JP2014115786A - Current control apparatus and control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シャント抵抗の両端の電位差が所定値以上と計測された場合、トランジスタ等のスイッチング素子をオフにする技術に関する。 The present invention relates to a technique for turning off a switching element such as a transistor when a potential difference between both ends of a shunt resistor is measured to be a predetermined value or more.
例えば特許文献1には、シャント抵抗の両端の電位差が所定値以上と計測された場合、負荷と電源との間に設けられたトランジスタをオフにする回路が開示されている。
For example,
しかしながら、上述の回路構成では、例えば、シャント抵抗の両端の電位差を計測するための端子のうち、負荷側の端子が外れると、過電流検知部に入力される電位差が大きくなり過電流を判定する閾値を超えてしまう。そのため、過電流が本当に流れたことによってトランジスタがオフになったのか、それ以外の原因によって過電流が誤検出されることによりトランジスタがオフになったのかが判別できない。 However, in the above-described circuit configuration, for example, when the load-side terminal out of the terminals for measuring the potential difference between both ends of the shunt resistor is disconnected, the potential difference input to the overcurrent detection unit becomes large and the overcurrent is determined. The threshold is exceeded. For this reason, it cannot be determined whether the transistor has been turned off due to the fact that the overcurrent has actually flown or whether the transistor has been turned off due to erroneous detection of the overcurrent due to other causes.
本発明は、過電流の誤検出を防止できる、電流制御装置及び制御システムの提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a current control device and a control system that can prevent erroneous detection of overcurrent.
上記目的を達成するため、本発明は、
負荷と電源との間に接続されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と前記電源との間に接続されるシャント抵抗と、
前記シャント抵抗の両端の電位差が所定値以上と計測された場合、前記スイッチング素子をオフにする制御部とを有する、電流制御装置であって、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオフにした後の前記両端の電位差が前記所定値以上と計測された場合、前記電位差の計測に異常があると判定することを特徴とする、電流制御装置を提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A switching element connected between the load and the power source;
A shunt resistor connected between the switching element and the power source;
A current control device having a control unit for turning off the switching element when a potential difference between both ends of the shunt resistor is measured to be a predetermined value or more;
The control unit determines that the measurement of the potential difference is abnormal when the potential difference between the both ends after the switching element is turned off is measured to be equal to or greater than the predetermined value. It is to provide.
また、上記目的を達成するため、本発明は、
負荷と、前記負荷に流れる負荷電流を監視する電流制御装置とを備え、
前記電流制御装置は、
前記負荷と電源との間に接続されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と前記電源との間に接続されるシャント抵抗と、
前記シャント抵抗の両端の電位差が所定値以上と計測された場合、前記スイッチング素子をオフにする制御部とを有し、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオフにした後の前記両端の電位差が前記所定値以上と計測された場合、前記電位差の計測に異常があると判定し、前記スイッチング素子をオフにした後の前記両端の電位差が前記所定値未満と計測された場合、前記負荷に異常があると判定する、制御システムを提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A load, and a current control device that monitors a load current flowing through the load,
The current controller is
A switching element connected between the load and a power source;
A shunt resistor connected between the switching element and the power source;
A control unit that turns off the switching element when a potential difference between both ends of the shunt resistor is measured to be a predetermined value or more;
The control unit determines that there is an abnormality in the measurement of the potential difference when the potential difference between the both ends after the switching element is turned off is greater than or equal to the predetermined value, and after the switching element is turned off. A control system for determining that the load is abnormal when the potential difference between the both ends is measured to be less than the predetermined value is provided.
本発明によれば、過電流の誤検出を防止できる。 According to the present invention, erroneous detection of overcurrent can be prevented.
図1は、自動車等の車両用の制御システム1の構成例を示した回路ブロック図である。制御システム1は、負荷3と、負荷3に流れる負荷電流を監視する電流制御装置2とを備えている。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration example of a
負荷3は、車両に搭載される任意の負荷である。その具体例として、ECU(Electronic Control Unit)等の電子制御装置、モータ等のソレノイド負荷、抵抗負荷などが挙げられる。一方、電流制御装置2は、直流電源4と負荷3との間に配置され、負荷3に流れる負荷電流をシャント抵抗40によって監視するECU等の電子制御装置である。
The
このような制御システム1の典型的な具体例として、アイドリングストップシステムが挙げられる。アイドリングストップシステムでは、エコランECUがエンジンECU等の他のECUの負荷電流を監視する機能を有している。例えば図1の場合、電流制御装置2がエコランECUに相当し、負荷3がエンジンECU等の他のECUに相当する。
A typical example of such a
エコランECUは、アイドリングストップ等の、燃料消費量の節減と二酸化炭素等の排出ガスの低減を目的とした車両走行、いわゆるエコランと呼ばれている走行方式を実行するためのエコラン制御を行うECUである。エコランECUは、車両停止時にエンジンを停止させるための指令をエンジンECUに送信し、車両走行開始時にエンジンを再始動させるための指令をエンジンECUに送信する。 The eco-run ECU is an ECU that performs eco-run control for executing a vehicle driving method called so-called “eco-run” for the purpose of reducing fuel consumption and reducing exhaust gas such as carbon dioxide, such as idling stop. is there. The eco-run ECU transmits a command for stopping the engine to the engine ECU when the vehicle stops, and transmits a command for restarting the engine to the engine ECU when the vehicle starts running.
電流制御装置2は、制御部30とリレー用MOS50とを有している。制御部30は、過電流検出回路10及び制御回路20を有している。
The current control device 2 includes a
過電流検出回路10は、負荷3と直流電源4との間に直列に挿入されて接続されるシャント抵抗40の両端の電位差を計測することによって、負荷3に流れる過剰な負荷電流(負荷過電流)を検出する過電流検出部である。過電流検出回路10は、負荷過電流が検出された場合、負荷過電流が検出されたことを表す過電流検出信号VCを出力する。
The
制御回路20は、過電流検出信号VCが過電流検出回路10から出力された場合、リレー用MOS50をオフにする。そして、制御回路20は、リレー用MOS50をオフにしてから所定時間経過後の過電流検出信号VCをモニターする。制御回路20は、リレー用MOS50をオフにした後の過電流検出信号VCの有無によって、負荷3の異常によってリレー用MOS50をオフにしたのか、過電流検出回路10の異常によってリレー用MOS50をオフにしたのかを区別できる。
When the overcurrent detection signal VC is output from the
図2は、負荷3の異常(負荷過電流)によって過電流検出信号VCが出力されたときの動作波形であり、図3は、過電流検出回路10の異常によって過電流検出信号VCが出力されたときの動作波形である。
FIG. 2 is an operation waveform when the overcurrent detection signal VC is output due to an abnormality in the load 3 (load overcurrent). FIG. 3 illustrates the overcurrent detection signal VC output due to an abnormality in the
負荷3に負荷過電流が流れる異常が発生すると(図2の場合)、シャント抵抗40の両端の電位差がその負荷過電流に応じて上昇する。過電流検出回路10は、シャント抵抗40の両端の電位差が所定の過電流判定開始閾値以上とタイミングt1で計測された場合、過電流検出信号VCの出力を開始する(例えば、過電流検出信号VCのレベルがローレベルからハイレベルに変化)。
When an abnormality occurs in which the load overcurrent flows through the load 3 (in the case of FIG. 2), the potential difference between both ends of the
制御回路20のタイマー21は、タイミングt1からの経過時間をカウントし、そのカウント値が所定の過電流検出閾値を超えると、リレー用MOS50をタイミングt2でオフにする。リレー用MOS50がオフすることにより、直流電源4の電源電圧VBに基づき負荷3に印加されていた負荷電源電圧VLは遮断される。
The
また、リレー用MOS50がオフすることにより、シャント抵抗40に流れる電流が遮断されるため、シャント抵抗40の両端に発生する電位差は、シャント抵抗40に流れる電流の減少に伴って低下する。過電流検出回路10に異常がなければ、シャント抵抗40の両端の電位差が電流低下に伴って所定の閾値未満になる。これにより、過電流検出回路10は過電流検出信号VCの出力を停止する(例えば、過電流検出信号VCのレベルがハイレベルからローレベルに変化)。
Further, since the
制御回路20の判定部22は、リレー用MOS50がオフした時点(タイミングt2)から所定の一定の判定待ち時間Aの経過時(タイミングt3)に過電流検出信号VCをモニターする。過電流検出回路10の異常が無ければ、過電流検出信号VCの出力はタイミングt3で既に停止している。このため、制御回路20の判定部22は、過電流検出信号VCの出力がタイミングt3で停止している場合(例えば、過電流検出信号VCのレベルが過電流の検出がされていないときのローレベルに一致する場合)、負荷過電流が発生したと判定したことを表すダイアグDGを出力する。
The
一方、例えば、過電流検出回路10の負荷3側(リレー用MOS50側)の入力ノード(例えば図1の場合、コンパレータ16の反転入力端子)と電流経路60との接続が外れる異常が発生すると(図3の場合)、負荷3側の入力ノードに入力される電圧V3が低下する。これにより、シャント抵抗40の両端の電位差として過電流検出回路10に入力されて計測される電位差が大きくなるため、過電流検出回路10は、シャント抵抗40の両端の電位差が上昇したと(誤って)計測する。
On the other hand, for example, when an abnormality occurs in which the connection between the input path on the
その結果、過電流検出回路10は、上記同様に、シャント抵抗40の両端の電位差が所定の過電流判定開始閾値以上とタイミングt1で計測されると、過電流検出信号VCの出力を開始する(例えば、過電流検出信号VCのレベルがローレベルからハイレベルに変化)。
As a result, as described above, the
制御回路20のタイマー21は、タイミングt1からの経過時間をカウントし、そのカウント値が所定の過電流検出閾値を超えると、リレー用MOS50をタイミングt2でオフにする。リレー用MOS50がオフすることにより、直流電源4の電源電圧VBに基づき負荷3に印加されていた負荷電源電圧VLは遮断される。
The
また、リレー用MOS50がオフすることにより、シャント抵抗40に流れる電流が遮断されるため、シャント抵抗40の両端に発生する電位差は、シャント抵抗40に流れる電流の減少に伴って低下する。しかしながら、例えば、過電流検出回路10の負荷3側の入力ノードと電流経路60との接続が外れる異常が発生していると、シャント抵抗40の両端の電位差は低下しても、過電流検出回路10に入力される電位差は低下せず、所定の過電流判定開始閾値以上のままである。したがって、過電流検出回路10は、リレー用MOS50がオフになっても、過電流検出信号VCの出力を継続する(例えば、過電流検出信号VCのレベルをハイレベルのまま維持)。
Further, since the
制御回路20の判定部22は、リレー用MOS50がオフした時点(タイミングt2)から所定の一定の判定待ち時間Aの経過時(タイミングt3)に過電流検出信号VCをモニターする。過電流検出回路10に異常があれば、過電流検出信号VCの出力はタイミングt3でも継続している。このため、制御回路20の判定部22は、過電流検出信号VCの出力がタイミングt3で停止せずに継続している場合(例えば、過電流検出信号VCのレベルが過電流の検出がされているときのハイレベルに一致する場合)、過電流検出回路10による電位差の計測に異常があることを表すダイアグDGを出力する。
The
このように、制御回路20は、例えば、過電流検出回路10の負荷3側の入力ノードと電流経路60との接続が外れる異常が発生しても、負荷過電流の発生と誤検出することを防止できる。また、制御回路20は、リレー用MOS50をオフさせた異常原因を判別できるので、その異常原因に応じた別々のダイアグDGを異常情報として外部装置に出力することもできる。
As described above, for example, even when an abnormality occurs in which the connection between the input node on the
また、制御回路20は、異常原因毎のダイアグDGを表示装置やスピーカ等の報知手段により出力できる。そのため、作業者は、そのダイアグDGの内容に基づいて、過電流検出回路10(又は、過電流検出回路10を含む電流制御装置2)の異常なのか、負荷3の異常なのかを容易に確認できる。その結果、作業者は、例えば、過電流検出回路10(又は、過電流検出回路10を含む電流制御装置2)と負荷3のどちらを異常品として交換すればよいのか容易に判断できる。そのため、正常品を誤って交換すること等の無駄を省くことができ、修理時の費用低減が可能となる。
Further, the
次に、図1に示した構成例について更に詳細に説明する。 Next, the configuration example shown in FIG. 1 will be described in more detail.
負荷3に流れる負荷電流は、直流電源4の電源電圧VBによって供給される。直流電源4の具体例として、二次電池、DC/DCコンバータ、レギュレータなどが挙げられる。電流制御装置2は、リレー用MOS50と、シャント抵抗40と、制御部30とを有している。
The load current flowing through the
リレー用MOS50は、負荷3と直流電源4との間に直列に接続されるスイッチング素子であり、制御回路20から供給される駆動信号であるゲート電圧VGによってオンオフするものである。図1の場合、リレー用MOS50は、ゲートが制御回路20に接続され、ドレインが負荷3に接続され、ソースがシャント抵抗40の負荷3側の端部に接続されているPチャネル型のMOSFETを備えている。
The
リレー用MOS50は、ゲート電圧VGに従って、直流電源4と負荷3とを結ぶ電流経路60を導通/遮断可能な半導体リレーである。リレー用MOS50は、ゲート電圧VGがローレベルのとき、電流経路60が導通するようにオンし、ゲート電圧VGがハイレベルのとき、電流経路60が遮断するようにオフする。電流経路60が導通状態では、シャント抵抗40には電流が流れ、負荷3には負荷電源電圧VLが印加され、電流経路60が遮断状態では、シャント抵抗40には電流が流れず、負荷3には負荷電源電圧VLが印加されない。
The
シャント抵抗40は、リレー用MOS50と直流電源4との間に直列に接続される抵抗素子であり、電流経路60に直列に挿入された電流検出用素子である。
The
制御部30は、シャント抵抗40の両端の電位差を計測する過電流検出回路10と、過電流検出回路10の計測結果に従ってリレー用MOS50のオンオフを制御する制御回路20とを有している。
The
過電流検出回路10は、シャント抵抗40と、基準電圧生成用抵抗14と、定電流源15と、コンパレータ16とを有している。過電流検出回路10の直流電源4側の入力ノード(図1の場合、例えば、基準電圧生成用抵抗14の直流電源4側の一端)は、シャント抵抗40と直流電源4とを結ぶ電流経路60に接続点11で接続される。過電流検出回路10の負荷3側(リレー用MOS50側)の入力ノード(図1の場合、例えば、コンパレータ16の反転入力端子)は、シャント抵抗40とリレー用MOS50とを結ぶ電流経路60に接続点13で接続される。
The
シャント抵抗40の直流電源4側の端部は、基準電圧生成用抵抗14の直流電源4側の一端に接続され、基準電圧生成用抵抗14の直流電源4とは反対側の他端は、定電流源15に接続される。基準電圧生成用抵抗14と定電流源15との間の中間ノード12から出力される電圧V2は、コンパレータ16の非反転入力端子に供給される。電圧V2は、シャント抵抗40の直流電源4側の端部の電圧V1から、定電流源15による定電流が基準電圧生成用抵抗14を流れることによって生じる電圧降下分を減算した電圧である。シャント抵抗40の負荷3側の端部の電圧V3は、コンパレータ16の反転入力端子に入力される。過電流よりも低い電流値の正常時の電流がシャント抵抗40に流れているときに、コンパレータ16が過電流を誤検出しないように、そのような正常時において、電圧V3は電圧V2よりも大きくなるように設定されている。
The end of the
シャント抵抗40の両端の電位差(V1−V3)は、直流電源4とシャント抵抗40との間の電流経路60の電圧V1から、シャント抵抗40とリレー用MOS50との間の電流経路60の電圧V3を引いた差である。電位差(V1−V3)が、過電流検出回路10に入力される。
The potential difference (V1−V3) across the
直流電源4からシャント抵抗40に電流が流れることにより、電圧V3が低下する。過電流検出回路10は、電圧V3の低下により電圧V3が電圧V2よりも低くなると、シャント抵抗40の両端の電位差が所定値以上であると計測する。コンパレータ16は、電圧V3が電圧V2よりも低いと計測される場合(つまり、シャント抵抗40の両端の電位差が所定値以上と計測される場合)、負荷3に過電流が流れたとして、ハイレベルの過電流検出信号VCを出力する(過電流検出信号VCをローレベルからハイレベルに切り替える)。
When a current flows from the DC power supply 4 to the
制御回路20は、タイマー21と判定部22とを有している。制御回路20は、例えばCPUを備えるマイクロコンピュータを含んで構成された回路である。タイマー21は、ハイレベルの過電流検出信号VCの出力時点を起点に経過時間をカウントするデジタル回路である。また、タイマー21は、リレー用MOS50のオフ時点を起点に経過時間をカウントするデジタル回路である。
The
判定部22は、図2で示したように、過電流検出信号VCの出力がタイミングt3で停止していることを検出することで、リレー用MOS50をオフにした後のシャント抵抗40の両端の電位差が所定値未満と計測される場合、負荷の異常により過電流が発生したと判定する。一方、判定部22は、図3に示したように、過電流検出信号VCの出力がタイミングt3で停止せずに継続していることを検出することで、リレー用MOS50をオフにした後のシャント抵抗40の両端の電位差が所定値以上と計測される場合、当該電位差の計測に異常があると判定する。
As shown in FIG. 2, the
以上、電流制御装置及び制御システムを実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 As described above, the current control device and the control system have been described using the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with part or all of other example embodiments, are possible within the scope of the present invention.
例えば、本発明に係る電流制御装置として、上述の実施形態では、リレー用MOS50、シャント抵抗40及び制御部30を内蔵する電流制御装置2を例示した。しかしながら、負荷と電源との間に接続されるスイッチング素子、及びスイッチング素子と電源との間に接続されるシャント抵抗は、スイッチング素子をオフに制御する制御部とは別の筐体に配置されてもよい。
For example, as the current control device according to the present invention, the current control device 2 including the
また、負荷と電源との間に接続されるスイッチング素子として、上述の実施形態では、Pチャネル型のMOSFETを例示した。しかしながら、当該スイッチング素子は、Nチャネル型のMOSFET、IGBT,バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子でもよい。 In addition, as the switching element connected between the load and the power source, the P-channel type MOSFET is exemplified in the above-described embodiment. However, the switching element may be another switching element such as an N-channel MOSFET, IGBT, or bipolar transistor.
また、本発明に係る電流制御装置として、負荷3に流れる負荷電流を監視する電流制御装置2を例示したが、これ以外の電流制御装置でもよい。例えば、本発明に係る電流制御装置は、負荷3に電流を供給するシリーズレギュレータやスイッチングレギュレータ等の電源装置であってもよい。
Moreover, although the current control device 2 that monitors the load current flowing in the
また、上述の実施形態では、シャント抵抗の両端の電位差の計測異常の原因として、過電流検出回路10の負荷3側の入力ノードと電流経路60との接続が外れる異常が発生したケースを例示した。しかしながら、当該計測異常の原因は、コンパレータ16自体の故障であってもよい。判定部22は、コンパレータ16自体の故障により出力された過電流検出信号VCに従ってリレー用MOS50をオフした後も、過電流検出信号VCの出力が継続して計測される場合(すなわち、シャント抵抗40の両端の電位差が所定値以上と計測される場合)、電位差の計測に異常があると判定する。
Moreover, in the above-described embodiment, a case where an abnormality occurs in which the connection between the input node on the
1 制御システム
2 電流制御装置
3 負荷
4 直流電源
10 過電流検出回路
14 基準電圧生成用抵抗
15 定電流源
16 コンパレータ
20 制御回路
30 制御部
40 シャント抵抗
50 リレー用MOS(スイッチング素子の一例)
60 電流経路
DESCRIPTION OF
60 Current path
Claims (6)
前記スイッチング素子と前記電源との間に接続されるシャント抵抗と、
前記シャント抵抗の両端の電位差が所定値以上と計測される場合、前記スイッチング素子をオフにする制御部とを有する、電流制御装置であって、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオフにした後の前記両端の電位差が前記所定値以上と計測される場合、前記電位差の計測に異常があると判定することを特徴とする、電流制御装置。 A switching element connected between the load and the power source;
A shunt resistor connected between the switching element and the power source;
A current control device having a control unit for turning off the switching element when a potential difference between both ends of the shunt resistor is measured to be a predetermined value or more;
The said control part determines with the measurement of the said potential difference having abnormality, when the potential difference of the said both ends after turning off the said switching element is measured more than the said predetermined value, The current control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記電流制御装置は、
前記負荷と電源との間に接続されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と前記電源との間に接続されるシャント抵抗と、
前記シャント抵抗の両端の電位差が所定値以上と計測された場合、前記スイッチング素子をオフにする制御部とを有し、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオフにした後の前記両端の電位差が前記所定値以上と計測される場合、前記電位差の計測に異常があると判定し、前記スイッチング素子をオフにした後の前記両端の電位差が前記所定値未満と計測される場合、前記負荷に異常があると判定する、制御システム。 A load, and a current control device that monitors a load current flowing through the load,
The current controller is
A switching element connected between the load and a power source;
A shunt resistor connected between the switching element and the power source;
A control unit that turns off the switching element when a potential difference between both ends of the shunt resistor is measured to be a predetermined value or more;
When the potential difference between the both ends after the switching element is turned off is measured to be equal to or greater than the predetermined value, the control unit determines that there is an abnormality in the measurement of the potential difference, and after the switching element is turned off. A control system that determines that the load is abnormal when the potential difference between the two ends is measured to be less than the predetermined value.
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