０や過電流保護回路１４０などである。また、図１では、出力電圧検出回路１２０や過電流保護回路１４０は接地された状態が図示されているが、接地層はＥ端子に接続されている。
【００２４】
（３）サージ保護回路１７０等以外の保護回路（過電流保護回路１４０、１４２、１４４）
他の回路の保護動作を行う過電流保護回路１４０等が故障すると、保護対象となる他の回路を保護することが困難になって故障の拡大につながるが、過電流保護回路１４０等を優先的に保護することにより、故障の拡大を未然に防止することが可能となる。
【００２５】
（４）警報回路（警報出力回路１３２）
異常発生時に外部（ＥＣＵ７）に警報を出力する警報出力回路１３２が故障すると、車両用発制御装置１（あるいは車両用発電機２）の故障を外部に通知して故障に伴うリスクを回避できるなくなるが、警報出力回路１３２を優先的に保護することにより、故障の発生を外部に通知してこの故障に伴うリスクを確実に回避することが可能となる。
【００２６】
また、「離間して配置」とは、「隣接しない位置に配置する」、「サージ保護回路１７０等と保護の優先順位が高い回路との間に保護の優先順位が低い回路を配置する」、「保護の優先順位が低い回路よりも離して配置する」などの意味である。
【００２７】
図２に示す例では、Ｃ端子に隣接してサージ保護回路１７６が設けられており、電源回路１００、クロック生成回路１０２、出力電圧検出回路１２０、警報出力回路１３２、過電流保護回路１４０等がこのサージ保護回路１７６に隣接しない位置に、離間して配置されている。また、図２において、電源回路１００、クロック生成回路１０２とサージ保護回路１７６との間の領域２００や、出力電圧検出回路１２０、警報出力回路１３２、過電流保護回路１４０との間の領域２０２には、外来サージ電圧に対して保護の優先順位が高いこれらの回路以外の回路、例えば回転検出回路１１０、通信制御回路１３４、ＦＲ駆動回路１３６などの保護の優先順位が低い回路が形成されている。すなわち、図２では、保護の優先順位が高い回路が、保護の優先順位が低い回路よりもサージ保護回路１７６から離して配置されている。
【００２８】
なお、図２に示す例では、Ｃ端子に接続されたサージ保護回路１７６に着目しているが、他のサージ保護回路１７０、１７２、１７４、１７８についても同様であり、これらのサージ保護回路１７０等に対して電源回路１００等が離間して配置されている。
【００２９】
このように、本実施形態の車両用発電制御装置２では、外来サージ電圧に対する保護の優先順位が高い回路をサージ保護回路１７０等と隣接しない離間した位置に配置しているため、過大な外来サージ電圧が外部端子に印加されてサージ保護回路１７０等が発熱したときに、保護の優先順位が高い回路をこの発熱から保護することが可能になる。これにより、車両用発電制御装置１の各構成を１チップ化した場合であっても、保護の優先順位が高い回路を確実に保護することができる。
【００３０】
特に、保護の優先順位が高い回路とサージ保護回路１７０等との間にこれ以外の回路を配置したり、保護の優先順位が高い回路をこれ以外の優先順位が低い回路よりもサージ保護回路１７０等から離して配置しており、複数の回路について外来サージ電圧に対する保護に関して優先順位に差を設けて確実に優先順位が高い回路を優先的に保護することが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態の車両用発電制御装置１では、保護の優先順位が高い回路として、電源回路１００、クロック生成回路１０２、車両用発電機の出力端子とグランド端子の両方に接続された回路（出力電圧検出回路１２０等）、他の回路の保護動作を行う過電流保護回路１４０、１４２、１４４、異常発生時に外部に警報を出力する警報出力回路１３２が含まれている。
【００３２】
電源回路１００やクロック生成回路１０２が故障すると、他の回路に異常がなくても他の回路が正常に動作しなくなるが、電源回路１００やクロック生成回路１０２を優先的に保護することにより、正常な他の回路の動作状態を維持することが可能となる。また、出力端子とグランド端子の両方に接続された回路が故障すると、これらの端子間の短絡が生じて発熱を助長することになるが、このような回路を優先的に保護することにより、これらの端子間の短絡に伴う過大な発熱を回避することが可能となる。また、他の回路の保護動作を行う過電流保護回路１４０、１４２、１４４が故障すると、保護対象となる他の回路を保護することが困難になって故障の拡大につながるが、過電流保護回路１４０、１４２、１４４を優先的に保護することにより、故障の拡大を未然に防止することが可能となる。さらに、異常発生時にＥＣＵ７に警報を出力する警報出力回路１３２が故障すると、車両用発制御装置１（あるいは車両用発電機２）の故障をＥＣＵ７に通知して故障に伴うリスクを回避できるなくなるが、警報出力回路１３２を優先的に保護することにより、故障の発生をＥＣＵ７に通知してこの故障に伴うリスクを確実に回避することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態では、外部端子毎にサージ保護回路１７０等が設けられているため、過大な外来サージ電圧による外部端子の電圧上昇を速やかに低減して、外部端子に接続された回路に過大な電圧が印加されることを防止あるいは低減することができる。さらに、サージ保護回路１７０等を外部端子に隣接して配置しているため、外部端子に印加された過大な外来サージ電圧による影響を最小限に抑えることが可能になる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、１チップ化された車両用発電制御装置１について説明したが、複数のチップ上に分けて構成部品を形成するようにしてもよい。
【００３５】
また、上述した実施形態では、車両用発電制御装置１に外部端子としてＢ端子、Ｆ端子、Ｐ端子、Ｅ端子、ＩＧ端子、Ｌ端子、Ｃ端子、ＦＲ端子が備わっている場合について説明したが、必ずしもこれら全ての外部端子が備わっている必要はなく、一部がない場合や、別の外部端子が追加される場合であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
上述したように、本発明によれば、過大な外来サージ電圧が外部端子に印加されてサージ保護手段が発熱したときに、外来サージ電圧に対する保護の優先順位が高い回路をこの発熱から保護することが可能になる。
【符号の説明】
【００３７】
１  車両用発電制御装置
２  車両用発電機
１００  電源回路
１０２  クロック生成回路
１２０  出力電圧検出回路
１３２  警報出力回路
１４０、１４２、１４４  過電流保護回路
１７０、１７２、１７４、１７６、１７８  サージ保護回路
３００  半導体基板
【図１】
2014050231.tif 000003
【図２】
2014050231.tif 000004