JP3713408B2 - 過電流制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リレーとしての熱遮断回路内蔵型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor−Field Effect Transistor)などから構成される半導体リレーシステムを用いることにより、特に車両灯火のテールランプやストップランプなどの負荷の付け替え時において、ショート誤判断の防止に有効な過電流制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車のエンジン制御系や安全制御系システム等の電子制御に使用されるリレーの場合、それまでのメカニカルリレーに代わって、高速スイッチング性や無接点化,そして自己保護機能による信頼性などに優れた熱遮断回路内蔵型MOSFETやIPS(インテリジェントパワースイッチ)による半導体リレーシステムが多用されている。
【0003】
車載バッテリからの電源電圧は、車体配索された電源ラインを通じてランプ負荷などに供給される。経時使用中、車体振動などのために電源ラインの電線絶縁皮膜が摩耗などした場合、デッドショートして過大電流が連続的に流れ、また絶縁不良によりいわゆるチャタリングショートして過大電流が断続的に流れて、電源ラインに過電流が流れる。上記熱遮断回路内蔵型MOSFETにあっては、そうしたショート発生によって半導体スイッチに定格電流以上の過電流が流れ、また規定以上の温度に上昇して半導体スイッチが発熱すると、半導体スイッチの保護を図ってスイッチング機能を強制的にオフできるようになっている。
【0004】
図2は、かかる半導体リレーシステムを用いた従来の灯火制御回路の一例を示す回路図である。車載バッテリからの電源電圧Vbは、電源ライン1に接続された電流検出用抵抗であるシャント抵抗2および熱遮断回路内蔵型MOSFET3を通してテールランプ4やストップランプ5などのランプ負荷に供給される。また、制御プログラムに基づいて動作するCPUなどからなる多重通信マイコン(マイクロコンピュータ)6が備わり、このマイコン6には上記各種ランプ負荷を選択的にオン/オフ操作する複数のスイッチSWからの投入オン信号s1が送られる。さらに、上記のシャント抵抗2、そして差動増幅器7からなる電流検出回路8が備わっている。この電流検出回路8では、シャント抵抗2を流れる電流値Is、つまりランプ負荷に流れる負荷電流を両端の電位差による電圧降下でもって算出して求める。シャント抵抗2の両端は差動増幅器7の非反転入力端と反転入力端に接続され、差動増幅器7の出力端から負荷電流Isに対応した電圧値が検出電流値として出力されるようになっている。
【0005】
そのようにして電流検出回路8から出力された検出電流値である負荷電流Isの信号はマイコン6のA/D変換ポート9に送られ、ここでデジタル変換して取り込むことでマイコン6はランプ負荷の負荷電流Isをモニタしている。
【0006】
また、この灯火制御回路は、熱遮断回路内蔵型MOSFET3をオン/オフ動作させる駆動回路10を有している。駆動回路10は、チャージポンプ回路11およびトランジスタTr1,Tr2等からなる半導体スイッチ回路12などから構成されている。熱遮断回路内蔵型MOSFET3をテールランプ4やストップランプ5などのランプ負荷のハイサイドで使用する場合、ゲートGに印加する電圧を高くするために、電源電圧Vbを昇圧する必要がある。チャージポンプ回路11は、マイコン6からの正論理信号を受けたときだけ動作し、電源電圧Vbを上昇させて熱遮断回路内蔵型MOSFET3をオン動作させるに必要な駆動電圧を生成する。この駆動電圧を半導体スイッチ回路12に供給する。半導体スイッチ回路12の一方のトランジスタTr1がオン動作し,他方のトランジスタTr2がオフになったとき,電源電圧Vbを昇圧したチャージポンプ回路11からの駆動電圧を熱遮断回路内蔵型MOSFET3のゲートGに印加してオン動作させる。したがって、一方のトランジスタTr1をオフ,他方のトランジスタTr2をオンに動作させると,ゲートGはオフ動作する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
一般には、ランプなどの負荷を点灯開始すると直後に突入(ラッシュ)電流が発生する。したがって、たとえばテールランプ4のうちのどれか1灯、あるいはストップランプ5のうちのどれか1灯といったように、いずれかの負荷ランプが断芯した場合、スイッチオン状態のまま新しい1灯を付け替えて交換することが多々ある。
【0008】
ところが、上記従来の半導体リレーシステムを用いた車両灯火制御回路にあっては、マイコンがそうした付け替えによる新ランプの交換で発生する突入電流をショートと誤判断し、不適正な制御でもって不本意にも消灯指示してしまう不都合がある。それはショート検出への信頼性を低下させるものであり、そうした誤判断は以下の制御手順によって引き出される。
【0009】
目標のランプ負荷を点灯させるべくスイッチSWを選択して投入すると、そのスイッチオン信号s1がマイコン6に送られ、マイコン6はそれを受けてランプ点灯指令信号s2を駆動回路10に対して送出する。駆動回路10では、チャージポンプ回路11で電源電圧Vbを昇圧して半導体スイッチ回路12のトランジスタTr1,Tr2をオン/オフ動作させ、昇圧した駆動電圧信号s3を熱遮断回路内蔵型MOSFET3のゲートGに印加する。
【0010】
熱遮断回路内蔵型MOSFET3の動作オンによって目標とするランプ負荷に点灯出力の電流が流れ、この負荷に流れる電流を電流検出回路8が検出する。すなわち、シャント抵抗2に流れる負荷電流Isを差動増幅器7で算出する。差動増幅器7は負荷電流Isに対応する電圧信号s4を出力してマイコン6のA/D変換ポート9に送る。ここではデジタル変換して差動増幅器7からの電圧出力を取り込むことで、マイコン6は常時ランプ負荷に流れる負荷電流Isをモニタする。
【0011】
マイコン6は、モニタした負荷電流Isが予め制御プログラムに格納されている基準電流を上回って大きい場合、それがランプ交換による点灯開始で当初一時的に発生する突入電流が原因であるにもかかわらず、その上回った負荷電流Isを一定時間検出すると、ショートと判断する。そうした誤判断に基づく指令信号を駆動回路10に送り、駆動回路10からのオフ出力で熱遮断回路内蔵型MOSFET3をオフ動作させ、目標とするランプ負荷への電源電圧Vbの供給を断ち切ってしまうのである。
【0012】
したがって、本発明の目的は、熱遮断回路内蔵型MOSFETなどから構成される半導体リレーシステムを用いることにより、特に車両灯火のテールランプなどランプ負荷を交換する際に発生する突入電流によってショートと誤判断する不具合の防止に有効であり、ショート検出への信頼性を高めることができる過電流制御方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる請求項1に記載の過電流制御方法は、車両灯火であるランプ負荷の点灯開始時に発生する突入電流をショートと誤判断する可能性を抑える過電流制御方法であって,
所定時間ごとにサンプリングしている前記ランプ負荷に流れる負荷電流に基づいて、前記ランプ負荷の断芯状態を検出した場合に、該ランプ負荷に対して通電状態のままで該ランプ負荷を付け替えて、該ランプ負荷を付け替えた直後に該ランプ負荷に流れる負荷電流をサンプリングして検出し,
この負荷電流をサンプリング検出することでランプ負荷が付け替えられたものと判断してそれを次の制御への条件にして、検出された前記負荷電流の値が予めマイクロコンピュータに格納されている基準電流値より以下かまたは以上かを演算し,
負荷電流が基準電流よりも大きく
負荷電流値>基準電流値
となったことを検出すると、その過電流による異常を検出した時点からカウントされる第1の異常検出時間t1に対して、突入電流として予め見込まれるラッシュ発生時間t2を加算することで第2の異常検出時間Tを算出し、検出カウントがその第2の異常検出時間Tを越えたときにショートによる異常と判定することを特徴とする。
【0014】
以上から、断芯したランプ負荷を通電状態のままで新ランプに取り替えるときの制御であることを条件とし、その場合に検出カウントが第2の異常検出時間Tの範囲内であれば、突入電流が影響しているかも知れないので、その場合は即座にショートと判断しない。検出カウントが第2の異常検出時間Tを越えた場合、それは見込まれる突入電流によるラッシュ発生時間t2を越えたことも意味するから、突入電流による異常ではあり得ないということで、ショートによる異常と判定する。それにより、新ランプ交換時に発生する突入電流をショートと誤判断することはなくなり、誤判断でランプ負荷への出力をオフするといった不都合を解消できる。
【0015】
また、請求項2に記載の過電流制御方法は、前記ショートによる異常判定は、所定時間内の過電流検出回数によってデッドショートまたはチャタリングショートのいずれであるかを同時に判別できることを特徴とする。
【0016】
以上から、ショートと判定した場合でも、それが過大電流が連続して流れるデッドショートなのか、あるいは過大電流が断続的に流れるチャタリングショートなのかを判別でき、その後の制御に適正に対応できる利点がある。
【0017】
また、請求項3に記載の過電流制御方法は、半導体リレーとして熱遮断回路内蔵型MOSFETを前記ランプ負荷のハイサイドに用いた場合、前記第2の異常検出時間Tに達しない前であってもその熱遮断回路内蔵型MOSFETが自己過熱遮断機能を働かせて前記ランプ負荷への供給電圧をオフすることを特徴とする。
【0018】
以上から、熱遮断回路内蔵型MOSFETを半導体リレーとして用いることにより、第2の異常検出時間Tに達するまでにショートが発生した場合は自らの過熱遮断機能で即座に遮断できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる半導体リレーシステムを用いた過電流制御方法の実施の形態として、車両灯火制御回路におけるショート誤判断防止制御への適用例について図2を参照して詳細に説明する。
【0020】
この車両灯火制御回路にあっては、車載バッテリからの電源電圧Vbが電源ライン1から電流検出回路8のシャント抵抗2と半導体スイッチング素子の熱遮断回路内蔵型MOSFET3を通してテールランプ4やストップランプ5などのランプ負荷に供給される。また、マイコン6を備え、電流検出回路8には上記シャント抵抗2とともに差動増幅器7が備わっており、さらに駆動回路10はチャージポンプ回路11や半導体スイッチ回路12などからなっている。
【0021】
熱遮断回路内蔵型MOSFET3は、たとえばロジックレベル(4ボルト以上)駆動型で、ラッチ型の過熱遮断方式によって過熱遮断回路の動作後はゲートGの電位ゼロ(0)によるバイアスで復帰するようになっている。また、電流検出用抵抗として用いられているシャント抵抗2はたとえば20mΩの低抵抗値のものである。また、ここでいう過熱遮断は、定格電流以上の過電流が流れると発熱するが、その発熱温度がたとえば165℃に達すると、ランプ負荷に流れる電流をカットする機能を熱遮断回路内蔵型MOSFET3が備えていることを意味している。
【0022】
次に、図1の制御フローチャートを用いて、過電流制御方法の一実施の形態である車両灯火制御回路のショート誤判断防止に関する制御動作を説明する。
【0023】
車載バッテリからの電源電圧Vbが電源ライン1を通して供給された状態で、ステップS1のように、テールランプ4やストップランプ5などのうちいずれかのランプ負荷に対応するスイッチSWが投入オンされると、Hi(ハイ)レベルのスイッチオン信号s1が出力され、それを受け取ったマイコン6からは駆動回路10に向けて駆動指令信号s2が出力される。このマイコン6からの駆動指令信号s2に基づいて、チャージポンプ回路11では電源電圧Vbをたとえば「Vb+9V」に昇圧して駆動電圧s3を生成する。この駆動電圧s3を半導体スイッチ回路10のたとえばNPN型トランジスタTr1のコレクタに供給してオン動作させ、同じくNPN型トランジスタTr2をオフ動作させることにより、駆動電圧s3を出力して熱遮断回路内蔵型MOSFET3のゲートGに印加する。
【0024】
ステップS1において、熱遮断回路内蔵型MOSFET3の動作オンによって目標とするランプ負荷に点灯出力の電流が流れ、この負荷に流れる電流を電流検出回路8によって検出する。すなわち、シャント抵抗2に流れる負荷電流Isを差動増幅器7で算出する。差動増幅器7は負荷電流Isに対応する電圧信号s4を出力してマイコン6のA/D変換ポート9に送る。ここではデジタル変換して差動増幅器7からの電圧出力を取り込むことで、マイコン6はランプ負荷に流れる負荷電流Isをモニタする。
【0025】
ステップS2において、マイコン6は、予め制御プログラムにメモリされている電流の基準値と、モニタ検出した負荷電流Isの値とを比較する。負荷電流Isが基準値以下に下回ってIs<である場合(No)、ステップS3において検出カウントをクリアする。負荷電流Isが基準値以上に上回ってIs>である場合(Yes)、ステップS4においてたとえば5ms(秒)といった所定時間ごとにモニタ電流のサンプリングをたとえば200回/秒程度で開始して、検出カウントアップする。
【0026】
このようなランプ負荷の出力オン状態で、普通、ランプ交換は電流不通電状態に行われるが、たまたま通電中にテールランプ4やストップランプ5のいずれかのランプが交換されたとする。交換される新ランプの取り付け直前の状態は、その新ランプ1灯が外れた状態であるから、負荷電流Isは1灯分だけ小さくなっていると考えることができる。この状態を便宜的に「ランプ片切れによる断芯状態」というと、ランプ負荷への出力オン状態でそうしたランプ片切れ断芯状態かどうかを判断する必要がある。すなわち、負荷電流Isの値が基準電流の値を上回っていることを検出しても、それがランプ点灯開始直後の「突入電流」に起因するものか、それともショートによるものか見極めできない。
【0027】
したがって、点灯出力オン状態でランプ片切れ断芯状態であるか否かを条件にし、制御のトリガーに盛り込む必要がある。ランプ片切れ断芯状態であるにもかかわらず、検出した負荷電流Isの値が基準電流値よりも大きくなったすると、それは新ランプを取り付けて点灯直後の突入電流による可能性があるからである。
【0028】
以上を踏まえて、本例においては、ステップS5で「ランプ片切れ断芯状態か?」かどうかをマイコン6で判断する。ランプ片切れ断芯状態と判断した場合(Yes)、その判断した時点をトリガーにして第1の異常検出時間t1をカウントし、その第1の異常検出時間t1に突入電流として予め見込まれるラッシュ発生時間t2を加算して第2の異常検出時間t1+t2=Tを算出する(ステップS6)。すなわち、第2の異常検出時間Tをたとえば100ms(秒)に設定した場合、ランプ点灯開始から起算して100ms時間の間は突入電流も見込まれるから、その間はショート検知を行わないという条件を盛り込む。
【0029】
したがって、ステップS7においては、その第2の異常検出時間Tの範囲か否かを判断する。第2の異常検出時間Tの範囲内の場合は(No)、仮に負荷電流Isが基準電流を上回っていたとしても、それをショートと見なすことなく、ショート検出判断を行わないということであり、ステップS9の待ち時間処理の制御に進行する。検出カウントがその第2の異常検出時間Tを越えたとき(Yes)、それをショートによる異常と判定する(ステップS8)。そうした過電流制御によって、ランプ交換時に発生する突入電流の発生時間内では、モニタした負荷電流Isが基準電流より大きい場合でも、それを誤ってショートと判断しないで済む。
【0030】
かかる制御にあって、熱遮断回路内蔵型MOSFET3を用いたことで、負荷電流Isの検出を5ms(秒)ごとに1回モニタし、連続して基準電流を6回以上越えた場合はそれをデッドショートとみなし、即座に自らの自己過熱遮断機能を働かせて第2の異常検出時間T前であってもオフ制御する。また、1秒間に連続して負荷電流Isが基準電流を20回以上越えた場合、それをチャタリングショートとみなして、カウンタが20回に達した段階で即座に回路遮断することができ、そのようにして本制御のフェールセーフを図ることができる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる請求項1に記載の過電流制御方法は、断芯したランプ負荷を通電状態のままで新規のものに取り替えるときの制御であることを条件とし、その場合に検出カウントが第2の異常検出時間Tの範囲内であれば、突入電流が影響しているかも知れないので、その場合は即座にショートと判断しない。検出カウントが第2の異常検出時間Tを越えた場合、それは見込まれる突入電流によるラッシュ発生時間t2を越えたことも意味するから、突入電流による異常ではあり得ないということで、ショートによる異常と判定する。以上から、新ランプ交換時に発生する突入電流をショートと誤判断することはなくなり、誤判断でランプ負荷への出力をオフするといった不都合を解消できる。
【0032】
また、請求項2に記載の過電流制御方法は、ショートと判定した場合でも、それが過大電流が連続して流れるデッドショートなのか、あるいは過大電流が断続的に流れるチャタリングショートなのかを判別でき、その後の制御に適正に対応できる利点がある。
【0033】
また、請求項3に記載の過電流制御方法は、熱遮断回路内蔵型MOSFETを半導体リレーとして用いることにより、第2の異常検出時間Tに達するまでにショートが発生した場合は自らの過熱遮断機能で即座に遮断できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる過電流制御方法が適用される実施の形態として車両灯火制御回路の動作を示す制御フローチャートである。
【図2】本制御方法の一例として示された車両灯火制御回路図である。
【符号の説明】
1 電源ライン
2 シャント抵抗
3 熱遮断回路内蔵型MOSFET
4 テールランプ
5 ストップランプ
6 マイコン
7 差動増幅器
8 電流検出回路
9 A/D変換ポート
10 駆動回路
11 チャージポンプ回路
12 半導体スイッチ回路
Claims (3)
- 車両灯火であるランプ負荷の点灯開始時に発生する突入電流をショートと誤判断する可能性を抑える過電流制御方法であって,
所定時間ごとにサンプリングしている前記ランプ負荷に流れる負荷電流に基づいて、前記ランプ負荷の断芯状態を検出した場合に、該ランプ負荷に対して通電状態のままで該ランプ負荷を付け替えて、該ランプ負荷を付け替えた直後に該ランプ負荷に流れる負荷電流をサンプリングして検出し,
この負荷電流をサンプリング検出することでランプ負荷が付け替えられたものと判断してそれを次の制御への条件にして、検出された前記負荷電流の値が予めマイクロコンピュータに格納されている基準電流値より以下かまたは以上かを演算し,
負荷電流が基準電流よりも大きく
負荷電流値>基準電流値
となったことを検出すると、その過電流による異常を検出した時点からカウントされる第1の異常検出時間t1に対して、突入電流として予め見込まれるラッシュ発生時間t2を加算することで第2の異常検出時間Tを算出し、検出カウントがその第2の異常検出時間Tを越えたときにショートによる異常と判定することを特徴とする過電流制御方法。 - 前記ショートによる異常判定は、所定時間内の過電流検出回数によってデッドショートまたはチャタリングショートのいずれであるかを同時に判別できることを特徴とする請求項1に記載の過電流制御方法。
- 半導体リレーとして熱遮断回路内蔵型MOSFETを前記ランプ負荷のハイサイドに用いた場合、前記第2の異常検出時間Tに達しない前であってもその熱遮断回路内蔵型MOSFETが自己過熱遮断機能を働かせて前記ランプ負荷への供給電圧をオフすることを特徴とする請求項2に記載の過電流制御方法。
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