JP7511985B2 - Load drive system and control device - Google Patents
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Description
本発明は、負荷を駆動する負荷駆動システム及び制御装置に関する。 The present invention relates to a load drive system and a control device for driving a load.
近年、車両の電動化の進歩と共に、車両に搭載されるセンサや負荷、ECUは増加の一途をたどっている。このような問題に対応するアプローチの一つとして、車両の各エリアの負荷近傍に負荷を駆動する小型の負荷駆動ユニットを配置し、通信に従い負荷駆動を実施することによって、機能追加を容易にしたシステムが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 In recent years, with the advancement of vehicle electrification, the number of sensors, loads, and ECUs installed in vehicles is steadily increasing. As one approach to addressing this issue, a system has been proposed in which small load drive units that drive the loads are placed near the loads in each area of the vehicle, and the loads are driven in accordance with communications, making it easy to add functions (see, for example, Patent Document 1).
また、FET(Field Effect Transistor)等の半導体で負荷を駆動する場合、電源を逆接続すると電源とグランドが短絡して大電流が流れるため、逆接保護が必要であり、逆接対策のスイッチング素子を設けることが行われている(例えば、特許文献2を参照)。 In addition, when driving a load using a semiconductor such as a FET (field effect transistor), reverse connection of the power supply causes a short circuit between the power supply and ground, resulting in a large current flow. This requires protection against reverse connection, and switching elements are provided to protect against reverse connection (see, for example, Patent Document 2).
また、特許文献2では、上記に加えて逆接対策のスイッチング素子の異常を検出することも記載されている。
In addition to the above,
半導体回路構成上、モータ駆動の場合は逆接対策が必要だが、抵抗負荷やランプ駆動の場合には逆接対策が必要無い場合がある。そのため、逆接対策の有無それぞれ対応した負荷駆動ユニット(駆動部)を構成すると、ユニットの標準化や小型化ができないという問題があった。 Due to the semiconductor circuit configuration, measures to prevent reverse polarity are necessary when driving a motor, but reverse polarity measures may not be necessary when driving a resistive load or lamp. Therefore, if a load drive unit (drive section) is constructed to accommodate both those with and without reverse polarity measures, there is a problem in that the unit cannot be standardized or made smaller.
そこで、本発明は、上記のような問題点に鑑み、駆動部の標準化や小型化が可能となる負荷駆動システム及び制御装置を提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a load drive system and control device that allows for standardization and miniaturization of the drive unit.
上記課題を解決するためになされた発明は、負荷と、前記負荷を駆動する駆動部と、複数の前記駆動部に対して直流電源からの電力の供給及び所定の制御をする制御部と、を備え、前記制御部では、前記直流電源が逆接続された場合に前記負荷を保護する保護素子が前記駆動部それぞれへ接続される電源線に設けられている、ことを特徴とする負荷駆動システムである。 The invention made to solve the above problem is a load driving system comprising a load, a driving unit that drives the load, and a control unit that supplies power from a DC power source to the multiple driving units and performs a predetermined control, and the control unit is characterized in that a protection element that protects the load when the DC power source is reverse-connected is provided in the power supply line connected to each of the driving units.
以上説明したように本発明によれば、制御部が保護素子を有しているので、駆動部毎に保護素子を設ける必要が無く、駆動部の標準化や小型化が可能となる。 As described above, according to the present invention, the control unit has a protective element, so there is no need to provide a protective element for each drive unit, making it possible to standardize and miniaturize the drive units.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態にかかる負荷駆動システムのハードウェア構成を示すブロック図である。図1に示したように、負荷駆動システム1は、電源BOX2と、モータ負荷駆動ユニット3と、ランプ駆動ユニット4と、負荷5と、配線6と、を備えている。
An embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the hardware configuration of a load driving system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
図1の構成において、電源BOX2とモータ負荷駆動ユニット3及びランプ駆動ユニット4とは、異なるユニットとして例えばワイヤハーネス等で互いに接続されている。つまり、モータ負荷駆動ユニット3及びランプ駆動ユニット4は負荷5の近傍に配置されている。
In the configuration of FIG. 1, the
電源BOX2は、ヒューズ21、25と、逆接対策FET22と、電圧検出部23と、制御部24と、を備えている。電源BOX2は、モータ負荷駆動ユニット3及びランプ駆動ユニット4に対して直流電源であるバッテリ(図示せず)からの電力の供給及び所定の制御をする制御部として機能する。
The
ヒューズ21は一端がバッテリ(正極)に接続され、他端が逆接対策FET22に接続されている。つまり、ヒューズ21は、バッテリと逆接対策FET22との間の給電経路に接続されている。また、ヒューズ25は、一端がバッテリ(正極)に接続され、他端がランプ駆動ユニット4に接続されている。つまり、ヒューズ25は、バッテリと後述するランプ駆動ユニット4との間の給電経路に接続されている。
One end of the
逆接対策FET22は、ヒューズ21とモータ負荷駆動ユニット3との間に介在するように設けられている。逆接対策FET22は、モータ負荷駆動ユニット3や負荷5に対して電源が逆接続された場合に、モータ負荷駆動ユニット3や負荷5を保護するように構成されている保護素子である。即ち、電源BOX2(制御部)は、バッテリ(電源)が逆接続された場合に負荷5を保護する保護素子がモータ負荷駆動ユニット(駆動部)それぞれへ接続される電源線6aに設けられている。
The reverse connection protection FET 22 is provided between the
逆接対策FET22は、スイッチング素子22aと保護ダイオード22bとから構成されている。スイッチング素子22aは、PチャネルMOSFETであって、ソースがヒューズ21側に接続され、ドレインがモータ負荷駆動ユニット3側に接続され、ゲートが制御部24に接続されている。
The reverse
保護ダイオード22bは、ヒューズ21とモータ負荷駆動ユニット3との間にスイッチング素子22aと並列に接続されている。保護ダイオード22bは、ダイオードであって、アノードがヒューズ21側に接続され、カソードがモータ負荷駆動ユニット3側に接続されている。なお、本実施形態における保護ダイオード22bは、PチャンネルMOSFETであるスイッチング素子22aにおける寄生ダイオードによって形成されている。つまり、保護ダイオード22bは、スイッチング素子22aと一体的に構成されている。
The
上述したような回路構成において、負荷駆動システム1が動作していない状態で、バッテリが逆接続された場合は、逆接対策FET22の保護ダイオード22bが、バッテリに対して逆方向接続となり、モータ負荷駆動ユニット3や負荷5に過電流が流れるのを阻止する。
In the circuit configuration described above, if the battery is reverse-connected while the
電圧検出部23は、逆接対策FET22の両端電圧を検出し、検出した結果を制御部24に送信する。つまり、電圧検出部23は、スイッチング素子22aのドレイン-ソース間の電位差を検出する。
The voltage detection unit 23 detects the voltage across both ends of the reverse
制御部24は、電圧検出部23の検出結果に基づいて、逆接対策FET22の異常を検出し、後述する通信線6bによりモータ負荷駆動ユニット3やランプ駆動ユニット4へ制御信号を送信する。制御部24は、例えばCPUやRAM、ROM等を有するマイクロコンピュータ等で構成されている。即ち、制御部24は、保護素子の異常を検出する検出部として機能する。
The control unit 24 detects an abnormality in the reverse
モータ負荷駆動ユニット3は、モータ負荷駆動ユニット3A、3Bからなる。つまり、本実施形態では、モータ負荷駆動ユニットが複数設けられている。モータ負荷駆動ユニット3Aは、負荷5Aを駆動する駆動部として機能する。モータ負荷駆動ユニット3Bは、負荷5Bを駆動する。モータ負荷駆動ユニット3Aとモータ負荷駆動ユニット3Bとは同じ構成であり、以下、代表してモータ負荷駆動ユニット3Aの構成について説明する。
The motor load drive unit 3 is made up of motor
モータ負荷駆動ユニット3Aは、制御部31と、モータ駆動回路32と、を備えている。制御部31は、電源BOX2から電源線6aを介して電力供給を受ける。また、制御部31は、電源BOX2から通信線6bを介して受信した制御信号に基づいてモータ駆動回路32を制御することにより負荷5の回転やONまたはOFF等の動作制御を行う。
The motor
モータ駆動回路32は、パワーFET等のスイッチング素子32a~32dにより構成される公知のブリッジ回路である。モータ駆動回路32は、制御部31からの制御により、負荷であるモータMの回転等を制御する。
The
ランプ駆動ユニット4は、後述する負荷5C(ランプL)を駆動する駆動部として機能する。つまり、ランプ駆動ユニット4は、ランプLの点灯または消灯の切り替え制御等を行う。
The lamp driving unit 4 functions as a driving section that drives the
負荷5は、負荷5A、5B、5Cからなる。負荷5A、5BはモータMである。モータMは、例えば車両のシートのリクライニングやシートの前後の移動を行うためにシートの各所に設置される。負荷5Cは、上述したようにランプLである。ランプLは、例えば、車両の車室内に設置されるルームランプやマップランプ等が挙げられる。
The load 5 consists of
配線6は、電源BOX2とモータ負荷駆動ユニット3及びランプ駆動ユニット4とを電気的に接続する配線である。配線6は、電源線6aと、通信線6bと、接地線(GND)6cと、を備えている。
The wiring 6 electrically connects the
電源線6aは、バッテリから逆接対策FET22を介して電力が供給される配線である。通信線6bは、制御部24からの制御信号が伝送される配線である。接地線6cは、電源BOX2とモータ負荷駆動ユニット3及びランプ駆動ユニット4を接地する(グランドレベルにする)配線である。
The
上述した構成の負荷駆動システム1において、モータMは電源が逆接続された場合の対策が必要な負荷であり、ランプLは電源が逆接続された場合の対策が不要な負荷である。そのため、モータ負荷駆動ユニット3(3A、3B)は、電源が逆接続された場合の対策が必要な負荷が接続される第1駆動部であり、ランプ駆動ユニット4は、電源が逆接続された場合の対策が不要な負荷が接続される第2駆動部となる。そして、保護素子である逆接対策FET22は、電源が逆接続された場合の対策が必要な負荷が接続される駆動部への電源線6aに接続されている。
In the
次に、上述した負荷駆動システム1における逆接対策FET22の異常検出動作を図2のフローチャートを参照して説明する。図2に示したフローチャートは電源BOX2の制御部24で実行される。
Next, the abnormality detection operation of the reverse
まず、負荷駆動ユニット(モータ負荷駆動ユニット3)において負荷5(5A及び5B)がON状態か否か判定する(ステップS1)。負荷5がOFF状態の場合は(ステップS1;負荷OFF)フローチャートを終了する。一方、負荷5がON状態の場合は(ステップS1;負荷ON)逆接対策FET22のドレイン-ソース(D-S)間電圧(電位差)を電圧検出部23から取得する(ステップS2)。
First, the load driving unit (motor load driving unit 3) determines whether the load 5 (5A and 5B) is ON or not (step S1). If the load 5 is OFF (step S1; load OFF), the flow chart ends. On the other hand, if the load 5 is ON (step S1; load ON), the drain-source (D-S) voltage (potential difference) of the reverse
次に、ステップS2で取得した電圧が例えば0.7V等の一定値以上か判定する(ステップS3)。取得した電圧が一定値未満である場合は(ステップS3;一定値未満)、逆接対策FET22は正常であると判定し(ステップS4)フローチャートを終了する。一方、取得した電圧が一定値以上である場合は(ステップS3;一定値以上)、逆接対策FET22は異常であると判定する(ステップS5)。
Next, it is determined whether the voltage acquired in step S2 is equal to or greater than a certain value, such as 0.7 V (step S3). If the acquired voltage is less than the certain value (step S3; less than the certain value), it is determined that the reverse
負荷5がONであるということは、バッテリから電力が供給されていることを示し、逆接対策FET22のスイッチング素子22aは通常ONである。その状態では、通常スイッチング素子22aの両端電圧であるD-S間の電位差は非常に低くなることが知られている(例えばスイッチング素子22aのON抵抗が10mΩで5A通電時の電圧降下は50mVとなる)。
When the load 5 is ON, it means that power is being supplied from the battery, and the
一方、スイッチング素子22aが故障してON抵抗が高抵抗になると、D-S間の電位差は、保護ダイオード22bの順方向電圧降下にほぼ等しくなる。このようなスイッチング素子22aが故障状態で、寄生ダイオードである保護ダイオード22bを使って通電し続けると逆接対策FET22での電力損失により異常発熱するため、電流を止める必要がある。しかし、電流を止めるために逆接対策FET22をOFFにしても、保護ダイオード22bが順方向に負荷5に繋がっている為、電流を止めることができない。そこで、本実施形態では、以下に説明するように、異常時にはモータ負荷駆動ユニット3で負荷5をOFFする。
On the other hand, when the switching
逆接対策FET22は異常であると判定すると、通信線6bを介してモータ負荷駆動ユニット3に負荷駆動ユニット停止信号を出力する(ステップS6)。モータ負荷駆動ユニット3では、負荷駆動ユニット停止信号を受信すると制御部31が駆動回路32を停止させて対象負荷である負荷5(モータM)を停止させる(ステップS7)。即ち、制御部24(検出部)が逆接対策FET22(保護素子)の異常を検出した場合は、制御部24(制御部)は、複数のモータ負荷駆動ユニット3(駆動部)へ負荷5を停止させるように制御している。
When it is determined that the reverse
上述した説明から明らかなように、電源BOX2は、負荷を駆動するモータ負荷駆動ユニット3(駆動部)の複数に対してバッテリ(電源)からの電力の供給及び所定の制御する制御部24を備え、制御部24は、バッテリ(電源)が逆接続された場合に負荷5を保護する逆接対策FET22(保護素子)がモータ負荷駆動ユニット3(駆動部)それぞれへ接続される電源線6aに設けられており、本発明の一実施形態にかかる制御装置となる。
As is clear from the above description, the
本実施形態によれば、負荷駆動システム1は、負荷5と、負荷5を駆動するモータ負荷駆動ユニット3と、複数のモータ負荷駆動ユニット3に対して電源からの電力の供給及び所定の制御する電源BOX2と、を備え、電源BOX2は、電源が逆接続された場合に負荷を保護する逆接対策FET22が複数のモータ負荷駆動ユニット3への電源線6aに接続されている。
According to this embodiment, the
負荷駆動システム1が上記のように構成されることにより、電源BOX2が逆接対策FET22を有しているので、モータ負荷駆動ユニット3毎に逆接対策FET22を設ける必要が無く、モータ負荷駆動ユニット3の標準化や小型化が可能となる。
By configuring the
また、モータ負荷駆動ユニット3の標準化や小型化が可能となるので、モータ負荷駆動ユニット3を負荷5(モータM)の近傍へ配置し易くすることができる。 In addition, since the motor load drive unit 3 can be standardized and miniaturized, it is easier to place the motor load drive unit 3 near the load 5 (motor M).
また、電源BOX2は、逆接対策FET22の異常を検出する制御部24を備え、制御部24が逆接対策FET22の異常を検出した場合は、制御部24は、複数のモータ負荷駆動ユニット3へ負荷5を停止させるように制御している。このようにすることにより、逆接対策FET22が故障等の異常状態になったことを検出した場合は、モータ負荷駆動ユニット3に負荷5を停止させることができる。
The
電源BOX2は、電源が逆接続された場合の対策が必要な負荷が接続されるモータ負荷駆動ユニット3と、電源が逆接続された場合の対策が不要な負荷が接続されるランプ駆動ユニット4と、から構成される駆動部を有し、逆接対策FET22は、電源が逆接続された場合の対策が必要な負荷が接続されるモータ負荷駆動ユニット3への電源線に接続されている。このようにすることにより、逆接対策が必要な負荷駆動ユニットと逆接対策が不要な負荷駆動ユニットとをグルーピングして対策することができる。したがって、システムとしてコストダウンを図ることができる。
The
また、ランプ駆動ユニット4は、ヒューズ25を介して電力供給をしているので、逆接対策FET22が不要なユニット(駆動部)のコストダウンや小型化を図ることができる。
In addition, the lamp driving unit 4 receives power through the
制御部24は、逆接対策FET22の両端電圧に基づいて前記異常を検出するので、逆接対策FET22を構成するスイッチング素子等の特性に応じた閾値等を設定することが可能であり、容易に異常検出が可能となる。
The control unit 24 detects the abnormality based on the voltage across the reverse
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の負荷駆動システム及び制御装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment. In other words, a person skilled in the art can implement various modifications according to conventional knowledge without departing from the gist of the present invention. As long as such modifications still include the configuration of the load drive system and control device of the present invention, they are of course included in the scope of the present invention.
1 負荷駆動システム
2 電源BOX(制御部、制御装置)
22 逆接対策FET22(保護素子)
24 制御部(検出部)
3 モータ負荷駆動ユニット(駆動部、第1駆動部)
4 ランプ駆動ユニット(第2駆動部)
5 負荷
1
22 FET 22 (protection element) for protection against reverse connection
24 Control unit (detection unit)
3 Motor load drive unit (drive section, first drive section)
4 Lamp driving unit (second driving section)
5. Load
Claims (4)
前記負荷を駆動する駆動部と、
複数の前記駆動部に対して直流電源からの電力の供給及び所定の制御をする制御部と、
を備え、
複数の前記駆動部は、前記直流電源が逆接続された場合の対策が必要な負荷が接続される第1駆動部と、前記直流電源が逆接続された場合の対策が不要な負荷が接続される第2駆動部と、から構成され、
前記制御部では、前記直流電源が逆接続された場合に前記負荷を保護する保護素子が前記第1駆動部へ接続される電源線に設けられている、ことを特徴とする負荷駆動システム。 Load and
A drive unit that drives the load;
A control unit that supplies power from a DC power source to the plurality of drive units and performs predetermined control;
Equipped with
the plurality of drive units are composed of a first drive unit to which a load requiring a measure in the event that the DC power supply is reverse-connected is connected, and a second drive unit to which a load requiring no measure in the event that the DC power supply is reverse-connected is connected,
A load driving system characterized in that in the control unit, a protection element that protects the load when the DC power supply is reverse connected is provided in a power supply line connected to the first driving unit .
前記検出部が前記保護素子の異常を検出した場合は、前記制御部は、前記駆動部それぞれへ前記負荷を停止させるように制御することを特徴とする請求項1に記載の負荷駆動システム。 The control unit includes a detection unit that detects an abnormality in the protection element,
2. The load driving system according to claim 1, wherein, when the detection unit detects an abnormality in the protection element, the control unit controls each of the driving units to stop the load.
複数の前記駆動部は、前記直流電源が逆接続された場合の対策が必要な負荷が接続される第1駆動部と、前記直流電源が逆接続された場合の対策が不要な負荷が接続される第2駆動部と、から構成され、
前記制御部は、前記直流電源が逆接続された場合に前記負荷を保護する保護素子が前記第1駆動部へ接続される電源線に設けられている、ことを特徴とする制御装置。 a control unit that supplies power from a DC power source to a plurality of drive units that drive a load and performs predetermined control;
the plurality of drive units are composed of a first drive unit to which a load requiring a measure in the event of reverse connection of the DC power supply is connected, and a second drive unit to which a load requiring no measure in the event of reverse connection of the DC power supply is connected,
The control unit is characterized in that a protection element that protects the load when the DC power supply is reverse connected is provided in a power supply line connected to the first drive unit .
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