JP5989171B1 - 電流検出回路、及びその回路を備えた車両用電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他からの信号がなくても、自動で増幅率を切り替えることができる電流検出回路を得る。【解決手段】電流検出抵抗１５と直列に接続されるダイオード１４と、ダイオード１４と電流検出抵抗１５との直列体に並列接続される並列抵抗１６と、ダイオード１４と電流検出抵抗１５との直列体と、並列抵抗１６から構成される回路の両端の電圧を検出する電圧検出部ａ、ｂを備えた。【選択図】図１

Description

この発明は、電流検出抵抗を用いて電流検出を行う電流検出回路、及びその回路を備えた車両用電子制御装置に関するものである。

電気を使用する製品においては、電流を検出することが多く使用されている。電流を検出するには、一般的に電流検出抵抗を用い、その両端の電圧を測定して電流検出していることが多い。
例えば、車両用電子制御装置においては、ＯＢＤ（On-board diagnostics）の規制により、故障検出精度の向上が求められており、その対応として電流検出が用いられることがある。具体的な対応例としては、電流検出回路を含む高価なＩＣ等を使用している。

電流検出抵抗の両端電圧の測定には、一般的にダイナミックレンジが固定されており、例えばアンプにより増幅して電流検出を行う場合は、アンプの増幅率は一定になる。よって、大電流用にアンプの増幅率を設定すると小電流の検出が難しくなり、小電流用にアンプの増幅率を設定すると大電流の検出が難しくなる。この場合、大電流用のアンプと小電流用のアンプを個別で用意する等の必要がある。

例えば、特開２００８−２７１６７４号公報（特許文献１）においては、電流値によりアンプの増幅率を設定するための抵抗を切り替えることにより、ひとつのアンプで大電流と小電流が検出できる技術が開示されている。

特開２００８−２７１６７４号公報

前記特許文献１に開示された技術では、アンプの増幅率を切り替えるために、マイクロコンピュータ等からの切換え信号が必要となる。また、アンプはダイオードよりも高価であり、サイズも大きくなる課題がある。

この発明は、前記課題を解決するためのものであって、他からの信号がなくても、自動で増幅率を切り替えることができる電流検出回路、及びその回路を備えた車両用電子制御装置を提供することを目的とものである。

この発明による電流検出回路は、電流検出を行う電流検出回路において、ダイオードと、前記ダイオードと並列接続される並列抵抗と、第１の抵抗と第２の抵抗の直列体で構成され、前記並列抵抗にバイアス電流を供給するバイアス回路と、前記並列抵抗の両端の電圧を検出する電圧検出部を有し、負荷に流れる電流を検出するマイクロコンピュータと、
前記マイクロコンピュータにより制御される駆動素子と、を備え、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗、及び前記並列抵抗の三者間の分圧を、前記駆動素子の駆動／非駆動の状態において、前記負荷の状態を識別できるように設定したものである。

この発明による電流検出回路によれば、ダイオードと、前記ダイオードと並列接続される並列抵抗と、第１の抵抗と第２の抵抗の直列体で構成され、前記並列抵抗にバイアス電流を供給するバイアス回路と、前記並列抵抗の両端の電圧を検出する電圧検出部を有し、負荷に流れる電流を検出するマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピュータにより制御される駆動素子と、を備え、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗、及び前記並列抵抗の三者間の分圧を、前記駆動素子の駆動／非駆動の状態において、前記負荷の状態を識別できるように設定したので、駆動素子の駆動状態においては、断線、地絡、天絡を検出することが出来、非駆動状態においては、断線、地絡を検出することができる。

この発明の実施の形態１による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置の回路図である。 図１のマイコンの電流検出部における電位差と駆動素子に流れる電流値の関係を示す図である。 この発明の実施の形態２による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置の回路図である。 図３のＥＣＵの端子の状態とマイコンの電流検出部に発生する電圧の関係を示す図である。 図３に示す回路における電圧の変化をタイムチャートで表した図である。 この発明の実施の形態３による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置の回路図である。 この発明の実施の形態４による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置の回路図である。

以下、この発明による電流検出回路、及びその回路を備えた車両用電子制御装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は同一あるいは相当部分を示している。

実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１を説明する図で、ＥＣＵとエンジン構成体の回路構成を示す図である。

図１において、符号１０はＥＣＵを示し、符号１１はバッテリ１２とモータ１３を備えたエンジン構成体を示している。ＥＣＵ１０は、ダイオード１４と電流検出抵抗１５の直列体、ダイオード１４と電流検出抵抗１５の直列体に並列接続された並列抵抗１６、及びマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）１７、並びにマイコン１７により制御される駆動素子１８を有している。マイコン１７は、ダイオード１４と電流検出抵抗１５の直列体、及び並列抵抗１６で構成される回路の両端の電圧をモニタする電圧検出部ａ、ｂを有し、モータ１３に流れる電流値を検出する機能を有している。そして、マイコン１７は、モニタした電圧を基に演算を行い、モータ１３の負荷状況の検出や、各エンジン制御に必要な信号の出力などを行う。

モータ１３は、バッテリ１２を電源として回転し、マイコン１７からの駆動信号で動作する駆動素子１８により制御される。モータ１３に流れる電流ｃの値は、負荷の状態等により大きく変動する。モータ１３に流れる電流ｃとマイコン１７に入力されるａ−ｂ間の電位差、即ち、電圧検出部ａ−ｂ間に発生する電位差の関係は、モータ１３に流れる電流ｃが小電流の際には並列抵抗１６のみに流れ、並列抵抗１６の抵抗値と電流から計算される電圧が電流ｃの値に比例して発生する。

ここで、電流ｃの値が増加し、電圧検出部ａ−ｂ間の電位差がダイオード１４の順方向電圧Ｖｆ（以下、Ｖｆという。）と電流検出抵抗１５の両端に発生する電圧とを加えた値を超えた場合、ダイオード１４がオンし、ダイオード１４及び電流検出抵抗１５にも電流が流れ始める。ダイオード１４がオンした後は、電圧検出部ａ−ｂ間の電圧は電流検出抵抗１５の抵抗値と電流から計算される電圧が支配的になる。

これにより、ダイオード１４のオン前後で電流検出の基準となる抵抗が、並列抵抗１６から電流検出抵抗１５に切り替わるため、モータ１３の負荷が変動し、電流値が大きく変動した際も、小電流及び大電流ともにオーバレンジ等することなく、リニアに電流の検出が可能になる。図２には、マイコン１７の電圧検出部ａ、ｂにおける電位差と駆動素子１８に流れる電流値の関係をを示している。

以上のように、実施の形態１による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置は、モータ１３に流れる電流ｃの値が小電流の場合は、ダイオード１４はオンせずにダイオード１４と並列に接続された並列抵抗１６のみに電流が流れ、マイコン１７の電圧検出部ａ、ｂにはダイオード１４と並列に接続した並列抵抗１６と電流により決められる電圧が発生する。そして、所定値以上の電流が流れるとダイオード１４がオンし、マイコン１７の電圧検出部ａ、ｂに発生する電圧は、ダイオード１４のＶｆ分とダイオード１４と直列に接続された電流検出抵抗１５と電流により決められる電圧の和が発生する。

よって、大電流と小電流時で、マイコン１７の電圧検出部ａ、ｂに発生する電圧と電流の出力比が切り替わるため、ひとつのアンプで大電流と小電流を同時に検出することができる。また、ＯＢＤの対応としては、バイアス電流を供給することにより、各故障モード(断線、地絡、天絡)における回路に流れる電流を変えることで、故障の識別が可能になり、さらに、高価なＩＣも不要となって、コストを抑えることも可能となる。

実施の形態２.
次に、この発明の実施の形態２による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置について説明する。以下の説明では、エンジンの電子制御を行うＥＣＵにおいて、Ｏ２ヒータのＯＢＤに対応した回路を一例として説明する。

図３は、実施の形態２を説明する図で、ＥＣＵ１０と、バッテリ１２とＯ２ヒータ３０を備えたエンジン構成体１１の構成を示す回路構成図である。
ＥＣＵ１０は、ダイオード１４、ダイオード１４に並列接続された並列抵抗１６、マイコン１７、マイコン１７により制御される駆動素子１８、及びバイアス回路３１を有している。マイコン１７は、ダイオード１４と並列抵抗１６で構成される回路の両端の電圧をモニタする電圧検出部ａ、ｂを有し、Ｏ２ヒータ３０に流れる電流値を検出する機能を有している。そして、マイコン１７は、モニタした電圧を基に演算を行い、Ｏ２ヒータ３０に流れる電流の検出や、各エンジン制御に必要な信号の出力などを行う。また、バイアス回路３１は、第１の抵抗３１ａ、第２の抵抗３１ｂの直列体で構成されており、直列接続された並列抵抗１６に安定したバイアス電流を供給するものである。

Ｏ２ヒータ３０は、バッテリ１２を電源とし、マイコン１７からの駆動信号で動作する駆動素子１８により制御される。なお、マイコン１７に入力されるａ−ｂ間の電位差、即ち、電圧検出部ａ−ｂ間の電位差は、駆動素子１８の駆動／非駆動や、正常／故障によって変化する。第１の抵抗３１ａ、第２の抵抗３１ｂ、及び抵抗１６の分圧の設定は、駆動素子１８の駆動／非駆動の状態において、各負荷状態（正常、断線、地絡（端子グランドショ−ト）、天絡（端子電源ショ−ト））において、識別できるように設定されている。

実施の形態２による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置は、前記のように構成されており、次にその動作について説明する。
まず、駆動素子１８が駆動状態における各負荷状態の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差は下記の通りとなる。
Ｏ２ヒータ３０の正常時は、バッテリ１２からＯ２ヒータ３０と駆動素子１８を通りダイオード１４に電流が流れるように、第１の抵抗３１ａ、第２の抵抗３１ｂ、抵抗１６の分圧を設定しておく。よって、ダイオード１４に電流が流れるため、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差はダイオード１４のＶｆ分となる。

また、Ｏ２ヒータ３０の断線時は、第１の抵抗３１ａ、駆動素子１８、並列抵抗１６の経路で電流が流れ、電圧検出部ａ−ｂ間に電位差が発生する。このとき、ダイオード１４には電流が流れないように電圧検出部ａ−ｂ間にダイオード１４のＶｆの、例えば半分程度の電位差が発生するように、第１の抵抗３１ａと並列抵抗１６の分圧を設定しておく。よって、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差はダイオード１４のＶｆの半分程度となる。

地絡時には、バイアス回路３１の電流は、第１の抵抗３１ａから直接グランドに流れる。よって、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差は０Ｖとなる。また、天絡時は、ＥＣＵ１０の端子ｄにバッテリ１２が直接接続されることを想定しているため、Ｏ２ヒータ３０の駆動素子１８を通り、ダイオード１４に定格を上回る過電流が発生する。よって、ダイオード１４に過電流が流れるため、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差はダイオード１４のＶｆが通常よりも大きな値となる。ここで駆動素子１８の駆動を停止する制御や回路を入れることにより、ダイオード１４や駆動素子１８の保護をもすることができる。

次に、駆動素子１８が停止状態における各負荷状態の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差は次の通りとなる。
Ｏ２ヒータ３０の正常時は、バッテリ１２からＯ２ヒータ３０、第２の抵抗３１ｂを通りダイオード１４に電流が流れるように、第２の抵抗３１ｂ、並列抵抗１６の分圧を設定しておく。よって、ダイオード１４に電流が流れるため、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差はダイオード１４のＶｆ分となる。

Ｏ２ヒータ３０の断線時は、第１の抵抗３１ａ、第２の抵抗３１ｂ、並列抵抗１６の経路で電流が流れ、電圧検出部ａ−ｂ間に電位差が発生する。このとき、ダイオード１４には電流が流れないよう、電圧検出部ａ−ｂ間にＶｆの、例えば半分程度の電位差が発生するように、第１の抵抗３１ａ、第２の抵抗３１ｂ、並列抵抗１６の分圧を設定しておく。よって、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差はダイオード１４のＶｆの半分程度となる。

地絡時には、バイアス回路３１の電流は、第１の抵抗３１ａから直接グランドに流れる。よって、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差は０Ｖとなる。また、天絡時は、第２の抵抗３１ｂを通りダイオード１４に電流が流れるように、第２の抵抗３１ｂ、並列抵抗１６の分圧が設定されている。よって、ダイオード１４に電流が流れるため、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差はダイオード２のＶｆ分となる。なお、非駆動時の天絡については、故障の検出ができないが、ＯＢＤで定められている故障検出は、「断線、地絡、天絡の２つ以上を検出できること」であり、ＯＢＤの要求については満たすことが可能である。

なお、第１の抵抗３１ａ、第２の抵抗３１ｂの直列体で構成されたバイアス回路３１を実施の形態１の並列抵抗１６に直列接続し、並列抵抗１６に安定したバイアス電流を供給するようすることも考えられる。

以上より、実施の形態２による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置は、駆動／非駆動の各状態でＯＢＤの要求を満たすことが可能である。

図４は、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差と、ＥＣＵ１０の端子ｄの状態(正常／故障)の関係を示すものであり、図５は、図３に示す回路における電圧の変化をタイムチャートで表したものである。

実施の形態３.
次に、この発明の実施の形態３による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置について説明する。
図６は、実施の形態３による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置を説明する図である。実施の形態１あるいは２においては、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差を直接マイコン１７で検出していたが、図６に示すように、ダイオード１４の両端の電圧を増幅装置、例えばオペアンプ６０などに入力して増幅して検出してもよい。なお、その他の構成は実施の形態２と同様であり、同一符号を付すことにより詳細説明を省略する。
実施の形態３によれば、マイコン１７の電圧検出部ａ−ｂ間の電位差をより正確に測定、識別することが可能となる。

実施の形態４.
次に、この発明の実施の形態４による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置について説明する。
図７は、実施の形態４による電流検出回路を備えた車両用電子制御装置を説明する図である。実施の形態１から３においては、ダイオード１４の両端の電位差を検出していたが、図７に示すように、グランド基準でダイオード１４のアノード側の電圧のみを測定することでも、対応は可能である。なお、その他の構成は実施の形態２と同様であり、同一符号を付すことにより詳細説明を省略する。

以上、実施の形態１から４について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、これらの構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。

１０ ＥＣＵ、１１ エンジン構成体、１２ バッテリ、１３ モータ、１４ ダイオード、１５ 電流検出抵抗、１６ 並列抵抗、１７ マイクロコンピュータ（マイコン）、１８ 駆動素子、３０ Ｏ２ヒータ、３１ バイアス回路、３１ａ 第１の抵抗、３１ｂ 第２の抵抗、６０ 増幅装置（オペアンプ）、ａ、ｂ 電圧検出部

Claims (4)

1. 電流検出を行う電流検出回路において、
   ダイオードと、
   前記ダイオードと並列接続される並列抵抗と、
   第１の抵抗と第２の抵抗の直列体で構成され、前記並列抵抗にバイアス電流を供給するバイアス回路と、
   前記並列抵抗の両端の電圧を検出する電圧検出部を有し、負荷に流れる電流を検出するマイクロコンピュータと、
   前記マイクロコンピュータにより制御される駆動素子と、を備え、
   前記第１の抵抗と前記第２の抵抗、及び前記並列抵抗の三者間の分圧を、前記駆動素子の駆動／非駆動の状態において、前記負荷の状態を識別できるように設定したことを特徴とする電流検出回路。
2. 前記電圧検出部で検出する電圧を増幅する増幅装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
3. 前記並列抵抗と前記ダイオードとの一方の接続部をグランドに接続すると共に、前記電圧検出部の一方の検出部をグランドに接続し、グランド基準の電圧で検出することを特徴とする請求項１または２に記載の電流検出回路。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の電流検出回路を備えたことを特徴とする車両用電子制御装置。