JP2020187705A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予期せぬ電圧変動により、低消費電流モードへ移行する必要がない状況下においても、マイコンの動作モードが変更されてしまう課題があった。【解決手段】マイコン１０３は、アナログ/デジタル変換するＡＤ変換部を有し、ＡＤ変換部には、バッテリー２００の電圧が分圧された抵抗１０７とフィルタ用コンデンサ１０８との並列回路の電圧が入力される。マイコン１０３は、ＡＤ変換部におけるＡＤ取得値が前回に取得した値より小さくなったことを検知すると、時間計測を開始する。時間計測を開始して所定時間を経過するとマイコン１０３は、電圧が予め設定された閾値Vthを超えているかを判定する。閾値Vthを超えていなければマイコン１０３の動作モードを変更しない。閾値Vthを超えていれば、マイコン１０３は、マイコン１０３の動作モードを低消費電力モードに切り替える。【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

例えば、電源に並列に接続される誘導性負荷が切り離されたときに生じるサージ電圧を模擬した試験では、任意の時間の間、電子制御装置が異常なく動作することが求められている。

特許文献１ではバッテリー電圧をモニタすることで、任意の電圧以下になった場合、マイコンの動作モードを変更し、消費電流を小さくすることで、コンデンサの容量を削減し、電子制御装置の動作を安全に保障している。

特開２０１５−２２１６５４号公報

特許文献１では、予期せぬ電圧変動により、低消費電流モードへ移行する必要がない状況下においても、マイコンの動作モードが変更されてしまう課題があった。

本発明による電子制御装置は、通常モードより消費電流が低い低消費電力モードを有するマイコンと、外部から電源が供給され、前記マイコンに動作電圧を出力する電源部と、前記電源が供給される電源供給線にダイオードを介して接続されるコンデンサと、前記電源供給線の供給電圧を測定し、前記供給電圧の低下が所定時間継続したことを検出する電圧検知部と、を備え、前記マイコンは、前記電圧検知部により前記供給電圧の低下が所定時間継続したことが検出された場合に、前記低消費電力モードに変更する。

本発明によれば、予期せぬ電圧変動が有ってもマイコンの動作モードを適切に切り替えることができる。

第１の実施形態における電子制御装置の回路構成図である。 第１の実施形態におけるマイコンの動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態におけるサージ電圧のサンプリングを示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）第１の実施形態における電圧検知の動作シーケンスを示す図である。 第２の実施形態における電子制御装置の回路構成図である。 （Ａ）〜（Ｅ）第２の実施形態における電圧検知の動作シーケンスを示す図である。

［第１の実施形態]
図１は、本実施形態における電子制御装置１００の回路構成図である。
電子制御装置１００には、外部接続端子１０１を介してバッテリー２００から電源が供給される。バッテリー２００と外部接続端子１０１の間には誘導性負荷２０１が接続される。なお、誘導性負荷２０１は、バッテリー２００に接続された他の電子制御装置等が断線等によりバッテリー２００との接続が断たれた場合に生じる等価的な誘導性成分を表す。

電子制御装置１００は、電源ＩＣ１０２と、マイコン１０３を備える。電源ＩＣ１０２には、外部接続端子１０１に接続されたダイオード１０４を介してバッテリー２００からの電源が電源供給線ｓを介して供給される。電源ＩＣ１０２とダイオード１０４との間の電源供給線ｓには、バッテリー２００の電源低下時に、電源ＩＣ１０２へ電源を供給するコンデンサ１０５が接続される。

外部接続端子１０１とダイオード１０４の間には、バッテリー電圧を分圧する抵抗１０６と抵抗１０７が直列に接続され、抵抗１０７と並列に、フィルタを目的としたフィルタ用コンデンサ１０８が接続される。

バッテリー２００より供給される電圧は、電源ＩＣ１０２へ供給され、さらに電源ＩＣ１０２は電源5V、3.3V、1.3Vを生成してマイコン１０３に供給する。図１では電源ＩＣ１０２よりマイコン１０３へ電源を直接供給しているが、電源ＩＣ１０２は電源部を構成するが、電源ＩＣ１０２の代わりに、もしくは一部にＤＣＤＣコンバータ、リニアレギュレータ等の電源部を用いてもよい。電源部は、マイコン１０３に動作電圧を出力する。

マイコン１０３は、電源5V、3.3V、1.25Vを受けて動作する。また、マイコン１０３は、通常モードより消費電流が低い低消費電力モードを搭載する。低消費電力モードでは、マイコン１０３は、所定期間において限られた機能を実行する。

マイコン１０３は、アナログ/デジタル変換するＡＤ変換部を有し、ＡＤ変換部には、バッテリー２００の電圧が分圧された抵抗１０７とフィルタ用コンデンサ１０８との並列回路の電圧が入力される。マイコン１０３は、この電圧を監視している。抵抗１０６、抵抗１０７、フィルタ用コンデンサ１０８、マイコン１０３による電圧の監視が電圧検知部を構成する。

誘導性負荷２０１の逆起電圧によって外部接続端子１０１の電位がマイナスレベルに低下した場合、コンデンサ１０５の電荷はダイオード１０４により外部接続端子１０１側へ流れることはない。電源ＩＣ１０２は外部接続端子１０１がマイナス電位となっている場合、コンデンサ１０５からの電荷により動作している。なお、マイコン１０３は低消費電力モードでは、所定期間動作すればよいので、コンデンサ１０５は従来と比較して大容量のコンデンサは不要である。

図２は、マイコン１０３の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ２１で、マイコン１０３は、抵抗１０６、抵抗１０７とフィルタ用コンデンサ１０８によって構成される電圧検出部による電圧をモニタする。マイコン１０３のＡＤ変換部におけるＡＤ取得値が前回に取得した値より小さくなければ、マイコン１０３は、電圧モニタを継続する。

ステップＳ２２で、マイコン１０３は、ＡＤ変換部におけるＡＤ取得値が前回に取得した値より小さくなったことを検知すると、時間計測を開始する。時間計測中に電圧が回復すると時間計測を停止し、ステップＳ２１の電圧のモニタに戻る。時間計測を開始して所定時間を経過するとステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２３で、マイコン１０３は、電圧判定を行う。すなわち、電圧検出部における電圧の低下量（時間計測を開始してからの電圧低下量）が閾値Vthを超えているかを判定する。閾値Vthを超えていなければマイコン１０３の動作モードを変更しない。閾値Vthを超えていれば、ステップＳ２４へ進む。
ステップＳ２４では、マイコン１０３は、マイコン１０３の動作モードを低消費電力モードに切り替える。

図３は、サージ電圧のサンプリングを示す図である。横軸は時間を、縦軸は電圧を表す。図３に示す電圧変化の一例は、誘導負荷の逆起電圧に起因するサージ電圧により電圧が降下する例を示す。

図３に示すように、マイコン１０３は、ＡＤ変換部で事前に設定されたサンプリング周波数に同期してＡＤ変換を実施している。一回のＡＤ変換の時間はサンプリング周波数の逆数になるため、所定回数のサンプリング後(所定時間Δｔ秒後)、バッテリー２００の電圧の変化量(ΔV)が閾値Vthを超える場合、誘導性負荷に起因するサージ電圧と認識する。所定時間Δt及び閾値Vthは車両で想定されるバッテリー２００の電圧と外部接続端子１０１の間に接続される誘導性負荷２０１のインピーダンスに依存するため、それを元に算出して設定する。

図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、電圧検知の動作シーケンスを示す図である。図４（Ａ）は、電圧検出部で検出される電圧変化を示す。図４（Ｂ）は、マイコン１０３のＡＤ変換部によるＡＤ変換のタイミングを示す。図４（Ｃ）は、マイコン１０３の処理を示す。図４（Ｄ）は、マイコン１０３のモードを示す。

図４（Ａ）〜図４（Ｄ）を用いて本実施形態における動作シーケンスを説明する。
マイコン１０３は、ＡＤ変換部において電圧検出部の電圧をモニタしている。ＡＤ変換部におけるＡＤ取得値が前回に取得した値より小さくなければ、図４（Ｃ）に示すように、マイコン１０３は、電圧モニタを継続する。

図４（Ａ）に示すように、電圧が降下すると、時刻ｔ１において、マイコン１０３は、ＡＤ変換部におけるＡＤ取得値が前回に取得した値より小さくなったことを検知する。この時、マイコン１０３は、図４（Ｃ）に示すように、時間計測を開始する。

図４（Ａ）に示すように、電圧の降下が継続した場合、時間計測により予め設定された所定時間Δt秒経過した時刻ｔ２になると、マイコン１０３は、図４（Ｃ）に示すように、電圧判定を行う。

電圧判定において、電圧検出部における電圧の低下量（時間計測を開始してからの電圧低下量）が閾値Vthを超えていれば、図４（Ｄ）に示すように、マイコン１０３の動作モードを低消費電力モードに切り替える。
電圧判定後、マイコン１０３は電圧モニタを再開し、正常な電圧に回復した時刻ｔ３でマイコン１０３の動作モードを通常モードへ切り替える。

例えば、時刻ｔ４において、ノイズのような瞬間的な電圧変動があった場合、ＡＤ取得値が前回値より小さくなった時点で時間計測を開始する。しかし、時間計測により所定時間Δt秒以内に電圧が回復した時刻ｔ５で時間計測を停止し、マイコン１０３の動作モードを変更せずに電圧モニタを再開する。

また、緩やかな電圧降下があった場合、ＡＤ取得値が前回値より小さくなった時刻ｔ６で時間計測を開始する。しかし、所定時間Δt秒後の時刻ｔ7で、電圧判定を実施して電圧の低下量が閾値Vth以内であれば、マイコン１０３の動作モードを変更しない。

本実施形態では、コンデンサ１０５の電源容量を低減しつつ、予期せぬ電圧変動とマイコン１０３の動作モードを変更する必要がある電圧変動とを区別し、電子制御装置１００を安全に運用することができる。

［第２の実施形態]
図５は、本実施形態における電子制御装置５００の回路構成図である。
電子制御装置５００には、外部接続端子１０１を介してバッテリー２００から電源が供給される。バッテリー２００と外部接続端子１０１の間には誘導性負荷２０１が接続される。誘導性負荷２０１は、第１の実施形態と同様に、バッテリー２００に接続された他の電子制御装置等が断線等によりバッテリー２００との接続が断たれた場合に生じる等価的な誘導性成分を表す。

電子制御装置５００は、電源ＩＣ５０２と、マイコン５０３を備える。電源ＩＣ５０２には、外部接続端子１０１に接続されたダイオード１０４を介してバッテリー２００からの電源が電源供給線ｓを介して供給される。電源ＩＣ５０２とダイオード１０４との間の電源供給線ｓには、バッテリー２００の電源低下時に、電源ＩＣ５０２へ電源を供給するコンデンサ１０５が接続される。

電源ＩＣ５０２は、マイコン５０３に動作電圧を出力する電源部である。バッテリー２００より供給される電圧は、電源ＩＣ５０２へ供給され、さらに電源ＩＣ１０２は電源5V、3.3V、1.3Vを生成してマイコン５０３に供給する。

電源ＩＣ５０２は、第１コンパレータ５１２、第２コンパレータ５２２、時間計測部５３２を備える。第１コンパレータ５１２の一方の入力端子は外部接続端子１０１とダイオード１０４との間の電源供給線ｓに接続され、第１コンパレータ５１２の他方の入力端子はリファレンス電圧(Ref1)が接続される。第１コンパレータ５１２はバッテリー電圧をリファレンス電圧(Ref1)と比較し、バッテリー電圧がリファレンス電圧(Ref1)より低くなった時点でHighを時間計測部５３２に出力する。

第２コンパレータ５２２の一方の入力端子は外部接続端子１０１とダイオード１０４との間の電源供給線ｓに接続され、第２コンパレータ５２２の他方の入力端子はリファレンス電圧(Ref2)が接続される。第２コンパレータ５２２は、バッテリー電圧をリファレンス電圧(Ref2)と比較し、バッテリー電圧がリファレンス電圧（Ref2）より低くなった時点でHighを時間計測部５３２に出力する。

時間計測部５３２は、第１コンパレータ５１２から出力があった時点で時間計測を開始し、第２コンパレータ５２２から出力があった時点で時間計測を停止する。時間計測部５３２は、時間計測した値をマイコン５０３へ出力する。すなわち、時間計測部５３２は、リファレンス電圧(Ref1)とリファレンス電圧（Ref2）の間の電圧が所定時間経過したかを計測する。

本実施形態では、第１コンパレータ５１２と第２コンパレータ５２２と時間計測部５３２とより電圧検知部を構成する。

マイコン１０３は、電源5V、3.3V、1.25Vを受けて動作する。また、マイコン１０３は、通常モードより消費電流が低い低消費電力モードを搭載する。低消費電力モードでは、マイコン１０３は、所定期間において限られた機能を実行する。

図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、電圧検知のシーケンスを示す図である。図６（Ａ）は、電圧変化を示す。図６（Ｂ）は、第１コンパレータ５１２の動作を示す。図６（Ｃ）は、第２コンパレータ５２２の動作を示す。図６（Ｄ）は、マイコン１０３の処理を示す。図６（Ｅ）は、マイコン１０３のモードを示す。

図６（Ａ）〜図６（Ｅ）を用いて本実施形態における動作を説明する。
図６（Ａ）に示すように、サージ電圧等により電圧が降下する場合、図６（Ｂ）に示すように、第１コンパレータ５１２はバッテリー電圧をリファレンス電圧(Ref1)と比較し、バッテリー電圧がリファレンス電圧(Ref1)より低くなった時刻ｔ１でHighを出力する。リファレンス電圧(Ref1)はバッテリー電圧の最低正常電圧値とする。

図６（Ｄ）に示すように、時間計測部５３２は、第１コンパレータ５１２から出力があった時刻ｔ1で時間計測を開始する。

図６（Ｃ）に示すように、第２コンパレータ５２２は、バッテリー電圧をリファレンス電圧(Ref2)と比較し、バッテリー電圧がリファレンス電圧（Ref2）より低くなった時刻ｔ２でHighを出力する。リファレンス電圧(Ref2)は第１コンパレータ５１２で設定したリファレンス電圧(Ref1)より低くする。

図６（Ｄ）に示すように、時間計測部５３２は、第２コンパレータ５２２から出力があった時刻ｔ２で時間計測を停止する。時間計測部５３２の時間判定では、測定時間が判定閾値時間Tth1＜測定時間＜Tth2の条件を満たすかを判定する。条件を満たせば、マイコン１０３の動作モードを変更するために、時間計測部５３２からマイコン５０３へ信号を時刻ｔ３で出力する。この信号を受けて、図６（Ｅ）に示すように、マイコン５０３は、動作モードを低消費電力モードに変更する。

時間判定で測定時間が、測定時間＜Tth1、またはTth2＜測定時間であれば、マイコン５０３の動作モードを変更しない。

時間判定後、図６（Ｂ）に示すように、第１コンパレータ５１２はバッテリー電圧をリファレンス電圧(Ref1)と比較し、バッテリー電圧がリファレンス電圧(Ref1)より高くなった時刻ｔ４でLowになる。これにより、時間計測部５３２からマイコン５０３へ信号が入力されなくなり、マイコン１０３は、正常な電圧に回復した時刻ｔ４でマイコン１０３の動作モードを通常モードへ切り替える。

例えば、時刻ｔ５において、ノイズ等により瞬間的な電圧変動があった場合、第１コンパレータ５１２がHighになって時間計測を開始する。しかし、時刻ｔ６で時間計測を停止し、マイコン１０３の動作モードは変更されない。

また、緩やかな電圧降下があった場合、時刻ｔ７で時間計測を開始し、第２コンパレータ５２２から出力があった時刻ｔ８で時間計測を停止する。続けて、時間判定では、Tth2＜測定時間となるので、マイコン５０３の動作モードは変更されない。

本実施形態では、第1の実施形態で示した、抵抗１０６、抵抗１０７、フィルタ用コンデンサ１０８、マイコン１０３のＡＤ変換部からなる電圧検知部を用いずに、電源ＩＣ５０２内に第１コンパレータ５１２、第２コンパレータ５２２、時間計測部５３２よりなる電圧検知部を設けた。これにより、部品削減が可能となり、外付けのディスクリート部品と比較し、低コスト化が可能である。しかし、電源ＩＣ５０２内にこれらの電圧検知部を取り込まず、第１コンパレータ５１２、第２コンパレータ５２２、時間計測部５３２を電源ＩＣ５０２の外部に設けてもよい。

本実施形態では、コンデンサ１０５の電源容量を低減しつつ、予期せぬ電圧変動とマイコン５０３の動作モードを変更する必要がある電圧変動とを区別し、電子制御装置５００を安全に運用することができる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電子制御装置１００、５００は、通常モードより消費電流が低い低消費電力モードを有するマイコン１０３、５０３と、外部から電源が供給され、マイコン１０３、５０３に動作電圧を出力する電源ＩＣ１０２、５０２と、電源が供給される電源供給線ｓにダイオード１０４を介して接続されるコンデンサ１０５と、電源供給線ｓの供給電圧を測定し、供給電圧の低下が所定時間継続したことを検出する電圧検知部（抵抗１０６、抵抗１０７、フィルタ用コンデンサ１０８、マイコン１０３による電圧の監視）と、を備え、マイコン１０３、５０３は、電圧検知部により供給電圧の低下が所定時間継続したことが検出された場合に、低消費電力モードに変更する。これにより、予期せぬ電圧変動が有ってもマイコンの動作モードを適切に切り替えることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１００、５００ 電子制御装置
１０１ 外部接続端子
１０２、５０２ 電源ＩＣ
１０３、５０３ マイコン
１０４ ダイオード
１０６、１０７ 抵抗
１０８ フィルタ用コンデンサ
２００ バッテリー
２０１ 誘導性負荷
５１２ 第１コンパレータ
５２２ 第２コンパレータ
５３２ 時間計測部

Claims (3)

1. 通常モードより消費電流が低い低消費電力モードを有するマイコンと、
   外部から電源が供給され、前記マイコンに動作電圧を出力する電源部と、
   前記電源が供給される電源供給線にダイオードを介して接続されるコンデンサと、
   前記電源供給線の供給電圧を測定し、前記供給電圧の低下が所定時間継続したことを検出する電圧検知部と、を備え、
   前記マイコンは、前記電圧検知部により前記供給電圧の低下が所定時間継続したことが検出された場合に、前記低消費電力モードに変更する電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置において、
   前記電圧検知部は、前記電源供給線に接続された分圧回路とフィルタ用コンデンサとＡＤ変換部により構成される電子制御装置。
3. 請求項１に記載の電子制御装置において、
   前記電圧検知部は、前記電源供給線の前記供給電圧を比較する複数のコンパレータと、前記供給電圧が所定電圧に達した後の時間を計測する時間計測部とにより構成される電子制御装置。
   

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