(57)【要約】【課題】ハイサイド駆動回路の出力に対して抵抗器を接続することによりノイズ・サージ対策を施した場合であっても、グランドショートを精度よく検出することができる、負荷駆動装置を提供する。【解決手段】本発明に係る負荷駆動装置は、ハイサイド駆動回路がＯＮになってから所定時間が経過した時点において、駆動電流が所定閾値よりも大きいか否かにより、グランドショートを検出する。【選択図】図２
2019090347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量負荷を駆動する負荷駆動装置であって、
ハイサイド駆動回路とローサイド駆動回路を直列接続することにより構成されている駆動回路、
前記ハイサイド駆動回路の出力端に対して直列接続された抵抗器、
前記ハイサイド駆動回路に流れる駆動電流が正常であるか否かを検出する検出回路、
を備え、
前記検出回路は、前記ハイサイド駆動回路がＯＮになってから所定時間が経過した時点において前記駆動電流が所定閾値よりも大きい場合は、前記駆動電流が異常である旨を表す検出信号を出力し、
前記検出回路は、前記ハイサイド駆動回路がＯＮになってから所定時間が経過した時点において前記駆動電流が前記所定閾値以下である場合は、前記駆動電流が正常である旨を表す前記検出信号を出力する
ことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記検出回路は、
前記駆動電流が前記所定閾値よりも大きい場合はその旨を表す比較出力を出力する比較回路、
前記比較回路が前記所定時間以上継続して前記比較出力を出力する場合は前記駆動電流が異常である旨を表す前記検出信号を出力するフィルタ回路、
を備えることを特徴とする請求項１記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記フィルタ回路は、クロック信号に同期して動作するように構成されており、
前記フィルタ回路は、前記比較回路が所定クロック数以上継続して前記比較出力を出力する場合は前記駆動電流が異常である旨を表す前記検出信号を出力するように構成されており、
前記所定クロック数は、前記所定クロック数を前記クロック信号の周波数で除算すると前記所定時間以上となるように構成されている
ことを特徴とする請求項２記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記所定閾値は、前記ハイサイド駆動回路に対して印加される入力電圧から前記ハイサイド駆動回路による電圧降下分を減算することにより得られる電圧値を、前記抵抗器の抵抗値で除算することにより得られる電流値よりも小さい
ことを特徴とする請求項２記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記ハイサイド駆動回路は、ＯＮＯＦＦ制御することができる定電流源を用いて構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
請求項１記載の負荷駆動装置、
前記負荷駆動装置が駆動する容量負荷、
前記容量負荷を駆動する半導体スイッチング素子、
を備え、
前記抵抗器は、前記半導体スイッチング素子のゲート容量に対して直列接続されている
ことを特徴とする点火装置。
【請求項７】
前記半導体スイッチング素子は、イグニッションコイルを駆動する
ことを特徴とする請求項６記載の点火装置。
【請求項８】
前記ハイサイド駆動回路は、前記駆動電流を前記ゲート容量に対して供給することにより前記ゲート容量を充電する
ことを特徴とする請求項６記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量負荷を駆動する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される電子制御ユニットの機能の１つとして、イグニッションコイルを駆動することによりエンジンを点火する機能がある。負荷駆動装置は、イグニッションコイルを駆動する駆動回路を有する装置である。負荷駆動装置は例えば、ハイサイド駆動回路とローサイド駆動回路が直列接続された構成を有する。駆動回路としては、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌｏｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのパワー半導体デバイスが用いられる。
【０００３】
下記特許文献１は、点火制御装置の１例を開示している。同文献は、『消費電力を低減可能な点火制御装置を提供する。』ことを目的として、『点火制御装置５は、点火スイッチ４０、エネルギ投入部４２、および電子制御ユニット３４を備えている。エネルギ投入部４２は、一次巻線４３の接地側に接続され、電気エネルギを点火プラグ３１に重畳的に投入することにより放電を継続させる。電子制御ユニット３４のエネルギ設定部７２は、エンジン１３の運転状態に基づき次の点火周期の目標放電エネルギを設定する。電子制御ユニット３４の充電電圧設定部７３は、目標放電エネルギに基づき次の点火周期の必要充電電圧を設定する。電子制御ユニット３４のエネルギ制御部７４は、充電電圧が必要充電電圧となるようにエネルギ投入部４２に充電を指令する。このように構成することで、一次巻線４３への通電に消費される電力、およびエネルギ投入部４２への充電に消費される電力を可及的に少なくすることができる。』という技術を開示している（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２００２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負荷駆動装置の出力端子（イグニッションコイルに対して駆動電流を出力する端子）がグランドと短絡すると、点火機能が動作しなくなりエンジンが停止するおそれがある。したがって車両動作の安全を確保するためには、負荷駆動装置の出力端子がグランドショートしたことを検出する機能が重要である。出力端子がグランドショートすると、ハイサイド駆動回路の出力電流が正常動作時から変化するので、例えばコンパレータを用いてその出力電流と検出閾値を比較することにより、グランドショートを検出できる。
【０００６】
一方、近年の半導体装置における小型化・集積化の進展により、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）などのユニット外からのノイズやサージに対する耐性がより強く求められるようになっている。グランドショートを検出する機能に対してノイズやサージに対する耐性を付与するため、ハイサイド駆動回路の出力端子に対して直列に、抵抗器を接続する場合がある。この場合は、抵抗器を流れる電流と検出閾値を比較することにより、グランドショートを検出することになる。
【０００７】
抵抗器の抵抗値は、求められるノイズ・サージ耐性に依拠する。コンパレータの検出閾値は抵抗器の抵抗値に応じて定める必要があるので、求められるノイズ・サージ耐性に応じて検出閾値も異なる。そのため、負荷駆動装置に求められるノイズ・サージ耐性によっては、グランドショートを正確に検出することができる検出閾値の範囲が狭くなり、グランドショート検出機能が正常に動作しないことがある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、ハイサイド駆動回路の出力に対して抵抗器を接続することによりノイズ・サージ対策を施した場合であっても、グランドショートを精度よく検出することができる、負荷駆動装置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】
【０００９】
本発明に係る負荷駆動装置は、ハイサイド駆動回路がＯＮになってから所定時間が経過した時点において、駆動電流が所定閾値よりも大きいか否かにより、グランドショートを検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る負荷駆動装置によれば、ハイサイド駆動回路の出力に対して直列に抵抗器を接続することにより、負荷駆動装置外からの外乱ノイズやサージに対する対策を施した場合であっても、負荷駆動装置の出力端子がグランドショートしたことを精度よく検出することができる。上記した以外の課題、構成、および効果は、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】
【００１１】
【図１】従来の負荷駆動装置の構成例を示す回路図である。
【図２】実施形態１に係る負荷駆動装置１００の構成を示す回路図である。
【図３】フィルタ回路３１の構成例を示す回路図である。
【図４】実施形態１に係る負荷駆動装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】実施形態２に係る点火装置の回路図である。
【図６】実施形態２に係る点火装置の別構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜従来の負荷駆動装置＞
図１は、従来の負荷駆動装置の構成例を示す回路図である。ＩＧＢＴ２００は、イグニッションコイル３００を駆動する。負荷駆動装置１００は、ＩＧＢＴ２００を駆動制御することにより、イグニッションコイル３００を駆動する装置である。負荷駆動装置１００は、半導体回路１を備える。半導体回路１は、ハイサイド駆動回路１１１とローサイド駆動回路１１２を有する駆動回路１１を備える。
【００１３】
ハイサイド駆動回路１１１は、駆動信号ＶＨＧがＨｉｇｈレベルのときオンし、Ｌｏｗレベルのときオフする、定電流源によって構成されている。ローサイド駆動回路１１２は、駆動信号ＶＬＧがＨｉｇｈレベルのときオンし、Ｌｏｗレベルのときオフする、ＭＯＳ（ＭＯＳＦＥＴ）によって構成されている。駆動回路１１はＩＧＢＴ２００のゲート容量Ｃｇを駆動するので、負荷駆動装置１００は容量負荷を駆動する装置である。
【００１４】
負荷駆動装置１００の出力端子ＵＮＩＴ＿ＯＵＴがグランドショートすると、イグニッションコイル３００を駆動することができなくなるので、これを正確に検出する必要がある。電圧コンパレータ回路４１は、ハイサイド駆動回路１１１がオンのときにおける、半導体回路１の出力端子ＩＣ＿ＯＵＴの電圧レベルを、閾値電圧ＶＲＥＦと比較する。ＩＣ＿ＯＵＴの電圧レベルがＶＲＥＦよりも小さいとき、グランドショートが発生しているとみなすことができる。
【００１５】
半導体回路１のノイズ・サージ耐性が充分でない場合、半導体回路１の出力端子ＩＣ＿ＯＵＴと負荷駆動装置１００の出力端子ＵＮＩＴ＿ＯＵＴとの間に抵抗Ｒ０を接続する。これにより、負荷駆動装置１００のノイズ・サージ耐性を高めることができる。
【００１６】
出力端子ＵＮＩＴ＿ＯＵＴがグランドショートした場合、ハイサイド駆動回路１１１がオンのときの駆動電流Ｉｄｒｖとすると、下記式１が成立する。式１が成立した場合、ＩｄｒｖがＶＲＥＦに対応する閾値を下回ったことになる。したがって電圧コンパレータ回路４１は、ＩＣ＿ＯＵＴの電圧レベルをＶＲＥＦと比較することにより、ＵＮＩＴ＿ＯＵＴのグランドショートを検出することができる。
ＶＲＥＦ＞Ｒ０×Ｉｄｒｖ  （１）
【００１７】
出力端子ＵＮＩＴ＿ＯＵＴがグランドショートしておらず、ハイサイド駆動回路１１１がオンした場合は、ハイサイド駆動回路１１１における電源ＶＣＣからの電圧ドロップ量をＶｄｒｏｐとしたとき、下記式２が成立する。したがって、負荷駆動装置１００が正常動作していることを電圧コンパレータ回路４１が検出するためには、ＶＲＥＦが式２を満たす必要がある。
ＶＣＣ−Ｖｄｒｏｐ＞ＶＲＥＦ  （２）
【００１８】
グランドショートが発生したことを検出するためにはＶＲＥＦが式１を満たす必要があり、正常動作していることを検出するためにはＶＲＥＦが式２を満たす必要がある。他方で必要となる抵抗Ｒ０の抵抗値は、負荷駆動装置１００に求められるノイズ・サージ耐性に依拠する。そうすると、求められるノイズ・サージ耐性の仕様によっては、式１と式２をともに満たすＶＲＥＦの範囲が狭くなり、両式のいずれかを満たさない場合が発生することがある。これは、ノイズ・サージ耐性を確保するために抵抗Ｒ０を配置したことに起因している。
【００１９】
本発明は、従来の負荷駆動装置のこのような課題に対処するため、ノイズ・サージ耐性を確保するために抵抗Ｒ０を配置した回路構成においても、ＵＮＩＴ＿ＯＵＴのグランドショートを精度よく検出することを図る。
【００２０】
＜実施の形態１＞
図２は、本発明の実施形態１に係る負荷駆動装置１００の構成を示す回路図である。本実施形態１に係る負荷駆動装置１００は、図１で説明した電圧コンパレータ回路４１に代えて、電流コンパレータ回路２１とフィルタ回路３１を備える。出力端子ＵＮＩＴ＿ＯＵＴの外には、ＵＮＩＴ＿ＯＵＴに対して直列に、容量負荷Ｃ０が接続されている。容量負荷Ｃ０は、図１におけるＣ１とＣｇを便宜上まとめて表したものである。記載の都合上、駆動する負荷については省略した。その他構成は図１と同様である。
【００２１】
電流コンパレータ回路２１は、ハイサイド駆動回路１１１の駆動電流Ｉｄｒｖをモニタする。電流コンパレータ回路２１は、駆動電流Ｉｄｒｖが電流閾値Ｉｅよりも大きいことを検出したとき、出力信号である検出信号ＤＥＴとして、Ｈｉｇｈレベルを出力する。フィルタ回路３１は、検出信号ＤＥＴを入力として受け取る。フィルタ回路３１は、検出信号ＤＥＴが所定期間以上継続してＨｉｇｈレベルである場合は、Ｈｉｇｈレベルの検出信号ＳＴＧを出力し、それ以外であればＬｏｗレベルの検出信号ＳＴＧを出力する。
【００２２】
図３は、フィルタ回路３１の構成例を示す回路図である。フィルタ回路３１は、入力同期化部３１１とグリッチフィルタ部３１２を有する。入力同期化部３１１はクロック信号と検出信号ＤＥＴを受け取り、グリッチフィルタ部３１２は検出信号ＳＴＧを出力する。フィルタ回路３１の各部は、フリップフロップ３１ａ、ＮＯＲ３１ｂ、ＮＡＮＤ３１ｃ、ＡＮＤ３１ｄなどの論理回路を用いて構成されている。これら各部は、クロック信号に同期して動作するように構成されている。
【００２３】
グリッチフィルタ部３１２は、現在のサンプリング信号を含むＮ個のサンプリング信号が連続してＨｉｇｈレベルである場合はＨｉｇｈレベルを出力し、現在のサンプリング信号を含むＮ個のサンプリング信号が連続してＬｏｗレベルである場合はＬｏｗレベルを出力し、これら以外の場合は、出力は現在値から変化しない。図３はＮ＝４である場合の構成例である。Ｎ個のサンプリング信号に対応する時間を、以下ではフィルタ時間と呼ぶことにする。
【００２４】
検出信号ＤＥＴは、グリッチやチャタリングなどのノイズ成分を含む場合がある。このようなノイズが瞬時的なものであれば、グリッチフィルタ部３１２の段数Ｎに応じて、そのような瞬時ノイズを除去するとともに、正常な信号成分を通過させることができる。フィルタ回路３１はグリッチフィルタ部３１２のこのような性質を利用し、検出信号ＤＥＴが所定時間継続してＨｉｇｈレベルであるとき、Ｈｉｇｈレベルの検出信号ＳＴＧを出力する。
【００２５】
図４は、本実施形態１に係る負荷駆動装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。まずは負荷駆動装置１００が正常であるときの動作を、図４の実線で示す信号波形により説明する。
【００２６】
駆動信号ＶＨＧがＨｉｇｈレベルになり、駆動信号ＶＬＧがＬｏｗレベルになると、ハイサイド駆動回路１１１がオンし、駆動電流Ｉｄｒｖが流れる。ハイサイド駆動回路１１１は、オンのとき定電流Ｉ０を流すように構成されている。したがって実線Ａで示すように、容量負荷Ｃ０の電圧がＨｉｇｈレベルとなるまで、定電流Ｉ０が流れる。この電圧レベルは、電源ＶＣＣからの電圧ドロップ分Ｖｄｒｏｐを考慮して、ＶＣＣ−Ｖｄｒｏｐとなる。容量負荷Ｃ０の電圧がＨｉｇｈレベルとなると、それ以上充電する必要はなくなるので、駆動電流Ｉｄｒｖは０に低下する。
【００２７】
電流コンパレータ回路２１は、駆動電流ＩｄｒｖがＩｅ（ＶＲＥＦに対応する電流値）を超えている期間、Ｈｉｇｈレベルの検出信号ＤＥＴを出力し続ける。フィルタ時間ｔ０を、検出信号ＤＥＴがＨｉｇｈレベルとなっている期間よりも長くセット構成することにより、検出信号ＳＴＧは常にＬｏｗレベルとなる。したがって、負荷駆動装置１００が正常であることを検出できる。フィルタ時間ｔ０は、クロック周波数をＦＣＬＫとすると、Ｎ／ＦＣＬＫ≦ｔ０によって定義できる。
【００２８】
次に、出力端子ＵＮＩＴ＿ＯＵＴがグランドショートをしているときの動作を、図４の点線で示す信号波形により説明する。電流コンパレータ回路２１の電流閾値Ｉｅとして、下記式３により定義される値をあらかじめ設定する。
Ｉｅ＜（ＶＣＣ−Ｖｄｒｏｐ）／Ｒ０  （３）
【００２９】
ハイサイド駆動回路１１１がオンしている間、駆動電流ＩｄｒｖはＩｅを超えることとなり、検出信号ＤＥＴはＨｉｇｈレベルとなる。フィルタ回路３１は、ハイサイド駆動回路１１１がオンしてからｔ０経過した時点で、Ｈｉｇｈレベルの検出信号ＳＴＧを出力する。これにより半導体回路１は、駆動電流Ｉｄｒｖが電流閾値Ｉｅよりも大きい、すなわちＵＮＩＴ＿ＯＵＴがグランドショートしたことを検出できる。
【００３０】
従来の負荷駆動装置１００は、電圧コンパレータ回路４１の閾値電圧ＶＲＥＦが式１と式２をともに満たす必要があり、Ｒ０の値によってはいずれかの式を満たさないケースが実際に存在する。これに対して本実施形態１に係る負荷駆動装置１００は、式３のみを満たせば足りる。実際の製品において求められるＲ０の値に鑑みても、式３を満たすＩｅは充分に確保できることが分かっている。したがって本実施形態１に係る負荷駆動装置１００は、より確実にグランドショートを検出できる。
【００３１】
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る負荷駆動装置１００は、ＩＣ＿ＯＵＴとＵＮＩＴ＿ＯＵＴの間に抵抗Ｒ０を設けることにより、ＥＳＤなどの負荷駆動装置外からのノイズ・サージ対策をしつつ、ＵＮＩＴ＿ＯＵＴがグランドショートしたことを精度よく検出できる。これにより負荷駆動装置１００の信頼性を高めることができる。
【００３２】
＜実施の形態２＞
図５は、本発明の実施形態２に係る点火装置の回路図である。図５において、実施形態１で説明した負荷駆動装置１００は、容量負荷Ｃ０としてＣ１とＣｇを駆動する。Ｃ１は外乱ノイズを抑制するための容量であり、抵抗Ｒ０に対して直列接続されている。負荷駆動装置１００はＩＧＢＴ２００のゲート容量Ｃｇを駆動する。Ｃ１とＣｇは並列接続されているので、これらが一体となって実質的な容量負荷として作用する。ＩＧＢＴ２００のゲートを保護するため、ゲート−グランド間に、抵抗Ｒ０よりも充分大きい抵抗Ｒ１を配置してもよい。ＩＧＢＴ２００がイグニッションコイル３００を駆動することにより、エンジンに点火する。
【００３３】
図６は、本発明の実施形態２に係る点火装置の別構成例である。実施形態１で説明したハイサイド駆動回路１１１として、定電流源に代えてＭＯＳなどのスイッチング素子を用いることもできる。
【００３４】
＜本発明の変形例について＞
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をすることができる。
【００３５】
以上の実施形態においては、ハイサイド駆動回路１１１がＯＮになってからｔ０経過後において、駆動電流Ｉｄｒｖが閾値を超えているか否かを判断するため、グリッチフィルタを用いている。これと同様の機能を実現することができれば、グリッチフィルタ以外の回路構成を用いてもよい。例えばサンプルホールド回路を用いる回路構成などが考えられる。
【符号の説明】
【００３６】
１：半導体回路
１１：駆動回路
１１１：ハイサイド駆動回路
１１２：ローサイド駆動回路
２１：電流コンパレータ回路
３１：フィルタ回路
４１：電圧コンパレータ回路
１００：負荷駆動装置
２００：ＩＧＢＴ
３００：イグニッションコイル
【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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