JP4259650B2

JP4259650B2 - Heater drive circuit

Info

Publication number: JP4259650B2
Application number: JP25201798A
Authority: JP
Inventors: 大野一茂; 高橋久
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: JP2000064819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒータへの電位の印加を制御するヒータ駆動回路に関し、更に詳細には、排気ガスフィルタに堆積されたカーボンを加熱し除去するためのヒータへの電流を制御するヒータ駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）などを除去するために廃棄ガス浄化用ハニカムフィルタが用いられている。この種のハニカムフィルタは、ＮＯｘ、ＨＣなどを除去すると同時に、廃棄ガス中に含まれるパティキュレート（粒子状物質）を捕捉するため、使用に伴いパティキュレートが堆積して、フィルタ効率が低下する。
【０００３】
かかる、パティキュレートの堆積に対応するために、フィルタにヒータを配設し、加熱によりパティキュレートを焼却・除去する方法がある。かかる技術に関して、本出願人は、特開平３−２３３０７号で提案を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるヒータをフィルタの筐体に収容した際に、ヒータへの通電の制御を如何に行うかという問題が発生した。即ち、ヒータからの排ガスの漏れを防ぐためには、絶縁されたシーズ線を用いることが望ましい。そして、該ヒータにてフィルタをパティキュレートの焼却温度（６３０°Ｃ）まで加熱するためには、２５００Ｗ程度の熱量が必要となり、このためには、２４Ｖ電装の車両では該ヒータに１００Ａ流すこととなり、ヒータの抵抗を０．２５Ω程度に設定する必要がある。係る低抵抗のヒータを１本で構成することは困難であるため、数本のシーズ線を並列に接続してヒータを構成することになる。かかるヒータを筐体内に配置する際には、各シーズ線の一端を束ね、電位を印加すると共に、他端をそれぞれアースを構成する筐体に接続することが合理的である。
【０００５】
ここで、ヒータへの通電をリレーにより制御する方法も考え得るが、シーズ線の絶縁を保ち得る８００°Ｃ程度にヒータの温度を保つためには、電流をデューティ制御をする必要があり、リレーでは１００Ａのオン・オフを繰り返すことが困難である。また、上述したように１００Ａと言う大電流で効率的にヒータを加熱するためにはオン抵抗が低いＮチャンネルＦＥＴを使用することが望ましい。しかし、ヒータのオン・オフをＦＥＴを用いて制御しようとした場合、ヒータをアースとなる金属製筐体に接続しているため、図１０中の（Ａ）に示すようにＦＥＴを制御が容易なヒータのローサイド間ではなく、図１０（Ｂ）に示すようにＦＥＴを制御の困難な電源（２４Ｖ）とヒータとの間に配置することになる。
【０００６】
この図１０（Ｂ）に示す結線が制御が困難である理由を図１０中の（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）を参照して更に詳しく述べる。（Ｃ）は、ＦＥＴのゲートに電位が印加されておらず（０Ｖ）、ＦＥＴがオフしている状態を示している。（Ｄ）は、ゲートに１２Ｖが印加され、ＦＥＴがオンした状態を示している。（Ｅ）は、オン状態が続き（約１秒以上）、ヒータが上述したように低抵抗であるため、ソース側の電位が電源側と等しい２４Ｖまで上昇した状態を示している。（Ｅ）に示す状態において、１２Ｖをゲートに印加したも、ソース−ゲート間の電位が逆転しているため、ＦＥＴはオフする。即ち、図１０の（Ｂ）に示す結線では、ＦＥＴの１００％出力を１秒以上続けれず、短時間でヒータを所定温度まで昇温することができない。かかる事態に対応するため、ハイサイドにＦＥＴを配設した時に従来技術では、コンデンサに蓄えた電荷をゲート側に印加する方法が採用されていたが、係る方法では、コンデンサに電荷を蓄積するため、通電開始時から１００％出力をヒータ側に印加できず、やはりパティキュレートの焼却温度までフィルタを迅速に加熱することができなくなる。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ヒータの高圧側でＦＥＴを用いて電流の制御を適切に行い得るヒータ駆動回路を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するため、一端がアース側へ接続されたヒータへの電源からの通電を制御するヒータ駆動回路であって、
前記ヒータのアース側の反対端にソースが接続され、前記電源側にドレインが接続されたＦＥＴと、
該ＦＥＴのゲートへ印加する電位を制御する定電圧出力部と、を備えるヒータ駆動回路において、
前記定電圧出力部が、前記ＦＥＴのソース及び前記ヒータ間に接続された電位基準点を有し、該電位基準点に対して所定の電位を発生し、
前記ヒータが、多孔質セラミックから成る排気ガスフィルタを収容する金属製筐体内に配設された複数の絶縁線からなり、該絶縁線の一端を束ねた端子が前記ＦＥＴのソース側に接続されると共に、当該絶縁線の他端がアースとなる前記金属製筐体に接続されていることを技術的特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、一端がアース側へ接続されたヒータへの電源からの通電を制御するヒータ駆動回路であって、
前記ヒータのアース側の反対端にソースが接続され、前記電源側にドレインが接続されたＦＥＴと、
該ＦＥＴのゲートへの信号を制御する信号制御回路と、を備えるヒータ駆動回路において、
前記信号制御回路が、
矩形波もしくは正弦波を発生する発振部と、
一次側が前記アースに接続され、二次側が絶縁され、前記発振部の矩形波もしくは正弦波を変圧するトランスと、
前記トランスの２次側に接続された第１、第２入力端子と、前記ＦＥＴのソース及び前記ヒータ間に接続された電位基準点端子と、整流された電位を出力する出力端子とを備えるダイオードブリッジと、
前記ダイオードブリッジの出力端子の電位から、前記電位基準点端子に対する一定の電位を発生する定電圧出力部と、
前記定電圧出力部にて発生した電位を前記ＦＥＴのゲートへ印加するコントロール部とを、備えることを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２において、前記ヒータが、多孔質セラミックから成る排気ガスフィルタを収容する金属製筐体内に配設された複数の絶縁線からなり、該絶縁線の一端を束ねた端子が前記ＦＥＴのソース側に接続されると共に、当該絶縁線の他端がアースとなる前記金属製筐体に接続されていることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項１のヒータ駆動回路では、該ＦＥＴのゲートへ印加する電位を制御する定電圧出力部が、ＦＥＴのソース及びヒータ間に接続された電位基準点を有し、該電位基準点に対して所定の電位を発生して該ＦＥＴを駆動する。このため、ＦＥＴがオンし、ソース側の電位が電源の電位とほぼ等しくなった際にも、該ソース側の電位（電位基準点の電位）よりも高い電位を、定電圧出力部が発生しているため、当該ＦＥＴを適切に制御することができる。
【００１２】
請求項２のヒータ駆動回路では、信号制御回路の発振部が矩形波もしくは正弦波を発生し、トランスが矩形波もしくは正弦波を変圧し、ダイオードブリッジが整流された電位を出力する。そして、定電圧出力部が、ＦＥＴのソース及びヒータ間に接続された電位基準点端子に対する一定の電位を発生し、コントロール部が、該定電圧出力部にて発生した電位をＦＥＴのゲートへ印加する。このため、ＦＥＴがオンし、ソース側の電位が電源の電位とほぼ等しくなった際にも、該ソース側の電位（電位基準点の電位）よりも高い電位を、定電圧出力部が発生しているので、当該ＦＥＴを適切に制御することができる。
【００１３】
請求項３では、ヒータを構成する複数の絶縁線が、アースとなる金属製筐体に接続されているため、ヒータとアースとの間ではなく、ヒータと電源との間でＦＥＴにより電位のオン・オフを行う必要がある。このため、ＦＥＴのドレインに電源電位が直接加わることになり、ＦＥＴがオンした際に、ソース側の電位が電源の電位とほぼ等しくなる。このとき、該ソース側の電位（電位基準点電位）に対して所定の電位を発生させＦＥＴのゲートへ印加するため、当該ＦＥＴを適切に制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態に係るヒータ駆動回路について図を参照して説明する。
図１は第１実施態様のヒータ駆動回路を用いる排ガス浄化装置の再生システムの構成を示している。３台の排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３は、１２リットルのディゼルエンジンＥから排出される排気ガスを浄化するための装置で、該ディゼルエンジンＥからの廃棄ガスが上流側エグゾーストパイプ３０を介して供給される。該排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３の下流側には、排気ガスの流量を調整するバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３が配設されている。該バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３からの排気は、下流側エグゾーストパイプ３２を介して大気中に排出される。
【００１５】
各排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３は、図２に示すように多孔質炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶体からなる排ガス浄化用ハニカムフィルタＦと、該フィルタを加熱し、堆積したパティキュレートを焼却するため上流側エグゾーストパイプ３０側に配設されたヒータＨと、これらを収容する金属製の筐体３４から構成されている。
【００１６】
図２中に示すの排気ガス浄化装置ＤＰＦ１のＪ−Ｊ断面を図３に示す。ヒータＨは、渦巻き状に形成された６本のシーズ線３６からなり、各シーズ線３６の一方の端子３６ａは、図１中に示すヒータ駆動回路１０側と接続された入力端子３８に固定され、他方の端子３６ｂは、ボデェーアースを構成する排気ガス浄化装置ＤＰＦ１の筐体３４の内周に固定されている。即ち、１．５Ωに構成された６本のシーズ線３６をアースに並列に接続することにより０．２５ΩのヒータＨを構成してある。
【００１７】
図１中に示すように、該排ガス浄化装置の再生システムの制御回路２０には、種々の制御を行うＣＰＵ１２と、該ＣＰＵ１２からの信号によりバッテリＢからの電位を上述したヒータＨへ印加するヒータ駆動回路１０と、入力側インターフェイス１４と、出力側インターフェイス１６とからなる。
【００１８】
該ＣＰＵ１２は、排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３の所定運転時間毎、或いは、圧損の発生を図示しないセンサにて検出した際に、堆積したパティキュレートを焼却することによってハニカムフィルタＦを再生する。この再生は、先ず、排気ガス浄化装置ＤＰＦ１下流のバルブＶ１を絞り、該排気ガス浄化装置ＤＰＦ１内の排ガス流量を下げ、ハニカムフィルタＦの温度を上昇し易いようにする。なお、この際に、排気ガス浄化装置ＤＰＦ２、ＤＰＦ３は、排気ガスの浄化を続ける。そして、ヒータ駆動回路１０を制御して排気ガス浄化装置ＤＰＦ１のヒータＨを８００°Ｃ程度まで加熱し、ハニカムフィルタＦを６００°Ｃ以上にし、この温度を約１０分保つことで、堆積したパティキュレートを焼却する。この６００°Ｃの温度は、該排気ガス浄化装置ＤＰＦ１に取り付けた温度センサ（図示せず）により温度を検出し、ヒータＨへの通電時間を制御（オン−オフのデューテイ制御）することで調節する。排気ガス浄化装置ＤＰＦ１の再生後、排気ガス浄化装置ＤＰＦ２、ＤＰＦ３を順次再生して行く。
【００１９】
引き続き、該ヒータＨへの通電を制御するヒータ駆動回路の構成について、図４〜図８を参照して説明する。
図４は、ヒータ駆動回路１０の全体構成を示している。
ヒータ駆動回路１０は、バッテリＢの２４Ｖの電位を１２Ｖへ降圧する変換部１０Ａと、タイマ集積回路により一定周期の方形波を作る発振部１０Ｂと、発振部１０Ｂから出力された方形波を増幅する増幅部１０Ｃと、増幅部１０Ｃの出力を昇圧する変圧部１０Ｄと、変圧部１０Ｄの出力を直流に変換する整流部１０Ｅと、整流部１０Ｅからの電位から安定した１２Ｖの電位を作り出す定電圧出力部１０Ｆと、図１中に示すＣＰＵ１２からのオン・オフ信号を入力するための制御信号入力部１０Ｇと、ＦＥＴの駆動信号を上記定電圧出力部１０Ｆからの出力に基づき作成するドライブコントロール部１０Ｈと、ヒータＨへの電力供給を行うためのＦＥＴドライバ部１０Ｉからなる。
【００２０】
以下、図５〜図８を参照して各部の構成について更に詳細に説明する。
図５は、変換部１０Ａと、発振部１０Ｂと、増幅部１０Ｃとを示している。バッテリＢの２４Ｖ（正側端子）の電位を１２Ｖへ降圧する変換部１０Ａにおいては、集積回路Ｕ３（７８１２）のＧＮＤ端子がボディーアースＢＥ側（図１中に示すバッテリＢの負側端子）へ接続され、入力端子Ｖinは、バッテリＢの正側端子（２４Ｖ）側に接続されて、出力端子Ｖout は、１２Ｖの出力端子１２ＶＡ側へ接続されている。該集積回路Ｕ３の入力端子Ｖin−ボディーアースＢＥ間には、４７０μＦの電解コンデンサＣ１と０．１μＦのコンデンサＣ４とが接続されている。他方集積回路Ｕ３の出力端子Ｖout −ボディーアースＢＥ間には、０．１μＦのコンデンサＣ５と１００μＦ／３４Ｖの電解コンデンサＣ１３とが接続されている。
【００２１】
タイマ用集積回路（５５５）Ｕ４により一定周期の方形波を作る発振部１０Ｂにおいては、タイマ用集積回路Ｕ４の電圧入力端子ＶCC及びＲ端子には、上述した変換部１０Ａの１２Ｖ出力端子１２ＶＡに接続され、ＧＮＤ端子がボディーアースＢＥ側に接続されている。該電圧入力端子ＶCCとＧＮＤ端子とは、０．１μＦのコンデンサＣ１０を介して接続されている。また、ＴＲＩＧ端子は、０．００１μＦのコンデンサＣ７を介してＧＮＤ端子へ接続されており、ＣＶok端子も０．０１μＦのコンデンサＣ６を介してＧＮＤ端子へ接続されている。更に、Ｑ端子は、１ＫΩの抵抗Ｒ１１を介して上述した変換部１０Ａの１２Ｖの出力端子１２ＶＡへ接続されている。ＤＩＳ端子は、１１０ΩのＲ１５を介して該出力端子１２ＶＡへ接続されると共に、２７ＫΩの抵抗Ｒ１４を介してＴＨＲ端子に接続されている。該ＴＨＲ端子は、また、ＴＲＩＧ端子へ接続されている。なお、この実施形態で発振部１０Ｂは、矩形波を発生しているが、正弦波等を発生することも可能である。
【００２２】
発振部１０Ｂから出力された方形波を増幅する増幅部１０Ｃでは、集積回路ＴＡ７２５２ＡＰにおいて、上述した出力端子１２ＶＡの１２Ｖ電位がＶcc端子に印加され、上述したタイマ用集積回路Ｕ４からの一定周期の方形波を１５ＫΩの抵抗Ｒ１２及び４．７μＦ／３５Ｖの電解コンデンサＣ１６を介してＩＮ端子に入力し、ＯＵＴ端子から、増幅された矩形波を、１００μ／３５Ｖの電解コンデンサＣ１１を介してコイルＴ１（図６参照）の一次側へ印加する。また、該１２ＶＡからの１２Ｖの電位は、０．１μＦのコンデンサＣ２１及び１００μＦの電解コンデンサＣ２３の並列回路を介してボディーアースＢＥ側へ接続されている。集積回路ＴＡ７２５２ＡＰのＮＦ端子は、４７μＦ／３５Ｖの電解コンデンサＣ１５を介してボディーアースＢＥへ接続されており、Ｄ．Ｃ．端子は、４７μＦ／３５Ｖの電解コンデンサＣ１４を介してボディーアースＢＥへ接続されており、上記ＯＵＴ端子は、０．１μＦのフィルムコンデンサＣ９を介してボディーアースＢＥへ接続されると共に、１００μ／３５Ｖの電解コンデンサ１２を介してＢ．Ｓ．端子へ接続されている。
【００２３】
図６は、変圧部１０Ｄと、整流部１０Ｅと、定電圧出力部１０Ｆとを詳細に示している。
増幅部１０Ｃの出力を昇圧する変圧部１０Ｄは、トランスＴ１からなり、該トランスＴ１の一次側のＰａ端子は、増幅部１０Ｃの出力を電解コンデンサＣ１１を介して入力し、Ｐｂ端子は、ボディーアースＢＥ側（図５参照）へ接続されている。また、二次側のＳａ端子及びＳｂ端子は、変圧部１０Ｄの出力を直流に変換するための整流部１０Ｅを構成するダイオードブリッジＤＢの入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に接続されている。該ダイオードブリッジＤＢの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、定電圧出力部１０Ｆ側に接続されている。また、該出力端子ＯＵＴ２は、トランスＴ１の二次側のアースとなる二次アースＴＥへ接続されている。ダイオードブリッジＤＢは、４個のダイオード１Ｓ１８３４から成る。
【００２４】
整流部１０Ｅからの電位から安定した１２Ｖの電位を作り出す定電圧出力部１０Ｆは、集積回路Ｕ２（７８１２）を備え、該集積回路Ｕ２の入力端子Ｖinは、上述したダイオードブリッジＤＢの出力端子ＯＵＴ１側に接続されている。一方、集積回路Ｕ２のＧＮＤ端子は、二次アースＴＥへ接続されている。入力端子Ｖinと二次アースＴＥとの間には、１００μＦ／３５Ｖの電解コンデンサＣ１７と、１μＦのタンタルコンデンサＣ８と、０．１μＦのコンデンサＣ２とが接続されている。また、Ｖout 端子は、１２Ｖの出力端子１２ＶＢに接続されおり、該出力端子１２ＶＢは、０．１μＦのコンデンサＣ３を介して二次アースＴＥに接続されている。トランスＴ１の二次側は、一次側に対して絶縁されており、二次アースＴＥはボディーアースＢＥに対して浮いているため、該定電圧出力部１０Ｆは、二次アースＴＥの電位に対して１２Ｖ高い電位を出力端子１２ＶＢから出力する。
【００２５】
図７は、制御信号入力部１０Ｇとドライブコントロール部１０Ｈとを詳細に示している。
制御信号入力部１０Ｇは、図１中に示すＣＰＵ１２からのオン・オフ信号を入力するためのシーケンサＪ２と、該シーケンサＪ２の第１端子から１ＫΩの抵抗Ｒ９を介して接続されたフォトカプラ（ＴＬＰ５２１−１）ＰＣ１とを備える。該シーケンサＪ２の第２端子はボディーアースＢＥへ接続され、フォトカプラＰＣ１の第１入力端子は、上述した変換部１０Ａ側の出力端子１２ＶＡに接続されている。本実施形態では、フォトカプラを用いることで入出力を完全に絶縁し、動作の安定を図っている。
【００２６】
ＦＥＴの駆動信号を定電圧出力部１０Ｆからの出力に基づき作成するドライブコントロール部１０Ｈは、集積回路（ＭＡＸ６２７）Ｕ１を備える。集積回路Ｕ１のＶDD端子には、上述した定電圧出力部１０Ｆの出力端子１２ＶＢからの１２Ｖの電位が印加される。また、該出力端子１２ＶＢからの１２Ｖからの電位は、上述したフォトカプラＰＣ１の第４端子に接続されると共に、０．１μＦのコンデンサＣ２２を介して二次アースＴＥ（図４参照）に接続されている。該フォトカプラＰＣ１の第３端子は、集積回路Ｕ１のＩＮＡ端子に接続されると共に、４．７ＫΩの抵抗Ｒ１０を介して二次アースＴＥ（図４参照）に接続されている。また、該集積回路Ｕ１ののＧＮＤ端子は、二次アースＴＥ側に接続され、ＯＵＴＡ端子は、ＦＥＴドライバ部１０Ｉ側へ接続されている。
【００２７】
図８は、ヒータＨへの電力供給を行うためのＦＥＴドライバ部１０Ｉを詳細に示している。
該ＦＥＴドライバ部１０Ｉは、４個のＮチャンネル型ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４（ＩＲＦＰ０６４Ｎ）を並列に接続してなる。これは、上述したようにヒータＨ側に１００Ａの大電流を流す際に、中程度の容量のＦＥＴを４台組み合わせることでＯＮ抵抗の低減を図っている。各ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３，ＦＥＴ４のドレインは、２４Ｖ、即ち、図１中に示すバッテリＢの正側端子に接続されている。一方、ゲートは、２０Ωの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４を介して、上述したドライブコントロール部１０Ｈからの制御信号を入力するようになっている。そして、ソースは、上述した二次アースＴＥに接続されると共に、端子台４０のＯＵＴ端子に接続されている。該ＯＵＴ端子にヒータＨが接続されている。図３を参照して上述したように、ヒータＨは、一端が入力端子３８に接続され、他端がボディーアースＢＥ側（図３に示す排気ガス浄化装置ＤＰＦ１の筐体３４：即ち、図１中のバッテリＢの負側）へ接続された６本のシーズ線３６から成る。このように、ＦＥＴのドレインは、二次アースＴＥを介して、ヒータＨのハイ側の端子に接続される。
【００２８】
また、各ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３，ＦＥＴ４のゲートとソースとの間には、１ＫΩの抵抗Ｒ５，Ｒ６、Ｒ７，Ｒ８が接続されている。更に、該ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３，ＦＥＴ４と並列に２０／０．５Ｗの抵抗Ｒ１６及び０．４７μＦ／６３ＶのコンデンサＣ１９が接続されている。該端子台４０のＧＮＤ端子は、ボディーアースＢＥ側と接続されている。
【００２９】
このヒータ駆動回路１０の回路動作について、図４を参照して説明する。トランスＴ１において二次側は、一次側から絶縁されており、二次側に接続された定電圧出力部１０Ｆは、二次アースＴＥの電位に対して１２Ｖ高い電位を出力端子１２ＶＢから出力している。ドライブコントロール部１０Ｈの集積回路Ｕ１のＶDD端子には、上記定電圧出力部１０Ｆからの二次アースＴＥに対して１２Ｖ高い電位が印加されている。ここで、図１中に示すＣＰＵ１２からのヒータＨへのオン信号が制御信号入力部１０Ｇを介して入力されると、該集積回路Ｕ１は、二次アースＴＥに対する１２Ｖの電位をＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲート側へ出力する。これに応じて、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４がオンして、ヒータＨ側にバッテリＢからの２４Ｖの電位が印加される。このオン状態が１秒程度続くと、低抵抗であるヒータＨの入力端子３８の電位が２４Ｖ近くまで高まる。ここで、該入力端子３８の電位が高まると、これに伴い、二次アースＴＥの電位も上昇し、定電圧出力部１０Ｆは、該高まった二次アースＴＥの電位よりも１２Ｖ高い電位を発生する。このため、ドライブコントロール部１０Ｈの集積回路Ｕ１は、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲートへ、該二次アースＴＥに接続されたドレインに対してほぼ１２Ｖの電位差を有する電位を印加し、該ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のオン状態を維持する。即ち、図１０の（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）を参照して上述した従来技術と異なり、オン状態を維持することができる。
【００３０】
このヒータ駆動回路１０によるヒータＨの温度制御について、図９を参照して説明する。
図中の曲線（１）は、本実施形態のヒータ駆動回路による温度制御を示している。本実施形態のヒータ駆動回路は、車両に搭載されるため、他の電源負荷に与える影響を最小限に止めるよう、フィルタ再生時の通電時間を最短にすることが望ましい。このため、パティキュレートを焼却できる８００°Ｃまで短時間でヒータＨを加熱することが要求される。本実施形態のヒータ駆動回路１０は、上述したようにＦＥＴをオンさせ続けることができるので、短時間で該８００°Ｃまで昇温させることが可能となる。更に、該８００°Ｃに達した際に、ＦＥＴのオン・オフを繰り返すことで（デューテイ制御）、ヒータＨの温度を正確に８００°に維持できるため、該ヒータを構成するシーズ線３６内の絶縁材料を劣化させることがない。このようなヒータの温度制御により、図中で（４）に示すようにフィルタの温度をコントロールすることができる。
【００３１】
図中で曲線（２）は、従来技術のＦＥＴにより通電制御を行った際のヒータ温度を示している。上述したように、従来技術では、ＦＥＴに連続通電させることができないため、８００°にヒータが昇温するまでに時間がかかっている。
【００３２】
図中で曲線（３）は、リレーにより通電制御を行った際のヒータ温度を示している。リレーを用いれば、連続通電が可能となるため、短時間でヒータを８００°Ｃまで加熱できる。但し、８００°Ｃまで加熱してから、短い周期で１００Ａもの大電流をオン・オフすることが困難なため、リレーでは徐々に温度が上昇している。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１のヒータ駆動回路によれば、ＦＥＴがオンし、ソース側の電位が電源の電位とほぼ等しくなった際にも、該ソース側の電位（電位基準点の電位）よりも高い電位を、電位制御回路が発生してゲートに印加するため、ヒータの高圧側でＦＥＴを用いて電流の制御を適切に行うことが可能になる。
【００３４】
請求項２のヒータ駆動回路では、ＦＥＴがオンし、ソース側の電位が電源の電位とほぼ等しくなった際にも、該ソース側の電位（電位基準点の電位）よりも高い電位を、定電圧出力部が発生してゲートに印加するので、ヒータの高圧側でＦＥＴを用いて電流の制御を適切に行うことが可能になる。
【００３５】
請求項３では、ヒータを構成する複数の絶縁線が、アースとなる金属製筐体に接続されていた際にも、ＦＥＴのソース側の電位（電位基準点電位）よりも高い電位を発生しゲートに印加するため、当該ＦＥＴを適切に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヒータ駆動回路を用いる排ガス浄化装置の再生システムのブロック図である。
【図２】図１に示す排気ガス浄化装置の構成を示す説明図である。
【図３】排気ガス浄化装置の断面図である。
【図４】ヒータ駆動回路の回路図である。
【図５】ヒータ駆動回路の変換部、発振部、変換部の回路図である。
【図６】ヒータ駆動回路の変圧部、整流部、定電圧出力部の回路図である。
【図７】ヒータ駆動回路の制御信号入力部、ドライブコントロール部の回路図である。
【図８】ヒータ駆動回路のＦＥＴドライバ部の回路図である。
【図９】本実施形態のヒータ駆動回路による温度制御を示すグラフである。
【図１０】従来技術のＦＥＴの制御を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ヒータ駆動回路
１０Ｂ発振部
１０Ｆ定電圧出力部
１０Ｈドライブコントロール部
１２ＣＰＵ
２０制御回路
Ｈヒータ
ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３排気ガス浄化装置
ＤＢダイオードブリッジ
ＯＵＴ１出力端子
ＯＵＴ２出力端子（電位基準点）
Ｂバッテリ（電源）
ＢＥボディーアース（アース）
ＴＥ二次アース（電位基準点）
Ｔ１トランス
ＦＥＴ１，ＦＥＴ２，ＦＥＴ３、ＦＥＴ４ＦＥＴ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heater drive circuit that controls application of a potential to a heater, and more particularly to a heater drive circuit that controls a current to a heater for heating and removing carbon deposited on an exhaust gas filter. It is.
[0002]
[Prior art]
In order to remove NOx (nitrogen oxide), HC (hydrocarbon), etc. discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine, a honeycomb filter for waste gas purification is used. This type of honeycomb filter removes NOx, HC, etc., and simultaneously captures particulates (particulate matter) contained in the waste gas, so that particulates accumulate with use and filter efficiency decreases.
[0003]
In order to cope with such accumulation of particulates, there is a method in which a heater is provided in a filter and the particulates are incinerated and removed by heating. Regarding this technique, the present applicant has made a proposal in Japanese Patent Laid-Open No. 3-23307.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when such a heater is accommodated in the filter housing, there has been a problem of how to control the energization of the heater. That is, in order to prevent the exhaust gas from leaking from the heater, it is desirable to use an insulated sheath wire. In order to heat the filter to the incineration temperature of the particulates (630 ° C) with the heater, a heat amount of about 2500 W is required. For this reason, in a 24V electric vehicle, 100 A flows through the heater. It is necessary to set the resistance of the heater to about 0.25Ω. Since it is difficult to configure such a low resistance heater with a single heater, several heater wires are connected in parallel to configure the heater. When arranging such a heater in the housing, it is reasonable to bundle one end of each sheath wire, apply a potential, and connect the other end to the housing constituting the ground.
[0005]
Here, a method of controlling the energization of the heater with a relay can be considered, but in order to keep the heater temperature at about 800 ° C. which can keep the insulation of the sheathed wire, the current needs to be duty-controlled, and the relay Then, it is difficult to repeat ON / OFF of 100A. Further, as described above, in order to efficiently heat the heater with a large current of 100 A, it is desirable to use an N-channel FET having a low on-resistance. However, when trying to control the heater on / off using an FET, the heater is connected to a metal casing that is grounded, so the FET can be easily controlled as shown in FIG. As shown in FIG. 10B, the FET is disposed between the power source (24V) which is difficult to control and the heater, not between the low side of the heater.
[0006]
The reason why the connection shown in FIG. 10B is difficult to control will be described in more detail with reference to (C), (D), and (E) in FIG. (C) shows a state in which no potential is applied to the gate of the FET (0 V) and the FET is off. (D) shows a state in which 12V is applied to the gate and the FET is turned on. (E) shows a state in which the ON state continues (about 1 second or longer) and the heater has a low resistance as described above, so that the potential on the source side rises to 24 V, which is equal to the power supply side. In the state shown in (E), even when 12 V is applied to the gate, the FET is turned off because the potential between the source and the gate is reversed. That is, in the connection shown in FIG. 10B, 100% output of the FET cannot be continued for 1 second or more, and the heater cannot be raised to a predetermined temperature in a short time. In order to cope with such a situation, when the FET is arranged on the high side, the conventional technique adopts a method of applying the charge stored in the capacitor to the gate side. However, in this method, the charge is stored in the capacitor. Since 100% output cannot be applied to the heater side from the start of energization, the filter cannot be heated quickly to the incineration temperature of the particulates.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heater driving circuit capable of appropriately controlling current using an FET on the high voltage side of the heater. is there.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a heater driving circuit for controlling energization from a power source to a heater having one end connected to the ground side,
A FET having a source connected to the opposite end of the heater on the ground side and a drain connected to the power supply side;
In a heater drive circuit comprising a constant voltage output unit that controls a potential applied to the gate of the FET,
The constant voltage output unit has a potential reference point connected between the source of the FET and the heater, and generates a predetermined potential with respect to the potential reference point .
The heater is composed of a plurality of insulated wires disposed in a metal casing that houses an exhaust gas filter made of porous ceramic, and a terminal in which one end of the insulated wires is bundled is connected to the source side of the FET. A technical feature is that the other end of the insulated wire is connected to the metal casing serving as a ground .
[0009]
The invention of claim 2 is a heater drive circuit for controlling energization from a power source to a heater having one end connected to the ground side.
A FET having a source connected to the opposite end of the heater on the ground side and a drain connected to the power supply side;
In a heater drive circuit comprising a signal control circuit that controls a signal to the gate of the FET,
The signal control circuit is
An oscillating unit for generating a rectangular wave or a sine wave;
A transformer whose primary side is connected to the ground, whose secondary side is insulated, and which transforms the rectangular wave or sine wave of the oscillating unit;
A diode comprising first and second input terminals connected to the secondary side of the transformer, a potential reference point terminal connected between the source of the FET and the heater, and an output terminal for outputting a rectified potential The bridge,
A constant voltage output unit for generating a constant potential with respect to the potential reference point terminal from the potential of the output terminal of the diode bridge;
And a control unit that applies a potential generated in the constant voltage output unit to the gate of the FET.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect , the heater comprises a plurality of insulated wires disposed in a metal casing that houses an exhaust gas filter made of porous ceramic, and bundles one end of the insulated wires. The terminal is connected to the source side of the FET, and the other end of the insulated wire is connected to the metal casing serving as a ground.
[0011]
In the heater driving circuit according to claim 1, the constant voltage output unit for controlling the potential applied to the gate of the FET has a potential reference point connected between the source of the FET and the heater, and the potential reference point is A predetermined potential is generated to drive the FET. Therefore, even when the FET is turned on and the potential on the source side becomes substantially equal to the potential of the power supply, the constant voltage output unit generates a potential higher than the potential on the source side (the potential at the potential reference point). Therefore, the FET can be controlled appropriately.
[0012]
In the heater drive circuit according to the second aspect, the oscillation unit of the signal control circuit generates a rectangular wave or a sine wave, the transformer transforms the rectangular wave or the sine wave, and the diode bridge outputs a rectified potential. The constant voltage output unit generates a constant potential with respect to the potential reference point terminal connected between the FET source and the heater, and the control unit applies the potential generated at the constant voltage output unit to the gate of the FET. To do. Therefore, even when the FET is turned on and the potential on the source side becomes substantially equal to the potential of the power supply, the constant voltage output unit generates a potential higher than the potential on the source side (the potential at the potential reference point). Therefore, the FET can be appropriately controlled.
[0013]
According to the third aspect of the present invention, since the plurality of insulated wires constituting the heater are connected to the metal casing serving as the ground, the potential is turned on by the FET between the heater and the power source, not between the heater and the ground.・ Need to turn off. For this reason, the power supply potential is directly applied to the drain of the FET, and when the FET is turned on, the potential on the source side becomes substantially equal to the potential of the power supply. At this time, since a predetermined potential is generated and applied to the gate of the FET with respect to the potential on the source side (potential reference point potential), the FET can be appropriately controlled.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a heater drive circuit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of a regeneration system for an exhaust gas purification apparatus using the heater drive circuit of the first embodiment. The three exhaust gas purification devices DPF1, DPF2, and DPF3 are devices for purifying exhaust gas discharged from the 12-liter diesel engine E. Waste gas from the diesel engine E passes through the upstream side exhaust pipe 30. Supplied. Valves V1, V2, and V3 for adjusting the flow rate of the exhaust gas are disposed on the downstream side of the exhaust gas purification devices DPF1, DPF2, and DPF3. Exhaust gas from the valves V1, V2, and V3 is discharged to the atmosphere via the downstream exhaust pipe 32.
[0015]
As shown in FIG. 2, each exhaust gas purification device DPF1, DPF2, DPF3 heats the exhaust gas purification honeycomb filter F made of porous silicon carbide (SiC) crystal, and incinerates the accumulated particulates. Therefore, the heater H is arranged on the upstream side exhaust pipe 30 side, and a metal casing 34 for housing them.
[0016]
FIG. 3 shows a JJ cross section of the exhaust gas purification device DPF1 shown in FIG. The heater H is composed of six sheathed wires 36 formed in a spiral shape, and one terminal 36a of each sheathed wire 36 is fixed to an input terminal 38 connected to the heater driving circuit 10 side shown in FIG. The other terminal 36b is fixed to the inner periphery of the casing 34 of the exhaust gas purifying device DPF1 constituting the body ground. That is, the heater H of 0.25Ω is configured by connecting six sheathed wires 36 configured to 1.5Ω in parallel to the ground.
[0017]
As shown in FIG. 1, the control circuit 20 of the regeneration system of the exhaust gas purifying apparatus includes a CPU 12 that performs various controls, and a heater that applies a potential from the battery B to the heater H described above by signals from the CPU 12. The drive circuit 10, the input side interface 14, and the output side interface 16 are included.
[0018]
The CPU 12 regenerates the honeycomb filter F by incinerating the accumulated particulates every predetermined operating time of the exhaust gas purification devices DPF1, DPF2, and DPF3, or when the occurrence of pressure loss is detected by a sensor (not shown). . In this regeneration, first, the valve V1 downstream of the exhaust gas purification device DPF1 is throttled, the exhaust gas flow rate in the exhaust gas purification device DPF1 is lowered, and the temperature of the honeycomb filter F is easily increased. At this time, the exhaust gas purification devices DPF2 and DPF3 continue to purify the exhaust gas. Then, the heater drive circuit 10 is controlled to heat the heater H of the exhaust gas purification device DPF1 to about 800 ° C., the honeycomb filter F is set to 600 ° C. or more, and this temperature is maintained for about 10 minutes. Incinerate the curate. The temperature of 600 ° C. is adjusted by detecting the temperature with a temperature sensor (not shown) attached to the exhaust gas purification device DPF1 and controlling the energization time to the heater H (on-off duty control). To do. After the regeneration of the exhaust gas purification device DPF1, the exhaust gas purification devices DPF2 and DPF3 are sequentially regenerated.
[0019]
Next, the configuration of the heater drive circuit that controls the energization of the heater H will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 shows the overall configuration of the heater drive circuit 10.
The heater drive circuit 10 amplifies the conversion unit 10A that steps down the 24V potential of the battery B to 12V, the oscillation unit 10B that generates a square wave with a constant period by the timer integrated circuit, and the square wave output from the oscillation unit 10B. Amplifying unit 10C, transforming unit 10D for boosting the output of amplifying unit 10C, rectifying unit 10E for converting the output of transforming unit 10D to direct current, and constant voltage output for generating a stable 12V potential from the potential from rectifying unit 10E Unit 10F, a control signal input unit 10G for inputting an on / off signal from the CPU 12 shown in FIG. 1, and a drive control unit 10H that creates a drive signal for the FET based on the output from the constant voltage output unit 10F. And an FET driver section 10I for supplying power to the heater H.
[0020]
Hereinafter, the configuration of each unit will be described in more detail with reference to FIGS.
FIG. 5 shows a conversion unit 10A, an oscillation unit 10B, and an amplification unit 10C. In conversion unit 10A that lowers the potential of 24V (positive side terminal) of battery B to 12V, the GND terminal of integrated circuit U3 (7812) is directed to the body ground BE side (the negative side terminal of battery B shown in FIG. 1). The input terminal Vin is connected to the positive terminal (24V) side of the battery B, and the output terminal Vout is connected to the 12V output terminal 12VA side. Between the input terminal Vin and the body ground BE of the integrated circuit U3, a 470 μF electrolytic capacitor C1 and a 0.1 μF capacitor C4 are connected. On the other hand, a 0.1 μF capacitor C5 and a 100 μF / 34V electrolytic capacitor C13 are connected between the output terminal Vout of the integrated circuit U3 and the body ground BE.
[0021]
In the oscillation unit 10B that generates a square wave having a fixed period by the timer integrated circuit (555) U4, the voltage input terminal VCC and the R terminal of the timer integrated circuit U4 are connected to the 12V output terminal 12VA of the conversion unit 10A described above. The GND terminal is connected to the body ground BE side. The voltage input terminal VCC and the GND terminal are connected via a 0.1 μF capacitor C10. The TRIG terminal is connected to the GND terminal via a 0.001 μF capacitor C7, and the CVok terminal is also connected to the GND terminal via a 0.01 μF capacitor C6. Furthermore, the Q terminal is connected to the 12V output terminal 12VA of the conversion unit 10A described above via a 1KΩ resistor R11. The DIS terminal is connected to the output terminal 12VA via a 110Ω R15, and is connected to the THR terminal via a 27KΩ resistor R14. The THR terminal is also connected to the TRIG terminal. In this embodiment, the oscillating unit 10B generates a rectangular wave, but can also generate a sine wave or the like.
[0022]
In the amplifying unit 10C that amplifies the square wave output from the oscillating unit 10B, in the integrated circuit TA7252AP, the 12V potential of the output terminal 12VA described above is applied to the Vcc terminal, and the square having a constant period from the timer integrated circuit U4 described above. A wave is input to the IN terminal via the resistor R12 of 15 KΩ and the electrolytic capacitor C16 of 4.7 μF / 35V, and the amplified rectangular wave is applied from the OUT terminal to the coil T1 via the electrolytic capacitor C11 of 100 μ / 35V (FIG. 6)) to the primary side. A potential of 12V from the 12VA is connected to the body ground BE side through a parallel circuit of a 0.1 μF capacitor C21 and a 100 μF electrolytic capacitor C23. The NF terminal of the integrated circuit TA7252AP is connected to the body ground BE through an electrolytic capacitor C15 of 47 μF / 35V. C. The terminal is connected to the body ground BE through a 47 μF / 35V electrolytic capacitor C14, and the OUT terminal is connected to the body ground BE through a 0.1 μF film capacitor C9 and is also 100 μ / 35V. B. Electrolytic capacitor 12 S. Connected to the terminal.
[0023]
FIG. 6 shows the transformer unit 10D, the rectifier unit 10E, and the constant voltage output unit 10F in detail.
The transformer 10D that boosts the output of the amplifying unit 10C includes a transformer T1, and the primary side Pa terminal of the transformer T1 inputs the output of the amplifying unit 10C via the electrolytic capacitor C11, and the Pb terminal is body earth. It is connected to the BE side (see FIG. 5). The secondary side Sa terminal and the Sb terminal are connected to the input terminals IN1 and IN2 of the diode bridge DB constituting the rectifying unit 10E for converting the output of the transformer 10D into a direct current. The output terminals OUT1 and OUT2 of the diode bridge DB are connected to the constant voltage output unit 10F side. Further, the output terminal OUT2 is connected to a secondary ground TE serving as a ground on the secondary side of the transformer T1. The diode bridge DB is composed of four diodes 1S1834.
[0024]
The constant voltage output unit 10F that generates a stable 12V potential from the potential from the rectifying unit 10E includes an integrated circuit U2 (7812), and the input terminal Vin of the integrated circuit U2 is on the output terminal OUT1 side of the diode bridge DB described above. It is connected to the. On the other hand, the GND terminal of the integrated circuit U2 is connected to the secondary ground TE. A 100 μF / 35 V electrolytic capacitor C17, a 1 μF tantalum capacitor C8, and a 0.1 μF capacitor C2 are connected between the input terminal Vin and the secondary ground TE. The Vout terminal is connected to a 12V output terminal 12VB, and the output terminal 12VB is connected to the secondary ground TE via a 0.1 μF capacitor C3. Since the secondary side of the transformer T1 is insulated from the primary side, and the secondary ground TE floats with respect to the body ground BE, the constant voltage output unit 10F is connected to the potential of the secondary ground TE. And a potential higher by 12V is output from the output terminal 12VB.
[0025]
FIG. 7 shows the control signal input unit 10G and the drive control unit 10H in detail.
The control signal input unit 10G includes a sequencer J2 for inputting an on / off signal from the CPU 12 shown in FIG. 1, and a photocoupler (TLP521) connected from the first terminal of the sequencer J2 via a 1 KΩ resistor R9. -1) It has PC1. The second terminal of the sequencer J2 is connected to the body ground BE, and the first input terminal of the photocoupler PC1 is connected to the output terminal 12VA on the conversion unit 10A side described above. In the present embodiment, the input / output is completely insulated by using a photocoupler to stabilize the operation.
[0026]
The drive control unit 10H that generates the FET drive signal based on the output from the constant voltage output unit 10F includes an integrated circuit (MAX627) U1. The potential of 12V from the output terminal 12VB of the constant voltage output unit 10F described above is applied to the VDD terminal of the integrated circuit U1. The potential from 12V from the output terminal 12VB is connected to the fourth terminal of the above-described photocoupler PC1, and is also connected to the secondary ground TE (see FIG. 4) via the 0.1 μF capacitor C22. ing. The third terminal of the photocoupler PC1 is connected to the INA terminal of the integrated circuit U1, and is connected to the secondary ground TE (see FIG. 4) via a 4.7KΩ resistor R10. Further, the GND terminal of the integrated circuit U1 is connected to the secondary ground TE side, and the OUTA terminal is connected to the FET driver unit 10I side.
[0027]
FIG. 8 shows the FET driver unit 10I for supplying power to the heater H in detail.
The FET driver section 10I is formed by connecting four N-channel FET1, FET2, FET3, and FET4 (IRFP064N) in parallel. As described above, when a large current of 100 A is supplied to the heater H side, the ON resistance is reduced by combining four FETs having a medium capacity. The drains of the FET1, FET2, FET3, and FET4 are connected to 24V, that is, the positive terminal of the battery B shown in FIG. On the other hand, the gate receives a control signal from the drive control unit 10H described above via 20Ω resistors R1, R2, R3, and R4. The source is connected to the secondary ground TE described above and is connected to the OUT terminal of the terminal block 40. A heater H is connected to the OUT terminal. As described above with reference to FIG. 3, the heater H has one end connected to the input terminal 38 and the other end connected to the body ground BE side (the casing 34 of the exhaust gas purification device DPF1 shown in FIG. 3: It consists of six sheathed wires 36 connected to the negative side of the battery B inside. Thus, the drain of the FET is connected to the high-side terminal of the heater H through the secondary ground TE.
[0028]
Further, 1 KΩ resistors R5, R6, R7, and R8 are connected between the gates and sources of the FET1, FET2, FET3, and FET4. Further, a resistor R16 of 20 / 0.5 W and a capacitor C19 of 0.47 μF / 63 V are connected in parallel with the FET1, FET2, FET3, and FET4. The GND terminal of the terminal block 40 is connected to the body ground BE side.
[0029]
The circuit operation of the heater drive circuit 10 will be described with reference to FIG. In the transformer T1, the secondary side is insulated from the primary side, and the constant voltage output unit 10F connected to the secondary side outputs a potential 12V higher than the potential of the secondary ground TE from the output terminal 12VB. Yes. A potential 12V higher than the secondary ground TE from the constant voltage output unit 10F is applied to the VDD terminal of the integrated circuit U1 of the drive control unit 10H. Here, when an ON signal from the CPU 12 shown in FIG. 1 to the heater H is input via the control signal input unit 10G, the integrated circuit U1 applies a potential of 12V with respect to the secondary ground TE to FET1, FET2, Output to the gate side of FET3 and FET4. In response to this, FET1, FET2, FET3, and FET4 are turned on, and the potential of 24V from the battery B is applied to the heater H side. When this ON state continues for about 1 second, the potential of the input terminal 38 of the heater H, which is a low resistance, increases to nearly 24V. Here, when the potential of the input terminal 38 is increased, the potential of the secondary ground TE is increased accordingly, and the constant voltage output unit 10F generates a potential 12V higher than the potential of the increased secondary ground TE. To do. For this reason, the integrated circuit U1 of the drive control unit 10H applies a potential having a potential difference of approximately 12V to the gates of the FET1, FET2, FET3, and FET4 with respect to the drain connected to the secondary ground TE. , FET2, FET3, and FET4 are kept on. That is, unlike the prior art described above with reference to FIGS. 10C, 10D, and 10E, the ON state can be maintained.
[0030]
The temperature control of the heater H by the heater drive circuit 10 will be described with reference to FIG.
A curve (1) in the figure shows the temperature control by the heater drive circuit of the present embodiment. Since the heater drive circuit of this embodiment is mounted on a vehicle, it is desirable to minimize the energization time during filter regeneration so as to minimize the influence on other power loads. For this reason, it is required to heat the heater H in a short time to 800 ° C. where the particulates can be incinerated. Since the heater driving circuit 10 according to the present embodiment can keep the FET on as described above, the temperature can be raised to 800 ° C. in a short time. Furthermore, when the temperature reaches 800 ° C., the FET H is repeatedly turned on and off (duty control), so that the temperature of the heater H can be accurately maintained at 800 °. Does not degrade the insulating material. By such temperature control of the heater, the temperature of the filter can be controlled as indicated by (4) in the figure.
[0031]
A curve (2) in the figure shows the heater temperature when the energization control is performed by the conventional FET. As described above, in the prior art, since it is impossible to continuously energize the FET, it takes time until the heater is heated to 800 °.
[0032]
Curve (3) in the figure shows the heater temperature when energization control is performed by a relay. If a relay is used, continuous energization is possible, so that the heater can be heated to 800 ° C. in a short time. However, since it is difficult to turn on and off a large current of 100 A in a short cycle after heating to 800 ° C., the temperature of the relay gradually increases.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the heater drive circuit of the first aspect, even when the FET is turned on and the potential on the source side becomes substantially equal to the potential of the power source, the potential on the source side (the potential at the potential reference point) Since the potential control circuit generates and applies a higher potential to the gate, it is possible to appropriately control the current using the FET on the high voltage side of the heater.
[0034]
In the heater drive circuit according to claim 2, even when the FET is turned on and the potential on the source side becomes substantially equal to the potential of the power source, a potential higher than the potential on the source side (the potential at the potential reference point) is set. Since the voltage output unit is generated and applied to the gate, the current can be appropriately controlled using the FET on the high voltage side of the heater.
[0035]
In claim 3, the plurality of insulated wires constituting the heater generate a potential higher than the potential on the source side of the FET (potential reference point potential) even when connected to a metal casing serving as a ground. Since the voltage is applied to the gate, the FET can be appropriately controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a regeneration system for an exhaust gas purification apparatus using a heater drive circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a configuration of the exhaust gas purifying apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an exhaust gas purification device.
FIG. 4 is a circuit diagram of a heater driving circuit.
FIG. 5 is a circuit diagram of a conversion unit, an oscillation unit, and a conversion unit of a heater drive circuit.
FIG. 6 is a circuit diagram of a transformer unit, a rectifier unit, and a constant voltage output unit of the heater drive circuit.
FIG. 7 is a circuit diagram of a control signal input unit and a drive control unit of a heater drive circuit.
FIG. 8 is a circuit diagram of an FET driver section of a heater drive circuit.
FIG. 9 is a graph showing temperature control by the heater drive circuit of the present embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing control of a conventional FET.
[Explanation of symbols]
10 Heater Drive Circuit 10B Oscillator 10F Constant Voltage Output Unit 10H Drive Control Unit 12 CPU
20 Control circuit H Heater DPF1, DPF2, DPF3 Exhaust gas purification device DB Diode bridge OUT1 Output terminal OUT2 Output terminal (potential reference point)
B Battery (Power)
BE Body Earth (Earth)
TE Secondary ground (potential reference point)
T1 transformer FET1, FET2, FET3, FET4 FET

Claims

A heater drive circuit for controlling energization from a power source to a heater having one end connected to the ground side,
A FET having a source connected to the opposite end of the heater on the ground side and a drain connected to the power supply side;
In a heater drive circuit comprising a constant voltage output unit that controls a potential applied to the gate of the FET,
The constant voltage output unit has a potential reference point connected between the source of the FET and the heater, and generates a predetermined potential with respect to the potential reference point .
The heater is composed of a plurality of insulated wires disposed in a metal casing that houses an exhaust gas filter made of porous ceramic, and a terminal in which one end of the insulated wires is bundled is connected to the source side of the FET. In addition, the heater drive circuit is characterized in that the other end of the insulated wire is connected to the metal casing serving as a ground .

A heater drive circuit for controlling energization from a power source to a heater having one end connected to the ground side,
A FET having a source connected to the opposite end of the heater on the ground side and a drain connected to the power supply side;
In a heater drive circuit comprising a signal control circuit that controls a signal to the gate of the FET,
The signal control circuit is
An oscillating unit for generating a rectangular wave or a sine wave;
A transformer whose primary side is connected to the ground, whose secondary side is insulated, and which transforms the rectangular wave or sine wave of the oscillating unit;
A diode comprising first and second input terminals connected to the secondary side of the transformer, a potential reference point terminal connected between the source of the FET and the heater, and an output terminal for outputting a rectified potential The bridge,
A constant voltage output unit for generating a constant potential with respect to the potential reference point terminal from the potential of the output terminal of the diode bridge;
A heater driving circuit comprising: a control unit that applies a potential generated in the constant voltage output unit to a gate of the FET.

The heater is composed of a plurality of insulated wires disposed in a metal casing that houses an exhaust gas filter made of porous ceramic, and a terminal in which one end of the insulated wires is bundled is connected to the source side of the FET. The heater drive circuit according to claim 2 , wherein the other end of the insulated wire is connected to the metal casing serving as a ground.