JP2021087310A

JP2021087310A - 故障判定回路

Info

Publication number: JP2021087310A
Application number: JP2019215328A
Authority: JP
Inventors: 貴弘渡邉; Takahiro Watanabe
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-06-03

Abstract

【課題】適切に故障診断が可能な故障判定回路を提供する。【解決手段】故障判定回路１は、車両に搭載される電源装置２の正端子２Ａが接続された時は導通状態となり、電源装置２の負端子２Ｂが接続された時は非導通状態となる第１ダイオード１１、及び第１ダイオード１１と並列に接続して設けられる第１スイッチ１２を有する第１スイッチ部１０と、第１スイッチ部１０に隣接して設けられる温度検出部３０と、温度検出部３０による検出結果に基づいて、第１スイッチ１２が故障しているか否かを判定する判定部４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置と当該電源装置から出力される電力が供給される負荷との間に設けられる故障判定回路に関する。

従来、電源装置と負荷との間に、電源装置から出力される電力の供給と遮断とを切り替え可能とする電源制御装置が使用されてきた。このような電源制御装置には、電源装置の正端子及び負端子が夫々逆に接続された場合に、負荷を保護する機能を備えたものがある（例えば特許文献１及び２）。

特許文献１には、車載システムが開示されている。この車載システムは、バッテリとインバータとの間に、直列に接続された電源リレーと逆接リレーとが設けられる。電源リレーはバッテリ側に設けられ、逆接リレーは負荷側に設けられ、夫々、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタが用いられる。

特許文献２には、モータ制御装置が開示されている。このモータ制御装置は、バッテリとモータとの間を接続又は遮断するスイッチング素子と、バッテリが順接続されたときは導通状態となり、バッテリが逆接続されたときは非導通状態となって電流の逆流を防止する逆流防止素子とを有する逆接保護手段と、逆接保護手段のスイッチング素子によりバッテリとモータとの間が遮断されているときの逆接保護手段の上流側と下流側の電位差である遮断電位差と、バッテリとモータとの間が接続されているときの逆接保護手段の上流側と下流側の電位差である接続電位差との差分に基づいて逆接保護手段の故障診断を行う故障診断手段とを備えている。

特開２０１８−２０８０号公報特開２０１２−６５４０５号公報

特許文献１に記載の技術は、逆接リレーがスイッチ部とダイオード部とを備え、バッテリの電圧低下を検知した場合にスイッチ部を遮断状態にするように構成されている。しかしながら、逆接リレーが故障しているか否かを診断することまで想定されていない。

また、特許文献２に記載の技術は、上述した遮断電位差と接続電位差との差分に基づいて逆接保護手段の故障診断を行っている。しかしながら、接続電位差は微小な値であることから測定誤差や特性ばらつきに起因して、故障診断が適切に行えない可能性がある。

そこで、適切に故障診断が可能な故障判定回路が求められる。

本発明に係る故障判定回路の特徴構成は、車両に搭載される電源装置の正端子が接続された時は導通状態となり、前記電源装置の負端子が接続された時は非導通状態となる第１ダイオード、及び前記第１ダイオードと並列に接続して設けられる第１スイッチを有する第１スイッチ部と、前記第１スイッチ部に隣接して設けられる温度検出部と、前記温度検出部による検出結果に基づいて、前記第１スイッチが故障しているか否かを判定する判定部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、第１スイッチの温度に基づいて、第１スイッチの温度上昇が正常か否かを判定することができる。このため、第１スイッチの温度上昇が正常でない場合には、第１スイッチを開状態にすることで、第１スイッチに流れる電流を遮断できるので、下流側の装置への電力供給を遮断することが可能となる。また、第１スイッチの温度に基づいて第１スイッチが故障しているか否かを判定するので、誤検知することなく適切に故障診断を行うことが可能である。

また、前記第１スイッチ部と前記温度検出部とは一つの基板に実装され、前記温度検出部は、前記基板の温度も検出すると好適である。

このような構成とすれば、基板全体の温度を考慮して故障診断を行うことが可能となる。

また、前記第１スイッチ部と前記電源装置から供給される電力によって駆動する負荷との間に設けられ、前記電源装置からの電力を遮断可能な第２スイッチ、及び前記第２スイッチと並列に接続して設けられ、前記第１スイッチにカソード端子が接続される第２ダイオードを有する第２スイッチ部を更に備え、前記温度検出部は、前記第２スイッチ部の温度も検出すると好適である。

このような構成とすれば、第２スイッチの温度も考慮して、第２スイッチの温度上昇が正常か否かを判定することができる。このため、温度検出部による検出結果に基づいて、第２スイッチ部を保護することも可能となる。

また、前記車両が前輪及び後輪の双方での操舵が可能な四輪操舵車であって、前記判定部は、前記電源装置から供給される電力によって駆動する負荷が前記後輪の操舵を行う後輪操舵用モータ及び当該後輪操舵用モータの通電を制御するインバータの通電中において判定すると好適である。

このような構成とすれば、温度検出部の検出結果に基づき後輪操舵用モータの通電を停止した場合であっても、車両は前輪の操舵が可能であるので、車両の走行に対する影響を抑制できる。

故障判定回路の構成を示す図である。

本発明に係る故障判定回路は、電源装置の正負一対の端子を逆に接続した場合に下流側の装置を保護する保護回路の故障診断を行うことができるように構成される。以下、本実施形態の故障判定回路１について説明する。

図１は、本実施形態の故障判定回路１の構成を模式的に示した図である。故障判定回路１は、第１スイッチ部１０、第２スイッチ部２０、温度検出部３０、判定部４０を備えて構成される。

第１スイッチ部１０は、第１ダイオード１１と第１スイッチ１２とを有する。第１ダイオード１１は、電源装置２の正端子２Ａが接続された時は導通状態となり、電源装置２の負端子２Ｂが接続された時は非導通状態となる。電源装置２は、故障判定回路１を介して負荷Ｌに供給される電力を出力する。具体的には車両に搭載されるバッテリが相当する。このような電源装置２は、正端子２Ａと負端子２Ｂとが設けられる。負端子２Ｂは接地され、正端子２Ａは第１ダイオード１１のアノード端子に接続される。第１ダイオード１１のカソード端子は後述する第２スイッチ２２の上流側の端子に接続される。このため、第２スイッチ２２が閉状態である時は、第１ダイオード１１は順方向電流が流れる導通状態となる。一方、仮に第１ダイオード１１のアノード端子に電源装置２の負端子２Ｂが接続された時には、第２スイッチ２２が閉状態であるか否かに拘らず、第１ダイオード１１は順方向電流が流れない非導通状態となる。

第１スイッチ１２は第１ダイオード１１と並列に接続して設けられる。第１スイッチ１２は、第１ダイオード１１のアノード端子に上流側の端子が接続され、第１ダイオード１１のカソード端子に下流側の端子が接続される。本実施形態では、第１スイッチ１２は、Ｐチャネル型の電界効果トランジスタ（以下「Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ」とする）が用いられ、第１スイッチ１２のドレーン端子に第１ダイオード１１のアノード端子が接続され、第１スイッチ１２のソース端子に第１ダイオード１１のカソード端子が接続される。第１スイッチ１２は、電源装置２の正端子２Ａが適切にドレーン端子に接続されたことが確認された場合に、ソース端子に対するゲート端子の電位を閾値電圧以下とすることで、閉状態とされる。この場合には、電源装置２から出力される電力は、第１スイッチ１２を介して下流側に供給される。

第２スイッチ部２０は、第２ダイオード２１、及び第２スイッチ２２を有する。第２スイッチ２２は、第１スイッチ部１０と電源装置２から供給される電力によって駆動する負荷Ｌとの間に設けられ、電源装置２からの電力が遮断可能である。第２スイッチ２２は、第１スイッチ１２のソース端子に上流側の端子が接続され、負荷Ｌの一例であるモータＭを流れる電流を制御するインバータＩＮＶを介してモータＭに下流側の端子が接続される。本実施形態では、第２スイッチ２２も、第１スイッチ１２と同様に、Ｐチャネル型の電界効果トランジスタ（以下「Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ」とする）が用いられ、第２スイッチ２２のソース端子に第１スイッチ１２のソース端子が接続され、第２スイッチ２２のドレーン端子にインバータＩＮＶが接続される。第２スイッチ２２は、電源装置２からの電力をモータＭに供給する場合に、ソース端子に対するゲート端子の電位を閾値電圧以下とすることで、閉状態とされる。これにより、電源装置２から出力される電力は、第２スイッチ２２及びインバータＩＮＶを介してモータＭに供給される。一方、第２スイッチ２２のソース端子に対するゲート端子の電位を閾値電圧より大きくすることで、第２スイッチ２２は開状態となり、電源装置２から出力される電力は遮断される。

第２ダイオード２１は、第２スイッチ２２と並列に接続して設けられ、第１スイッチ１２にカソード端子が接続される。本実施形態では、第２スイッチ２２は、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴが用いられる。第２ダイオード２１のカソード端子は、第２スイッチ２２のソース端子に接続され、第２ダイオード２１のアノード端子は第２スイッチ２２のドレーン端子に接続される。

温度検出部３０は、第１スイッチ部１０に隣接して設けられる。本実施形態では、温度検出部３０は、温度によって抵抗値が変化するサーミスタが用いられる。温度変化を適切に検出するために、サーミスタには一定の電位が印加される。本実施形態では、定電圧出力部５０から出力される一定の電位が印加される。定電圧出力部５０は、入力端子がダイオード５１を介して電源装置２の正端子２Ａに接続される。具体的には、定電圧出力部５０の入力端子はダイオード５１のカソード端子に接続され、ダイオード５１のアノード端子が電源装置２の正端子２Ａに接続される。定電圧出力部５０の出力端子は、サーミスタ（温度検出部３０の一例）の一方の端子に接続される。定電圧出力部５０は、例えばレギュレータを用いて構成することが可能である。これにより、電源装置２から出力される電位を、所定の電位に降圧させることが可能となる。なお、図１では、定電圧出力部５０の接地端子は省略している。

ここで、上述した温度検出部３０は第１スイッチ部１０に隣接して設けられるとは、図１に示される回路上、隣接して設けられるのではなく、実装上、隣接して設けられることを意味する。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴは、オン抵抗に応じて発熱することから、温度検出部３０を第１スイッチ１２のドレーン端子に隣接して設けると好適である。

サーミスタの他方の端子と接地電位との間には、所定の抵抗値を有する抵抗器Ｒ１が直列に接続される。これにより、サーミスタが受ける温度変化に応じて、サーミスタの他方の端子における電位を変化させることができる。すなわち、サーミスタが受ける温度変化に応じて、抵抗器Ｒ１の端子間電圧を変化させることが可能となる。この電位は温度検出部３０による検出結果として、後述する判定部４０に入力される。

本実施形態では、第１スイッチ部１０と温度検出部３０とは一つの基板に実装される。すなわち、第１スイッチ部１０と温度検出部３０とは、同じ基板に実装される。これにより、サーミスタが第１スイッチ部１０の温度を検出し易くなると共に、基板の温度も検出することになるため、基板周辺の雰囲気温度に対する第１スイッチ部１０の温度変化を検出することが可能となる。

また、本実施形態では、温度検出部３０は、第２スイッチ部２０の温度も検出する。このため、例えばサーミスタは、第１スイッチ部１０及び第２スイッチ部２０の双方に隣接して設けると好適である。係る場合、温度検出部３０を第２スイッチ２２のドレーン端子にも隣接して設けると好適である。

判定部４０は、温度検出部３０による検出結果に基づいて、第１スイッチ１２が故障しているか否かを判定する。上述したように、温度検出部３０の一例であるサーミスタが第１スイッチ部１０に隣接して設けられ、サーミスタと抵抗器Ｒ１とで定電圧出力部５０の電位が分圧される。この分圧された電位が、温度検出部３０による検出結果として判定部４０に入力される。

例えば環境温度に応じて抵抗値が大きくなる温度係数を有するサーミスタを用いている場合には、第１スイッチ１２の温度上昇に応じてサーミスタの抵抗値が大きくなることから、判定部４０に入力される電位が小さくなる。このため、予め設定された値よりも前記入力される電位が小さくなれば、第１スイッチ１２が故障していると判定することが可能となる。

また、例えば環境温度に応じて抵抗値が小さくなる温度係数を有するサーミスタを用いている場合には、第１スイッチ１２の温度上昇に応じてサーミスタの抵抗値が小さくなることから、判定部４０に入力される電位が大きくなる。このため、予め設定された値よりも前記入力される電位が大きくなれば、第１スイッチ１２が故障していると判定することが可能となる。

ここで、本実施形態では、第１スイッチ１２のソース端子とゲート端子との間に抵抗器Ｒ２が設けられ、ゲート端子にはエミッタ端子が接地されたｎｐｎ型トランジスタＴＲ１のコレクタ端子に一方の端子が接続された抵抗器Ｒ３の他方の端子が接続される。また、トランジスタＴＲ１のベース端子は抵抗器Ｒ４を介して制御部６０が接続される。制御部６０には、上述した判定部４０が備えられ、制御部６０からトランジスタＴＲ１のベース端子に所定の電位以上の電圧が印加される。

また、判定部４０により第１スイッチ１２が故障していると判定された場合には、制御部６０がトランジスタＴＲ１のベース端子に印加する電位を所定の電位未満にする。これにより、第１スイッチ１２が閉状態から開状態になり、第１スイッチ１２を介した負荷Ｌへの電力供給が停止される。なお、制御部６０及び判定部４０には、上述した定電圧出力部５０を介して電源供給が行われると良い。

同様に、第２スイッチ２２のソース端子とゲート端子との間に抵抗器Ｒ５が設けられ、ゲート端子にはエミッタ端子が接地されたｎｐｎ型トランジスタＴＲ２のコレクタ端子に一方の端子が接続された抵抗器Ｒ６の他方の端子が接続される。また、トランジスタＴＲ２のベース端子は抵抗器Ｒ７を介して制御部６０が接続される。制御部６０からは、トランジスタＴＲ２のベース端子に所定の電位以上の電圧が印加される。

判定部４０により第２スイッチ２２が故障していると判定された場合や、負荷Ｌへの通電を停止する必要がある場合には、制御部６０がトランジスタＴＲ２のベース端子に印加する電位を所定の電位未満にする。これにより、第２スイッチ２２が閉状態から開状態になり、第２スイッチ２２を介した負荷Ｌへの電力供給が停止される。

なお、上記構成にあっては、第１スイッチ１２が開状態であっても、第１ダイオード１１を介して電源装置２から第２スイッチ２２のソース端子側に電流が流れるため、第２スイッチ２２が開状態にされなければ負荷Ｌへの電力供給を停止することができない。すなわち、モータＭへの電流を遮断することができない。第１ダイオード１１を介してモータＭに電流が流れる場合、当該電流に基づく損失が第１ダイオード１１の許容損失以下であれば良いが、第１ダイオード１１の許容損失を超え、第１スイッチ部１０の温度が想定以上に高くなった場合には、制御部６０はトランジスタＴＲ２のベース端子に印加する電位を所定の電位未満にする。これにより、温度に応じて第１スイッチ１２を閉状態にすると共に、第２スイッチ２２を閉状態にして、第１ダイオード１１を流れる電流を停止することが可能となる。もちろん、上記電流に基づく損失が第１ダイオード１１の許容損失以下であっても、制御部６０はトランジスタＴＲ２のベース端子に印加する電位を所定の電位未満にするように構成しても良い。

ここで、上述したように電源装置２は車両に搭載されるバッテリである。この車両は、前輪及び後輪の双方で操舵が可能な四輪操舵車であっても良い。係る構成において、電源装置２から供給される電力によって駆動する負荷Ｌは、後輪の操舵を行う後輪操舵用モータとして用いることが可能であり、インバータＩＮＶは、制御信号（例えばＰＷＭ信号）に基づいて後輪操舵用モータの通電を制御するインバータにあたる。この場合、判定部４０は、後輪操舵用モータ及びインバータＩＮＶの通電中において第１スイッチ１２が故障しているか否かを判定することになるが、判定部４０により第１スイッチ１２が故障していると判定され、第１スイッチ１２が開状態とされた時には後輪操舵用モータが停止されるだけである。このため、前輪駆動用モータに電力供給がされていれば、車両が進行方向を変更することが可能である。

以上のように故障判定回路１は構成され、適切に故障診断を行うことが可能である。

〈その他の実施形態〉
上記実施形態では、第１スイッチ部１０と温度検出部３０とは一つの基板に実装されるとして説明したが、第１スイッチ部１０と温度検出部３０とは互いに異なる基板に実装していても良い。また、温度検出部３０は、基板の温度を検出しないように構成することも可能である。

上記実施形態では、第２スイッチ部２０を備えるとして説明したが、第２スイッチ部２０を備えなくても良い。

上記実施形態では、車両が前輪及び後輪の双方での操舵が可能な四輪操舵車であって、判定部４０は、後輪操舵用モータ及び当該後輪操舵用モータの通電を制御するインバータＩＮＶの通電中において判定するとして説明したが、本故障判定回路１は前輪操舵用モータ及び当該前輪操舵用モータを制御するインバータの通電中において判定するように構成することも可能である。

上記実施形態では、第１スイッチ１２及び第２スイッチ２２はＰ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成されるとして説明したが、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成することも可能である。係る場合、第１スイッチのソース端子を電源装置２の正端子２Ａに接続すると共に、第１スイッチのドレーン端子と第２スイッチのソース端子とを接続し、第２スイッチのドレーン端子をインバータＩＮＶに接続すると良い。また、これに伴い、夫々のゲート端子に入力する信号は、例えば電源装置２の正端子２Ａから出力される電位よりも高い電圧値の信号とすると良い。

上記実施形態では、温度検出部３０として、サーミスタを例に挙げて説明したが、温度検出部３０はサーミスタ以外のものであっても良い。

本発明は、電源装置と当該電源装置から出力される電力が供給される負荷との間に設けられる故障判定回路に用いることが可能である。

１：故障判定回路
２：電源装置
２Ａ：正端子
２Ｂ：負端子
１０：第１スイッチ部
１１：第１ダイオード
１２：第１スイッチ
２０：第２スイッチ部
２１：第２ダイオード
２２：第２スイッチ
３０：温度検出部
４０：判定部
ＩＮＶ：インバータ
Ｌ：負荷

Claims

車両に搭載される電源装置の正端子が接続された時は導通状態となり、前記電源装置の負端子が接続された時は非導通状態となる第１ダイオード、及び前記第１ダイオードと並列に接続して設けられる第１スイッチを有する第１スイッチ部と、
前記第１スイッチ部に隣接して設けられる温度検出部と、
前記温度検出部による検出結果に基づいて、前記第１スイッチが故障しているか否かを判定する判定部と、
を備える故障判定回路。
前記第１スイッチ部と前記温度検出部とは一つの基板に実装され、
前記温度検出部は、前記基板の温度も検出する請求項１に記載の故障判定回路。
前記第１スイッチ部と前記電源装置から供給される電力によって駆動する負荷との間に設けられ、前記電源装置からの電力を遮断可能な第２スイッチ、及び前記第２スイッチと並列に接続して設けられ、前記第１スイッチにカソード端子が接続される第２ダイオードを有する第２スイッチ部を更に備え、
前記温度検出部は、前記第２スイッチ部の温度も検出する請求項１又は２に記載の故障判定回路。
前記車両が前輪及び後輪の双方での操舵が可能な四輪操舵車であって、
前記判定部は、前記電源装置から供給される電力によって駆動する負荷が前記後輪の操舵を行う後輪操舵用モータ及び当該後輪操舵用モータの通電を制御するインバータの通電中において判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の故障判定回路。