(57)【要約】【課題】通常動作に支障をきたさない出力電圧を保持しながら、任意のタイミングで昇圧手段の動作を診断することができる車両用電子制御装置を提供する。【解決手段】半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、リアクトルＬ、抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンパレータ１１および制御回路１２を備えた昇・降圧回路において、制御回路１２に設けられた、入力電源電圧と出力電圧が導入されるコンパレータ１３の入力電圧導入部（反転入力端）に昇圧動作起動回路２０を介挿する。入力電圧ＶＢが出力電圧よりも低くなっていないときであっても、昇圧動作起動回路２０のトランジスタ２１をオンさせてコンパレータ１３の反転入力端に導入される入力電圧を低下させ、強制的に昇圧動作モードに切替える。このときの半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン、オフ、スイッチング状態を監視し、昇圧動作が正常か否かを診断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源電圧を昇圧して出力する昇圧手段を有した車両用電子制御装置において、
前記昇圧手段を強制駆動させる昇圧動作起動回路と、
前記昇圧動作起動回路によって昇圧手段を強制駆動させたときの昇圧手段の動作を診断する診断部とを備えたことを特徴とする車両用電子制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電子制御装置において、
前記昇圧手段は、入力電源電圧と出力電圧を導入して比較する比較部を有し、該比較部に導入された入力電圧が昇圧手段の出力電圧よりも低いときに昇圧動作を行い、前記入力電圧が出力電圧よりも高いときに降圧動作を行う昇・降圧回路を備え、
前記昇圧動作起動回路は、前記比較部の入力電圧導入部に介挿され、比較部に導入される入力電圧を昇圧動作起動信号によって昇圧手段の出力電圧よりも低下させる回路を備えていることを特徴とする車両用電子制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両用電子制御装置において、
前記診断部は、前記昇圧手段を構成する半導体スイッチング素子のオン、オフ、スイッチングの各状態を監視して診断を行うことを特徴とする車両用電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧機能を備えた車両用電子制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用制御機器の電源回路は、電源の安定性上の要求から、幅広い電圧状態での動作、又は動作制限処理等ができるよう構成されている。例えば自動車用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）で使用される電源ＩＣについては、それに供給される電圧がバッテリであるため広い動作電圧範囲が要求されている。通常電圧１２Ｖのバッテリの場合でも例えば環境や負荷条件等により５Ｖ以下まで低下することを考慮することが要求されている。
【０００３】
図４にＥＣＵの内部構成の一部の一例を示す。図４において、ドライバＩＣ１０１にはバッテリ電圧ＶＢ（通常１２Ｖ）が供給され、マイコン１０２、プリドライバＩＣ１０３に必要な５Ｖ電源電圧は電源ＩＣ１００が供給する。
【０００４】
この５Ｖは、電源ＩＣ１００がバッテリ電圧（ＶＢ）から降圧して生成するため、バッテリ能力低下時やエンジン始動時等にバッテリ電圧ＶＢが低下し、電源ＩＣ１００の回路構成上、出力５Ｖが所望の値まで達しない場合がある。
【０００５】
通常のエンジン始動時にはこの電圧低下が一瞬おきても、５Ｖ電源が所望の電圧値に達した後にシステムの初期化を行い通常動作モードとなる。
【０００６】
また、アイドルストップ機構を有する車両の場合、エンジン再始動で一時的に大電力を使用する状態を経過しても、各種システムは連続性を持って（リセット等起こさずに）動作し続けることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、例えばアイドリングストップからの再始動時にはこの５Ｖ電源が低下するとシステムの初期化情報等の消失や、誤動作等の可能性が高くなるので、何らかの方法でこの５Ｖ電源は所望の値を維持しないとならない。
【０００８】
そこで、電源ＩＣ１００に昇圧回路１１０等を内蔵し、バッテリ電圧ＶＢ低下時にも所望の５Ｖ電源電圧を確実に維持するための対策が講じられている。
【０００９】
昇圧回路１１０は常時動作していることはなく、入力電圧と出力電圧の関係を示す図５に示すように、バッテリ電圧ＶＢ（入力電圧）が低下し、出力電圧が所望の電圧（５Ｖ）に達しない場合のみ動作する。
【００１０】
また、昇圧動作正常時の電圧と時間の関係を示す図６のように、通常の、入力電圧が出力電圧より高い期間（例えば時刻ｔ１〜ｔ２の期間）は降圧モードで動作し、バッテリ消耗時や大電流が流れた時等（例えば時刻ｔ２〜ｔ３の期間）は昇圧モードで動作する。
【００１１】
上記は一例としてマイコン１０２の５Ｖ電源（電源ＩＣ１００）について記載したが、これに限定されるものではなく、バッテリ電圧ＶＢ低下時にも例えばセンサ用の電源電圧５Ｖを維持する必要がある場合等も同様である。
【００１２】
電源回路系の異常はシステム全体の異常につながるため、その検出をできるだけ故障が発生した早い時点で行うことが重要である。例えば昇圧回路１１０の昇圧動作が異常となると、電圧と時間の関係を示す図７のように、昇圧すべき期間（時刻ｔ２〜ｔ３）で昇圧動作が行われないため、出力電圧が低下し、システム異常を引き起こす。
【００１３】
尚、昇圧回路の診断を行う従来の装置は、例えば特許文献１に記載のものが提案されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−５６７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記昇圧回路の診断は、制御装置が正常に動作しているときにしかできず、本回路は通常は実際の低電圧状態となるまで動作しないため、機能が正常であるか否かを確認するのは困難であった。
【００１６】
特許文献１に記載の装置では、昇圧回路の動作を診断する際、実際に使用する電源電圧をダイオードＤ２によって降下させて行っている。このため、バッテリ電圧（電源電圧）が正常である場合は、前記電源電圧降下による影響は少ないが、バッテリ電圧が劣化あるいは消耗により低下している場合は、通常動作に支障をきたす可能性があり、診断を実施する条件に制約がある。
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、通常動作に支障をきたすことのない出力電圧を保持しながら、任意のタイミングで昇圧手段の昇圧動作が正常であるか否かを診断することができる車両用電子制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「入力電源電圧を昇圧して出力する昇圧手段を有した車両用電子制御装置において、前記昇圧手段を強制駆動させる昇圧動作起動回路と、前記昇圧動作起動回路によって昇圧手段を強制駆動させたときの昇圧手段の動作を診断する診断部とを備えた」ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、通常動作に支障をきたすことのない出力電圧を保持しながら、任意のタイミングで昇圧手段の昇圧動作が正常であるか否かを診断することができる。上記した以外の構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態例による昇・降圧回路を表し、（ａ）は全体の回路図、（ｂ）は（ａ）の中の制御回路内に設けられた昇圧動作起動回路の回路図。
【図２】図１の昇・降圧回路における各半導体スイッチのスイッチングパターンを示すタイムチャート。
【図３】本発明の実施形態例における昇圧動作の診断タイミングを説明する電圧特性図。
【図４】車両用電子制御装置の一例を示す構成図。
【図５】昇圧回路を備えた電源装置における昇圧期間、降圧期間を示す入力対出力特性図。
【図６】昇圧回路を備えた電源装置における昇圧動作正常時の電圧特性図。
【図７】昇圧回路を備えた電源装置における昇圧動作異常時の電圧特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。
【００２２】
図１は、例えば図４の電源ＩＣ１００内に設けられ、車両搭載のバッテリ（図示省略）の電圧（ＶＢ）を入力とし、その入力電圧を降圧、昇圧してマイコン１０２やプリドライバＩＣ１０３用の電源電圧５Ｖを出力する、本実施形態による昇・降圧回路（本発明の昇圧手段）を示している。
【００２３】
まず図１（ａ）は、入力電圧と出力電圧の偏差に応じて昇圧と降圧を行うスイッチングレギュレータを構成しており、車両搭載のバッテリの正極側が接続される入力端子ＩＮと、マイコンなどの負荷が接続される出力端子ＯＵＴの間には、半導体スイッチＳＷ１、リアクトルＬおよび半導体スイッチＳＷ４が直列に接続されている。リアクトルＬは通常、電源ＩＣ１００の外部に設けられるが、電源ＩＣ１００の内部に設けられていてもよい。
【００２４】
半導体スイッチＳＷ１およびリアクトルＬの共通接続点は半導体スイッチＳＷ２を介して接地線Ｎに接続されている。リアクトルＬおよび半導体スイッチＳＷ４の共通接続点は半導体スイッチＳＷ３を介して接地線Ｎに接続されている。前記半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成されているが、他の半導体スイッチング素子であってもよい。
【００２５】
出力端子ＯＵＴと接地線Ｎの間には分圧用の抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されている。抵抗Ｒ１とＲ２の共通接続点はコンパレータ１１の非反転入力端に接続されている。コンパレータ１１の反転入力端には安定化された基準電圧源Ｂの電圧（例えば１．２５Ｖ）が入力され、前記出力端子ＯＵＴの電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧との偏差が制御回路１２に出力される。
【００２６】
制御回路１２には、図１（ｂ）に示すコンパレータ１３と昇圧動作起動回路２０が設けられている。コンパレータ１３の反転入力端には、入力端子ＩＮおよび半導体スイッチＳＷ１の共通接続点から分岐した入力線１２ａおよび抵抗Ｒ１１を介して車両搭載のバッテリの入力電圧が導入され、非反転入力端には、半導体スイッチＳＷ４および出力端子ＯＵＴの共通接続点から分岐した出力線１２ｂを介して出力電圧が導入される。
【００２７】
制御回路１２は、コンパレータ１３の偏差出力に応じて昇圧と降圧の動作モードが切り替えられ、半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の各制御端（ゲート）にオン制御信号、オフ制御信号、スイッチング制御信号を供給する。
【００２８】
例えば入力電圧（コンパレータ１３の反転入力端電圧）＞出力電圧（コンパレータ１３の非反転入力端電圧）のときは、降圧動作を行い、入力電圧＜出力電圧のときは昇圧動作を行う。制御回路１２は、前記コンパレータ１１の偏差出力によりフィードバック系の制御を、コンパレータ１３の偏差出力によりフィードフォワード系の制御を各々行うものである。
【００２９】
これによって出力端子ＯＵＴに接続された負荷（マイコン等）に対する、一定の、必要な電源電圧出力を保持している。
【００３０】
尚、図１（ａ）の回路では、入力電圧（バッテリ電圧ＶＢ）は例えば１２Ｖであり、出力電圧（負荷が必要とする定格電圧）は５Ｖであるものとする。
【００３１】
制御回路１２によって制御される半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の動作状態の例を図２に示す。尚図２ではスイッチングデューティを５０％とした場合を示している。
【００３２】
まず昇圧動作時は、半導体スイッチＳＷ２をオフ、ＳＷ１をオンとし、半導体スイッチＳＷ３、ＳＷ４を排他的にスイッチングする。この場合、半導体スイッチＳＷ３がオン、ＳＷ４がオフしている期間中に、入力端子ＩＮ→半導体スイッチＳＷ１→リアクトルＬ→半導体スイッチＳＷ３→接地線Ｎの経路で電流が流れてリアクトルＬにエネルギーが蓄積され、半導体スイッチＳＷ３がオフ、ＳＷ４がオンしている期間中に、リアクトルＬ→半導体スイッチＳＷ４→抵抗Ｒ１→抵抗Ｒ２→接地線Ｎの経路でリアクトルＬのエネルギーが放電される。これによって入力電圧ＶＢが昇圧される。
【００３３】
また降圧動作時は、半導体スイッチＳＷ３をオフ、ＳＷ４をオンとし、半導体スイッチＳＷ１、ＳＷ２を排他的にスイッチングする。この場合、半導体スイッチＳＷ１がオン、ＳＷ２がオフしている期間中に、入力端子ＩＮ→半導体スイッチＳＷ１→リアクトルＬ→半導体スイッチＳＷ４→抵抗Ｒ１→抵抗Ｒ２→接地線Ｎの経路で電流が流れてリアクトルＬにエネルギーが蓄積され、半導体スイッチＳＷ１がオフ、ＳＷ２がオンしている期間中に、リアクトルＬ→半導体スイッチＳＷ２→接地線Ｎ→抵抗Ｒ２→抵抗Ｒ１→半導体スイッチＳＷ４の経路でリアクトルＬのエネルギーが放電される。これによって入力電圧ＶＢが降圧される。
【００３４】
本実施形態例では、昇・降圧回路の昇圧動作を診断するために、図１（ｂ）に示すように、コンパレータ１３の入力電圧導入部、すなわち反転入力端と端子１２ａの間に、診断制御信号（昇圧動作起動信号）によって制御回路１２の動作モードを昇圧モードに切替える（昇圧回路を強制駆動させる）昇圧動作起動回路２０を設け、さらに、前記昇圧動作時の各半導体スイッチのオン、オフ、スイッチング状態を監視して診断を行うように構成した。
【００３５】
図１（ｂ）において、昇圧動作起動回路２０は、前述した抵抗Ｒ１１と、一端がコンパレータ１３の反転入力端に接続された抵抗Ｒ１２と、コレクタが抵抗Ｒ１２の他端に接続され、エミッタが接地線Ｎに接続され、ベースに診断制御信号が入力されるトランジスタ２１とを備えている。
【００３６】
昇圧動作の診断を行わない通常時、トランジスタ２１はオフとされ、コンパレータ１３の反転入力端には入力電圧（バッテリ電圧ＶＢ）を抵抗Ｒ１１の端子電圧分だけ降下した電圧が入力される。
【００３７】
このため、コンパレータ１３の偏差出力に応じて制御回路１２は半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の制御を行う。すなわち、入力電圧＞出力電圧のときは降圧動作を行い、入力電圧＜出力電圧のときは昇圧動作を行う。
【００３８】
昇圧動作の診断を行う場合は、トランジスタ２１のベースにオン制御信号（診断制御信号）を入力し、トランジスタ２１をオンさせる。するとコンパレータ１３の反転入力端に導入される電圧は、入力電圧（バッテリの電圧）を抵抗Ｒ１１およびＲ１２で分圧した、低い電圧となる。尚抵抗Ｒ１１，Ｒ１２は、これらによる分圧電圧が出力電圧５Ｖよりも低くなるように抵抗値を設定しておくものである。
【００３９】
これによって、制御回路１２は実際の入力電圧、すなわち端子１２ａの電圧が端子１２ｂの出力電圧を下回っていない状態であっても昇圧動作を行う。そしてこの昇圧動作時の各半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、制御回路１２の挙動を診断部（図示省略）によって監視し、昇圧動作が正常に行われているか否かを診断する。
【００４０】
診断部は、例えば、昇圧モード時にスイッチング制御される半導体スイッチＳＷ３，ＳＷ４の一定時間内のオン回数をカウンタによりモニタしたり、昇圧モード時にオン制御される半導体スイッチＳＷ１のゲート信号のハイ固定を監視したり、昇圧モード時にオフ制御される半導体スイッチＳＷ２のゲート信号のロー固定を監視する等により診断を行う。
【００４１】
前記診断部の診断により異常が検知された後は、例えばフラグ信号をＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）通信によりマイコンに送信して任意の処理を実施することが可能である。例えば異常時はマイコンがアイドルストップ動作を許可しない等の処理を行うことができる。
【００４２】
前記昇圧動作の診断実施時期としては、異常現象が起こる前のできるだけ早いタイミングが望ましく、例えば図３に示すように、出力電圧安定直後の時刻ｔ１０〜ｔ１１のタイミングで診断を実施する。
【００４３】
上記のように、本実施形態例によれば、実際の入力電源電圧が低下していない時期であっても昇圧動作が正常か否かを事前に診断することができる。また、昇圧動作の診断中は出力電圧を降下させないので、出力電圧５Ｖが保持され、負荷の正常運転は維持される。
【００４４】
また、昇・降圧回路の各半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン、オフ、スイッチングの各状態を監視するだけで容易に昇圧動作の診断を行うことができる。
【００４５】
尚、昇圧動作起動回路２０のトランジスタ２１は、これに限らず他の半導体スイッチング素子を用いてもよい。
【００４６】
また昇圧動作起動回路２０は図１（ｂ）の回路に限らず、昇圧動作を強制駆動させることができる他の回路で構成してもよい。
【００４７】
また、本発明の昇圧手段は、図１（ａ）の昇・降圧回路に限らず、昇圧機能を有した他の回路で構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１１、１３…コンパレータ
１２…制御回路
１２ａ…入力線
１２ｂ…出力線
２０…昇圧動作起動回路
２１…トランジスタ
１００…電源ＩＣ
１０２…マイコン
１０３…プリドライバＩＣ
Ｂ…基準電圧源
ＳＷ１〜ＳＷ４…半導体スイッチ
Ｌ…リアクトル
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２…抵抗
【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】
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