(57)【要約】【課題】本発明は、負荷を駆動するスイッチング素子の電源電圧を制御する信号について断線検出する場合に、スイッチング素子のスイッチングノイズによって断線と誤検出することを防止することができる、電源装置の提供を目的とする。【解決手段】スイッチング素子ＳＷ１〜６のスイッチングによってモータ５に駆動電力を供給する電源装置であって、スイッチング素子ＳＷ１〜６の電源電圧を車載バッテリ１の電圧から昇圧して生成する昇圧コンバータ２と、昇圧コンバータ２が生成する電源電圧の目標値を指示する昇圧制御信号（パルス波）を出力するモータ制御ＥＣＵ６と、昇圧制御信号が通る信号線１２の断線を検出するモニタ回路８とを備え、モニタ回路８が信号線１２の断線を検出するためのコンパレータ８ａの閾値電圧が前記目標値に応じて可変することを特徴とする、電源装置。【選択図】図１
2008005681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子のスイッチングによって負荷に駆動電力を供給する電源装置であって、
前記スイッチング素子の電源電圧を生成する電圧生成手段と、
前記電圧生成手段が生成する電源電圧の目標値を指示するパルス信号を出力する制御手段と、
前記パルス信号が通る信号線の電圧と前記信号線の断線を検出するための閾値電圧とを比較し、前記信号線の電圧が所定時間内に前記閾値電圧を横切らない場合に、前記信号線の断線と検出する断線検出手段とを備え、
前記閾値電圧が前記目標値に応じて可変することを特徴とする、電源装置。
【請求項２】
前記閾値電圧は、前記目標値が低い場合には高い場合に比して低い電圧値に設定される、請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子は、モータを駆動するインバータを構成する素子である、請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電圧生成手段は、前記電源電圧より低い電圧を昇圧することによって当該電源電圧を生成する昇圧コンバータである、請求項１から３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項５】
前記パルス信号は、パルス幅変調信号である、請求項１から４のいずれかに記載の電源装置。
【請求項６】
前記信号線は、前記電圧生成手段と前記制御手段とを接続する車両内配線である、請求項１から５のいずれかに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子のスイッチングによって負荷に駆動電力を供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンコーダ等によりモータの回転角を検出する回転角検出手段を有し、回転角検出手段の出力値の異常を検出する制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この制御装置は、異常な状態が所定時間以上継続した場合には、ノイズ等の一時的な要因による一過性の異常ではなく、断線や短絡等による持続的な異常であると判断するものである。
【特許文献１】特開２００２−１０６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の従来技術のように、信頼性向上等の理由により重要な信号については断線検知処理などの異常検知処理を実施する場合が多い。例えば、モータの駆動制御を行うインバータシステムなど、スイッチング素子のスイッチングによって負荷の駆動を制御するシステムでは、スイッチング素子の電源電圧を制御する制御信号は負荷の動作に影響を与える重要な信号であるため、その制御信号について断線検知処理が行われることがある。このような場合、断線検知処理の対象となる重要信号にスイッチング素子のスイッチングノイズが重畳することによって断線検知処理が誤って断線と検知しない有効な対策案が必要である。
【０００４】
この点、上述の従来技術は、異常な状態が所定時間継続するか否かによってノイズによる異常なのか断線による異常なのかを判断しているものの、「断線異常」と検出されるまでに所定時間待たなければならないため、また、その所定時間におけるノイズの誤検知を防止することに関しては開示／示唆されていないため、必ずしも有効な対策案とならない場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、負荷を駆動するスイッチング素子の電源電圧を制御する信号について断線検出する場合に、スイッチング素子のスイッチングノイズによって断線と誤検出することを防止することができる、電源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の電源装置は、
スイッチング素子のスイッチングによって負荷に駆動電力を供給する電源装置であって、
前記スイッチング素子の電源電圧を生成する電圧生成手段と、
前記電圧生成手段が生成する電源電圧の目標値を指示するパルス信号を出力する制御手段と、
前記パルス信号が通る信号線の電圧と前記信号線の断線を検出するための閾値電圧とを比較し、前記信号線の電圧が所定時間内に前記閾値電圧を横切らない場合に、前記信号線の断線と検出する断線検出手段とを備え、
前記閾値電圧が前記目標値に応じて可変することを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するため、前記閾値電圧は、前記目標値が低い場合には高い場合に比して低い電圧値に設定されると好ましい。
【０００８】
ここで、前記スイッチング素子がモータを駆動するインバータを構成する素子である場合、スイッチング素子によるモータの駆動に伴うスイッチングノイズを誤検出することを防止することができる。
【０００９】
また、スイッチング素子に供給する電源電圧を可変させるので、前記電圧生成手段として、昇圧コンバータが好適である。昇圧コンバータは、前記電源電圧より低い電圧を昇圧することによって当該電源電圧を生成することができる。
【００１０】
また、前記パルス信号として、パルス幅変調信号（ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号）が好適である。前記目標値を指示するため、ＰＷＭ信号のデューティー（Ｄｕｔｙ）比に前記目標値を対応させることができるからである。また、前記目標値と一定電圧を対応させ、一定電圧の信号を前記指示信号として出力する場合に比較して、スイッチングノイズを誤検知しにくくなる。
【００１１】
また、前記信号線は、前記電圧生成手段と前記制御手段とを接続する車両内配線としてもよい。本発明の電源装置が車両に搭載される場合には、搭載環境などの制約が多く、スイッチングノイズの影響を避けられない場所に前記信号線を配線せざるを得ないことが多いので、スイッチングノイズの重畳によって車両内配線が断線と誤検出することをより効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、負荷を駆動するスイッチング素子の電源電圧を制御する信号について断線検出する場合に、スイッチング素子のスイッチングノイズによって断線と誤検出することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明の電源装置の一実施形態を示したシステム構成図である。本システムは、直流電源の車載バッテリ１、車載バッテリ１の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ２、昇圧コンバータ２による昇圧後の出力電圧（以下、「昇圧電圧」という）を安定させる平滑コンデンサ３と、昇圧コンバータ２による昇圧電圧を三相交流に変換してブラシレスＤＣモータなどのモータ５を駆動するモータ駆動回路４と、昇圧コンバータ２とモータ駆動回路４のそれぞれに対し所定の制御信号を送出するモータ制御ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）６とを有している。
【００１４】
昇圧コンバータ２は、トランスやスイッチングレギュレータ等の昇圧コンバータ２内部にある電圧変換制御回路部２ａによって、車載バッテリ１側の電圧を昇圧変換してモータ駆動回路４側に昇圧電圧を出力する。昇圧電圧は、モータ制御ＥＣＵ６や昇圧コンバータ２内部にある電圧変換制御回路部２ａなどによって監視され、所定の値となるように制御される。この昇圧電圧が、モータ駆動回路４内のスイッチング素子ＳＷ１〜６の電源電圧（ドレイン−ソース間電圧もしくはコレクタ−エミッタ間の電圧）に相当する。昇圧コンバータ２（その内部の電圧変換制御回路２ａ）は、モータ制御ＥＣＵ６が信号線１２を介してＰＷＭ信号として出力する昇圧制御信号の値（そのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比）に比例して昇圧電圧を可変させる機能を有する。昇圧コンバータ２は、例えば、Ｄｕｔｙ比（ＰＷＭ信号のパルス波の一周期に対するＨｉレベル時間の割合）が高くなるほど昇圧電圧の値を高くする。
【００１５】
モータ駆動回路４は、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ，バイポーラトランジスタ等の半導体から構成されるスイッチング素子ＳＷ１〜６を有する駆動素子部４ａと、駆動素子部４ａの各スイッチング素子をドライブする制御回路部４ｂを備える。モータ駆動回路４は、モータ制御ＥＣＵ６が出力する三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動信号（ＰＷＭ信号）に従い各スイッチング素子のオン／オフを制御することによって、昇圧コンバータ２による昇圧後の直流電力を交流電力に変換してモータ５を駆動する。すなわち、モータ５の三相巻線に駆動素子部４ａによって三相交流電流を流すと回転磁界が発生することを利用して、モータ５の回転が制御される。
【００１６】
モータ制御ＥＣＵ６は、昇圧コンバータ２の昇圧後の出力電圧を制御するための昇圧制御信号を出力する駆動回路７と、昇圧制御信号が通るワイヤハーネス等の信号線１２の断線を検知するモニタ回路８と、モータ駆動回路４に送出する三相の駆動信号を出力する三相駆動回路９と、中央演算処理装置などを有するマイコン１０を備える。
【００１７】
モータ制御ＥＣＵ６のマイコン１０は、モータ５の三相の状態を取得し、モータ駆動回路４の駆動素子部４ａの６つのスイッチング素子ＳＷ１〜６の通電パターンを決める。マイコン１０は、三相駆動回路９を介して、その通電パターンに従って定められた三相の駆動信号をモータ駆動回路４の制御回路部４ｂに出力する。その結果、制御回路部４ｂは三相の駆動信号に従って６つのスイッチング素子ＳＷ１〜６を駆動し、モータ５を回転させる。
【００１８】
また、モータ制御ＥＣＵ６のマイコン１０は、モータ５が所望の回転状態となるように、昇圧コンバータ２の昇圧電圧（すなわち、スイッチング素子ＳＷ１〜６の電源電圧）の目標値を決定し、当該目標値を昇圧制御信号として駆動回路７を経由して昇圧コンバータ２に出力する。マイコン１０は、昇圧制御信号をＰＷＭ信号で出力するため、昇圧電圧の目標値をＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比に変換して駆動回路７に出力する。マイコン１０は、一定周期のＰＷＭ信号のＤｕｔｙ比と昇圧コンバータ２が出力する昇圧電圧を一対一に対応しているため、昇圧コンバータ２に出力させたい昇圧電圧の目標値に対応するＤｕｔｙ比の信号を駆動回路７に出力する。
【００１９】
駆動回路７は、トランジスタ７ａと抵抗７ｂを有している。抵抗７ｂはトランジスタ７ａのコレクタ−エミッタ間に接続されている。トランジスタ７ａのエミッタは、モータ制御ＥＣＵ１０の内部電源１３（例えば、＋１２Ｖ）に接続され、トランジスタ７ａのコレクタは信号線１２に接続される。トランジスタ７ａのオン／オフ駆動は、マイコン１０が出力したＰＷＭの信号がトランジスタ７ａのベースに入力されることによって行われる。すなわち、駆動回路７からＰＷＭ信号の昇圧制御信号が信号線１２に出力される。トランジスタ７ａがオンした場合には信号線１２の電圧は内部電源１３の電圧値になり、トランジスタ７ａがオフした場合には信号線１２の電圧は抵抗７ｂの抵抗値と昇圧コンバータ２内の抵抗２ｂの抵抗値との比に基づく内部電源１３の分圧値になる。
【００２０】
モニタ回路８は、昇圧制御信号が通る信号線１２の電位をコンパレータ８ａによって監視することにより、昇圧コンバータ２とモータ制御ＥＣＵ６を結ぶ信号線１２の断線やハーフショートを検出したり、モータ制御ＥＣＵ６と昇圧コンバータ２間の信号線１２を接続するコネクタの接触抵抗増加等の接触不良や半嵌合などの異常を検出したりする。モニタ回路８によって断線等の異常が検出された場合には、その異常に対する所定の処置がマイコン１０などによって実施される。
【００２１】
図２は、信号線１２上の昇圧制御信号とコンパレータ８ａの閾値との関係を示した図である。ＰＷＭで出力される昇圧制御信号のＨｉレベルの電圧値Ｖ１は、モータ制御ＥＣＵ６の駆動回路７のトランジスタ７ａがオンしたときの電圧値（すなわち、内部電源１３の電圧値）に相当し、Ｌｏレベルの電圧値Ｖ２は、トランジスタ７ａがオフしたときの電圧値（すなわち、内部電源１３の抵抗７ｂと抵抗２ｂによる分圧値）に相当する。また、コンパレータ８ａは、昇圧制御信号が通る信号線１２の電位を比較するための閾値を有している。
【００２２】
モニタ回路８は、昇圧制御信号がパルス波であるため、コンパレータ８ａの閾値を信号線１２の電位が所定の検出期間内にクロスするか（横切るか）否かによって、信号線１２の異常（コネクタの接触不良等も含む）の検出を行う。モニタ回路８は、信号線１２の電位が所定時間内に所定回数コンパレータ８ａの閾値をクロスすることを検出した場合には信号線１２は正常であると判定し、信号線１２の電圧が所定時間内に所定回数以下しかクロスしない場合には、信号線１２は異常であると判定する。特に、信号線１２が断線した場合、トランジスタ７ａをオン／オフしてもモニタ回路８で検出される信号線１２の電位はＶ１（図２）に固定されるので、モニタ回路８は信号線１２の断線を検出することができる。また、信号線１２を接続するコネクタの接触不良や信号線１２のハーフショート（ある抵抗分をもって短絡すること）などの異常が生じた場合、モニタ回路８で検出される信号線１２を通る昇圧制御信号のＬｏレベル電圧（図２）は上昇する。したがって、その上昇によってコンパレータ８ａの閾値をクロスしなくなった場合には、モニタ回路８は信号線１２の断線（接触不良）を検出することができる。
【００２３】
ところで、昇圧制御信号が通る信号線１２には、本実施例のようなインバータシステムの特性上、駆動素子部４ａのスイッチング素子ＳＷ＊のスイッチングノイズが重畳しやすいため、モニタ回路８のコンパレータ８ａの閾値は、その影響を受けないように設定する必要がある。特に、昇圧コンバータ２とモータ駆動回路４がひとつのケースに内蔵される場合など信号線１２と駆動素子部４ａが隣接している場合には、そのスイッチングノイズが重畳しやすい。
【００２４】
しかしながら、信号線１２を接続するコネクタの接触不良や信号線１２のハーフショートなどの異常が生じた場合にはモニタ回路８に入力される電位は上昇するため、その異常の検出感度を高くするにはコンパレータ８ａの閾値は低いことが望ましいが、コンパレータ８ａの閾値を低くしすぎると、逆に、上述のスイッチングノイズを誤検出するおそれがある。したがって、要求される検出感度を満たす電圧範囲内、かつ、そのスイッチングノイズの誤検出が発生しない電圧範囲内にコンパレータ８ａの閾値を設定する必要がる。つまり、検出感度を向上させるとスイッチングノイズを誤検出しやすくなるため、コンパレータ８ａの閾値の設定は難しいものとなる。そこで、図１に示される本発明に係る電源装置の実施形態は、このようなコンパレータ８ａの閾値の設定の難しさを軽減するために、コンパレータ８ａの閾値を昇圧制御信号のＤｕｔｙ比（昇圧電圧の目標値）に応じて可変させる。
【００２５】
モニタ回路８は、昇圧制御信号のＤｕｔｙ比に従って、コンパレータ８ａの閾値を可変する。つまり、図２に示されるように、昇圧制御信号のＤｕｔｙ比が高くなるほどスイッチングノイズの重畳量は大きくなる関係があるため、昇圧制御信号のＤｕｔｙ比が低い（昇圧電圧の目標値が低い）場合にはコンパレータ８ａの閾値は低く設定され（閾値Ｂ）、昇圧制御信号のＤｕｔｙ比が高い（昇圧電圧の目標値が高い）場合にはコンパレータ８ａの閾値は高く設定される（閾値Ａ）。閾値Ａ，Ｂは、Ｄｕｔｙ比の取り得る範囲に従って設定すればよい。例えば、閾値Ａは、Ｄｕｔｙ比が一番高い場合に生じるスイッチングノイズのピーク電圧より大きい値に設定すればよく、また、閾値Ｂは、Ｄｕｔｙ比が一番低い場合に生じるスイッチングノイズのピーク電圧より大きい値に設定すればよい。
【００２６】
図３は、本実施形態の電源装置におけるコンパレータ８ａの閾値を可変させるフローである。モニタ回路８は、マイコン１０が出力した信号のＤｕｔｙ比が所定値（例えば、５０％）以下か否かによってコンパレータ８ａの閾値電圧を変更する（ステップ１０）。モニタ回路８は、Ｄｕｔｙ比が所定値以下でない場合には閾値電圧を閾値Ａに設定し（ステップ１２）、所定値以下の場合には閾値電圧を閾値Ｂに設定する（ステップ１４）。
【００２７】
したがって、本実施形態の電源装置によれば、昇圧電圧が高くなるほどコンパレータ８ａの電圧閾値を大きくするので、昇圧電圧が高くなることによりスイッチングノイズが大きくなっても、スイッチングノイズの検知によって断線と誤検出されることを防ぐことができる。逆に、昇圧電圧が低くなるほどコンパレータ８ａの閾値電圧を小さくするので、スイッチングノイズの小さい昇圧電圧の場合には、断線や接触不良の検出感度を維持または向上させることができる。
【００２８】
また、スイッチングノイズの影響を抑えるために、信号線１２や駆動素子部４ａへのシールド処理等のノイズ対策を施している場合、本実施形態の電源装置によれば、そのようなノイズ対策の削減や廃止をすることも可能となる。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３０】
例えば、信号線１２の電位をコンパレータ８ａによって監視しているが、Ａ／Ｄコンバータによって監視してもよい。マイコン１０は、自身が出力するＰＷＭの信号に従ってＡ／Ｄコンバータの出力値の読み取りタイミングを設定すればよい。
【００３１】
また、上述の実施例ではコンパレータ８ａの閾値を閾値ＡとＢの２段階に切り替えていたが、閾値を２段より大きい多段に切り替えるようにしてもよい。また、段階的に切り替えるのではなく、コンパレータ８ａの閾値を昇圧制御信号のＤｕｔｙ比の値に比例させてもよい。
【００３２】
また、上述の実施形態は三相ブリッジ回路を用いたモータ５の駆動システムであるが、スイッチング素子の電源電圧を制御するとともにスイッチング素子のスイッチングによって負荷の駆動を制御するシステムに本発明を適用しても同様の効果がある。例えば、電圧を降圧させる降圧型のスイッチング回路や電圧を昇圧させる昇圧型のスイッチング回路が挙げられる。
【００３３】
また、信号線１２は、ワイヤハーネスに限らず、電子回路の基板上の信号パターンでもよい。
【００３４】
また、信号線１２を通る昇圧制御信号はＰＷＭ信号ではなく、所定の通信プロトコルに従って時分割多重で送信されるパルス波でもよい。このパルス波は、予め所定の構成を有するデータフレームにより構成されている。このデータフレームは、例えば、フレームの始まりを示すスタートオブフレーム（ＳＯＦ）と、送信データ（データフレーム）の種類すなわち他の送信データと区別するための識別情報であるフレームＩＤ（データ送信の優先順位をも示す）を格納するＩＤフィールドと、データ長などを格納するコントロールフィールドと、送信データ自体の内容（例えば、昇圧電圧の目標値等）を格納するデータフィールドと、伝送エラーをチェックするためのＣＲＣフィールドと、正常に受信が完了したことを確認するためのＡＣＫフィールドと、データの終わりを示すエンドオブフレーム（ＥＯＦ）と、から構成されている。この場合、昇圧コンバータ２の電圧変換制御回路部２ａは、データフィールド内の昇圧電圧の目標値に従って昇圧電圧を調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の電源装置の一実施形態を示したシステム構成図である。
【図２】信号線１２上の昇圧制御信号とコンパレータ８ａの閾値との関係を示した図である。
【図３】本実施形態の電源装置におけるコンパレータ８ａの閾値を可変させるフローである。
【符号の説明】
【００３６】
１  車載バッテリ
２  昇圧コンバータ
４  モータ駆動回路
５  モータ
６  モータ制御ＥＣＵ
７  駆動回路
８  モニタ回路
１２  信号線
ＳＷ１〜６  スイッチング素子
【図１】
2008005681.tif 000003
【図２】
2008005681.tif 000004
【図３】
2008005681.tif 000005