(57)【要約】      （修正有）【課題】電流制限回路と電圧制限回路とを有する制御回路において、電流供給回路を精度よく保護することができる制御回路およびそれを備えた装置を提供する。【解決手段】制御回路は、電流供給回路１２と、電圧制限回路１６と、電流制限回路１５と、電圧制御停止回路１７とを備える。電流供給回路１２は、被制御対象２へ電流を供給する。電圧制限回路１６は、電流供給回路１２の電流を制御することによって被制御対象２へ印加される電圧を所定範囲内に制限する。電流制限回路１５は、電流供給回路１２の電流が過電流になった場合に、電流供給回路１２の電流を制限する。電圧制御停止回路１７は、電流供給回路１２の電流が過電流になった場合に、電圧制限回路１６の動作を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被制御対象へ電流を供給する電流供給回路と、
前記電流供給回路の前記電流を制御することによって前記被制御対象へ印加される電圧を所定範囲内に制限する電圧制限回路と、
前記電流供給回路の前記電流が過電流になった場合に、前記電流供給回路の前記電流を制限する電流制限回路と、
前記電流供給回路の前記電流が過電流になった場合に、前記電圧制限回路の動作を停止する電圧制御停止回路と、を備える
ことを特徴とする制御回路。
【請求項２】
前記電圧制限回路は、
前記電圧が所定範囲内に制限されるように前記電流供給回路の出力段へ電流を供給し、
前記電流制限回路は、
前記電流供給回路の前記電流が過電流になった場合に、前記電流供給回路の前記電流が制限されるように前記出力段へ電流を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
【請求項３】
前記電流供給回路の前記電流が前記過電流になった場合に、電流制限要求を前記電流制限回路へ出力する過電流検知回路を備え、
前記電流制限回路は、
前記電流制限要求があった場合に前記電流を制限し、
前記電圧制御停止回路は、
前記電流供給回路の前記電流が過電流になる場合に、前記過電流検知回路から前記電流制限要求が出力される前に、電圧制限停止要求を前記電圧制限回路へ出力し、
前記電圧制限回路は、
前記電圧制限停止要求があった場合に、前記電圧を前記所定範囲内に制限する動作を停止する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御回路。
【請求項４】
前記被制御対象は、ガスセンサ素子である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の制御回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の制御回路を備える
ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御回路およびそれを備える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の燃費向上などを目的として、内燃機関から排出される排気ガス中の空気と燃料の比である空燃比を目標空燃比に近づけるフィードバック制御が広く知られており、かかる空燃比は、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）によって検出される。
【０００３】
空燃比センサとして、ポンプセルと検出セルを有するガスセンサ素子を備える空燃比センサが知られている。かかる空燃比センサは、ガス検出室と基準酸素濃度との差に応じた電圧を検出セルで検出し、かかる検出電圧と基準電圧との差に応じた方向および大きさの電流をポンプセルへ供給する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０９６７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した空燃比センサにおいて、ガスセンサ素子に過電圧が印加されないように、電圧制限回路を設けたり、ガスセンサ素子に電流を供給する電流供給回路を保護するために、電流制限回路を設けたりすることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、電流制限回路と電圧制限回路とが共に動作する場合、ガスセンサ素子に電流を供給する電流供給回路が故障するおそれがあった。また、空燃比センサに限らず、電流制限回路と電圧制限回路とを有する制御回路およびかかる制御回路を備える装置においても同様のことが言える。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電流制限回路と電圧制限回路とを有す制御回路において、電流供給回路を精度よく保護することができる制御回路およびそれを備える装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、制御回路において、電流供給回路と、電圧制限回路と、電流制限回路と、電圧制御停止回路とを備える。前記電流供給回路は、被制御対象へ電流を供給する。前記電圧制限回路は、前記電流供給回路の前記電流を制御することによって前記被制御対象へ印加される電圧を所定範囲内に制限する。前記電流制限回路は、前記電流供給回路の前記電流が過電流になった場合に、前記電流供給回路の前記電流を制限する。前記電圧制御停止回路は、前記電流供給回路の前記電流が過電流になった場合に、前記電圧制限回路の動作を停止する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電流制限回路と電圧制限回路とを有する制御回路において、電流供給回路を精度よく保護することができる制御回路およびそれを備える装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る空燃比センサの構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示すガスセンサ素子の構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す電圧電流変換アンプと電流制限回路と電圧制御回路との関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、図１に示す過電流検出回路と電圧制限停止回路との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本願の開示する制御回路およびそれを備えた装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。例えば、以下においては、制御対象としてガスセンサ素子を一例に挙げて説明するが、制御対象はガスセンサ素子に限定されず、その他のセンサ素子やセンサ素子以外であってもよく、電流制限回路と電圧制限回路とを有する制御回路において、電流供給回路を精度よく保護することができる制御回路およびそれを備える装置に適用可能である。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る空燃比センサの構成の一例を示す図である。図１に示すように、空燃比センサ１は、ガスセンサ素子２と、センサ駆動部３（制御回路の一例）とを備える。
【００１３】
なお、以下においては、ガスセンサ素子の一例として、２セルのガスセンサ素子を説明するが、ガスセンサ素子は２セルのガスセンサ素子に限定されるものではなく、例えば、１セルのガスセンサ素子や３セル以上のガスセンサ素子であってもよい。
【００１４】
図１に示すガスセンサ素子２は、ポンプセル４、検出セル５、ＩＰ端子Ｔ１、ＣＯＭ端子Ｔ２、および、ＶＳ端子Ｔ３を備える。かかるガスセンサ素子２は、全領域空燃比ガスセンサ素子であり、例えば、図示しない車両の内燃機関の排気管に配置され、排気ガス中の酸素濃度（空熱比）を検出する。
【００１５】
図２は、ガスセンサ素子２の構成の一例を示す図である。図２に示すように、ガスセンサ素子２は、固体電解質体２１、絶縁基体２５、固体電解質体２７、２９を順に積層した構成を有する。
【００１６】
固体電解質体２１、２７、２９は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体であり、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ２）にイットリア（Ｙ２Ｏ３）を添加して構成される。絶縁基体２５は、例えば、アルミナなどによって構成される。
【００１７】
絶縁基体２５にはガス検出室３０が形成され、かかるガス検出室３０の両端には、ガス検出室３０への排気ガスの流入量を規制する多孔質状の拡散律速部２４が設けられる。
【００１８】
ポンプセル４は、固体電解質体２１と、当該固体電解質体２１の両面に多孔質の白金などにより形成された電極２２、２３とを備え、電極２２、２３間に供給される電流の大きさおよび方向に応じてガス検出室３０への酸素の汲み入れや汲み出しを行う。電極２２は、例えば、多孔質性の保護層２０によって保護される。
【００１９】
検出セル５は、固体電解質体２７と、当該固体電解質体２７の両面に多孔質の白金などにより形成された電極２６、２８とを備える。電極２６、２８間に定電流が供給されることにより、ガス検出室３０の酸素濃度に応じた起電力が電極２６、２８間に発生する。
【００２０】
次に、図１に示すセンサ駆動部３について説明する。センサ駆動部３は、例えば、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等の集積回路により実現される。
【００２１】
図１に示すように、センサ駆動部３は、定電圧制御回路１０と、Ｖｓ検知回路１１と、電流供給回路１２と、Ａ／Ｆ値検知回路１３と、過電流検知回路１４と、電流制限回路１５と、電圧制限回路１６と、電圧制限停止回路１７とを備える。
【００２２】
定電圧制御回路１０は、ガスセンサ素子２のＣＯＭ端子Ｔ２の電圧Ｖｃｏｍが一定電圧（例えば、３．３［Ｖ］）になるように電圧を出力する。
【００２３】
Ｖｓ検知回路１１は、検出セル５に定電流Ｉｃｐを流す定電流源を備え、かかる定電流Ｉｃｐを電極２８から電極２６に流すことによって、一定濃度の酸素を電極２８に蓄積する。これにより、電極２６、２８間の酸素濃度に応じた起電力が電極２６、２８間に発生し、ＣＯＭ端子Ｔ２とＶＳ端子Ｔ３との間の電圧Ｖｓとして現れる。
【００２４】
Ｖｓ検知回路１１は、ＣＯＭ端子Ｔ２とＶＳ端子Ｔ３との間の電圧Ｖｓ（以下、検出電圧Ｖｓと記載する）を検出し、かかる検出電圧Ｖｓと予め定められた基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば、４５０［ｍＶ］）とを比較する。
【００２５】
Ｖｓ検知回路１１は、検出電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｒｅｆとの差に応じた方向および大きさの電流Ｉｐが電流供給回路１２からガスセンサ素子２のＩＰ端子Ｔ１へ供給されるように、電流供給回路１２へ制御電圧を出力する。
【００２６】
電流供給回路１２は、例えば、電圧電流変換アンプＯＰ１と、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１４、Ｒ２０と、定電圧源ＶＡとを備える。電圧電流変換アンプＯＰ１は、例えば、オペアンプである。かかる電流供給回路１２は、Ｖｓ検知回路１１から出力される制御電圧に応じた電流Ｉｐを生成しＩＰ端子Ｔ１へ供給する。
【００２７】
電流供給回路１２は、例えば、検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きい場合、酸素を汲み入れるように電流ＩｐをＩＰ端子Ｔ１へ供給する。また、電流供給回路１２は、検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さい場合、酸素を汲み出すように電流ＩｐをＩＰ端子Ｔ１へ供給する。
【００２８】
なお、電流供給回路１２は図１に示す回路に限定されるものではなく、Ｖｓ検知回路１１の制御に応じた電流ＩｐをＩＰ端子Ｔ１へ供給することができる構成であればよい。
【００２９】
Ａ／Ｆ値検知回路１３は、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉｐの値を検出し、かかる電流Ｉｐの値に基づいて空燃比（Ａ／Ｆ値）を演算する。なお、Ａ／Ｆ値検知回路１３は、電流Ｉｐの値を検出し、かかる電流Ｉｐの値に基づいて空燃比を演算することができればよく、図１に示すものに限定されない。例えば、ＩＰ端子Ｔ１と電流供給回路１２との間に抵抗を配置し、かかる抵抗に流れる電流Ｉｐを検出するものであってもよい。
【００３０】
過電流検知回路１４は、電流供給回路１２の電流Ｉｐが過電流であるか否かを検出する。過電流検知回路１４は、例えば、電流Ｉｐが所定値Ｉ１を超える場合に、電流供給回路１２の電流Ｉｐが過電流になったと判定し、電流制限回路１５へ電流制限要求を出力する。図１に示す例では、電流供給回路１２は、電圧電流変換アンプＯＰ１とＩＰ端子Ｔ１との間に配置された抵抗Ｒ２０の両端電圧Ｖｂを検出することによって、電流Ｉｐ（＝Ｖｂ／Ｒ２０）を検出するが、電流Ｉｐが検出できる構成であればよい。
【００３１】
電流制限回路１５は、過電流検知回路１４が電流Ｉｐの過電流を検出し、電流制限要求を出力した場合、例えば、電流供給回路１２の電流Ｉｐが所定値Ｉ２（≦Ｉ１）以下になるように制限する。これにより、電流Ｉｐの過電流によって電流供給回路１２が故障することを防止することができる。
【００３２】
電圧制限回路１６は、ＩＰ端子Ｔ１の電圧Ｖｉｐ（＝Ｖｐ＋Ｖｃｏｍ）がガスセンサ素子２の耐圧を超えないように、電圧Ｖｉｐが所定範囲Ｒａ（例えば、３．３±１．２［Ｖ］）内に制限されるように電流供給回路１２の電流Ｉｐを制御する。
【００３３】
図３は、電圧電流変換アンプＯＰ１と電流制限回路１５と電圧制限回路１６との関係の一例を示す図である。図３に示す例では、電圧電流変換アンプＯＰ１は、入力段３１と、出力段３２とを備える。入力段３１は、抵抗Ｒ１０、Ｒ１１を介して入力される電圧に基づいて、出力段３２から出力される電流を制御する。
【００３４】
電流制限回路１５は、過電流検知回路１４が電流制限要求を出力した場合、電流供給回路１２の電流Ｉｐが所定値Ｉ２以下になるように出力段３２から出力される電流を制限する。また、電圧制限回路１６は、電圧Ｖｉｐが所定範囲Ｒａ内に制限されるように出力段３２から出力される電流を制限する。このように、電流制限回路１５と電圧制限回路１６とは個別に出力段３２から出力される電流を制御することができる。
【００３５】
図１に戻って、センサ駆動部３の説明を続ける。電圧制限停止回路１７は、電流Ｉｐが過電流になった場合に、電圧制限回路１６の動作を停止する。例えば、電圧制限停止回路１７は、過電流検知回路１４によって電流供給回路１２の電流Ｉｐが過電流になったと判定された場合に、電圧制限回路１６へ電圧制限停止要求を出力し、電圧制限回路１６の動作を停止する。
【００３６】
このように、センサ駆動部３は、電流Ｉｐが過電流になった場合に、電圧制限回路１６の動作を停止することから、電圧制限回路１６が電流供給回路１２の電流Ｉｐを過電流にすることを防止することができる。したがって、センサ駆動部３は、電流Ｉｐが過電流になった場合に、電流供給回路１２を精度よく保護することができる。電流Ｉｐが過電流になる場合として、例えば、ＩＰ端子Ｔ１とグランド電位（または電源電位）とが低抵抗によって接続される場合などがある。
【００３７】
以下、ＩＰ端子Ｔ１に電流供給回路１２から過電流が供給された場合を例に挙げ、電流Ｉｐが過電流の場合に電圧制限回路１６を停止することによって行われる電流供給回路１２の保護について説明する。
【００３８】
まず、センサ駆動部３において、電圧制限停止回路１７が設けられていない場合を考える。この場合、電流供給回路１２の電流Ｉｐが所定値Ｉ１以上になると、過電流検知回路１４によって電流供給回路１２の電流Ｉｐが過電流になったと判定される。そのため、電流制限回路１５は、電流供給回路１２の電流Ｉｐが所定値Ｉｂ以下になるように制限する。
【００３９】
電流制限回路１５が電流Ｉｐを制限すると、ＩＰ端子Ｔ１の電圧Ｖｉｐが低下し、電圧Ｖｉｐが所定範囲Ｒａ外になる場合がある。この場合、電圧制限回路１６は、電圧Ｖｉｐを上昇させて所定範囲Ｒａ内になるように、電流供給回路１２の電流Ｉｐを制御する。そのため、電流供給回路１２は、所定値Ｉ２よりも大きな電流Ｉｐを供給しようとするため、電流供給回路１２の電流Ｉｐが過電流になって電流供給回路１２が故障するおそれがある。
【００４０】
一方、図１に示すように、センサ駆動部３に電圧制限停止回路１７が設けられている場合、過電流検知回路１４が電流Ｉｐの過電流を検出すると電圧制限回路１６の動作が停止し、電圧制限回路１６によって電流供給回路１２の電流Ｉｐが制御されない。したがって、電流供給回路１２の電流Ｉｐが過電流になることを抑制でき、電流供給回路１２を精度よく保護することができる。
【００４１】
電圧制限停止回路１７は、電流Ｉｐが過電流になる場合に、過電流検知回路１４から電流制限要求が出力される前に、電圧制限停止要求を電圧制限回路１６へ出力するように構成される。これにより、電流制限回路１５によって電流Ｉｐが制限される前に、電圧制限回路１６の動作を停止させることができる。
【００４２】
ここで、過電流検知回路１４と電圧制限停止回路１７との関係について説明する。図４は、過電流検知回路１４と電圧制限停止回路１７との関係の一例を示す図である。
【００４３】
図４に示す過電流検知回路１４は、抵抗Ｒ２０の両端電圧を差動入力とし、抵抗Ｒ２０に流れる電流が所定値Ｉ１以上である場合に、過電流検知出力（電流制限要求の一例）を行う。
【００４４】
過電流検知回路１４は、抵抗Ｒ４０と、トランジスタＱ１０〜Ｑ１６と、定電流源４０、４１とを備え、抵抗Ｒ２０の両端電圧が抵抗Ｒ４０の両端電圧よりも大きくなった場合に、過電流検知出力を行う。なお、トランジスタＱ１０、Ｑ１１および定電流源４１が例えば入力段を構成し、トランジスタＱ１２〜Ｑ１６が例えば出力段を構成する。
【００４５】
電圧制限停止回路１７は、トランジスタＱ２１〜Ｑ２７を備え、抵抗Ｒ２０の両端電圧を差動入力とし、抵抗Ｒ２０に流れる電流が所定値Ｉ３（＜Ｉ１）以上である場合に、電圧制御停止出力（電圧制限停止要求の一例）を行う。
【００４６】
図４に示す電圧制限停止回路１７のカレントミラー回路は、過電流検知回路１４のカレントミラー回路の一方側（非出力側）のトランジスタの並列接続数が２つ（トランジスタＱ１３、Ｑ１４）であるのに対し、一方側（非出力側）のトランジスタの並列接続数が４つ（トランジスタＱ２２〜Ｑ２５）である点で異なる。
【００４７】
かかる接続数の差によって、過電流検知回路１４と電圧制限停止回路１７とで検知感度差が生じ、電圧制限停止回路１７は、所定値Ｉ１よりも低い電流Ｉｐでも電圧制御停止出力を行う。そのため、抵抗Ｒ２０に流れる電流が所定値Ｉ１以上になる場合に、過電流検知回路１４から過電流検知出力が行われる前に、電圧制限停止回路１７から電圧制御停止出力を行うことができる。
【００４８】
このように、図４に示す電圧制限停止回路１７は、過電流検知回路１４の入力段の状態に基づき、電圧制御停止出力を行うことから、小型化を図ることができる。また、電圧制限停止回路１７は、過電流検知回路１４の出力段の一方側のトランジスタの並列段数を増加させた構成であることから、過電流検知出力が行われる前に電圧制御停止出力を精度よく行うことができる。
【００４９】
なお、過電流検知回路１４を電圧制限停止回路１７として用いることもできる。この場合、過電流検知回路１４は、電流供給回路１２の電流Ｉｐが過電流になったと判定した場合に、電圧制限停止要求を出力し、電圧制限回路１６は、電圧制限停止要求があった場合に、電圧制限の動作を停止する。
【００５０】
また、図４に示す例では、過電流検知回路１４と電圧制限停止回路１７とは、トランジスタの並列接続数によって検知感度差を設けたが、トランジスタサイズによって検知感度差を設けた構成であってもよい。
【００５１】
以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる制御回路およびそれを備える装置は、例えば、車両の排燃焼制御に有用であり、排気ガス中の特定ガスの濃度に応じた燃料供給量のフィードバック制御に適している。
【符号の説明】
【００５３】
１  空燃比センサ
２  ガスセンサ素子
３  センサ駆動部
４  ポンプセル
５  検出セル
１０  定電圧制御回路
１１  Ｖｓ検知回路
１２  電流供給回路
１３  Ａ／Ｆ値検知回路
１４  過電流検知回路
１５  電流制限回路
１６  電圧制限回路
１７  電圧制限停止回路
【図１】
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【図２】
2016142598.tif 000004
【図３】
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【図４】
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