(57)【要約】【課題】印加される電圧よりも高い電圧の駆動信号によって駆動するスイッチング素子を用いて、電磁負荷に供給する電流を制御する。【解決手段】本発明に係る電磁負荷制御装置は、電磁負荷に供給する電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子と、スイッチング素子に印加する電圧を第１昇圧回路と、第１昇圧回路が昇圧した電圧をさらに昇圧する第２昇圧回路と、を備える。スイッチング素子の駆動信号の電圧は、第２昇圧回路が昇圧した電圧を用いて設定される。【選択図】図１
2011217245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁負荷に供給する電流を制御する装置であって、
前記電磁負荷に供給する電流のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるハイサイドスイッチ素子と、
前記ハイサイドスイッチ素子に印加する電圧を昇圧する第１昇圧回路と、
前記ハイサイドスイッチ素子を制御するハイサイド制御信号を生成する制御部と、
前記ハイサイド制御信号にしたがって前記ハイサイドスイッチ素子を駆動するハイサイド駆動信号を出力するハイサイド駆動部と、
前記ハイサイド駆動信号を出力する電圧を前記ハイサイド駆動部に供給する第２昇圧回路と、
を備え、
前記ハイサイドスイッチ素子は、
ソース電圧よりも高い電圧の駆動信号によってＯＮ／ＯＦＦを切り替えるように構成されており、
前記第２昇圧回路は、
前記第１昇圧回路が昇圧した電圧をさらに昇圧した電圧を前記ハイサイド駆動部に供給する
ことを特徴とする電磁負荷制御装置。
【請求項２】
前記第２昇圧回路は、前記第１昇圧回路が昇圧した電圧を、容量素子を用いて昇圧するように構成されており、
前記容量素子の一端は、前記第１昇圧回路の出力に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の電磁負荷制御装置。
【請求項３】
前記電磁負荷に供給する電流のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第２ハイサイドスイッチ素子と、
前記第２ハイサイドスイッチ素子を制御する第２ハイサイド制御信号を生成する第２制御部と、
前記第２ハイサイド制御信号にしたがって前記第２ハイサイドスイッチ素子を駆動する第２ハイサイド駆動信号を出力する第２ハイサイド駆動部と、
前記第２ハイサイド駆動信号を出力する電圧を前記第２ハイサイド駆動部に供給する第２ハイサイド駆動電圧生成回路と、
を備え、
前記第２ハイサイドスイッチ素子は、
前記第１昇圧回路の基準電圧源に接続されるとともに、
ソース電圧よりも高い電圧の駆動信号によってＯＮ／ＯＦＦを切り替えるように構成されており、
前記第２ハイサイド駆動電圧生成回路は、
前記第１昇圧回路の出力電圧を降圧することにより、前記基準電圧源の電圧よりも高い駆動電圧を生成し、その駆動電圧を前記第２ハイサイド駆動部に供給する
ことを特徴とする請求項１記載の電磁負荷制御装置。
【請求項４】
前記第２昇圧回路の出力電圧または前記第２ハイサイド駆動電圧生成回路の出力電圧のうちいずれを前記第２ハイサイド駆動部に供給するかを切り替える電圧切替スイッチを備えた
ことを特徴とする請求項３記載の電磁負荷制御装置。
【請求項５】
前記第１昇圧回路の出力電圧を検出する第１昇圧電圧診断部を備え、
前記第１昇圧電圧診断部は、
前記第１昇圧回路の出力電圧が所定閾値未満に下がったことを検出すると、前記第２ハイサイド駆動電圧生成回路の出力電圧を用いて前記第２ハイサイド駆動信号の電圧を設定するように前記電圧切替スイッチを切り替える
ことを特徴とする請求項４記載の電磁負荷制御装置。
【請求項６】
前記第２ハイサイド駆動電圧生成回路は、
前記基準電圧源に接続されており、前記基準電圧源の電圧の変動にともなって前記駆動電圧を変動させる
ことを特徴とする請求項３記載の電磁負荷制御装置。
【請求項７】
前記第２昇圧回路は、誘導素子を用いて、前記第１昇圧回路が昇圧した電圧を昇圧する
ことを特徴とする請求項１記載の電磁負荷制御装置。
【請求項８】
前記第２昇圧回路の出力電圧を分圧する抵抗は、前記第１昇圧回路の出力に接続されていることを特徴とする請求項７記載の電磁負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁負荷に供給する電流を制御する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガソリンや軽油等を燃料とする、自動車、オートバイ、農耕機、工機、船舶機等の内燃機関制御装置において、燃費や出力向上の目的で、気筒内に直接燃料を噴射するインジェクタが用いられている。このような気筒内直接噴射型インジェクタは、従来の方式と比べ、高圧に加圧した燃料を使用するインジェクタの開弁動作のために、多くのエネルギーを必要とする。また、制御性能（応答性）の向上や高回転（高速度制御）へ対応するために、短時間にこのエネルギーをインジェクタに供給する必要がある。
【０００３】
このようなインジェクタを駆動する回路は、昇圧回路を用いてバッテリー電圧よりも高い電圧を生成し、そこに接続されたスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動する。昇圧電圧を用いて電流を流して短時間に大電流を通電させることによりインジェクタを駆動し、高圧な筒内直接噴射を実現することができる。
【０００４】
下記特許文献１には、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いて通電制御を行う回路が記載されている。Ｐ型のＭＯＳＦＥＴは、ゲートにＬｏ信号を入力することによってＯＮ状態となる。引用文献１では、ドレイン−ソース間電圧（ソース電圧）よりもゲート−ソース間電圧（ゲート電圧）を低くすることによって、ＭＯＳＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦ制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２３４７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、同じ電流容量を持ったＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子の場合、Ｐ型のスイッチング素子の方が、Ｎ型のスイッチング素子よりも高価である。そこで、コスト低減を図るため、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を用いて通電制御を行うことが考えられる。
【０００７】
Ｎ型のＭＯＳＦＥＴはゲートにＨｉ信号を入力することによってＯＮ状態となるので、通電制御を行うためには、ソース電圧よりもゲート電圧を高くする必要がある。しかし引用文献１に記載されている回路構成では、スイッチング素子のソースに印加される昇圧電圧よりも高い電圧が存在しないため、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴを駆動することができない。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、印加される電圧よりも高い電圧の駆動信号によって駆動するスイッチング素子を用いて、電磁負荷に供給する電流を制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電磁負荷制御装置は、電磁負荷に供給する電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子と、スイッチング素子に印加する電圧を第１昇圧回路と、第１昇圧回路が昇圧した電圧をさらに昇圧する第２昇圧回路と、を備える。スイッチング素子の駆動信号の電圧は、第２昇圧回路が昇圧した電圧を用いて設定される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る電磁負荷制御装置によれば、第２昇圧回路によって、スイッチング素子のソース電圧よりも高い電圧の駆動信号をスイッチング素子に提供することができる。これにより、Ｎ型のスイッチング素子を用いて、電磁負荷に供給する電流を通電制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る電磁負荷制御装置の回路図である。
【図２】第２昇圧制御部１３の内部構成を示す図である。
【図３】第２昇圧制御部１３の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】実施の形態１に係る電磁負荷制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５の内部構成を示す図である。
【図６】ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】電圧切替スイッチ２６の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】実施形態２に係る電磁負荷制御装置の回路図である。
【図９】特許文献１に記載されている電磁負荷制御装置の回路構成を示す図である。
【図１０】図９に示す電磁負荷制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】実施形態４に係る電磁負荷制御装置の回路図である。
【図１２】図１１に示す電磁負荷制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜従来の電磁負荷制御装置＞
本発明の実施形態を説明する前に、比較のため、特許文献１に記載されている電磁負荷制御装置の回路構成および動作を説明する。その後、本発明の実施形態に係る電磁負荷制御装置について説明する。
【００１３】
図９は、特許文献１に記載されている電磁負荷制御装置の回路構成を示す図である。図９に示す電磁負荷制御装置は、インジェクタに供給する電流を通電制御する装置である。図９に示す装置は、昇圧回路を用いてバッテリー電圧よりも高い電圧を生成し、Ｐ型のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動してその昇圧電圧を通電制御する。これにより、昇圧電圧を用いて電流を流してインジェクタを駆動し、短時間に大電流を通電させて、圧力の高い筒内直接噴射を実現している。
【００１４】
図９に示す電磁負荷制御装置は、バッテリー１０１、ＶＢ電源端子９９、基準電圧発生回路２、比較回路４、第１昇圧制御部６、昇圧スイッチング出力端子８、昇圧帰還信号入力端子９、昇圧用コイル１０２、昇圧用ダイオード１０３、昇圧用スイッチング素子１０４、昇圧用キャパシタ１０５、昇圧分圧抵抗１０６および１０７を備える。これらの構成は、バッテリー１０１が供給する電圧を昇圧してＶＨハイサイドスイッチング素子２００に供給するためのものである。
【００１５】
バッテリー１０１は、アース１００に接続されている。また、昇圧用スイッチング素子１０４、昇圧用キャパシタ１０５、昇圧分圧抵抗１０７も、それぞれアースされている。
【００１６】
バッテリー１０１は、バッテリー電圧１をＶＢ電源端子９９に印加する。基準電圧発生回路２は、基準電圧３を比較回路４に出力する。比較回路４は、昇圧帰還信号入力端子９から昇圧帰還信号１０を受け取り、基準電圧３と昇圧帰還信号１０を比較してその結果を比較信号５として出力する。第１昇圧制御部６は、昇圧スイッチング信号７を出力して昇圧用スイッチング素子１０４を駆動制御する。昇圧用スイッチング素子１０４は、１次昇圧電圧２４をＶＨハイサイドスイッチング素子２００に印加する。
【００１７】
図９に示す電磁負荷制御装置はさらに、インジェクタドライバ制御部４０、ＶＨドライバ駆動部４２、ＶＨハイサイドスイッチング素子２００、ＶＨハイサイド出力端子４４、プルアップ抵抗２０１、逆流防止ダイオード１１１を備える。これらの構成は、１次昇圧電圧２４に基づくピーク電流をインジェクタ負荷１１４に供給する通電制御を行うためのものである。
【００１８】
インジェクタドライバ制御部４０は、ＶＨハイサイド制御信号４１を出力する。ＶＨドライバ駆動部４２は、ＶＨハイサイド制御信号４１にしたがって、ＶＨハイサイド駆動信号８１を出力し、ＶＨハイサイドスイッチング素子２００を駆動制御する。ＶＨハイサイドスイッチング素子２００は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴである。プルアップ抵抗２０１は、ＶＨハイサイドスイッチング素子２００をＯＦＦするときにゲート電圧をプルアップするための抵抗である。
【００１９】
図９に示す電磁負荷制御装置はさらに、ＶＢドライバ駆動部４６、ＶＢハイサイドスイッチング素子２０３、ＶＢハイサイド出力端子４８、プルアップ抵抗２０２、逆流防止ダイオード１１３を備える。これらの構成は、バッテリー電圧１に基づくホールド電流をインジェクタ負荷１１４に供給する通電制御を行うためのものである。
【００２０】
インジェクタドライバ制御部４０は、ＶＢハイサイド制御信号４５を出力する。ＶＢドライバ駆動部４６は、ＶＢハイサイド制御信号４５にしたがって、ＶＢハイサイド駆動信号８２を出力し、ＶＢハイサイドスイッチング素子２０３を駆動制御する。ＶＢハイサイドスイッチング素子２０３は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴである。プルアップ抵抗２０２は、ＶＢハイサイドスイッチング素子２０３をＯＦＦするときにゲート電圧をプルアップするための抵抗である。
【００２１】
図９に示す電磁負荷制御装置はさらに、ロウサイドドライバ駆動部５０、ロウサイドスイッチング素子１１５、ロウサイド出力端子５２を備える。インジェクタドライバ制御部４０は、ロウサイド制御信号４９を出力する。ロウサイドドライバ駆動部５０は、ロウサイド制御信号４９にしたがって、ロウサイド駆動信号５１を出力し、ロウサイドスイッチング素子１１５を駆動制御する。ロウサイドスイッチング素子１１５は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。
【００２２】
以上説明した回路構成のうち、図９の点線１１６で囲んでいる部分は、インジェクタ駆動集積回路１１６として一体的に構成することもできる。
【００２３】
図１０は、図９に示す電磁負荷制御装置の動作を示すタイミングチャートである。以下図１０を用いて、図９に示す電磁負荷制御装置の動作を説明する。
【００２４】
インジェクタ駆動集積回路１１６のＶＢ電源端子９９にバッテリー電圧１が印加されると、第１昇圧制御部６が動作して、昇圧スイッチング信号７がＨｉ／Ｌｏのトグルを繰り返す。これにより、昇圧用スイッチング素子１０４がＯＮ／ＯＦＦ制御される。このスイッチング動作によって、昇圧用コイル１０２に蓄えられたエネルギーが、昇圧用ダイオード１０３を通して昇圧用キャパシタ１０５にチャージされ、１次昇圧電圧２４が生成される。１次昇圧電圧２４は分圧抵抗１０６および１０７によって分圧され、昇圧帰還信号１０が生成される。昇圧帰還信号１０は、昇圧帰還信号入力端子９より比較回路４に入力される。比較回路４は、基準電圧３と昇圧帰還信号１０を比較して比較信号５を生成する。第１昇圧制御部６は、比較信号５に基づき、１次昇圧電圧２４を所定の昇圧電圧レベル１６３へと昇圧させる。
【００２５】
インジェクタドライバ制御部４０は、１次昇圧電圧２４が昇圧電圧レベル１６３に昇圧されている状態で、ＶＨハイサイド制御信号４１、ＶＢハイサイド制御信号４５、ロウサイド制御信号４９を、それぞれ図１０のようなタイミングで出力する。ＶＨドライバ駆動部４２、ＶＢドライバ駆動部４６、ロウサイドドライバ駆動部５０は、それぞれ対応する駆動信号を出力する。
【００２６】
ＶＨドライバ駆動部４２は、ＶＨハイサイド駆動信号８１を出力する。このとき出力される電圧は、１次昇圧電圧２４に対して、電圧値２１０だけ低い。ＶＨハイサイド駆動信号８１により、ＶＨハイサイドスイッチング素子２００のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓが確保され、ＶＨハイサイドスイッチング素子２００はＯＮする。これにより、１次昇圧電圧２４に基づく電流が通電され、短期間に大電流がインジェクタ１１４に供給され、ピーク電流１１７ａが流れる。
【００２７】
同様に、ＶＢドライバ駆動部４６は、ＶＢハイサイド駆動信号８２を出力する。このとき出力される電圧は、バッテリー電圧１に対して、電圧値２１１だけ低い。ＶＢハイサイド駆動信号８２により、ＶＢハイサイドスイッチング素子２０３のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓが確保され、ＶＢハイサイドスイッチング素子２０３はＯＮする。これにより、バッテリー電圧１に基づく電流がインジェクタ１１４に供給され、ホールド電流１１７ｂが流れる。
【００２８】
インジェクタドライバ制御部４０は、ＶＨハイサイドスイッチング素子２００とＶＢハイサイドスイッチング素子２０３がＯＮしている期間、Ｈｉレベルのロウサイド制御信号４９を出力する。ロウサイドドライバ駆動部５０は、ロウサイド制御信号４９にしたがってＨｉレベルのロウサイド駆動信号５１を出力する。これにより、ロウサイドスイッチング素子１１５は、ＯＮ状態を維持する。
【００２９】
以上の動作により、インジェクタ１１４には電流１１７が流れ、これによってインジェクタ弁が駆動し、燃料が噴射される。
【００３０】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る電磁負荷制御装置の回路図である。図１に示す回路は、上述の図９で説明した回路に加え、第２昇圧制御部１３、外部端子１５および１７、２次昇圧電圧入力端子１９、１次昇圧電圧入力端子２２、第２昇圧キャパシタＡ１０８、第２昇圧キャパシタＢ１０９を備える。これらの構成は、１次昇圧電圧２４を基準としてさらに昇圧した２次昇圧電圧２１を生成するためのものである。
【００３１】
第２昇圧制御部１３には、外部端子１５および１７を介して第２昇圧キャパシタＡ１０８が接続され、２次昇圧電圧入力端子１９と１次昇圧電圧入力端子２２を介して第２昇圧キャパシタＢ１０９が接続されている。第２昇圧制御部１３は、１次昇圧電圧入力端子２２から１次昇圧電圧２４を受け取る。第２昇圧制御部１３は、第２昇圧キャパシタＡ１０８および第２昇圧キャパシタＢ１０９を用いて、１次昇圧電圧２４を基準電圧としてさらに昇圧した２次昇圧電圧２１を生成する。
【００３２】
図１に示す電磁負荷制御装置はさらに、上述の図９で説明した回路に加え、ＶＨ電圧診断部１２、ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５、電圧切替スイッチ２６を備える。これらの構成は、バッテリー電圧１より高いＶＢドライバ駆動電圧２７を生成するためのものである。
【００３３】
ＶＨ電圧診断部１２は、昇圧帰還信号入力端子９から昇圧帰還信号１０を受け取って基準電圧３と比較し、１次昇圧電圧２４が基準値を満たしているか否かを診断する。また診断結果に基づき、電圧切替スイッチ２６を切り替える。ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５は、１次昇圧電圧２４を降圧してバッテリー電圧１より高いＶＢドライバ駆動電圧２７を生成する。電圧切替スイッチ２６は、ＶＨ電圧診断部１２からの指示にしたがって切り替わり、２次昇圧電圧２１またはＶＢドライバ駆動電圧２７のいずれかを、電圧切替スイッチ出力電圧２８として出力する。
【００３４】
図１に示す電磁負荷制御装置はさらに、上述の図９で説明した回路におけるＶＨハイサイドスイッチング素子２００とＶＢハイサイドスイッチング素子２０３に代えて、ＶＨハイサイドスイッチング素子１１０とＶＢハイサイドスイッチング素子１１２を備える。これらはいずれもＮ型のＭＯＳＦＥＴである。
【００３５】
また、上述の回路構成の差異に起因して、ＶＨドライバ駆動部４２とＶＢドライバ駆動部４６は、ＶＨハイサイド駆動信号８１とＶＢハイサイド駆動信号８２に代えて、それぞれＶＨハイサイド駆動信号４３とＶＢハイサイド駆動信号４７を出力する。プルアップ抵抗２０１と２０２は、設けていない。
【００３６】
以上、本実施の形態１に係る電磁負荷制御装置の回路構成について説明した。次に、各部の詳細を説明する。
【００３７】
図２は、第２昇圧制御部１３の内部構成を示す図である。第２昇圧制御部１３は、２次昇圧電位差源１３ａ、定電流源１３ｃ、ダイオード１３ｄおよび１３ｅ、切替スイッチ１３ｈを備える。これらの動作については、後述の図３で改めて説明する。
【００３８】
図３は、第２昇圧制御部１３の動作を示すタイミングチャートである。以下図３を用いて、第２昇圧制御部１３の動作を説明する。
【００３９】
バッテリー１０１を投入すると、バッテリー電圧１がＶＢ電源端子９９に印加される。この電圧レベルを、図３の電圧レベル１６０に示している。第１昇圧制御部６は動作を開始し、昇圧スイッチング信号７を出力する。これにより昇圧用スイッチング素子１０４がＯＮ／ＯＦＦを繰り返しながら、昇圧用コイル１０２に電気エネルギーが蓄えられる。昇圧用コイル１０２に蓄えられた電気エネルギーは、昇圧用ダイオード１０３を介して昇圧用キャパシタ１０５にチャージされ、１次昇圧電圧２４が生成される。この電圧レベルを、図３の電圧レベル１６３に示している。
【００４０】
１次昇圧電圧２４は、１次昇圧電圧入力端子２２から、第２昇圧制御部１３およびその内部の切替えスイッチ１３ｈに入力する。一方、２次昇圧電位差電源１３ａおよび定電流源１３ｃによって、１次昇圧電圧２４よりも電位差１６１だけ低い２次昇圧電位信号１３ｂが生成される。この電圧レベルは、図３の電圧レベル１６２に示している。２次昇圧電位信号１３ｂは、切替スイッチ１３ｈに入力される。
【００４１】
切替スイッチ１３ｈは、所定周波数の昇圧クロック１３ｉによって切替動作する。これにより、２次昇圧スイッチ信号１６の電圧レベルは、上述の２つの電圧レベル１６２および１６３の間で切り替えられる。電圧レベル１６２＝１次昇圧電圧２４−電位差１６１＝２次電位信号１３ｂであり、電圧レベル１６３＝１次昇圧電圧２４である。
【００４２】
２次昇圧スイッチ信号１６が第２昇圧キャパシタＡ１０８の端子１０８ｂに入力されると、キャパシタの特性によって、端子１０８ａの電圧１４は図３に示すような波形となる。すなわち、切替スイッチ１３ｈが図２の上側に切り替わっているときは、第２昇圧キャパシタＡ１０８の印加電圧は、電圧レベル１６８＝電圧レベル１６３−ダイオード電圧降下１３ｆとなる。切替スイッチ１３ｈが図２の下側に切り替わっているときは、第２昇圧キャパシタＡ１０８の印加電圧は、電位差１６１がさらに加算され、電圧レベル１６４＝電圧レベル１６３＋電位差１６１−ダイオード電圧降下１３ｆとなる。
【００４３】
第２昇圧キャパシタＡ１０８の両端電圧は、さらに昇圧ダイオード１３ｅを介して第２昇圧キャパシタＢ１０９に印加され、図３の電圧レベル１６５が生成される。この電圧レベル１６５は、２次昇圧電圧２１として出力される。電圧レベル１６５＝電圧レベル１６３＋電位差１６１−ダイオード電圧降下１３ｆ−ダイオード電圧降下１３ｇとなる。
【００４４】
以上説明した、第２昇圧制御部１３の動作によって、１次昇圧電圧２４よりもさらに電位差１６６だけ電圧レベルが高い２次昇圧電圧２１を得ることができる。
【００４５】
２次昇圧電圧２１は、ＶＨドライバ駆動部４２に入力される。ＶＨドライバ駆動部４２は、ＶＨハイサイド制御信号４１にしたがってＶＨハイサイド駆動信号４３を出力する。ＶＨハイサイド駆動信号４３の電圧レベルは、２次昇圧電圧２１の電圧レベルに準じる。したがって、ＶＨハイサイドスイッチング素子１１０のゲートには、１次昇圧電圧２４の電圧レベル１６３よりも電位差１６６だけ高い電圧レベル１６５を有する駆動信号が入力される。これにより、ＶＨハイサイドスイッチング素子１１０をＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。
【００４６】
図４は、本実施の形態１に係る電磁負荷制御装置の動作を示すタイミングチャートである。図４に示すタイミングチャートは、上述の図１０に対応するものである。
【００４７】
図１０に示したタイミングチャートと異なり、ＶＨハイサイド制御信号４１がＨｉになっている期間において、ＶＨハイサイド駆動信号４３の電圧レベルは、１次昇圧電圧２４の電圧レベル１６３よりもさらに電位差１６６だけ高い電圧レベル１６５を有する。これにより、ＶＨハイサイドスイッチング素子１１０がＯＮになり、インジェクタ１１４にピーク電流１１７ａを流すことができる。
【００４８】
図５は、ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５の内部構成を示す図である。ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５は、誤差アンプ２５ａ、出力トランジスタ２５ｂ、基準電源２５ｃ、分圧抵抗２５ｄおよび２５ｅを備える。基準電源２５ｃ、分圧抵抗２５ｄおよび２５ｅはバッテリー１０１に接続されており、バッテリー電圧１を基準電圧とする。これら回路の動作については、後述の図６で改めて説明する。
【００４９】
図５に示す回路は、１次昇圧電圧２４を降圧する降圧型電圧レギュレータ回路である。１次昇圧電圧２４を降圧することができれば、図５に示す回路構成とは異なる回路構成を用いることもできる。
【００５０】
図６は、ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５の動作を示すタイミングチャートである。以下図６を用いて、ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５の動作を説明する。
【００５１】
ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５には、１次昇圧電圧２４が入力される。ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５は、１次昇圧電圧２４を電位差２５ｈだけ降圧したＶＢドライバ駆動電圧２７を出力する。ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５は、バッテリー電圧１を基準電圧として１次昇圧電圧２４を降圧する回路であるため、ＶＢドライバ駆動電圧２７はバッテリー電圧１よりも高くなる。この差分を、図６の電位差１６７に示した。
【００５２】
一方、図５に示す回路構成において、基準電源２５ｃ、分圧抵抗２５ｄおよび２５ｅは、バッテリー１０１に接続されているので、バッテリー電圧１が図６の区間１７０〜１７１に示すように変動しても、ＶＢドライバ駆動電圧２７はこれに追従して変動する。したがって、バッテリー電圧１とＶＢドライバ駆動電圧２７の電位差１６７は常に一定となり、ＶＢハイサイドスイッチング素子１１２のゲートに加えられるＶＢハイサイド駆動信号４７の電圧が安定する。これにより、ＶＢハイサイドスイッチング素子１１２を安定的にＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。
【００５３】
ＶＢドライバ駆動部４６にはバッテリー電圧１よりも高いＶＢドライバ駆動電圧２７が入力され、ＶＢドライバ駆動部４６はこれに基づき、バッテリー電圧１よりも高いＶＢハイサイド駆動信号４７を出力することができる。これによりＶＢドライバ駆動部４６は、Ｎ型スイッチング素子であるＶＢハイサイドスイッチング素子１１２をＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。したがって、図４に示すように、バッテリー電圧１に基づきインジェクタ１１４にホールド電流１１７ｂを流し、インジェクタ１１４を駆動させることができる。
【００５４】
図７は、電圧切替スイッチ２６の動作を示すタイミングチャートである。電圧切替スイッチ２６は、１次昇圧電圧２４が変動したときに備え、２次昇圧電圧２１とＶＢドライバ駆動電圧２７のうちいずれをＶＢドライバ駆動部４６に入力するかを切り替える。以下図７を用いて、電圧切替スイッチ２６の動作を説明する。
【００５５】
図７の期間１８０では、１次昇圧電圧２４は正常状態である。この場合、１次昇圧電圧２４は、バッテリー電圧１に対して十分高いので、ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５が出力するＶＢドライバ駆動電圧２７もバッテリー電圧１に対して十分高い。また、１次昇圧電圧２４は正常状態であるので、ＶＨ電圧診断部１２は、ＶＨ電圧診断信号１１をＬｏレベル（異常なしを示す）で出力する。電圧切替スイッチ２６は、ＬｏレベルのＶＨ電圧診断信号１１を受け取っている間は、ＶＢドライバ駆動電圧２７を出力する側に切り替わっている。
【００５６】
したがって期間１８０では、バッテリー電圧１に対して十分高いＶＢドライバ駆動電圧２７に基づいて、ＶＢハイサイドスイッチング素子１１２をＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。
【００５７】
図７の期間１８１において、例えば素子の故障等によって、１次昇圧電圧２４が低下しているものと仮定する。この場合、図７の電圧閾値１８７に示すように、１次昇圧電圧２４がＶＢドライバ駆動電圧２７以下となる可能性がある。ＶＢドライバ駆動電圧２７も、１次昇圧電圧２４が低下するのにともなって低下する。
【００５８】
１次昇圧電圧２４が電圧閾値１８７以下となると、ＶＨ電圧診断部１２はその旨を検出し、ＶＨ電圧診断信号１１をＨｉレベルで出力する。電圧切替スイッチ２６は、図７に示すタイミング１８５でＨｉレベルのＶＨ電圧診断信号１１を受け取り、２次昇圧電圧２１を選択する側に切り替わる。
【００５９】
２次昇圧電圧２１は正常に昇圧されているので、１次昇圧電圧２４に対して、電位差レベル１６６が確保されている。したがって、電圧切替スイッチ出力電圧２８は２次昇圧電圧２１となる。
【００６０】
１次昇圧電圧２４がさらに低下して安定する期間１８３においても、電圧切替スイッチ出力電圧２８は、バッテリー電圧１に対して所定の電位差１８８を保っている。これにより、１次昇圧電圧２４が何らかの理由で低下したとしても、ＶＢハイサイドスイッチング素子１１２を正常にＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。
以上、電磁負荷制御装置の回路構成および各部の詳細動作を説明した。
【００６１】
以上のように、本実施の形態１に係る電磁負荷制御装置によれば、ＶＨハイサイドスイッチング素子１１０はＮ型ＭＯＳＦＥＴで構成されており、第２昇圧制御部１３は、１次昇圧電圧２４を基準としてさらに昇圧した２次昇圧電圧２１を、ＶＨドライバ駆動部４２に供給する。これにより、ＶＨハイサイドスイッチング素子１１０のゲート電圧を、ソース電圧よりも高くすることができるので、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴを用いてインジェクタ１１４にピーク電流１１７ａを供給することができる。
【００６２】
また、本実施の形態１に係る電磁負荷制御装置によれば、第２昇圧制御部１３が備えるキャパシタは、１次昇圧電圧２４が印加されるように回路接続されている。したがって第２昇圧制御部１３は、１次昇圧電圧２４を基準としてさらに昇圧した２次昇圧電圧２１を出力することができる。これにより、ＶＨハイサイドスイッチング素子１１０のゲート電圧は、ソース電圧よりも高くなるので、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴを用いて、インジェクタ１１４にピーク電流１１７ａを供給するように通電制御を行うことができる。
【００６３】
また、本実施の形態１に係る電磁負荷制御装置によれば、ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５は、１次昇圧電圧２４を降圧してバッテリー電圧１より高いＶＢハイサイド駆動電圧２７を生成する。これにより、ＶＢハイサイドスイッチング素子１１２のゲート電圧は、ソース電圧（＝バッテリー電圧１）よりも高くなるので、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴを用いて、インジェクタ１１４にホールド電流１１７ｂを供給するように通電制御を行うことができる。
【００６４】
また、本実施の形態１に係る電磁負荷制御装置は、２次昇圧電圧２１とＶＢハイサイド駆動電圧２７のうちいずれを出力するかを切り替える電圧切替スイッチ２６を備える。これにより、バッテリー電圧１よりも高い方を選択してＶＢドライバ駆動部４６に出力することができるので、２次昇圧電圧２１またはＶＢハイサイド駆動電圧２７が変動してバッテリー電圧１より低くなっても、ＶＢハイサイドスイッチング素子１１２を安定して駆動制御することができる。
【００６５】
また、本実施の形態１に係る電磁負荷制御装置は、１次昇圧電圧２４が電圧閾値１８７未満になったことを検出するＶＨ電圧診断部１２を備える。電圧切替スイッチ２６は、ＶＨ電圧診断部１２が出力するＶＨ電圧診断信号１１に基づき、２次昇圧電圧２１とＶＢハイサイド駆動電圧２７のうちいずれを出力するかを切り替える。これにより、１次昇圧電圧２４が何らかの原因で低下してＶＢハイサイド駆動電圧２７がこれにともない低下しても、ＶＢハイサイドスイッチング素子１１２を安定して駆動制御することができる。
【００６６】
また、本実施の形態１において、ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５が備える基準電源２５ｃ、分圧抵抗２５ｄおよび２５ｅはバッテリー１０１に接続されており、ＶＢドライバ駆動電圧生成回路２５はバッテリー電圧１を基準電圧とする。これにより、バッテリー電圧１が変動しても、ＶＢドライバ駆動電圧２７はこれに追従して変動するので、常に一定の電位差１６７をＶＢハイサイドスイッチング素子１１２のゲートに供給し、ＶＢハイサイドスイッチング素子１１２を安定的に駆動制御することができる。
【００６７】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、キャパシタを用いたチャージポンプの原理を利用して、２次昇圧電圧２１を生成する例を説明した。本発明の実施の形態２では、１次昇圧電圧２４を生成する回路構成と同様の構成を用いて２次昇圧電圧２１を生成する例を説明する。
【００６８】
図８は、本実施形態２に係る電磁負荷制御装置の回路図である。図８に示す回路は、実施の形態１で説明した回路における、第２昇圧制御部１３、外部端子１５および１７、第２昇圧キャパシタＡ１０８、第２昇圧キャパシタＢ１０９に代えて、比較回路６０、第２昇圧制御部６２、昇圧スイッチング出力端子６４、昇圧帰還信号入力端子６５、昇圧用コイル１２０、昇圧用ダイオード１２１、昇圧用スイッチング素子１２２、昇圧用キャパシタ１２３、昇圧分圧抵抗１２４および１２５を備える。昇圧分圧抵抗１２５の一端は、１次昇圧電圧２４に接続されている。これらの構成は、１次昇圧電圧２４を基準としてさらに昇圧した２次昇圧電圧２１を生成するためのものである。
【００６９】
比較回路６０は、昇圧帰還信号入力端子６５から昇圧帰還信号６６を受け取り、基準電圧３と昇圧帰還信号６６を比較してその結果を比較信号６１として出力する。第２昇圧制御部６２は、昇圧スイッチング信号６３を出力して昇圧用スイッチング素子１２２を駆動制御する。昇圧用スイッチング素子１２２は、２次昇圧電圧２１をＶＨドライバ駆動部４２に供給する。
【００７０】
本実施形態２において、１次昇圧電圧２４を分圧する昇圧分圧抵抗１０６および１０７の分圧比と、２次昇圧電圧２１を分圧する昇圧分圧抵抗１２４および１２５の分圧比は、異なる値となっている。そのため、１次昇圧電圧２４と２次昇圧電圧２１は、異なる電圧になっている。また、１次昇圧電圧２４を分圧する抵抗１０７はアースされているのに対し、２次昇圧電圧２１を分圧する抵抗１２５は、一端の電位が１次昇圧電圧２４の電位となるように接続されている。
【００７１】
上記構成により、１次昇圧電圧２４はインジェクタ１１４に電流を通電するために用いるとともに、２次昇圧電圧２１はＶＨハイサイドスイッチング素子１１０をＯＮ／ＯＦＦ制御するために用いることができる。
【００７２】
以上のように、本実施の形態２に係る電磁負荷制御装置は、１次昇圧電圧２４を生成する昇圧回路と同様の構成を用いて、２次昇圧電圧２１を生成する。これにより、実施の形態１と同様の効果を発揮することができる。
【００７３】
＜実施の形態３＞
以上の実施形態１〜２では、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴを用いる例を示したが、その他のＮ型スイッチング素子を用いて同様の効果を発揮することもできる。
【００７４】
＜実施の形態４＞
以上の実施形態１〜３では、１次昇圧にダイオードを用いて、１次昇圧電圧２４を生成する例を示した。本発明の実施の形態４に係る電磁負荷制御装置は、昇圧用ダイオード１０３の代わりにＮ型ＭＯＳＦＥＴ整流素子を用いる例を説明する。
【００７５】
図１１は、本実施の形態４に係る電磁負荷制御装置の回路図である。図１１に示す回路は、昇圧用ダイオード１０３の代わりにＮ型ＭＯＳＦＥＴ整流素子２５０を用いている。また、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ整流素子２５０はＶＨ過電圧保護部２５１に接続されている。ＶＨ過電圧保護部２５１は、２次昇圧電圧２１の電圧に応じて、ＶＨ過電圧制御端子を解してＶＨ過電圧制御信号２５３を出力し、これによってＮ型ＭＯＳＦＥＴ整流素子２５０をＯＮ/ＯＦＦ制御する。その他の構成については、実施形態１〜３と同様の回路構成を採用することができる。
【００７６】
図１２は、図１１に示す電磁負荷制御装置の動作を示すタイミングチャートである。以下、図１１に示す電磁負荷制御装置の動作を、図１２のタイミングチャートにしたがって説明する。
【００７７】
１次昇圧電圧２４が、所定の１次昇圧電圧１６３に昇圧された後、何らかの理由によってさらに昇圧され、図中に示す所定のＶＨ電圧２６０まで上昇する。ＶＨ過電圧保護部２５１は、１次昇圧電圧２４が所定のＶＨ電圧２６０を越えたことを検出する。この時ＶＨ過電圧保護部２５１は、ＶＨ過電圧制御信号２５３を出力し、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ整流素子２５０がＯＮされ、蓄えられた電荷を放電する。これにより１次昇圧電圧２４は、過昇圧状態であるＶＨ電圧２６０の電圧から、通常のＶＨ電圧１６３に戻る。したがって、過昇圧状態における各素子の耐圧オーバーによる破壊などを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００７８】
１：バッテリー電圧、２：基準電圧発生回路、３：基準電圧、４：比較回路、５：比較信号、６：第１昇圧制御部、７：昇圧スイッチング信号、８：昇圧スイッチング出力端子、９：昇圧帰還信号入力端子、１０：昇圧帰還信号、１２：ＶＨ電圧診断部、１３：第２昇圧制御部、１３ａ：２次昇圧電位差源、１３ｃ：定電流源、１３ｄおよび１３ｅ：ダイオード、１３ｈ：切替スイッチ、１３ｉ：昇圧クロック、１５および１７：外部端子、１６：２次昇圧スイッチ信号、１９：２次昇圧電圧入力端子、２２：１次昇圧電圧入力端子、２５：ＶＢドライバ駆動電圧生成回路、２５ａ：誤差アンプ、２５ｂ：出力トランジスタ、２５ｃ：基準電源、２５ｄおよび２５ｅ：分圧抵抗、２６：電圧切替スイッチ、２７：ＶＢドライバ駆動電圧、４０：インジェクタドライバ制御部、４１：ＶＨハイサイド制御信号、４２：ＶＨドライバ駆動部、４３：ＶＨハイサイド駆動信号、４４：ＶＨハイサイド出力端子、４５：ＶＢハイサイド制御信号、４６：ＶＢドライバ駆動部、４７：ＶＢハイサイド駆動信号、４８：ＶＢハイサイド出力端子、４９：ロウサイド制御信号、５０：ロウサイドドライバ駆動部、５１：ロウサイド駆動信号、５２：ロウサイド出力端子、６０：比較回路、６２：第２昇圧制御部、６４：昇圧スイッチング出力端子、６５：昇圧帰還信号入力端子、９９：ＶＢ電源端子、１００：アース、１０１：バッテリー、１０２：昇圧用コイル、１０３：昇圧用ダイオード、１０４：昇圧用スイッチング素子、１０５：昇圧用キャパシタ、１０６および１０７：昇圧分圧抵抗、１０８：第２昇圧キャパシタＡ、１０９：第２昇圧キャパシタＢ、１１０：ＶＨハイサイドスイッチング素子、１１１：逆流防止ダイオード、１１２：ＶＢハイサイドスイッチング素子、１１３：逆流防止ダイオード、１１４：インジェクタ負荷、１１５：ロウサイドスイッチング素子、１１６：インジェクタ駆動集積回路、１１７ａ：ピーク電流、１１７ｂ：ホールド電流、１２０：昇圧用コイル、１２１：昇圧用ダイオード、１２２：昇圧用スイッチング素子、１２３：昇圧用キャパシタ、１２４および１２５：昇圧分圧抵抗、２００：ＶＨハイサイドスイッチング素子、２０１：プルアップ抵抗、２０２：プルアップ抵抗、２０３：ＶＢハイサイドスイッチング素子、２５０：Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ整流素子、２５１：ＶＨ過電圧保護部、２５２：ＶＨ過電圧制御端子、２５３：ＶＨ過電圧制御信号。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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