(57)【要約】【課題】センサに接続される配線と高圧電源との接触状態を検出し且つ故障箇所を特定できるようにした配線異常検出装置を提供する。【解決手段】ガス濃度センサ１０は、それぞれ配線Ｌ１、Ｌ２を介してガス濃度検出装置２０に接続される。センサ１０の信号はガス濃度検出部３０により検出される。配線異常検出部４０は、過電圧検出回路４１、４２、コンパレータ４３、４４、差動アンプ４５、コンパレータ５３、５４などを備える。センサ１０は動作時に低インピーダンスで、配線Ｌ１、Ｌ２のいずれかが高圧電源ＶＢと短絡すると、端子電圧ＶＳ＋、ＶＳ−は、いずれも高い電圧になる。差動アンプ４５は、端子電圧ＶＳ＋、ＶＳ−の差電圧ΔＶＳを出力する。差電圧ΔＶＳが、正で閾値電圧Ｖｔｈ２以上になると配線Ｌ１が高圧電源ＶＢ短絡、差負で閾値電圧Ｖｔｈ３以下になると配線Ｌ２が高圧電源ＶＢ短絡と特定できる。【選択図】図１
2018084425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサに接続された複数の配線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を介してセンサ信号を検出する検出部を備えたセンサ信号検出装置に設けられ、前記複数の配線の配線異常を検出するものであって、
前記複数の配線の各電位を検出する電位検出部（４１、４２、４１ａ、４２ａ、８２、１０３、１５１〜１５３、１５５）と、
前記電位検出部により検出された前記複数の配線の各電位から配線間の電位差を検出する電位差検出回路（４５、８３、８４、１０３、１５６）と、
前記電位差検出部により検出される電位差の値から前記複数の配線のうち高圧電源短絡の故障配線を特定する判定回路（５３、５４、８３、１１１、１１２、１５６）と、
を備えた配線異常検出装置。
【請求項２】
前記電位検出部は、前記複数の配線に発生する電位を低電圧レベルにシフトするレベルシフト回路（４１、４２、４１ａ、４２ａ）を備え、
前記電位差検出回路は、前記レベルシフト回路の出力の差を演算する差動アンプ（４５）を備える請求項１記載の配線異常検出装置。
【請求項３】
前記電位検出部は、前記複数の配線に発生する電位を低電圧レベルにシフトするレベルシフト回路（４１、４２、１５１〜１５３）と、前記レベルシフト回路によりシフトされた電位をデジタル値に変換するＡＤ変換回路（８２、１５５）とを備え、
前記判定回路（８３、１５６）は、前記電位差検出回路を兼ねた構成である請求項１記載の配線異常検出装置。
【請求項４】
前記電位検出部は、前記複数の配線に発生する電位を低電圧レベルにシフトするレベルシフト回路（４１、４２）を備え、
前記電位差検出回路は、前記レベルシフト回路の出力をデジタル値に変換して前記電位差を演算するＡＤ変換回路（８４）を備える請求項１記載の配線異常検出装置。
【請求項５】
前記電位検出部および前記電位差検出回路の両機能を兼ね備えた構成として、前記高圧電源短絡を発生する電源と同等の高圧電源で駆動される高圧差動アンプ（１０３）を有する請求項１記載の配線異常検出装置。
【請求項６】
前記複数の配線を接続する前記センサは、ガス濃度センサ（１０、１２０）である請求項１から５のいずれか一項に記載の配線異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ信号検出装置の複数の配線の異常を検出する配線異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサ信号検出装置としては、例えばガス濃度センサなどの抵抗体を用いたセンサを用いるものがある。ガス濃度センサは、異常検出を行っているが、センサ活性後にインピーダンスが低くなるものがある。このため、端子に接続される配線のいずれかが高圧電源線とショートした場合に、２本の端子がいずれも高い電圧となり異常検出のための閾値を超えることとなり、異常状態を検出することはできても、異常箇所を特定することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３１３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、低インピーダンス状態のセンサ等を用いるセンサ信号検出装置において、センサに接続される複数の配線と高圧電源との接触状態を検出し且つ故障箇所を特定できるようにした配線異常検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の配線異常検出装置は、センサに接続された複数の配線を介してセンサ信号を検出する検出部を備えたセンサ信号検出装置に設けられ、前記複数の配線の配線異常を検出するものであって、前記複数の配線の各電位を検出する電位検出部と、前記電位検出部により検出された前記複数の配線の各電位から配線間の電位差を検出する電位差検出回路と、前記電位差検出部により検出される電位差の値から前記複数の配線のうち高圧電源短絡の故障配線を特定する判定回路とを備えている。
【０００６】
上記構成を採用することにより、センサとセンサ信号検出装置の間に接続される複数の配線の一方が高圧電源短絡を起こしたときに、センサのインピーダンスが低くなっていていずれの配線の電圧も高い電圧に上昇してしまい、各配線の電圧レベルの判定では、いずれも高圧レベルとなり、高圧電源短絡が発生していることは判定できても、いずれの配線が高圧電源短絡となっているかを特定できない状態である。
【０００７】
一方、電位差検出回路は、電位検出部により検出された電位から配線間の電位差を検出し、判定回路により、検出した電位差の値が正あるいは負の所定レベル以上の変化をした値であることをもって、いずれの配線が高圧電源短絡を発生しているかを特定することができる。
【０００８】
また、前述のように、高圧電源短絡が発生していることを判定できている状態で、電位差検出回路により検出される電位差が小さく、正あるいは負の所定レベル以上の値として得られない場合には、いずれの配線も高圧電源に近い電圧となっていることが予想され、この場合には、判定回路によりいずれの端子も高圧電源短絡をしていることを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態を示す電気的構成図
【図２】過電圧検出回路の電気的構成図
【図３】ショート発生時の電圧および信号の変化を示すタイムチャート（その１）
【図４】ショート発生時の電圧および信号の変化を示すタイムチャート（その２）
【図５】ショート発生時の電圧および信号の変化を示すタイムチャート（その３）
【図６】出力信号の状態とショートの状態と対応関係を示す図
【図７】第２実施形態を示す過電圧検出回路の電気的構成図
【図８】第３実施形態を示す電気的構成図
【図９】第４実施形態を示す電気的構成図
【図１０】第５実施形態を示す電気的構成図
【図１１】第６実施形態を示す電気的構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。この実施形態では、センサとして例えばガス濃度センサ１０を用いる。ガス濃度センサ１０は、例えば車両のエンジンの排気ガスの酸素濃度を検出するもので、抵抗部１１の両端子Ｔ＋およびＴ−がそれぞれ配線Ｌ１、Ｌ２を介してガス濃度検出装置２０の端子Ｓ＋、Ｓ−に接続されている。なお、センサ１０は、酸素濃度の測定時には図示しないヒータ回路により加熱された状態とされる。
【００１１】
ガス濃度検出装置２０は、センサ信号検出装置に相当するガス濃度検出部３０と配線異常検出装置に相当する配線異常検出部４０を備えている。ガス濃度検出装置２０には、内部に所定の直流電源ＶＤＤが図示しない電源回路から供給されるようになっている。
【００１２】
ガス濃度検出部３０は、制御回路３１を主体として構成され、２個のアンプ３２および３３、抵抗３４および３５、コンデンサ３６および３７を備えている。制御回路３１は、アンプ３２および３３から抵抗３４おより３５を介して端子Ｓ＋およびＳ−間に検出用の出力を与える。センサ１０は、配線Ｌ１およびＬ２を介して与えられる電圧でバイアスが与えられ、抵抗３５の端子間に現れる電圧を検出することでガス濃度に応じた検出信号を得られるようになっている。また、センサ１０は、常温状態の抵抗値に対して測定時の高温状態では低抵抗となる。なお、コンデンサ３６、３７は、ノイズを吸収する機能を有しており、抵抗３４、３５とともにフィルタを構成している。
【００１３】
次に、配線異常検出部４０において、電位検出部およびレベルシフト回路としての２つの過電圧検出回路４１および４２は、それぞれ配線Ｌ１、Ｌ２が接続された端子Ｓ＋、Ｓ−の電圧を検出するように設けられている。過電圧検出回路４１、４２は、電源電圧ＶＤＤで駆動され、電源電圧ＶＤＤ以上の電圧が入力されると、これを電流に変換し、さらに電源電圧ＶＤＤを基準とした電圧信号に変換して出力する。
【００１４】
具体的には、過電圧検出回路４１および４２は、図２に示すように構成される。両者の構成は同じであるから、過電圧検出回路４１について説明する。過電圧検出回路４１は、入力端子Ａ、Ｂおよび出力端子Ｃを備える。入力端子Ａは端子Ｓ＋（Ｓ−）に接続され、入力端子Ｂは電源電圧ＶＤＤが与えられる。
【００１５】
過電圧検出回路４１において、入力段には抵抗６１およびｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ６２、６３およびｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ６４、６５からなる電流変換部と、ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ６６および抵抗６７からなる電圧変換部とを備えている。入力端子Ａは、抵抗６１、ＭＯＳＦＥＴ６３および６５を介してグランドに接続されている。入力端子Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ６２および６４を介してグランドに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ６２およびＭＯＳＦＥＴ６５は、いずれもドレイン・ゲート間がショート（短絡）されている。
【００１６】
ＭＯＳＦＥＴ６２、６３およびＭＯＳＦＥＴ６４、６５は、それぞれカレントミラー回路を構成している。ＭＯＳＦＥＴ６６はソース接地され、ドレインは抵抗６７を介して直流電源ＶＤＤに接続され、ゲートはＭＯＳＦＥＴ６３のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ６６のドレインは出力端子Ｃに接続されている。
【００１７】
過電圧検出回路４１は、入力端子Ａに入力される端子Ｓ＋の電圧ＶＳ＋が、電源電圧ＶＤＤを超えると、ＭＯＳＦＥＴ６３が閾値電圧を超える電圧が与えられるようになって動作し、他のＭＯＳＦＥＴ６２、６４、６５も電流を流すようになる。このとき、ＭＯＳＦＥＴ６３のソースは電源電圧ＶＤＤにクランプされ、抵抗６１には、端子電圧ＶＳ＋と電源電圧ＶＤＤの差電圧ΔＶ（＝（ＶＳ＋）−ＶＤＤ）が印加された状態となり、抵抗６１に流れる電流Ｉｄは、差電圧ΔＶを抵抗６１の抵抗値Ｒで除した値（Ｉｄ＝ΔＶ／Ｒ）となる。
【００１８】
つまり、端子電圧ＶＳ＋が電源電圧ＶＤＤを超える分の差電圧ΔＶが電流Ｉｄに変換されたことになる。ＭＯＳＦＥＴ６５と６６はカレントミラー回路を構成しているので、この電流Ｉｄは、ＭＯＳＦＥＴ６６にも流れるようになり、抵抗６７に差電圧ΔＶに相当する電圧が電源電圧ＶＤＤで変換したレベルの電圧として発生するようになる。この結果、出力端子Ｃには、端子電圧ＶＳ＋（ＶＳ−）のレベルを、電源電圧ＶＤＤを基準とした検出レベルに変換した出力電圧ＶＳｐ（ＶＳｍ）として出力することができる。
【００１９】
コンパレータ４３および４４は、それぞれ過電圧検出回路４１および４２の出力電圧ＶＳｐ、ＶＳｍと閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較して、その結果を出力信号ＯＵＴ１、ＯＵＴ２として出力する。閾値電圧Ｖｔｈ１は、電圧ＶＳ＋、ＶＳ−のレベルが電源電圧ＶＤＤ以上の所定レベルに設定されており、配線Ｌ１あるいはＬ２に電源電圧ＶＤＤを超える高い電圧が印加されるとこれを検出するように設定されている。
【００２０】
電位差検出回路としての差動アンプ４５は、過電圧検出回路４１および４２の出力電圧ＶＳｐおよびＶＳｍの差を演算して差電圧ΔＶＳを出力するものである。差動アンプ４５の非反転入力端子は、過電圧検出回路４１の出力端子Ｃからバッファ回路４６および抵抗４７を介して出力電圧ＶＳｐが入力される。また、差動アンプ４５の非反転入力端子は、抵抗４８および基準電源４９を介してグランドに接続される。基準電源４９は、電源電圧ＶＤＤの１／２の電圧を参照電圧Ｖｒｅｆとして設定されている。差動アンプ４５の反転入力端子は、過電圧検出回路４２の出力端子Ｃからバッファ回路５０および抵抗５１を介して出力電圧ＶＳｍが入力される。また、差動アンプ４５の反転入力端子は、出力端子との間に抵抗５２が接続されている。
【００２１】
過電圧検出回路４１および４２は、端子Ｓ＋およびＳ−の電圧ＶＳ＋およびＶＳ−が電源電圧ＶＤＤに達していない状態では、各出力電圧ＶＳｐおよびＶＳｍがゼロである。したがって、この状態で差動アンプ４５は、非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆつまり電源電圧ＶＤＤの１／２の電圧が差電圧ΔＶＳとして出力される。
【００２２】
また、端子Ｓ＋およびＳ−の電圧ＶＳ＋およびＶＳ−が電源電圧ＶＤＤを超えると、過電圧検出回路４１および４２のうち電源電圧ＶＤＤを超えた側の出力電圧ＶＳｐあるいはＶＳｍが、その超えた分に相当する電圧となって出力されるので、その分が差電圧ΔＶＳに加算された状態で出力されるようになる。
【００２３】
判定回路としてのコンパレータ５３および５４は、差動アンプ４５の出力である差電圧ΔＶＳが入力されるように設けられる。コンパレータ５３および５４は、それぞれ比較する電圧が閾値電圧Ｖｔｈ２およびＶｔｈ３に設定されている。この閾値電圧Ｖｔｈ２およびＶｔｈ３は、端子Ｓ＋あるいはＳ−に接続される配線Ｌ１あるいはＬ２が電源電圧ＶＤＤよりも高い電圧の電源ラインなどとショートした場合に検出するための判定レベルを設定したものである。コンパレータ５３および５４は、差電圧ΔＶＳと閾値電圧Ｖｔｈ２あるいはＶｔｈ３と比較して、その結果を出力信号ＯＵＴ３、ＯＵＴ４として出力する。
【００２４】
次に、上記構成の作用について図３から図６も参照して説明する。
ガス濃度センサ１０とガス濃度検出部３０によるガス濃度の検出動作は、制御回路３１により、図示しないヒータに通電してガス濃度センサ１０を加熱した状態で抵抗３５に現れる電圧を取り込んで検出する。この動作については、周知の技術であるからここでは詳しい説明を省略する。
【００２５】
この実施形態では、このようにガス濃度検出部３０によりガス濃度の検出を行っている状態で、配線Ｌ１および配線Ｌ２について、その一方もしくは双方に異常が発生している状態を異常検出部４０により検出する動作について以下に説明する。この場合、本実施形態では、特に、電源電圧ＶＤＤよりも高い電圧の電源ＶＢ（以下高圧電源ＶＢ）などの電源線が配線Ｌ１、Ｌ２と電気的に接触して異常となる状態を検出する。
【００２６】
この異常状態のケースとしては、（１）配線Ｌ１がＶＢショートする場合、（２）配線Ｌ２がＶＢショートする場合、（３）配線Ｌ１、Ｌ２が共にＶＢショートする場合の３通りがある。以下、これらの３通りのケースについて説明する。
【００２７】
（１）配線Ｌ１がＶＢショートする場合
この状態は、図１に示しているように、配線Ｌ１に高圧電源ＶＢがショートした状態である。図３は、このケースに対応した各部の信号の変化の推移を示したものである。時刻ｔ０で配線Ｌ１が高圧電源ＶＢショートした場合として説明する。
【００２８】
まず、時刻ｔ０以前の状態つまりショートが発生していない正常動作をしている場合には、ガス濃度検出部３０の検出動作により、ガス濃度センサ１０が加熱された状態で所定電圧が印加され、その電流によりガス濃度の検出動作が行われている。この状態では、配線Ｌ１、Ｌ２は、ガス濃度センサ１０の端子Ｔ＋、Ｔ−のそれぞれに電位が発生しており、この電圧が端子Ｓ＋、Ｓ−に現れる。このとき、ガス濃度センサ１０は低インピーダンス状態であるから、それぞれの電位は低いが両者の間に電位差は生じている。端子電圧ＶＳ＋およびＶＳ−は電源電圧ＶＤＤ以下で所定レベルの電圧となっている。
【００２９】
また、この状態では、過電圧検出回路４１および４２の出力電圧ＶＳｐおよびＶＳｍがいずれもゼロである。したがって、コンパレータ４３および４４においては、いずれも閾値電圧Ｖｔｈ１で設定されるレベルよりも小さいため、ローレベルの出力信号ＯＵＴ１およびＯＵＴ２となっている。この結果、通常状態のレベルでは、図６の「１」で示すように、ＯＵＴ１およびＯＵＴ２が「Ｌ」となって「通常」状態として認識される。
【００３０】
また、このとき、差動アンプ４５の出力信号ΔＶＳは、出力電圧ＶＳｐおよびＶＳｍがいずれもゼロであるから参照電圧Ｖｒｅｆがそのまま出力されることになる。この参照電圧Ｖｒｅｆのレベルは電源電圧ＶＤＤの半分に設定されているので、閾値電圧Ｖｔｈ２よりも小さく、閾値電圧Ｖｔｈ３よりも大きいレベルとなっている。
【００３１】
上述の通常状態から、時刻ｔ０で配線Ｌ１が高圧電源ＶＢショートすると、端子電圧ＶＳ＋およびＶＳ−は、図３（ａ）に示すように共に上昇し、端子電圧ＶＳ＋は高圧電源ＶＢのレベルに達し、端子電圧ＶＳ−は高圧電源ＶＢよりも低いレベルに達する。端子電圧ＶＳ＋が上昇するときに、時刻ｔ１で電源電圧ＶＤＤを超えると、端子電圧ＶＳ＋と電源電圧ＶＤＤとの差に相当する電圧が過電圧検出回路４１の出力電圧ＶＳｐとして出力される。端子電圧ＶＳ−も同様にして、電源電圧ＶＤＤを超えると、端子電圧ＶＳ−と電源電圧ＶＤＤとの差に相当する電圧が過電圧検出回路４２の出力電圧ＶＳｍとして出力される。
【００３２】
端子電圧ＶＳ＋が上昇して、時刻ｔ２で、閾値電圧Ｖｔｈ１レベルに達すると、コンパレータ４３では、過電圧検出回路４１の出力電圧ＶＳｐが閾値電圧Ｖｔｈ１に等しくなり、図３（ｂ）に示すように、出力信号ＯＵＴ１はローレベルからハイレベルに変化する。この時点では、端子Ｓ＋に接続された配線Ｌ１が高圧電源ＶＢと接触したことで高い電圧になっていることがわかる。したがって、図６の「２」で示す状態となっている。
【００３３】
しかし、この直後に、端子電圧ＶＳ−が上昇して、時刻ｔ４で、閾値電圧Ｖｔｈ１レベルに達すると、コンパレータ４４では、過電圧検出回路４２の出力電圧ＶＳｍが閾値電圧Ｖｔｈ１に等しくなり、図３（ｃ）に示すように、出力信号ＯＵＴ２はローレベルからハイレベルに変化する。この結果、ＯＵＴ１およびＯＵＴ２はいずれもハイレベルになるので、端子Ｓ＋およびＳ−の双方もしくはいずれか一方が電源電圧ＶＤＤを超える高い電圧にショートしている状態は判定できるが、ショートの発生がいずれの端子であるかを特定することはできない。
【００３４】
一方、差動アンプ４５は、過電圧検出回路４１および４２の出力電圧ＶＳｐ、ＶＳｍの差電圧を演算した結果を、図３（ｄ）に示すように、差電圧ΔＶＳとして出力する。この差電圧ΔＶＳは、正側に上昇して閾値電圧Ｖｔｈ２を超えると、図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ３でコンパレータ５３がハイレベルの出力信号ＯＵＴ３を出力するようになる。なお、差電圧ΔＶＳは、時刻ｔ０以前のレベルがすでに閾値電圧Ｖｔｈ３を上回っているので、時刻ｔ３以降においてもコンパレータ５４はハイレベルの出力信号ＯＵＴ４を出力し続けている。この結果、図６の「４」に示す状態として、ＯＵＴ１から４のすべてが「Ｈ」の状態として得られ、Ｓ＋端子が高圧電源ＶＢにショートした状態として認識できるようになる。
【００３５】
（２）配線Ｌ２がＶＢショートする場合
この状態は、図１に示したものとは異なり、配線Ｌ２に高圧電源ＶＢがショートした状態である。図４は、このケースに対応した各部の信号の変化の推移を示したものである。時刻ｔ０で配線Ｌ２が高圧電源ＶＢショートした場合として説明する。
【００３６】
前述した通常状態から、時刻ｔ０で配線Ｌ２が高圧電源ＶＢショートすると、端子電圧ＶＳ＋およびＶＳ−は、図４（ａ）に示すように共に上昇し、この場合には、端子電圧ＶＳ−が高圧電源ＶＢのレベルに達し、端子電圧ＶＳ＋は高圧電源ＶＢよりも低いレベルに達する。このとき、端子電圧ＶＳ−が先に上昇して時刻ｔ１で電源電圧ＶＤＤを超えた後、時刻ｔ２で閾値電圧Ｖｔｈ１のレベルを超えるようになる。これにより、図４（ｃ）に示すように、出力信号ＯＵＴ２はローレベルからハイレベルに変化する。この時点では、端子Ｓ−に接続された配線Ｌ２が高圧電源ＶＢと接触したことで高い電圧になっていることがわかる。したがって、図６の「３」で示す状態となっている。
【００３７】
しかし、この直後に、端子電圧ＶＳ−が上昇して、時刻ｔ４で、閾値電圧Ｖｔｈ１レベルに達すると、図４（ｂ）に示すように、出力信号ＯＵＴ１はローレベルからハイレベルに変化する。この結果、ＯＵＴ１およびＯＵＴ２は、前述同様にしていずれもハイレベルになるので、端子Ｓ＋およびＳ−の双方もしくはいずれか一方が電源電圧ＶＤＤを超える高い電圧にショートしている状態は判定できるが、ショートの発生がいずれの端子であるかを特定することはできない。
【００３８】
一方、差動アンプ４５から出力は、過電圧検出回路４１および４２の出力電圧ＶＳｐ、ＶＳｍの差電圧を演算した結果を、図４（ｄ）に示すように、差電圧ΔＶＳとして出力する。前述の場合と異なり、出力電圧ＶＳｍの方が出力電圧ＶＳｐよりも高くなるので、差電圧ΔＶＳは、負側に下降して閾値電圧Ｖｔｈ３を下回ると、図４（ｆ）に示すように、時刻ｔ４でコンパレータ５４がローレベルの出力信号ＯＵＴ４を出力するようになる。
【００３９】
なお、差電圧ΔＶＳは、時刻ｔ０以前のレベルがすでに閾値電圧Ｖｔｈ２を下回っているので、時刻ｔ４以降においてもコンパレータ５３はローレベルの出力信号ＯＵＴ３を出力し続けている。この結果、図６の「５」に示す状態として、ＯＵＴ１および２が「Ｈ」であるのに対して、ＯＵＴ３および４が「Ｌ」の状態として得られ、Ｓ−端子が高圧電源ＶＢにショートした状態として認識できるようになる。
【００４０】
（３）配線Ｌ１、Ｌ２が共にＶＢショートする場合
この状態は、図１に示した配線Ｌ１に高圧電源ＶＢがショートした状態に加えて、配線Ｌ２も高圧電源ＶＢがショートした状態である。図５は、このケースに対応した各部の信号の変化の推移を示したものである。時刻ｔ０で配線Ｌ１およびＬ２が同時に高圧電源ＶＢショートした場合として説明する。
【００４１】
前述した通常状態から、時刻ｔ０で配線Ｌ１およびＬ２が高圧電源ＶＢショートすると、端子電圧ＶＳ＋およびＶＳ−は、図５（ａ）に示すように共に上昇し、端子電圧ＶＳ＋およびＶＳ−が高圧電源ＶＢのレベルに達する。このため、端子電圧ＶＳ＋とＶＳ−は、電圧の上昇とともに差が減少し、最終的に一致するレベルとなる。
【００４２】
また、端子電圧ＶＳ＋とＶＳ−は、レベルが上昇して時刻ｔ１で電源電圧ＶＤＤを超えた後、時刻ｔ２、ｔ３でそれぞれが閾値電圧Ｖｔｈ１のレベルを超えるようになる。これにより、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、出力信号ＯＵＴ１、ＯＵＴ２はローレベルからハイレベルに変化する。この結果、ＯＵＴ１およびＯＵＴ２は、前述した図６の「２」および「３」の状態とは異なるが、時間が経過すると図６の「４」および「５」と同じ状態になる。
【００４３】
一方、差動アンプ４５から出力は、過電圧検出回路４１および４２の出力電圧ＶＳｐ、ＶＳｍの差電圧が時刻ｔ０からの時間の経過とともに減少していくので、図５（ｄ）に示すように、差電圧ΔＶＳはほぼ変化無しの状態である。この結果、図５（ｅ）、（ｆ）に示すように、時刻ｔ０以降においてもコンパレータ５３および５４の出力信号ＯＵＴ３、ＯＵＴ４は変化することなく、ローレベルおよびハイレベルが保持されている。
【００４４】
これにより、図６の「６」に示す状態として、ＯＵＴ１および２が「Ｈ」であるのに対して、ＯＵＴ３が「Ｌ」、ＯＵＴ４が「Ｈ」の状態として得られ、Ｓ＋端子および端子Ｓ−の双方が高圧電源ＶＢにショートした状態として認識できるようになる。
【００４５】
このような本実施形態においては、過電圧検出回路４１および４２を設けると共に、それらの出力電圧ＶＳｐおよびＶＳｍを差動アンプ４５により差電圧ΔＶＳを演算するようにした。これにより、端子Ｓ＋およびＳ−の端子電圧ＶＳ＋およびＶＳ−の電圧を、過電圧検出回路４１および４２により電源電圧ＶＤＤの範囲の電圧に変換し、差動アンプ４５によりそれらの差電圧ΔＶＳを検出することで、配線Ｌ１およびＬ２のうちの、一方もしくは双方が高圧電源ＶＢとショートしている状態であるかを判定することができる。
【００４６】
また、過電圧検出回路４１および４２を設けて、電源電圧以上の高い電圧分を、電源電圧ＶＤＤを基準とした電圧ＶＳｐ、ＶＳｍに変換するので、配線異常検出部４０の各回路を、電源電圧ＶＤＤを電源とした回路で構成することができる。これにより、高圧電源ＶＢを電源とした回路を設ける必要がなくなり、低耐圧仕様の部品を用いて構成することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図７は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、過電圧検出回路４１および４２に代えて、図７に示す過電圧検出回路４１ａおよび４２ａを用いる構成である。図２に示した過電圧検出回路４１、４２に対して、図７に示す過電圧検出回路４１ａ、４２ａにおいては、出力段の抵抗６７に代えてコンデンサ６８を設ける構成としている。
【００４８】
これにより、過電圧検出回路４１ａおよび４２ａにおいては、端子電圧ＶＳ＋およびＶＳ−が電源電圧ＶＤＤを超える高い電圧になった場合でも、電源電圧ＶＤＤを超える電圧について電流値に変換した上で、電源電圧ＶＤＤを基準とした電圧信号ＶＳｐおよびＶＳｍに変換して出力することができる。
したがって、このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効を得ることができる。
【００４９】
（第３実施形態）
図８は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態においては、ガス濃度検出装置７０は、配線異常検出部４０に代えて、配線異常検出部８０を備えた構成である。
【００５０】
図８に示すように、配線異常検出部８０は、過電圧検出回路４１および４２の後段に、切換スイッチ８１、ＡＤ変換回路８２および判定回路８３を設ける構成である。なお、この実施形態では、過電圧検出回路４１および４２、ＡＤ変換回路８２が電位検出部として機能し、判定回路８３は、電位差検出回路および判定回路として機能する。
【００５１】
過電圧検出回路４１および４２のそれぞれの出力信号ＶＳｐおよびＶＳｍを、切換スイッチ８１により交互にＡＤ変換回路８２に入力する。切換スイッチ８１は、図示しない制御部により適宜のタイミングで切換動作が行われている。ＡＤ変換回路８２は、過電圧検出回路４１あるいは４２から入力される出力信号ＶＳｐおよびＶＳｍを、デジタル変換した後にデジタル信号ＳｐおよびＳｍとして判定回路８３に出力する。
【００５２】
判定回路８３は、デジタル信号ＳｐおよびＳｍのそれぞれから、閾値電圧Ｖｔｈ１に相当する閾値と比較して第１実施形態で示した出力信号ＯＵＴ１およびＯＵＴ２に相当する信号を生成する。また、判定回路８３は、デジタル信号ＳｐおよびＳｍの差ΔＳを演算し、この結果を閾値電圧Ｖｔｈ２およびＶｔｈ３に相当する閾値と比較して出力信号ＯＵＴ３およびＯＵＴ４に相当する信号を生成する。
【００５３】
判定回路８３は、これらの信号から第１実施形態と同様の判定処理を行うことで、配線Ｌ１およびＬ２が通常状態であるか、高圧電源ＶＢとショートした状態であるかを判定すると共に、前述同様にしてＯＵＴ１〜４の結果に基づいてＶＢショートした配線Ｌ１およびＬ２のいずれか一方もしくは双方であることを特定することができる。
したがって、このような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
（第４実施形態）
図９は第４実施形態を示すもので、以下、第３実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、配線異常検出部８０ａとして、ＡＤ変換回路８２に代えて、直接差分を演算可能な２入力ＡＤ変換回路８４を設ける構成としている。これにより、切換スイッチ８１を省略した構成とすることができる。なお、この実施形態では、ＡＤ変換回路８４は電位差検出回路として機能する。
したがって、このような第４実施形態によっても第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５５】
（第５実施形態）
図１０は第５実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ガス濃度検出装置９０は、配線異常検出部４０に代えて、配線異常検出部１００を備えた構成である。
【００５６】
図１０に示すように、配線異常検出部１００は、内部回路が全体として高圧電源ＶＢを駆動電源とした回路で構成されている。すなわち、過電圧検出回路４１および４２を設けることなく、端子電圧ＶＳ＋およびＶＳ−を直接取り込んで判定をする構成としている。
【００５７】
コンパレータ１０１および１０２は、それぞれ端子Ｓ＋および端子Ｓ−の端子電圧ＶＳ＋、ＶＳ−と閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較して、その結果を出力信号ＯＵＴ１、ＯＵＴ２として出力する。閾値電圧Ｖｔｈ１は、電圧ＶＳ＋、ＶＳ−のレベルが電源電圧ＶＤＤ以上の所定レベルに設定されており、配線Ｌ１あるいはＬ２に電源電圧ＶＤＤを超える高い電圧が印加されるとこれを検出するように設定されている。
【００５８】
高圧差動アンプである差動アンプ１０３は、電位検出部および電位差検出回路の機能を兼ね備えたもので、端子Ｓ＋および端子Ｓ−の端子電圧ＶＳ＋およびＶＳ−の差を演算して差電圧ΔＶＳを出力するものである。差動アンプ１０３の非反転入力端子は、端子Ｓ＋からバッファ回路１０４および抵抗１０５を介して端子電圧ＶＳ＋が入力される。また、差動アンプ１０３の非反転入力端子は、抵抗１０６および基準電源１０７を介してグランドに接続される。基準電源１０７は、電源電圧ＶＤＤの１／２の電圧を参照電圧Ｖｒｅｆとして設定されている。差動アンプ１０３の反転入力端子は、端子Ｓ−からバッファ回路１０８および抵抗１０９を介して端子電圧ＶＳ−が入力される。また、差動アンプ１０３の反転入力端子は、出力端子との間に抵抗１１０が接続されている。
【００５９】
コンパレータ１１１および１１２は、差動アンプ１０３の出力である差電圧ΔＶＳが入力されるように設けられる。コンパレータ１１１および１１２は、それぞれ比較する電圧が閾値電圧Ｖｔｈ２およびＶｔｈ３に設定されている。この閾値電圧Ｖｔｈ２およびＶｔｈ３は、端子Ｓ＋あるいはＳ−に接続される配線Ｌ１あるいはＬ２が電源電圧ＶＤＤよりも高い電圧の電源ラインなどとショートした場合に検出するための判定レベルを設定したものである。コンパレータ１１１および１１２は、差電圧ΔＶＳと閾値電圧Ｖｔｈ２あるいはＶｔｈ３と比較して、その結果を出力信号ＯＵＴ３、ＯＵＴ４として出力する。
【００６０】
上記構成によれば、配線異常検出部１００を、内部回路が全体として高圧電源ＶＢを駆動電源とした回路で構成したので、第１実施形態と異なり、過電圧検出回路４１および４２を設けない構成として、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６１】
なお、上記実施形態では、配線異常検出部１００を高圧電源ＶＢで駆動する回路構成として示したが、これに限らず、高圧電源ＶＢ以上の電圧を生成する昇圧回路を設けて駆動する構成とすることもできる。
【００６２】
（第６実施形態）
図１１は第６実施形態を示すもので、以下、第３実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ガス濃度センサ１０に代えて、３端子のガス濃度センサ１２０を用いる場合の例を示している。この実施形態においては、ガス濃度検出装置１３０は、温度検出部１４０および配線異常検出部１５０を備えた構成である。
【００６３】
ガス濃度センサ１２０は、前述のガス濃度センサ１０と同様に、車両のエンジンの排気ガスの酸素濃度を検出するもので、抵抗部１２１、１２２を直列に接続した構成で、３つの端子Ｔ１〜Ｔ３がそれぞれ配線Ｌ１〜Ｌ３を介してガス濃度検出装置１３０の端子Ｓ１〜Ｓ３に接続されている。なお、センサ１２０は、酸素濃度の測定時には図示しないヒータ回路により加熱された状態とされる。
【００６４】
ガス濃度検出部１４０は、制御回路１４１を主体として構成され、２個のアンプ１４２および１４３、３個の抵抗１４４ａ〜１４４ｃ、３個のコンデンサ１４５ａ〜１４５ｃおよび定電流駆動回路１４６を備えている。定電流駆動回路１４６は、直流電源ＶＤＤとグランドとの間に接続される２個の定電流回路１４６ａ、１４６ｂを有する。なお、図示の構成では、ガス濃度検出のための信号を制御回路１４１に取り込む配線系統を省略して示している。
【００６５】
配線異常検出部１５０は、前述の過電圧検出回路４１と同等の構成の３個の過電圧検出回路１５１〜１５３を備えている。また、これら３個の過電圧検出回路１５１〜１５３の後段に、切換スイッチ１５４、ＡＤ変換回路１５５および判定回路１５６を設ける構成である。なお、この実施形態では、過電圧検出回路１５１〜１５３、ＡＤ変換回路１５５が電位検出部として機能し、判定回路１５６は、電位差検出回路および判定回路として機能する。
【００６６】
ＡＤ変換回路１５５は、過電圧検出回路１５１〜１５３のうち、切換スイッチ１５４により接続されるものから出力電圧を取り込んでデジタル信号に変換する。判定回路１５６は、ＡＤ変換回路１５５から入力されるデジタル信号に基づいて、端子Ｓ１〜Ｓ３に接続される配線Ｌ１〜Ｌ３のうちのいずれが高圧電源ＶＢとショートしたかを判別する。
【００６７】
上記構成において、詳細な検出動作については説明を省略するが、配線異常検出部１５０においては、配線Ｌ１〜Ｌ３について、３通りの組み合わせで２本の配線から電圧信号を取り込み、それぞれの配線間の差電圧ΔＶＳを演算し、第３実施形態と同様にして高圧電源ＶＢとショートしたものを特定することができる。
【００６８】
したがって、このような第６実施形態によっても、３端子のガス濃度センサ１２０を用いる構成のガス濃度検出装置１３０についても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、３端子のガス濃度センサ１２０を用いる場合で示したが、４端子以上のガス濃度センサを対象としたガス濃度検出装置に適用することもできる。
また、上記実施形態は、第３実施形態に適用した場合で示したが、第１、第２、第４あるいは第５実施形態の構成に適用することもできる。
【００７０】
（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
【００７１】
上記各実施形態ではセンサとして、ガス濃度センサを用いる場合を示したが、他のセンサを用いるセンサ信号検出装置に適用することもできる。
ＡＤ変換回路８２、８４、１５５を用いてデジタル信号に変換する構成では、ロジック回路で判定することもできるし、マイコンなどによりソフト的に判定処理を実施することもできる。
【００７２】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００７３】
図面中、１０、１２０はガス濃度センサ（センサ）、２０、７０、９０、１３０はガス濃度検出装置、３０、１４０はガス濃度検出部（センサ信号検出装置）、３１、１４１は制御回路、４０、８０、８０ａ、１００、１５０は配線異常検出部、４１、４２、４１ａ、４２ａ、１５１〜１５３は過電圧検出回路（電位検出部、電位差検出回路、レベルシフト回路）、４５は差動アンプ（電位差検出回路）、５３、５４、１１１、１１２はコンパレータ（判定回路）、８２、８４、１５５はＡＤ変換回路（電位差検出回路）、８３、１５６は判定回路（電位差検出回路、判定回路）、１０３は差動アンプ（電位検出部、電位差検出回路）、Ｓ＋、Ｓ−は端子、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は配線である。
【図１】
2018084425.tif 000003
【図２】
2018084425.tif 000004
【図３】
2018084425.tif 000005
【図４】
2018084425.tif 000006
【図５】
2018084425.tif 000007
【図６】
2018084425.tif 000008
【図７】
2018084425.tif 000009
【図８】
2018084425.tif 000010
【図９】
2018084425.tif 000011
【図１０】
2018084425.tif 000012
【図１１】
2018084425.tif 000013