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技術 車両用電子制御装置の過電圧保護回路

出願人 株式会社デンソー
発明者 原芳道川田裕之
出願日 2004年2月10日 (16年9ヶ月経過) 出願番号 2004-034090
公開日 2005年8月25日 (15年3ヶ月経過) 公開番号 2005-229681
状態 特許登録済
技術分野 車両用電気・流体回路 非常保護回路装置(単入力保護リレー) 非常保護回路装置(断路なし) 直流の給配電
主要キーワード Nチャンネル 高周波信号波 高電圧ノイズ 電磁誘導ノイズ 最大定格電力 ロードダンプ Pチャンネル 小信号用
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この項目の情報は公開日時点(2005年8月25日)のものです。
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課題

本発明の課題は、高電圧ノイズによって誤動作や破損することがない小形でかつ高信頼性を有する車両用電子制御装置過電圧保護回路を提供することにある。

解決手段

ロードダンプサージを吸収する第1クランプ電圧を有する第1クランプ回路を内蔵したオルタネータから電源を供給される、バッテリ電源ラインに接続された車両用電子制御装置に、 第1クランプ電圧よりも高い第2クランプ電圧の電気特性を有する第2クランプ回路を備えることにより課題を解決する。

概要

背景

自動車に対する情報化、安全性向上などの社会的ニーズに対応するため、CPUやセンサを使用した電子制御装置が多数車両に搭載されるようになってきた。これらの電子制御装置に電源を供給するバッテリ電源ラインには点火装置、あるいは電子制御装置で制御されるアクチュエータリレーソレノイドから発生する電磁誘導ノイズサージ重畳することが多く、バッテリの電源ラインに発生したこれらのノイズ、サージを除去・低減して電子制御装置の誤動作や破損を防ぎ、その信頼性を向上することが重要である。その対策の1つとして、バッテリの端子外れたときに発電機の電磁誘導作用ロードダンプ・サージが発生する恐れがあるため、電子制御装置の電源回路にそれを吸収するクランプ回路が設けられている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−37930号公報

概要

本発明の課題は、高電圧ノイズによって誤動作や破損することがない小形でかつ高信頼性を有する車両用電子制御装置過電圧保護回路を提供することにある。ロードダンプ・サージを吸収する第1クランプ電圧を有する第1クランプ回路を内蔵したオルタネータから電源を供給される、バッテリの電源ラインに接続された車両用電子制御装置に、 第1クランプ電圧よりも高い第2クランプ電圧の電気特性を有する第2クランプ回路を備えることにより課題を解決する。

目的

本発明の課題は、このような高電圧ノイズによってECUが誤動作や破損することを抑制できる小型な車両用電子制御装置の過電圧保護回路を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
5件

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請求項1

サージおよび/又はノイズクランプする第1クランプ電圧電気特性と、該サージおよび/又はノイズが該第1クランプ電圧を越えたときに発生する吸収電流許容する第1最大定格サージ電流の電気特性とを、有する第1クランプ回路を内蔵した発電機から電源を供給される、バッテリ電源ラインに接続された車両用電子制御装置過電圧保護回路において、前記第1クランプ電圧よりも高い第2クランプ電圧の電気特性および、前記第1最大定格サージ電流よりも小さい第2最大定格サージ電流の電気特性を有し、第2最大定格サージ電流は前記サージおよび/又はノイズが前記第2クランプ電圧を越えたときに発生する吸収電流を許容する第2クランプ回路を備え、前記バッテリの電源ラインに前記第2クランプ回路を接続して該バッテリの電源ラインに重畳した前記サージおよび/又はノイズを除去することを特徴とする車両用電子制御装置の過電圧保護回路。

請求項2

前記第2クランプ電圧は前記車両用電子制御装置のサージ定格電圧よりも低い請求項1に記載の車両用電子制御装置の過電圧保護回路。

請求項3

前記第2クランプ回路は前記ノイズを吸収する定電圧ダイオードを有する請求項1または2に記載の車両用電子制御装置の過電圧保護回路。

請求項4

前記第2クランプ回路は、前記バッテリの電源ラインとグランド間とに直列に接続された2つの定電圧ダイオードと、前記2つの定電圧ダイオードの中間の接続線にそのゲートが接続され、そのドレインソースが前記バッテリの電源ライン、前記グランドのいずれかに接続され前記ノイズを吸収するFETとを有する請求項1または2に記載の車両用電子制御装置の過電圧保護回路。

請求項5

前記FETは内部抵抗が少なく、かつ高速スイッチング特性が良好なNチャンネルまたはPチャンネルのMOS FETである請求項4に記載の車両用電子制御装置の過電圧保護回路。

技術分野

0001

本発明は、車両に搭載された電子制御装置電源回路に関するものである。

背景技術

0002

自動車に対する情報化、安全性向上などの社会的ニーズに対応するため、CPUやセンサを使用した電子制御装置が多数車両に搭載されるようになってきた。これらの電子制御装置に電源を供給するバッテリ電源ラインには点火装置、あるいは電子制御装置で制御されるアクチュエータリレーソレノイドから発生する電磁誘導ノイズサージ重畳することが多く、バッテリの電源ラインに発生したこれらのノイズ、サージを除去・低減して電子制御装置の誤動作や破損を防ぎ、その信頼性を向上することが重要である。その対策の1つとして、バッテリの端子外れたときに発電機の電磁誘導作用ロードダンプ・サージが発生する恐れがあるため、電子制御装置の電源回路にそれを吸収するクランプ回路が設けられている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−37930号公報

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、最近になってロードダンプ・サージを吸収するクランプ回路は個々の電子制御装置に設ける替わりに、発電機に内蔵されるようになってきた。発電機に接続されるバッテリの電源ラインは、ワイヤハーネスによって個々の電子制御装置(以後、「ECU」ともいう)に供給される。このときワイヤ・ハーネスは車内の各部に設置されるため、その配置および構成は大変に複雑なものとなり、その配線長が長くなる場合が多い。そのため発電機にクランプ回路が内蔵されていても、これらのワイヤ・ハーネスを介して各ECUに接続されるバッテリの電源ラインには、前述の点火装置が発生する点火ノイズや各種電磁誘導ノイズによって高電圧ノイズ高速パルス状あるいは高周波状のノイズ)が重畳することが多く、高電圧ノイズ等によってECUが誤動作したり破損する恐れがある。

0004

本発明の課題は、このような高電圧ノイズによってECUが誤動作や破損することを抑制できる小型な車両用電子制御装置過電圧保護回路を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

0005

本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路は、サージおよび/又はノイズをクランプする第1クランプ電圧電気特性と、サージおよび/又はノイズが第1クランプ電圧を越えたときに発生する吸収電流許容する第1最大定格サージ電流の電気特性とを、有する第1クランプ回路を内蔵した発電機から電源を供給される、バッテリの電源ラインに接続された車両用電子制御装置の過電圧保護回路において、
第1クランプ電圧よりも高い第2クランプ電圧の電気特性および、第1最大定格サージ電流よりも小さい第2最大定格サージ電流の電気特性を有し、
第2最大定格サージ電流はサージおよび/又はノイズが第2クランプ電圧を越えたときに発生する吸収電流を許容する第2クランプ回路を備え、
バッテリの電源ラインに第2クランプ回路を接続してバッテリの電源ラインに重畳したサージおよび/又はノイズを除去することを特徴とする。

0006

このようにすると、電子制御装置の第2クランプ回路は従来のような大電力半導体素子の代わりに小電力の半導体素子を使用して、ワイヤ・ハーネスを通したバッテリの電源ラインに重畳した高電圧ノイズを確実に除去することができる。このため第2クランプ回路を小形に安価に実現できる。

0007

また本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路は、第2クランプ電圧が車両用電子制御装置のサージ定格電圧よりも低くなるように構成することが必要である。

0008

このようにすると、電子制御装置のバッテリの電源ラインに発生するノイズを、電子制御装置のサージ定格電圧よりも低くすることができ、電子制御装置をサージから保護することができる。

0009

また本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路は、第2クランプ回路がノイズを吸収する定電圧ダイオードを有するように構成することができる。

0010

このようにすると、小形で安価な定電圧ダイオードを第2クランプ回路に使用して高電圧ノイズを除去することができる。

0011

また本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路は、第2クランプ回路は、バッテリの電源ラインとグランド間とに直列に接続された2つの定電圧ダイオードと、2つの定電圧ダイオードの中間の接続線にそのゲートが接続され、そのドレインソースがバッテリの電源ライン、前記グランドのいずれかに接続されノイズを吸収するFETとを有するように構成することが好ましい。

0012

このようにすると、小信号用の定電圧ダイオードで高電圧ノイズを検知し、その検知出力に基づいて小電力のFETで高電圧ノイズを吸収する。FETは本質的に高速動作するので、波形の急峻な高速のあるいは高周波信号成分をもった高電圧ノイズも除去することができ第2クランプ回路はあらゆる高電圧ノイズを除去することが可能である。

0013

また本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路は、FETが内部抵抗が少なく、かつ高速のスイッチング特性が良好なNチャンネルまたはPチャンネルのMOS FETであるように構成することもできる。

0014

このようにすると、内部抵抗が小さくかつ信頼性の高いMOSFET[Metal-Oxide-Semiconductor]を使用して高電圧ノイズを吸収するため、FETの発熱量が小さくなり、一層定格電力の小さいFETを第2クランプ回路に適用できる。この結果、第2クランプ回路はより小形かつ安価になる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路の最良形態について説明する。図1ブロック図と図2の波形図を使用して車両用電子制御装置の過電圧保護回路21(以後、単に「過電圧保護回路」という)の機能と動作を説明する。バッテリ1には発電機10が接続されて車両のエンジン回転にともなって発生した電力がバッテリ1に供給される。その発電機10には、発電機10が動作中にバッテリ1の端子が外れた時に発電機10の電磁誘導作用によって生じるロードダンプ・サージBLDSを吸収・除去する第1クランプ回路11が内蔵されている。ロードダンプ・サージBLDSが発生したときには、この第1クランプ回路の働きで、[2A]に示されたように第1クランプ電圧VcAでそのサージが切り取られる。ここで[2A]は第2クランプ回路が無い場合の波形図であり、[2B]は第2クランプ回路を備えた本発明の過電圧保護回路の波形図である。

0016

次に、バッテリ1に充電された直流電力は、ワイヤ・ハーネスであるバッテリの電源ラインWHを介してECU[Electronic Control Unit]20に供給されるが、このとき前述のように、ワイヤ・ハーネスは車内の各部に設置されるため、その配置および配線構成は相当に複雑なものとなり、その配線長が数mを越えることも多い。そのため、これらのワイヤ・ハーネスを介して各ECUに接続されるバッテリの電源ラインにはノイズ発生源100から、詳細にいえば、前述の点火装置が発生するインパルス状ノイズや高周波の点火ノイズや各種アクチュエータやリレー、ソレノイドから発生する電磁誘導ノイズによって高電圧ノイズが重畳する。この高電圧ノイズは[2A]に示すように、急峻なパルス波形あるいは高周波信号波形が混在した高電圧ノイズNoriginalで表され、その波高値ピーク電圧)は数十Vから百V以上におよぶ。

0017

この高電圧ノイズNoriginalはECU20の過電圧保護回路、すなわち第2クランプ回路21によって除去される。具体的には、バッテリの電源ラインWHに接続された制御回路22(マイコン等を備え、バッテリの電源ラインWHに繋がる入力部分にはローパスフィルタ定電圧回路等で構成された電源回路が用意されている)のサージ定格電圧VE-Bと前述の第1クランプ電圧VcAとの間に位置する第2クランプ電圧VcRでもって、高電圧ノイズNoriginalはその波高カットされて[2B]に示すような低電圧ノイズNclampedに変化する。この低電圧ノイズNclampedは制御回路22の電源回路で除去されるため、ECUは高電圧ノイズに伴う誤動作あるいは破損を確実に防止することができる。

0018

次に過電圧保護回路、すなわち第2クランプ回路21の回路構成図3に示す。[3A]は本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路21の第1実施形態である。第2クランプ電圧VcRに等しいツェナー電圧Vzを有する小電力(最大定格電力数百mW)の定電圧ダイオードD31が第2クランプ回路21に使用され、その定電圧作用で高電圧ノイズNoriginalを第2クランプ電圧VcRでカットして低電圧ノイズNclampedに変換する。

0019

[3B]は本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路21の第2実施形態である。第2クランプ電圧VcRに略等しいツェナー電圧Vzを有する小信号(最大定格電力100mW以下)の定電圧ダイオードD42とそれに直列に接続されたバイアス抵抗R1によって高電圧ノイズNoriginalを検出する。高電圧ノイズNoriginalが第2クランプ電圧VcRを越えると、抵抗R1に電流が流れて小電力(最大定格電力数百mW)のPチャンネルMOSFETQ1のソースとゲート間に電圧を生じて、PチャンネルMOS FET Q1をONにする。このPチャンネルMOS FET Q1の働きで、高電圧ノイズNoriginalを第2クランプ電圧VcRでカットして低電圧ノイズNclampedに変換する。定電圧ダイオードD41には、PチャンネルMOS FET Q1のソースとゲート間に過電圧が生じて、PチャンネルMOS FET Q1のゲートが破壊しないように保護する働きがある。MOS FETはON時の内部抵抗が小さくかつ高速でON/OFF動作するので、その発熱に伴う信頼性の影響が殆ど無く、また急峻なパルス波形あるいは高周波信号波形が混在した高電圧ノイズNoriginalに対して適確にクランプすることが可能である。

0020

[3C]は本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路21の第3実施形態である。第2クランプ電圧VcRに略等しいツェナー電圧Vzを有する小信号(最大定格電力100mW以下)の定電圧ダイオードD51とそれに直列に接続されたバイアス抵抗R2によって高電圧ノイズNoriginalを検出する。高電圧ノイズNoriginalが第2クランプ電圧VcRを越えると、抵抗R2に電流が流れて小電力(最大定格電力数百mW)のNチャンネルMOSFETQ2のソースとゲート間に電圧を生じて、NチャンネルMOS FET Q2をONにする。このNチャンネルMOS FET Q2の働きで、高電圧ノイズNoriginalを第2クランプ電圧VcRでカットして低電圧ノイズNclampedに変換する。定電圧ダイオードD52にはNチャンネルMOS FET Q2のソースとゲート間に過電圧が生じて、NチャンネルMOS FET Q2のゲートが破損しないように保護する働きがある。MOS FETはON時の内部抵抗が小さくかつ高速でON/OFF動作するので、その発熱に伴う信頼性の影響が殆ど無く、また急峻なパルス波形あるいは高周波信号波形が混在した高電圧ノイズNoriginalに対して適確にクランプすることが可能である。

図面の簡単な説明

0021

本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路に関連する回路ブロックの構成図。
本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路の機能を説明する波形図。
本発明の車両用電子制御装置の過電圧保護回路の各実施形態を説明する回路図。

符号の説明

0022

1バッテリ
10発電機
11 第1クランプ電圧
20 ECU(電子制御装置)
21過電圧保護回路(第2クランプ回路)
22制御回路(マイコン/電源回路)
WH バッテリの電源ライン(ワイヤ・ハーネス)
BLDSロードダンプ・サージ
Noriginal高電圧ノイズ
Nclamped低電圧ノイズ
VcA 第1クランプ電圧
VcR 第2クランプ電圧
VE-B ECUのサージ定格電圧
D31、D41、D42、D51、D52定電圧ダイオード
Q1PチャンネルMOSFET
Q2NチャンネルMOS FET

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