JP2006127233A - ヒータ駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ヒータ抵抗に供給するまでの回路素子の電圧降下分がある場合であっても、適切な電圧をヒータ抵抗に供給することができるヒータ駆動回路を提供する。
【解決手段】 液体に含まれる所定の要素の濃度に応じた温度変化を検出するに際して、ヒータ抵抗に電圧を印加させるヒータ駆動回路において、所定の基準電源を昇圧させて、昇圧電源を発生させる昇圧回路３１と、昇圧回路３１からの昇圧電源によって駆動し、ヒータ抵抗への出力電圧と所定の基準電源とを比較して、ヒータ抵抗への出力電圧を制御するオペアンプからなる電圧制御回路３２と、電圧制御回路３２からの出力電圧がベース端子に接続され、所定の基準電源がコレクタ端子に接続され、ヒータ抵抗がエミッタ端子に接続されたエミッタフォロア型の出力回路３３とを備える。
【選択図】 図２
【解決手段】 液体に含まれる所定の要素の濃度に応じた温度変化を検出するに際して、ヒータ抵抗に電圧を印加させるヒータ駆動回路において、所定の基準電源を昇圧させて、昇圧電源を発生させる昇圧回路３１と、昇圧回路３１からの昇圧電源によって駆動し、ヒータ抵抗への出力電圧と所定の基準電源とを比較して、ヒータ抵抗への出力電圧を制御するオペアンプからなる電圧制御回路３２と、電圧制御回路３２からの出力電圧がベース端子に接続され、所定の基準電源がコレクタ端子に接続され、ヒータ抵抗がエミッタ端子に接続されたエミッタフォロア型の出力回路３３とを備える。
【選択図】 図２
Description
本発明は、例えば車両等に搭載され、排気ガスに含まれるＮＯｘを水と窒素に分解する尿素ＳＣＲ触媒用尿素水が適正な尿素濃度であるか否かを判定するに際して、ブリッジ回路で液体の熱抵抗を検出するために駆動されるヒータ駆動回路に関する。
従来より、例えばディーゼル車の排気ガス浄化システム用の尿素濃度センサとしては、センサ信号として０．１ｍＶ以下の微小信号を増幅し、マイクロコンピュータでＡ／Ｄ変換して適正な濃度の尿素水か否かを検出するものが知られている。このような尿素濃度センサに使用される技術としては、下記の特許文献１に記載されたような高圧電源回路が使用され、当該高圧電源回路からヒータ抵抗に電圧供給を行っていた。
ところで、上述した尿素濃度センサを動作させるためのヒータ駆動回路は、ディーゼルエンジン車に搭載されるために、当該センサ回路の電源電圧として２４Ｖ系電源が使用され、低電圧出力回路からヒータ抵抗に所定電圧を印加する必要がある。
しかしながら、２４Ｖ系電源という高電圧が使用されているために、ヒータ駆動回路についてのサージ保護及び低損失化を図る必要があるために、回路規模が大きくなってしまう。
また、従来では、図５に示すように、電源回路であるスイッチングレギュレータ１０１によって高電圧を５Ｖの基準電圧に変換して、当該５Ｖ電源をＣＰＵ１０２に供給すると共に、３．４５Ｖに変換してヒータ抵抗に供給する必要がある。しかしながら、電圧制御回路のオペアンプ１０３による０．５Ｖの電圧降下分と、出力回路のトランジスタ１０４の１．２Ｖの電圧降下分によって、３．３Ｖという低い電圧しかヒータ抵抗に供給できないという問題点があった。すなわち、オペアンプ１０３の電源−最大飽和電圧による電圧降下分と、トランジスタ１０４のＶｂｅによる電圧降下分とがある。
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、ヒータ抵抗に供給するまでの回路素子の電圧降下分がある場合であっても、適切な電圧をヒータ抵抗に供給することができるヒータ駆動回路を提供することを目的とする。
本発明は、液体に含まれる所定の要素の濃度に応じた温度変化を検出するに際して、ヒータ抵抗に電圧を印加させるヒータ駆動回路において、所定の基準電源を昇圧させて、昇圧電源を発生させる昇圧回路と、前記昇圧回路からの昇圧電源によって駆動し、前記ヒータ抵抗への出力電圧と前記所定の基準電源とを比較して、前記ヒータ抵抗への出力電圧を制御するオペアンプからなる電圧制御回路と、前記電圧制御回路からの出力電圧がベース端子に接続され、前記所定の基準電源がコレクタ端子に接続され、前記ヒータ抵抗がエミッタ端子に接続されたエミッタフォロア型の出力回路とを備えることによって、上述の課題を解決する。
本発明に係るヒータ駆動回路によれば、電圧制御回路や出力回路を設けた場合であっても、当該電圧制御回路及び出力回路の電圧降下分を考慮して、昇圧回路で昇圧電源を発生させることができ、ヒータ抵抗に適切な所定の電圧を安定して供給することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明は、例えば図１に示すように構成された尿素水検出システムにおけるヒータ駆動回路１３に適用される。この尿素水検出システムは、例えばディーゼルエンジンによって走行する車両に搭載され、ディーゼルエンジン車両から排出される排気ガス中のＮＯｘを水と窒素に分解する尿素ＳＣＲ触媒用尿素水の尿素濃度を検出して、図示しない排気ガス浄化システムに供給するものである。
［ヒータ駆動回路の構成］
ヒータ駆動回路を含む尿素水検出システムは、図１に示すように、主として、ＥＣＵ１に、車両のイグニッションスイッチによって起動するイグニッション電源２，検出回路３が接続されて構成されている。この尿素水検出システムは、図示しないイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がオン操作されると、２４Ｖ系電源であるイグニッション電源２からイグニッション電圧がＥＣＵ１に供給される。
ヒータ駆動回路を含む尿素水検出システムは、図１に示すように、主として、ＥＣＵ１に、車両のイグニッションスイッチによって起動するイグニッション電源２，検出回路３が接続されて構成されている。この尿素水検出システムは、図示しないイグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がオン操作されると、２４Ｖ系電源であるイグニッション電源２からイグニッション電圧がＥＣＵ１に供給される。
このイグニッション電圧は、例えば２４Ｖ系電源からの電圧である。このイグニッション電圧は、先ずＥＣＵ１内の電源回路１１に供給され、ＣＰＵ１２の動作電圧に変換され、ＣＰＵ１２からヒータ駆動回路１３に供給される。そして、ヒータ駆動回路１３は、ＣＰＵ１２の制御に従って、ＣＰＵ１２によって供給された電圧を検出回路３の所定の動作電圧に変換して供給する。
これによって、検出回路３は、尿素含有水の有無及び尿素含有水に適正な尿素濃度となっているか否かに応じて変化する検出出力を、ＥＣＵ１内のオペアンプ１６によって増幅した後に、ＣＰＵ１２に供給する。そして、ＣＰＵ１２は、オペアンプ１６からの出力値を、尿素含有水の尿素濃度に変換する演算処理を行い、通信回路１７を介して図示しない排気ガス浄化システムに供給する。
この尿素水の尿素濃度によって出力が変化されるセンサ回路は、抵抗１４，抵抗器である温度センサ２１，抵抗１５，抵抗器である温度センサ２２がブリッジ接続されてなるブリッジ回路で構成される。このブリッジ回路は、一方端が基準電圧ＩＣ等に接続され、他方端がＧＮＤ端子に接続されている。抵抗１４，抵抗１５は、例えばカーボン抵抗であり、温度センサ２１，温度センサ２２は、例えば白金抵抗で構成される。白金抵抗の抵抗値の温度変化は大きく、約３６００ｐｐｍ／℃である。抵抗１４，抵抗１５は、空気中に配置され、温度センサ２１，温度センサ２２は、尿素水中に配置される。
このセンサ回路の抵抗１４，温度センサ２１，抵抗１５，温度センサ２２のうちの１つの抵抗、例えば温度センサ２１がヒータ抵抗２３と一体的に組み立てられており、このヒータ抵抗２３が加熱され、ヒータ抵抗２３の熱が伝達される。所定期間ごとに、所定期間だけヒータ抵抗２３が加熱されることによって、定期的に温度センサ２１の抵抗値が変化する。このセンサ回路の温度センサ２１，温度センサ２２は、尿素水タンク内に充填された尿素水内に配設され、尿素水の尿素濃度が高いほど、温度センサ２１に伝達された熱の放熱が少なく、したがって、温度センサ２１の抵抗値は、ゆっくりと回復する。そして、尿素水の尿素濃度が低いほど、温度センサ２１の熱は、より早く放熱される。したがって、ブリッジ回路の抵抗１４，温度センサ２１の接続点の電圧値の変動割合は、尿素濃度に比例して異なるものとなる。
そして、センサ回路は、作動電圧が基準電圧ＩＣから印加された状態において、温度センサ２１に一体的に組み立てられたヒータ抵抗２３からの熱によって温度センサ２１の抵抗値が増加し、また、熱せられた温度センサ２１が、尿素水に放熱することによって、抵抗値が低下する。そして、抵抗１４と温度センサ２１とで分圧された電圧値及び抵抗１５と温度センサ２２とで分圧された電圧値がオペアンプ１６に供給される。オペアンプ１６は、抵抗１４と温度センサ２１とで分圧した電圧値と、抵抗１５と温度センサ２２で分圧した電圧値との差分の演算をし、且つ差分電圧を増幅して、出力信号をＣＰＵ１２に出力する。
これによって、尿素濃度に応じた尿素含有水の放熱度を温度センサ２１によって検出することによって、尿素含有水の有無及び尿素含有水に適正な尿素濃度となっているか否かに応じた検出出力をＣＰＵ１２に供給する。
ヒータ駆動回路１３は、図２に示すように、電源回路１１によって生成された５Ｖ電圧が昇圧回路３１に供給されると共に、基準電圧としてヒータ抵抗２３と接続された電圧制御回路３２及び出力回路３３に供給される。
昇圧回路３１は、図３に示すように、ＣＰＵ１２と抵抗Ｒ１（１０ｋΩ）を介して接続されたインバータ回路４１を備える。このインバータ回路４１は、ＣＰＵ１２からパルス信号を入力する端子と、電源回路１１からの５Ｖの基準電圧ＶＣＣの供給端子と、ＧＮＤに接続された端子と、昇圧電圧の出力端子とを備える。そして、インバータ回路４１は、ＣＰＵ１２からのパルス信号から、５Ｖの基準電源を８Ｖの電源として電圧制御回路３２側に出力する。なお、インバータ回路４１には、基準電圧及びＧＮＤに接続された端子との間にコンデンサＣ１（０．１μＦ）が設けられている。
このインバータ回路４１からの出力パルス信号は、コンデンサＣ２（１μＦ）、抵抗Ｒ２、ダイオードＤ１，Ｄ２及びコンデンサＣ３からなる回路によって伝達されて、８Ｖの昇圧電圧として電圧制御回路３２に供給される。
出力回路３３は、トランジスタのコレクタ端子に５Ｖの基準電源が接続され、ベース端子に電圧制御回路３２が接続され、エミッタ端子がヒータ抵抗２３に接続されたエミッタフォロア回路となっている。
電圧制御回路３２は、図３に示すように抵抗Ｒ３（１０ｋΩ）及び抵抗Ｒ４（４７ｋΩ）を介してゲート端子にパルス信号が供給されるＦＥＴ１と、オペアンプである電圧制御回路３２と、トランジスタである出力回路３３とを備える。電圧制御回路３２は、５Ｖの基準電源と出力回路３３の出力電圧とを比較して、出力回路３３への出力電圧を制御している。この電圧制御回路３２は、出力端子が抵抗Ｒ７（１００Ω）を介して出力回路３３であるトランジスタのベース端子に接続されている。また、この電圧制御回路３２には、駆動電源として８Ｖ電圧で接続されると共に、コンデンサＣ５（０．１μＦ）を介して５Ｖの基準電源と接続され、更に、負端子が抵抗Ｒ６（１０ｋΩ）及びコンデンサＣ４（１００ｐＦ）を介して接地され、正端子がＦＥＴ１のドレイン端子に接続されている。
このようなヒータ駆動回路１３によってヒータ抵抗２３に電圧を供給した場合には、図４に示すように、例えば所定期間ごとに、所定期間だけヒータ駆動回路１３からヒータ抵抗２３に３．４５Ｖの電圧を印加する。このとき、ＣＰＵ１２は、昇圧回路３１に向かってパルス出力を行うことで、５Ｖの基準電源を８Ｖ電源に変換させ、当該８Ｖ電源を電圧制御回路３２に供給させる。同時に、ＣＰＵ１２は、ＦＥＴ１に向かってパルス出力を行うことによって、電圧制御回路３２及び出力回路３３で電圧降下された３．４５Ｖの電源を発生させる。
これによって、尿素含有水の温度変化が発生し、図中の点線で示すように、尿素濃度の高低及び液体の有無によって温度センサ２１，２２で温度変化が検出されて、ＣＰＵ１２で尿素濃度に変換されることになる。
このように構成されたヒータ駆動回路１３は、昇圧回路３１によって５Ｖの基準電源よりも高い８Ｖ電源に変換し、当該８Ｖ電源を電圧制御回路３２に接続することによって、電圧制御回路３２にて５Ｖの基準電源よりも高い電圧を、出力回路３３を介してヒータ抵抗２３に供給することができる。したがって、このようなヒータ駆動回路１３によれば、電圧制御回路３２による電圧降下と、出力回路３３による電圧降下とがある場合であっても、昇圧回路３１の８Ｖ電源を使用することによって、確実に３．４５Ｖという所定電圧をヒータ抵抗２３に供給することができる。
また、このヒータ駆動回路１３によれば、電源回路１１で変換した５Ｖの基準電源を昇圧回路３１の回路電源としているので、サージ保護、降圧による損失の考慮が不要となるという利点もある。
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
１ ＥＣＵ
２ イグニッション電源
３ 検出回路
１１ 電源回路
１２ ＣＰＵ
１３ ヒータ駆動回路
１４，１５ 抵抗
１６ オペアンプ
１７ 通信回路
２１，２２ 温度センサ
２３ ヒータ抵抗
３１ 昇圧回路
３２ 電圧制御回路
３３ 出力回路
４１ インバータ回路
Ｃ コンデンサ
Ｄ ダイオード
Ｒ 抵抗
２ イグニッション電源
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３１ 昇圧回路
３２ 電圧制御回路
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Ｃ コンデンサ
Ｄ ダイオード
Ｒ 抵抗
Claims (1)
- 液体に含まれる所定の要素の濃度に応じた温度変化を検出するに際して、ヒータ抵抗に電圧を印加させるヒータ駆動回路において、
所定の基準電源を昇圧させて、昇圧電源を発生させる昇圧回路と、
前記昇圧回路からの昇圧電源によって駆動し、前記ヒータ抵抗への出力電圧と前記所定の基準電源とを比較して、前記ヒータ抵抗への出力電圧を制御するオペアンプからなる電圧制御回路と、
前記電圧制御回路からの出力電圧がベース端子に接続され、前記所定の基準電源がコレクタ端子に接続され、前記ヒータ抵抗がエミッタ端子に接続されたエミッタフォロア型の出力回路と
を備えることを特徴とするヒータ駆動回路。
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