(57)【要約】【課題】逆接保護回路における不導通故障を検出する。【解決手段】誘導性負荷制御装置１００は、直流電源ＢＴと、該直流電源から誘導性負荷へ電流を供給する誘導性負荷駆動部２０とを接続する電路３０と、電路に設けられ接続／遮断するための電路開閉手段４０と、電路開閉手段の開閉を制御する電路制御部５０と、電路開閉手段の両側における第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差を検出する電圧検出部６０と、電路開閉手段の故障を検出する故障検出部７０と、を備え、電路開閉手段は、第１スイッチング素子４１と、第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子４２と、第１スイッチング素子と直列であって第２スイッチング素子と並列かつアノードが直流電源の方向となるように接続されるダイオード４４と、を有し、故障検出部は、電圧差に基づいて第２スイッチング素子が不導通故障であることを検出する。【選択図】図１
2019154006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の直流電源と、該直流電源から誘導性負荷へ電流を供給し該誘導性負荷を駆動する誘導性負荷駆動部とを接続する電路と、
前記電路に設けられ前記電路を接続または遮断するための電路開閉手段と、
前記電路開閉手段の開閉を制御する電路制御部と、
前記電路開閉手段の、前記直流電源側の一端における第１電圧と、前記誘導性負荷駆動部側の他端における第２電圧との電圧差を検出する電圧検出部と、
前記電路開閉手段の故障を検出する故障検出部と、
を備えた誘導性負荷制御装置であって、
前記電路開閉手段は、
第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と直列であって前記第２スイッチング素子と並列かつアノードが前記直流電源の方向となるように接続されるダイオードと、
を有し、
前記故障検出部は、前記電圧差に基づいて前記第２スイッチング素子が不導通故障であることを検出する、
誘導性負荷制御装置。
【請求項２】
外部の直流電源と接続する電源端子と、
誘導性負荷へ電流を供給し、該誘導性負荷を駆動する誘導性負荷駆動部と、
前記電源端子と前記誘導性負荷駆動部とを接続する電路と、
前記電路に設けられ前記電路を接続または遮断するための電路開閉手段と、
前記電路開閉手段の開閉を制御する電路制御部と、
前記電路開閉手段と前記電源端子との間の電圧である第１電圧と、前記電路開閉手段と前記誘導性負荷駆動部との間の電圧である第２電圧との電圧差を検出する電圧検出部と、
前記電路開閉手段の故障を検出する故障検出部と、
を備えた誘導性負荷制御装置であって、
前記電路開閉手段は、
第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と直列であって前記第２スイッチング素子と並列かつアノードが前記電源端子の方向となるように接続されるダイオードと、
を有し、
前記故障検出部は、前記電圧差に基づいて前記第２スイッチング素子が不導通故障であることを検出する、
誘導性負荷制御装置。
【請求項３】
前記電圧検出部は、前記電路制御部が前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を導通させる制御を行っているときの前記第１電圧と前記第２電圧との第１電圧差を検出し、
前記故障検出部は、所定の第１閾値より前記第１電圧差が大きい場合には、前記第２スイッチング素子が不導通故障であることを検出することを特徴とする請求項１または２に記載の誘導性負荷制御装置。
【請求項４】
前記誘導性負荷駆動部は、前記誘導性負荷側から前記直流電源に回生電流が流れるように配置された複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路であり、
前記電圧検出部は、前記電路制御部が前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を導通させて前記誘導性負荷駆動部を駆動させる制御を行っているときの前記第１電圧と前記第２電圧との第２電圧差を検出し、
前記故障検出部は、所定の第２閾値より前記第２電圧差が大きい場合には、前記第２スイッチング素子が不導通故障であることを検出することを特徴とする請求項１または２に記載の誘導性負荷制御装置。
【請求項５】
前記第１閾値は、前記第１スイッチング素子の電圧降下分と前記第２スイッチング素子の電圧降下分を加算した値よりも大きく、かつ、前記第１スイッチング素子の電圧降下分と前記ダイオードの順方向電圧降下分を加算した値よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の誘導性負荷制御装置。
【請求項６】
前記第２閾値は、前記第２スイッチング素子の前記不導通故障によって、前記回生電流が前記第２スイッチング素子を経由して前記直流電源に流れない場合に、前記誘導性負荷が発生する電圧によって前記電路開閉手段の前記誘導性負荷駆動部側の他端に生じる電圧に基づいて設定されることを特徴とする請求項４に記載の誘導性負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導性負荷制御装置に関し、特に、自らの構成要素の故障を検出する誘導性負荷制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直流電源に接続してモータなどの誘導性負荷を制御する誘導性負荷制御装置に関して、直流電源の逆接続時の保護回路などの自らの構成要素の故障を検出する手段が提案されている。例えば、特許文献１は、電源を逆接した場合にモータ制御装置に含まれる回路を保護する逆接保護手段が故障しているか否かを診断することを目的としたモータ制御装置を開示する。このモータ制御手段は、バッテリとモータとの間を接続又は遮断するスイッチング素子及びバッテリが逆接続されたときに電流の逆流を防止する逆流防止素子を有する逆接保護手段と、逆接保護手段の故障を診断する故障診断手段を有している。故障診断手段は、逆接保護手段を接続する前の遮断電位差と、逆接保護手段を接続したときの接続電位差との差分を算出し、予め設定された閾値と比較して、差分が閾値以上のときは、逆接保護手段は故障していないと判断し、差分が閾値よりも小さいときは、逆接保護手段は故障していると判断する。
【０００３】
また、特許文献２は、電源リレーにＭＯＳ−ＦＥＴを使用した場合でも、寄生ダイオードの故障判別ができ、ＭＯＳ−ＦＥＴの故障を確実に検出することを目的とした電動パワーステアリング装置の制御装置を開示する。この電動パワーステアリング装置では、バッテリとモータ駆動回路との間の通電経路に、寄生ダイオードを内蔵し逆方向に直列に接続したＭＯＳ−ＦＥＴと、その後段のＭＯＳ−ＦＥＴの出力側にコンデンサが配置されている。イグニッションスイッチがオンされた直後の状態においてＭＯＳ−ＦＥＴを所定の順序でオン／オフ制御し、それぞれのＭＯＳ−ＦＥＴの出力電圧に基づきＭＯＳ−ＦＥＴ、および寄生ダイオードの故障を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０６５４０５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８８１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、直流電源の逆接続時の保護回路として用いられる逆接保護のための、ダイオードが並列に設けられるスイッチング素子において、そのスイッチング素子の不導通故障（またはオフ故障とも言う）を検出する誘導性負荷制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、外部の直流電源と、該直流電源から誘導性負荷へ電流を供給し該誘導性負荷を駆動する誘導性負荷駆動部とを接続する電路と、電路に設けられ電路を接続または遮断するための電路開閉手段と、電路開閉手段の開閉を制御する電路制御部と、電路開閉手段の、直流電源側の一端における第１電圧と、誘導性負荷駆動部側の他端における第２電圧との電圧差を検出する電圧検出部と、電路開閉手段の故障を検出する故障検出部と、を備えた誘導性負荷制御装置であって、電路開閉手段は、第１スイッチング素子と、第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、第１スイッチング素子と直列であって第２スイッチング素子と並列かつアノードが直流電源の方向となるように接続されるダイオードと、を有し、故障検出部は、電圧差に基づいて第２スイッチング素子が不導通故障であることを検出する誘導性負荷制御装置が提供される。
これによれば、電路開閉手段の両端の電圧差を検出することにより逆接保護用のスイッチング素子の不導通故障を検出できる誘導性負荷制御装置を提供することができる。
【０００７】
上記課題を解決するために、外部の直流電源と接続する電源端子と、誘導性負荷へ電流を供給し、該誘導性負荷を駆動する誘導性負荷駆動部と、電源端子と誘導性負荷駆動部とを接続する電路と、電路に設けられ電路を接続または遮断するための電路開閉手段と、電路開閉手段の開閉を制御する電路制御部と、電路開閉手段と電源端子との間の電圧である第１電圧と、電路開閉手段と誘導性負荷駆動部との間の電圧である第２電圧との電圧差を検出する電圧検出部と、電路開閉手段の故障を検出する故障検出部と、を備えた誘導性負荷制御装置であって、電路開閉手段は、第１スイッチング素子と、第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、第１スイッチング素子と直列であって第２スイッチング素子と並列かつアノードが電源端子の方向となるように接続されるダイオードと、を有し、故障検出部は、電圧差に基づいて第２スイッチング素子が不導通故障であることを検出する誘導性負荷制御装置が提供される。
これによれば、電路開閉手段と電源端子の間の第１電圧と、電路開閉手段と誘導性負荷駆動部の間の第２電圧との電圧差を検出することにより逆接保護用のスイッチング素子の不導通故障を検出できる誘導性負荷制御装置を提供することができる。
【０００８】
さらに、電圧検出部は、電路制御部が第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を導通させる制御を行っているときの第１電圧と第２電圧との第１電圧差を検出し、故障検出部は、所定の第１閾値より第１電圧差が大きい場合には、第２スイッチング素子が不導通故障であることを検出することを特徴としてもよい。
これによれば、直流電源を接続して電路を導通させたときに逆接保護用のスイッチング素子の不導通故障を検出できる。
【０００９】
さらに、誘導性負荷駆動部は、誘導性負荷側から直流電源に回生電流が流れるように配置された複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路であり、電圧検出部は、電路制御部が第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を導通させて誘導性負荷駆動部を駆動させる制御を行っているときの第１電圧と第２電圧との第２電圧差を検出し、故障検出部は、所定の第２閾値より第２電圧差が大きい場合には、第２スイッチング素子が不導通故障であることを検出することを特徴としてもよい。
これによれば、直流電源の正極側に向かって回生電流が流れたときに逆接保護用のスイッチング素子の不導通故障を検出できる。
【００１０】
さらに、第１閾値は、第１スイッチング素子の電圧降下分と第２スイッチング素子の電圧降下分を加算した値よりも大きく、かつ、第１スイッチング素子の電圧降下分とダイオードの順方向電圧降下分を加算した値よりも小さいことを特徴としてもよい。
これによれば、直流電源を接続して電路を導通させたときに逆接保護用のスイッチング素子の不導通故障を確実に検出できる。
【００１１】
さらに、第２閾値は、第２スイッチング素子の不導通故障によって、回生電流が第２スイッチング素子を経由して直流電源に流れない場合に、誘導性負荷が発生する電圧によって電路開閉手段の誘導性負荷駆動部側の他端に生じる電圧に基づいて設定されることを特徴としてもよい。
これによれば、直流電源の正極側に向かって回生電流が流れたときに逆接保護用のスイッチング素子の不導通故障を確実に検出できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、直流電源の逆接続時の保護回路として用いられる逆接保護のための、ダイオードが並列に設けられるスイッチング素子において、そのスイッチング素子の不導通故障を検出する誘導性負荷制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る第一実施例の誘導性負荷制御装置を示すブロック図。
【図２】本発明に係る第一実施例の誘導性負荷制御装置において、直流電源を接続して電路を導通させたときに正常動作している場合の、（Ａ）電流の流れを示す説明図、（Ｂ）第１電圧と第２電圧の関係を示す説明図。
【図３】本発明に係る第一実施例の誘導性負荷制御装置において、直流電源を接続して電路を導通させたときに逆接防止用ＦＥＴが不導通故障を起こしている場合の、（Ａ）電流の流れを示す説明図、（Ｂ）第１電圧と第２電圧の関係を示す説明図。
【図４】本発明に係る第一実施例の誘導性負荷制御装置において、回生電流が流れたときに正常動作している場合の、（Ａ）電流の流れを示す説明図、（Ｂ）第１電圧と第２電圧の関係を示す説明図。
【図５】本発明に係る第一実施例の誘導性負荷制御装置において、回生電流が流れたときに逆接防止用ＦＥＴが不導通故障を起こしている場合の、（Ａ）電流の流れを示す説明図、（Ｂ）第１電圧と第２電圧の関係を示す説明図。
【図６】本発明に係る第一実施例の誘導性負荷制御装置において、モータを駆動している状態での回生電流の流れを示す説明図。
【図７】本発明に係る第一実施例の誘導性負荷制御装置において、図６の状態からブリッジ回路のスイッチング素子がすべてオフとなり、直流電源に向かって回生電流が流れる様子を示す説明図。
【図８】本発明に係る第一実施例の誘導性負荷制御装置における制御方法を示すフローチャート。
【図９】本発明に係る第一実施例の誘導性負荷制御装置における故障検出の方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、直流電源を逆接した場合に誘導性負荷を駆動する回路などを保護するための回路の故障を検出するための技術に関する。以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
【００１５】
＜第一実施例＞
図１を参照し、本実施例における誘導性負荷制御装置１００を説明する。誘導性負荷制御装置１００は、外部の直流電源ＢＴと誘導性負荷の間に設けられ、その誘導性負荷に電力を供給し、誘導性負荷を駆動するための装置である。誘導性負荷制御装置１００は、直流電源ＢＴの正極と負極が逆接続された状態で、誘導性負荷を駆動するための電気回路を保護する回路である電路開閉手段４０を含む。なお、誘導性負荷とは、本明細書ではその代表例としてモータＭＴとして記載するが、これに限定されず、たとえば、ソレノイド、トランス、リレーコイルなどの巻線を含む負荷を言う。誘導性負荷制御装置１００は、たとえば、車載用の装置としては電動パワーステアリング装置として使用される。
【００１６】
誘導性負荷制御装置１００は、外部の直流電源ＢＴと接続する電源端子１０（直流電源ＢＴの正極側を電源端子１０Ｐ、負極側を電源端子１０Ｎとする）と、誘導性負荷であるモータＭＴへ電流を供給し、モータＭＴを駆動するブリッジ回路２０（誘導性負荷駆動部）と、電源端子１０Ｐとブリッジ回路２０とを接続する電路３０と、電路３０に設けられ電路３０を接続または遮断するための電路開閉手段４０と、電路開閉手段４０の開閉を制御する電路制御部５０と、電路開閉手段４０と電源端子１０Ｐとの間の電圧である第１電圧Ｖ１と、電路開閉手段４０とブリッジ回路２０との間の電圧である第２電圧Ｖ２との電圧差を検出する電圧検出部６０と、電路開閉手段４０の故障を検出する故障検出部７０と、誘導性負荷制御装置１００の全体を制御する誘導性負荷駆動制御部８０と、誘導性負荷駆動制御部８０の指示を受けてブリッジ回路２０内のスイッチング素子を実際に駆動するプリドライバ部９０と、を備える。
【００１７】
電源端子１０Ｐは、直流電源ＢＴの正極側との接続点であり、直流電源ＢＴの交換や誘導性負荷制御装置１００の保守の際に、直流電源ＢＴの着脱をし易くする構造となっている。なお、図１は、直流電源ＢＴの極性を誤らずに正しく接続されている状態（正接続状態）を示している。モータＭＴは、車両のパワーステアリング装置やパワースライドドア（図示せず）などに用いられる３相ブラシレスモータであり、たとえば、ステアリング操作などに対して補助力を付与したり、スライドドアの開閉を駆動したりするために使用される。モータＭＴが３相のモータのため、誘導性負荷制御装置１００は、モータＭＴと３つのモータ接続点１１において接続されている。
【００１８】
ブリッジ回路２０（誘導性負荷駆動部）は、誘導性負荷であるモータＭＴの回転を駆動するものであり、モータ接続点１１と直接接続されている。ブリッジ回路２０は、モータＭＴの各相Ｕ／Ｖ／Ｗに対応した相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗを並列に接続して構成される。ブリッジ回路２０は、ハイサイドの電路３０を経由して直流電源ＢＴの正極側に接続され、グランドラインＧＬとグランド端子を経由して直流電源ＢＴの負極側に接続（接地）される。ブリッジ回路２０の各相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗは、ハイサイドの電路３０側に設けられる高電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈと、グランドラインＧＬ側に設けられる低電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌと、さらにグランドラインＧＬ側に設けられるシャント抵抗と、を直列に有する。本実施例では、高電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌは、ＭＯＳＦＥＴすなわち金属酸化膜半導体電界効果トランジスタが用いられる。なお、ＭＯＳＦＥＴである高電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈと低電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌには、寄生ダイオードが形成されている。高電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈと低電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌの接続点は、それぞれモータ接続点１１を介して、モータＭＴの相Ｕ／Ｖ／Ｗに接続されている。
【００１９】
プリドライバ部９０は、誘導性負荷駆動制御部８０から制御され、ブリッジ回路２０のｔ各相にＰＷＭ信号（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を出力し、高電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌのオン／オフを駆動する。誘導性負荷制御装置１００は、これにより、モータＭＴを回転駆動する。
【００２０】
誘導性負荷駆動制御部８０は、ブリッジ回路２０の各相の電圧値や、他のセンサやＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、図示せず）から得られる信号に基づき、適宜デューティ比を算出し、プリドライバ部９０にそのデューティ比に適合したＰＷＭ信号を出力させるように制御する。このＰＷＭ信号は、それぞれ、駆動用半導体スイッチング素子であるＱｕｈ〜Ｑｗｌのゲートに入力されて、ブリッジ回路２０は、直流電源ＢＴの電力をＰＷＭ制御によって変換し、モータＭＴへ供給する。他のセンサやＥＣＵから得られる信号とは、たとえばモータＭＴがステアリングの補助力を与える装置に使用される場合には、ステアリングの操舵トルク値やモータＭＴの回転角などである。なお、誘導性負荷駆動制御部８０は、イグニッションスイッチＩＧを介して直流電源ＢＴと接続されており、イグニッションスイッチＩＧがオンにされた場合に、誘導性負荷制御装置１００は機能する。好適には、誘導性負荷駆動制御部８０はマイクロコンピュータを用いて実現する。
【００２１】
電路３０は、直流電源ＢＴの通常正極側に接続される電源端子１０Ｐとブリッジ回路２０とを接続するハイサイドの電路である。電路３０は、その電路上に電路開閉手段４０を有する。電路開閉手段４０は、内部に備えられたスイッチング素子により、電路３０を接続または遮断する。電路開閉手段４０は、直流電源ＢＴに近い方に設けられる電源遮断用ＦＥＴ４１（第１スイッチング素子）と、電源遮断用ＦＥＴ４１と直列に接続され、ブリッジ回路２０に近い方に設けられる逆接防止用ＦＥＴ４２と、逆接防止用ＦＥＴ４２と直列であって電源遮断用ＦＥＴ４１と並列かつカソードが直流電源ＢＴの方向となるように接続される電源遮断用ＦＥＴ寄生ダイオード４３と、電源遮断用ＦＥＴ４１と直列であって逆接防止用ＦＥＴ４２と並列かつアノードが直流電源ＢＴの方向となるように接続される逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４と、を有する。なお、電路開閉手段４０は、直流電源ＢＴに近い方に逆接防止用ＦＥＴ４２を設けるようにしてもよい。
【００２２】
電源遮断用ＦＥＴ４１のドレインは、直流電源ＢＴの正極に接続される電源端子１０Ｐに接続され、電源遮断用ＦＥＴ４１のソースは、逆接防止用ＦＥＴ４２のソースおよび逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４のアノードに接続されている。逆接防止用ＦＥＴ４２のソースは、電源遮断用ＦＥＴ４１のソースおよび電源遮断用ＦＥＴ寄生ダイオード４３のアノードに接続され、逆接防止用ＦＥＴ４２のドレインは、ブリッジ回路２０に接続されている。
【００２３】
電源遮断用ＦＥＴ寄生ダイオード４３のカソードは、直流電源ＢＴの正極に接続される電源端子１０Ｐに接続され、電源遮断用ＦＥＴ寄生ダイオード４３のアノードは、逆接防止用ＦＥＴ４２のソースおよび逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４のアノードに接続されている。逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４のアノードは、電源遮断用ＦＥＴ４１のソースおよび電源遮断用ＦＥＴ寄生ダイオード４３のアノードに接続され、逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４のカソードは、ブリッジ回路２０に接続されている。
【００２４】
電路制御部５０は、電源遮断用ＦＥＴ４１のゲートと逆接防止用ＦＥＴ４２のゲートに接続され、ゲートに駆動信号を与えることにより電源遮断用ＦＥＴ４１と逆接防止用ＦＥＴ４２のソース−ドレイン間をオン／オフし、電路開閉手段４０の開閉を制御する。電路制御部５０は、誘導性負荷駆動制御部８０が制御する故障検出部７０からの指令信号に基づいて、電路開閉手段４０の開閉を制御する。イグニッションスイッチＩＧがオンにされると、誘導性負荷駆動制御部８０に電力が供給されるので、誘導性負荷制御装置１００が機能し始める。そして、誘導性負荷駆動制御部８０は電源遮断用ＦＥＴ４１のゲートと逆接防止用ＦＥＴ４２をオンするように制御を行う。しかし、直流電源ＢＴが逆に接続された状態において、イグニッションスイッチＩＧがオンされても、誘導性負荷駆動制御部８０には正常に電力が供給されないため、電源遮断用ＦＥＴ４１と逆接防止用ＦＥＴ４２をオンさせる制御は行われない。その結果、電源遮断用ＦＥＴ４１と逆接防止用ＦＥＴ４２はオフとなる。もし、逆接防止用ＦＥＴ４２が設けられていないとすると、電源遮断用ＦＥＴ４１の寄生ダイオード４３を経由して、誘導性負荷制御装置１００はグランド端子１１から電源端子１０に向かって電圧が印加されるため、回路が故障する可能性がある。しかし、逆接防止用ＦＥＴ４２が存在することによって、誘導性負荷制御装置１００は電圧が逆方向に印加されることを防止される。
【００２５】
電圧検出部６０は、電路開閉手段４０と電源端子１０Ｐとの間の電圧である第１電圧Ｖ１と、電路開閉手段４０とブリッジ回路２０との間の電圧である第２電圧Ｖ２との電圧差を検出する。また、電圧検出部６０は、換言すれば、電路開閉手段４０の直流電源ＢＴ側の一端における第１電圧Ｖ１と、電路開閉手段４０のブリッジ回路２０側の他端における第２電圧Ｖ２との電圧差を検出する。すなわち、電圧検出部６０は、電路開閉手段４０の両端の電圧差を検出する。
【００２６】
故障検出部７０は、その電圧差（｜Ｖ１−Ｖ２｜）に基づいて、電路開閉手段４０内の逆接防止用ＦＥＴ４２（第２スイッチング素子）が不導通故障であることを検出する。不導通故障は、オフ故障とも言い、スイッチング素子がオフのままであり導通しない故障を言う。なお、逆接防止用ＦＥＴ４２の不導通故障においては、逆接防止用ＦＥＴ４２に寄生するダイオードである逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４は正常に機能する状態であるとする。好適には、電圧検出部６０と故障検出部７０はＡ／Ｄコンバータを有するマイクロコンピュータで実現する。誘導性負荷駆動制御部８０も同じマイクロコンピュータで共用して、実現する。
【００２７】
図２および図３を参照し、直流電源ＢＴを接続して電路３０を導通させたときに、正常動作している場合および逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしている場合の、電流の流れや第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の関係について説明する。なお、図２（Ａ）および図３（Ａ）は、図１に示した電路開閉手段４０と故障検出部７０に関連する部分などの一部のみを示している。
【００２８】
図２（Ａ）は、電路開閉手段４０が正常に動作しているときに、電路制御部５０が、電源遮断用ＦＥＴ４１と逆接防止用ＦＥＴ４２がオンとなるように制御している状態、すなわち電路開閉手段４０がオンとなるように制御している状態を示す。また、一点鎖線は、電流を示す。電路開閉手段４０内のすべての要素、すなわち、電源遮断用ＦＥＴ４１、逆接防止用ＦＥＴ４２、電源遮断用ＦＥＴ寄生ダイオード４３、逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４が正常に動作しているので、電流は、電源遮断用ＦＥＴ４１と逆接防止用ＦＥＴ４２を通って、直流電源ＢＴから誘導性負荷駆動部２０へ向けて流れる。電路開閉手段４０と電源端子１０Ｐとの間の電圧である第１電圧Ｖ１と、電路開閉手段４０とブリッジ回路２０との間の電圧である第２電圧Ｖ２とを比べると、第２電圧Ｖ２の方が第１電圧Ｖ１より下流なので、図２（Ｂ）に示すように、２つのＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧降下分だけ、第２電圧Ｖ２は第１電圧Ｖ１よりも低くなる。
【００２９】
一方、図３（Ａ）は、逆接防止用ＦＥＴ４２以外の要素は正常に動作しているが逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしているときに、電路制御部５０が、電源遮断用ＦＥＴ４１と逆接防止用ＦＥＴ４２がオンとなるように制御している状態を示す。逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしているので、電路制御部５０が、逆接防止用ＦＥＴ４２がオンとなるように制御してもオンにならずオフのままである。しかし、逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４は電流の向きに対して順方向となるので、電源遮断用ＦＥＴ４１からの電流は、一点鎖線で示すように、逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４のアノードからカソードへ流れる。
【００３０】
このような状態のときに、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを比べると、第２電圧Ｖ２の方が第１電圧Ｖ１より下流であり、逆接防止用ＦＥＴ４２のドレイン−ソース間の電圧降下より逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４の電圧降下の方が大きいので、図３（Ｂ）に示すように、第２電圧Ｖ２は、正常時よりも小さくなり、正常時よりも大きな電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が生じる。ここで、第１閾値αの値を電源遮断用ＦＥＴ４１のドレイン−ソース間の電圧降下分と逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４の順方向電圧降下分とを加算した値より小さく、かつ、電源遮断用ＦＥＴ４１のドレイン−ソース間の電圧降下分と逆接防止用ＦＥＴ４２のドレイン−ソース間の電圧降下分を加算した値よりも大きい値に設定する。図２で示すように、電路開閉手段４０が正常に動作しているときには、
Ｖ１−Ｖ２＜α        式（１）
となる。図３で示すように、逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしている場合には、
Ｖ１−Ｖ２＞α        式（２）
となる。
【００３１】
このように、電路開閉手段４０と電源端子１０Ｐの間の第１電圧Ｖ１と、電路開閉手段４０と誘導性負荷駆動部２０の間の第２電圧Ｖ２との電圧差（｜Ｖ１−Ｖ２｜）、すなわち電路開閉手段４０の両端の電圧差（｜Ｖ１−Ｖ２｜）を検出することにより逆接保護用のスイッチング素子の不導通故障を検出できる。
【００３２】
また、誘導性負荷制御装置１００では、電路制御部５０が故障検出部７０からの指令信号に基づいて電源遮断用ＦＥＴ４１および逆接防止用ＦＥＴ４２を導通させる制御を行っているときに、電圧検出部６０が第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差（Ｖ１−Ｖ２、第１電圧差）を検出する。そして、故障検出部７０は、逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４の順方向電圧降下分に基づいて予め設定される第１閾値（α）より電圧差（Ｖ１−Ｖ２、第１電圧差）が大きい場合には、逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障であることを検出する。このように検出することで、直流電源ＢＴを接続して電路３０を導通させたときに逆接防止用ＦＥＴ４２（逆接保護用のスイッチング素子）の不導通故障を検出できる。
【００３３】
図４および図５を参照し、誘導性負荷駆動部２０側から直流電源ＢＴに向かって回生電流が流れようとするときであって、正常動作している場合および逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしている場合の、電流の流れや第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の関係について説明する。まず、図６および図７を参照し、誘導性負荷制御装置１００に生じうる回生電流について説明する。
【００３４】
図６は、誘導性負荷制御装置１００が、高電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｈと低電位側半導体スイッチング素子Ｑｗｌをオン制御することにより、直流電源ＢＴの電力を使用してモータＭＴを駆動している状態を示す。この場合、モータＭＴを駆動する電流は、点線矢印で示すように、直流電源ＢＴの正極から、電源端子１０Ｐ、電路開閉手段４０、電路３０、ブリッジ回路２０の高電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｈ、モータＭＴのＵ極の接続端子１１を経て、モータＭＴのＵ極とＷ極を流れ、モータＭＴのＷ極の接続端子１１、ブリッジ回路２０の低電位側半導体スイッチング素子Ｑｗｌ、シャント抵抗、グランドラインＧＬ、電源端子１０Ｎを経て、直流電源ＢＴの負極へ戻るように流れる。
【００３５】
図７は、図６の状態から、ブリッジ回路２０のスイッチング素子がすべてオフとなり、直流電源ＢＴに向かって回生電流が流れる様子を示す。回生電流は、モータＭＴに流れている電流を急激に遮断した場合に、モータＭＴのコイル自身によって生じる逆起電力によって流れる電流である。例えば、上述したように、ブリッジ回路２０の半導体スイッチング素子のＱｕｈとＱｗｌがオンしている場合には、直流電源ＢＴからＱｕｈとＱｗｌを経由してモータＭＴに電流が流れる。そして、図７のように、ＱｕｈとＱｗｌがオフになり、全てのブリッジ回路２０内の半導体スイッチング素子がオフになると、直流電源ＢＴからモータＭＴへ供給される電流は遮断される。その結果、モータＭＴのコイルには逆起電圧が発生して、モータに電流（回生電流）が流れようとする。
【００３６】
すなわち、この回生電流は、点線矢印で示すように、直流電源ＢＴの負極から、電源端子１０Ｎ、グランドラインＧＬ、シャント抵抗、ブリッジ回路２０の低電位側半導体スイッチング素子Ｑｕｌの寄生ダイオード、モータＭＴのＵ極の接続端子１１を経て、モータＭＴのＵ極とＷ極を流れ、モータＭＴのＷ極の接続端子１１、ブリッジ回路２０の高電位側半導体スイッチング素子Ｑｗｈの寄生ダイオード、電路３０、電路開閉手段４０、電源端子１０Ｐを経て、直流電源ＢＴの正極へ戻るように流れる。
【００３７】
本実施例のように、誘導性負荷がモータＭＴの場合には、モータＭＴの出力軸に外部から力が加わり、モータＭＴ自身が発電機となって電圧を発生する。このような場合にも、直流電源ＢＴに向かって回生電流が流れることがある。たとえば、電動パワーステアリング装置に使用されるモータＭＴの場合には、モータＭＴはタイヤを回転させる軸と機械的に連結されている。そのため、車両の走行時にタイヤが路面から受ける外力（路面反力）によって回転させられた時に、モータＭＴの出力軸が外力によって回転させられてしまうため、モータＭＴが発電機となって電圧を発生する。この電圧と、モータＭＴが直流電源ＢＴからの電力によって回転している時に生じる逆起電圧とが加算された電圧値が直流電源ＢＴの電圧値よりも大きくなると、モータＭＴから直流電源ＢＴに向かって、回生電流が流れることがある。
【００３８】
図４（Ａ）は、電路開閉手段４０が正常に動作している場合に誘導性負荷駆動部２０側から直流電源ＢＴに回生電流が流れるときに、電路制御部５０が、電源遮断用ＦＥＴ４１と逆接防止用ＦＥＴ４２がオンとなるように制御している状態を示す。電路開閉手段４０内のすべての要素が正常に動作しているので、誘導性負荷由来の回生電流は、ブリッジ回路２０である誘導性負荷駆動部２０から逆接防止用ＦＥＴ４２と電源遮断用ＦＥＴ４１を通って、直流電源ＢＴへ向けて流れる。電路開閉手段４０と電源端子１０Ｐとの間の電圧である第１電圧Ｖ１と、電路開閉手段４０とブリッジ回路２０との間の電圧である第２電圧Ｖ２とを比べると、第１電圧Ｖ１の方が第２電圧Ｖ２より下流なので、図４（Ｂ）に示すように、２つのＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧降下分だけ、第１電圧Ｖ１は第２電圧Ｖ２よりも低くなる。
【００３９】
一方、図５（Ａ）は、逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしている場合に、電路制御部５０が電源遮断用ＦＥＴ４１と逆接防止用ＦＥＴ４２がオンとなるように制御しているときに、誘導性負荷駆動部２０側から直流電源ＢＴに回生電流が流れようとするときの状態を示す。逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしているので、電路制御部５０が、逆接防止用ＦＥＴ４２がオンとなるように制御してもオンにならずオフのままである。また、逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４は電流の向きに対して逆方向となるので、回生電流は、逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４で止まるため基本的に流れない。しかし、モータＭＴで発生する逆起電力により短時間ではあるが高電圧の逆起電圧が発生する。なお、逆起電圧が発生する時間と大きさは、逆接防止用ＦＥＴ４２とブリッジ回路２０の間に一端を接続され、他端を接地された抵抗や容量に依存する。平滑用に容量の大きいコンデンサ（図示せず）が実装されていることが多く、この場合には、この容量に大きく依存する。
【００４０】
このような状態のときに、すなわち、逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしている場合に誘導性負荷駆動部２０側から直流電源ＢＴに回生電流が流れようとするときに、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを比べると、図５（Ｂ）に示すようになる。すなわち、逆起電力が発生する前では第２電圧Ｖ２は第１電圧Ｖ１よりも低いが、逆起電力が発生したときには第２電圧Ｖ２は第１電圧Ｖ１より高い高電圧となり、その後放電されて減衰していくので、再び第２電圧Ｖ２は第１電圧Ｖ１よりも低くなる。発生した逆起電圧よりも小さく、かつ、電源遮断用ＦＥＴ４１のドレイン−ソース間の電圧降下分と逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４の順方向電圧降下分を加算した値よりも大きい値となる第２閾値βを設定する。図４で示すように、電路開閉手段４０が正常に動作しているときには、
Ｖ２−Ｖ１＜β        式（３）
となる。図５で示すように、逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしている場合には、
Ｖ２−Ｖ１＞β        式（４）
となる。第２閾値βは、逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障を起こしている場合に誘導性負荷駆動部２０側から直流電源ＢＴに回生電流が流れようとするときに、誘導性負荷であるモータＭＴが発生する電圧によって電路開閉手段４０の誘導性負荷駆動部２０側の他端に生じる電圧に基づいて設定されてもよい。
【００４１】
このように、ブリッジ回路２０が誘導性負荷側から直流電源ＢＴに回生電流が流れるように配置された複数のスイッチング素子からなる誘導性負荷制御装置１００では、電路制御部５０が故障検出部７０からの指令信号に基づいて電源遮断用ＦＥＴ４１および逆接防止用ＦＥＴ４２を導通させる制御を行っているときに、電圧検出部６０が第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差（Ｖ２−Ｖ１、第２電圧差）を検出する。そして、故障検出部７０は、予め実験などにより適宜設定される高電圧の値の第２閾値（β）より電圧差（Ｖ２−Ｖ１、第２電圧差）が大きい場合には、逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障であることを検出する。このように検出することで、回生電流が流れたときに逆接防止用ＦＥＴ４２（逆接保護用のスイッチング素子）の不導通故障を検出できる。なお、ブリッジ回路２０が誘導性負荷側から直流電源ＢＴに回生電流が流れるように配置された複数のスイッチング素子を有するとは、例えば、ブリッジ回路２０を構成する高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈに対して並列に配置されたダイオードのアノードはモータＭＴ側に接続され、カソードが直流電圧側に接続され、さらに、ブリッジ回路２０を構成する低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌに対して並列に配置されたダイオードのアノードはグランド側に接続され、カソードがモータＭＴ側に接続されていることを言う。
【００４２】
図８と図９を参照し、誘導性負荷制御装置１００における制御方法および故障検出の方法について説明する。なお、フローチャートにおけるＳはステップを示す。誘導性負荷制御装置１００は、Ｓ９６において、車両のイグニッションスイッチＩＧがオンされると各部に電力が供給され動作を開始する。誘導性負荷制御装置１００では、まず、Ｓ９８において、故障検出部７０が電路開閉手段４０をオンさせて、後述する故障検出を実行する。電路開閉手段４０をオンさせたときに故障検出部７０が異常を検出した場合には、故障検出部７０は、フェールセーフの処理、例えばモータの駆動を禁止するなどの処理を実行する。故障検出部７０が異常を検出しない場合には電路開閉手段４０を導通させ、誘導性負荷駆動制御部８０は、外部から読込んだ操舵トルク値やモータＭＴの回転角に基づいて、モータＭＴに流すべき電流である目標指令値を計算する。さらに、誘導性負荷駆動制御部８０は、シャント抵抗から読込んだ電圧からモータＭＴに流れている実測値を計算する。そして、誘導性負荷駆動制御部８０は、実測値をモータ制御にフィードバックしてモータＭＴに流す電流を調整した上でモータＭＴをＰＷＭ駆動する。イグニンショスイッチＩＧがオフされるまでは、この一連の制御が所定の制御周期で繰り返される。イグニンショスイッチＩＧがオフされると、誘導性負荷制御装置１００は制御を停止する。
【００４３】
誘導性負荷制御装置１００は、Ｓ１００において、図９に示す故障検出を実行する。誘導性負荷制御装置１００は、Ｓ１０２において、故障検出において異常が検出されたか否かを検査する。図９を参照し、故障検出の方法について説明する。電圧検出部６０は、Ｓ２０２において第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２を測定し、Ｓ２０４において第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の電圧差を算出する。故障検出部７０は、Ｓ２０６において、式（２）が成立するか否かを検査する。成立した場合、故障検出部７０は、Ｓ２１４において、逆接防止用ＦＥＴ４２はオフ故障であると判定する。故障検出部７０は、Ｓ２１６において、誘導性負荷駆動制御部８０へ報知する。
【００４４】
式（２）が成立していない場合、すなわち、電路制御部５０が電源遮断用ＦＥＴ４１および逆接防止用ＦＥＴ４２を導通させる制御を行っているときに、電圧検出部６０が第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差（Ｖ１−Ｖ２、第１電圧差）を検出し、故障検出部７０は、逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障ではないことを検出した場合、Ｓ２０８において、式（４）が成立するか否かを検査する。成立した場合、故障検出部７０は、Ｓ２１４において、逆接防止用ＦＥＴ４２はオフ故障であると判定し、Ｓ２１６において誘導性負荷駆動制御部８０へ報知する。なお、Ｓ２０８で行う検査は、本実施例においては制御周期ごとに実行されるが、回生電流が直流電源に流れる経路を生じさせる各駆動用半導体スイッチング素子のオン／オフの組合せとなるＰＷＭ制御のタイミングに合わせて実施しても良い。
【００４５】
式（４）が成立していない場合、すなわち、電路制御部５０が電源遮断用ＦＥＴ４１および逆接防止用ＦＥＴ４２を導通させる制御を行っているときに、電圧検出部６０が第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差（Ｖ２−Ｖ１、第２電圧差）を検出し、故障検出部７０は、逆接防止用ＦＥＴ４２が不導通故障でないことを検出した場合、Ｓ２１０において、逆接防止用ＦＥＴ４２は正常であると判定する。なおＳ２０６やＳ２０８の判定において、式を満足している状態が所定時間継続していることを要件に加えて、逆接防止用ＦＥＴ４２がオフ故障していると判定しても良い。
【００４６】
このように故障検出を行うことで、直流電源ＢＴを接続して電路３０を導通させたときに、または回生電流が流れたときに、逆接防止用ＦＥＴ４２（逆接保護用のスイッチング素子）の不導通故障を検出できる。
【００４７】
故障検出部７０が異常がある旨を誘導性負荷駆動制御部８０へ報知した場合、Ｓ１１４において、異常時のフェールセーフ処理を実施する。たとえば、運転者に対して保守点検を促すなどのインジケータを点灯したり、モータＭＴの駆動を中止したりする。誘導性負荷制御装置１００は、その後、制御を終了する。
【００４８】
異常が検出されなかった場合、誘導性負荷制御装置１００は、モータＭＴの駆動制御を行う。より具体的には、誘導性負荷駆動制御部８０は、Ｓ１０４において、センサやＥＣＵから得られる信号を読み込み、Ｓ１０６において、プリドライバ部９０に出力するデューティ比の目標指令値を計算する。誘導性負荷駆動制御部８０は、Ｓ１０８において、ブリッジ回路２０の各相に流れる電流などを実測して取得し、Ｓ１１０において、目標指令値と実測値に基づいてモータＭＴを駆動するためのＰＷＭ信号をプリドライバ部９０に出力させて、モータＭＴを駆動する。誘導性負荷制御装置１００は、Ｓ１１２において、イグニッションスイッチＩＧがオフにされたか否かを検査する。オンのままである場合には、誘導性負荷制御装置１００は、Ｓ１００〜Ｓ１１０を繰り返し、常に故障検出を行っている。オフにされたら制御を終了する。
【００４９】
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【００５０】
実施例においては第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差を用いているが、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２を比較できれば良く、例えば、第１電圧Ｖ１に所定値を加算した値と第２電圧Ｖ２との電圧差を閾値と比較する事なども本発明の範囲である。なお、所定値とは、電源遮断用ＦＥＴ４１のドレイン−ソース間の電圧降下分と逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４の順方向電圧降下分とを加算した値や、電源遮断用ＦＥＴ４１のドレイン−ソース間の電圧降下分と逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード４４の順方向電圧降下分とを加算した値である。第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の比などを用いても良い。
【００５１】
なお、本実施例の場合、スイッチング素子がＦＥＴなので電圧降下はドレインとソースとの間の電圧差であるが、スイッチング素子として継電器（リレー）を用いることも可能である。この場合の電圧降下はリレーの２つの接点間の電圧差である。
【符号の説明】
【００５２】
１００    誘導性負荷制御装置
１０      電源端子
１１      モータ接続点
２０      ブリッジ回路（誘導性負荷駆動部）
３０      電路
４０      電路開閉手段
４１      電源遮断用ＦＥＴ（第１スイッチング素子）
４２      逆接防止用ＦＥＴ（第２スイッチング素子）
４３      電源遮断用ＦＥＴ寄生ダイオード
４４      逆接防止用ＦＥＴ寄生ダイオード
５０      電路制御部
６０      電圧検出部
７０      故障検出部
８０      誘導性負荷駆動制御部
９０      プリドライバ部
ＢＴ      直流電源
ＭＴ      モータ（誘導性負荷）
Ｖ１      第１電圧
Ｖ２      第２電圧
【図１】
2019154006.tif 000003
【図２】
2019154006.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019154006.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019154006.tif 000008
【図７】
2019154006.tif 000009
【図８】
2019154006.tif 000010
【図９】
2019154006.tif 000011