負荷駆動回路
【課題】ユーザに対して異常が発生する前兆を事前に報知することができる負荷駆動回路を提供する。
【解決手段】検出回路１４にて、過電流の発生やその前兆および他の異常の発生を検出し、温度上昇に基づいて過電流の発生やその前兆を検出したり、実際に半導体スイッチング素子１２を通じて負荷３に流されている電流に基づいて過電流の発生やその前兆を検出すると共に、負荷３への電源電圧の印加の状態の異常、例えば負荷オープンと出力ＯＮ故障および出力ＯＦＦ故障の発生を検出する。そして、過電流の前兆が検出されると、前兆ダイアグ回路１８ｃにその旨を伝え、それに対応する前兆ダイアグ信号を発生させる。
【解決手段】検出回路１４にて、過電流の発生やその前兆および他の異常の発生を検出し、温度上昇に基づいて過電流の発生やその前兆を検出したり、実際に半導体スイッチング素子１２を通じて負荷３に流されている電流に基づいて過電流の発生やその前兆を検出すると共に、負荷３への電源電圧の印加の状態の異常、例えば負荷オープンと出力ＯＮ故障および出力ＯＦＦ故障の発生を検出する。そして、過電流の前兆が検出されると、前兆ダイアグ回路１８ｃにその旨を伝え、それに対応する前兆ダイアグ信号を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷への電源供給の状態の異常の発生に加えて異常の前兆を報知することができる負荷駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１において、異常が発生したことを報知することができる車両用電子制御装置（以下、ＥＣＵという）が開示されている。具体的には、市場にて内部回路が保護できずに破壊された状態でＥＣＵが回収された場合に、部品の不良によってＥＣＵが破壊されたのか、それとも実際に過電圧やバッテリの逆接続が発生したために破壊されたのかが分からないことから、特許文献１に開示されたＥＣＵでは、過電圧や過電流が入力された際に、それをメモリとして記憶することで、その履歴が分かるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５３８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるＥＣＵでは、異常が発生したときに制御が行われるのであって、ＥＣＵによる出力を遮断して回路を積極的に保護するといった制御を行ったり、ユーザの意思に反して出力を遮断してしまうときに、その前兆をユーザに教えることはできない。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、ユーザに対して異常が発生する前兆を事前に報知することができる負荷駆動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】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電源（２）から負荷（３）への電圧印加のオンオフを制御する半導体スイッチング素子（１２）と、スイッチ（４）の投入状態に応じた入力信号に基づいて制御信号を出力する入力回路（１０）と、該入力回路（１０）が出力する制御信号に基づいて半導体スイッチング素子（１２）のオンオフを制御する出力制御回路（１１）とを備えた負荷駆動回路において、負荷（３）への電源供給の状態の異常の発生およびその前兆を検出し、異常の前兆を示す前兆信号を出力する異常検出回路（１３〜１７）と、異常検出回路（１３〜１７）で検出された異常の前兆を示す前兆信号を出力する前兆ダイアグ回路（１８ｃ）とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
このように、異常検出回路（１３〜１７）にて異常の発生のみでなく、異常の前兆に関しても検出するようにしている。このため、ユーザに対して異常の発生を報知するだけでなく、異常の前兆を事前に報知することが可能となる。
【０００８】
具体的には、請求項２に記載したように、異常検出回路（１３〜１７）にて、負荷に供給される負荷電流が過大であることを示す過電流の発生およびその前兆の検出を行い、前兆ダイアグ回路（１８ｃ）では、異常検出回路（１３〜１７）から過電流の前兆が検出されたことを示す前兆信号が伝えられることにより、過電流の前兆を示す前兆ダイアグ信号が出力されるようにすることができる。
【０００９】
例えば、請求項３に記載したように、異常検出回路（１３〜１７）にて、負荷電流が異常閾値を超えている継続時間が故障判定時間（Ｔ）に至ると過電流の発生と判定し、負荷電流が異常閾値以下の前兆閾値を超えている継続時間が故障判定時間（Ｔ）よりも短い前兆判定時間（Ｔ’）に至るか、もしくは、異常閾値よりも小さい前兆閾値を超えている継続時間が故障判定時間（Ｔ）以下の前兆判定時間（Ｔ’）に至ると過電流の前兆と判定することができる。
【００１０】
このような異常検出回路（１３〜１７）として、例えば請求項４に記載したように、負荷（３）に供給される負荷電流もしくは負荷（３）に印加される電圧を直接検出することで、過電流の発生およびその前兆を検出する過電流検出回路（１５ａ）を備えることができる。
【００１１】
また、請求項５に示すように、負荷（３）に流れる負荷電流に基づく半導体スイッチング素子（１２）の温度上昇を検出することで過電流の発生およびその前兆を検出する加熱検出回路（１５ｂ）を備えることもできる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる負荷駆動回路１および負荷駆動回路１が接続される各部を示したブロック図である。
【図２】過電流の前兆もしくは発生の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【図３】負荷オープンなどの各種異常の前兆もしくは発生の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【図４】異常判定に閾値のみを使う場合の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【図５】ダイアグ信号をシリアル信号にて出力する場合の構成を示したブロック図である。
【図６】過去ダイアグ回路１８ｂへの記憶形態の変形例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかる負荷駆動回路１および負荷駆動回路１が接続される各部を示したブロック図である。以下、この図を参照して、本実施形態にかかる負荷駆動回路１などについて説明する。
【００１６】
図１に示される負荷駆動回路１は、バッテリなどの電源２からの電力供給に基づいて、例えば車両用のヘッドランプなどの負荷３を駆動するものである。具体的には、負荷駆動回路１の入力端子１ａにスイッチ４が接続されていると共に、電源端子１ｂに電源２が接続され、出力端子１ｃに負荷３が接続されている。そして、負荷駆動回路１は、ユーザによるスイッチ４の操作状態に応じた入力信号が入力端子１ａを通じて入力されることで、その入力信号に応じて電源端子１ｂから入力される電源電圧を出力端子１ｃに接続された負荷３に対して印加する。
【００１７】
スイッチ４は、一方の接点がグランド接続されており、スイッチ４が投入されることで入力端子１ａの電位がグランド電位となる。このため、入力信号がスイッチ４の投入前にはハイレベル、投入後にはローレベルとなり、この入力信号の電位に応じて負荷３への電圧印加のオンオフが制御される。
【００１８】
負荷駆動回路１は、入力回路１０、出力制御回路１１、半導体スイッチング素子１２、温度検出回路１３、検出回路１４、外部ショート検出回路１５、負荷オープン検出回路１６、内部故障検出回路１７、ダイアグ出力回路１８およびＯＲ回路１９ａ〜１９ｃを備えている。これらのうち、温度検出回路１３、検出回路１４、外部ショート検出回路１５、負荷オープン検出回路１６、内部故障検出回路１７が本発明の異常検出回路を構成するものである。
【００１９】
入力回路１０は、入力端子１ａを通じて入力される入力信号に応じて出力制御回路１１による半導体スイッチング素子１２の駆動を制御するものである。例えば、入力回路１０は、スイッチ４が投下されて入力信号がローレベルのときには、出力制御回路１１にて半導体スイッチング素子１２をオンさせる制御信号を出力し、スイッチ４が遮断されて入力信号がハイレベルのときには、出力制御回路１１にて半導体スイッチング素子１２をオフさせる制御信号を出力する。
【００２０】
出力制御回路１１は、入力回路１０から入力される制御信号に基づいて半導体スイッチング素子１２をオンオフ駆動する。例えば、出力制御回路１１は、入力回路１０から入力される制御信号が半導体スイッチング素子１２をオンさせることを指示しているときにはハイレベルを出力し、半導体スイッチング素子１２をオフさせることを指示しているときにはローレベルを出力する。また、出力制御回路１１は、外部ショート検出回路１５での検出結果を示す信号を入力し、この検出結果に基づいて、過電流発生時に入力回路１０からの制御信号に関わらず半導体スイッチング素子１２をオフすることで負荷３に対して流される電流（以下、負荷電流という）が過大となる状態、つまり過電流の発生が継続することを抑制している。
【００２１】
半導体スイッチング素子１２は、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどによって構成され、出力制御回路１１の出力に応じてオンオフされる。そして、半導体スイッチング素子１２がオンされると、電源端子１ｂを通じて入力される電源２の電圧が出力端子１ｃを通じて負荷３に印加される。
【００２２】
温度検出回路１３は、半導体スイッチング素子１２の温度を検出するためのものである。例えば、温度検出回路１３は、直列接続された複数のダイオードなどによって構成されており、図示しない定電圧源の電圧が複数のダイオードに印加され、複数のダイオードの順電圧Ｖｆが温度特性によって変化することから、半導体スイッチング素子１２の温度に応じて複数のダイオードに流れる電流の値もしくは複数のダイオード全体での電圧降下量が変動する。この電流値もしくは電圧降下量が半導体スイッチング素子１２の温度を示していることから、温度検出回路１３は、これら電流値もしくは電圧降下量を検出回路１４に出力する。
【００２３】
検出回路１４は、負荷３への電源供給の状態の異常の発生や前兆を検出する。具体的には、検出回路１４は、過電流の発生やその前兆および他の異常の発生を検出しており、温度上昇に基づいて過電流の発生やその前兆を検出したり、実際に半導体スイッチング素子１２を通じて負荷３に流されている電流に基づいて過電流の発生やその前兆を検出すると共に、負荷３への電源電圧の印加の状態の異常、例えば負荷オープンと出力ＯＮ故障および出力ＯＦＦ故障の発生を検出する。
【００２４】
具体的には、検出回路１４には、温度検出回路１３の出力が入力されている。この温度検出回路１３の出力に基づいて、検出回路１４で半導体スイッチング素子１２の温度上昇を検出することで過電流の発生やその前兆を検出している。すなわち、温度上昇は、負荷電流の大きさに応じた半導体スイッチング素子１２の発熱に起因しているため、温度検出回路１３で検出される電流値もしくは電圧降下量により負荷電流を推定できる。このため、温度検出回路１３で検出される電流値もしくは電圧降下量を検出回路１４に入力することによって検出回路１４で負荷電流を推定し、それに基づいて過電流の発生やその前兆を検出する。
【００２５】
また、検出回路１４には、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電圧が入力されている。そして、検出回路１４は、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が負荷３に印加されている電圧を表していることから、この電圧から負荷３に流される負荷電流を推定し、過電流の発生やその前兆を検出する。例えば、過電流は負荷３のショートなどに起因して発生するため、過電流が発生しているときには例えば半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が大幅に低下して零に近くなる。これを検出することで、過電流やその前兆を検出することができる。さらに、検出回路１４は、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電圧に基づいて、負荷オープンや出力ＯＮ故障および出力ＯＦＦ故障やその前兆の検出を行っている。
【００２６】
負荷オープンとは、半導体スイッチング素子１２がオンしている状態であるにも関わらず、負荷３に対して電流が流れていないような状況を意味しており、負荷３に接続される経路（例えばワイヤ）の断線などが該当する。例えば、負荷３に対して電流が流れないために半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が電源電圧となっている場合など、負荷オープンが発生していないときと異なる電位のときに、負荷オープンを検出している。出力ＯＮ故障とは、半導体スイッチング素子１２をオフしても電源２による電圧印加が続けられてしまう状態を意味しており、電源端子１ｂや出力端子１ｃよりも内側、つまり負荷駆動回路１内での故障が該当する。出力ＯＦＦ故障とは、半導体スイッチング素子１２をオンしても電源２からの電圧印加が行われない状態を意味しており、例えば半導体スイッチング素子１２のオープン故障などが該当する。
【００２７】
そして、検出回路１４は、過電流の発生やその前兆を検出したり、負荷オープンや出力ＯＮ故障および出力ＯＦＦ故障の発生を検出すると、それを示す信号を外部ショート検出回路１５や負荷オープン検出回路１６および内部故障検出回路１７に出力することで、各部に過電流の発生やその前兆および異常の発生を伝えている。
【００２８】
なお、ここでは、検出回路１４に半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が入力されるようにすることで過電流の発生やその前兆を検出しているが、他の手法であっても構わない。例えば、半導体スイッチング素子１２を負荷３に対して電流供給を行うメイン素子とメイン素子に流れる電流に比例しつつ十分に小さな電流を流すセンス素子とを有したカレントミラー回路にて構成し、センス素子側の電流が検出回路１４に入力されるようにしても、過電流を直接検出することができる。
【００２９】
外部ショート検出回路１５は、負荷短絡などの外部ショートを検出する。外部ショート時には、過電流が発生することから、過電流の発生やその前兆を検出することで、外部ショートを検出している。具体的には、外部ショート検出回路１５には、過電流検出回路１５ａと加熱検出回路１５ｂが備えられている。
【００３０】
過電流検出回路１５ａは、検出回路１４が半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位に基づいて過電流の発生やその前兆を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、過電流検出回路１５ａからハイレベルが出力される。また、加熱検出回路１５ｂは、検出回路１４が温度上昇に基づいて過電流の発生やその前兆を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、加熱検出回路１５ｂからハイレベルが出力される。
【００３１】
そして、過電流検出回路１５ａや加熱検出回路１５ｂによる過電流の発生もしくは加熱の発生の前兆を示す信号（以下、前兆信号という）は、第１ＯＲ回路１９ａに入力され、過電流検出回路１５ａと加熱検出回路１５ｂの前兆信号のいずれか一方でもハイレベルであれば、第１ＯＲ回路１９ａからも前兆信号としてハイレベルが出力される。また、過電流検出回路１５ａや加熱検出回路１５ｂによる過電流の発生もしくは加熱の発生を示す信号（以下、発生信号という）は、第２ＯＲ回路１９ｂに入力され、過電流検出回路１５ａと加熱検出回路１５ｂの発生信号のいずれか一方でもハイレベルであれば、第２ＯＲ回路１９ｂからも発生信号としてハイレベルが出力される。
【００３２】
負荷オープン検出回路１６は、検出回路１４が負荷オープンの発生を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、負荷オープン検出回路１６からハイレベルが出力される。
【００３３】
内部故障検出回路１７は、負荷駆動回路１の内部の故障を検出する。具体的には、内部故障検出回路１７には、出力ＯＮ故障検出回路１７ａと出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂが備えられている。
【００３４】
出力ＯＮ故障検出回路１７ａは、検出回路１４が半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位に基づいて出力ＯＮ故障の発生を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、出力ＯＮ故障検出回路１７ａからハイレベルが出力される。また、出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂは、検出回路１４が出力ＯＦＦ故障の発生を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂからハイレベルが出力される。
【００３５】
そして、出力ＯＮ故障検出回路１７ａや出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂによる出力ＯＮ故障や出力ＯＦＦ故障の発生を示す信号は、第３ＯＲ回路１９ｃに入力され、出力ＯＮ故障検出回路１７ａと出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂの出力のいずれか一方でもハイレベルであれば、第３ＯＲ回路１９ｃからもハイレベルが出力される。
【００３６】
ダイアグ出力回路１８は、過電流の発生やその前兆もしくは異常の発生時に、それを示すダイアグ信号（検査信号）を出力するものである。具体的には、ダイアグ出力回路１８には、現在ダイアグ回路１８ａと過去ダイアグ回路１８ｂおよび前兆ダイアグ回路１８ｃが備えられている。
【００３７】
現在ダイアグ回路１８ａは、現在の状況を示すダイアグ信号を出力するもので、外部ショート検出回路１５や負荷オープン検出回路１６および内部故障検出回路１７の検出結果に応じた現在ダイアグ信号を出力として発生させる。具体的には、現在ダイアグ回路１８ａは、第２ＯＲ回路１９ｂの出力や負荷オープン検出回路１６および第３ＯＲ回路１９ｃの出力を受け取り、それに対応する現在ダイアグ信号を発生させる。
【００３８】
過去ダイアグ回路１８ｂは、現在ダイアグ回路１８ａと連動して外部ショート検出回路１５の検出結果が示すダイアグ状態を図示しないメモリに記憶し、その記憶内容に応じた過去ダイアグ信号を出力として発生させる。例えば、過去ダイアグ回路１８ｂは、所定周期毎に現在のダイアグ状態に更新しているが、スイッチ４を遮断した時には遮断直前に記憶していた内容をそのまま保持する。そして、例えば、ダイアグツールなどによる消去指令が外部から入力されると、記憶していたダイアグ状態をリセットする。
【００３９】
前兆ダイアグ回路１８ｃは、過電流の発生の前兆を示すダイアグ信号を出力するもので、外部ショート検出回路１５の検出結果に応じた現在ダイアグ信号を出力として発生させる。具体的には、前兆ダイアグ回路１８ｃは、第１ＯＲ回路１９ａの出力を受け取り、それに対応する前兆ダイアグ信号を発生させる。
【００４０】
これら現在ダイアグ回路１８ａが発生させる現在ダイアグ信号、過去ダイアグ回路１８ｂが発生させる過去ダイアグ信号および前兆ダイアグ回路１８ｃが発生させる前兆ダイアグ信号は、それぞれ、第１〜第３ダイアグ出力端子１ｄ〜１ｆから出力される。
【００４１】
そして、これら第１〜第３ダイアグ出力端子１ｄ〜１ｆから出力される各種ダイアグ信号が例えば負荷駆動回路１の外部に備えられたボデーＥＣＵ５などの他のＥＣＵに入力され、ボデーＥＣＵ５で過電流の発生の前兆があることや過電流の発生もしくは異常の発生が読み取られる。これに基づき、過電流の発生の前兆があることや過電流の発生もしくは異常の発生時に、ボデーＥＣＵ５からウォーニングランプ６に対して報知指令信号が出力される。これにより、ウォーニングランプ６にて、過電流の発生の前兆があることや過電流の発生もしくは異常の発生がユーザに対して報知される。
【００４２】
続いて、上記のように構成された負荷駆動回路１の作動について説明する。まず、スイッチ４が投入される前のときには、入力端子１ａを通じて入力回路１０に入力される入力信号がローレベルになっていないため、入力回路１０からは半導体スイッチング素子１２をオンさせる制御信号が出力されない。このため、出力制御回路１１の出力もローレベルとなり、半導体スイッチング素子１２がオフされ、負荷３に対して電源２の電源電圧が印加されない。
【００４３】
次に、スイッチ４が投入されると、入力端子１ａを通じて入力回路１０に入力される入力信号がローレベルになるため、入力回路１０から半導体スイッチング素子１２をオンさせる制御信号が出力される。このため、出力制御回路１１の出力がハイレベルになって半導体スイッチング素子１２がオンされ、負荷３に対して電源２の電源電圧が印加される。これにより、負荷３が駆動される。例えば、負荷３がヘッドランプであれば、ヘッドランプが点灯される。
【００４４】
このとき、負荷３のショートなどによる外部ショートが発生すると、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が零に近い電圧になる。この電位に基づいて検出回路１４で過電流検出が行われる。例えば、検出回路１４では、過電流の判定に時間と閾値の双方を用いている。
【００４５】
図２は、過電流の前兆もしくは発生の判定イメージを示したタイミングチャートである。上述したように、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位から負荷電流が推定される。この負荷電流が、図２に示されるように過電流になる前兆があると想定される前兆閾値を超え、かつ、その超えている時間が前兆判定時間Ｔ’を超えている場合には過電流が発生する前兆があると判定する。また、推定された負荷電流が過電流になっていると想定される異常閾値を超え、かつ、その超えている時間が前兆判定時間Ｔ’よりも長い故障判定時間Ｔを超えている場合には過電流の発生と判定し、例えば半導体スイッチング素子１２を遮断して負荷３への電圧印加を遮断する。このようにすることで、過電流の発生だけでなく、過電流の発生の前兆も検出することができる。
【００４６】
なお、ここでは、前兆判定時間Ｔ’を故障判定時間Ｔよりも短く、前兆閾値を異常閾値よりも小さく設定しているが、前兆閾値を異常閾値よりも小さくすれば前兆判定時間Ｔ’を故障判定時間Ｔと等しくしても良いし、逆に、前兆判定時間Ｔ’を故障判定時間Ｔよりも短くすれば前兆閾値を異常閾値と等しくしても良い。つまり、前兆判定時間Ｔ’が故障判定時間Ｔ以下の長さにしつつ前兆閾値を異常閾値よりも小さな値とするか、もしくは、前兆閾値を異常閾値以下にしつつ前兆判定時間Ｔ’を故障判定時間Ｔよりも短くすれば良い。
【００４７】
また、同様の検出手法により、加熱検出も行っている。すなわち、図２に示したように、加熱検出に関しても、温度検出回路１３で検出される電流値もしくは電圧降下量が検出回路１４に入力され、それらから負荷電流が推定される。そして、この負荷電流が過電流になる前兆があると想定される前兆閾値を超え、かつ、その超えている時間が前兆判定時間Ｔ’を超えている場合には過電流が発生する前兆があると判定する。さらに、推定された負荷電流が過電流になっていると想定される異常閾値を超え、かつ、その超えている時間が故障判定時間Ｔを超えている場合には過電流の発生と判定する。このように、加熱検出においても、過電流に起因すると想定される加熱状態を時間と閾値の双方で判定することができる。これにより、加熱検出に基づく過電流の発生を検出することができるし、過電流の発生の前兆の検出することもできる。
【００４８】
そして、このようにして過電流の発生の前兆が検出されると、検出回路１４から過電流検出回路１５ａに過電流の発生の前兆を検出したことを示す信号が出力され、過電流検出回路１５ａや加熱検出回路１５ｂから第１ＯＲ回路１９ａにハイレベルが出力される。この信号が前兆ダイアグ回路１８ｃに入力され、前兆ダイアグ回路１８ｃが前兆ダイアグ信号を発生させる。
【００４９】
さらに、負荷オープンや出力ＯＮ故障もしくは出力ＯＦＦ故障が発生した場合には、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が故障時と異なる電位となる。この状態が所定時間継続しているような場合に、異常の前兆もしくは異常が発生したと判定している。
【００５０】
例えば、負荷オープンが発生している異常時には、スイッチ４が投入されて半導体スイッチング素子１２がオンされているにも関わらず、負荷３に電源電圧が印加されないため、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が負荷オープンが発生していない正常時よりも高くなったり、逆に低くなったりする。つまり、検出回路１４に入力される電位が異常時には正常時と異なる値となるため、異なった値の継続時間が故障判定時間Ｔを超えたときには負荷オープンの発生と判定する。同様に、出力ＯＮ故障や出力ＯＦＦ故障が発生したときにも、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が正常時と異なる値となるため、異なった値の継続時間が故障判定時間Ｔを超えたときに出力ＯＮ故障や出力ＯＦＦ故障の発生と判定する。
【００５１】
このようにして、過電流、負荷オープン、出力ＯＮ故障もしくは出力ＯＦＦ故障の発生が検出されると、検出回路１４からこれらの異常の発生を示す信号が出力される。これに基づき、過電流検出回路１５ａもしくは加熱検出回路１５ｂから第２ＯＲ回路１９ｂにハイレベルが出力されることで第２ＯＲ回路１９ｂからハイレベルが出力されたり、負荷オープン検出回路１６からハイレベルが出力されたり、出力ＯＮ故障検出回路１７ａや出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂから第３ＯＲ回路１９ｃにハイレベルが出力されることで第３ＯＲ回路１９ｃからハイレベルが出力される。この信号が現在ダイアグ回路１８ａに入力され、現在ダイアグ回路１８ａが現在ダイアグ信号を発生させる。
【００５２】
また、現在ダイアグ回路１８ａに同期して過去ダイアグ回路１８ｂのメモリにも現在のダイアグ状態が記憶されていき、それに基づいて過去ダイアグ回路１８ｂが過去ダイアグ信号を発生させる。
【００５３】
そして、上記したように、前兆ダイアグ信号や現在ダイアグ信号もしくは過去ダイアグ信号が出力されると、それらの信号がボデーＥＣＵ５に入力されるため、ボデーＥＣＵ５から各信号に応じた報知指令信号がウォーニングランプ６に対して出力される。これにより、前兆ダイアグ信号が出力されたときには、ウォーニングランプ６のうち過電流の前兆を示すランプが点灯させられ、現在ダイアグ信号が出力されたときにはウォーニングランプ６のうち過電流の発生や他の異常の発生を示すランプが点灯させられるなど、過電流や異常の発生状況に応じた報知を行うことができる。
【００５４】
以上説明した本実施形態の負荷駆動回路１では、過電流の発生のみでなく、過電流の前兆に関しても検出するようにしている。このため、ユーザに対して過電流の発生を報知するだけでなく、過電流の前兆を事前に報知することが可能となる。したがって、例えば、ユーザの意思に反して負荷駆動回路１の出力を遮断して負荷３への電圧印加を停止するような場合にも、その前兆をユーザに対して教えることができる。
【００５５】
（他の実施形態）
（１）上記実施形態では、過電流に関してのみその前兆があることを検出するようにしていたが、他の異常に関してもその前兆があることを検出し、ユーザに対して報知するようにしても良い。
【００５６】
図３を参照して、負荷オープンや出力ＯＮ故障もしくは出力ＯＦＦ故障の発生の前兆を検出する場合について説明する。図３は、上記した負荷オープンなどの各種異常の前兆もしくは発生の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【００５７】
例えば、負荷オープンが発生している異常時には、スイッチ４が投入されて半導体スイッチング素子１２がオンされているにも関わらず、負荷３に電源電圧が印加されないため、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が負荷オープンが発生していない正常時よりも高くなったり、逆に低くなったりする。つまり、図３に示されるように、検出回路１４に入力される電位が異常時には正常時と異なる値となるため、故障判定時間Ｔを超えると、負荷オープンの発生と判定している。そして、例えば半導体スイッチング素子１２を遮断して負荷３への電圧印加を遮断する。このため、異なった値の継続時間が故障判定時間Ｔよりも短い前兆判定時間Ｔ’を超えたときに負荷オープンが発生する前兆があると判定することで、負荷オープンの前兆を検出することも可能となる。このように、他の異常に関しても、異常が発生する前に、事前にその前兆を検出し、ユーザに報知するようにしても良い。なお、出力ＯＮ故障や出力ＯＦＦ故障についても、同様の検出手法によって、それらの前兆を検出することができる。
【００５８】
（２）上記では、過電流の判定に時間と閾値の双方を用いている場合について説明しており、負荷オープンなどの他の異常に関しては異常の判定に時間のみを用いる場合について説明しているが、これらの異常の判定に閾値のみを使っても良い。図４は、異常判定に閾値のみを使う場合の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【００５９】
例えば、過電流に関しては、推定される負荷電流が異常閾値を超えたときに過電流の発生と判定し、例えば半導体スイッチング素子１２を遮断して負荷３への電圧印加を遮断することもできる。このため、図４に示したように、過電流の発生と判定される異常閾値よりも低い前兆閾値を設定し、負荷電流が前兆閾値を超えたときに過電流の前兆と判定するようにしても良い。このような判定手法としても、過電流が発生する前に、事前にその前兆を検出して、ユーザに報知することができる。なお、ここでは過電流について説明したが、負荷オープンや出力ＯＮ故障もしくは出力ＯＦＦ故障についても、同様の検出手法によって、それらの前兆を検出することができる。
【００６０】
（３）上記実施形態では、図１に示したように、現在ダイアグ回路１８ａや過去ダイアグ回路１８ｂおよび前兆ダイアグ回路１８ｃが出力する各ダイアグ信号がそれぞれ別々のラインを通じてボデーＥＣＵ５に入力されるようにした例を示した。これに対して、各ダイアグ信号が１本の出力ラインを通じてボデーＥＣＵ５に入力されるようにしても良い。
【００６１】
例えば、図５に示すように各ダイアグ信号をシリアル信号に変換するためのシリアル変換回路１８ｄを備え、シリアル変換回路１８ｄに各ダイアグ信号を入力し、シリアル信号に変換する。そして、シリアル変換回路１８ｄから一本の出力ラインを通じてシリアル信号を出力し、ボデーＥＣＵ５に入力されるようにすることもできる。
【００６２】
（４）上記実施形態では、現在ダイアグ回路１８ａに連動して過去ダイアグ回路１８ｂのメモリに外部ショート検出回路１５の検出結果を記憶させるようにしているが、必ずしも連動して記憶させる必要はない。例えば、図６に示すように、現在ダイアグ回路１８ａに対して外部ショート検出回路１５の検出結果が入力されるようにしておくと共に、イグニッションスイッチがＯＦＦされたときに、現在ダイアグ回路１８ａの内容が過去ダイアグ回路１８ｂに記憶されるようにしても良い。
【００６３】
（５）上記実施形態では、温度検出回路１３、検出回路１４、外部ショート検出回路１５、負荷オープン検出回路１６、内部故障検出回路１７にて異常検出回路を構成している。そして、検出回路１４にて過電流の発生や前兆を検出したとき、もしくは、他の異常を検出したときに、その旨の信号を外部ショート検出回路１５や負荷オープン検出回路１６もしくは内部故障検出回路１７に対して出力し、これら各回路１５〜１７から（もしくは第１〜第３ＯＲ回路１９ａ〜１９ｂを通じて）ダイアグ出力回路１８にダイアグ状態を伝えている。しかしながら、この構成は異常検出回路の単なる一例を示したに過ぎず、他の構成としても構わない。例えば、検出回路１４を備えずに、温度検出回路１３の検出結果が加熱検出回路１５ｂに直接入力されるようにして、加熱検出回路１５ｂで加熱状態の判定を行うようにしても良い。また、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が過電流検出回路１５ａや負荷オープン検出回路１６もしくは内部故障検出回路１７に直接入力されるようにし、これらの各回路１５ａ、１６、１７で過電流や負荷オープンなどの異常の判定を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１ 負荷駆動回路
２ 電源
３ 負荷
４ スイッチ
５ ボデーＥＣＵ
６ ウォーニングランプ
１０ 入力回路
１１ 出力制御回路
１２ 半導体スイッチング素子
１３ 温度検出回路
１４ 検出回路
１５ 外部ショート検出回路
１５ａ 過電流検出回路
１５ｂ 加熱検出回路
１６ 負荷オープン検出回路
１７ 内部故障検出回路
１７ａ 出力ＯＮ故障検出回路
１７ｂ 出力ＯＦＦ故障検出回路
１８ ダイアグ出力回路
１８ａ 現在ダイアグ回路
１８ｂ 過去ダイアグ回路
１８ｃ 前兆ダイアグ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷への電源供給の状態の異常の発生に加えて異常の前兆を報知することができる負荷駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１において、異常が発生したことを報知することができる車両用電子制御装置（以下、ＥＣＵという）が開示されている。具体的には、市場にて内部回路が保護できずに破壊された状態でＥＣＵが回収された場合に、部品の不良によってＥＣＵが破壊されたのか、それとも実際に過電圧やバッテリの逆接続が発生したために破壊されたのかが分からないことから、特許文献１に開示されたＥＣＵでは、過電圧や過電流が入力された際に、それをメモリとして記憶することで、その履歴が分かるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５３８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるＥＣＵでは、異常が発生したときに制御が行われるのであって、ＥＣＵによる出力を遮断して回路を積極的に保護するといった制御を行ったり、ユーザの意思に反して出力を遮断してしまうときに、その前兆をユーザに教えることはできない。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、ユーザに対して異常が発生する前兆を事前に報知することができる負荷駆動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】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電源（２）から負荷（３）への電圧印加のオンオフを制御する半導体スイッチング素子（１２）と、スイッチ（４）の投入状態に応じた入力信号に基づいて制御信号を出力する入力回路（１０）と、該入力回路（１０）が出力する制御信号に基づいて半導体スイッチング素子（１２）のオンオフを制御する出力制御回路（１１）とを備えた負荷駆動回路において、負荷（３）への電源供給の状態の異常の発生およびその前兆を検出し、異常の前兆を示す前兆信号を出力する異常検出回路（１３〜１７）と、異常検出回路（１３〜１７）で検出された異常の前兆を示す前兆信号を出力する前兆ダイアグ回路（１８ｃ）とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
このように、異常検出回路（１３〜１７）にて異常の発生のみでなく、異常の前兆に関しても検出するようにしている。このため、ユーザに対して異常の発生を報知するだけでなく、異常の前兆を事前に報知することが可能となる。
【０００８】
具体的には、請求項２に記載したように、異常検出回路（１３〜１７）にて、負荷に供給される負荷電流が過大であることを示す過電流の発生およびその前兆の検出を行い、前兆ダイアグ回路（１８ｃ）では、異常検出回路（１３〜１７）から過電流の前兆が検出されたことを示す前兆信号が伝えられることにより、過電流の前兆を示す前兆ダイアグ信号が出力されるようにすることができる。
【０００９】
例えば、請求項３に記載したように、異常検出回路（１３〜１７）にて、負荷電流が異常閾値を超えている継続時間が故障判定時間（Ｔ）に至ると過電流の発生と判定し、負荷電流が異常閾値以下の前兆閾値を超えている継続時間が故障判定時間（Ｔ）よりも短い前兆判定時間（Ｔ’）に至るか、もしくは、異常閾値よりも小さい前兆閾値を超えている継続時間が故障判定時間（Ｔ）以下の前兆判定時間（Ｔ’）に至ると過電流の前兆と判定することができる。
【００１０】
このような異常検出回路（１３〜１７）として、例えば請求項４に記載したように、負荷（３）に供給される負荷電流もしくは負荷（３）に印加される電圧を直接検出することで、過電流の発生およびその前兆を検出する過電流検出回路（１５ａ）を備えることができる。
【００１１】
また、請求項５に示すように、負荷（３）に流れる負荷電流に基づく半導体スイッチング素子（１２）の温度上昇を検出することで過電流の発生およびその前兆を検出する加熱検出回路（１５ｂ）を備えることもできる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる負荷駆動回路１および負荷駆動回路１が接続される各部を示したブロック図である。
【図２】過電流の前兆もしくは発生の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【図３】負荷オープンなどの各種異常の前兆もしくは発生の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【図４】異常判定に閾値のみを使う場合の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【図５】ダイアグ信号をシリアル信号にて出力する場合の構成を示したブロック図である。
【図６】過去ダイアグ回路１８ｂへの記憶形態の変形例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかる負荷駆動回路１および負荷駆動回路１が接続される各部を示したブロック図である。以下、この図を参照して、本実施形態にかかる負荷駆動回路１などについて説明する。
【００１６】
図１に示される負荷駆動回路１は、バッテリなどの電源２からの電力供給に基づいて、例えば車両用のヘッドランプなどの負荷３を駆動するものである。具体的には、負荷駆動回路１の入力端子１ａにスイッチ４が接続されていると共に、電源端子１ｂに電源２が接続され、出力端子１ｃに負荷３が接続されている。そして、負荷駆動回路１は、ユーザによるスイッチ４の操作状態に応じた入力信号が入力端子１ａを通じて入力されることで、その入力信号に応じて電源端子１ｂから入力される電源電圧を出力端子１ｃに接続された負荷３に対して印加する。
【００１７】
スイッチ４は、一方の接点がグランド接続されており、スイッチ４が投入されることで入力端子１ａの電位がグランド電位となる。このため、入力信号がスイッチ４の投入前にはハイレベル、投入後にはローレベルとなり、この入力信号の電位に応じて負荷３への電圧印加のオンオフが制御される。
【００１８】
負荷駆動回路１は、入力回路１０、出力制御回路１１、半導体スイッチング素子１２、温度検出回路１３、検出回路１４、外部ショート検出回路１５、負荷オープン検出回路１６、内部故障検出回路１７、ダイアグ出力回路１８およびＯＲ回路１９ａ〜１９ｃを備えている。これらのうち、温度検出回路１３、検出回路１４、外部ショート検出回路１５、負荷オープン検出回路１６、内部故障検出回路１７が本発明の異常検出回路を構成するものである。
【００１９】
入力回路１０は、入力端子１ａを通じて入力される入力信号に応じて出力制御回路１１による半導体スイッチング素子１２の駆動を制御するものである。例えば、入力回路１０は、スイッチ４が投下されて入力信号がローレベルのときには、出力制御回路１１にて半導体スイッチング素子１２をオンさせる制御信号を出力し、スイッチ４が遮断されて入力信号がハイレベルのときには、出力制御回路１１にて半導体スイッチング素子１２をオフさせる制御信号を出力する。
【００２０】
出力制御回路１１は、入力回路１０から入力される制御信号に基づいて半導体スイッチング素子１２をオンオフ駆動する。例えば、出力制御回路１１は、入力回路１０から入力される制御信号が半導体スイッチング素子１２をオンさせることを指示しているときにはハイレベルを出力し、半導体スイッチング素子１２をオフさせることを指示しているときにはローレベルを出力する。また、出力制御回路１１は、外部ショート検出回路１５での検出結果を示す信号を入力し、この検出結果に基づいて、過電流発生時に入力回路１０からの制御信号に関わらず半導体スイッチング素子１２をオフすることで負荷３に対して流される電流（以下、負荷電流という）が過大となる状態、つまり過電流の発生が継続することを抑制している。
【００２１】
半導体スイッチング素子１２は、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどによって構成され、出力制御回路１１の出力に応じてオンオフされる。そして、半導体スイッチング素子１２がオンされると、電源端子１ｂを通じて入力される電源２の電圧が出力端子１ｃを通じて負荷３に印加される。
【００２２】
温度検出回路１３は、半導体スイッチング素子１２の温度を検出するためのものである。例えば、温度検出回路１３は、直列接続された複数のダイオードなどによって構成されており、図示しない定電圧源の電圧が複数のダイオードに印加され、複数のダイオードの順電圧Ｖｆが温度特性によって変化することから、半導体スイッチング素子１２の温度に応じて複数のダイオードに流れる電流の値もしくは複数のダイオード全体での電圧降下量が変動する。この電流値もしくは電圧降下量が半導体スイッチング素子１２の温度を示していることから、温度検出回路１３は、これら電流値もしくは電圧降下量を検出回路１４に出力する。
【００２３】
検出回路１４は、負荷３への電源供給の状態の異常の発生や前兆を検出する。具体的には、検出回路１４は、過電流の発生やその前兆および他の異常の発生を検出しており、温度上昇に基づいて過電流の発生やその前兆を検出したり、実際に半導体スイッチング素子１２を通じて負荷３に流されている電流に基づいて過電流の発生やその前兆を検出すると共に、負荷３への電源電圧の印加の状態の異常、例えば負荷オープンと出力ＯＮ故障および出力ＯＦＦ故障の発生を検出する。
【００２４】
具体的には、検出回路１４には、温度検出回路１３の出力が入力されている。この温度検出回路１３の出力に基づいて、検出回路１４で半導体スイッチング素子１２の温度上昇を検出することで過電流の発生やその前兆を検出している。すなわち、温度上昇は、負荷電流の大きさに応じた半導体スイッチング素子１２の発熱に起因しているため、温度検出回路１３で検出される電流値もしくは電圧降下量により負荷電流を推定できる。このため、温度検出回路１３で検出される電流値もしくは電圧降下量を検出回路１４に入力することによって検出回路１４で負荷電流を推定し、それに基づいて過電流の発生やその前兆を検出する。
【００２５】
また、検出回路１４には、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電圧が入力されている。そして、検出回路１４は、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が負荷３に印加されている電圧を表していることから、この電圧から負荷３に流される負荷電流を推定し、過電流の発生やその前兆を検出する。例えば、過電流は負荷３のショートなどに起因して発生するため、過電流が発生しているときには例えば半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が大幅に低下して零に近くなる。これを検出することで、過電流やその前兆を検出することができる。さらに、検出回路１４は、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電圧に基づいて、負荷オープンや出力ＯＮ故障および出力ＯＦＦ故障やその前兆の検出を行っている。
【００２６】
負荷オープンとは、半導体スイッチング素子１２がオンしている状態であるにも関わらず、負荷３に対して電流が流れていないような状況を意味しており、負荷３に接続される経路（例えばワイヤ）の断線などが該当する。例えば、負荷３に対して電流が流れないために半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が電源電圧となっている場合など、負荷オープンが発生していないときと異なる電位のときに、負荷オープンを検出している。出力ＯＮ故障とは、半導体スイッチング素子１２をオフしても電源２による電圧印加が続けられてしまう状態を意味しており、電源端子１ｂや出力端子１ｃよりも内側、つまり負荷駆動回路１内での故障が該当する。出力ＯＦＦ故障とは、半導体スイッチング素子１２をオンしても電源２からの電圧印加が行われない状態を意味しており、例えば半導体スイッチング素子１２のオープン故障などが該当する。
【００２７】
そして、検出回路１４は、過電流の発生やその前兆を検出したり、負荷オープンや出力ＯＮ故障および出力ＯＦＦ故障の発生を検出すると、それを示す信号を外部ショート検出回路１５や負荷オープン検出回路１６および内部故障検出回路１７に出力することで、各部に過電流の発生やその前兆および異常の発生を伝えている。
【００２８】
なお、ここでは、検出回路１４に半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が入力されるようにすることで過電流の発生やその前兆を検出しているが、他の手法であっても構わない。例えば、半導体スイッチング素子１２を負荷３に対して電流供給を行うメイン素子とメイン素子に流れる電流に比例しつつ十分に小さな電流を流すセンス素子とを有したカレントミラー回路にて構成し、センス素子側の電流が検出回路１４に入力されるようにしても、過電流を直接検出することができる。
【００２９】
外部ショート検出回路１５は、負荷短絡などの外部ショートを検出する。外部ショート時には、過電流が発生することから、過電流の発生やその前兆を検出することで、外部ショートを検出している。具体的には、外部ショート検出回路１５には、過電流検出回路１５ａと加熱検出回路１５ｂが備えられている。
【００３０】
過電流検出回路１５ａは、検出回路１４が半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位に基づいて過電流の発生やその前兆を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、過電流検出回路１５ａからハイレベルが出力される。また、加熱検出回路１５ｂは、検出回路１４が温度上昇に基づいて過電流の発生やその前兆を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、加熱検出回路１５ｂからハイレベルが出力される。
【００３１】
そして、過電流検出回路１５ａや加熱検出回路１５ｂによる過電流の発生もしくは加熱の発生の前兆を示す信号（以下、前兆信号という）は、第１ＯＲ回路１９ａに入力され、過電流検出回路１５ａと加熱検出回路１５ｂの前兆信号のいずれか一方でもハイレベルであれば、第１ＯＲ回路１９ａからも前兆信号としてハイレベルが出力される。また、過電流検出回路１５ａや加熱検出回路１５ｂによる過電流の発生もしくは加熱の発生を示す信号（以下、発生信号という）は、第２ＯＲ回路１９ｂに入力され、過電流検出回路１５ａと加熱検出回路１５ｂの発生信号のいずれか一方でもハイレベルであれば、第２ＯＲ回路１９ｂからも発生信号としてハイレベルが出力される。
【００３２】
負荷オープン検出回路１６は、検出回路１４が負荷オープンの発生を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、負荷オープン検出回路１６からハイレベルが出力される。
【００３３】
内部故障検出回路１７は、負荷駆動回路１の内部の故障を検出する。具体的には、内部故障検出回路１７には、出力ＯＮ故障検出回路１７ａと出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂが備えられている。
【００３４】
出力ＯＮ故障検出回路１７ａは、検出回路１４が半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位に基づいて出力ＯＮ故障の発生を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、出力ＯＮ故障検出回路１７ａからハイレベルが出力される。また、出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂは、検出回路１４が出力ＯＦＦ故障の発生を検出したことを示す信号を出力すると、その信号を入力してそれに応じた信号を発生させる。例えば、本実施形態の場合には、出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂからハイレベルが出力される。
【００３５】
そして、出力ＯＮ故障検出回路１７ａや出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂによる出力ＯＮ故障や出力ＯＦＦ故障の発生を示す信号は、第３ＯＲ回路１９ｃに入力され、出力ＯＮ故障検出回路１７ａと出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂの出力のいずれか一方でもハイレベルであれば、第３ＯＲ回路１９ｃからもハイレベルが出力される。
【００３６】
ダイアグ出力回路１８は、過電流の発生やその前兆もしくは異常の発生時に、それを示すダイアグ信号（検査信号）を出力するものである。具体的には、ダイアグ出力回路１８には、現在ダイアグ回路１８ａと過去ダイアグ回路１８ｂおよび前兆ダイアグ回路１８ｃが備えられている。
【００３７】
現在ダイアグ回路１８ａは、現在の状況を示すダイアグ信号を出力するもので、外部ショート検出回路１５や負荷オープン検出回路１６および内部故障検出回路１７の検出結果に応じた現在ダイアグ信号を出力として発生させる。具体的には、現在ダイアグ回路１８ａは、第２ＯＲ回路１９ｂの出力や負荷オープン検出回路１６および第３ＯＲ回路１９ｃの出力を受け取り、それに対応する現在ダイアグ信号を発生させる。
【００３８】
過去ダイアグ回路１８ｂは、現在ダイアグ回路１８ａと連動して外部ショート検出回路１５の検出結果が示すダイアグ状態を図示しないメモリに記憶し、その記憶内容に応じた過去ダイアグ信号を出力として発生させる。例えば、過去ダイアグ回路１８ｂは、所定周期毎に現在のダイアグ状態に更新しているが、スイッチ４を遮断した時には遮断直前に記憶していた内容をそのまま保持する。そして、例えば、ダイアグツールなどによる消去指令が外部から入力されると、記憶していたダイアグ状態をリセットする。
【００３９】
前兆ダイアグ回路１８ｃは、過電流の発生の前兆を示すダイアグ信号を出力するもので、外部ショート検出回路１５の検出結果に応じた現在ダイアグ信号を出力として発生させる。具体的には、前兆ダイアグ回路１８ｃは、第１ＯＲ回路１９ａの出力を受け取り、それに対応する前兆ダイアグ信号を発生させる。
【００４０】
これら現在ダイアグ回路１８ａが発生させる現在ダイアグ信号、過去ダイアグ回路１８ｂが発生させる過去ダイアグ信号および前兆ダイアグ回路１８ｃが発生させる前兆ダイアグ信号は、それぞれ、第１〜第３ダイアグ出力端子１ｄ〜１ｆから出力される。
【００４１】
そして、これら第１〜第３ダイアグ出力端子１ｄ〜１ｆから出力される各種ダイアグ信号が例えば負荷駆動回路１の外部に備えられたボデーＥＣＵ５などの他のＥＣＵに入力され、ボデーＥＣＵ５で過電流の発生の前兆があることや過電流の発生もしくは異常の発生が読み取られる。これに基づき、過電流の発生の前兆があることや過電流の発生もしくは異常の発生時に、ボデーＥＣＵ５からウォーニングランプ６に対して報知指令信号が出力される。これにより、ウォーニングランプ６にて、過電流の発生の前兆があることや過電流の発生もしくは異常の発生がユーザに対して報知される。
【００４２】
続いて、上記のように構成された負荷駆動回路１の作動について説明する。まず、スイッチ４が投入される前のときには、入力端子１ａを通じて入力回路１０に入力される入力信号がローレベルになっていないため、入力回路１０からは半導体スイッチング素子１２をオンさせる制御信号が出力されない。このため、出力制御回路１１の出力もローレベルとなり、半導体スイッチング素子１２がオフされ、負荷３に対して電源２の電源電圧が印加されない。
【００４３】
次に、スイッチ４が投入されると、入力端子１ａを通じて入力回路１０に入力される入力信号がローレベルになるため、入力回路１０から半導体スイッチング素子１２をオンさせる制御信号が出力される。このため、出力制御回路１１の出力がハイレベルになって半導体スイッチング素子１２がオンされ、負荷３に対して電源２の電源電圧が印加される。これにより、負荷３が駆動される。例えば、負荷３がヘッドランプであれば、ヘッドランプが点灯される。
【００４４】
このとき、負荷３のショートなどによる外部ショートが発生すると、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が零に近い電圧になる。この電位に基づいて検出回路１４で過電流検出が行われる。例えば、検出回路１４では、過電流の判定に時間と閾値の双方を用いている。
【００４５】
図２は、過電流の前兆もしくは発生の判定イメージを示したタイミングチャートである。上述したように、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位から負荷電流が推定される。この負荷電流が、図２に示されるように過電流になる前兆があると想定される前兆閾値を超え、かつ、その超えている時間が前兆判定時間Ｔ’を超えている場合には過電流が発生する前兆があると判定する。また、推定された負荷電流が過電流になっていると想定される異常閾値を超え、かつ、その超えている時間が前兆判定時間Ｔ’よりも長い故障判定時間Ｔを超えている場合には過電流の発生と判定し、例えば半導体スイッチング素子１２を遮断して負荷３への電圧印加を遮断する。このようにすることで、過電流の発生だけでなく、過電流の発生の前兆も検出することができる。
【００４６】
なお、ここでは、前兆判定時間Ｔ’を故障判定時間Ｔよりも短く、前兆閾値を異常閾値よりも小さく設定しているが、前兆閾値を異常閾値よりも小さくすれば前兆判定時間Ｔ’を故障判定時間Ｔと等しくしても良いし、逆に、前兆判定時間Ｔ’を故障判定時間Ｔよりも短くすれば前兆閾値を異常閾値と等しくしても良い。つまり、前兆判定時間Ｔ’が故障判定時間Ｔ以下の長さにしつつ前兆閾値を異常閾値よりも小さな値とするか、もしくは、前兆閾値を異常閾値以下にしつつ前兆判定時間Ｔ’を故障判定時間Ｔよりも短くすれば良い。
【００４７】
また、同様の検出手法により、加熱検出も行っている。すなわち、図２に示したように、加熱検出に関しても、温度検出回路１３で検出される電流値もしくは電圧降下量が検出回路１４に入力され、それらから負荷電流が推定される。そして、この負荷電流が過電流になる前兆があると想定される前兆閾値を超え、かつ、その超えている時間が前兆判定時間Ｔ’を超えている場合には過電流が発生する前兆があると判定する。さらに、推定された負荷電流が過電流になっていると想定される異常閾値を超え、かつ、その超えている時間が故障判定時間Ｔを超えている場合には過電流の発生と判定する。このように、加熱検出においても、過電流に起因すると想定される加熱状態を時間と閾値の双方で判定することができる。これにより、加熱検出に基づく過電流の発生を検出することができるし、過電流の発生の前兆の検出することもできる。
【００４８】
そして、このようにして過電流の発生の前兆が検出されると、検出回路１４から過電流検出回路１５ａに過電流の発生の前兆を検出したことを示す信号が出力され、過電流検出回路１５ａや加熱検出回路１５ｂから第１ＯＲ回路１９ａにハイレベルが出力される。この信号が前兆ダイアグ回路１８ｃに入力され、前兆ダイアグ回路１８ｃが前兆ダイアグ信号を発生させる。
【００４９】
さらに、負荷オープンや出力ＯＮ故障もしくは出力ＯＦＦ故障が発生した場合には、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が故障時と異なる電位となる。この状態が所定時間継続しているような場合に、異常の前兆もしくは異常が発生したと判定している。
【００５０】
例えば、負荷オープンが発生している異常時には、スイッチ４が投入されて半導体スイッチング素子１２がオンされているにも関わらず、負荷３に電源電圧が印加されないため、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が負荷オープンが発生していない正常時よりも高くなったり、逆に低くなったりする。つまり、検出回路１４に入力される電位が異常時には正常時と異なる値となるため、異なった値の継続時間が故障判定時間Ｔを超えたときには負荷オープンの発生と判定する。同様に、出力ＯＮ故障や出力ＯＦＦ故障が発生したときにも、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が正常時と異なる値となるため、異なった値の継続時間が故障判定時間Ｔを超えたときに出力ＯＮ故障や出力ＯＦＦ故障の発生と判定する。
【００５１】
このようにして、過電流、負荷オープン、出力ＯＮ故障もしくは出力ＯＦＦ故障の発生が検出されると、検出回路１４からこれらの異常の発生を示す信号が出力される。これに基づき、過電流検出回路１５ａもしくは加熱検出回路１５ｂから第２ＯＲ回路１９ｂにハイレベルが出力されることで第２ＯＲ回路１９ｂからハイレベルが出力されたり、負荷オープン検出回路１６からハイレベルが出力されたり、出力ＯＮ故障検出回路１７ａや出力ＯＦＦ故障検出回路１７ｂから第３ＯＲ回路１９ｃにハイレベルが出力されることで第３ＯＲ回路１９ｃからハイレベルが出力される。この信号が現在ダイアグ回路１８ａに入力され、現在ダイアグ回路１８ａが現在ダイアグ信号を発生させる。
【００５２】
また、現在ダイアグ回路１８ａに同期して過去ダイアグ回路１８ｂのメモリにも現在のダイアグ状態が記憶されていき、それに基づいて過去ダイアグ回路１８ｂが過去ダイアグ信号を発生させる。
【００５３】
そして、上記したように、前兆ダイアグ信号や現在ダイアグ信号もしくは過去ダイアグ信号が出力されると、それらの信号がボデーＥＣＵ５に入力されるため、ボデーＥＣＵ５から各信号に応じた報知指令信号がウォーニングランプ６に対して出力される。これにより、前兆ダイアグ信号が出力されたときには、ウォーニングランプ６のうち過電流の前兆を示すランプが点灯させられ、現在ダイアグ信号が出力されたときにはウォーニングランプ６のうち過電流の発生や他の異常の発生を示すランプが点灯させられるなど、過電流や異常の発生状況に応じた報知を行うことができる。
【００５４】
以上説明した本実施形態の負荷駆動回路１では、過電流の発生のみでなく、過電流の前兆に関しても検出するようにしている。このため、ユーザに対して過電流の発生を報知するだけでなく、過電流の前兆を事前に報知することが可能となる。したがって、例えば、ユーザの意思に反して負荷駆動回路１の出力を遮断して負荷３への電圧印加を停止するような場合にも、その前兆をユーザに対して教えることができる。
【００５５】
（他の実施形態）
（１）上記実施形態では、過電流に関してのみその前兆があることを検出するようにしていたが、他の異常に関してもその前兆があることを検出し、ユーザに対して報知するようにしても良い。
【００５６】
図３を参照して、負荷オープンや出力ＯＮ故障もしくは出力ＯＦＦ故障の発生の前兆を検出する場合について説明する。図３は、上記した負荷オープンなどの各種異常の前兆もしくは発生の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【００５７】
例えば、負荷オープンが発生している異常時には、スイッチ４が投入されて半導体スイッチング素子１２がオンされているにも関わらず、負荷３に電源電圧が印加されないため、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が負荷オープンが発生していない正常時よりも高くなったり、逆に低くなったりする。つまり、図３に示されるように、検出回路１４に入力される電位が異常時には正常時と異なる値となるため、故障判定時間Ｔを超えると、負荷オープンの発生と判定している。そして、例えば半導体スイッチング素子１２を遮断して負荷３への電圧印加を遮断する。このため、異なった値の継続時間が故障判定時間Ｔよりも短い前兆判定時間Ｔ’を超えたときに負荷オープンが発生する前兆があると判定することで、負荷オープンの前兆を検出することも可能となる。このように、他の異常に関しても、異常が発生する前に、事前にその前兆を検出し、ユーザに報知するようにしても良い。なお、出力ＯＮ故障や出力ＯＦＦ故障についても、同様の検出手法によって、それらの前兆を検出することができる。
【００５８】
（２）上記では、過電流の判定に時間と閾値の双方を用いている場合について説明しており、負荷オープンなどの他の異常に関しては異常の判定に時間のみを用いる場合について説明しているが、これらの異常の判定に閾値のみを使っても良い。図４は、異常判定に閾値のみを使う場合の判定イメージを示したタイミングチャートである。
【００５９】
例えば、過電流に関しては、推定される負荷電流が異常閾値を超えたときに過電流の発生と判定し、例えば半導体スイッチング素子１２を遮断して負荷３への電圧印加を遮断することもできる。このため、図４に示したように、過電流の発生と判定される異常閾値よりも低い前兆閾値を設定し、負荷電流が前兆閾値を超えたときに過電流の前兆と判定するようにしても良い。このような判定手法としても、過電流が発生する前に、事前にその前兆を検出して、ユーザに報知することができる。なお、ここでは過電流について説明したが、負荷オープンや出力ＯＮ故障もしくは出力ＯＦＦ故障についても、同様の検出手法によって、それらの前兆を検出することができる。
【００６０】
（３）上記実施形態では、図１に示したように、現在ダイアグ回路１８ａや過去ダイアグ回路１８ｂおよび前兆ダイアグ回路１８ｃが出力する各ダイアグ信号がそれぞれ別々のラインを通じてボデーＥＣＵ５に入力されるようにした例を示した。これに対して、各ダイアグ信号が１本の出力ラインを通じてボデーＥＣＵ５に入力されるようにしても良い。
【００６１】
例えば、図５に示すように各ダイアグ信号をシリアル信号に変換するためのシリアル変換回路１８ｄを備え、シリアル変換回路１８ｄに各ダイアグ信号を入力し、シリアル信号に変換する。そして、シリアル変換回路１８ｄから一本の出力ラインを通じてシリアル信号を出力し、ボデーＥＣＵ５に入力されるようにすることもできる。
【００６２】
（４）上記実施形態では、現在ダイアグ回路１８ａに連動して過去ダイアグ回路１８ｂのメモリに外部ショート検出回路１５の検出結果を記憶させるようにしているが、必ずしも連動して記憶させる必要はない。例えば、図６に示すように、現在ダイアグ回路１８ａに対して外部ショート検出回路１５の検出結果が入力されるようにしておくと共に、イグニッションスイッチがＯＦＦされたときに、現在ダイアグ回路１８ａの内容が過去ダイアグ回路１８ｂに記憶されるようにしても良い。
【００６３】
（５）上記実施形態では、温度検出回路１３、検出回路１４、外部ショート検出回路１５、負荷オープン検出回路１６、内部故障検出回路１７にて異常検出回路を構成している。そして、検出回路１４にて過電流の発生や前兆を検出したとき、もしくは、他の異常を検出したときに、その旨の信号を外部ショート検出回路１５や負荷オープン検出回路１６もしくは内部故障検出回路１７に対して出力し、これら各回路１５〜１７から（もしくは第１〜第３ＯＲ回路１９ａ〜１９ｂを通じて）ダイアグ出力回路１８にダイアグ状態を伝えている。しかしながら、この構成は異常検出回路の単なる一例を示したに過ぎず、他の構成としても構わない。例えば、検出回路１４を備えずに、温度検出回路１３の検出結果が加熱検出回路１５ｂに直接入力されるようにして、加熱検出回路１５ｂで加熱状態の判定を行うようにしても良い。また、半導体スイッチング素子１２のローサイド側の電位が過電流検出回路１５ａや負荷オープン検出回路１６もしくは内部故障検出回路１７に直接入力されるようにし、これらの各回路１５ａ、１６、１７で過電流や負荷オープンなどの異常の判定を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１ 負荷駆動回路
２ 電源
３ 負荷
４ スイッチ
５ ボデーＥＣＵ
６ ウォーニングランプ
１０ 入力回路
１１ 出力制御回路
１２ 半導体スイッチング素子
１３ 温度検出回路
１４ 検出回路
１５ 外部ショート検出回路
１５ａ 過電流検出回路
１５ｂ 加熱検出回路
１６ 負荷オープン検出回路
１７ 内部故障検出回路
１７ａ 出力ＯＮ故障検出回路
１７ｂ 出力ＯＦＦ故障検出回路
１８ ダイアグ出力回路
１８ａ 現在ダイアグ回路
１８ｂ 過去ダイアグ回路
１８ｃ 前兆ダイアグ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源（２）から負荷（３）への電圧印加のオンオフを制御する半導体スイッチング素子（１２）と、
スイッチ（４）の投入状態に応じた入力信号に基づいて制御信号を出力する入力回路（１０）と、
該入力回路（１０）が出力する制御信号に基づいて前記半導体スイッチング素子（１２）のオンオフを制御する出力制御回路（１１）とを備えた負荷駆動回路において、
前記負荷（３）への電源供給の状態の異常の発生およびその前兆を検出し、異常の前兆を示す前兆信号を出力する異常検出回路（１３〜１７）と、
前記異常検出回路（１３〜１７）で検出された異常の前兆を示す前兆信号を出力する前兆ダイアグ回路（１８ｃ）とを備えていることを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項２】
前記異常検出回路（１３〜１７）は、前記負荷に供給される負荷電流が過大であることを示す過電流の発生およびその前兆の検出を行っており、
前記前兆ダイアグ回路（１８ｃ）は、前記異常検出回路（１３〜１７）から過電流の前兆が検出されたことを示す前記前兆信号が伝えられることにより、前記過電流の前兆を示す前兆ダイアグ信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動回路。
【請求項３】
前記異常検出回路（１３〜１７）は、前記負荷電流が異常閾値を超えている継続時間が故障判定時間（Ｔ）に至ると前記過電流の発生と判定すると共に、前記負荷電流が前記異常閾値以下の前兆閾値を超えている継続時間が前記故障判定時間（Ｔ）よりも短い前兆判定時間（Ｔ’）に至るか、もしくは、前記異常閾値よりも小さい前兆閾値を超えている継続時間が前記故障判定時間（Ｔ）以下の前兆判定時間（Ｔ’）に至ると前記過電流の前兆と判定することを特徴とする請求項２に記載の負荷駆動回路。
【請求項４】
前記異常検出回路（１３〜１７）には、前記負荷（３）に供給される負荷電流もしくは前記負荷（３）に印加される電圧を直接検出することで、前記過電流の発生およびその前兆を検出する過電流検出回路（１５ａ）が備えられていることを特徴とする請求項２または３に記載の負荷駆動回路。
【請求項５】
前記異常検出回路（１３〜１７）には、前記負荷（３）に流れる負荷電流に基づく前記半導体スイッチング素子（１２）の温度上昇を検出することで前記過電流の発生およびその前兆を検出する加熱検出回路（１５ｂ）が備えられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の負荷駆動回路。
【請求項１】
電源（２）から負荷（３）への電圧印加のオンオフを制御する半導体スイッチング素子（１２）と、
スイッチ（４）の投入状態に応じた入力信号に基づいて制御信号を出力する入力回路（１０）と、
該入力回路（１０）が出力する制御信号に基づいて前記半導体スイッチング素子（１２）のオンオフを制御する出力制御回路（１１）とを備えた負荷駆動回路において、
前記負荷（３）への電源供給の状態の異常の発生およびその前兆を検出し、異常の前兆を示す前兆信号を出力する異常検出回路（１３〜１７）と、
前記異常検出回路（１３〜１７）で検出された異常の前兆を示す前兆信号を出力する前兆ダイアグ回路（１８ｃ）とを備えていることを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項２】
前記異常検出回路（１３〜１７）は、前記負荷に供給される負荷電流が過大であることを示す過電流の発生およびその前兆の検出を行っており、
前記前兆ダイアグ回路（１８ｃ）は、前記異常検出回路（１３〜１７）から過電流の前兆が検出されたことを示す前記前兆信号が伝えられることにより、前記過電流の前兆を示す前兆ダイアグ信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動回路。
【請求項３】
前記異常検出回路（１３〜１７）は、前記負荷電流が異常閾値を超えている継続時間が故障判定時間（Ｔ）に至ると前記過電流の発生と判定すると共に、前記負荷電流が前記異常閾値以下の前兆閾値を超えている継続時間が前記故障判定時間（Ｔ）よりも短い前兆判定時間（Ｔ’）に至るか、もしくは、前記異常閾値よりも小さい前兆閾値を超えている継続時間が前記故障判定時間（Ｔ）以下の前兆判定時間（Ｔ’）に至ると前記過電流の前兆と判定することを特徴とする請求項２に記載の負荷駆動回路。
【請求項４】
前記異常検出回路（１３〜１７）には、前記負荷（３）に供給される負荷電流もしくは前記負荷（３）に印加される電圧を直接検出することで、前記過電流の発生およびその前兆を検出する過電流検出回路（１５ａ）が備えられていることを特徴とする請求項２または３に記載の負荷駆動回路。
【請求項５】
前記異常検出回路（１３〜１７）には、前記負荷（３）に流れる負荷電流に基づく前記半導体スイッチング素子（１２）の温度上昇を検出することで前記過電流の発生およびその前兆を検出する加熱検出回路（１５ｂ）が備えられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の負荷駆動回路。
【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２０１１−１６０２８９（Ｐ２０１１−１６０２８９Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４９２（Ｐ２０１０−２１４９２）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（３９０００１８１２）アンデン株式会社 (97)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（３９０００１８１２）アンデン株式会社 (97)
【Ｆターム（参考）】
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