JP2009136115A - 信号伝達装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高圧システムに異常がある旨を示すフェール信号FLと、高圧システム内のスイッチング素子SWの温度情報を表現する温度情報信号TISとを低圧システムに伝達させるものにあって、絶縁素子の数が増大すること。
【解決手段】温度情報信号TISとフェール信号FLとは、排他的論理和回路36にて合成されて合成信号CSとされる。合成信号CSは、フォトカプラ46を介して低圧システムに出力される。フォトカプラ46の出力信号から、ローパスフィルタ52及び波形整形回路54によって温度情報信号TISが抽出され、マイコン20に取り込まれる。また、フォトカプラ46の出力信号のディレイ56による遅延信号と、波形整形回路54の出力信号との排他的論理和回路58による排他的論理和信号として、フェール信号FLが抽出され、マイコン20に取り込まれる。
【選択図】 図2
【解決手段】温度情報信号TISとフェール信号FLとは、排他的論理和回路36にて合成されて合成信号CSとされる。合成信号CSは、フォトカプラ46を介して低圧システムに出力される。フォトカプラ46の出力信号から、ローパスフィルタ52及び波形整形回路54によって温度情報信号TISが抽出され、マイコン20に取り込まれる。また、フォトカプラ46の出力信号のディレイ56による遅延信号と、波形整形回路54の出力信号との排他的論理和回路58による排他的論理和信号として、フェール信号FLが抽出され、マイコン20に取り込まれる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、高圧システムに異常がある旨を示すフェール信号と、前記高圧システム内の物理量に関する情報を表現する物理量情報信号とを低圧システムに伝達させる信号伝達装置に関する。
車載電動機を駆動するインバータにおいては、これを構成するスイッチング素子に大電流が流れることに起因して、その温度が上昇しやすい。そして、スイッチング素子の温度が過度に高くなる場合、スイッチング素子の信頼性が低下する。このため、車載インバータには、通常、感温ダイオード等、スイッチング素子の温度を感知する手段が設けられており、感知された温度に関する情報に基づき、低圧システムを構成するマイコン等がスイッチング素子の温度を管理するようにしている。
また、インバータを構成するスイッチング素子を流れる電流が過度に大きくなる場合にも、スイッチング素子の信頼性が低下する。このため、通常、スイッチング素子に過度の電流が流れる異常等が生じる場合、インバータのシャットダウンを促す等の目的から、上記低圧システムを構成するマイコン等にフェール信号を出力する機能が搭載されている。
上記温度情報に関する信号やフェール信号を高圧システムから低圧システムに伝達する際には、これら両システム間を絶縁する必要がある。このため、これらの信号は、例えば下記特許文献1に例示されているように、絶縁素子を介して高圧システムから低圧システムへと出力される。
特開2006−54933号公報
ところで、上記のように高圧システムから低圧システムへと温度情報に関する信号とフェール信号との双方を伝達する場合、これら各信号毎に絶縁素子を必要とすることとなり、部品点数の増加やコストアップの要因となる。
なお、上記温度情報に関する信号に限らず、一般に、高圧システム内の物理量に関する情報を有する物理量情報信号とフェール信号とを高圧システムから低圧システムへと伝達するものにあっては、必要な絶縁素子の数が増大するこうした実情も概ね共通したものとなっている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高圧システムに異常がある旨を示すフェール信号と、前記高圧システム内の物理量に関する情報を表現する物理量情報信号とを低圧システムに伝達させるものにあって、絶縁素子の数の増大を好適に抑制することのできる信号伝達装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
請求項1記載の発明は、高圧システムに異常がある旨を示すフェール信号と、前記高圧システム内の物理量に関する情報を表現する物理量情報信号とを低圧システムに伝達させる信号伝達装置において、前記低圧システム内に、前記物理量情報信号及び前記フェール信号を絶縁手段及びシリアルラインを介して前記高圧システム側から受信する受信手段と、該受信手段が受信した信号から前記物理量情報信号及び前記フェール信号を抽出する抽出手段とを備えることを特徴とする。
上記発明では、抽出手段を備えることで、シリアルラインを介してフェール信号と物理量情報信号とを同一の絶縁手段を介して高圧システムから低圧システムへと伝達させることができる。このため、絶縁手段の数の増大を好適に抑制することができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記物理量情報信号は、論理「H」及び論理「L」の時比率信号であり、前記フェール信号は、前記時比率信号の論理「H」及び論理「L」のいずれの期間よりも短いパルス信号であり、前記シリアルライン及び前記絶縁手段を介して伝達される信号は、前記物理量情報信号及び前記フェール信号の排他的論理和信号であることを特徴とする。
上記発明では、排他的論理和信号に、時比率信号の論理「H」及び論理「L」の期間よりも短い期間の変化が生じるか否かによって、フェール信号を表現することができる。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記抽出手段は、前記物理量情報信号を抽出する手段として、ローパスフィルタ及び波形整形回路を備えて且つ、前記フェール信号を抽出する手段として、遅延回路と、前記抽出される物理量情報信号及び前記遅延回路の出力信号の排他的論理和信号を生成する手段とを備えることを特徴とする。
受信手段の受信する排他的論理和信号にフェール信号が重畳されている場合、この排他的論理和信号には、ローパスフィルタを透過しない極短いパルス変化が生じる。このため、排他的論理和信号をローパスフィルタ処理及び波形整形処理することで、物理量情報信号を抽出することができる。また、受信手段の受信する排他的論理和信号を遅延回路にて遅延させることで、ローパスフィルタによって遅延された信号(抽出される物理量情報信号)との同期を取ることができる。このため、抽出される物理量情報信号と遅延回路の出力信号との排他的論理和信号によって、フェール信号を抽出することができる。
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記抽出手段の抽出する2つの信号である前記物理量情報信号及び前記フェール信号を各別の信号線から取り込むマイクロコンピュータを更に備えることを特徴とする。
上記発明では、物理量情報信号及びフェール信号をマイクロコンピュータが簡易に取得することができる。
請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記物理量情報信号は、前記高圧システム内の温度情報に関する信号であることを特徴とする。
上記発明では、温度情報に関する信号を伝達することで、高圧システム内の温度を適切に管理することができる。また、温度情報は、フェール信号ほどにはその情報を迅速に伝達させる要求に乏しいため、上記請求項2記載の発明特定事項とすることが、特に適切である。
以下、本発明にかかる信号伝達装置をハイブリッド車の高圧システムに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。
図示されるように、モータジェネレータ10の3つの相(U相、V相、W相)には、インバータ12が接続されている。このインバータ12は、3相インバータであり、高圧バッテリ14の電圧をモータジェネレータ10の3つの相に適宜印加する。詳しくは、インバータ12は、3つの相のそれぞれと高圧バッテリ14の正極側又は負極側とを導通させるべく、スイッチング素子SW1、SW2とスイッチング素子SW3,SW4とスイッチング素子SW5,SW6との並列接続体を備えて構成されている。そして、スイッチング素子SW1及びスイッチング素子SW2を直列接続する接続点がモータジェネレータ10のU相と接続されている。また、スイッチング素子SW3及びスイッチング素子SW4を直列接続する接続点がモータジェネレータ10のV相と接続されている。更に、スイッチング素子SW5及びスイッチング素子SW6を直列接続する接続点がモータジェネレータ10のW相と接続されている。ちなみに、これらスイッチング素子SW1〜SW6は、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)によって構成されている。また、インバータ12は、各スイッチング素子SW1〜SW6に逆並列に接続されたフライホイールダイオードD1〜D6を備えている。
上記スイッチング素子SW1〜SW6は、そのコレクタ及びエミッタ間を流れる電流(コレクタ電流)と相関を有する微少な電流(センス電流)を出力するセンス端子STを備えている。また、上記スイッチング素子SW1〜SW6の近傍には、これらの温度を感知する感温ダイオードSDが設けられている。
上記スイッチング素子SW1〜SW6は、ドライバユニット16を介して、低圧バッテリ18を電力源とするマイクロコンピュータ(マイコン20)により操作される。ドライバユニット16では、感温ダイオードSDの出力信号をマイコン20に出力する。また、ドライバユニット16は、センス電流に基づき、スイッチング素子SW1〜SW6に過度の電流が流れる場合には、フェール信号をマイコン20に出力する。図2に、ドライバユニット16のうち、スイッチング素子SW1〜SW6のいずれか1つ(以下、スイッチング素子SW)について、こうした処理を行う部分に関する構成を示す。
図示されるように、スイッチング素子SWのセンス端子STは、抵抗体30を介して接地されている(スイッチング素子SWのエミッタと接続されている)。抵抗体30におけるセンス電流による電圧降下量は、フェール信号生成部32に取り込まれる。フェール信号生成部32では、上記電圧降下量に基づき、スイッチング素子SWを流れる電流量が、その信頼性の低下を招くおそれのない上限値に応じた閾値を上回ると判断される場合、フェール信号FLを生成して出力する。フェール信号FLは、過電流が流れる異常が生じることで極短時間論理「H」となるワンショットのパルス信号である。ただし、本実施形態では、フェール信号FLは、異常の生じた旨のみならず、その後異常が解消した旨をも通知する信号である。すなわち、フェール信号FLが一旦出力された後、フェール信号FLが再度出力されることで、異常が解消された旨を表現する。
一方、上記感温ダイオードSDの出力信号は、PWM処理部34に取り込まれる。PWM処理部34は、感温ダイオードSDの出力信号としてのアナログ信号を、パルス幅変調することで、温度情報信号TISを生成する。温度情報信号TISは、論理「H」及び論理「L」の時比率信号(Duty信号)である。詳しくは、論理「H」及び論理「L」を周期的に繰り返す信号であって且つ、その周期に対する論理「H」となる期間の比(時比率)によって、感温ダイオードSDの感知した温度を表現する。特に本実施形態では、温度情報信号TISの論理「H」となる期間及び論理「L」となる期間が、上記フェール信号FLのパルス幅よりも長くなるように設定されている。
排他的論理和回路36は、温度情報信号TISとフェール信号FLとを合成することで、これらの排他的論理和信号(合成信号CS)を生成して出力する。排他的論理和回路36の出力信号は、例えばNチャネルMOSトランジスタ等からなるスイッチング素子38の導通制御端子(ゲート)に印加される。スイッチング素子38の入出力端子の一方は接地されており、他方は、抵抗体40,42を介して高圧側電源44に接続されている。
上記抵抗体42には、フォトカプラ46の1次側であるフォトダイオードが並列接続されている。一方、フォトカプラ46の2次側のフォトトランジスタのエミッタは接地されており、コレクタは、抵抗体48を介して低圧側電源50に接続されている。これにより、合成信号CSが論理「H」となることでスイッチング素子38がオン状態となると、フォトカプラ46もオン状態となり、その2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位が論理「L」となる。これに対し、合成信号CSが論理「L」となると、スイッチング素子38がオフ状態となることで、フォトカプラ46もオフ状態となり、その2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位が論理「H」となる。このように、フォトカプラ46の出力信号は、合成信号CSの論理を反転させたものとなる。
フォトカプラ46の出力信号は、ローパスフィルタ52に取り込まれる。ローパスフィルタ52では、温度情報信号TIS程度の周波数を低周波としてこれを透過させる一方、上記フェール信号FLのパルス幅を有する信号を高周波信号としてこれをカットする。波形整形回路54は、ローパスフィルタ52の出力信号を波形整形する。波形整形回路54の出力信号は、上記温度情報信号TISと同一の時比率を有する信号として、信号線SL1を介してマイコン20に取り込まれる。より正確には、周期に対する論理「L」期間の比率が、上記温度情報信号TISの時比率と同一の信号としてマイコン20に取り込まれる。
また、フォトカプラ46の出力信号は、遅延回路(ディレイ56)に取り込まれる。ディレイ56は、フォトカプラ46の出力信号を遅延させて出力する。ディレイ56の出力信号と、上記波形整形回路54の出力信号とは、排他的論理和回路58に取り込まれる。排他的論理和回路58では、ディレイ56の出力信号と波形整形回路54の出力信号との排他的論理和信号を生成して出力する。排他的論理和回路58の出力信号は、上記フェール信号FLとして、上記信号線SL1とは別の信号線SL2を介してマイコン20に取り込まれる。
図3に、上記フォトカプラ46の出力信号から、温度情報信号TIS及びフェール信号FLを抽出する処理を示す。詳しくは、図3(a)に、温度情報信号TISの推移を示し、図3(b)に、フェール信号FLの推移を示し、図3(c)に、合成信号CSの推移を示す。また、図3(d)に、フォトカプラ46の出力信号の推移を示し、図3(e)に、ローパスフィルタ52の出力信号の推移を示し、図3(f)に、波形整形回路54の出力信号の推移を示す。更に、図3(g)に、ディレイ56の出力信号の推移を示し、図3(h)に、排他的論理和回路58の出力信号の推移を示す。
図示されるように、フェール信号FLが出力されない場合には、合成信号CSが温度情報信号TISに等しくなる。このため、フォトカプラ46の出力信号は、温度情報信号TISの論理を反転させた信号となる。そして、波形整形回路54の出力信号は、温度情報信号TISの論理値を反転させて且つ、ローパスフィルタ52の遅延量だけ遅延させた信号となっている。
一方、温度情報信号TISの論理「L」期間においてフェール信号FLが出力される場合、合成信号CSは、その論理「L」期間においてフェール信号FLに対応した期間だけ論理「H」となる。このため、フォトカプラ46の出力は、温度情報信号TISの論理を反転させた信号と基本的には同一となるのが、その論理「H」期間において、フェール信号FLに対応した期間だけ論理「L」となる。一方、ローパスフィルタ52の出力信号は、フェール信号FLに対応した論理「L」期間を透過させない。このため、波形整形回路54の出力は、温度情報信号TISに対応したものとなる。これに対し、ディレイ56の出力信号は、フォトカプラ46の出力信号を遅延させたものとなっている。そして、図示されるように、この遅延量は、ローパスフィルタ52の遅延量と同一となるように設定されている。このため、ディレイ56の出力信号は、波形整形回路54の出力信号と基本的には同一であるが、その論理「H」期間において、フェール信号FLに対応した期間だけ論理「L」となる信号となる。このため、排他的論理和回路58の出力信号は、この期間だけ論理「H」となり、フェール信号FLが抽出された信号となっている。
また、温度情報信号TISの論理「H」期間においてフェール信号FLが出力される場合、合成信号CSは、その論理「H」の期間において、フェール信号FLに対応した期間だけ論理「L」となる。このため、フォトカプラ46の出力信号は、温度情報信号TISを論理反転させた信号と基本的には同一となるが、その論理「L」の期間において、フェール信号FLに対応した期間だけ論理「H」となる。一方、ローパスフィルタ52の出力信号は、このフェール信号FLに対応した極短い期間の電圧変化を透過させないため、波形整形回路54の出力信号は温度情報信号TISに対応したものとなる。これに対し、ディレイ56の出力信号は、フォトカプラ46の出力信号を遅延させたものとなる。このため、ディレイ56の出力信号は、波形整形回路54の出力信号と基本的には同一となるが、その論理「L」期間においてフェール信号FLに対応した期間だけ論理「H」となる信号となる。このため、排他的論理和回路58の出力信号は、この期間だけ論理「H」となり、フェール信号FLが抽出された信号となっている。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)温度情報信号TIS及びフェール信号FLをフォトカプラ46及びシリアルラインを介して高圧システム側から受信して且つ、この信号から温度情報信号TIS及びフェール信号FLを抽出した。これにより、絶縁手段(フォトカプラ)の数の増大を好適に抑制することができる。
(2)温度情報信号TISを論理「H」及び論理「L」の時比率信号とするとともに、フェール信号FLを時比率信号の論理「H」及び論理「L」のいずれの期間よりも短いパルス信号として且つ、シリアルライン及びフォトカプラ46を介して伝達される信号を温度情報信号TIS及びフェール信号FLの排他的論理和信号とした。これにより、排他的論理和信号に、時比率信号の論理「H」及び論理「L」の期間よりも短い期間だけ変化が生じるか否かによって、フェール信号FLを表現することができる。
(3)温度情報信号TISを抽出する手段として、ローパスフィルタ52及び波形整形回路54を備えて且つ、フェール信号FLを抽出する手段として、遅延回路(ディレイ56)と、抽出される温度情報信号TIS(波形整形回路54の出力信号)及びディレイ56の出力信号の排他的論理和信号を生成する排他的論理和回路58とを備えた。これにより、温度情報信号TIS及びフェール信号FLを適切に抽出することができる。
(4)抽出される2つの信号である温度情報信号TIS及びフェール信号FLを各別の信号線によってマイコン20が受信するようにした。これにより、温度情報信号TIS及びフェール信号FLをマイコン20が簡易に取得することができる。
(5)高圧システム内の温度情報に関する信号である温度情報信号TISとフェール信号FLとを論理合成した。ここで、温度情報信号TISを伝達することで、高圧システム内の温度を適切に管理することができる。また、温度情報は、フェール信号FLほどにはその情報を迅速に伝達させる要求に乏しいため、フェール信号FLを温度情報信号TISの論理「H」及び論理「L」の期間よりも短いパルス信号とする設定が特に有効である。
(その他の実施形態)
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態では、スイッチング素子SW1〜SW6に過度の電流が流れる場合にフェール信号FLを生成したが、これに限らない。例えば、スイッチング素子SW1〜SW6を駆動する駆動回路の温度が過度に上昇する場合にフェール信号FLを生成してもよい。
・フェール信号としては、異常が生じたタイミング及び異常が解消したタイミングで論理「H」となるパルスに限らない。例えば異常が解消した場合についてはなんら変化しない信号としてもよい。
・上記実施形態では、温度情報信号TISを時比率信号とし、フェール信号FLを上記時比率信号の論理「H」及び論理「L」の双方の期間よりも短いパルス信号としたがこれに限らない。例えば、上記実施形態と同様に、温度情報信号TISが論理「H」となる期間が所定以上となるように設定して且つ、フェール信号FLが出力される場合、合成信号CSを論理「L」に固定するものとしてもよい。また逆に、温度情報信号TISを論理「L」となる期間が所定以上となる信号として且つ、フェール信号FLが出力される場合、合成信号CSを論理「H」に固定してもよい。こうした設定は、フェール信号FLが出力される場合には、インバータ12をシャットダウンするなどの処置の優先度の方が、スイッチング素子SW1〜SW6の温度情報の取得の優先度よりも高いことを根拠としている。
また、温度情報信号TISを時比率信号とするとともに、フェール信号FLをこれよりも高周波の信号として且つ、合成信号CSを、温度情報信号TISが論理「H」であって且つフェール信号FLが論理「H」でない場合に論理「H」となる信号としてもよい。この場合、合成信号CSをローパスフィルタで処理することで温度情報信号TISを抽出することができる。また、ローパスフィルタの出力の波形整形信号と合成信号CSの出力の遅延信号との排他的論理和信号として、フェール信号FLを抽出することができる。これにより、短いパルス信号が周期的に出力される期間をフェール信号FLの出力期間として、異常ありとすることができる。
また例えば、温度情報信号をDuty信号として且つ、その周波数がフェール信号FLの有無に応じて変化するものとしてもよい。換言すれば、フェール信号FLを、Duty信号の周波数を規定する信号としてもよい。この場合、例えば、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタの論理和信号を温度情報信号として且つ、ローパスフィルタからDuty信号が出力される場合には、正常時であると判断し、ハイパスフィルタからDuty信号が出力される場合には、異常時である(フェール信号FL出力あり)と判断すればよい。こうした設定であっても、温度情報信号TISの高周波時における論理「H」及び論理「L」の最大時間が、低周波時における論理「H」及び論理「L」の最小時間よりも短いなら、マイコン20によって周波数の変化を認知することができるため、温度情報を取得することができる。
・フォトカプラ46の出力から温度情報信号TIS及びフェール信号FLを抽出する抽出手段としては、上記実施形態及びその変形例で例示したものに限らない。例えば、マイコン20内において、エッジ検出及びエッジからの計時動作に基づき、温度情報信号TISとフェール信号FLとをソフトフェア処理にて抽出するようにしてもよい。
・上記実施形態では、スイッチング素子SW1〜SW6のそれぞれについて、これらに過度の電流が流れる場合にフェール信号を出力するようにしたが、これに限らない。例えばこれらスイッチング素子SW1〜SW6の少なくとも1つに過度の電流が流れる場合にフェール信号FLを出力するようにしてもよい。この場合、スイッチング素子SW1〜SW6のいずれか1つの温度情報信号とフェール信号とを合成すればよい。
・高圧システム内の物理量に関する情報を表現する物理量情報信号としては、スイッチング素子SW1〜SW6に限らない。例えば、インバータIVを冷却する冷却装置内の冷却流体の温度に関する情報であってもよい。このように、温度情報信号が単一となる場合、スイッチング素子SW1〜SW6のいずれか1つのフェール信号とこの単一の温度情報信号とを合成すればよい。更に、上記のようにスイッチング素子SW1〜SW6の少なくとも1つに過度の電流が流れる場合にフェール信号を生成する設定とするなら、これら単一のフェール信号と単一の温度情報信号とを合成すればよい。
12…インバータ、16…ドライバユニット、20…マイコン、SD…感温ダイオード、TIS…温度情報信号、FL…フェール信号。
Claims (5)
- 高圧システムに異常がある旨を示すフェール信号と、前記高圧システム内の物理量に関する情報を表現する物理量情報信号とを低圧システムに伝達させる信号伝達装置において、
前記低圧システム内に、前記物理量情報信号及び前記フェール信号を絶縁手段及びシリアルラインを介して前記高圧システム側から受信する受信手段と、該受信手段が受信した信号から前記物理量情報信号及び前記フェール信号を抽出する抽出手段とを備えることを特徴とする信号伝達装置。 - 前記物理量情報信号は、論理「H」及び論理「L」の時比率信号であり、
前記フェール信号は、前記時比率信号の論理「H」及び論理「L」のいずれの期間よりも短いパルス信号であり、
前記シリアルライン及び前記絶縁手段を介して伝達される信号は、前記物理量情報信号及び前記フェール信号の排他的論理和信号であることを特徴とする請求項1記載の信号伝達装置。 - 前記抽出手段は、前記物理量情報信号を抽出する手段として、ローパスフィルタ及び波形整形回路を備えて且つ、前記フェール信号を抽出する手段として、遅延回路と、前記抽出される物理量情報信号及び前記遅延回路の出力信号の排他的論理和信号を生成する手段とを備えることを特徴とする請求項2記載の信号伝達装置。
- 前記抽出手段の抽出する2つの信号である前記物理量情報信号及び前記フェール信号を各別の信号線から取り込むマイクロコンピュータを更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の信号伝達装置。
- 前記物理量情報信号は、前記高圧システム内の温度情報に関する信号であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の信号伝達装置。
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