(57)【要約】  車載電子制御装置に組み込まれ、負荷の異常を診断する診断回路を内蔵した負荷駆動回路において、負荷駆動制御に影響を与えることなく、診断回路の故障を検出する。  診断回路に故障が発生した場合、診断回路自体は車両を制御する機能ではないので、車両動作へは影響を与えず、車両に乗っている乗員がその故障に気付かない場合が考えられる。また診断回路に故障が発生した場合には、診断回路に故障が発生したことを検出する機能が無い限りは、車両制御システムでもその故障発生を検出することが出来ない。つまり、診断回路に故障が発生した場合には、乗員が認知することも、車両制御システムが検出することもできない故障となる可能性がある。  診断回路が負荷の異常を診断する必要のない状態の時に、診断回路に擬似異常信号を注入し、診断回路が注入された擬似異常信号を故障として検出できるかを確認することで、診断回路が故障しているか否かを判定する。
2015118772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動する負荷駆動素子と、
前記負荷の異常を診断するために、検出対象となる物理量を測定し、測定した物理量を検出信号として出力する検出手段と、
前記検出手段が出力した信号に基づいて、前記負荷に異常が発生しているか否かを診断する診断回路と、を備え、
前記負荷駆動素子が導通状態と非導通状態かのいずれかの状態の時に、
前記負荷に異常が発生しているか否かを診断する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷に異常が発生した際に生じる物理量に相当する擬似異常信号を生成する擬似異常信号生成回路と、
前記診断回路に入力する信号を、前記検出手段が出力する検出信号または前記擬似異常信号生成回路に切替る信号切替回路、を備え、
前記診断回路に故障が発生しているか否かを判定する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項３】
請求項１に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷駆動素子を制御する駆動制御回路と、
前記駆動制御回路とは別に設けられ、前記負荷駆動素子を制御する診断用駆動制御回路と、
前記負荷駆動素子を制御する回路を、前記駆動制御回路または前記診断用駆動制御回路に切替る信号切替回路と、
電流検出抵抗と、
切替え可能なゲインを備えた増幅回路、を備えて、
前記駆動制御回路が前記負荷駆動素子を非導通状態に制御している期間中、前記駆動素子を制御する回路が前記信号切替回路により前記診断用駆動制御回路に切替わり、かつ、
前記増幅回路のゲインを切替え、
前記診断用駆動制御回路は、
前記負荷に流れる電流が前記負荷の駆動電流量以下かつ所望の電流量になるように前記負荷駆動素子を制御し、
前記駆動電流量以下かつ所望の電流量を前記増幅回路によって増幅させて前記診断回路に注入し、
前記診断回路に故障が発生しているか否かを判定する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項４】
請求項２に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷の異常を診断する必要がある状態のとき、前記診断回路は前記負荷の状態を診断し、前記負荷に異常の発生を検出した場合には負荷駆動回路は所定の動作に移行し、
前記負荷の異常を診断する必要がない状態のとき、前記診断回路は前記擬似異常信号生成回路が出力する前記擬似異常信号を注入され、前記診断回路に故障が発生しているか否かを判定され、
前記擬似異常信号の注入により、前記診断回路が前記負荷の異常を検出した場合には前記診断回路は正常と判定し、前記診断回路が前記負荷の異常を検出しなかった場合には前記診断回路に故障が発生していると判定し、
負荷駆動回路は所定の動作に移行する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項５】
請求項１に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷駆動回路の用途は、
前記負荷駆動素子をスイッチングし、入力された電圧を昇圧または降圧して所定の電圧を出力するスイッチングレギュレータでも良い、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項６】
請求項３に記載された負荷駆動回路において、
前記診断回路に故障が発生していることの判定は、
前記負荷の異常を診断する必要のない状態のとき、
前記診断回路へ連続した所定回数の前記擬似異常信号を注入し、
前記診断回路が前記連続した所定回数の故障を検出した場合に前記診断回路は正常と判定し、
前記診断回路が前記連続した所定回数の故障を検出できなかった場合に前記診断回路に故障が発生していると判定しても良い、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項７】
請求項６に記載された負荷駆動回路において、
前記擬似異常信号を連続する一つ以上の周期で前記診断回路に注入し、
前記診断回路が前記連続する一つ以上の周期で注入した前記擬似異常信号を検出した場合に前記診断回路は正常と判定する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項８】
請求項７に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷に異常が発生した際に生じる物理量が所定のしきい値を逸脱した場合に、前記負荷に異常が発生と判定する前記診断回路に、
前記しきい値を逸脱していない前記擬似異常信号と、
前記しきい値を逸脱している前記擬似異常信号の、
少なくとも２種類の前記擬似異常信号を注入することで、
前記所定のしきい値が所定の範囲から逸脱しているか否かを判定する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項９】
請求項８に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷の異常を診断する前記診断回路は、
バッテリショートを診断する回路、
グランドショートを診断する回路、
過電流を診断する回路、
および負荷オープンを診断する回路、のうち、
少なくとも一つを有する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項１０】
請求項９に記載された負荷駆動回路において、
負荷駆動回路の構成は、
ローサイドドライバ構成、
ハイサイドドライバ構成、
プッシュプル構成、
ハーフブリッジ構成、
およびフルブリッジ構成、のうち、
いずれか一つの構成を有する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項１１】
請求項１０に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷駆動素子、
前記駆動制御回路、
前記診断用駆動制御回路、
前記切替え手段、
前記検出手段、
前記ゲイン変更手段、
前記増幅回路、
前記診断回路、
前記負荷に異常が発生した際に生じる物理量と、前記負荷に異常発生と判定するためのしきい値とを比較する比較回路、
および前記擬似異常信号生成回路、のうち、
少なくとも一部を半導体集積回路に内蔵した、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項１２】
請求項１１に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷駆動素子は、
FET、
バイポーラトランジスタ、
IGＢT、のいずれか、または組み合わせで構成されても良い、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する前記検出手段は、
抵抗、
センスMOＳ、のいずれか、または組み合わせでも良い、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載電子制御装置に組み込まれる、診断回路を内蔵した負荷駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両制御のために、PWMや周波数駆動によって駆動素子の導通と非導通を切替え、ソレノイド、リレー、ヒーター、モーターなどの負荷を駆動させている場合がある。このような負荷駆動回路には、従来から、駆動する負荷の状態の診断を行う診断回路が備えられたものがあり、負荷駆動回路内の所定の物理量を測定することにより、負荷の状態を診断している。このような診断回路は、車両動作中、駆動する負荷の状態に異常が発生しているか否かを常時診断し続けている場合がある。【０００３】
一方、このような診断回路に故障が発生した場合、診断回路自体は車両を制御する機能ではないので、車両動作へは影響を与えず、車両に乗っている乗員がその故障に気付かない場合も考えられる。また診断回路に故障が発生した場合には、診断回路に故障が発生したことを検出する機能が無い限りは、車両制御システムでもその故障発生を検出することは出来ない場合もある。つまり、診断回路に故障が発生した場合には、乗員が認知することも、車両制御システムが検出することもできない潜在故障となる可能性がある。【０００４】
診断回路が故障している状態のとき、駆動している負荷に異常が発生すると、診断回路が負荷の異常を検出することができず、さらには負荷の異常から負荷駆動回路を守るための保護機能を起動させることもできなくなる。つまり、診断回路に故障が発生した状態で、負荷に異常が発生するという２重故障が発生すると、保護機能を起動させることもできないので、最悪の場合、負荷駆動回路の破損に至る可能性がある。【０００５】
特許文献１では、車両のイグニッションキーをオンした後のシステム初期化処理中、または車両のイグニッションキーをオフした後のシステム停止処理中、駆動回路を制御する制御回路から駆動停止信号が入力されると、少なくとも駆動回路が停止されることにより、電子制御装置に負荷駆動回路を組み込んだ状態のままで、負荷の状態を診断する診断回路の正常動作を確認している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７７５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の手法では、イグニッションキーをオンまたはオフ時に診断回路の故障の有無を確認するため、車両走行中に故障が発生した場合には、その故障を見つけるまでに時間を要し、その間に駆動する負荷の状態に異常が発生すると２重故障により負荷駆動回路が破損し、負荷制御ができなくなる可能性がある。【０００８】
そのため、診断回路に故障が発生した場合には、例え車両制御に影響を与えなかったとしても、速やかにその故障を検出し、故障警告灯などで乗員に警告することが望ましい。【０００９】
本発明は、負荷駆動回路における診断回路の異常発生有無を、車両動作中に負荷駆動制御に影響を与えずに、擬似異常信号を注入して確認することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、その一例として、例えば負荷を制御している期間中であって、診断回路が負荷の異常の診断をしていないときに、診断回路に擬似異常信号を注入することで、診断回路に異常が発生しているか否かを診断することで達成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、負荷駆動回路における診断回路が故障しているか否かを、負荷駆動制御に影響を与えずに、負荷駆動周期ごとに擬似異常信号を注入することで、判定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】駆動素子の状態に基づき、診断回路に故障が発生しているか否かを確認するための手順を示すフローチャート
【図２】診断回路としてバッテリショート検出回路を持ったローサイドドライバ構成の負荷駆動回路１
【図３】図２の動作を説明するためのタイミングチャート１
【図４】図２の動作を説明するためのタイミングチャート２
【図５】診断回路としてグランドショート検出回路と負荷オープン検出回路を持ったローサイドドライバ構成の負荷駆動回路
【図６】診断回路としてグランドショート検出回路と負荷オープン検出回路とバッテリショート検出回路を持ったハイサイドドライバ構成の負荷駆動回路
【図７】診断回路としてグランドショート検出回路とバッテリショート検出回路を持ったハーフブリッジ構成の負荷駆動回路
【図８】診断回路としてバッテリショート検出回路を持ったローサイドドライバ構成の負荷駆動回路２
【図９】図８の動作を説明するためのタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。【００１４】
図１は、駆動素子の状態に基づき、診断回路に故障が発生しているか否かを確認するための手順を示すフローチャートである。【００１５】
まず、図１に示すステップＳ１０において、駆動素子の状態に基づき、診断回路が負荷の異常を診断する必要がある状態か否かを判定する。【００１６】
駆動素子が、診断回路による負荷の異常を診断する必要がある状態の場合（Ｓ１０判定：Ｙｅｓ）、診断回路は負荷に異常が発生しているか否かを診断する。診断回路が負荷に異常が発生していることを検出しなかった場合には（ステップＳ２１：No）、負荷の状態は正常と判定し、Ｓ１０判定に戻る。診断回路が負荷に異常が発生していることを検出した場合には（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、必要に応じて負荷駆動回路を発生している異常から保護するなどの動作を起動し、さらに異常の発生をマイクロコンピュータ等の主制御装置に通知する。主制御装置は異常が発生している箇所や発生している異常の種類などに応じて、車両を所定の動作に移行させる。【００１７】
駆動素子が、診断回路による負荷の異常を診断する必要がない状態の場合（Ｓ１０判定：No）、診断回路は負荷に異常が発生しているか否かを診断する必要は無い。そのため、診断回路が診断をする必要が無い期間中に、負荷の異常状態時に発生する物理量に相当する擬似異常信号を診断回路に注入し、診断回路がそれを負荷の異常と検出できるか否かを確認することで、診断回路に故障があるか否かを確認する。擬似異常信号を診断回路に注入した結果、診断回路が負荷の異常を検出したことを示す信号を出力した場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、診断回路に故障は発生していないと判定し、Ｓ１０判定に戻る。一方、擬似異常信号を診断回路に注入した結果、診断回路が故障を検出したことを示す信号を出力しなかった場合（ステップＳ３１：No）、診断回路に故障が発生していると判定し、マイクロコンピュータ等の主制御装置に診断回路に故障が発生していることを通知する。主制御装置は故障が発生している診断回路の箇所等に応じて、故障警告灯を点灯して運転者に通知するなど、車両を所定の動作に移行させる。【００１８】
以下、図２を参照して具体例を説明する。【００１９】
図２は、診断回路として過電流検出によるバッテリショート検出機能を持った、ローサイドドライバ構成の負荷駆動回路を示している。
ローサイドドライバ構成の負荷駆動回路１００は、
電源１０３と負荷１０１の下流に設けられた回路であって、
駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａとそれを駆動するためのプリドライバ１２ａ、
駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａに流れる電流を診断するための電流検出抵抗１８ａ、
電流検出抵抗１８ａの両端電圧を増幅する差動増幅回路１４ａ、
バッテリショートによる過電流発生か否かのしきい値を決めるバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａ、
差動増幅回路１４ａの出力電圧とバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａとの値を比較し過電流発生か否かを判定する比較回路１１ａ、
バッテリショートによる過電流発生時に電流検出抵抗１８ａの両端に発生する電圧に相当する電圧を生成するバッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａ、
差動増幅回路１４ａに入力する信号を電流検出抵抗１８ａの両端電圧かバッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａかを切替える信号切替回路１５ａと１５ｂ、
これらの動作を制御する制御回路１０から成る。【００２０】
なお、図示しないが、駆動する負荷の特性により、駆動素子保護用のクランプダイオードや電流を還流させる還流ダイオードを負荷駆動回路に含めても良い。【００２１】
図２におけるバッテリショートを診断する診断回路は、電流検出抵抗１８ａ、差動増幅回路１４ａ、バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａ、比較回路１１ａから成る。
【００２２】
診断回路は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが導通状態のとき負荷１０１の異常によりバッテリショートが発生した場合、電流検出抵抗１８ａに大電流が流れ電流検出抵抗１８ａの両端電圧差が大きくなり、両端電圧の差を増幅している差動増幅回路１４ａの出力電圧が上昇し、それがバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａで生成された電圧を超えた時にバッテリショートによる過電流発生と判定し制御回路１０に通知する。バッテリショート発生の通知を受けた制御回路１０は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａを非導通にして電流を停止させるための信号をプリドライバ１２ａに送信するなどの保護動作を開始する。【００２３】
一方で、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが非導通状態の時には、負荷１０１の異常によりバッテリショートが発生した場合でも電流は流れないので、診断回路はバッテリショートによる過電流を診断する必要はない。
【００２４】
つまり、負荷駆動制御のために駆動素子を導通状態と非導通状態でスイッチングしている場合には、駆動素子が診断回路による診断を必要としない状態の時に、診断回路の故障有無の確認を行えれば、車両制御のための負荷駆動に影響を与えることなく、診断回路に発生した故障が潜在故障となることを防げる。【００２５】
以下、図３を参照して、バッテリショートを診断する診断回路に故障が発生しているか否かを確認するための動作手順を説明する。
【００２６】
制御回路１０は負荷駆動を制御する信号をプリドライバ１２ａに送信し、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａには図３(ａ)に示す駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａのゲート入力信号Ｎ１５が入力される。
【００２７】
ゲート入力信号Ｎ１５がＨｉｇｈの期間中は駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが導通状態となり、図３(ｂ)に示す電流が電流検出抵抗１８ａに流れる。その際、電流検出抵抗１８ａでは電圧降下が発生し、電流検出抵抗１８ａの上流側信号Ｎ１１ａと下流側信号Ｎ１１ｂの電圧の差は図３（ｃ）となる。制御回路１０は、ゲート入力信号Ｎ１５がＨｉｇｈの期間中は、信号切替回路１５ａと１５ｂを制御して、電流検出抵抗１８ａの上流側信号Ｎ１１ａが信号切替回路１５ａの出力信号Ｎ１３ａに出力され、電流検出抵抗１８ａの下流側信号Ｎ１１ｂが信号切替回路１５ｂの出力信号Ｎ１３ｂに出力されるように制御する。
【００２８】
一方、ゲート入力信号Ｎ１５がＬｏｗの期間中は駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが非導通状態となる。その際、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａは、バッテリショートによる過電流が発生した場合に電流検出抵抗１８ａの上流側信号Ｎ１１ａと下流側信号Ｎ１１ｂに発生する電圧に相当するレベルの電圧信号を生成し、それぞれバッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａの上流側出力信号Ｎ１２ａと下流側出力信号Ｎ１２ｂによって信号切替回路１５ａと１５ｂに出力される。図３（ｄ）にバッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａが生成する上流側出力信号Ｎ１２ａと下流側出力信号Ｎ１２ｂの電圧差の波形を示す。制御回路１０は、ゲート入力信号Ｎ１５がＬｏｗの期間中は、信号切替回路１５ａと１５ｂを制御して、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａの上流側出力信号Ｎ１２ａが信号切替回路１５ａの出力信号Ｎ１３ａに出力され、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａの下流側出力信号Ｎ１２ｂが信号切替回路１５ｂの出力信号Ｎ１３ｂに出力されるように制御する。【００２９】
この制御の結果、差動増幅回路１４ａに入力される信号の電圧差を図３（ｅ）に示す。差動増幅回路１４ａは入力された波形を増幅して出力信号Ｎ１６に出力する。差動増幅回路１４ａの出力信号Ｎ１６の電圧波形を図３（ｆ）に示す。
【００３０】
差動増幅回路１４ａの出力信号Ｎ１６は、比較回路１１ａに入力され、バッテリショート判定のしきい値レベルを決定しているバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａが生成する電圧と比較される。バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａが生成し、出力する信号Ｎ１７を図３（ｈ）に示す。比較回路１１ａは、差動増幅回路１４ａの出力電圧が、バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａの生成する電圧を超えた時に、バッテリショートによる過電流が発生した判定し、制御回路１０に対して、出力信号Ｎ１８にＨｉｇｈを出力する。
【００３１】
バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａは、バッテリショートによる過電流発生時に電流検出抵抗１８ａの両端に発生する電圧に相当する電圧を生成しているため、差動増幅回路１４ａ、比較回路１１ａ、バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａ、信号切替回路１５ａと１５ｂ、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａに故障が発生していなければ、図３（ｇ）に示すとおり比較回路１１ａは制御回路１０に対してＨｉｇｈを出力する。一方で、比較回路１１ａが制御回路１０に対してＨｉｇｈを出力しなかった場合には、差動増幅回路１４ａ、比較回路１１ａ、バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａ、信号切替回路１５ａと１５ｂ、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａの少なくともひとつの回路に故障が発生していると判断する。
【００３２】
以上より、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが非導通状態にあるとき、バッテリショートによる過電流発生時に電流検出抵抗１８ａの両端に発生する電圧に相当する電圧を診断回路に注入し、診断回路が異常を検出するかを確認することで、診断回路に異常が発生しているか否かを判定することができる。【００３３】
なお、図３（ｄ）では、ゲート入力信号Ｎ１５がＬｏｗの期間中に、１つの擬似異常信号を注入しているが、１つ以上の擬似異常信号を注入し、診断回路が１つ以上の異常を検出した時に、診断回路は正常と判定しても良い。
【００３４】
また、図４（ｄ）に示すとおり、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａが、バッテリショート検出すべきでは無いレベルの擬似異常信号Ｐ１０とバッテリショート検出すべきレベルの擬似異常信号Ｐ１１の少なくとも２種類の擬似異常信号を注入し、擬似異常信号Ｐ１０注入時には比較回路１１ａは異常検出せず、擬似異常信号Ｐ１１注入時には比較回路１１ａは異常検出することを確認することで、バッテリショート判定のためのしきい値は擬似異常信号Ｐ１０の電圧レベルと擬似異常信号Ｐ１１の電圧レベルとの間に存在していると判定することが可能である。
【００３５】
さらに、図４に示すとおり、周期Ｔ１と周期Ｔ２の連続する２つの周期で擬似異常信号を注入し、診断回路が連続する２つの周期で擬似異常信号による故障を検出した場合に、診断回路は正常と判定しても良い。擬似異常信号注入し、診断回路が故障を検出するための連続した周期は２つ以上であっても良い。【００３６】
駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが非導通状態の時に、バッテリショートによる過電流発生を示す信号を検出した場合には、擬似異常信号注入による異常検出であるので、制御回路１０などによって異常検出はマスクされ、負荷駆動回路の動作には影響を与えないように制御する。
【実施例２】
【００３７】
図５は実施例２に関するものであり、診断回路としてグランドショート検出機能と負荷オープン検出機能を持った、ローサイドドライバ構成の負荷駆動回路を示している。
【００３８】
図５に示した負荷駆動回路におけるグランドショート検出手段は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが非導通状態の時に、負荷１０１の異常によりグランドショートが発生した場合、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａのドレイン信号Ｎ１０ａはグランド電位近傍となるため、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａのドレイン信号Ｎ１０ａの電位とグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｂが生成する電圧を比較回路１１ｂが比較し、ドレイン信号Ｎ１０ａの電位がグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｂが生成する電圧を下回った場合に負荷がグランドショート状態であると判定する。
【００３９】
一方、図５に示した負荷駆動回路における負荷オープン検出手段は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが非導通状態の時に、ドレイン信号Ｎ１０ａの電位を所定の電位に移行させるために定電流源２０ａと２０ｂがコンデンサ１０２の電荷を充放電させ、ドレイン信号Ｎ１０ａの電位と負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｃが生成する電圧を比較回路１１ｃが比較し、ドレイン信号Ｎ１０ａの電位が負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｃが生成する電圧を超えた場合に負荷がオープン状態であると判定する。
【００４０】
なお、図示しないが、駆動する負荷の特性により、駆動素子保護用のクランプダイオードや電流を還流させる還流ダイオードを負荷駆動回路に含めても良い。
【００４１】
グランドショートと負荷オープンのいずれの異常状態が発生しても、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが導通状態のときはドレイン信号Ｎ１０ａの電位はグランド電位近傍になるため、異常状態の検出を行うことはできない。つまり駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが導通状態の時には、負荷１０１の異常により負荷オープンまたはグランドショートの診断をする必要はないため、この期間中に擬似異常信号をグランドショートと負荷オープンを診断する診断回路に注入することで、負荷駆動制御に影響を与えることなく、診断回路に故障が発生しているか否かを判定することができる。
【００４２】
具体的には、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが非導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｃと１５ｄを制御して、ドレイン信号Ｎ１０ａを比較回路１１ｂと１１ｃに接続する。この期間中はドレイン信号Ｎ１０ａの電位を比較回路１１ｂと１１ｃで、それぞれの異常検出のためのしきい値電圧を決定しているグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｂの生成電圧と負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｃの生成電圧と比較することで、グランドショート異常と負荷オープン異常の診断をしている。
【００４３】
一方、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｃと１５ｄを制御して、グランドショート発生時にドレイン信号Ｎ１０ａに発生する電圧に相当する電圧を生成するグランドショート擬似異常信号生成回路１７ｂの生成電圧を比較回路１１ｂに接続し、負荷オープン発生時にドレイン信号Ｎ１０ａに発生する電圧に相当する電圧を生成する負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｃの生成電圧を比較回路１１ｃに接続する。
【００４４】
比較回路１１ｂは、グランドショート擬似異常信号生成回路１７ｂの生成電圧とグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｂの生成電圧を比較し、グランドショート擬似異常信号生成回路１７ｂの生成電圧がグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｂの生成電圧を下回った場合に異常検出を制御回路１０に通知する。グランドショート擬似異常信号生成回路１７ｂの生成電圧は、グランドショートが発生した時にドレイン信号Ｎ１０ａに発生する電圧に相当する電圧を生成しているので、比較回路１１ｂが異常を検出した場合には、診断回路は正常であると判定できる。一方、比較回路１１ｂが異常を検出しなかった場合には、診断回路に故障が発生していると判定する。
【００４５】
同様に、比較回路１１ｃは、負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｃの生成電圧と負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｃの生成電圧を比較し、負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｃの生成電圧が負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｃの生成電圧を上回った場合に異常検出を制御回路１０に通知する。負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｃの生成電圧は、負荷オープンが発生した時にドレイン信号Ｎ１０ａに発生する電圧に相当する電圧を生成しているので、比較回路１１ｃが異常を検出した場合には、診断回路は正常であると判定できる。一方、比較回路１１ｃが異常を検出しなかった場合には、診断回路に故障が発生していると判定する。【００４６】
なお、擬似異常信号の診断回路への注入は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａ制御信号の１周期内の導通期間中に、１つ以上の擬似異常信号を注入し、診断回路が１つ以上の異常を検出した時に、診断回路は正常と判定しても良い。
【００４７】
また、実施例１の図４（ｄ）と同様、グランドショート擬似異常信号生成回路１７ｂと負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｃが、異常検出すべきでは無いレベルの擬似異常信号と異常検出すべきレベルの擬似異常信号の少なくとも２種類の擬似異常信号を生成することで、異常検出のためのしきい値は２種類の擬似異常信号レベルの間に存在していると判定することが可能である。
【００４８】
さらに、実施例１の図４と同様、連続する１つ以上の周期で擬似異常信号を注入し、診断回路が連続する１つ以上の周期で擬似異常信号による故障を検出した場合に、診断回路は正常と判定しても良い。【００４９】
駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａが導通状態の時に異常を示す信号を検出した場合には、擬似異常信号注入による異常検出であるので、制御回路１０などによって異常検出はマスクされ、負荷駆動回路の動作には影響を与えないように制御する。
【実施例３】
【００５０】
図６は実施例３に関するものであり、診断回路としてバッテリショート検出機能と負荷オープン検出機能とグランドショート検出機能を持った、ハイサイドドライバ構成の負荷駆動回路を示している。
【００５１】
図６に示した負荷駆動回路におけるバッテリショート検出手段は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが非導通状態の時に、負荷１０１の異常によりバッテリショートが発生した場合、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂのソース信号Ｎ１０ｂはバッテリ電位近傍となるため、ソース信号Ｎ１０ｂの電位とバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｄが出力する電圧を比較回路１１ｄが比較し、ソース信号Ｎ１０ｂの電位がバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｄが出力する電圧を超えた場合に負荷がバッテリショート状態であると判定する。
【００５２】
また、図６に示した負荷駆動回路における負荷オープン検出手段は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが非導通状態の時に、ソース信号Ｎ１０ｂの電位を所定の電位に移行させるために定電流源２０ａと２０ｂがコンデンサ１０２の電荷を充放電させ、ソース信号Ｎ１０ｂの電位と負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｃが生成する電圧を比較回路１１ｅが比較し、ソース信号Ｎ１０ｂの電位が負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｃが出力する電圧を超えた場合に負荷がオープン状態であると判定する。
【００５３】
さらに、図６に示した負荷駆動回路における過電流検出によるグランドショート検出手段は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが導通状態の時に、負荷１０１の異常によりグランドショートが発生した場合、電流検出抵抗１８ｂに大電流が流れ電流検出抵抗１８ｂの両端電圧差が大きくなり、両端電圧の差を増幅している差動増幅回路１４ｂの出力電圧が上昇し、差動増幅回路１４ｂの出力電圧とグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｆが生成する電圧を比較回路１１ｆが比較し、差動増幅回路１４ｂの出力電圧がグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｆが生成する電圧を超えた場合にグランドショート状態であると判定する。
【００５４】
なお、図示しないが、駆動する負荷の特性により、駆動素子保護用のクランプダイオードや電流を還流させる還流ダイオードを負荷駆動回路に含めても良い。
【００５５】
バッテリショートまたは負荷オープンの異常状態が発生していても、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが導通状態のときはソース信号Ｎ１０ｂの電位はグランド電位近傍になるため、ソース信号Ｎ１０ｂの電位を利用して異常状態の検出を行うことはできない。つまり駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが導通状態の時には、負荷１０１の異常によりバッテリショートおよび負荷オープンの診断をする必要はないため、この期間中に擬似異常信号をバッテリショートおよび負荷オープンを診断する診断回路に注入することで、負荷駆動制御に影響を与えることなく、診断回路に故障が発生しているか否かを判定することができる。【００５６】
具体的には、バッテリショートと負荷オープンに関しては、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが非導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｅと１５ｆを制御して、ソース信号Ｎ１０ｂを比較回路１１ｄと１１ｅに接続する。この期間中はソース信号Ｎ１０ｂの電位を比較回路１１ｄと１１ｅで、それぞれの異常検出のためのしきい値電圧を決定しているバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｄの生成電圧と負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｅの生成電圧と比較することで、バッテリショート異常と負荷オープン異常の診断をしている。
【００５７】
一方、バッテリショートと負荷オープンに関する、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｅと１５ｆを制御して、バッテリショート発生時にソース信号Ｎ１０ｂに発生する電圧に相当する電圧を生成するバッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｄの生成電圧を比較回路１１ｄに接続し、負荷オープン発生時にソース信号Ｎ１０ｂに発生する電圧に相当する電圧を生成する負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｅの生成電圧を比較回路１１ｅに接続する。【００５８】
比較回路１１ｄは、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｄの生成電圧とバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｄの生成電圧を比較し、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｄの生成電圧がバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｄの生成電圧を上回った場合にバッテリショート検出を制御回路１０に通知する。バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｄの生成電圧は、バッテリショートが発生した時にソース信号Ｎ１０ｂに発生する電圧に相当する電圧を生成しているので、比較回路１１ｄが異常を検出した場合には、診断回路は正常であると判定できる。一方、比較回路１１ｄが異常を検出しなかった場合には、診断回路に故障が発生していると判定する。
【００５９】
同様に、比較回路１１ｅは、負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｅの生成電圧と負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｅの生成電圧を比較し、負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｅの生成電圧が負荷オープンしきい値電圧生成回路１３ｅの生成電圧を上回った場合に異常検出を制御回路１０に通知する。負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｅの生成電圧は、負荷オープンが発生した時にソース信号Ｎ１０ｂに発生する電圧に相当する電圧を生成しているので、比較回路１１ｅが異常を検出した場合には、診断回路は正常であると判定できる。一方、比較回路１１ｅが異常を検出しなかった場合には、診断回路に故障が発生していると判定する。【００６０】
グランドショートに関しては、グランドショートの異常状態が発生していても、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが非導通状態のときは電流が流れないため、電流検出抵抗１８ｂを利用してのグランドショート異常の検出を行うことはできない。つまり駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが非導通状態の時には、負荷１０１の異常によりグランドショートの診断をする必要はなくなるため、擬似異常信号をグランドショートを診断する診断回路に注入することで、負荷駆動制御に影響を与えることなく、診断回路に故障が発生しているか否かを判定することができる。【００６１】
具体的には、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｇと１５ｈを制御して、電流検出抵抗１８ｂの上流側信号と下流側信号を差動増幅回路１４ｂに接続する。グランドショートにより、電流検出抵抗１８ｂに大電流が流れ電流検出抵抗１８ｂの両端電圧差が大きくなり、両端電圧の差を増幅している差動増幅回路１４ｂの出力電圧が上昇し、それがグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｆで生成された電圧を超えた時にグランドショートによる過電流発生と判定し制御回路１０に通知する。グランドショート発生の通知を受けた制御回路１０は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂを非導通にして電流を停止させるための信号をプリドライバ１２ｂに送信する。
【００６２】
一方、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂが非導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｇと１５ｈを制御して、グランドショートによる過電流が発生した場合に電流検出抵抗１８ｂの上流側と下流側に発生する電圧に相当する電圧を生成するグランドショート擬似異常信号生成回路１７ｆの生成電圧を差動増幅回路１４ｂに接続する。
【００６３】
比較回路１１ｆは、差動増幅回路１４ｂで増幅されたグランドショート擬似異常信号生成回路１７ｆの生成電圧と、グランドショートしきい値電圧生成回路１３ｆの生成電圧を比較し、差動増幅回路１４ｂで増幅されたグランドショート擬似異常信号生成回路１７ｆの生成電圧がグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｆの生成電圧を上回った場合に異常検出を制御回路１０に通知する。グランドショート擬似異常信号生成回路１７ｆの生成電圧は、グランドショートが発生した時に電流検出抵抗１８ｂの上流側と下流側に発生する電圧に相当する電圧を生成しているので、比較回路１１ｆが異常を検出した場合には診断回路は正常であると判定できる。一方、比較回路１１ｆが異常を検出しなかった場合には、診断回路に故障が発生していると判定する。
【００６４】
なお、擬似異常信号の診断回路への注入は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂ制御信号の１周期内の導通期間中に、１つ以上の擬似異常信号を注入し、診断回路が１つ以上の異常を検出した時に、診断回路は正常と判定しても良い。
【００６５】
なお、実施例１の図４（ｄ）にしたのと同様、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｄ、負荷オープン擬似異常信号生成回路１７ｅ、グランドショート擬似異常信号生成回路１７ｆが、異常検出すべきでは無いレベルの擬似異常信号と異常検出すべきレベルの擬似異常信号の少なくとも２種類の擬似異常信号を注入することで、異常検出のためのしきい値は２種類の擬似異常信号レベルの間に存在していると判定することが可能である。
【００６６】
さらに、実施例１の図４と同様、連続する１つ以上の周期で擬似異常信号を注入し、診断回路が連続する１つ以上の周期で擬似異常信号による故障を検出した場合に、診断回路は正常と判定しても良い。
【００６７】
擬似異常信号注入により異常が検出された場合には、制御回路１０などによって異常検出はマスクされ、負荷駆動回路の動作には影響を与えないように制御する。
【実施例４】
【００６８】
図７は実施例４に関するものであり、診断回路として過電流検出によるバッテリショート検出機能とグランドショート検出機能を持った、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃとローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄから成るハーフブリッジ構成の負荷駆動回路を示している。
【００６９】
図７に示した負荷駆動回路の負荷駆動素子は、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃを導通かつローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄを非導通にして電源１０３から負荷１０１に電流を流すことと、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃを非導通でかつローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄを導通にして負荷１０１に蓄えられたエネルギによる還流電流を流す動作をする。つまりハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃとローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄは同時に導通状態になることなく負荷１０１を駆動する。
【００７０】
図７に示した負荷駆動回路におけるグランドショート検出手段は、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃが導通状態でローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが非導通状態の時に、負荷１０１の異常によりグランドショートが発生した場合、電流検出抵抗１８ｃに大電流が流れ電流検出抵抗１８ｃの両端電圧差が大きくなり、両端電圧の差を増幅している差動増幅回路１４ｃの出力電圧が上昇し、差動増幅回路１４ｃの出力電圧とグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｇが生成する電圧を比較回路１１ｇが比較し、差動増幅回路１４ｃの出力電圧がグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｇが生成する電圧を超えた場合にグランドショートによる過電流状態であると判定する。
【００７１】
また、図７に示した負荷駆動回路におけるバッテリショート検出手段は、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃが非導通状態でローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが導通状態の時に、負荷１０１の異常によりバッテリショートが発生した場合、電流検出抵抗１８ｄに大電流が流れ電流検出抵抗１８ｄの両端電圧差が大きくなり、両端電圧の差を増幅している差動増幅回路１４ｄの出力電圧が上昇し、差動増幅回路１４ｄの出力電圧とバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｈが生成する電圧を比較回路１１ｈが比較し、差動増幅回路１４ｄの出力電圧がバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｈが生成する電圧を超えた場合にバッテリショートによる過電流状態であると判定する。
【００７２】
さらに、図示しないが、図７に示した負荷駆動回路における負荷オープン検出手段は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが非導通状態で駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃが導通状態の時に、電流検出抵抗１８ｃに流れる電流が所定の電流値を下回った場合に負荷オープン状態であると判定することも可能である。
【００７３】
負荷の異常によりグランドショートが発生した場合、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃが非導通状態のときは電流検出抵抗１８ｃに電流が流れないため、過電流によるグランドショートの検出を行うことはできない。つまりハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃが非導通状態の時には、負荷１０１の異常によるグランドショートの診断をする必要はないため、この期間中に擬似異常信号をグランドショートを診断する診断回路に注入することで、負荷駆動制御に影響を与えることなく、診断回路に故障が発生しているか否かを判定することができる。
【００７４】
具体的には、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃが導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｉと１５ｊを制御して、電流検出抵抗１８ｃの上流側信号と下流側信号を差動増幅回路１４ｃに接続する。グランドショートにより、電流検出抵抗１８ｃに大電流が流れ電流検出抵抗１８ｃの両端電圧差が大きくなり、両端電圧の差を増幅している差動増幅回路１４ｃの出力電圧が上昇し、それがグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｇで生成された電圧を超えると、グランドショートによる過電流発生と判定し制御回路１０に通知する。グランドショート発生の通知を受けた制御回路１０は、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂを非導通にして電流を停止させるための信号をプリドライバ１２ｃに送信する。
【００７５】
一方、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃが非導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｉと１５ｊを制御して、グランドショートによる過電流が発生した場合に電流検出抵抗１８ｃの上流側と下流側に発生する電圧に相当する電圧を生成するグランドショート擬似異常信号生成回路１７ｅの生成電圧を差動増幅回路１４ｃに接続する。
【００７６】
比較回路１１ｇは、差動増幅回路１４ｃで増幅されたグランドショート擬似異常信号生成回路１７ｅの生成電圧と、グランドショートしきい値電圧生成回路１３ｇの生成電圧を比較し、差動増幅回路１４ｃで増幅されたグランドショート擬似異常信号生成回路１７ｅの生成電圧がグランドショートしきい値電圧生成回路１３ｇの生成電圧を上回った場合に異常検出を制御回路１０に通知する。グランドショート擬似異常信号生成回路１７ｅの生成電圧は、グランドショートが発生した時に電流検出抵抗１８ｃの上流側と下流側に発生する電圧に相当する電圧を生成しているので、比較回路１１ｇが異常を検出した場合には診断回路は正常であると判定できる。一方、比較回路１１ｇが異常を検出しなかった場合には、診断回路に故障が発生していると判定する。
【００７７】
同様に、負荷の異常によりバッテリショートが発生した場合、ローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが非導通状態のときは電流検出抵抗１８ｄに電流が流れないため、過電流によるバッテリショートの検出を行うことはできない。つまりローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが非導通状態の時には、負荷１０１の異常によるバッテリショートの診断をする必要はないため、この期間中に擬似異常信号をバッテリショートを診断する診断回路に注入することで、負荷駆動制御に影響を与えることなく、診断回路に故障が発生しているか否かを判定することができる。
【００７８】
ここで、ローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが導通状態のときにバッテリショートが発生すると、電流はローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄのドレイン側からソース側に流れる。一方、負荷１０１に蓄えられたエネルギによる還流電流を流す場合には、還流電流はソース側からドレイン側に流れる。負荷１０１の抵抗成分またはインダクタンス成分のドリフトの影響などにより還流電流が増加し、還流電流による過電流発生の可能性もある。つまり、電流検出抵抗１８ｄには両方向から電流が流れるため、電流検出抵抗１８ｄを備えた過電流診断回路は、どちらの流れの過電流も検出可能な構成とする。
【００７９】
具体的には、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｋと１５ｍを制御して、電流検出抵抗１８ｄの上流側信号（ここでは駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄドレイン側）と下流側信号（ここでは駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄソース側）を差動増幅回路１４ｄに接続する。バッテリショートにより、電流検出抵抗１８ｄに大電流が流れ電流検出抵抗１８ｄの両端電圧差が大きくなり、両端電圧の差を増幅している差動増幅回路１４ｄの出力電圧が上昇し、それがバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｈで生成された電圧を超えた時にバッテリショートによる過電流発生と判定し、制御回路１０に通知する。グランドショート発生の通知を受けた制御回路１０は、ローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄを非導通にして電流を停止させるための信号を、プリドライバ１２ｄに送信する。
【００８０】
一方、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが非導通の期間中は、制御回路１０は信号切替回路１５ｋと１５ｍを制御して、バッテリショートによる過電流が発生した場合に電流検出抵抗１８ｄの上流側と下流側に発生する電圧に相当する電圧を生成するバッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｆの生成電圧を差動増幅回路１４ｄに接続する。
【００８１】
比較回路１１ｈは、差動増幅回路１４ｄで増幅されたバッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｆの生成電圧と、バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｈの生成電圧を比較し、差動増幅回路１４ｄで増幅されたバッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｆの生成電圧がバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｈの生成電圧を上回った場合に異常検出を制御回路１０に通知する。バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｆの生成電圧は、バッテリショートが発生した時に電流検出抵抗１８ｄの上流側と下流側に発生する電圧に相当する電圧を生成しているので、比較回路１１ｈが異常を検出した場合には診断回路は正常であると判定できる。一方、比較回路１１ｈが異常を検出しなかった場合には、診断回路に故障が発生していると判定する。
【００８２】
電流検出抵抗１８ｄの両方向に流れる過電流異常を判定するため、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｆは少なくとも２種類（駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄのドレインからソースに流れる過電流とソースからドレインに流れる過電流）の擬似異常信号を生成し、差動増幅回路１４ｄは必要があればバイアス回路などを備え、比較回路１１ｈは必要があれば２つの異なるしきい値電圧生成回路を備えた２つの比較回路構成とする。【００８３】
ここで、先述したとおり、図示しないが図７に示した負荷駆動回路における負荷オープン検出手段は、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃが導通状態でローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが非導通状態の時に、電流検出抵抗１８ｃに流れる電流が所定の電流値を下回った場合に負荷オープン状態であると判定することも可能である。つまり、ハイサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃが非導通状態でローサイド側駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｄが導通状態の時に、負荷オープン発生時に電流検出抵抗１８ｄに発生する電圧に相当する擬似異常電圧を、負荷オープン検出手段に注入することで、負荷オープンを診断する診断回路に故障が発生しているか否かの判定をする。
【００８４】
なお、擬似異常信号の診断回路への注入は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｃとｄの制御信号の１周期内の導通期間中に、１つ以上の擬似異常信号を注入し、診断回路が１つ以上の異常を検出した時に、診断回路は正常と判定しても良い。
【００８５】
また、実施例１の図４（ｄ）にしたのと同様、バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ｆ、グランドショート擬似異常信号生成回路１７ｅが、異常検出すべきでは無いレベルの擬似異常信号と異常検出すべきレベルの擬似異常信号の少なくとも２種類の擬似異常信号を注入することで、異常検出のためのしきい値は２種類の擬似異常信号レベルの間に存在していると判定することが可能である。
【００８６】
さらに、実施例１の図４と同様、連続する１つ以上の周期で擬似異常信号を注入し、診断回路が連続する１つ以上の周期で擬似異常信号による故障を検出した場合に、診断回路は正常と判定しても良い。
【００８７】
擬似異常信号注入により異常が検出された場合には、制御回路１０などによって異常検出はマスクされ、負荷駆動回路の動作には影響を与えないように制御する。
【実施例５】
【００８８】
図８は実施例５に関するものであり、診断回路として過電流検出によるバッテリショート検出機能を持った、ローサイドドライバ構成の負荷駆動回路を示している。
【００８９】
図８に示した負荷駆動回路１００は、
電源１０３と負荷１０１の下流に設けられた回路であって、
駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅとそれを駆動するためのプリドライバ１２ａ、
駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅに流れる電流をモニタするための電流検出抵抗１８ｅ、
電流検出抵抗１８ｅで電圧に変換した信号を増幅するために所定のゲインとその所定のゲインよりも高いゲインの少なくとも２種類のゲインを持ち、それら２種類のゲインが変更可能な差動増幅回路２３、
バッテリショートによる過電流発生か否かのしきい値を決めるバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｉ、
ゲイン変更可能な差動増幅回路２３の出力電圧とバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｉとの値を比較し過電流発生か否かを判定する比較回路１１ｉ、
負荷駆動制御のために駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを制御する駆動制御回路２１、
駆動制御回路２１とは別に設けられ、バッテリショート検出回路に異常が発生しているか否かを確認するために駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを制御する診断用駆動制御回路２２、プリドライバ１２ａに接続する信号を駆動制御回路２１と診断用駆動制御回路２２とを切替える信号切替回路１５ｎ、
これらの動作を制御する制御回路１０から成る。【００９０】
なお、図示しないが、駆動する負荷の特性により、駆動素子保護用のクランプダイオードや電流を還流させる還流ダイオードを負荷駆動回路に含めても良い。【００９１】
図８におけるバッテリショートを診断する診断回路は、電流検出抵抗１８ｅ、ゲイン変更可能な差動増幅回路２３、バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｉ、比較回路１１ｉから成る。【００９２】
バッテリショートを診断する診断回路は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅが導通状態のとき負荷１０１の異常によりバッテリショートが発生した場合、電流検出抵抗１８ｅに大電流が流れ電流検出抵抗１８ｅの両端電圧差が大きくなり、両端電圧の差を増幅している差動増幅回路２３の出力電圧が上昇し、それがバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｉで決められた電圧を超えた時にバッテリショートによる過電流発生と判定し、制御回路１０に通知する。バッテリショート発生の通知を受けた制御回路１０は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを非導通にして電流を停止させるための信号を、プリドライバ１２ｅに送信する。【００９３】
一方で、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅが非導通状態の時には、負荷１０１の異常によりバッテリショートが発生した場合でも電流は流れないので、診断回路はバッテリショートの診断をする必要はない。
【００９４】
つまり、負荷駆動制御のために駆動素子を導通状態と非導通状態でスイッチングしている場合には、駆動素子が診断回路による診断を必要としない状態の時に、診断回路の故障有無の確認を行えれば、車両制御のための負荷駆動に影響を与えることなく、診断回路に発生した故障が潜在故障となることを防げる。
【００９５】
以下、図９を参照して実施例５の動作を説明する。
【００９６】
図９（ａ）は、負荷駆動のために駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを制御するための駆動制御回路２１の出力信号Ｎ１０１を示している。
【００９７】
図９（ｂ）は、診断用駆動制御回路２２の出力信号Ｎ１０２を示している。診断用駆動制御回路２２は、駆動制御回路２１がＬｏｗ出力をして駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅが非導通状態のときに、後で示す条件を満たす周波数とデューティの特性を持った信号を生成し、出力信号Ｎ１０２を出力する。【００９８】
制御回路１０は、負荷駆動制御のために、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを導通させるべき状態か非導通とするべき状態を確認し、その状態に応じて信号切替回路１５ｎを切替える。信号切替回路１５ｎは、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅが導通となるべき状態のときは駆動制御回路２１の出力をプリドライバ１２ｅに出力し、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅが非導通となるべき状態のときは診断用駆動制御回路２２の出力をプリドライバ１２ｅに出力する。【００９９】
プリドライバ１２ｅに接続される信号切替回路１５ｎの出力信号Ｎ１０３は、信号切替回路１５ｎの制御により図９（ｃ）となり、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅは図９（ｃ）の波形のタイミングで駆動される。【０１００】
ここで、差動増幅回路２３のゲインは、図９（ｄ）に示すとおり、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを導通させるべき状態のときには負荷駆動制御に必要な所定のゲインに設定し、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを非導通にさせるべき状態のときには、前述の所定のゲインよりも高いゲインに設定する。なお、所定のゲインからより高いゲインに変更する際は、負荷に蓄えられたエネルギの放電電流などにより過電流の誤検出が発生するのを防止するため、切替えタイミングに遅延時間を設けている。【０１０１】
次に、図９（ｅ）に電流検出抵抗１８ｅに流れる電流を示す。駆動制御回路２１がＨｉｇｈを出力して駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅが導通している時には、負荷を駆動させるのに十分な電流を流す必要があるため、それに必要な期間Ｈｉｇｈを出力する。一方、駆動制御回路２１がＬｏｗを出力している期間中で、診断用駆動制御回路２２が駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを制御するときは、負荷を駆動させない電流量以下となるように周波数とデューティを設定する。
【０１０２】
診断用駆動制御回路２２が駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを制御する期間は、負荷制御上は駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅを非導通にしなければならない期間中であるが、この期間中に周波数とデューティの調整により負荷を駆動させない電流量以下の電流を流し、この電流を擬似異常信号として過電流検出によりバッテリショートを診断する診断回路に注入することで、診断回路に故障が発生しているか否かを確認する。診断用駆動制御回路２２は、この期間中に流れる負過電流が負荷駆動制御に影響を与えないために、負荷を駆動させない電流量以下かつ所望の電流量となるように、出力信号の周波数とデューティに調整する。
【０１０３】
ゲイン変更可能な差動増幅回路２３の持つ所定のゲインよりも高いゲインは、診断用駆動制御回路２２の制御による負荷電流が、擬似異常信号として利用できるような値に設定する。つまり、診断用駆動制御回路２２の制御による負荷電流が電流検出抵抗１８ｅで電圧に変換され、差動増幅回路２３がその電圧を増幅した結果、差動増幅回路２３の出力がバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｉの生成電圧を超える電圧となるようにそのゲインを設定する。
【０１０４】
差動増幅回路２３のゲイン切替の結果、差動増幅回路２３の出力波形を図９（ｆ）に示す。図９（ｈ）は、バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｉの生成電圧を示す。差動増幅回路２３の所定のゲインよりも高いゲインは、負荷を駆動させない電流量以下の電流が流れたときに、差動増幅回路２３の出力電圧がバッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｉの生成電圧を超えるように設定しているため、比較回路１１ｅは過電流の発生を検出し、制御回路１０に通知する。図９（ｇ）に比較回路１１ｅの出力波形を示す。一方、比較回路１１ｅが故障を検出しなかった場合には、電流検出抵抗１８ｅ、ゲイン変更可能な差動増幅回路２３、バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｉ、比較回路１１ｉから成る診断回路の少なくとも１箇所に故障が発生していると判定する。
【０１０５】
以上より、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅが非導通期間中に、診断用の駆動信号でＭＯＳＦＥＴ１９ｅを制御し、その時に流れる負過電流を擬似異常信号としてバッテリショート診断回路に注入することで、電流検出抵抗まで含めた診断が可能となる。
【０１０６】
なお、擬似異常信号の診断回路への注入は、駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｅの制御信号の１周期内の導通期間中に、１つ以上の擬似異常信号を注入し、診断回路が１つ以上の異常を検出した時に、診断回路は正常と判定しても良い。
【０１０７】
また、実施例１の図４（ｄ）にしたのと同様、診断用駆動制御回路２２が、異常検出すべきでは無いレベルの電流と異常検出すべきレベルの電流の少なくとも２種類の擬似異常信号を注入することで、異常検出のためのしきい値は２種類の擬似異常信号レベルの間に存在していると判定することが可能である。
【０１０８】
さらに、実施例１の図４と同様、連続する１つ以上の周期で擬似異常信号を注入し、診断回路が連続する１つ以上の周期で擬似異常信号による故障を検出した場合に、診断回路は正常と判定しても良い。
【０１０９】
擬似異常信号注入により異常が検出された場合には、制御回路１０などによって異常検出はマスクされ、負荷駆動回路の動作には影響を与えないように制御する。
【実施例６】
【０１１０】
図示しないが、実施例１から５で記載した、診断回路が診断をする必要がない状態の時に、診断回路に擬似異常信号を注入して診断回路に故障が発生しているか否かを確認する方法は、スイッチングレギュレータの過電流を検出する機能にも応用可能である。【０１１１】
スイッチングレギュレータのスイッチング素子は導通状態と非導通状態を繰り返し、導通状態の時には過電流の診断をしているが、非導通状態の時には電流が流れていないので過電流を診断する必要は無い。この状態の時に過電流時に発生する信号に相当する擬似異常信号を、過電流を診断する診断回路に注入することで、過電流診断機能に故障が発生しているか否かを判定することが可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  ：  制御回路
１１ａ〜１１ｉ  ：  比較回路
１２ａ〜１２ｅ  ：  プリドライバ
１３ａ  ：  バッテリショートしきい値電圧生成回路（ローサイドドライバ構成）
１３ｂ  ：  グランドショートしきい値電圧生成回路（ローサイドドライバ構成）
１３ｃ  ：  負荷オープンしきい値電圧生成回路（ローサイドドライバ構成）
１３ｄ  ：  バッテリショートしきい値電圧生成回路（ハイサイドドライバ構成）
１３ｅ  ：  負荷オープンしきい値電圧生成回路（ハイサイドドライバ構成）
１３ｆ  ：  グランドショートしきい値電圧生成回路（ハイサイドドライバ構成）
１３ｇ  ：  グランドショートしきい値電圧生成回路(ハーフブリッジ構成）
１３ｈ  ：  バッテリショートしきい値電圧生成回路(ハーフブリッジ構成）
１４ａ〜１４ｄ  ：  差動増幅回路
１５ａ〜１５ｎ  ：  信号切替回路
１７ａ  ：  バッテリショート擬似異常信号生成回路(ローサイドドライバ構成)
１７ｂ  ：  グランドショート擬似異常信号生成(ローサイドドライバ構成)
１７ｃ  ：  負荷オープン擬似異常信号生成(ローサイドドライバ構成)
１７ｄ  ：  バッテリショート擬似異常信号生成(ハイサイドドライバ構成)
１７ｅ  ：  負荷オープン擬似異常信号生成(ハイサイドドライバ構成)
１７ｆ  ：  グランドショート擬似異常信号生成回路(ハイサイドドライバ構成)
１７ｅ  ：  グランドショート擬似異常信号生成回路(ハーフブリッジ構成）
１７ｇ  ：  バッテリショート擬似異常信号生成回路(ハーフブリッジ構成）
１８ａ〜１８ｅ  ：  電流検出抵抗
１９ａ〜１９ｅ  ：  駆動素子ＭＯＳＦＥＴ
２０ａ、２０ｂ  ：  定電流源
２１  ：  駆動制御回路
２２  ：  診断用駆動制御回路
２３  ：  ゲイン変更可能な差動増幅回路
１００  ：  負荷駆動回路
１０１  ：  負荷
１０２  ：  コンデンサ
１０３、１０４  ：  電源
Ｎ１０ａ  ：  駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａのドレイン信号（ローサイド構成）
Ｎ１０ｂ  ：  駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ｂのソース信号（ハイサイド構成）
Ｎ１１ａ  ：  電流検出抵抗１８ａの上流側信号
Ｎ１１ｂ  ：  電流検出抵抗１８ａの下流側信号
Ｎ１２ａ  ：  バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａの上流側出力信号
Ｎ１２ｂ  ：  バッテリショート擬似異常信号生成回路１７ａの下流側出力信号
Ｎ１３ａ  ：  信号切替回路１５ａの出力信号
Ｎ１３ｂ  ：  信号切替回路１５ｂの出力信号
Ｎ１４  ：  信号切替回路１５ａと１５ｂの切替信号
Ｎ１５  ：  駆動素子ＭＯＳＦＥＴ１９ａのゲート入力信号
Ｎ１６  ：  差動増幅回路１４ａの出力信号
Ｎ１７  ：  バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ａの出力信号
Ｎ１８  ：  比較回路１１ａの出力信号
Ｎ１０１  ：  駆動制御回路２１の出力信号
Ｎ１０２  ：  診断用駆動制御回路２２の出力信号
Ｎ１０３  ：  信号切替回路１５ｇの出力信号
Ｎ１０４  ：  ゲイン変更可能な差動増幅回路２３の出力信号
Ｎ１０５  ：  バッテリショートしきい値電圧生成回路１３ｉの出力信号
Ｎ１０６  ：  比較回路１１ａの出力信号
Ｐ１０  ：  過電流検出すべきでは無いレベルの擬似異常信号
Ｐ１１  ：  過電流検出すべきレベルの擬似異常信号
【図１】
2015118772.tif 000003
【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】
2015118772.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年6月20日(2016.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載負荷を駆動する負荷駆動素子と、
前記負荷の異常を診断するために、検出対象となる物理量を測定し、測定した物理量を検出信号として出力する検出手段と、
前記検出手段が出力した信号に基づいて、前記負荷に異常が発生しているか否かを診断する診断回路と、を備え、
車両動作時に、前記負荷に異常が発生しているか否かを診断する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷に異常が発生した際に生じる物理量に相当する擬似異常信号を生成する擬似異常信号生成回路と、
前記診断回路に入力する信号を、前記検出手段が出力する検出信号または前記擬似異常信号生成回路に切替える信号切替回路、を備え、
前記診断回路に故障が発生しているか否かを判定する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項３】
請求項１に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷駆動素子を制御する駆動制御回路と、
前記駆動制御回路とは別に設けられ、前記負荷駆動素子を制御する診断用駆動制御回路と、
前記負荷駆動素子を制御する回路を、前記駆動制御回路または前記診断用駆動制御回路に切替える信号切替回路と、
電流検出抵抗と、
切替え可能なゲインを備えた増幅回路、を備えて、
前記駆動制御回路が前記負荷駆動素子を非導通状態に制御している期間中、前記負荷駆動素子を制御する回路が前記信号切替回路により前記診断用駆動制御回路に切替わり、かつ、前記増幅回路のゲインを切替え、
前記診断用駆動制御回路は、
前記負荷に流れる電流が前記負荷の駆動電流量以下かつ所望の電流量になるように前記負荷駆動素子を制御し、
前記駆動電流量以下かつ所望の電流量を前記増幅回路によって増幅させて前記診断回路に注入し、
前記診断回路に故障が発生しているか否かを判定する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項４】
請求項２に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷の異常を診断する必要がある状態のとき、前記診断回路は前記負荷の状態を診断し、前記負荷に異常の発生を検出した場合には負荷駆動回路は所定の動作に移行し、
前記負荷の異常を診断する必要がない状態のとき、前記診断回路は前記擬似異常信号生成回路が出力する前記擬似異常信号を注入され、前記診断回路に故障が発生しているか否かを判定され、
前記擬似異常信号の注入により、前記診断回路が前記負荷の異常を検出した場合には前記診断回路は正常と判定し、前記診断回路が前記負荷の異常を検出しなかった場合には前記診断回路に故障が発生していると判定し、
負荷駆動回路は所定の動作に移行する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項５】
請求項１に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷駆動回路の用途は、
前記負荷駆動素子をスイッチングし、入力された電圧を昇圧または降圧して所定の電圧を出力するスイッチングレギュレータである、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項６】
請求項２に記載された負荷駆動回路において、
前記診断回路に故障が発生していることの判定は、
前記負荷の異常を診断する必要のない状態のとき、
前記診断回路へ連続した所定回数の前記擬似異常信号を注入し、
前記診断回路が前記連続した所定回数の故障を検出した場合に前記診断回路は正常と判定し、
前記診断回路が前記連続した所定回数の故障を検出できなかった場合に前記診断回路に故障が発生していると判定する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項７】
請求項６に記載された負荷駆動回路において、
前記擬似異常信号を連続する一つ以上の周期で前記診断回路に注入し、
前記診断回路が前記連続する一つ以上の周期で注入した前記擬似異常信号を検出した場合に前記診断回路は正常と判定する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項８】
請求項７に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷に異常が発生した際に生じる物理量が所定のしきい値を逸脱した場合に、前記負荷に異常が発生したことを判定する前記診断回路に、
前記しきい値を逸脱していない前記擬似異常信号と、
前記しきい値を逸脱している前記擬似異常信号の、
少なくとも２種類の前記擬似異常信号を注入することで、
前記所定のしきい値が所定の範囲から逸脱しているか否かを判定する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項９】
請求項８に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷の異常を診断する前記診断回路は、
バッテリショートを診断する回路、
グランドショートを診断する回路、
過電流を診断する回路、および
負荷オープンを診断する回路、のうち、
少なくとも一つを有する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項１０】
請求項９に記載された負荷駆動回路において、
負荷駆動回路の構成は、
ローサイドドライバ構成、
ハイサイドドライバ構成、
プッシュプル構成、
ハーフブリッジ構成、および
フルブリッジ構成、のうち、
いずれか一つの構成を有する、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項１１】
請求項１０に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷駆動素子、
前記信号切替回路、
前記検出手段、
前記診断回路、
前記負荷に異常が発生した際に生じる物理量と、前記負荷に異常発生と判定するためのしきい値とを比較する比較回路、および
前記擬似異常信号生成回路、のうち、
少なくとも一部を半導体集積回路に内蔵した、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項１２】
請求項１１に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷駆動素子は、
FET、
バイポーラトランジスタ、
IGBT、のいずれか、または組み合わせで構成されている、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載された負荷駆動回路において、
前記負荷に流れる負荷電流を検出する前記検出手段は、
抵抗、
センスMOS、のいずれか、または組み合わせである、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項１４】
請求項３に記載された負荷駆動回路において、
前記駆動制御回路、
前記診断用駆動制御回路、および
前記増幅回路、のうち、
少なくとも一部を半導体集積回路に内蔵した、
ことを特徴とする負荷駆動回路。
【国際調査報告】
2015118772.tif 000012
2015118772.tif 000013