(57)【要約】【課題】追加のＡＤコンバータを設けることなく、負荷での異常発生の有無を高精度に判定することが可能な「負荷電流検出回路およびこれを用いた異常判定装置」を提供する。【解決手段】第１の抵抗Ｒ１（電圧降下発生用抵抗）をスイッチング用の第１のトランジスタＴｒ１の前段に接続し、第１の抵抗Ｒ１と第１のトランジスタＴｒ１との間から出力電圧Ｖｏを取り出すようにすることにより、負荷ＲＬが切り離されているときの第１の電圧値Ｖｏ１と負荷ＲＬが接続されているときの第２の電圧値Ｖｏ２とを検出することを可能にし、それら電圧値Ｖｏ１，Ｖｏ２の差分を求め、当該差分値に基づいて負荷ＲＬでの異常の発生を判定することにより、電源電圧ＶＣＣのバラツキを吸収することができるようにして、電源電圧ＶＣＣのバラツキにかかわらず高い精度で異常の有無の判定を行うことができるようにする。【選択図】        図１
2007206012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷との間に直列に接続された電圧降下発生用抵抗およびスイッチング用トランジスタを備え、
上記電圧降下発生用抵抗を上記スイッチング用トランジスタよりも上記電源に近い側に接続し、上記電圧降下発生用抵抗で降圧された電圧を出力電圧として取り出すように成されたことを特徴とする負荷電流検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の負荷電流検出回路と、
上記出力電圧をデジタル値にＡ／Ｄ変換するＡＤコンバータと、
上記スイッチング用トランジスタのオン／オフを制御するための制御信号を発生する制御手段と、
上記制御手段により上記スイッチング用トランジスタがオフにされたときに上記負荷電流検出回路より出力され上記ＡＤコンバータによりＡ／Ｄ変換されて得られる第１の電圧値と、上記制御手段により上記スイッチング用トランジスタがオンにされたときに上記負荷電流検出回路より出力され上記ＡＤコンバータによりＡ／Ｄ変換されて得られる第２の電圧値との差分値を求める差分演算手段と、
上記差分演算手段により求められた差分値に基づいて上記負荷での異常の発生を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする異常判定装置。
【請求項３】
上記異常判定手段は、上記差分値が第１の閾値以上のときにショート異常が発生していると判断することを特徴とする請求項２に記載の異常判定装置。
【請求項４】
上記異常判定手段は、上記差分値が第２の閾値以下のときにオープン異常が発生していると判断することを特徴とする請求項２に記載の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は負荷電流検出回路およびこれを用いた異常判定装置に関し、特に、負荷に流れる電流値（またはこれに相当する電圧値）を検出する回路およびその検出値に基づいて負荷における異常発生の有無を診断する装置に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子機器には多くの部品や回路が使われている。電子機器の所要の性能を引き出すためには、個々の部品等に高い信頼性が要求される。また、何らかの原因により異常が発生した場合には、それを速やかに検知することが望まれている。そのために、部品等における配線の断線または接続不良などに起因するオープン異常や、配線間の短絡などに起因するショート異常の有無を検出するための回路が電子機器内に組み込まれていることが多い。
【０００３】
なお、アンテナラインのオープン異常およびアースに対するショート異常を自動的にチェックできるように成された技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−９０８１８号公報
【０００４】
オープン異常やショート異常の有無は、部品等に流れる負荷電流を検出し、その検出値と基準値とを比較することによって判定することが可能である。負荷電流を検出する方法には種々のものがあるが、その最も代表的な例が、図４に示す負荷電流検出回路である。
【０００５】
図４において、ＲＬは部品等の負荷、ＶＣＣは電源またはその出力電圧値である。Ｔｒ１は電源ＶＣＣと負荷ＲＬとの間に接続された第１のトランジスタであり、そのエミッタは電源ＶＣＣ側に接続され、コレクタは負荷ＲＬ側に接続されている。第１のトランジスタＴｒ１のコレクタと負荷ＲＬとの間には第１の抵抗Ｒ１が接続されている。第１の抵抗Ｒ１の一端は第１のトランジスタＴｒ１のコレクタに接続され、他端は負荷電流検出回路の出力端子ＯＵＴに接続されている。当該出力端子ＯＵＴには、図示しないＡＤコンバータが接続されている。
【０００６】
Ｔｒ２は第２のトランジスタであり、そのエミッタは接地され、コレクタは第２の抵抗Ｒ２を介して第１のトランジスタＴｒ１のベースに接続されている。第２のトランジスタＴｒ２のベースは第３の抵抗Ｒ３を介して制御端子ＣＴＬに接続されている。また、第２のトランジスタＴｒ２のベースとエミッタとは第４の抵抗Ｒ４を介して互いに接続されている。
【０００７】
図４に示す従来の負荷電流検出回路において、負荷電流ＩＬは次の（式１）によって求めることができる。なお、ここでは説明を簡単にするために、便宜上、第１のトランジスタＴｒ１の飽和電圧を０〔Ｖ〕としている。
ＩＬ＝（ＶＣＣ−Ｖｏ）／Ｒ１  ・・・（式１）
実際には、図４の負荷電流検出回路は、負荷ＲＬに流れる負荷電流ＩＬによって発生する第１の抵抗Ｒ１の電圧降下レベルＶｏを出力端子ＯＵＴからＡＤコンバータに供給する。
【０００８】
上記（式１）を変形すると、負荷電流検出回路の出力電圧Ｖｏは、次の（式２）で与えられる。
Ｖｏ＝ＶＣＣ−Ｒ１ＩＬ  ・・・（式２）
したがって、負荷ＲＬに過大な電流が流れると、出力電圧Ｖｏの値は小さくなる。そこで、上述のように出力電圧ＶｏをＡＤコンバータに出力してデジタル値とし、そのデジタル値と第１の閾値とを比較する。そして、出力電圧Ｖｏが第１の閾値を下回ったときに、負荷ＲＬがショートモードで損傷しているとみなす。
【０００９】
逆に、負荷ＲＬに過小な電流が流れると、出力電圧Ｖｏの値は大きくなる。そこで、出力電圧Ｖｏと第２の閾値とを比較し、出力電圧Ｖｏが第２の閾値を上回ったときに、負荷ＲＬがオープンモードで損傷しているとみなす。
【００１０】
図４に示す回路では、ショート異常やオープン異常が検出されたときに、制御端子ＣＴＬから第２のトランジスタＴｒ２のベースに入力する制御信号をＨｉからＬｏに切り替えることにより、第２のトランジスタＴｒ２をオフとし、これを以って第１のトランジスタＴｒ１をオフとすることができるようになっている。これにより、異常発生の際には負荷ＲＬへの電源供給を断つことができるように成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、一般に電源回路は、それに使われている部品の個体差や周辺雰囲気等の影響により、同じ種類の部品を使用した電源回路でも出力電圧ＶＣＣにバラツキが生じる。通例、２〜５％程度の公差がある。５〔Ｖ〕の電源ＶＣＣを用いた場合、公差は５％で±０．２５〔Ｖ〕となる。これは、出力電圧Ｖｏを検出する上でボトルネックともいうべき問題である。すなわち、図４の回路では、検出電圧Ｖｏの変動が電源ＶＣＣのバラツキ範囲である０．５０〔Ｖ〕以内の場合、それが負荷電流ＩＬによる変動なのか電源ＶＣＣのバラツキによる変動なのかを識別することができない。
【００１２】
そのため、例えば検出電圧Ｖｏの値が第１の閾値に近い値のときに、本来は正常であるのにショート異常であると判定したり、逆に、本来はショート異常が発生しているのに正常であると判定したりすることがあった。また、検出電圧Ｖｏの値が第２の閾値に近い値のときに、本来は正常であるのにオープン異常であると判定したり、逆に、本来はオープン異常が発生しているのに正常であると判定したりすることがあった。
【００１３】
なお、図４の回路において電源ＶＣＣのバラツキを除外して正確な負荷電流ＩＬを測定するための方法として、第１のトランジスタＴｒ１の後段（第１の抵抗Ｒ１の前段）の電位を同時に測定する（つまり、第１の抵抗Ｒ１の両端の電位を測定する）方法がある。しかしながら、この場合は、通常の回路に比べて１つ余分にＡＤコンバータを使用しなければならないという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、追加のＡＤコンバータを設けることなく、負荷での異常発生の有無を高精度に判定することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した課題を解決するために、本発明の負荷電流検出回路では、電源と負荷との間において、電圧降下発生用抵抗をスイッチング用トランジスタよりも電源に近い側に接続し、電圧降下発生用抵抗で降圧された電圧を出力電圧として取り出すようにしている。
【００１６】
また、本発明の異常判定装置では、負荷電流検出回路のスイッチング用トランジスタをオフにしたときの出力電圧とオンしたときの出力電圧との差分値を求めて、当該差分値に基づいて負荷での異常の発生を判定するようにしている。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように構成した本発明によれば、スイッチング用トランジスタがオフになって負荷が切り離されているときの出力電圧と、スイッチング用トランジスタがオンになって負荷が接続されているときの出力電圧との差分値が求められ、その差分値に基づいて負荷の異常の有無が判定される。これにより、部品の個体差や周辺雰囲気等の影響により電源電圧にバラツキが生じても、そのバラツキは上述のように出力電圧の差分をとることによって実質的に消滅する。つまり、求められる差分値の中に電源電圧の特性のバラツキによる変動分は含まれないものとなる。このような差分値に基づいて負荷の異常判定が行われるので、電源電圧のバラツキに起因する誤判定を抑制し、高い精度で判定を行うことができるようになる。しかも、電圧降下発生用抵抗の両端の電圧を測定している訳ではないので、追加のＡＤコンバータを設ける必要もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による負荷電流検出回路の構成例を示す図である。図１において、ＲＬは負荷、ＶＣＣは電源またはその出力電圧値である。Ｔｒ１は第１のトランジスタ（本発明のスイッチング用トランジスタに相当）、Ｒ１は第１の抵抗（本発明の電圧降下発生用抵抗に相当）であり、これらは電源ＶＣＣと負荷ＲＬとの間に直列に接続されている。
【００１９】
本実施形態では、第１の抵抗Ｒ１を第１のトランジスタＴｒ１の前段、すなわち、より電源ＶＣＣに近い側に接続している。すなわち、第１のトランジスタＴｒ１のエミッタが第１の抵抗Ｒ１の後段に接続され、コレクタが負荷ＲＬに接続されている。また、第１の抵抗Ｒ１の後段（第１のトランジスタＴｒ１のエミッタ側）を出力端子ＯＵＴに接続することにより、第１の抵抗Ｒ１で降圧された電圧を出力電圧として取り出すようにしている。出力端子ＯＵＴには、図示しないＡＤコンバータが接続されている。
【００２０】
Ｔｒ２は第２のトランジスタであり、そのエミッタは接地され、コレクタは第２の抵抗Ｒ２を介して第１のトランジスタＴｒ１のベースに接続されている。第２のトランジスタＴｒ２のベースは第３の抵抗Ｒ３を介して制御端子ＣＴＬに接続されている。また、第２のトランジスタＴｒ２のベースとエミッタとは第４の抵抗Ｒ４を介して互いに接続されている。
【００２１】
図２は、以上のように構成した本実施形態の負荷電流検出回路を用いた異常判定装置の構成例を示す図である。図２に示すように、本実施形態の異常判定装置は、負荷電流検出回路１１と、ＡＤコンバータ１２と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１３とを備えて構成されている。ＤＳＰ１３は、その機能構成として、制御部１３ａ、差分演算部１３ｂ、異常判定部１３ｃを備えている。
【００２２】
負荷電流検出回路１１は、図１に示した構成より成るものである。ＡＤコンバータ１２は、負荷電流検出回路１１の出力端子ＯＵＴより出力されるアナログの電圧値をデジタル値にＡ／Ｄ変換する。ＤＳＰ１３の制御部１３ａは、負荷電流検出回路１１内にある第１のトランジスタＴｒ１のオン／オフを制御するための制御信号を発生する。
【００２３】
制御部１３ａにより発生された制御信号は、負荷電流検出回路１１の制御端子ＣＴＬから第２のトランジスタＴｒ２のベースに入力される。制御信号の論理をＨｉとすることにより、第２のトランジスタＴｒ２はオンとなり、これを以って第１のトランジスタＴｒ１をオンにすることができる。一方、制御信号の論理をＬｏとすることにより、第２のトランジスタＴｒ２はオフとなり、これを以って第１のトランジスタＴｒ１をオフにすることができる。
【００２４】
差分演算部１３ｂは、制御部１３ａの制御により第１のトランジスタＴｒ１がオフにされたときに負荷電流検出回路１１より出力されＡＤコンバータ１２によりＡ／Ｄ変換されて得られた第１の電圧値と、制御部１３ａの制御により第１のトランジスタＴｒ１がオンにされたときに負荷電流検出回路１１より出力されＡＤコンバータ１２によりＡ／Ｄ変換されて得られた第２の電圧値との差分値を求める。
【００２５】
具体的には、あるタイミングで制御部１３ａが制御信号の論理をＬｏにして、このとき負荷電流検出回路１１より出力されＡＤコンバータ１２によりＡ／Ｄ変換されて得られた第１の電圧値を差分演算部１３ｂのレジスタに保存する。第１の電圧値は、上述した（式２）により求められる。ここで、制御信号をＬｏにして第１のトランジスタＴｒ１をオフにしたときに得られる第１の電圧値をＶｏ１、負荷電流をＩＬ１とすると、Ｖｏ１は次の（式３）により与えられる。
Ｖｏ１＝ＶＣＣ−Ｒ１ＩＬ１  ・・・（式３）
【００２６】
次に、制御部１３ａが制御信号の論理をＨｉにして、このとき負荷電流検出回路１１より出力されＡＤコンバータ１２によりＡ／Ｄ変換されて得られた第２の電圧値を差分演算部１３ｂのレジスタに保存する。ここで、制御信号をＨｉにして第１のトランジスタＴｒ１をオフにしたときに得られる第２の電圧値をＶｏ２、負荷電流をＩＬ２とすると、Ｖｏ２は次の（式４）により与えられる。
Ｖｏ２＝ＶＣＣ−Ｒ１ＩＬ２  ・・・（式４）
そして、差分演算部１３ｂは、レジスタに保存した第１の電圧値Ｖｏ１と第２の電圧値Ｖｏ２との差分を演算する。
【００２７】
異常判定部１３ｃは、差分演算部１３ｂにより求められた差分値に基づいて、負荷ＲＬでの異常の発生を判定する。例えば、差分演算部１３ｂにより求められた差分値と第１の閾値Ｔｈ１とを比較し、差分値が第１の閾値Ｔｈ１を上回ったときに、負荷ＲＬがショートモードで損傷しているとみなす。また、差分演算部１３ｂにより求められた差分値と第２の閾値Ｔｈ２（Ｔｈ１＞Ｔｈ２）とを比較し、差分値が第２の閾値Ｔｈ２を下回ったときに、負荷ＲＬがオープンモードで損傷しているとみなす。
【００２８】
異常がない場合、制御部１３ａは制御信号の論理をそのままＨｉとしておくことにより、第１のトランジスタＴｒ１をオン状態に維持する。その後も同様の異常判定を行い、ショート異常やオープン異常が検出されたときは、制御信号の論理をＨｉからＬｏに切り替えることにより、第１のトランジスタＴｒ１をオフとし、負荷ＲＬへの電源供給を断つようにする。
【００２９】
なお、差分演算部１３ｂにより求められた差分値と第１の抵抗Ｒ１の抵抗値とから負荷電流ＩＬを求め、この負荷電流ＩＬと第３の閾値Ｔｈ３との比較でショート異常を判定し、負荷電流ＩＬと第４の閾値Ｔｈ４（Ｔｈ３＞Ｔｈ４）との比較でオープン異常を判定するようにしても良い。なお、負荷電流ＩＬは、次の（式５）によって求めることができる。
ＩＬ＝ＩＬ２−ＩＬ１
＝（ＶＣＣ−Ｖｏ２）／Ｒ１−（ＶＣＣ−Ｖｏ１）／Ｒ１
＝（Ｖｏ１−Ｖｏ２）／Ｒ１  ・・・（式５）
【００３０】
図３は、本実施形態による異常判定装置の動作例を示すフローチャートである。このフローチャートは、例えば異常判定装置の電源を投入したときにスタートする。まず、ＤＳＰ１３の制御部１３ａは、負荷電流検出回路１１の制御端子ＣＴＬに供給する制御信号の論理をＬｏとすることにより、第１のトランジスタＴｒ１をオフにする（ステップＳ１）。ＡＤコンバータ１２は、このとき負荷電流検出回路１１の出力端子ＯＵＴから出力される電圧をＡ／Ｄ変換することにより、第１の電圧値Ｖｏ１を得る（ステップＳ２）。差分演算部１３ｂは、図示しないレジスタにこの第１の電圧値Ｖｏ１を格納する（ステップＳ３）。
【００３１】
次に、制御部１３ａは、負荷電流検出回路１１の制御端子ＣＴＬに供給する制御信号の論理をＨｉとすることにより、第１のトランジスタＴｒ１をオンにする（ステップＳ４）。ＡＤコンバータ１２は、このとき負荷電流検出回路１１の出力端子ＯＵＴから出力される電圧をＡ／Ｄ変換することにより、第２の電圧値Ｖｏ２を得る（ステップＳ５）。差分演算部１３ｂは、図示しないレジスタにこの第２の電圧値Ｖｏ２を格納する（ステップＳ６）。
【００３２】
そして、差分演算部１３ｂは、レジスタに格納した第１の電圧値Ｖｏ１と第２の電圧値Ｖｏ２との差分を演算する（ステップＳ７）。異常判定部１３ｃは、その差分値が第１の閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。差分値が第１の閾値Ｔｈ１以上でない場合、異常判定部１３ｃは、差分値が第２の閾値Ｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ９）。
【００３３】
ここで、差分値が第１の閾値Ｔｈ１以上でも第２の閾値Ｔｈ２以下でもない場合、異常判定部１３ｃはノーマルモード（異常なし）と判定する（ステップＳ１０）。この場合はステップＳ５に戻り、監視を継続する。
【００３４】
また、差分値が第２の閾値Ｔｈ２以下であった場合、異常判定部１３ｃはオープンモード（オープン異常あり）と判定する（ステップＳ１１）。この場合、制御部１３ａは制御信号の論理をＬｏにして負荷ＲＬへの電源供給をいったん断った後（ステップＳ１２）、ステップＳ２に戻り、監視を継続する。
【００３５】
また、差分値が第１の閾値Ｔｈ１以上であった場合、異常判定部１３ｃはショートモード（ショート異常あり）と判定する（ステップＳ１３）。この場合、制御部１３ａは制御信号の論理をＬｏにして負荷ＲＬへの電源供給を断ち（ステップＳ１４）、処理を終了する。
【００３６】
以上詳しく説明したように、本実施形態では、負荷電流検出回路１１において、第１の抵抗Ｒ１（電圧降下発生用抵抗）をスイッチング用の第１のトランジスタＴｒ１の前段に接続し、第１の抵抗Ｒ１と第１のトランジスタＴｒ１との間から出力電圧Ｖｏを取り出すようにしている。これにより、第１のトランジスタＴｒ１がオフになって負荷ＲＬが切り離されているときの第１の電圧値Ｖｏ１と、第１のトランジスタＴｒ１がオンになって負荷ＲＬが接続されているときの第２の電圧値Ｖｏ２とを検出することが可能となる。つまり、同じポイントの電位を検出しつつも電圧（電位差）を検出することができる。
【００３７】
そして、このような負荷電流検出回路１１を利用した異常判定装置において、第１の電圧値Ｖｏ１と第２の電圧値Ｖｏ２と差分を求め、当該差分値に基づいて負荷ＲＬでの異常の発生を判定するようにしている。上述した（式５）からも分かるように、本実施形態において負荷電流ＩＬを求める式の中に電源電圧ＶＣＣは入っておらず、電源電圧ＶＣＣのバラツキを吸収することができている。これにより、部品の個体差や周辺雰囲気等の影響により電源電圧ＶＣＣにバラツキが生じても、それに起因する誤判定を抑制し、高い精度で異常の有無の判定を行うことができるようになる。しかも、１つのＡＤコンバータ１２でこれを実現することが可能である。
【００３８】
なお、上記実施形態では、制御部１３ａ、差分演算部１３ｂおよび異常判定部１３ｃの機能をＤＳＰ１３により実現する例について説明したが、これに限定されない。これらの機能をハードウェアロジックにより構成して良いし、ソフトウェアによって実現することも可能である。例えばソフトウェアによって実現する場合、制御部１３ａ、差分演算部１３ｂおよび異常判定部１３ｃの機能は、コンピュータのＣＰＵあるいはＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えて構成され、ＲＡＭやＲＯＭに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。
【００３９】
また、上記実施形態では、オープンモードと判定したときには第１のトランジスタＴｒ１をいったんオフにはするものの、監視を継続する例について説明した。これに対して、ショートモードと判定したときと同様に、第１のトランジスタＴｒ１をオフにして負荷ＲＬへの電源供給を断って、処理を終了するようにしても良い。
【００４０】
また、上記実施形態において、ノーマルモード、オープンモード、ショートモードの何れかと判定したときに、判定したモードを表示装置に表示するなどしてユーザに報知するようにしても良い。
【００４１】
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、オープン異常およびショート異常の判定を行うための異常判定装置およびこれに使用する負荷電流検出回路に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態による負荷電流検出回路の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態による異常判定装置の構成例を示す図である。
【図３】本実施形態による異常判定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図４】従来の負荷電流検出回路を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  負荷電流検出回路
１２  ＡＤコンバータ
１３  ＤＳＰ
１３ａ  制御部
１３ｂ  差分演算部
１３ｃ  異常判定部
Ｔｒ１  第１のトランジスタ（スイッチング用トランジスタ）
Ｒ１  第１の抵抗（電圧降下発生用抵抗）
ＲＬ  負荷
ＶＣＣ  電源
【図１】
2007206012.tif 000003
【図２】
2007206012.tif 000004
【図３】
2007206012.tif 000005
【図４】
2007206012.tif 000006