(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導負荷を駆動するスイッチング素子と、このスイッチング素子に駆動パルス信号を供給するパルス発生回路と、前記誘導負荷に並列接続され、還流ラインを構成するフライホイールダイオードと、誘導負荷駆動端子の端子電圧を検知するためのピークホールド機能を備えた駆動端子電圧モニタ回路と、前記誘導負荷の駆動電圧を測定するＢＡＴＴ電圧モニタ回路と、前記駆動端子電圧モニタ回路の出力電圧をＢＡＴＴ電圧モニタ回路が測定した前記駆動電圧と比較することで、前記還流ラインの開放故障を検知する故障検知回路とを有することを特徴とする誘導負荷駆動回路。
【請求項２】
誘導負荷を駆動するスイッチング素子と、このスイッチング素子に駆動パルス信号を供給するパルス発生回路と、前記誘導負荷に並列接続され、還流ラインを構成するフライホイールダイオードと、誘導負荷の駆動電流を検知する駆動電流モニタ回路と、この駆動電流モニタ回路の出力値と正常時の平均電流とを比較することにより、前記還流ラインの開放故障を検知する故障検知回路とを有することを特徴とする誘導負荷駆動回路。
【請求項３】
前記駆動電流モニタ回路は、前記駆動パルス信号の周期に比べて長い時定数のローパスフィルタを備えていることを特徴とする請求項２記載の誘導負荷駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、還流ラインの開放故障を検知する自己診断機能を持った誘導負荷駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導負荷をオン・オフ駆動する駆動トランジスタがオフの時に誘導負荷に還流電流を流す還流ラインがコネクタの接触不良等で開放された場合、駆動トランジスタがオフになると、急激に負荷電流が減少するので、誘導負荷を所望の平均電流で駆動することができない。これに対し、従来の誘導負荷駆動回路は、還流ラインが開放故障しているとき、駆動トランジスタがオンになると同時に還流電流が戻る還流端子の端子電圧が「Ｌ」レベルになることを利用し、回路に電源が投入されて誘導負荷を駆動制御する前に、駆動トランジスタを動作させて、還流ラインの開放故障を検知する自己診断を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の自己診断法では、回路が誘導負荷の駆動制御を開始した以降は、駆動トランジスタのオン・オフに伴う還流端子の端子電圧の変化が速く、測定が極めて難しくなって、自己診断を行えないという問題点があった。また、還流ラインに含まれるフライホイールダイオード自体の開放故障を検知できないという問題点もあった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、誘導負荷の駆動制御時に、フライホイールダイオードのオープン故障を含む還流ラインの開放故障を検知することができる誘導負荷駆動回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、誘導負荷を駆動するスイッチング素子と、このスイッチング素子に駆動パルス信号を供給するパルス発生回路と、前記誘導負荷に並列接続され、還流ラインを構成するフライホイールダイオードと、誘導負荷駆動端子を検知するためのピークホールド機能を備えた駆動端子電圧モニタ回路と、前記誘導負荷の駆動電圧を測定するＢＡＴＴ電圧モニタ回路と、前記駆動端子電圧モニタ回路の出力電圧をＢＡＴＴ電圧モニタ回路が測定した前記駆動電圧と比較することで、前記還流ラインの開放故障を検知する故障検知回路とを有することを要旨とする。この構成により、誘導負荷の駆動制御時に、還流ライン端子のコネクタ接触不良やフライホイールダイオードのオープン故障などで還流ラインが開放故障した場合、スイッチング素子がオフするたびに、誘導負荷に逆起電力が発生し、誘導負荷駆動端子にサージ電圧が印加される。このサージ電圧はスイッチング素子の寄生ダイオードの降伏電圧でクランプされるが、そのピーク値をホールドすることにより検知する駆動端子電圧モニタ回路の出力電圧は、誘導負荷の電源電圧よりも高くなる。還流ラインが正常なときの駆動端子電圧モニタ回路の出力電圧は電源電圧を超えることはないので、駆動端子電圧モニタ回路の出力電圧を電源電圧と比較することで、還流ラインの開放故障が検知される。
【０００６】
請求項２記載の発明は、誘導負荷を駆動するスイッチング素子と、このスイッチング素子に駆動パルス信号を供給するパルス発生回路と、前記誘導負荷に並列接続され、還流ラインを構成するフライホイールダイオードと、誘導負荷の駆動電流を検知する駆動電流モニタ回路と、この駆動電流モニタ回路の出力値と予想される正常時の平均電流とを比較することにより、前記還流ラインの開放故障を検知する故障検知回路とを有することを要旨とする。この構成により、誘導負荷の駆動制御時に、還流ライン端子のコネクタ接触不良やフライホイールダイオードのオープン故障などで還流ラインが開放故障した場合、スイッチング素子のオン時に誘導負荷に蓄えられたエネルギは、スイッチング素子がオフするたびに、スイッチング素子の寄生ダイオードが降伏して通電することにより消費される。このため、還流ラインの正常時と同様に誘導負荷をパルス駆動しても、誘導負荷に流れる平均電流は、正常時の平均電流よりも大幅に減少する。したがって、駆動電流モニタ回路の出力値を、還流ラインが正常時の出力値と比較することで、還流ラインの開放故障が検知される。
【０００７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、誘導負荷を駆動するスイッチング素子と、このスイッチング素子に駆動パルス信号を供給するパルス発生回路と、前記誘導負荷に並列接続され、還流ラインを構成するフライホイールダイオードと、誘導負荷駆動端子の端子電圧を検知するためのピークホールド機能を備えた駆動端子電圧モニタ回路と、この駆動端子電圧モニタ回路の出力値から前記還流ラインの開放故障を検知する故障検知回路とを具備させたため、誘導負荷駆動端子の端子電圧のピーク値をホールドすることにより検知する駆動端子電圧モニタ回路の出力電圧を誘導負荷の電源電圧と比較することで、誘導負荷の駆動制御時に、フライホイールダイオードのオープン故障を含む還流ラインの開放故障を検知することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、誘導負荷を駆動するスイッチング素子と、このスイッチング素子に駆動パルス信号を供給するパルス発生回路と、前記誘導負荷に並列接続され、還流ラインを構成するフライホイールダイオードと、誘導負荷の駆動電流を検知する駆動電流モニタ回路と、この駆動電流モニタ回路の出力値から前記還流ラインの開放故障を検知する故障検知回路とを具備させたため、誘導負荷の駆動電流を検知する駆動電流モニタ回路の出力値を、還流ラインが正常時の出力値と比較することで、誘導負荷の駆動制御時に、フライホイールダイオードのオープン故障を含む還流ラインの開放故障を検知することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態はソレノイドバルブの駆動をする車載電子制御ユニット回路に適用されている。
【００１０】
図１及び図２は、第１の実施の形態を示す図である。まず、図１を用いて誘導負荷駆動回路の構成を説明する。１は誘導負荷であるソレノイドバルブであり、ソレノイドバルブ１の一端には、このソレノイドバルブ１にエネルギを供給するＢＡＴＴ電圧の電源が接続され、ソレノイドバルブ１の他端は、負荷駆動端子３を介してソレノイドバルブ駆動用のスイッチング素子である駆動トランジスタ２に接続されている。ソレノイドバルブ１には、還流ラインを構成するフライホイールダイオード４が並列接続されている。５はソレノイドバルブ１に還流電流を戻す還流端子である。負荷駆動端子３には、この駆動端子電圧ＶDRV をモニタする駆動端子電圧モニタ回路６が接続されている。駆動端子電圧モニタ回路６内には、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 、ダイオードＤ1 、コンデンサＣ1 によりピークホールド回路が構成されており、このピークホールド回路により駆動端子電圧ＶDRV の略ピーク値を検知する。駆動端子電圧モニタ回路６の出力電圧ＶA/D1は、故障検知回路の機能を持つマイクロプロセッサ１０に入力されている。マイクロプロセッサ１０は、パルス発生回路の機能も持ち、マイクロプロセッサ１０からの駆動パルス信号ＶPWM が駆動トランジスタ２のゲートに供給されている。マイクロプロセッサ１０は、還流ラインの開放故障検知の際に、駆動端子電圧モニタ回路６の出力電圧ＶA/D1をＢＡＴＴ電圧と比較するため、電源からのＢＡＴＴ電圧が、ＢＡＴＴ電圧モニタ回路７を介してマイクロプロセッサ１０に入力されている。車載のバッテリ電源電圧は環境によって大きく変動するので、この構成により、マイクロプロセッサ１０はＢＡＴＴ電圧を正しく読み取れるようになっている。ＶCCは誘導負荷駆動回路の内部電源、ＶFWD は還流端子５の端子電圧である。
【００１１】
次に、図２の（ａ）〜（ｄ）を用いて上述のように構成された誘導負荷駆動回路の作用を説明する。図２は、（ａ）駆動パルス信号電圧ＶPWM 、（ｂ）ソレノイドバルブ１の電流ＩL 、（ｃ）駆動端子電圧ＶDRV 及び（ｄ）駆動端子電圧モニタ回路６の出力電圧ＶA/D1の各値の時間変化を示している。駆動端子電圧モニタ回路６は、負荷駆動端子３の端子電圧ＶDRV のピーク電圧に近い値を検出する。即ち、コンデンサＣ1 充電時には、
【数１】
τ1 ＝Ｃ1 ×（Ｒ1 ／／Ｒ2 ／／Ｒ3 ）                      …（１）
なる時定数τ1 でモニタ出力電圧ＶA/D1は上昇し、コンデンサＣ1 放電時には、
τ2 ＝Ｃ1 ×（Ｒ2 ／／Ｒ3 ）        …（２）
なる時定数τ2 でモニタ出力電圧ＶA/D1は減少する。ここで、マイクロプロセッサ１０が出力する駆動パルス信号ＶPWM の周期Ｔのうち、駆動トランジスタ２がオンする時間をＴon、オフする時間をＴoff とすると、時定数τ1 ，τ2 は、それぞれ、
τ1 ＜Ｔoff 、τ2 ＞Ｔon            …（３）
となるように設定してあるので、マイクロプロセッサ１０は駆動端子電圧モニタ回路６の出力電圧ＶA/D1に、回路の分圧比の逆数（Ｒ1 ／／Ｒ2 ＋Ｒ3 ）／Ｒ3 を乗ずることにより、負荷駆動端子３の端子電圧ＶDRV の略ピーク電圧を検知する。
【００１２】
次に、還流ラインが正常な場合の動作を説明する。ソレノイドバルブ１を駆動するときは、マイクロプロセッサ１０から出力する駆動パルス信号ＶPWM を駆動トランジスタ２に印加し、駆動パルス信号の「Ｈ」、「Ｌ」に応じて駆動トランジスタ２がオン・オフする。還流ラインが正常なときは、概ねソレノイドバルブ１の等価インダクタンスと等価抵抗から定まる時定数で電流ＩL が増減し、ソレノイドバルブ１は平均電流Ｉavg で駆動される。また、駆動端子電圧モニタ回路６の出力電圧ＶA/D1は、負荷駆動端子３の略ピーク電圧を検知できるので、
【数２】
ＶA/D1＝ＢＡＴＴ×Ｒ3 ／（Ｒ1 ／／Ｒ2 ＋Ｒ3 ）            …（４）
となる。
【００１３】
次いで、フライホイールダイオード４のオープン故障や還流端子５のコネクタ接触不良などで、還流ラインが開放故障した場合について説明する。故障時には、駆動トランジスタ２がオフするたびに、ソレノイドバルブ１による逆起電力が発生し、負荷駆動端子３にはサージ電圧が印加されるが、サージ電圧は駆動トランジスタ２のドレイン−ソース間寄生ダイオードの降伏電圧ＶZ でクランプされる。このとき、駆動端子電圧モニタ回路６の充電時定数τ1 は、サージ電圧のパルス幅に対して短く設定しておけば、駆動端子電圧モニタ回路６が出力する電圧ＶA/D1は、ＢＡＴＴに相当する電圧よりも上昇する。前述したように還流ラインが正常なときには、ＶA/D1電圧は略ＢＡＴＴに相当する電圧を超えることはないので、マイクロプロセッサ１０が認識しているＢＡＴＴ電圧と、駆動端子電圧モニタ回路６が出力する電圧ＶA/D1を比較することで、サージ電圧の発生を検知することができる。即ち、
【数３】
ＢＡＴＴ＜ＶA/D1×Ｒ3 ／（Ｒ1 ／／Ｒ2 ＋Ｒ3 ）            …（５）
となった場合は、還流ラインが開放故障であると判断できる。
【００１４】
以上述べてきたように、本実施の形態によれば、ソレノイドバルブ１の駆動端子電圧モニタ回路６をピークホールド回路とし、その出力電圧ＶA/D1とソレノイドバルブ１の電源電圧ＢＡＴＴを比較することにより、ソレノイドバルブ１の駆動制御時に、フライホイールダイオード４のオープン故障を含む還流ラインの開放故障を検出することができるという効果が得られる。
【００１５】
また、従来は駆動端子電圧のサージ電圧をマイクロプロセッサで検出して還流ラインの開放故障を検知する場合、サージ波形を検出するサンプリング周期を、サージパルス幅より十分短く設定しなければ確実にサージ検出ができなかったが、本実施の形態のように、駆動端子電圧モニタ回路６をピークホールドできる構成にすることでサージのピーク電圧を保持できるので、サンプリングの周期を長くすることができ、使用するマイクロプロセッサ１０の作動クロック周波数を下げることが可能となるという効果もある。
【００１６】
図３及び図４には、第２の実施の形態を示す。まず、図３を用いて誘導負荷駆動回路の構成を説明すると、本実施の形態では、ソレノイドバルブ１の電流ＩL をモニタする駆動電流モニタ回路８が設けられている。駆動電流モニタ回路８の出力電圧ＶA/D2は、故障検知回路及びパルス発生回路の機能を持つマイクロプロセッサ１１に入力されている。ＶDDは誘導負荷駆動回路の内部電源である。
【００１７】
次に、図４の（ａ）〜（ｃ）を用いて上述のように構成された誘導負荷駆動回路の作用を説明する。図４は、（ａ）駆動パルス信号電圧ＶPWM 、（ｂ）ソレノイドバルブ１の電流ＩL 及び（ｃ）駆動電流モニタ回路８の出力電圧ＶA/D2の各値の時間変化を示している。ソレノイドバルブ１の駆動、フライホイールダイオード４及びＢＡＴＴ電圧モニタ回路７については、第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。駆動電流モニタ回路８は、ソレノイドバルブ１に流れる電流ＩL をシャント抵抗で検出し差動増幅器で電圧値に変換する。駆動電流モニタ回路８の出力電圧ＶA/D2は、駆動パルス信号電圧ＶPWM の周期Ｔに比べて十分長い時定数のローパスフィルタが構成されており、平均化された駆動電流がマイクロプロセッサ１２でモニタできるようにしてある。
【００１８】
還流ラインが正常な場合の動作は、第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【００１９】
フライホイールダイオード４のオープン故障や還流端子５のコネクタ接触不良などで、還流ラインの開放故障が発生した場合、ソレノイドバルブ１に蓄えられたエネルギが放電する際、駆動トランジスタ２のドレイン−ソース間寄生ダイオードが降伏して通電することにより消費される。したがって、正常時と同様にソレノイドバルブ１をパルス駆動しても、平均電流Ｉavg ′は正常時の平均電流Ｉavg よりも、大幅に減少する。正常時の平均電流Ｉavg は、ソレノイドバルブ１の電源ＢＡＴＴ電圧と、ソレノイドバルブ１の等価抵抗ＲL と、駆動パルスのデューティ比ＤＵＴＹを用いて、
Ｉavg ＝ＢＡＴＴ／ＲL ×ＤＵＴＹ    …（６）
で表せるので、駆動電流モニタ回路８による検出電流がＩavg よりも小さければ、還流ラインの故障を検出することが可能となる。
【００２０】
以上述べてきたように、本実施の形態によれば、ソレノイドバルブ１の駆動電流モニタ回路８を設け、そのモニタ電流値と予想される正常電流値を比較することにより、ソレノイドバルブ１の駆動制御時に、フライホイールダイオード４のオープン故障を含む還流ラインの開放故障を検出することができるという効果が得られる。
【００２１】
また、本実施の形態においては、還流ラインの開放故障時にソレノイドバルブ１の駆動電流が大幅に減少することに着目することで、平均化されたモニタ電流値からでも十分故障検出が可能となる。したがって、電流モニタ回路に時定数の長いローパスフィルタを組み合わせることができ、やはり第１の実施の形態と同様に電流モニタのサンプリング周期を長くすることが可能となるという効果がある。
【００２２】
さらに、上述した第１及び第２の実施の形態ともに、還流端子５に第１の実施の形態で用いたピークホールドできる電圧モニタ回路を追加して同様の異常判断を行うことで、故障箇所の特定が可能となるという効果もある。即ち、駆動端子電圧異常又は駆動電流異常を検出した際に、還流端子モニタでも異常検出されれば還流端子５からソレノイドバルブ１側の開放故障、還流端子モニタで異常が検出されなければ駆動回路内の還流ラインの開放故障と判断できる。
【００２３】
なお、上述した第１及び第２の実施の形態ともに、車載バッテリは環境によって電源電圧が大きく変動するため、ＢＡＴＴ電圧モニタ回路７を設けてあるが、安定した電源電圧が供給できる場合は、ＢＡＴＴ電圧モニタ回路７は不要であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である誘導負荷駆動回路の回路図である。
【図２】上記図１における各点の動作波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の回路図である。
【図４】上記図３における各点の動作波形を示す図である。
【符号の説明】
１  ソレノイドバルブ（誘導負荷）
２  駆動トランジスタ（スイッチング素子）
３  負荷駆動端子
４  フライホイールダイオード
６  駆動端子電圧モニタ回路
７  ＢＡＴＴ電圧モニタ回路
８  駆動電流モニタ回路
１０，１１  故障検知回路及びパルス発生回路の機能を持つマイクロプロセッサ
【図１】
0003800854.tif 000002
【図２】
0003800854.tif 000003
【図３】
0003800854.tif 000004
【図４】
0003800854.tif 000005