JP7238703B2 - 駆動装置 - Google Patents
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Description
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
本開示の実施形態に係る電源システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
<電源システムの構成>
図1は、実施形態1における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、好適に車両に搭載されており、駆動装置10、バッテリ11及びモータ12を備える。駆動装置10には、バッテリ11の正極と、モータ12の両端とが各別に接続されている。駆動装置10と、バッテリ11の負極とは接地されている。
駆動装置10は、第1上流スイッチ20u、第1下流スイッチ20d、第2上流スイッチ21u、第2下流スイッチ21d、シャント抵抗22a,22b、負荷抵抗23、第1上流駆動回路24u、第1下流駆動回路24d、第2上流駆動回路25u、第2下流駆動回路25d、第1電流検出回路26a、第2電流検出回路26b、マイコン27、診断スイッチ28、診断抵抗29,30及び電圧検出回路31を有する。第1上流スイッチ20u、第1下流スイッチ20d、第2上流スイッチ21u及び第2下流スイッチ21dは、Nチャネル型のFET(Field Effect Transistor)である。
図2はマイコン27の要部構成を示すブロック図である。マイコン27は、出力部40u,40d,41u,41d、切替え部42、信号出力部43、A/D変換部44a,44b,45、入力部46,47a,47b,48、記憶部49及び制御部50を有する。出力部40u,40d,41u,41d、切替え部42、信号出力部43、A/D変換部44a,44b,45、入力部46、記憶部49及び制御部50は内部バス51に接続されている。
正回転信号、逆回転信号及び停止信号は入力部46に入力される。入力部46に信号が入力された場合、入力部46は、入力された信号を制御部50に通知する。
制御部50が有する処理素子の数は2以上であってもよい。この場合、複数の処理素子がモータ駆動処理、モータ停止処理及び開放検知処理を協同して実行してもよい。
図3及び図4はモータ駆動処理の手順を示すフローチャートである。正回転信号又は逆回転信号が入力部46に入力された場合、制御部50はモータ駆動処理を実行する。モータ駆動処理は、診断スイッチ28がオフである状態で実行される。モータ駆動処理では、制御部50は、まず、フラグの値がゼロであるか否かを判定する(ステップS1)。
図5はモータ停止処理の手順を示すフローチャートである。制御部50は、停止信号が入力部46に入力された場合にモータ停止処理を実行する。モータ停止処理では、制御部50は、ステップS21~S24を順次実行する。モータ停止処理のステップS21~S24それぞれは、モータ駆動処理のステップS2~S5と同様である。このため、ステップS21~S24の詳細な説明を省略する。
図6は、故障が発生していない場合における駆動装置10の動作を示すタイミングチャートである。図6には、出力部40u,40d,41u,41dが出力する第1上流駆動回路24u、第1下流駆動回路24d、第2上流駆動回路25u及び第2下流駆動回路25dの指示の推移が示されている。更に、図6には、診断スイッチ28の状態の推移と、電圧検出回路31が検出した検出電圧の推移とが示されている。Vthは電圧閾値を示す。
図9は開放検知処理の手順を示すフローチャートである。制御部50は、フラグの値が1である場合において開放検知処理を周期的に実行する。駆動装置10が正常である場合において、フラグの値が1であるとき、モータ12を介して電流が第1電流方向又は第2電流方向に流れ、モータ12は正方向又は逆方向に回転している。
基準電流は、駆動装置10が正常である場合において、第1上流スイッチ20u及び第1下流スイッチ20dがオンであり、かつ、第2上流スイッチ21u及び第2下流スイッチ21dがオフであるときにモータ12に流れる第1電流以下である。更に、基準電流は、駆動装置10が正常である場合において、第2上流スイッチ21u及び第2下流スイッチ21dがオンであり、かつ、第1上流スイッチ20u及び第2下流スイッチ21dがオフであるときにモータ12に流れる第2電流以下である。
第1上流スイッチ20u及び第2下流スイッチ21dがオンとなる誤った切替えが行われた場合、第1上流スイッチ20uを介して大きな電流が流れる。このとき、第1電流検出回路26aが検出する第1電流が第1電流閾値以上となるので、第1上流駆動回路24uは、即時に第1上流スイッチ20uをオフに切替え、第1上流スイッチ20uを介した電流の通流を停止する。このため、第1上流スイッチ20uを介して大きな電流が長期間流れることはない。
実施形態1における開放検知処理では、第1電流検出回路26aが検出した第1電流、又は、第2電流検出回路26bが検出した第2電流に基づいて、第1上流スイッチ20u、第1下流スイッチ20d、第2上流スイッチ21u又は第2下流スイッチ21dの開放を検知している。しかしながら、開放の検知は、第1電流又は第2電流に基づく検知に限定されない。
以下では、実施形態2について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通しているため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施形態2における駆動装置10を実施形態1における駆動装置10と比較した場合、開放検知処理が異なる。
図10は、実施形態2における開放検知処理の手順を示すフローチャートである。制御部50は、実施形態1と同様に、フラグの値が1である場合において開放検知処理を周期的に実行する。実施形態1の説明で述べたように、制御部50は、診断スイッチ28がオフである状態でフラグの値を1に変更する。フラグの値が1である間、正回転信号又は逆回転信号が入力部46に入力された場合に実行される短い診断の期間を除き、制御部50は、切替え部42に指示して診断スイッチ28をオンに切替えさせることはなく、診断スイッチ28はオフに維持される。開放検知処理は診断スイッチ28がオフである状態で実行される。
図11は、第1下流スイッチが開放した場合における駆動装置10の動作を示すタイミングチャートである。図11には、図6と同様に、第1上流駆動回路24u、第1下流駆動回路24d、第2上流駆動回路25u及び第2下流駆動回路25dの指示の推移と、診断スイッチ28の状態の推移と、電圧検出回路31が検出した検出電圧の推移とが示されている。
なお、実施形態1における駆動装置10の制御部50は、第1電流及び第2電流を用いた開放検知処理、及び、検出電圧を用いた開放検知処理の両方を実行してもよい。
実施形態1における開放検知処理では、第1電流又は第2電流に基づいて、第1上流スイッチ20u、第1下流スイッチ20d、第2上流スイッチ21u又は第2下流スイッチ21dの開放を検知している。実施形態2における開放検知処理では、検出電圧に基づいて第1下流スイッチ20d及び第2上流スイッチ21uの開放を検知している。開放の検知は、第1電流、第2電流又は検出電圧に基づく検知に限定されない。
以下では、実施形態3について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通しているため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図13は、実施形態3における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。実施形態3において、モータ12はホールセンサ12sを有する。ホールセンサ12sは、マイコン27に接続されている。
図14はマイコン27の要部構成を示すブロック図である。実施形態3におけるマイコン27は、実施形態1におけるマイコン27が有する構成部に加えて、A/D変換部52及び入力部53を有する。A/D変換部52は、内部バス51と、入力部53とに接続されている。入力部53はホールセンサ12sに接続されている。
図15は、開放検知処理の手順を示すフローチャートである。制御部50は、実施形態1と同様に、フラグの値が1である場合において開放検知処理を周期的に実行する。実施形態1の説明で述べたように、フラグの値が1である場合、出力部40u,40dが第1上流駆動回路24u及び第1下流駆動回路24dにオン指示を出力しているか、又は、出力部41u,41dが第2上流駆動回路25u及び第2下流駆動回路25dにオン指示を出力している。従って、駆動装置10が正常である場合において、フラグの値が1であるとき、モータ12は正方向又は逆方向に回転している。
実施形態1においては、第1上流スイッチ20u及び第2上流スイッチ21uは半導体スイッチである。しかしながら、第1上流スイッチ20u及び第2上流スイッチ21uそれぞれは、半導体スイッチに限定されない。
以下では、実施形態4について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通しているため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図16は、実施形態4における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。実施形態4における電源システム1を実施形態1における電源システム1を比較した場合、駆動装置10の構成が異なる。実施形態4において、駆動装置10が有する第1上流スイッチ20u及び第2上流スイッチ21uはリレー接点である。第1上流スイッチ20u及び第2上流スイッチ21uそれぞれは、入力端子と、出力端子と、入力端子に端部が回転可能に接続された棒状の導体とを有する。導体は、例えば、バネによって出力端子から離れる方向に力が加えられている。導体が出力端子から離れている場合、第1上流スイッチ20u及び第2上流スイッチ21uはオフである。導体が出力端子に接触している場合、第1上流スイッチ20u及び第2上流スイッチ21uはオンである。
図17は第1上流駆動回路24uの回路図である。第1上流駆動回路24uは、インダクタ60、電流制限抵抗61、駆動スイッチ62、AND回路63及びラッチ回路64を有する。駆動スイッチ62は、NPN型のバイポーラトランジスタである。インダクタ60の一端は、第1上流スイッチ20uの入力端子に接続されている。インダクタ60の他端は電流制限抵抗61の一端に接続されている。電流制限抵抗61の他端は、駆動スイッチ62のコレクタに接続されている。駆動スイッチ62のエミッタは接地されている。駆動スイッチ62のベースは、AND回路63の出力端に接続されている。AND回路63の一方の入力端は、ラッチ回路64の出力端に接続されている。ラッチ回路64の入力端は第1電流検出回路26aに接続されている。
なお、実施形態1~3において、第1上流スイッチ20u、第1上流駆動回路24u、第2上流スイッチ21u及び第2上流駆動回路25uは、実施形態4と同様に構成されていてもよい。
実施形態1において、診断スイッチ28は、診断抵抗29,30の少なくとも一方の上流側に配置されている。しかしながら、診断スイッチ28の配置は、診断抵抗29,30の少なくとも一方の上流側の配置に限定されない。
以下では、実施形態5について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通しているため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図18は実施形態5における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。実施形態5における電源システム1を実施形態1における電源システム1と比較した場合、駆動装置10の構成が異なる。実施形態5における駆動装置10では、診断抵抗29の一端に一定電圧Vccが印加されている。診断抵抗30の他端は、診断スイッチ28の一端に接続されている。診断スイッチ28の他端は接地されている。
一定電圧Vccは電圧閾値以上であり、ゼロVに近い値は電圧閾値未満である。このため、診断スイッチ28がオフである場合、制御部50は、第1下流スイッチ20d若しくは第2下流スイッチ21dの両端の短絡、第1下流スイッチ20d若しくは第2下流スイッチ21dのハーフオン、又は、地絡等の故障を検知することができる。
図19はモータ駆動処理の手順を示すフローチャートである。実施形態1と同様に、正回転信号又は逆回転信号が入力部46に入力された場合、制御部50はモータ駆動処理を実行する。
実施形態5におけるモータ駆動処理の一部は、実施形態1におけるモータ駆動処理の一部と同様である。従って、実施形態5におけるモータ駆動処理の中で、実施形態1におけるモータ駆動処理と共通する部分、即ち、ステップS1~S6,S8~S10,S12~S18の詳細な説明を省略する。
なお、実施形態5において、診断スイッチ28は、診断抵抗29,30間に接続されていてもよい。この場合、電圧検出回路31は、接地電位を基準とした診断スイッチ28及び診断抵抗29間の接続ノードの電圧を検出する。
実施形態1において、第1電流検出回路26a及び第2電流検出回路26bそれぞれは、シャント抵抗22a,22bを用いて電流を検出する。しかしながら、第1電流検出回路26a及び第2電流検出回路26bそれぞれの構成は、シャント抵抗22a又はシャント抵抗22bを用いた構成に限定されない。
以下では、実施形態6について、実施形態1と異なる点を説明する。後述する構成を除く他の構成については、実施形態1と共通しているため、実施形態1と共通する構成部には実施形態1と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
なお、実施の形態2~5において、第1電流検出回路26a及び第2電流検出回路26bそれぞれは、実施形態6と同様に、電流出力部70及び回路抵抗71を有する構成であってもよい。
更に、実施形態1~6において、第1下流駆動回路24dは、第1上流駆動回路24uと同様に、第1下流スイッチ20dを介して流れる電流が第1電流閾値以上となった場合にオフに切替える機能を有してもよい。同様に、第2下流駆動回路25dは、第2上流駆動回路25uと同様に、第2下流スイッチ21dを介して流れる電流が第2電流閾値以上となった場合にオフに切替える機能を有してもよい。
10 駆動装置
11 バッテリ
12 モータ
12s ホールセンサ
16 ステップ
20u 第1上流スイッチ
20d 第1下流スイッチ
21u 第2上流スイッチ
21d 第2下流スイッチ
22a,22b シャント抵抗
23 負荷抵抗
24u 第1上流駆動回路(停止回路)
24d 第1下流駆動回路
25u 第2上流駆動回路(第2の停止回路)
25d 第2下流駆動回路
26a 第1電流検出回路
26b 第2電流検出回路
27 マイコン
28 診断スイッチ(回路スイッチ)
29 診断抵抗(第1抵抗)
30 診断抵抗(第2抵抗)
31 電圧検出回路
40d,40u,41d,41u 出力部
42 切替え部
43 信号出力部
44a,44b,45,52 A/D変換部
46,47a,47b,48,53 入力部
49 記憶部
50 制御部(処理部)
51 内部バス
60 インダクタ
61 電流制限抵抗
62 駆動スイッチ
63 AND回路
64 ラッチ回路
70 電流出力部
71 回路抵抗
E 記憶媒体
P コンピュータプログラム
Vcc 一定電圧
Vth 電圧閾値
Claims (8)
- 負荷を駆動する駆動装置であって、
前記負荷を介して流れる電流の第1電流経路にて、前記負荷の上流側に配置される第1上流スイッチと、
前記第1電流経路にて、前記負荷の下流側に配置される第1下流スイッチと、
前記負荷を介して流れる電流の第2電流経路にて、前記負荷の上流側に配置される第2上流スイッチと、
前記第2電流経路にて、前記負荷の下流側に配置される第2下流スイッチと、
前記第1上流スイッチを介して流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路が検出した電流が電流閾値以上となった場合に前記第1上流スイッチを介した電流の通流を停止する停止回路と
を備え、
前記第1電流経路を電流が流れている場合に前記負荷を流れる電流の方向は、前記第2電流経路を電流が流れている場合に前記負荷を流れる電流の方向とは異なり、
第1抵抗、第2抵抗及び回路スイッチが直列に接続され、前記第1抵抗及び第2抵抗間の接続ノードが、前記負荷、第1下流スイッチ及び第2上流スイッチ間の接続ノードに接続され、一定電圧が印加されている直列回路と、
前記第1抵抗及び第2抵抗間の接続ノードの電圧を検出する電圧検出回路と、
処理を実行する処理部と
を備え、
前記処理部は、
前記回路スイッチをオン又はオフに切替え、
前記第1上流スイッチ、第1下流スイッチ、第2上流スイッチ及び第2下流スイッチのオフへの切替えを指示しているオフ指示状態で前記電圧検出回路が検出した電圧に基づいて、前記負荷を駆動する回路の故障を検知する
処理を実行する
駆動装置。 - 前記第2上流スイッチを介して流れる電流を検出する第2の電流検出回路と、
前記第2の電流検出回路が検出した電流が第2の電流閾値以上となった場合に前記第2上流スイッチを介した電流の通流を停止する第2の停止回路と
を備える請求項1に記載の駆動装置。 - 前記停止回路及び第2の停止回路それぞれは、前記第1上流スイッチ及び第2上流スイッチをオフに切替える
請求項2に記載の駆動装置。 - 前記回路スイッチは、前記第1抵抗又は第2抵抗の上流側に配置され、
前記電圧検出回路が接続する接続ノードは、前記回路スイッチの下流側に位置し、
前記処理部は、
前記回路スイッチをオフに切替え、
前記オフ指示状態で前記電圧検出回路が検出した電圧が所定電圧以上である場合に前記負荷を駆動する回路の故障を検知する
処理を実行し、
前記所定電圧はゼロVよりも高い
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の駆動装置。 - 前記処理部は、
前記回路スイッチをオンに切替え、
前記オフ指示状態で前記電圧検出回路が検出した電圧が第2の所定電圧未満である場合に前記負荷を駆動する回路の故障を検知する
処理を実行し、
前記第2の所定電圧は、前記第1抵抗及び第2抵抗が前記一定電圧を分圧することによって得られる電圧以下である
請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の駆動装置。 - 前記処理部は、
前記第1上流スイッチ及び第1下流スイッチのオンへの切替えを指示しており、かつ、前記第2上流スイッチ及び第2下流スイッチのオフへの切替えを指示している状態で前記回路スイッチがオフである場合、又は、前記第2上流スイッチ及び第2下流スイッチのオンへの切替えを指示しており、かつ、前記第1上流スイッチ及び第1下流スイッチのオフへの切替えを指示している状態で前記回路スイッチがオフである場合に前記電圧検出回路が検出した電圧に基づいて前記負荷を駆動する回路の故障を検知する
処理を実行する
請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の駆動装置。 - 処理を実行する処理部を備え、
前記処理部は、
前記第1上流スイッチ及び第1下流スイッチのオンへの切替えを指示している状態で前記電流検出回路が検出した電流が所定電流未満である場合に前記負荷を駆動する回路の故障を検知する
処理を実行する
請求項1から請求項6のいずれか1つに記載の駆動装置。 - 処理を実行する処理部を備え、
前記負荷はモータであり、
前記処理部は、
前記第1上流スイッチ及び第1下流スイッチのオンへの切替えを指示しているか、又は、前記第2上流スイッチ及び第2下流スイッチのオンへの切替えを指示している状態で、前記モータの回転に関する回転情報を取得し、
取得した回転情報に基づいて、前記負荷が回転しているか否かを判定し、
前記負荷が回転していないと判定した場合、前記負荷を駆動する回路の故障を検知する
処理を実行する
請求項1から請求項7のいずれか1つに記載の駆動装置。
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