デジタル入力回路およびシステム監視回路
【課題】消費電力を低減させることを目的とする。
【解決手段】デジタル入力回路の分圧回路１１において、システム４からの入力信号が伝搬する信号ラインＬ１から分岐される分岐ラインＬ２にスイッチング素子２３を設け、このスイッチング素子２３をマイクロコントローラ３の動作タイミングに応じてオンオフ制御する。これにより、スイッチング素子２３がオフとされている期間において、分圧回路１１に流れる電流を遮断でき、消費電力を低減させることが可能となる。
【解決手段】デジタル入力回路の分圧回路１１において、システム４からの入力信号が伝搬する信号ラインＬ１から分岐される分岐ラインＬ２にスイッチング素子２３を設け、このスイッチング素子２３をマイクロコントローラ３の動作タイミングに応じてオンオフ制御する。これにより、スイッチング素子２３がオフとされている期間において、分圧回路１１に流れる電流を遮断でき、消費電力を低減させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル入力回路およびシステム監視回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、マイクロコントローラのデジタル入力回路は、図６に示すように分圧回路５１とバッファ回路５２とから構成されている。分圧回路５１は、システム５４とバッファ回路５２とをインターフェースするために必要な回路であり、バッファ回路５２は分圧回路５１から出力されるアナログ信号をマイクロコントローラ５３の入力端子が定めるデジタルロジック電圧に変換する回路である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０８０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、このようなデジタル入力回路においては、システム側の電源５７と分圧回路５１内の分圧抵抗５５、５６とを接続する閉回路が常時形成されていたため、分圧回路５１には常に電流が流れることとなり、電力を消費していた。特に、複数の入力端子を有するマイクロコントローラ５３においては、各入力端子に対応して分圧抵抗が設けられるため消費電力は増大し、マイクロコントローラ５３の総消費電力に占める分圧回路５１の消費電力は無視できなくなる。また、ハイブリッド車両や電気自動車などに搭載されて、車載のシステムに適用される場合には、電力が制約される二次電池の電力を消費することとなるため、消費電力を抑えることは重要な課題であった。
【０００５】
また、分圧回路５１の分圧比を変えることで、バッファ回路５２の入力電圧を決めることが可能であるが、入力電圧を大きくしてノイズマージンを大きくしようとすると、分圧回路５１を流れる電流値も大きくなってしまい、消費電力が増大する。すなわち、ノイズマージンを大きくするためには、図６に示した抵抗５５、５６の抵抗値の比率を一定として、値を小さくすることが求められるが、そうすると、閉回路に流れる電流が増加してしまい、消費電力が増大する。このように、バッファ回路５２におけるノイズマージンと消費電力とはトレードオフの関係にあり、適切な分圧抵抗値を選択することは難しかった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、消費電力を低減させることのできるデジタル入力回路およびシステム状態監視回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、システムからの入力信号を分圧して出力する分圧回路と、前記分圧回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラに出力するバッファ回路とを備えるデジタル入力回路であって、前記分圧回路は、前記システムからの入力信号が伝搬する信号ラインに設けられた第１抵抗手段と、前記信号ラインから分岐され、基準電位点に接続される分岐ラインと、前記分岐ラインに設けられた第２抵抗手段と、前記分岐ラインにおいて、前記第２抵抗手段と前記基準電位点との間に設けられたスイッチング手段とを有し、前記スイッチング手段は、前記マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるデジタル入力回路を提供する。
【０００８】
本発明によれば、第２抵抗手段が設けられる分岐ラインにおいて、第２抵抗手段と基準電位点の間にスイッチング手段が設けられ、このスイッチング手段がマイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御される。これにより、スイッチング手段がオフ状態とされる期間においては分圧回路を開回路することができ、電流の流れを遮断することができる。これにより、消費電力を低減することができる。また、消費電力を低減できることから、分圧抵抗、すなわち、第１抵抗手段および第２抵抗手段の抵抗値を小さくすることが可能となる。これにより、バッファ回路におけるノイズマージンも大きくすることができる。
【０００９】
本発明は、システムからの入力信号を分圧して出力する分圧回路と、前記分圧回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラに出力するバッファ回路とを備えるデジタル入力回路であって、前記分圧回路は、前記システムからの入力信号が伝搬する複数の信号ラインにそれぞれ設けられた複数の第１抵抗手段と、前記信号ラインのそれぞれから分岐された分岐ラインに設けられた複数の第２抵抗手段と、複数の前記分岐ラインを接続した接続点と基準電位点とをつなぐコモンラインと、前記コモンラインに設けられたスイッチング手段とを有し、前記スイッチング手段は、前記マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるデジタル入力回路を提供する。
【００１０】
本発明によれば、複数の信号ラインのそれぞれから分岐された分岐ラインに第２抵抗を設けるとともに、複数の分岐ラインを第２抵抗よりも基準電位点側で接続し、この接続点と基準電位点とをつなぐコモンラインにスイッチング手段を設けている。このスイッチング手段は、マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるため、スイッチング手段がオフの状態にある場合には、分圧回路を開回路とすることができ、回路に流れる電流を遮断することができる。これにより、常時電流が流れている従来の回路に比べて、消費電力を低減することができる。また、消費電力を低減できることから、分圧抵抗、すなわち、第１抵抗手段および第２抵抗手段の抵抗値を小さくすることも可能となる。これにより、バッファ回路におけるノイズマージンを大きくすることができる。
【００１１】
本発明は、上記いずれかのデジタル入力回路と、前記デジタル入力回路から出力される信号が入力されるマイクロコントローラとを備え、前記マイクロコントローラは、前記システムの状態を監視するタイミングに同期して前記スイッチング手段のオンオフ制御を行うシステム監視回路を提供する。
【００１２】
本発明によれば、マイクロコントローラがシステムの状態を監視するタイミングに同期してスイッチング手段のオンオフ制御を行う。これにより、システムの状態を監視していない期間は分圧回路における電力消費を抑えることができ、無駄な電力消費を回避することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、消費電力を低減させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシステム状態監視回路の概略構成を示したブロック図である。
【図２】ヒューズの溶断検出のタイミングを示した図である。
【図３】ヒューズが溶断していない場合における、ヒューズ溶断検出時における分圧回路の電流の流れを示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るシステム状態監視回路の概略構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るシステム状態監視回路の消費電力と図６に示した従来の回路における消費電力とを比較して示した図である。
【図６】従来のデジタル入力回路の概略構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態に係るデジタル入力回路及びシステム状態監視回路について、図面を参照して説明する。本実施形態では、システム状態監視回路が車載の冷凍機システムに設けられたヒューズの溶断を監視する場合について説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るシステム状態監視回路の概略構成を示したブロック図である。図１に示すように、システム状態監視回路１は、デジタル入力回路２とマイクロコントローラ３とを備えている。
デジタル入力回路２は、冷凍機システム４からのヒューズ溶断検出信号（入力信号）を分圧して出力する分圧回路１１と、分圧回路１１から出力されたアナログ信号のヒューズ溶断検出信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラ３に出力するバッファ回路１２とを備えている。
【００１７】
分圧回路１１は、第１抵抗（第１抵抗手段）２１と第２抵抗（第２抵抗手段）２２とを備えている。第１抵抗２１は、マイクロコントローラ３へ入力されるヒューズ溶断検出信号が伝搬する信号ラインＬ１に設けられている。第２抵抗２２は、信号ラインＬ１から分岐され、基準電位点Ｇに接続される分岐ラインＬ２に設けられている。基準電位点Ｇは、例えば、フレームグラウンド（アース）である。
【００１８】
更に、分圧回路１１は、分岐ラインＬ２において、第２抵抗２２と基準電位点Ｇとの間に設けられたスイッチング素子２３を備えている。スイッチング素子２３は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ、バイポーラトランジスタなどが用いられる。
【００１９】
スイッチング素子２３のオンオフは、マイクロコントローラ３により制御される。具体的には、マイクロコントローラ３は、冷凍機システム４のヒューズの溶断を検出するタイミングに同期してスイッチング素子２３をオンさせる。
【００２０】
ヒューズの溶断検出は、図２に示すように、一定間隔で行われる。図２に示した例では、検出の周期Ｔ１を１秒とし、スイッチング素子をオンする期間Ｔ２を０．２秒として、デューティを２０％としているが、検出の周期Ｔ１およびデューティについては、システム状態監視回路１の監視対象に応じて適切な値を設定することが可能である。また、監視の周期Ｔ１及びデューティを冷凍機システム４の運転状態に応じて可変としてもよい。
【００２１】
例えば、冷凍機システム４が運転中の場合には、図２に示したように、周期Ｔ１を１秒、スイッチング素子のオン期間を０．２秒としてヒューズの溶断検出を行い、冷凍機システムが運転停止中の場合には、周期Ｔ１を１０秒、スイッチング素子のオン期間を０．２秒としてもよい。すなわち、冷凍機システム４が運転停止中の場合には、システム４の負荷が停止しているためヒューズの溶断を頻繁に行わなくても大きな問題に発展しない。したがって、上述のように、状態監視の周期を長くすることで、更なる消費電力の低減を図ることとしている。上記の例では、冷凍機システム４の運転停止時におけるデューティを２％とすることができ、冷凍機システム４の運転中に比べて消費電力を大幅に低減することができる。
【００２２】
次に、システム状態監視回路１によるヒューズの溶断検出動作について図１および図３を参照して説明する。
ヒューズの溶断検出を行うタイミングで、マイクロコントローラ３によりスイッチング素子２３がオン状態とされると、ヒューズ３１が溶断していない場合には、図３に示すように電流ＩＡが流れ、バッファ回路１２の入力電圧Ｖ０は、以下の（１）式となる。
【００２３】
Ｖ０＝Ｖｓｙｓ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） （１）
【００２４】
ここで、Ｖｓｙｓは冷凍機システム４のシステム電源（ここでは、２４Ｖ）、Ｒ１は第１抵抗２１の抵抗値、Ｒ２は第２抵抗２２の抵抗値である。
【００２５】
一方、ヒューズ３１が溶断している場合には、電流ＩＡが流れないため、バッファ回路１２の入力電圧Ｖ０は、以下の（２）式となる。
【００２６】
Ｖ０＝Ｒ２×Ｖｃｃ／（Ｒ４＋Ｒ３＋Ｒ２） （２）
【００２７】
ここで、Ｖｃｃはバッファ回路１２の電源、Ｒ４、Ｒ３はバッファ回路１２に設けられた各抵抗の抵抗値である。
【００２８】
図１に示したデジタル入力回路２によれば、ヒューズ３１が正常時の場合には、以下の（３）式に示す電圧信号Ｖｉｎが、ヒューズ溶断の場合には以下の（４）式に示す電圧信号Ｖｉｎがマイクロコントローラ３に出力される。マイクロコントローラ３は、この入力信号に基づいて冷凍機システム４のヒューズの溶断を検出する。
【００２９】
Ｖｉｎ＝０ （３）
Ｖｉｎ＝Ｖｃｃ （４）
【００３０】
また、ヒューズ３１が正常である場合における分圧回路１１の消費電力Ｐは以下の（５）式で表わされる。
【００３１】
Ｐ＝Ｖｓｙｓ２／（Ｒ１＋Ｒ２） （５）
【００３２】
以上説明してきたように、本実施形態に係るデジタル入力回路２及びシステム状態監視回路１によれば、ヒューズ３１の溶断検出を行う期間に限ってスイッチング素子２３をオン状態にするので、分圧回路１１における消費電力を低減させることができる。
これにより、例えば、車載のシステムに適用された場合には、エンジン停止中における二次電池の消費を大幅に抑えることができ、システム保守の観点において有利となる。
【００３３】
また、車載のシステムにおいては、マイクロコントローラ３を防水性の高い密閉容器内に収容することがあるが、消費電力を低減できることにより発熱による温度上昇を抑えることができ、機器の信頼性を向上させることができる。
また、分圧回路１１に流れる電流を断続的にすることで、分圧回路１１を構成する第１抵抗２１及び第２抵抗２２の部品サイズを小型化することが可能となる。これにより、回路の小型化を図ることができる。
【００３４】
以下の表１は、図６に示した従来の回路構成と本実施形態に係るシステム状態監視回路１による消費電力を比較して示したものである。従来の回路構成は分圧回路５１に常時電流が流れる構成とされているため、デューティ１００％となる。これに対し、本実施形態に係るシステム状態監視回路ではデューティを１００％未満とすることができる。以下の表では、図２に示したようにデューティ２０％の場合を示している。
【００３５】
表１では、第１抵抗２１の抵抗値と第２抵抗２２の抵抗値との合計を１２００Ω、８００Ω、６００Ωとした場合のそれぞれの消費電力を示している。このように、本実施形態に係るシステム状態監視回路１によれば、その消費電力を従来の回路における消費電力の４％程度に抑えることができる。また、消費電力を大幅に低減できることから、分圧回路の各抵抗の抵抗値を小さくすることが可能となり、ノイズマージンを大きくすることが可能となる。以下の表１では、抵抗値を６００Ωにしてノイズマージンを１２００Ωの場合の１．５倍にしても、消費電力を０．０１９Ｗと低く抑えることができることがわかる。
【００３６】
【表１】
【００３７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るデジタル入力回路及びシステム状態監視回路について、図面を参照して説明する。上述した第１実施形態に係るシステム状態監視回路１は、一つのヒューズ溶断を検出する構成であったが、本実施形態に係るシステム状態監視回路１´は、車載の冷凍機システム４に設けられている複数のヒューズの溶断をそれぞれ検出する構成を有する。
【００３８】
具体的には、図４に示すように、分圧回路１１´には冷凍機システム４が備える各ヒューズ３１に対応してヒューズ溶断検出信号が伝搬される信号ラインＬ１がそれぞれ設けられている。各信号ラインＬ１には第１抵抗２１が設けられ、また、各信号ラインＬ１から分岐された分岐ラインＬ２には、第２抵抗２２が設けられている。
更に、複数の分岐ラインＬ２は、第２抵抗２２よりもフレームグランド側において接続されており、この接続点と基準電位点ＧがコモンラインＬｃｏｍによって接続されている。コモンラインＬｃｏｍには、スイッチング素子２３が設けられている。
また、各信号ラインＬ１に対して図１に示したバッファ回路５１の内部回路がそれぞれ設けられており、例えば、それぞれの内部回路の出力信号が、マイクロコントローラ３が備える複数の入力端子にそれぞれ入力されるようになっている。
【００３９】
本実施形態に係るシステム状態監視回路１´においても、上述した第１実施形態と同様に、ヒューズ３１の溶断検出のタイミングにおいて、マイクロコントローラ３によりスイッチング素子２３がオンされる。これにより、分圧回路１１´における消費電力を低減させることができる。
【００４０】
以下の表２に、図６に示した従来の回路構成と本実施形態に係るシステム状態監視回路による消費電力を比較して示す。従来の回路構成は常時電流が流れる構成とされているため、デューティ１００％とし、本実施形態に係るシステム状態監視回路では表１と同様にデューティ２０％とした。
【００４１】
また、表２では、８本の信号ラインを有し、冷凍機システム４´に設けられた８個のヒューズ３１の溶断検出を行う場合を想定し、各信号ラインにおける第１抵抗２１の抵抗値Ｒ１と第２抵抗２２の抵抗値Ｒ２との合計を１２００Ω、８００Ω、６００Ωとした場合のそれぞれの消費電力を示している。また、図５は、以下の表２における抵抗値の和（Ｒ１＋Ｒ２）と消費電力［Ｗ］との関係をグラフ化したものである。
ここで、消費電力Ｐは、以下の（６）式で求められる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
（６）式において、ｎは信号ラインの番号、Ｉｎはｎ番目の信号ラインに流れる電流、Ｒ１ｎはｎ番目の信号ラインに設けられている第１抵抗２１の抵抗値、Ｒ２ｎはｎ番目の信号ラインに接続される分岐ラインＬ２に設けられている第２抵抗２２の抵抗値である。
【００４４】
【表２】
【００４５】
このように、本実施形態に係るシステム状態監視回路１´によれば、その消費電力を従来の回路における消費電力を大幅（例えば、４％程度）に抑えることができる。
【００４６】
なお、上記第１実施形態、第２実施形態においては、システム４におけるヒューズの溶断検出を行う場合を例示したが、システムの状態監視についてはこれに限られない。例えば、車載の装置に適用される場合には、ドアのリミットスイッチのオンオフ監視などが挙げられる。
【符号の説明】
【００４７】
１，１´ システム状態監視回路
２ デジタル入力回路
３ マイクロコントローラ
４，４´ 冷凍機システム
１１，１１´ 分圧回路
１２，１２´ バッファ回路
２１ 第１抵抗
２２ 第２抵抗
２３ スイッチング素子２３
Ｌ１ 信号ライン
Ｌ２ 分岐ライン
Ｌｃｏｍ コモンライン
Ｇ 基準電位点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル入力回路およびシステム監視回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、マイクロコントローラのデジタル入力回路は、図６に示すように分圧回路５１とバッファ回路５２とから構成されている。分圧回路５１は、システム５４とバッファ回路５２とをインターフェースするために必要な回路であり、バッファ回路５２は分圧回路５１から出力されるアナログ信号をマイクロコントローラ５３の入力端子が定めるデジタルロジック電圧に変換する回路である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０８０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、このようなデジタル入力回路においては、システム側の電源５７と分圧回路５１内の分圧抵抗５５、５６とを接続する閉回路が常時形成されていたため、分圧回路５１には常に電流が流れることとなり、電力を消費していた。特に、複数の入力端子を有するマイクロコントローラ５３においては、各入力端子に対応して分圧抵抗が設けられるため消費電力は増大し、マイクロコントローラ５３の総消費電力に占める分圧回路５１の消費電力は無視できなくなる。また、ハイブリッド車両や電気自動車などに搭載されて、車載のシステムに適用される場合には、電力が制約される二次電池の電力を消費することとなるため、消費電力を抑えることは重要な課題であった。
【０００５】
また、分圧回路５１の分圧比を変えることで、バッファ回路５２の入力電圧を決めることが可能であるが、入力電圧を大きくしてノイズマージンを大きくしようとすると、分圧回路５１を流れる電流値も大きくなってしまい、消費電力が増大する。すなわち、ノイズマージンを大きくするためには、図６に示した抵抗５５、５６の抵抗値の比率を一定として、値を小さくすることが求められるが、そうすると、閉回路に流れる電流が増加してしまい、消費電力が増大する。このように、バッファ回路５２におけるノイズマージンと消費電力とはトレードオフの関係にあり、適切な分圧抵抗値を選択することは難しかった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、消費電力を低減させることのできるデジタル入力回路およびシステム状態監視回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、システムからの入力信号を分圧して出力する分圧回路と、前記分圧回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラに出力するバッファ回路とを備えるデジタル入力回路であって、前記分圧回路は、前記システムからの入力信号が伝搬する信号ラインに設けられた第１抵抗手段と、前記信号ラインから分岐され、基準電位点に接続される分岐ラインと、前記分岐ラインに設けられた第２抵抗手段と、前記分岐ラインにおいて、前記第２抵抗手段と前記基準電位点との間に設けられたスイッチング手段とを有し、前記スイッチング手段は、前記マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるデジタル入力回路を提供する。
【０００８】
本発明によれば、第２抵抗手段が設けられる分岐ラインにおいて、第２抵抗手段と基準電位点の間にスイッチング手段が設けられ、このスイッチング手段がマイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御される。これにより、スイッチング手段がオフ状態とされる期間においては分圧回路を開回路することができ、電流の流れを遮断することができる。これにより、消費電力を低減することができる。また、消費電力を低減できることから、分圧抵抗、すなわち、第１抵抗手段および第２抵抗手段の抵抗値を小さくすることが可能となる。これにより、バッファ回路におけるノイズマージンも大きくすることができる。
【０００９】
本発明は、システムからの入力信号を分圧して出力する分圧回路と、前記分圧回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラに出力するバッファ回路とを備えるデジタル入力回路であって、前記分圧回路は、前記システムからの入力信号が伝搬する複数の信号ラインにそれぞれ設けられた複数の第１抵抗手段と、前記信号ラインのそれぞれから分岐された分岐ラインに設けられた複数の第２抵抗手段と、複数の前記分岐ラインを接続した接続点と基準電位点とをつなぐコモンラインと、前記コモンラインに設けられたスイッチング手段とを有し、前記スイッチング手段は、前記マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるデジタル入力回路を提供する。
【００１０】
本発明によれば、複数の信号ラインのそれぞれから分岐された分岐ラインに第２抵抗を設けるとともに、複数の分岐ラインを第２抵抗よりも基準電位点側で接続し、この接続点と基準電位点とをつなぐコモンラインにスイッチング手段を設けている。このスイッチング手段は、マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるため、スイッチング手段がオフの状態にある場合には、分圧回路を開回路とすることができ、回路に流れる電流を遮断することができる。これにより、常時電流が流れている従来の回路に比べて、消費電力を低減することができる。また、消費電力を低減できることから、分圧抵抗、すなわち、第１抵抗手段および第２抵抗手段の抵抗値を小さくすることも可能となる。これにより、バッファ回路におけるノイズマージンを大きくすることができる。
【００１１】
本発明は、上記いずれかのデジタル入力回路と、前記デジタル入力回路から出力される信号が入力されるマイクロコントローラとを備え、前記マイクロコントローラは、前記システムの状態を監視するタイミングに同期して前記スイッチング手段のオンオフ制御を行うシステム監視回路を提供する。
【００１２】
本発明によれば、マイクロコントローラがシステムの状態を監視するタイミングに同期してスイッチング手段のオンオフ制御を行う。これにより、システムの状態を監視していない期間は分圧回路における電力消費を抑えることができ、無駄な電力消費を回避することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、消費電力を低減させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシステム状態監視回路の概略構成を示したブロック図である。
【図２】ヒューズの溶断検出のタイミングを示した図である。
【図３】ヒューズが溶断していない場合における、ヒューズ溶断検出時における分圧回路の電流の流れを示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るシステム状態監視回路の概略構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るシステム状態監視回路の消費電力と図６に示した従来の回路における消費電力とを比較して示した図である。
【図６】従来のデジタル入力回路の概略構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態に係るデジタル入力回路及びシステム状態監視回路について、図面を参照して説明する。本実施形態では、システム状態監視回路が車載の冷凍機システムに設けられたヒューズの溶断を監視する場合について説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るシステム状態監視回路の概略構成を示したブロック図である。図１に示すように、システム状態監視回路１は、デジタル入力回路２とマイクロコントローラ３とを備えている。
デジタル入力回路２は、冷凍機システム４からのヒューズ溶断検出信号（入力信号）を分圧して出力する分圧回路１１と、分圧回路１１から出力されたアナログ信号のヒューズ溶断検出信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラ３に出力するバッファ回路１２とを備えている。
【００１７】
分圧回路１１は、第１抵抗（第１抵抗手段）２１と第２抵抗（第２抵抗手段）２２とを備えている。第１抵抗２１は、マイクロコントローラ３へ入力されるヒューズ溶断検出信号が伝搬する信号ラインＬ１に設けられている。第２抵抗２２は、信号ラインＬ１から分岐され、基準電位点Ｇに接続される分岐ラインＬ２に設けられている。基準電位点Ｇは、例えば、フレームグラウンド（アース）である。
【００１８】
更に、分圧回路１１は、分岐ラインＬ２において、第２抵抗２２と基準電位点Ｇとの間に設けられたスイッチング素子２３を備えている。スイッチング素子２３は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ、バイポーラトランジスタなどが用いられる。
【００１９】
スイッチング素子２３のオンオフは、マイクロコントローラ３により制御される。具体的には、マイクロコントローラ３は、冷凍機システム４のヒューズの溶断を検出するタイミングに同期してスイッチング素子２３をオンさせる。
【００２０】
ヒューズの溶断検出は、図２に示すように、一定間隔で行われる。図２に示した例では、検出の周期Ｔ１を１秒とし、スイッチング素子をオンする期間Ｔ２を０．２秒として、デューティを２０％としているが、検出の周期Ｔ１およびデューティについては、システム状態監視回路１の監視対象に応じて適切な値を設定することが可能である。また、監視の周期Ｔ１及びデューティを冷凍機システム４の運転状態に応じて可変としてもよい。
【００２１】
例えば、冷凍機システム４が運転中の場合には、図２に示したように、周期Ｔ１を１秒、スイッチング素子のオン期間を０．２秒としてヒューズの溶断検出を行い、冷凍機システムが運転停止中の場合には、周期Ｔ１を１０秒、スイッチング素子のオン期間を０．２秒としてもよい。すなわち、冷凍機システム４が運転停止中の場合には、システム４の負荷が停止しているためヒューズの溶断を頻繁に行わなくても大きな問題に発展しない。したがって、上述のように、状態監視の周期を長くすることで、更なる消費電力の低減を図ることとしている。上記の例では、冷凍機システム４の運転停止時におけるデューティを２％とすることができ、冷凍機システム４の運転中に比べて消費電力を大幅に低減することができる。
【００２２】
次に、システム状態監視回路１によるヒューズの溶断検出動作について図１および図３を参照して説明する。
ヒューズの溶断検出を行うタイミングで、マイクロコントローラ３によりスイッチング素子２３がオン状態とされると、ヒューズ３１が溶断していない場合には、図３に示すように電流ＩＡが流れ、バッファ回路１２の入力電圧Ｖ０は、以下の（１）式となる。
【００２３】
Ｖ０＝Ｖｓｙｓ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） （１）
【００２４】
ここで、Ｖｓｙｓは冷凍機システム４のシステム電源（ここでは、２４Ｖ）、Ｒ１は第１抵抗２１の抵抗値、Ｒ２は第２抵抗２２の抵抗値である。
【００２５】
一方、ヒューズ３１が溶断している場合には、電流ＩＡが流れないため、バッファ回路１２の入力電圧Ｖ０は、以下の（２）式となる。
【００２６】
Ｖ０＝Ｒ２×Ｖｃｃ／（Ｒ４＋Ｒ３＋Ｒ２） （２）
【００２７】
ここで、Ｖｃｃはバッファ回路１２の電源、Ｒ４、Ｒ３はバッファ回路１２に設けられた各抵抗の抵抗値である。
【００２８】
図１に示したデジタル入力回路２によれば、ヒューズ３１が正常時の場合には、以下の（３）式に示す電圧信号Ｖｉｎが、ヒューズ溶断の場合には以下の（４）式に示す電圧信号Ｖｉｎがマイクロコントローラ３に出力される。マイクロコントローラ３は、この入力信号に基づいて冷凍機システム４のヒューズの溶断を検出する。
【００２９】
Ｖｉｎ＝０ （３）
Ｖｉｎ＝Ｖｃｃ （４）
【００３０】
また、ヒューズ３１が正常である場合における分圧回路１１の消費電力Ｐは以下の（５）式で表わされる。
【００３１】
Ｐ＝Ｖｓｙｓ２／（Ｒ１＋Ｒ２） （５）
【００３２】
以上説明してきたように、本実施形態に係るデジタル入力回路２及びシステム状態監視回路１によれば、ヒューズ３１の溶断検出を行う期間に限ってスイッチング素子２３をオン状態にするので、分圧回路１１における消費電力を低減させることができる。
これにより、例えば、車載のシステムに適用された場合には、エンジン停止中における二次電池の消費を大幅に抑えることができ、システム保守の観点において有利となる。
【００３３】
また、車載のシステムにおいては、マイクロコントローラ３を防水性の高い密閉容器内に収容することがあるが、消費電力を低減できることにより発熱による温度上昇を抑えることができ、機器の信頼性を向上させることができる。
また、分圧回路１１に流れる電流を断続的にすることで、分圧回路１１を構成する第１抵抗２１及び第２抵抗２２の部品サイズを小型化することが可能となる。これにより、回路の小型化を図ることができる。
【００３４】
以下の表１は、図６に示した従来の回路構成と本実施形態に係るシステム状態監視回路１による消費電力を比較して示したものである。従来の回路構成は分圧回路５１に常時電流が流れる構成とされているため、デューティ１００％となる。これに対し、本実施形態に係るシステム状態監視回路ではデューティを１００％未満とすることができる。以下の表では、図２に示したようにデューティ２０％の場合を示している。
【００３５】
表１では、第１抵抗２１の抵抗値と第２抵抗２２の抵抗値との合計を１２００Ω、８００Ω、６００Ωとした場合のそれぞれの消費電力を示している。このように、本実施形態に係るシステム状態監視回路１によれば、その消費電力を従来の回路における消費電力の４％程度に抑えることができる。また、消費電力を大幅に低減できることから、分圧回路の各抵抗の抵抗値を小さくすることが可能となり、ノイズマージンを大きくすることが可能となる。以下の表１では、抵抗値を６００Ωにしてノイズマージンを１２００Ωの場合の１．５倍にしても、消費電力を０．０１９Ｗと低く抑えることができることがわかる。
【００３６】
【表１】
【００３７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るデジタル入力回路及びシステム状態監視回路について、図面を参照して説明する。上述した第１実施形態に係るシステム状態監視回路１は、一つのヒューズ溶断を検出する構成であったが、本実施形態に係るシステム状態監視回路１´は、車載の冷凍機システム４に設けられている複数のヒューズの溶断をそれぞれ検出する構成を有する。
【００３８】
具体的には、図４に示すように、分圧回路１１´には冷凍機システム４が備える各ヒューズ３１に対応してヒューズ溶断検出信号が伝搬される信号ラインＬ１がそれぞれ設けられている。各信号ラインＬ１には第１抵抗２１が設けられ、また、各信号ラインＬ１から分岐された分岐ラインＬ２には、第２抵抗２２が設けられている。
更に、複数の分岐ラインＬ２は、第２抵抗２２よりもフレームグランド側において接続されており、この接続点と基準電位点ＧがコモンラインＬｃｏｍによって接続されている。コモンラインＬｃｏｍには、スイッチング素子２３が設けられている。
また、各信号ラインＬ１に対して図１に示したバッファ回路５１の内部回路がそれぞれ設けられており、例えば、それぞれの内部回路の出力信号が、マイクロコントローラ３が備える複数の入力端子にそれぞれ入力されるようになっている。
【００３９】
本実施形態に係るシステム状態監視回路１´においても、上述した第１実施形態と同様に、ヒューズ３１の溶断検出のタイミングにおいて、マイクロコントローラ３によりスイッチング素子２３がオンされる。これにより、分圧回路１１´における消費電力を低減させることができる。
【００４０】
以下の表２に、図６に示した従来の回路構成と本実施形態に係るシステム状態監視回路による消費電力を比較して示す。従来の回路構成は常時電流が流れる構成とされているため、デューティ１００％とし、本実施形態に係るシステム状態監視回路では表１と同様にデューティ２０％とした。
【００４１】
また、表２では、８本の信号ラインを有し、冷凍機システム４´に設けられた８個のヒューズ３１の溶断検出を行う場合を想定し、各信号ラインにおける第１抵抗２１の抵抗値Ｒ１と第２抵抗２２の抵抗値Ｒ２との合計を１２００Ω、８００Ω、６００Ωとした場合のそれぞれの消費電力を示している。また、図５は、以下の表２における抵抗値の和（Ｒ１＋Ｒ２）と消費電力［Ｗ］との関係をグラフ化したものである。
ここで、消費電力Ｐは、以下の（６）式で求められる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
（６）式において、ｎは信号ラインの番号、Ｉｎはｎ番目の信号ラインに流れる電流、Ｒ１ｎはｎ番目の信号ラインに設けられている第１抵抗２１の抵抗値、Ｒ２ｎはｎ番目の信号ラインに接続される分岐ラインＬ２に設けられている第２抵抗２２の抵抗値である。
【００４４】
【表２】
【００４５】
このように、本実施形態に係るシステム状態監視回路１´によれば、その消費電力を従来の回路における消費電力を大幅（例えば、４％程度）に抑えることができる。
【００４６】
なお、上記第１実施形態、第２実施形態においては、システム４におけるヒューズの溶断検出を行う場合を例示したが、システムの状態監視についてはこれに限られない。例えば、車載の装置に適用される場合には、ドアのリミットスイッチのオンオフ監視などが挙げられる。
【符号の説明】
【００４７】
１，１´ システム状態監視回路
２ デジタル入力回路
３ マイクロコントローラ
４，４´ 冷凍機システム
１１，１１´ 分圧回路
１２，１２´ バッファ回路
２１ 第１抵抗
２２ 第２抵抗
２３ スイッチング素子２３
Ｌ１ 信号ライン
Ｌ２ 分岐ライン
Ｌｃｏｍ コモンライン
Ｇ 基準電位点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムからの入力信号を分圧して出力する分圧回路と、前記分圧回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラに出力するバッファ回路とを備えるデジタル入力回路であって、
前記分圧回路は、
前記システムからの入力信号が伝搬する信号ラインに設けられた第１抵抗手段と、
前記信号ラインから分岐され、基準電位点に接続される分岐ラインと、
前記分岐ラインに設けられた第２抵抗手段と、
前記分岐ラインにおいて、前記第２抵抗手段と前記基準電位点との間に設けられたスイッチング手段と
を有し、
前記スイッチング手段は、前記マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるデジタル入力回路。
【請求項２】
システムからの入力信号を分圧して出力する分圧回路と、前記分圧回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラに出力するバッファ回路とを備えるデジタル入力回路であって、
前記分圧回路は、
前記システムからの入力信号が伝搬する複数の信号ラインにそれぞれ設けられた複数の第１抵抗手段と、
前記信号ラインのそれぞれから分岐された分岐ラインに設けられた複数の第２抵抗手段と、
複数の前記分岐ラインを接続した接続点と基準電位点とをつなぐコモンラインと、
前記コモンラインに設けられたスイッチング手段と
を有し、
前記スイッチング手段は、前記マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるデジタル入力回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のデジタル入力回路と、
前記デジタル入力回路から出力される信号が入力されるマイクロコントローラと
を備え、
前記マイクロコントローラは、前記システムの状態を監視するタイミングに同期して前記スイッチング手段のオンオフ制御を行うシステム監視回路。
【請求項１】
システムからの入力信号を分圧して出力する分圧回路と、前記分圧回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラに出力するバッファ回路とを備えるデジタル入力回路であって、
前記分圧回路は、
前記システムからの入力信号が伝搬する信号ラインに設けられた第１抵抗手段と、
前記信号ラインから分岐され、基準電位点に接続される分岐ラインと、
前記分岐ラインに設けられた第２抵抗手段と、
前記分岐ラインにおいて、前記第２抵抗手段と前記基準電位点との間に設けられたスイッチング手段と
を有し、
前記スイッチング手段は、前記マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるデジタル入力回路。
【請求項２】
システムからの入力信号を分圧して出力する分圧回路と、前記分圧回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコントローラに出力するバッファ回路とを備えるデジタル入力回路であって、
前記分圧回路は、
前記システムからの入力信号が伝搬する複数の信号ラインにそれぞれ設けられた複数の第１抵抗手段と、
前記信号ラインのそれぞれから分岐された分岐ラインに設けられた複数の第２抵抗手段と、
複数の前記分岐ラインを接続した接続点と基準電位点とをつなぐコモンラインと、
前記コモンラインに設けられたスイッチング手段と
を有し、
前記スイッチング手段は、前記マイクロコントローラの動作タイミングに応じてオンオフ制御が行われるデジタル入力回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のデジタル入力回路と、
前記デジタル入力回路から出力される信号が入力されるマイクロコントローラと
を備え、
前記マイクロコントローラは、前記システムの状態を監視するタイミングに同期して前記スイッチング手段のオンオフ制御を行うシステム監視回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１７０５５（Ｐ２０１２−２１７０５５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１１９１（Ｐ２０１１−８１１９１）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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