(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷回路と、外部電源が接続される複数の外部電源接続端子と、互いに並列に配置されると共に各一端が前記負荷回路に共通に接続され各他端が前記複数の外部電源接続端子の各々に接続された複数のダイオードとを備えた負荷駆動システムに適用される回路であって、
前記ダイオードの両端の電位差を検出すると共に増幅し、増幅後の電圧に基準電圧を加算して出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力された電圧が前記基準電圧を含む所定の範囲内にあるとき、故障発生信号を出力する比較回路と
を有する
ことを特徴とする故障検知回路。
【請求項２】
負荷回路と、外部電源が接続される複数の外部電源接続端子と、互いに並列に配置されると共に各一端が前記負荷回路に共通に接続され各他端が前記複数の外部電源接続端子の各々に接続された複数のダイオードとを備えた負荷駆動システムに適用される回路であって、
前記ダイオードの両端の電位差を検出すると共に増幅し、増幅後の電圧に基準電圧を加算して出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力された電圧が前記基準電圧を含む所定の範囲内にあるとき、所定の検知信号を出力する比較回路と、
前記比較回路から前記検知信号が出力された期間が所定の期間を超えたとき、故障発生信号を出力する遅延回路と
を有する
ことを特徴とする故障検知回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障の発生を直ちに知ることの困難なダイオードの故障を検知する故障検知回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の外部電源からの電圧の入力を必要に応じて切り換えると共に、選択された外部電源からの電圧を負荷に供給する負荷駆動システムでは、例えば、論理和接続された複数のダイオードを有するダイオード論理和接続回路（いわゆるオア接続回路）が電源の切り換え回路として用いられる。このダイオード論理和接続回路は、ダイオードの整流機能を利用して、複数の電源のうち相対的に高い電圧を入力する電源からの直流入力電圧を負荷に出力するようになっている。ここで、外部電源としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータや、燃料電池、バッテリなどが挙げられる。
【０００３】
ところで、発光ダイオードや、スイッチング素子、集積回路など、故障の発生が直ちに顕在化する素子や回路の故障を検出する方策が特許文献１ないし３に提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５０９６３号公報
【特許文献２】特開平９−８０１２０号公報
【特許文献３】特開平１１−１２７０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ダイオード論理和接続回路を備えた負荷駆動システムに外部電源を接続するに際して、チャタリングや静電気などにより定格電圧を超える電圧がそのダイオード論理和接続回路内のダイオードに入力される場合がある。このような過大電圧が上記ダイオードに入力されると、ダイオードは破壊され、その結果、整流機能を失い、短絡してしまうことがある。ところが、上記ダイオードが短絡モードで故障しても、負荷駆動システムそのものが直ちに動作不能となることはあまりなく、しばらくの間、上記ダイオードが故障したことに気が付かない場合が多い。つまり、上記ダイオードは、発光ダイオードやスイッチング素子とは異なり、故障の発生を直ちに知ることの困難な素子と言える。
【０００６】
上記ダイオードが短絡すると、その短絡したダイオードを介して外部電源から負荷駆動システムに電流が流れ込むようになるが、このとき、負荷駆動システムに直ちに支障が生じることはない。しかし、その外部電源がバックアップ用のバッテリであったときに、この状態をしばらく放置すると過放電となり、その結果、いざというときに使用不能となっている虞がある。
【０００７】
このような問題があるにも拘わらず、従来は、例えば、上記特許文献１ないし３に開示されているように、発光ダイオードや、スイッチング素子、集積回路など、故障の発生が直ちに顕在化する素子や回路の故障を検出する方策が提案されている程度であり、上記したような故障の発生を直ちに知ることの困難なダイオードの故障を検出する方策は今まで提案されていなかった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、故障の発生を直ちに知ることの困難なダイオードの故障を検出することの可能な故障検知回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
参考例に係る負荷駆動システムは、負荷回路と、外部電源が接続される複数の外部電源接続端子と、互いに並列に配置されると共に、各一端が負荷回路に共通に接続され各他端が複数の外部電源接続端子の各々に接続された複数のダイオードと、複数のダイオードの故障を検知する故障検知回路とを備えたものである。
【００１０】
本発明の第１および第２の故障検知回路は、負荷回路と、外部電源が接続される複数の外部電源接続端子と、互いに並列に配置されると共に各一端が負荷回路に共通に接続され各他端が複数の外部電源接続端子の各々に接続された複数のダイオードとを備えた負荷駆動システムに適用される回路である。
第１の故障検知回路は、ダイオードの両端の電位差を検出すると共に増幅し、増幅後の電圧に基準電圧を加算して出力する増幅回路と、増幅回路から出力された電圧が基準電圧を含む所定の範囲内にあるとき、故障発生信号を出力する比較回路とを有している。
第２の故障検知回路は、ダイオードの両端の電位差を検出すると共に増幅し、増幅後の電圧に基準電圧を加算して出力する増幅回路と、増幅回路から出力された電圧が基準電圧を含む所定の範囲内にあるとき、所定の検知信号を出力する比較回路と、比較回路から検知信号が出力された期間が所定の期間を超えたとき、故障発生信号を出力する遅延回路とを有している。
【００１１】
参考例に係る負荷駆動システムでは、故障検知回路によって複数のダイオードの故障が検知される。例えば、ダイオードの両端の電位差が検出され、その検出結果に基づいて故障が検知される。
【００１２】
参考例に係る故障検知回路では、ダイオードの両端の電位差が検出され、その検出結果に基づいて故障が検知される。例えば、故障検知回路で検知されたダイオードの両端の電位差（以下、「検出電圧」と称する）の絶対値が設定値（正の整数）よりも小さいとき、ダイオードの短絡モードでの故障を示す信号（故障発生信号）が出力される。ここで、「設定値」は、最大定格を超える電圧の印加などに起因してダイオードが破壊されて短絡したときのその両端の電位差（以下、「短絡電圧」と称する）の絶対値より大きく、ダイオードが正常なときのその両端の電位差（以下、「正常電圧」と称する）の絶対値より小さな値である。これより、ダイオードが短絡すると故障検知回路から故障発生信号が出力され、ダイオードが正常のとき検知信号は出力されない。
【００１３】
本発明の第１および第２の故障検知回路において、「所定の範囲」とは、例えば、基準電圧に、検出電圧の増幅率と同率の倍率を設定値に掛けたものを加えた値を上限の値とし、基準電圧から、検出電圧の増幅率と同率の倍率を設定値に掛けたものを減じた値を下限の値としたものである。これにより、検出電圧や設定値が非常に小さい場合であっても、検出電圧と設定値との大小関係を精度良く判定することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の第２の故障検知回路において、「所定の期間」は、例えば、ダイオードの短絡以外の原因によって検知電圧の絶対値が設定値よりも小さくなる期間よりも長く、ダイオードが短絡しているときに検知電圧の絶対値が設定値よりも小さくなる期間よりも短い期間である。これより、ダイオードが実際に短絡していないときには故障発生信号が出力されることはなく、ダイオードが実際に短絡しているときにだけ故障発生信号が出力される。
【発明の効果】
【００１５】
参考例に係る負荷駆動システムによれば、故障検知回路によって複数のダイオードの故障を検知するようにしたので、故障の発生を直ちに知ることの困難なダイオードの故障を検出することが可能となる。
【００１６】
本発明の第１および第２の故障検知回路によれば、ダイオードの両端の電位差を検出し、その検出結果に基づいて故障を検知するようにしたので、故障の発生を直ちに知ることの困難なダイオードの故障を検出することが可能となる。
【００１７】
本発明の第１の故障検知回路では、検出電圧の絶対値が設定値よりも小さいとき、故障発生信号を出力するようにしたので、故障の発生を直ちに知ることの困難なダイオードの短絡モードでの故障を検出することが可能となる。
【００１８】
本発明の第２の故障検知回路では、検知電圧の絶対値が設定値よりも小さく、かつその小さい期間が所定の期間を超えたときに、故障発生信号を出力するようにしたので、負荷駆動システム内のノイズなど、ダイオードの短絡以外の原因によって故障発生信号が出力されることはなく、ダイオードが実際に短絡しているときにだけ故障発生信号が出力される。これにより、故障の発生を直ちに知ることの困難なダイオードの短絡モードでの故障を正確に検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態に係る負荷駆動システム１の概略構成を表すものである。この負荷駆動システム１には、入力側に高圧電源（第１電源Ｐ１、第２電源Ｐ２、第３電源Ｐ３）が、出力側に負荷（第４電源Ｐ４）がそれぞれ接続されている。第４電源Ｐ４の出力はモータＭに接続されている。ここで、第１電源Ｐ１および第２電源Ｐ２は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータであり、第３電源Ｐ３は、例えばバックアップ用の高電圧バッテリであり、第４電源Ｐ４は、例えば負荷駆動用の低電圧電源である。なお、第１電源Ｐ１、第２電源Ｐ２および第３電源Ｐ３が、本発明の「外部電源」の一具体例に対応する。
【００２１】
負荷駆動システム１は、複数の高圧電源（第１電源Ｐ１、第２電源Ｐ２、第３電源Ｐ３）から供給される高圧の直流入力電圧を必要に応じて切り換えると共に、選択された高圧電源から供給される高圧の直流入力電圧を、より低い直流出力電圧に変換して、負荷（第４電源Ｐ４）に供給する降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するものである。
【００２２】
この負荷駆動システム１は、ダイオード論理和接続回路１０と、電源本体部２０（負荷回路）と、故障検知回路３０とを備えたものである。
【００２３】
ダイオード論理和接続回路１０は、互いに並列に配置されると共に、各一端が電源本体部２０に共通に接続され、各他端が入力端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３（外部電源接続端子）の各々に接続されたダイオード１１，１２，１３を有する。これらダイオード１１，１２，１３のアノードは入力端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３側にそれぞれ接続されており、入力端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はそれぞれ、第１電源Ｐ１、第２電源Ｐ２、第３電源Ｐ３の各々に接続されている。さらに、ダイオード論理和接続回路１０は、ダイオード１３と並列に接続されたダイオード１４を有する。このダイオード１４のアノードは電源本体部２０側に接続されている。すなわち、ダイオード１３およびダイオード１４は、順方向が互いに逆向きとなるように接続されている。
【００２４】
これより、ダイオード論理和接続回路１０は、ダイオード１１，１２，１３の整流機能を利用して、第１電源Ｐ１、第２電源Ｐ２および第３電源Ｐ３のうち、相対的に高い電圧を入力する電源からの直流入力電圧を電源本体部２０に出力する回路として機能するようになっている。また、ダイオード１１，１２，１４の整流機能を利用して、第１電源Ｐ１および第２電源Ｐ２から入力される電圧のうち相対的に高い電圧が第３電源Ｐ３から入力される電圧よりも大きいとき、第１電源Ｐ１および第２電源Ｐ２のうち相対的に高い電圧を入力する電源が第３電源Ｐ３を充電する回路として機能するようになっている。
【００２５】
電源本体部２０は、例えば、インバータ回路、電圧変換トランス、整流回路および平滑回路（いずれも図示せず）をこの順に接続して構成されたスイッチング電源装置であり、ダイオード論理和接続回路１０で選択された電源（以下、「選択電源」と称する）から入力される直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換すると共に、この交流電圧を変圧し整流して得られる直流出力電圧を第４電源Ｐ４に給電するようになっている。
【００２６】
故障検知回路３０は、差動増幅回路３１と、比較回路３２と、遅延回路３３とをこの順に接続して構成されたものであり、ダイオード１１と、ダイオード１２と、ダイオード１３および１４とに対して１つずつ設けられている。
【００２７】
差動増幅回路３１は、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２からなる分圧器Ｄと、増幅率α１（＝１＋２Ｒ４／Ｒ３）の差動増幅器ＡＰ１と、増幅率α２（＝Ｒ５／Ｆ６）の差動増幅器ＡＰ２とをこの順に接続して構成されたものである。差動増幅回路３１の入力は、ダイオード１１，１２，１３，１４のうち一のダイオードの両端に接続されている。この差動増幅回路３１は、ダイオードの両端のそれぞれの電圧を分圧器Ｄで分圧し、分圧したそれぞれの電圧の電位差（ダイオードの両端の電位差Ｖ１（検出電圧）と等しい）を差動増幅器ＡＰ１で電位差Ｖ２（＝Ｖ１×α１）に増幅し、増幅した電位差Ｖ２を差動増幅器ＡＰ２で電圧Ｖ３（＝Ｖ１×α１×α２）に増幅すると共に、その増幅した電圧Ｖ３に基準電圧Ｖｒｅｆだけオフセットを加えて出力電圧３１Ａ（＝Ｖ１×α１×α２＋Ｖｒｅｆ）を出力するようになっている。
【００２８】
ここで、電位差Ｖ１の値は、ダイオード１１，１２，１３のカソード側を基準としているので、ダイオード１１，１２，１３に順方向電圧がかかっているときは正の整数となり、ダイオード１１，１２，１３に逆方向電圧がかかっているときは負の整数となる。なお、ダイオード１４はダイオード１３と逆向きに接続されているので、ダイオード１４のアノード側が電位差Ｖ１の基準となる。そのため、電位差Ｖ１の値は、ダイオード１４に順方向電圧がかかっているときは負の整数となり、ダイオード１４に逆方向電圧がかかっているときは正の整数となる。
【００２９】
比較回路３２は、２つのコンパレータＣＭＰ１およびＣＭＰ２を含んで構成されたものである。比較回路３２の入力は、差動増幅回路３１の出力に接続されている。この比較回路３２は、いわゆるウインドウ・コンパレータであり、差動増幅回路３１の出力電圧３１Ａが所定の範囲内の値のとき、具体的には、コンパレータＣＭＰ１を含む回路において設定されたしきい値の上限Ｖｍａｘ以下、コンパレータＣＭＰ２を含む回路において設定されたしきい値の下限Ｖｍｉｎ以上の値のとき、所定レベルの検知信号３２Ａを出力するようになっている。
【００３０】
つまり、比較回路３２は、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、差動増幅回路３１の出力電圧３１Ａが所定の範囲内（異常領域Ａ内）にあるとき検知信号３２Ａを出力し、所定の範囲外（正常領域Ｂ内）にあるとき検知信号３２Ａを出力しないようになっている。
【００３１】
ここで、しきい値の上限Ｖｍａｘは、基準電圧Ｖｒｅｆに、増幅率α１およびα２を設定値ｅに掛けたものを加えた値（＝Ｖｒｅｆ＋ｅ×α１×α２）であり、しきい値の下限Ｖｍｉｎは、基準電圧Ｖｒｅｆから、増幅率α１およびα２を設定値ｅに掛けたものを減じた値（＝Ｖｒｅｆ−ｅ×α１×α２）である。ここで、設定値ｅは、ゼロボルトより大きく、ダイオードが正常のときの逆方向電圧より小さな値である。
【００３２】
ダイオード１１，１２，１３，１４に逆方向電圧が印加されている場合に、差動増幅回路３１の出力電圧３１ＡがＶｍａｘ以上の値のときは、ダイオードは正常なので検知信号３２Ａを出力せず、差動増幅回路３１の出力電圧３１ＡがＶｍａｘより小さな値のときは、ダイオードが異常と判断して検知信号３２Ａを出力する。また、ダイオード１１，１２，１３，１４に順方向電圧が印加されている場合に、差動増幅回路３１の出力電圧３１ＡがＶｍｉｎ以下の値のときは、ダイオードは正常なので検知信号３２Ａを出力せず、差動増幅回路３１の出力電圧３１ＡがＶｍｉｎより大きな値のときは、ダイオードが異常と判断して検知信号３２Ａを出力する。
【００３３】
なお、ダイオード１３および１４は順方向電圧が互いに逆向きとなるように並列接続されているので、ダイオード１３および１４に順方向電圧が印加されているか否かを考慮する必要はない。
【００３４】
遅延回路３３は、検知信号３２Ａをオン・オフするスイッチング素子と、その出力に接続される積分回路と、その積分回路の出力を波形整形するスイッチング回路とを含んで構成されたものである。ここで、積分回路は、例えば、抵抗およびコンデンサなどを含んで構成されている。遅延回路３３の入力は、比較回路３２の出力に接続されている。この遅延回路３３は、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、検知信号３２Ａが連続して出力されている期間ｔ１がマスク期間ｔｍ（所定の期間）以下のとき、故障発生信号３３Ａを出力しないようになっている。一方、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、検知信号３２Ａが連続して出力されている期間ｔ２がマスク期間ｔｍを超えると、故障発生信号３３Ａを出力するようになっている。
【００３５】
ここで、マスク期間ｔｍは、ダイオード論理和接続回路１０内や故障検知回路３０内のノイズなど、ダイオード１１，１２，１３，１４の短絡以外の原因によって検知信号３２Ａが誤って出力される期間よりも長く、ダイオード１１，１２，１３，１４が短絡しているときに検知信号３２Ａが連続して出力される期間よりも短い。これより、遅延回路３３は、ダイオード１１，１２，１３，１４が実際に短絡していないときには故障発生信号３３Ａを出力しないようになっており、ダイオード１１，１２，１３，１４が実際に短絡しているときにだけ故障発生信号３３Ａを出力するようになっている。
【００３６】
また、本実施の形態の各故障検知回路３０の出力（遅延回路３３の出力）は演算処理回路４０の入力に、演算処理回路４０の出力は警報装置５０の入力にそれぞれ接続されている。ここで、演算処理回路４０は、例えば、マイクロプロセッサおよびロジック回路などを含んで構成されている。この演算処理回路４０は、故障発生信号３３Ａが入力されると、警報装置５０にアラームを出力するための警報信号４０Ａを出力するようになっている。警報装置５０は、演算処理回路４０から警報信号４０Ａが入力されると、例えば、ダイオード１１，１２，１３，１４の少なくとも１つが短絡モードの故障したことを示すランプを点灯するようになっている。
【００３７】
次に、以上のような構成の駆動システムの動作について説明する。
【００３８】
ダイオード論理和接続回路１０は、ダイオード１１，１２，１３の整流機能を利用して、第１電源Ｐ１、第２電源Ｐ２および第３電源Ｐ３のうち、相対的に高い電圧を入力する電源（選択電源）からの直流入力電圧Ｖｉｎを電源本体部２０に出力する。このとき、ダイオード１１，１２，１４の整流機能を利用して、第１電源Ｐ１および第２電源Ｐ２から入力される電圧のうち相対的に高い電圧が第３電源Ｐ３から入力される電圧よりも大きいとき、第１電源Ｐ１および第２電源Ｐ２のうち相対的に高い電圧を入力する電源は、その間だけ、第３電源Ｐ３を充電する。
【００３９】
電源本体部２０は、選択電源から入力される直流入力電圧をスイッチングして交流電圧に変換すると共に、この交流電圧を変圧し整流して得られる直流出力電圧を第４電源Ｐ４に給電する。
【００４０】
差動増幅回路３１は、ダイオードの両端の電位差Ｖ１を増幅すると共に、その増幅された電圧に基準電圧Ｖｒｅｆだけオフセットを加えた電圧３１Ａを出力し続ける。比較回路３２は、出力電圧３１Ａが所定の範囲内（異常領域Ａ内）にあるか否かを判定する。判定の結果、出力電圧３１Ａが所定の範囲外（正常領域Ｂ内）にある場合は、検知信号３２Ａを出力せず、逆に、出力電圧３１Ａが所定の範囲内（異常領域Ａ内）にある場合は、検知信号３２Ａを出力する。
【００４１】
遅延回路３３は、検知信号３２Ａが連続して出力されている期間がマスク期間ｔｍを超えるか否かを判定する。判定の結果、検知信号３２Ａが連続して出力されている期間がマスク期間ｔｍ以内のとき、故障発生信号３３Ａを出力せず、逆に、検知信号３２Ａが連続して出力されている期間がマスク期間ｔｍを超えるとき、故障発生信号３３Ａを出力する。
【００４２】
これにより、ダイオード論理和接続回路１０内や故障検知回路３０内のノイズなど、ダイオードの短絡以外の原因によって検知信号３２Ａが誤って出力され、その誤って出力された検知信号３２Ａに基づいて、ダイオード１１，１２，１３，１４の少なくとも１つが短絡モードの故障したことを示す信号（本実施の形態ではランプの点灯に相当する）を外部に出力するのを防止することができ、ダイオード１１，１２，１３，１４の少なくとも１つが実際に短絡しているときにだけそのような信号を外部に出力することが可能となる。
【００４３】
したがって、本実施の形態の故障検知回路３０によれば、ダイオード論理和接続回路１０内のダイオード１１，１２，１３，１４の短絡モードでの故障を正確に検出することができる。
【００４４】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００４５】
例えば、上記実施の形態では、遅延回路３３を備えるようにしたが、ダイオード論理和接続回路１０内や故障検知回路３０内のノイズなど、ダイオードの短絡以外の原因によって検知信号３２Ａが誤って出力されることが実質的にない場合は、遅延回路３３がなくてもよい。ただし、この場合は、検知信号３２Ａを故障発生信号３３Ａとして演算処理回路４０に入力することが必要となる。
【００４６】
また、上記実施の形態では、ダイオード論理和接続回路１０内にダイオードが４つ含まれている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ダイオード論理和接続回路１０内にダイオードが少なくとも２つ含まれていればよい。また、ダイオード論理和接続回路１０内に順方向の互いに異なるダイオードが本実施の形態のように含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
【００４７】
また、本発明は、上記実施形態に記載の、電源本体部２０、差動増幅回路３１、比較回路３２および遅延回路３３の構成に限定されるものではなく、同様の機能を有する他の構成を備えていてもよい。
【００４８】
また、本発明は、負荷駆動システム１の出力側に接続される電源の出力電圧が、電源システム１の入力側に接続される電源のそれと比べて低圧である必要はなく、高圧であってもよい。ただし、この場合は、電源本体部２０が昇圧型であることが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る駆動システムの機能ブロック図である。
【図２】図１の故障検知回路の構成を表す回路図である。
【図３】故障検知回路の動作を説明するための波形図である。
【図４】故障検知回路の動作を説明するための他の波形図である。
【図５】故障検知回路の動作を説明するための他の波形図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…電源システム、１０…ダイオード論理和接続回路、１１，１２，１３，１４…ダイオード、２０…電源本体部、３０…故障検知回路、３１…差動増幅回路、３１Ａ…出力電圧、３２…比較回路、３２Ａ…検知信号、３３…遅延回路、３３Ａ…故障発生信号、４０…演算処理回路、４０…警報装置、４０Ａ…警報信号、Ｐ１…第１電源、Ｐ２…第２電源、Ｐ３…第３電源、Ｐ４…第４電源、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…入力端子、Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７…出力端子、Ａ…異常領域、Ｂ…正常領域、ｅ…設定値、Ｍ…モータ、ｔｍ…マスク期間、Ｖ１…ダイオードの両端の電位差、Ｖｒｅｆ…基準電圧、Ｖｍａｘ…上限電圧、Ｖｍｉｎ…下限電圧。
【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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