(57)【要約】【課題】負荷を駆動するスイッチング素子を適正な温度範囲で駆動させる技術を提供する。【解決手段】通常制御状態では、ＭＣＳ２０は、電源電圧や指示値等に基づき、モータ６０の動作状態をＰＷＭ駆動、ＤＣ駆動及び出力停止に遷移させる。ＭＣＳ２０は、自己診断出力回路４０の出力や温度検出回路７０の出力のモニタリングの結果、異常が発生していると判断した場合、ＭＣＳ２０はモータ６０のモータ制御状態を、フェイルセーフ制御Ｉに遷移させる。ここで、ＰＷＭ駆動中であれば、ＭＣＳ２０は、温度検出回路７０の出力に基づいてＩＰＳ３０の温度を算出し、所定温度以上、例えば１１０度以上であると判断すると、モータの駆動態様をＰＷＭ駆動からＤＣ駆動へと遷移させる。【選択図】図４
2011040942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ駆動及びパルス変調駆動によって動作する負荷を駆動するドライバと、
前記ドライバに含まれ、前記ドライバに流れる電流を検知する保護手段と、
前記ドライバの近傍に配置され、前記ドライバの発熱状態を検知する温度検知手段と、
前記負荷をＤＣ駆動又はパルス変調駆動のいずれかで動作させるかを決定する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、パルス変調駆動中に所定の温度以上の温度を検出したときに、ＤＣ駆動に切替えて、前記ドライバに流れる電流の計測を行うことを特徴とする負荷駆動制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、ＤＣ駆動中に所定の電流値以上の電流が流れていると判断したときに、短時間のＤＣ駆動を一定期間毎に行うよう制御することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動制御装置。
【請求項３】
前記保護手段は、前記ドライバの温度を検出するドライバ内温度検出手段を備え、
前記ドライバ内温度検出手段が所定の温度以上の温度を検知したときに、前記ドライバの動作を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動制御装置。
【請求項４】
燃料ポンプのモータを、スイッチング素子及び自己保護機能を有するＩＰＳを用いてＤＣ駆動又はパルス変調駆動させる装置における負荷駆動制御方法であって、
前記スイッチング素子に流れる電流を検知する電流検知工程と、
前記スイッチング素子の近傍の温度を検知する温度検知工程と、
前記モータをパルス変調駆動中に、前記温度検出工程が検知した温度が所定以上である場合に、前記モータの駆動態様を前記ＤＣ駆動に変更するＤＣ駆動遷移工程と、
を備えることを特徴とする負荷駆動制御方法。
【請求項５】
前記モータをＤＣ駆動中に、前記ドライバを流れる電流が所定値以上である場合に、前記モータが短時間のＤＣ駆動を一定期間毎に行うよう制御するリトライ駆動工程を備えることを特徴とする請求項４に記載の負荷駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷駆動制御装置及び負荷駆動制御方法に係り、例えば、ＤＣ（Direct Currency）駆動及びパルス変調駆動により動作するポンプ等の負荷に関する負荷駆動制御装置及び負荷駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される燃料ポンプのモータ等の負荷の駆動手段には、ＤＣ駆動やＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御等のパルス変調駆動が用いられている。そして、車両の状態に応じて、ＤＣ駆動や、パルス変調駆動、及び停止処理等を適宜制御することで燃料ポンプの動作状態が制御されている。
【０００３】
仮にスイッチング素子に故障が発生すると、適切に負荷を駆動させることができなくなってしまうため、故障の発生防止のために様々な技術が提案されている。ドライバ（スイッチング素子）の故障の原因にはいくつかあるが、代表的なものがスイッチング素子に流れる過電流であり、また、回路が高温になることである。スイッチング素子に過電流が流れると、当然に回路が高温になることも想定されるとともに、モータ等の故障にもつながり、適切な回避手段が求められている。
【０００４】
例えば、スイッチング素子をモータの過電流による故障から保護する目的のためモータの過電流を検知する技術として、図１に示すように、スイッチング素子に流れる電流を検知する技術がある。図１のＦＰＣＭ（Fuel Pump Control Module）１１０ａは、燃料ポンプのモータ１６０の駆動を制御する装置であって、ＭＣＳ（Motor Control System）１２０とＩＰＳ（Intelligent Power Switch）１３０とを備えている。ＩＰＳ１３０は、ドライバ１３５と自己診断出力回路１４０とを備えている。ドライバ１３５は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴであるハイサイド・トランジスタ１３１とｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるローサイド・トランジスタ１３２とを備えている。そして、ＭＣＳ１２０は、ハイサイド・トランジスタ１３１とローサイド・トランジスタ１３２とをＰＷＭ制御によりスイッチング動作させることで、モータ１６０をＰＷＭ駆動させる。ＤＣ駆動する場合は、ＭＣＳ１２０は、ハイサイド・トランジスタ１３１をオン継続し、ローサイド・トランジスタ１３２をオフ継続する。
【０００５】
また、自己診断出力回路１４０はドライバ１３５のハイサイド・トランジスタ１３１に流れる電流を検知する電流検知機能及びエラー発生を検出する機能等を有する。自己診断出力回路１４０の電流検知機能は、例えば、ハイサイド・トランジスタ１３１に流れる電流の数千分の１の電流を出力する。この電流検知機能の出力部と接地との間に所定の抵抗が設けられており、ＭＣＳ１２０は上記抵抗の電流検知機能の出力部側の電圧を検知することで、過電流の有無を判別する。
【０００６】
さらにまた、別の技術として、図２のＦＰＣＭ１１０ｂに示すように、ＩＰＳ１３０の近傍に配置された温度検出回路１７０により温度を検出することで、ドライバ１３５の過電流を推定する技術がある。さらに、図２の技術を応用した技術として、検知した温度に応じて、電流制限値を段階的に設定する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２２８７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図１のＦＰＣＭ１１０ａでは、ＰＷＭ駆動で動作している場合、電流値を正しく判断することが難しいという課題があった。具体的には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、モータ１６０のインダクタンス成分（コイル成分）にバラツキがあると、ドライバ１３５におけるスイッチング動作が同じであっても、モータ１６０に供給される電流が異なってくることがある。その結果、自己診断出力回路１４０の電流センサ機能を使っても、ＭＣＳ１２０で正しく過電流を判別することが難しいという課題があった。それを解決するためには、高精度のサーミスタが必要となり、コストの観点から別の技術が求められていた。また、上述のように、負荷の特性のバラツキによってドライバ１３５の電流が異なってくるため、ドライバ１３５の発熱量にバラツキが生じ、過電流に関して精度のよい判断が難しいという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、負荷を駆動するスイッチング素子を適正な温度範囲で駆動させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様は、負荷駆動制御装置に関する。この負荷駆動制御装置は、ＤＣ駆動及びパルス変調駆動によって動作する負荷を駆動するドライバと、前記ドライバに含まれ、前記ドライバに流れる電流を検知する保護手段と、前記ドライバの近傍に配置され、前記ドライバの発熱状態を検知する温度検知手段と、前記負荷をＤＣ駆動又はパルス変調駆動のいずれかで動作させるかを決定する制御手段とを備え、前記制御手段は、パルス変調駆動中に所定の温度以上の温度を検出したときに、ＤＣ駆動に切替えて、前記ドライバに流れる電流の計測を行う。
また、前記制御手段は、ＤＣ駆動中に所定の電流値以上の電流が流れていると判断したときに、短時間のＤＣ駆動を一定期間毎に行うよう制御してもよい。
また、前記保護手段は、前記ドライバの温度を検出するドライバ内温度検出手段を備え、前記ドライバ内温度検出手段が所定の温度以上の温度を検知したときに、前記ドライバの動作を停止させてもよい。
本発明の別の態様は、負荷駆動制御方法に関する。この負荷駆動制御方法は、燃料ポンプのモータを、スイッチング素子及び自己保護機能を有するＩＰＳを用いてＤＣ駆動又はパルス変調駆動させる装置における負荷駆動制御方法であって、前記スイッチング素子に流れる電流を検知する電流検知工程と、前記スイッチング素子の近傍の温度を検知する温度検知工程と、前記モータをパルス変調駆動中に、前記温度検出工程が検知した温度が所定以上である場合に、前記モータの駆動態様を前記ＤＣ駆動に変更するＤＣ駆動遷移工程と、を備える。
また、前記モータをＤＣ駆動中に、前記ドライバを流れる電流が所定値以上である場合に、前記モータが短時間のＤＣ駆動を一定期間毎に行うよう制御するリトライ駆動工程を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、負荷を駆動するスイッチング素子を適正な温度範囲で駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術に係る、燃料ポンプを駆動するＦＰＣＭの概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】従来技術に係る、燃料ポンプを駆動するＦＰＣＭの概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３】従来技術に係る、燃料ポンプのモータのインダクタンスのバラツキによってＭＣＳが検知する電圧の信号の理想波形と実波形の例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、燃料ポンプのモータを駆動するＦＰＣＭの概略構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、燃料ポンプのモータを駆動するＦＰＣＭの制御態様の変化を示す状態遷移図である。
【図６】本発明の実施形態に係る、燃料ポンプのモータをリトライ駆動するときの制御信号の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、車両に搭載される燃料ポンプのモータを、車両の動作状態等に応じてＤＣ駆動又はＰＷＭ駆動を選択して動作させる。通常状態においてはアイドリング時や低速走行時等の低負荷の条件ではＰＷＭ駆動が選択され、加速時や高速走行時の高負荷の条件ではＤＣ駆動が選択される。そして、ＰＷＭ駆動中に、ＰＷＭ駆動のためのスイッチング素子近傍の温度が高いと判断された場合、異常・故障等の発生について高精度の判断をするためにＤＣ駆動にてモータを駆動する。
【００１４】
図４は、本実施形態に係る燃料ポンプのモータ６０を駆動するＦＰＣＭ１０の概略構成を示す機能ブロック図である。燃料ポンプは例えば車両に搭載され、この燃料ポンプに備わるモータ６０は、ＤＣ駆動及びＰＷＭ駆動により動作する。なお、パルス変調駆動としてＰＷＭ駆動の代わりにＰＤＭ（Pulse Density Modulation）駆動が用いられてもよい。
【００１５】
ＦＰＣＭ１０は、ＭＣＳ２０とＩＰＳ３０とを備えている。ＩＰＳ３０は、スイッチング素子からなるドライバ３５と当該ＩＰＳ３０の保護機能を実現する自己診断出力回路４０とを備え、モータ６０を駆動する。ＩＰＳ３０は、公知の回路を用いることができる。
【００１６】
ドライバ３５は、ハイサイド・トランジスタ３１とローサイド・トランジスタ３２とを備え、パルス変調駆動（ＰＷＭ駆動）する場合であれば、ＭＣＳ２０から制御信号によってパルス駆動しモータ６０に電力を供給する。また、モータ６０をＤＣ駆動する場合は、ハイサイド・トランジスタ３１をオン状態、ローサイド・トランジスタ３２をオフ状態に固定して、オン固定の状態に応じた所望の電流をモータ６０へ供給する。
【００１７】
具体的には、ハイサイド・トランジスタ３１は、ＰチャネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であり、ソースが電源電位ＶＳに接続され、ドレインがローサイド・トランジスタ３２のドレインに接続されるとともにモータ６０へ電力を供給する出力端子ＯＵＴに接続される。また、ゲートは、ＭＣＳ２０の制御信号が入力する入力端子ＩＮに接続される。なお、ハイサイド・トランジスタ３１のソース・ドレイン間には、ドレインからソースへの方向を整流方向とするダイオード３３が設けられている。
【００１８】
ローサイド・トランジスタ３２は、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴであり、ソースが接地端子ＧＮＤを介して接地電位に接続され、ドレインはハイサイド・トランジスタ３１のドレインに接続されるとともに、モータ６０へ電力を供給する出力端子ＯＵＴに接続される。また、ゲートは、ハイサイド・トランジスタ３１と同様に、ＭＣＳ２０の制御信号が入力する入力端子ＩＮに接続される。なお、ローサイド・トランジスタ３２のソース・ドレイン間には、ソースからドレインへの方向を整流方向とするダイオード３４が設けられている。
【００１９】
ＩＰＳ３０は、各種の自己保護機能を有しており、例えば、所定の保護電圧値（ＩＰＳ自己保護電圧）以上の電圧や、所定の保護電流値（ＩＰＳ自己保護電流）以上の電流値、所定の保護温度（ＩＰＳ自己保護温度）以上の温度を検知した場合などに、ＩＰＳ３０自体の機能を停止する。自己診断出力回路４０は、前述の自己保護機能により出力を停止している場合の信号出力機能や、また通常状態でのハイサイド・トランジスタ３１に流れる電流の数千分の１の電流を出力する電流センサ機能を備えている。電流検知機能の出力部と接地との間に所定の抵抗４５が設けられている。そして後述のＭＣＳ２０が上記抵抗４５の電流検知機能の出力部側の電圧を検知することで、モータ６０のモータを流れる過電流の有無を判別する。
【００２０】
また、ＩＰＳ３０の近傍には、温度検出回路７０が設けられている。温度検出回路７０は、電源端子Ｖ＿ｔｐからサーミスタ７１及び抵抗７２が直列に接続されて構成されている。そして、電源端子Ｖ＿ｔｐと、サーミスタ７１の抵抗７２側の電位のそれぞれが、ＭＣＳ２０の参照電圧入力端子Ｖ＿ｒｅｆ及び温度検出端子ＡＤ＿ＴＰに接続されている。
【００２１】
ＭＣＳ２０は、ＩＰＳ３０のドライバ３５を駆動するための制御信号を、制御信号出力端子ＰＷＭ１を介してＩＰＳ３０のドライバ３５に対して出力する。ＭＣＳ２０は、ＰＷＭ駆動する場合はＰＷＭ変調信号を出力し、ＤＣ駆動する場合はロック信号を出力する。ここで、ＰＷＭ駆動の駆動周波数は、例えば、６ｋＨｚ程度である。さらに、ＭＣＳ２０は、上述のようにＩＰＳ３０の自己診断出力回路４０からの信号を保護信号入力端子ＡＤ＿ＶＩＳを介して取得し、ドライバ３５のハイサイド・トランジスタ３１に流れる電流の状態を判断する。また、ＭＣＳ２０は、参照電圧入力端子Ｖ＿ｒｅｆ及び温度検出端子ＡＤ＿ＴＰを介して取得した温度検出回路７０のサーミスタ７１の電圧をもとに、ＩＰＳ３０近傍の温度を判定する。
【００２２】
そして、ＭＣＳ２０は、通常制御状態にあっては、低負荷の条件ではＰＷＭ駆動の為の制御信号を出力し、高負荷の条件ではＤＣ駆動の為の制御信号を出力する。さらに、ＭＣＳ２０は、モータ６０に過電流が流れていると判断した場合、または過電流が流れているおそれがあると判断した場合には、フェイルセーフ制御状態として、以下に説明する態様のモータ駆動制御を行う。
【００２３】
図５は、ＦＰＣＭ１０の制御状態の動きを示す状態遷移図である。この状態遷移図を用いて、通常制御状態及びフェイルセーフ制御状態の制御態様について説明する。
【００２４】
通常制御状態では、ＭＣＳ２０は、電源電圧や指示値、指示値入力フェイルセーフに基づき、モータ６０の動作状態をＰＷＭ駆動、ＤＣ駆動及び出力停止に遷移させる。ＭＣＳ２０は、自己診断出力回路４０の出力や温度検出回路７０の出力を常時モニタリングしており、それらの出力をもとに異常発生の有無を判断する。異常が発生していると判断した場合、ＭＣＳ２０はモータ６０のモータ制御状態を、フェイルセーフ制御Ｉに遷移させる。
【００２５】
具体的には、通常制御状態においてＰＷＭ駆動中であれば、ＭＣＳ２０は、温度検出回路７０の出力に基づいてＩＰＳ３０の温度を算出する。そして、ＭＣＳ２０は、算出の結果、所定温度以上、例えば１１０度以上であると判断すると、より正確な判断のために、フェイルセーフ制御Ｉとしてモータ６０の駆動状態をＰＷＭ駆動からＤＣ駆動へと遷移させる。また、自己診断出力回路４０の出力をもとに、ＤＣ駆動中に電流が所定値以上、例えば、８Ａ以上であると算出した場合、ＭＣＳ２０は、フェイルセーフ制御Ｉとしてモータ６０の駆動状態をリトライ駆動へ遷移させる。リトライ駆動へ遷移させる際の閾値となる電流値をロック電流値という。そして、リトライ駆動では、図６に示すように、約１秒の期間のうちで、１００ｍｓ程度のＤＣ駆動を行う。また、リトライ動作は、過電流検知や温度測定の精度向上の他に、例えば、モータ６０が駆動する燃料ポンプの目詰まりを解消することができる。
【００２６】
リトライ駆動した結果、通常電流検知と判断された場合、つまり、電流が８Ａ未満であると判断された場合、ＭＣＳ２０はモータ６０のモータ駆動の制御をＤＣ駆動に遷移させる。
【００２７】
また、通常制御状態またはフェイルセーフ制御Ｉの状態において、ＩＰＳ３０が、ＩＰＳ自己保護電圧値以上の電圧や、ＩＰＳ自己保護電流値以上の電流値、または、ＩＰＳ自己保護温度以上の温度を検知した場合、ＩＰＳ３０は、モータ６０の制御状態をフェイルセーフ制御ＩＩに遷移させる。
【００２８】
このときのフェイルセーフ制御ＩＩでは、ＩＰＳ自己保護電圧に基づいて制御状態が遷移した場合であれば、ＩＰＳ３０はドライバ３５の駆動をロックさせ、ＤＣ出力とする。ＩＰＳ自己保護電圧未満であることが検知された場合、ＩＰＳ３０は、駆動状態を通常制御状態へ遷移させる。
【００２９】
また、ＩＰＳ自己保護電流値またはＩＰＳ自己保護温度の検出に基づいて制御状態が遷移した場合であれば、ＩＰＳ３０は、ドライバ３５からモータ６０への出力を停止し、その旨をエンジンＥＵＣ（図示せず）に通知する。そしてその通知を受けたエンジンＥＵＣは、復帰動作として一旦イグニションをオフとし、ＦＰＣＭ１０の制御動作を再起動する。
【００３０】
以上、本実施形態によれば、モータ６０のコイル成分（インダクタンスＬ）に関わらず、過電流を検知でき、スイッチング素子（ハイサイド・トランジスタ３１やローサイド・トランジスタ３２）の使用可能温度範囲で適切に使用することができる。その結果、スイッチング素子に悪影響を及ぼすストレスを与えることがないため、製品の寿命を適切に確保できる。また、汎用のスイッチング素子回路（ＩＰＳ３０）や一般的なサーミスタ（７１）によって実現できるため、比較的低コストで実現できる。
【００３１】
さらに、スイッチング素子の放熱をヒートシンクなどを用いることが不要となるレベルに抑えることができる。具体的には、プリント基板の配線パターンの間隔を僅かに広くする程度で所望の放熱を実現出来る。したがって、ＦＰＣＭ１０の小型化・軽量化が実現できる。
【００３２】
以上、本発明を実施形態を基に説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ＦＰＣＭ
２０  ＭＣＳ
３０  ＩＰＳ
３１  ハイサイド・トランジスタ
３２  ローサイド・トランジスタ
３５  ドライバ
４０  自己診断出力回路
６０  モータ
７０  温度検出回路
７１  サーミスタ
【図１】
2011040942.tif 000003
【図２】
2011040942.tif 000004
【図３】
2011040942.tif 000005
【図４】
2011040942.tif 000006
【図５】
2011040942.tif 000007
【図６】
2011040942.tif 000008