JP7345721B2

JP7345721B2 - 異常電流検出回路

Info

Publication number: JP7345721B2
Application number: JP2020001588A
Authority: JP
Inventors: 裕基佐野
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2023-09-19
Anticipated expiration: 2040-01-08
Also published as: JP2021112012A

Description

本発明は、異常電流検出回路に関する。

従来、電子回路、ＬＳＩ等を流れる異常電流を検出するには、測定端子を設けておき、測定装置を用いて非継続的に測定を行うことが行われていた。
ところで、車載用ＥＣＵ等の組込機器においては、実装状態で測定を行うことが望まれる。

このため、予め装置に測定回路を組み込み、製造時及び実装時においても測定を容易に行うための技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－２４９１４７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、電流検出時には、対象回路（対象素子）に対する電源供給を遮断して電流を検出する構成を採っており、対象回路が電源と常時接続されるような態様の場合には適用ができないという課題があった。

そこで、本発明の目的は、対象回路（対象素子）に対する電源が常時接続されている場合であっても、電流検出を行うことが可能な異常電流検出回路を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、実施形態の電流検出回路は、電源から常時電力供給を受けて動作する対象回路における異常電流を検出する異常電流検出回路であって、コンデンサを備え、前記電源の電圧を昇圧して前記対象回路に電圧を印加可能なチャージポンプ部と、前記チャージポンプ部により前記対象回路に電圧が印加されているときの前記コンデンサの一端側の電圧である検出用電圧に基づいて前記異常電流を検出する異常検出部と、を備える。

上記構成によれば、対象回路（対象素子）に対する電源が常時接続されている場合であっても、対象回路に異常電流検出用の電流を流して異常電流を検出することができる。

図１は、実施形態の電流検出回路を備えた電子回路装置の一例の説明図である。図２は、実施形態の電流検出処理の処理フローチャートである。図３は、電源投入時の電子回路装置の動作説明図である。図４は、コンデンサ充電時の電子回路装置の動作説明図である。図５は、コンデンサ放電時の電子回路装置の動作説明図である。

次に図面を参照して本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。
以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

図１は、実施形態の電流検出回路を備えた電子回路装置の一例の説明図である。
電子回路装置１０は、直流電力を供給する電源ＰＷと、一端が電源ＰＷの低電位側端子に接続された電流検出対象の対象回路ＣＩＲと、アノードが電源ＰＷの高電位側端子に接続され、カソードが対象回路ＣＩＲに接続されたダイオードＤ１と、アノードが電源ＰＷの高電位側端子に接続されたダイオードＤ２と、ダイオードＤ２のカソードに一端が接続された第１スイッチング素子ＳＷ１と、第１スイッチング素子ＳＷ１の他端に一端が接続された抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ３の他端に一端が接続され、他端が電源ＰＷの低電位側端子に接続された抵抗Ｒ４と、を備えている。

また、電子回路装置１０は、一端が電源ＰＷの高電位側端子に接続された抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１の他端に一端が接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２の他端に一端が接続され、電源ＰＷの低電位側端子に他端が接続された第２スイッチング素子ＳＷ２と、一端が第１スイッチング素子ＳＷ１と抵抗Ｒ３の接続点に接続され、他端が第２スイッチング素子ＳＷ２と抵抗Ｒ２の接続点に接続されたコンデンサＣと、アノードが第１スイッチング素子ＳＷ１と抵抗Ｒ３の接続点に接続され、カソードがダイオードＤ１と対象回路ＣＩＲの接続点に接続されたダイオードＤ３を備えている。

上記構成において、対象回路ＣＩＲは、例えば、マイクロコンピュータと同機能のＥＣＵ等として構成されている。
また、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、コンデンサＣ及びダイオードＤ３は、チャージポンプ部を構成している。また抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の接続点は、電圧測定端子として機能し、電圧信号Ｖｍｏｎを出力する。

この電圧信号Ｖｍｏｎは、電流監視主体が対象回路ＣＩＲである場合には、対象回路ＣＩＲの図示しないアナログデジタル変換入力端子に入力されて監視電圧データとして取り込まれることとなる。

なお、図１においては、電源ＰＷと対象回路ＣＩＲは、理解の容易のためダイオードＤ１を介して直接接続しているが、実際には対象回路ＣＩＲの駆動状態においては、常時閉状態（オン状態）とされる電源供給スイッチを介して接続されているものとする。

次に実施形態の動作を説明する。
以下の説明においては、電圧信号Ｖｍｏｎは、電流監視主体が対象回路ＣＩＲの図示しないアナログデジタル変換入力端子に入力されて監視電圧データとして取り込まれ、対象回路ＣＩＲ自身が異常電流の検出を行うものとして説明を行う。

図２は、実施形態の電流検出処理の処理フローチャートである。
この場合において、初期状態においては、コンデンサＣは、充電はされておらず、電圧が０Ｖとなっているものとする。また、第１スイッチング素子ＳＷ１は、対象回路ＣＩＲが出力した第１スイッチ制御信号ＣＳＷ１により開状態（オフ状態）とされ、第２スイッチング素子ＳＷ２は、対象回路ＣＩＲが出力した第２スイッチ制御信号ＣＳＷ２により開状態（オフ状態）とされているものとする。

図示しない電源供給スイッチが閉状態とされて、電源が供給されると（ステップＳ１１）、電流監視主体である対象回路ＣＩＲは、電圧信号Ｖｍｏｎの電圧モニタを行う（ステップＳ１２）。
これにより、対象回路ＣＩＲは、電圧信号Ｖｍｏｎの電圧に基づいて、コンデンサＣが正常あるいはショート故障のいずれであるかを判断する（ステップＳ１３）。

図３は、電源投入時の電子回路装置１０の動作説明図である。
図３（Ａ）において、矢印は、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を遮断した状態の電流流路を示している。

また、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４は、コンデンサの充電前に第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を遮断した状態で、コンデンサＣに電流を供給可能な電流供給路を構成している。

具体的には、コンデンサＣがショート故障を起こしている場合には（ステップＳ１３；ショート故障）、電源ＰＷ→抵抗Ｒ１→抵抗Ｒ２→（コンデンサＣ）→抵抗Ｒ３→抵抗Ｒ４→電源ＰＷの閉回路が構成されるので、抵抗Ｒ１の抵抗値をｒ１、抵抗Ｒ２の抵抗値をｒ２、抵抗Ｒ３の抵抗値をｒ３、抵抗Ｒ４の抵抗値をｒ４とすると、電圧信号Ｖｍｏｎの電圧＝Ｖ×ｒ４／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）となる。

ここで、電源ＰＷから抵抗Ｒ１、（コンデンサＣ）、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４を介して電流が供給される閉回路は、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を遮断した状態で、コンデンサＣ（の低電位側：他端側）に電流を供給可能な第１電流供給回路を構成している。

図３（Ｂ）は、電圧信号Ｖｍｏｎの電圧の説明図である。
これに対して、正常な場合には、コンデンサＣは充電されており、電流が流れないので、電圧信号Ｖｍｏｎの電圧＝０となる。

したがって、電圧＝Ｖ×ｒ４／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４）と電圧＝０との間に設定した所定のしきい値電圧と検出された電圧とを比較することにより、対象回路ＣＩＲは、コンデンサＣが正常あるいはショート故障のいずれであるかを判断できることとなる。

ステップＳ１３の判断において、コンデンサＣが正常であると判断された場合には（ステップＳ１３；正常）、対象回路ＣＩＲは、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２をオン状態として、コンデンサＣを充電する（ステップＳ１４）。

図４は、コンデンサ充電時の電子回路装置１０の動作説明図である。
図４において、矢印は、コンデンサＣの充電時の電流流路を示している。
まず、対象回路ＣＩＲは、第１スイッチ制御信号ＣＳＷ１を出力して、第１スイッチング素子ＳＷ１を閉状態（オン状態）とし、第２スイッチ制御信号ＣＳＷ２を出力して、第２スイッチング素子ＳＷ２を閉状態（オン状態）とする。

これにより、電源ＰＷ→ダイオードＤ２→第１スイッチング素子ＳＷ１→コンデンサＣ→第２スイッチング素子ＳＷ２→電源ＰＷの閉回路が構成されて、コンデンサＣを充電電流が流れて、コンデンサＣが充電されることとなる。

ここで、電源ＰＷからダイオードＤ２、第１スイッチング素子ＳＷ１、コンデンサＣ及び第２スイッチング素子ＳＷ２を介して電流が供給される閉回路は、第１スイッチング素子ＳＷ及び第２スイッチング素子ＳＷ２を接続した状態で、コンデンサＣ（の高電位側：一端側）に電流を供給可能な第２電流供給回路を構成している。

続いて、対象回路ＣＩＲは、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２を閉状態（オン状態）としてから所定の充電時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１５の判断において、未だ所定の充電時間が経過していない場合には（ステップＳ１５；Ｎｏ）、対象回路ＣＩＲは、処理を再びステップＳ１４に移行して充電を継続する。

図５は、コンデンサ放電時の電子回路装置１０の動作説明図である。
図５（Ａ）において、矢印は、コンデンサＣの放電時の電流流路を示している。
ステップＳ１５の判断において、所定の充電時間が経過した場合には（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、対象回路ＣＩＲは、第１スイッチ制御信号ＣＳＷ１を出力して、第１スイッチング素子ＳＷ１を開状態（オフ状態）とし、第２スイッチ制御信号ＣＳＷ２を出力して、第２スイッチング素子ＳＷ２を開状態（オフ状態）とする（ステップＳ１６）。

これにより、電源ＰＷとコンデンサＣとは、直列に接続され、チャージポンプ部として、初期状態において２×Ｖの電圧を有する電源として機能する。

このとき、電源ＰＷ→抵抗Ｒ１→抵抗Ｒ２→コンデンサＣ→ダイオードＤ３→対象回路ＣＩＲ→電源ＰＷの閉回路が構成されて、コンデンサＣからの放電電流が、電源ＰＷからの供給電流に重畳されて対象回路ＣＩＲを流れることとなる。

図５（Ｂ）は、電圧信号Ｖｍｏｎの電圧とスイッチ遮断後の経過時間との関係を説明する図である。
図５（Ｂ）において、曲線ＣＮは、対象回路ＣＩＲを流れる電流として、想定している正常時の電流が流れる場合のものである。また曲線ＣＳは、対象回路ＣＩＲを流れる電流として、想定している正常時の電流よりも少ない異常電流（電流小）が流れる場合のものである。また曲線ＣＬは、対象回路ＣＩＲを流れる電流として、想定している正常時の電流よりも多い異常電流（電流大）が流れる場合のものである。

従って対象回路ＣＩＲは、電圧信号Ｖｍｏｎの電圧を監視し（ステップＳ１７）、所定時間経過後の電圧あるいは所定電圧に到るまでの時間に基づいて異常電流が流れているか否かを判断することとなる（ステップＳ１８）。

具体的には、所定時間経過後の電圧に基づいて異常電流が流れているか否かを判断する場合には、図５（Ｂ）に示すように、所定時間ｔＲの経過時点で、電圧信号Ｖｍｏｎの電圧が正常時に検出されると想定されている電圧ＶＮよりも所定電圧以上高い電圧ＶＳである場合には、想定している正常時の電流よりも少ない異常電流（電流小）が流れていると判断する。

また、図５（Ｂ）に示すように、所定時間ｔＲの経過時点で、電圧信号Ｖｍｏｎの電圧が正常時に検出されると想定されている電圧ＶＮよりも所定電圧以上低い電圧ＶＬである場合には、想定している正常時の電流よりも多い異常電流（電流大）が流れていると判断する。

また、所定電圧に到るまでの時間に基づいて異常電流が流れているか否かを判断する場合には、図５（Ｂ）に示すように、所定の電圧（図５（Ｂ）の例では、Ｖ×ｒ４／（ｒ３＋ｒ４））に到るまでの時間が正常時に検出されると想定されている時間ｔＮよりも長い時間ｔＳである場合には、想定している正常時の電流よりも少ない異常電流（電流小）が流れていると判断する。

また、図５（Ｂ）に示すように、所定の電圧に到るまでの時間が正常時に検出されると想定されている時間ｔＮ（＝しきい値時間）よりも短い時間ｔＬである場合には、想定している正常時の電流よりも多い異常電流（電流大）が流れていると判断する。

そして、ステップＳ１８の判断において、異常電流が検出された場合には（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、異常電流が検出された旨の通知、異常電流の状態（大電流あるいは小電流）に関する通知、電源供給の遮断等を行う異常電流検出後処理を行って処理を終了する（ステップＳ１９）。

またステップＳ１８の判断において、異常電流が検出されなかった場合には（ステップＳ１８；Ｎｏ）、処理を終了する。
また、上述したステップＳ１４～ステップＳ１９の処理については、電源供給中の所定時間毎に行うようにしても良い。

以上の説明のように、本実施形態によれば、常時電源を供給する必要がある対象回路が有る場合であっても当該対象回路における異常電流の有無を容易に判断することができる。
さらに電源投入時には、チャージポンプ部として機能するコンデンサＣのショート故障を確実に検出することが可能である。

また、実施形態の電子回路装置１０を実際の装置に搭載する場合には、電圧信号Ｖｍｏｎを電源ＰＷの電圧監視用として用いており、電子回路装置１０をオフしている際の暗電流カット用として第１スイッチング素子ＳＷ１をチャージポンプ部と併用することにより、部品点数の増加を招くことなく、異常電流の検出を行うことが可能となる。同様に、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の間の電圧を電源ＰＷの電圧監視用として用いる場合、第２スイッチング素子ＳＷ２を暗電流カット用とチャージポンプ部の２つの機能を持たせることができる。

本実施形態の対象回路ＣＩＲは、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
本実施形態の対象回路ＣＩＲで実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体、あるいは、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤ等の半導体記憶装置に記録されて提供される。

また、本実施形態の対象回路ＣＩＲで実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の対象回路ＣＩＲで実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

また、本実施形態の対象回路ＣＩＲのプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、以上の説明においては、対象回路ＣＩＲとしてＥＣＵを想定しており、対象回路ＣＩＲは異常電流検出回路としても機能するものを想定していたが、異常電流検出回路を対象回路ＣＩＲと別途設ける構成とすれば、ＬＳＩ、ダイオード等の素子を対象回路ＣＩＲとすることも可能である。また、異常電流検出回路の一部が対象回路ＣＩＲに組み込まれていてもよい。

１０電子回路装置
Ｃコンデンサ
ＣＩＲ対象回路
ＣＳＷ１第１スイッチ制御信号
ＣＳＷ２第２スイッチ制御信号
Ｄ１～Ｄ３ダイオード
ＰＷ電源
Ｒ１～Ｒ４抵抗
ＳＷ１第１スイッチング素子
ＳＷ２第２スイッチング素子
ＶＬ、ＶＮ、ＶＳ電圧
Ｖｍｏｎ電圧信号
ｔＬ、ｔＮ、ｔＳ時間
ｔＲ所定時間

Claims

電源から常時電力供給を受けて動作する対象回路における異常電流を検出する異常電流検出回路であって、
コンデンサを備え、前記電源の電圧を昇圧して前記対象回路に電圧を印加可能なチャージポンプ部と、
前記チャージポンプ部により前記対象回路に電圧が印加されているときの前記コンデンサの一端側の電圧である検出用電圧に基づいて前記異常電流を検出する異常検出部と、
を備えた異常電流検出回路。
前記異常検出部は、前記チャージポンプ部により昇圧した電圧を印加してから所定時間経過後の前記検出用電圧に基づいて前記異常電流を検出する、
請求項１記載の異常電流検出回路。
前記異常検出部は、前記チャージポンプ部により昇圧した電圧を印加してから前記検出用電圧が所定電圧に到るまでの時間に基づいて前記異常電流を検出する、
請求項１記載の異常電流検出回路。
前記チャージポンプ部は、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子を備え、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を遮断した状態で、前記コンデンサの他端側に電流を供給可能な第１電流供給路と、
前記第１電流供給路を介して前記コンデンサの他端側に電流を供給可能とした状態で、前記検出用電圧が所定の電圧を超えた場合に前記コンデンサのショート故障として検出するショート故障検出部と、
を備えた請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の異常電流検出回路。
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を接続した状態で、前記コンデンサの一端側に電流を供給可能な第２電流供給路を備え、
前記第１電流供給路を介して前記コンデンサの他端側に電流を供給可能とした状態で前記ショート故障検出部によって前記コンデンサが正常と判断した後、前記第２電流供給路を介して前記コンデンサの一端側に電流を供給可能とした状態で前記コンデンサを充電し、その後前記第１電流供給路を介して前記コンデンサの他端側に電流を供給可能とした際の前記検出用電圧に基づいて前記異常電流を検出する、
請求項４に記載の異常電流検出回路。