(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触燃焼式ガスセンサに駆動する電流を制御する接触燃焼式ガスセンサの制御回路であって、
外部からのウォーミングアップ制御信号に基づいて、ウォーミングアップ時及び非ウォーミングアップ時の基準電圧を切り換えて出力する基準電圧出力手段と、
前記接触燃焼式ガスセンサに流れる電流を検出し、前記電流に対応する電圧を有する検出信号を出力する印加電圧検出手段と、
前記検出信号の電圧及び前記基準電圧を比較する比較手段と、
前記比較の結果に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサに流れる電流を制御する電流制御手段と、
を備えたことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの制御回路。
【請求項２】
請求項１記載の接触燃焼式ガスセンサの制御回路において、
前記基準電圧出力手段は、所定の定電流を生成するための定電流回路と、
第１基準抵抗と、
ウォーミングアップ時に前記第１基準抵抗と協働して前記基準電圧を生成し、非ウォーミングアップ時に前記基準電圧を生成するための前記定電流回路に接続された第２基準抵抗と、
前記ウォーミングアップ制御信号に基づいて前記第１基準抵抗を前記第２基準抵抗に直列に接続する抵抗接続手段と、
を備えたことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの制御回路。
【請求項３】
請求項１記載の接触燃焼式ガスセンサの制御回路において、
前記基準電圧出力手段は、非ウォーミングアップ時に前記基準電圧を生成するための第１基準抵抗と、
ウォーミングアップ時に前記基準電圧を生成するための第２基準抵抗と、
所定の定電流を生成するための定電流回路と、
前記ウォーミングアップ制御信号に基づいて、前記第１基準抵抗あるいは前記第２基準抵抗を排他的に前記定電流回路に接続する抵抗接続手段と、
を備えたことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は接触燃焼式ガスセンサの制御回路に係り、特にウォーミングアップ時及び非ウォーミングアップ時に接触燃焼式ガスセンサに流す電流を制御するための接触燃焼式ガスセンサの制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来の定電圧駆動方式の接触燃焼式ガスセンサの制御回路の回路構成を示す。
【０００３】
接触燃焼式ガスセンサの制御回路２０は、後述の電圧制御信号ＳＶＣに基づいてセンサ印加電圧を制御するバッファ回路２１と、バッファ回路２１の出力端子に一端が接続された第１分圧抵抗ＲＨと、第１分圧抵抗ＲＨの他端に一端が接続され、他端が接地された第２分圧抵抗ＲＬと、第１分圧抵抗Ｒｈと第２分圧抵抗ＲＬとの中間接続点に入力端子が接続され、入力電圧が基準電圧ＶＲＥＦ’となるように電圧制御信号ＳＶＣを生成して出力する定電圧レギュレータ２２と、外部からのウォーミングアップ制御信号ＳＷＵＰがベース端子に入力されるｎｐｎトランジスタ２３と、一端が第１分圧抵抗ＲＨと第２分圧抵抗ＲＬの中間接続点に接続され、他端がｎｐｎトランジスタのコレクタ端子に接続された印加電圧切替用抵抗ＲＷと、を備えて構成されている。
【０００４】
第１分圧抵抗ＲＨ、第２分圧抵抗ＲＬ及び印加電圧切替用抵抗ＲＷの具体的な抵抗値としては、例えば、それぞれ３．３［ｋΩ］、２［ｋΩ］、２［ｋΩ］のものが用いられる。
【０００５】
次に接触燃焼式ガスセンサの制御回路動作をウォーミングアップ時と非ウォーミングアップ時とに分けて説明する。
１）  ウォーミングアップ時
ウォーミングアップ時には、ウォーミングアップ制御信号を“Ｈ”レベルとする。
これにより、ｎｐｎトランジスタはオンとなり、印加電圧切替用抵抗ＲＷが第２分圧抵抗ＲＬと並列に接続される。
【０００６】
この結果、定電圧レギュレータの入力端子には、接触燃焼式ガスセンサに印加される電圧ＶＳを第１分圧抵抗ＲＨ並びに第２分圧抵抗ＲＬ及び印加電圧切替用抵抗の合成抵抗により分圧された電圧が入力電圧として印加されることとなる。これにより定電圧レギュレータは、入力電圧が基準電圧ＶＲＥＦ’と等しくなるようにバッファ回路２１を制御するための電圧制御信号ＳＶＣを出力する。
この結果、接触燃焼式ガスセンサに印加される電圧ＶＳは次式で表される。
0003547042.tif 000002
【０００７】
２）  非ウォーミングアップ時
非ウォーミングアップ時には、ウォーミングアップ制御信号を“Ｌ”レベルとする。
これにより、ｎｐｎトランジスタはオフとなり、印加電圧切替用抵抗ＲＷが接続されていない場合と等価となる。
この結果、定電圧レギュレータの入力端子には、接触燃焼式ガスセンサに印加される電圧ＶＳを第１分圧抵抗ＲＨ及び第２分圧抵抗ＲＬにより分圧された電圧が印加されることとなる。
これにより定電圧レギュレータは、入力電圧が基準電圧ＶＲＥＦ’と等しくなるようにバッファ回路２１を制御するための電圧制御信号ＳＶＣを出力する。
この結果、接触燃焼式ガスセンサに印加される電圧ＶＳは次式で表される。
ＶＳ＝ＶＲＥＦ’・（ＲＨ＋ＲＬ）／ＲＬ
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の接触燃焼式ガスセンサの制御回路においては、非ウォーミングアップ時に接触燃焼式ガスセンサに印加する電圧ＶＳを変更する場合には、印加電圧切替用抵抗ＲＷの抵抗値の設定を容易に行うことができないという問題点があった。
特に接触燃焼式ガスセンサに印加する電圧ＶＳを変更し、さらにウォーミングアップ時の印加電圧と非ウォーミングアップ時の印加電圧との比を所望の値に設定しようとする場合には、設定を容易に行うことができないという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、接触燃焼式ガスセンサのウォーミングアップ動作時及び非ウォーミングアップ動作時の動作設定を容易に行うことが可能な接触燃焼式ガスセンサの制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、接触燃焼式ガスセンサに駆動する電流を制御する接触燃焼式ガスセンサの制御回路であって、外部からのウォーミングアップ制御信号に基づいて、ウォーミングアップ時及び非ウォーミングアップ時の基準電圧を切り換えて出力する基準電圧出力手段と、前記接触燃焼式ガスセンサに流れる電流を検出し、前記電流に対応する電圧を有する検出信号を出力する印加電圧検出手段と、前記検出信号の電圧及び前記基準電圧を比較する比較手段と、前記比較の結果に基づいて前記接触燃焼式ガスセンサに流れる電流を制御する電流制御手段と、を備えて構成する。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、基準電圧出力手段は、外部からのウォーミングアップ制御信号に基づいて、ウォーミングアップ時及び非ウォーミングアップ時の基準電圧を切り換えて比較手段に出力する。
これと並行して、印加電圧検出手段は、接触燃焼式ガスセンサに流れる電流を検出し、電流に対応する電圧を有する検出信号を比較手段に出力する。
比較手段は、検出信号の電圧及び基準電圧を比較し、電流制御手段は、比較手段の比較の結果に基づいて接触燃焼式ガスセンサに流れる電流を制御する。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基準電圧出力手段は、所定の定電流を生成するための定電流回路と、第１基準抵抗と、ウォーミングアップ時に前記第１基準抵抗と協働して前記基準電圧を生成し、非ウォーミングアップ時に前記基準電圧を生成するための前記定電流回路に接続された第２基準抵抗と、前記ウォーミングアップ制御信号に基づいて前記第１基準抵抗を前記第２基準抵抗に直列に接続する抵抗接続手段と、を備えて構成する。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、非ウォーミングアップ時には、定電流回路により定電流が流れることにより、基準電圧出力手段の第２基準抵抗は非ウォーミングアップ時の基準電圧を生成する。
ウォーミングアップ時には、抵抗接続手段は、ウォーミングアップ制御信号に基づいて第１基準抵抗を第２基準抵抗に直列に接続し、定電流回路により定電流が流れることにより第２基準抵抗は第１基準抵抗と協働してウォーミングアップ時の基準電圧を生成する。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基準電圧出力手段は、非ウォーミングアップ時に前記基準電圧を生成するための第１基準抵抗と、ウォーミングアップ時に前記基準電圧を生成するための第２基準抵抗と、所定の定電流を生成するための定電流回路と、前記ウォーミングアップ制御信号に基づいて、前記第１基準抵抗あるいは前記第２基準抵抗を排他的に前記定電流回路に接続する抵抗接続手段と、を備えて構成する。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、基準電圧出力手段の抵抗接続手段は、ウォーミングアップ制御信号に基づいて、非ウォーミングアップ時には、第１基準抵抗を定電流回路に接続し、ウォーミングアップ時には、第２基準抵抗を電流回路に接続する。
これにより、非ウォーミングアップ時には、第１基準抵抗に定電流が流れることにより、第１基準抵抗は非ウォーミングアップ時の基準電圧を生成する。
また、ウォーミングアップ時には、第２基準抵抗に定電流が流れることにより、第２基準抵抗はウォーミングアップ時の基準電圧を生成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
第１実施形態
接触燃焼式ガスセンサの制御回路１は、高電位側電源ＶＨがエミッタ端子に接続され、外部からのウォーミングアップ制御信号ＳＷＵがベース端子に入力されるｐｎｐトランジスタ２と、高電位側電源ＶＨが一端に接続され、ｐｎｐトランジスタ２のコレクタ端子が他端に接続された第１抵抗Ｒ１と、ｐｎｐトランジスタ２及び第１抵抗Ｒ１の中間接続点に一端が接続された第２抵抗Ｒ２と、第２抵抗Ｒ２の他端に一端が接続され、他端が接地され、基準電圧発生用基準電流ＩＲＥＦを生成する定電流回路３と、第１入力端子Ｔ１が第２抵抗Ｒ２と定電流回路３の中間接続点に接続され、両入力端子Ｔ１、Ｔ２の印加電圧を比較して比較結果信号ＳＣＭＰを出力する比較回路４と、高電位側電源ＶＨに一端が接続され、比較回路４の第２入力端子Ｔ２に他端が接続され、接触燃焼式ガスセンサＳに流れるセンサ電流ＩＳを検出するためのセンサ電流検出抵抗ＲＣＳと、比較回路４の第２入力端子Ｔ２とセンサ電流検出抵抗ＲＣＳの中間接続点に入力端子ＴＩＮが接続され、比較回路４の出力端子に制御端子ＴＣが接続され、比較結果信号ＳＣＭＰに基づいて入力端子ＴＩＮから入力されるセンサ電流ＩＳの電流量を制御するバッファ回路５と、を備えて構成されている。
【００１７】
第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２及びセンサ電流検出抵抗ＲＣＳの具体的な抵抗値としては、例えば、それぞれ８２［Ω］、２１０［Ω］、２．５［Ω］のものが用いられる。
次に接触燃焼式ガスセンサの制御回路１の動作をウォーミングアップ時と非ウォーミングアップ時とに分けて説明する。
【００１８】
［１］  ウォーミングアップ時
ウォーミングアップ時には、ウォーミングアップ制御信号ＳＷＵを“Ｈ”レベルとする。
これにより、ｐｎｐトランジスタ２はオフとなり、第１抵抗Ｒ１が第２抵抗Ｒ２と直列に接続される。
【００１９】
この結果、比較回路４の第１入力端子Ｔ１に印加される基準電圧ＶＲＥＦは、次式（１）で表されることとなる。
0003547042.tif 000003
そして、比較回路４の第２入力端子には、センサ電流検出抵抗ＲＣＳにセンサ電流ＩＳに比例して発生する検出電圧ＶＣＳが印加されるので、比較回路４は、基準電圧ＶＲＥＦと検出電圧ＶＣＳとの差に相当する比較結果信号ＳＣＭＰをバッファ回路５の制御端子ＴＣに出力する。
【００２０】
バッファ回路５は、比較結果信号ＳＣＭＰに基づいて、
ＶＲＥＦ＞ＶＣＳ
の場合には、
ＶＲＥＦ＝ＶＣＳ
となるまで、センサ電流ＩＳの電流量を増加させる。また、
ＶＲＥＦ＜ＶＣＳ
の場合には、
ＶＲＥＦ＝ＶＣＳ
となるまで、センサ電流ＩＳの電流量を減少させる。
【００２１】
これらの結果、次式（２）の関係を満たすセンサ電流ＩＳを接触燃焼式ガスセンサに流すことが可能となる。
0003547042.tif 000004
【００２２】
［２］  非ウォーミングアップ時
非ウォーミングアップ時には、ウォーミングアップ制御信号ＳＷＵを“Ｌ”レベルとする。
これにより、ｎｐｎトランジスタはオンとなり、第１抵抗Ｒ１が接続されていない場合と等価となる。
【００２３】
この結果、比較回路４の第１入力端子Ｔ１に印加される基準電圧ＶＲＥＦは、次式（３）で表されることとなる。
0003547042.tif 000005
そして、比較回路４の第２入力端子には、センサ電流検出抵抗ＲＣＳにセンサ電流ＩＳに比例して発生する検出電圧ＶＣＳが印加されるので、比較回路４は、基準電圧ＶＲＥＦと検出電圧ＶＣＳとの差に相当する比較結果信号ＳＣＭＰをバッファ回路５の制御端子ＴＣに出力する。
【００２４】
バッファ回路５は、比較結果信号ＳＣＭＰに基づいて、
ＶＲＥＦ＞ＶＣＳ
の場合には、
ＶＲＥＦ＝ＶＣＳ
となるまで、センサ電流ＩＳの電流量を増加させる。また、
ＶＲＥＦ＜ＶＣＳ
の場合には、
ＶＲＥＦ＝ＶＣＳ
となるまで、センサ電流ＩＳの電流量を減少させる。
【００２５】
これらの結果、次式（４）の関係を満たすセンサ電流ＩＳを接触燃焼式ガスセンサに流すことが可能となる。
0003547042.tif 000006
【００２６】
上記（２）式及び（４）式からわかるように、センサ電流ＩＳの設定が簡単になるとともに、ウォーミングアップ時のセンサ電流ＩＳと非ウォーミングアップ時のセンサ電流ＩＳの比ＩＲＡＴＥは、
0003547042.tif 000007
と表すことができるので、設定が容易となる。
【００２７】
以上の第１実施形態においては、第１抵抗Ｒ１を動作に寄与させるか否かをｐｎｐトランジスタのスイッチング動作により制御していたが、ｐｎｐトランジスタに代えて、他のスイッチング動作可能な素子（リレーなど）を用いるように構成することも可能である。
【００２８】
第２実施形態
上記第１実施形態は、センサ電流ＩＳの電流量を制御するに際し、第１抵抗Ｒ１に並列に設けたｐｎｐトランジスタをオン／オフすることにより行っていたが、本第２実施形態は、高電位側電源ＶＨと定電流回路３との間に並列に非ウォーミングアップ時用抵抗ＲＮＷＵ（＝第２抵抗Ｒ２相当の抵抗値を有する）とウォーミングアップ時用抵抗ＲＷＵ（＝第１抵抗Ｒ１＋第２抵抗Ｒ２相当の抵抗値を有する）と並列に接続し、各抵抗ＲＮＷＵ、ＲＷＵの高電位側電源ＶＨ側にｐｎｐトランジスタをそれぞれ設け、ｐｎｐトランジスタを排他的にオン／オフするように行うものである。
【００２９】
図２（ａ）に第２実施形態の第１の態様の要部構成図を、図２（ｂ）に第２実施形態の第２の態様の要部構成図を示す。図２において、図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３０】
第２実施形態の第１の態様では、図２（ａ）に示すように、ベース端子に非ウォーミングアップ時に“Ｌ”レベルとなるノーマル制御信号ＳＮＲＭ（負論理）が入力される第１ｐｎｐトランジスタ１０を非ウォーミングアップ時用抵抗ＲＮＷＵの高電位側電源ＶＨ側に設け、ベース端子にウォーミングアップ時に“Ｌ”レベルとなるウォーミングアップ制御信号ＳＷＵ１（負論理）が入力される第２ｐｎｐトランジスタ１１をウォーミングアップ抵抗ＲＷＵの高電位側電源ＶＨ側に設けたものである。
【００３１】
この結果、非ウォーミングアップ時には、第１ｐｎｐトランジスタ１０はオン、第２ｐｎｐトランジスタ１１はオフとなり、非ウォーミングアップ時用抵抗ＲＮＷＵのみが定電流回路３に接続される。
【００３２】
また、ウォーミングアップ時には、第１ｐｎｐトランジスタ１０はオフ、第２ｐｎｐトランジスタ１１はオンとなり、ウォーミングアップ時用抵抗ＲＷＵのみが定電流回路３に接続される。
これらにより、第２実施形態の第１の態様では、第１実施形態と同様の動作を行うことが可能となる。
【００３３】
また、第２実施形態の第２の態様では、第１の態様がノーマル制御信号ＳＮＲＭ、ウォーミングアップ制御信号ＳＷＵ１の２種類の制御信号が必要であったが、一種類の制御信号で制御する場合の態様である。
より詳細には、第２実施形態の第２の態様では、図２（ｂ）に示すように、非ウォーミングアップ時用抵抗ＲＮＷＵの高電位側電源ＶＨ側にベース端子に非ウォーミングアップ時に“Ｌ”レベルとなるウォーミングアップ制御信号ＳＷＵ（負論理）が入力される第１ｐｎｐトランジスタ１０を設け、ベース端子にウォーミングアップ制御信号ＳＷＵが信号論理を反転するインバータＩＮＶを介してウォーミングアップ制御信号ＳＷＵ（負論理）が入力される第２ｐｎｐトランジスタ１１をウォーミングアップ抵抗ＲＷＵの高電位側電源ＶＨ側に設けたものである。
【００３４】
この結果、非ウォーミングアップ時には、第１ｐｎｐトランジスタ１０はオン、第２ｐｎｐトランジスタ１１はオフとなり、非ウォーミングアップ時用抵抗ＲＮＷＵのみが定電流回路３に接続される。
【００３５】
また、ウォーミングアップ時には、第１ｐｎｐトランジスタ１０はオフ、第２ｐｎｐトランジスタ１１はオンとなり、ウォーミングアップ時用抵抗ＲＷＵのみが定電流回路３に接続される。
【００３６】
これらにより、第２実施形態の第１の態様では、第１実施形態と同様の動作を一の制御信号を用いて行うことが可能となる。
以上の実施形態においては、トランジスタとしてｐｎｐ型のトランジスタを用いていたが、ＦＥＴを用いるように構成したり、信号論理を反転することによりｎｐｎ型のトランジスタを用いるように構成することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、基準電圧出力手段は、外部からのウォーミングアップ制御信号に基づいて、ウォーミングアップ時及び非ウォーミングアップ時の基準電圧を切り換えて比較手段に出力し、印加電圧検出手段は、接触燃焼式ガスセンサに流れる電流を検出し、電流に対応する電圧を有する検出信号を比較手段に出力し、比較手段は、検出信号の電圧及び基準電圧を比較し、電流制御手段は、比較手段の比較の結果に基づいて接触燃焼式ガスセンサに流れる電流を制御するので、接触燃焼式ガスセンサを電流駆動する際に駆動電流を容易に設定することが可能となる。
【００３８】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、非ウォーミングアップ時には、定電流回路により定電流が流れることにより、基準電圧出力手段の第２基準抵抗は非ウォーミングアップ時の基準電圧を生成し、ウォーミングアップ時には、抵抗接続手段は、ウォーミングアップ制御信号に基づいて第１基準抵抗を第２基準抵抗に直列に接続し、定電流回路により定電流が流れることにより第２基準抵抗は第１基準抵抗と協働してウォーミングアップ時の基準電圧を生成するので、ウォーミングアップ時及び非ウォーミングアップ時の接触燃焼式ガスセンサの駆動電流を容易に設定でき、かつ、ウォーミングアップ時及び非ウォーミングアップ時の接触燃焼式ガスセンサの駆動電流の比を簡単に設定することができる。
【００３９】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、基準電圧出力手段の抵抗接続手段は、ウォーミングアップ制御信号に基づいて、非ウォーミングアップ時には第１基準抵抗を定電流回路に接続し、ウォーミングアップ時には第２基準抵抗を電流回路に接続することにより、非ウォーミングアップ時には第１基準抵抗に定電流が流れて第１基準抵抗は非ウォーミングアップ時の基準電圧を生成し、ウォーミングアップ時には第２基準抵抗に定電流が流れることにより、第２基準抵抗はウォーミングアップ時の基準電圧を生成するので、ウォーミングアップ時及び非ウォーミングアップ時の接触燃焼式ガスセンサの駆動電流を容易に設定でき、かつ、ウォーミングアップ時及び非ウォーミングアップ時の接触燃焼式ガスセンサの駆動電流の比を簡単に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の接触燃焼式ガスセンサの制御回路の要部構成図である。
【図２】第２実施形態の接触燃焼式ガスセンサの制御回路の要部構成図である。
【図３】従来の接触燃焼式ガスセンサの制御回路の要部構成図である。
【符号の説明】
１      接触燃焼式ガスセンサの制御回路
２      ｐｎｐトランジスタ
３      定電流回路
４      比較回路
５      バッファ回路
１０    第１ｐｎｐトランジスタ
１１    第２ｐｎｐトランジスタ
ＩＳ          センサ電流
ＩＲＥＦ      基準電圧発生用基準電流
ＩＮＶ  インバータ
Ｒ１    第１抵抗
Ｒ２    第２抵抗
ＲＣＳ    センサ電流検出抵抗
ＲＮＷＵ      非ウォーミングアップ時用抵抗
Ｓ      接触燃焼式ガスセンサ
ＳＣＭＰ      比較結果信号
ＳＮＲＭ      ノーマル制御信号
ＳＷＵ      ウォーミングアップ制御信号
ＳＷＵ１      ウォーミングアップ制御信号
ＶＨ    高電位側電源
【図１】
0003547042.tif 000008
【図２】
0003547042.tif 000009
【図３】
0003547042.tif 000010