控制装置的制作方法

1.本公开涉及一种控制装置。
2.本技术要求基于2019年4月26日提出申请的日本技术第2019
‑
085996号的优先权，并援引所述日本技术所记载的全部记载内容。


背景技术：

3.专利文献1公开了一种在包括对向负载供给的大电流进行控制的半导体开关的开关电路中在半导体开关设置故障诊断单元而构成的车辆用控制装置。故障诊断单元通过对输入到半导体开关的接通断开控制信号与半导体开关的输出电平之间的匹配性进行判断来诊断半导体开关有无动作不良。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1:日本特开2005
‑
39385号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.本方式涉及一种控制装置，是具备开关电路并通过对该开关电路的接通断开进行控制而对车载装置与车载蓄电池之间进行开闭的车辆用的控制装置，所述开关电路具有半导体开关，所述车载装置具有连接于所述开关电路的一端部的电容器，所述车载蓄电池连接于所述开关电路的另一端部，所述控制装置具备：配线，用于向该半导体开关的栅极施加使所述半导体开关接通的驱动电压；驱动开关，用于使该配线短路而使所述半导体开关断开；稳压二极管，阳极连接于所述一端部，阴极连接于所述配线；电压检测部，检测所述一端部的电压；及控制部，通过将所述驱动开关从断开控制成接通并对由所述电压检测部检测到的电压与预定阈值进行比较，来判定所述开关电路有无故障。
9.此外，本技术不仅能够实现为具备这样的特征性的处理部的控制部，如上所述，而且能够实现为以上述特征性的处理为步骤的控制方法，或者实现为用于使计算机执行上述步骤的程序。另外，能够实现为将控制装置的一部分或全部实现的半导体集成电路，或者实现为包括控制装置的其他系统。
附图说明
10.图1是对实施方式1涉及的车辆用电流控制系统的构成例进行说明的电路框图。
11.图2是示出实施方式1涉及的控制装置的构成例的框图。
12.图3是示出故障判定方法的说明图。
13.图4是示出故障判定方法的说明图。
14.图5是示出短路故障的诊断方法的时序图。
15.图6是示出比较例涉及的控制装置的构成例的框图。
16.图7a是示出实施方式1涉及的控制装置的效果的时序图。
17.图7b是示出实施方式1涉及的控制装置的效果的时序图。
18.图8是示出实施方式2涉及的控制装置的构成例的框图。
19.图9是示出实施方式3涉及的控制装置的构成例的框图。
具体实施方式
20.[本公开要解决的课题]
[0021]
在专利文献1涉及的车辆用控制装置中，在作为开闭控制对象的车载装置的电路连接有电容器的情况下，如果该电容器的容量较大，则存在电容器的放电需要时间且开关电路的故障诊断需要时间这样的技术问题。
[0022]
例如，在构成为通过开关电路使具有电容器的起动器与车载蓄电池之间开闭的情况下，即使处于接通状态的开关电路断开，到电容器放电而电压降低为止也需要花费时间，其结果是，开关电路是否正常地动作的诊断需要时间。
[0023]
本公开的目的在于，提供一种在连接有作为开闭控制对象的车载装置的电容器的情况下能够使电容器高效地放电而以短时间判定开关电路有无故障的控制装置。
[0024]
[本公开的效果]
[0025]
根据本公开，能够提供一种在连接有作为开闭控制对象的车载装置的电容器的情况下能够使电容器高效地放电而以短时间判定开关电路有无故障的控制装置。
[0026]
[本公开的实施方式的说明]
[0027]
首先，列举记载本公开的实施方式来进行说明。另外，也可以任意地组合以下记载的实施方式中的至少一部分。
[0028]
(1)本方式涉及一种控制装置，是具备开关电路并通过对该开关电路的接通断开进行控制而对车载装置与车载蓄电池之间进行开闭的车辆用的控制装置，所述开关电路具有半导体开关，所述车载装置具有连接于所述开关电路的一端部的电容器，所述车载蓄电池连接于所述开关电路的另一端部，所述控制装置具备：配线，用于向该半导体开关的栅极施加使所述半导体开关接通的驱动电压；驱动开关，用于使该配线短路而使所述半导体开关断开；稳压二极管，阳极连接于所述一端部，阴极连接于所述配线；电压检测部，检测所述一端部的电压；及控制部，通过将所述驱动开关从断开控制成接通并对由所述电压检测部检测到的电压与预定阈值进行比较，来判定所述开关电路有无故障。
[0029]
根据本方式，控制部能够以比使被车载蓄电池充电了的电容器完全放电所需的时间短的时间判定开关电路有无故障。
[0030]
在判断开关电路有无故障时，控制部将驱动开关从断开控制成接通。在驱动开关断开的情况下，半导体开关接通(参照图3)。在驱动开关接通的情况下，半导体开关断开(参照图4)。在开关电路接通时，电容器与车载蓄电池连接，电容器成为被充电了的状态。通过上述驱动开关的控制，在开关电路正常地断开的情况下，电容器从车载蓄电池切断，电容器开始放电(参照图4)。
[0031]
在电容器放电而使开关电路的一端部的电压降低到基准电位的情况下，能够判断为开关电路被正常地从接通控制成断开。
[0032]
特别是，根据本方式，蓄积在电容器中的电荷通过稳压二极管、配线及驱动开关来
放电。因此，与电容器自然地放电的情况相比，能够以更短的时间使电容器放电。因此，控制部能够以短时间判定开关电路有无故障。
[0033]
另外，本方式是将构成半导体开关的驱动电路的配线、保护半导体开关用的稳压二极管及驱动半导体开关用的驱动开关挪用作放电电路的结构。即，驱动电路兼具电容器的放电功能。因此，本方式涉及的控制装置能够抑制部件个数的增加并且使电容器高效地放电，能够以短时间判定开关电路有无故障。
[0034]
进而，将驱动开关从断开控制成接通的控制是将半导体开关从接通切换成断开的控制，同时还是使电容器的放电开始的控制。因此，控制电路能够仅以对驱动开关的控制来进行半导体开关的控制和控制电容器的放电。
[0035]
(2)优选构成为，所述电压检测部具备对所述开关电路的所述一端部的电压进行分压的分压电阻。
[0036]
根据本方式，在开关电路正常断开的情况下，电容器从车载蓄电池切断，蓄积于电容器的电荷还通过电压检测用的分压电阻来放电。因此，能够以更短的时间使电容器放电。因此，控制部能够以短时间判定开关电路有无故障。
[0037]
(3)优选构成为，具备用于使所述开关电路的所述一端部接地的放电开关，所述控制部将所述驱动开关及所述放电开关从断开控制成接通。
[0038]
根据本方式，在开关电路正常断开的情况下，电容器从车载蓄电池切断，蓄积于电容器的电荷还通过放电开关来放电。因此，能够以更短的时间使电容器放电。因此，控制部能够以短时间判定开关电路有无故障。
[0039]
(4)优选构成为，在所述配线配备有电阻器。
[0040]
根据本方式，能够通过上述电阻器降低从外部回到控制部的浪涌电压及浪涌电流。
[0041]
(5)优选构成为，所述开关电路具有并联连接的多个所述半导体开关，所述控制装置具备在所述多个半导体开关分别设置的多个所述稳压二极管及多个所述电阻器。
[0042]
根据本方式，开关电路具有并联连接的多个半导体开关。因此，控制装置能够对流过以一个半导体开关无法控制的大电流的电路进行开闭。
[0043]
另外，在多个半导体开关分别设置有稳压二极管。蓄积于电容器的电荷通过多个稳压二极管、配线及驱动开关来放电。因此，能够以更短的时间使电容器放电。因此，控制部能够以短时间判定开关电路有无故障。
[0044]
进而，在多个半导体开关分别设置有电阻器。因此，能够更有效地降低从外部回到控制部的浪涌电压及浪涌电流。能够使设置于各半导体开关的电阻器小型化。
[0045]
[本公开的实施方式的详情]
[0046]
以下，参照附图来说明本公开的实施方式涉及的控制装置。此外，本公开不限定于这些示例，而由权利要求书示出，意在包括与权利要求书等同含义及范围内的全部变更。
[0047]
以下，对本公开，基于示出其实施方式的附图来具体地进行说明。
[0048]
(实施方式1)
[0049]
图1是对实施方式1涉及的车辆用电流控制系统的构成例进行说明的电路框图。实施方式1涉及的车辆用电流控制系统具备车辆用的控制装置1、起动器发电机(车载装置)2、车载蓄电池3及负载4。控制装置1具备控制部10、开关电路11、驱动电路12及电压检测部13。
在开关电路11的一端部连接有第一端子1a，在开关电路11的另一端部连接有第二端子1b。第一端子1a连接于起动器发电机2的一端部，起动器发电机2的另一端部接地。起动器发电机2在使车辆的发动机启动的起动器功能之外还具有发电功能，具备发动机启动用的电动机(mtr)21和电容器22。电容器22的一端部连接于第一端子1a，电容器22的另一端接地。在第二端子1b连接有车载蓄电池3的正极，车载蓄电池3的负极接地。另外，在第二端子1b连接有负载4的一端部，负载4的另一端部接地。负载4是车内灯、空调、汽车导航装置等车载设备。
[0050]
在这样构成的车辆用电流控制系统中，起动器发电机2经由控制装置1连接于车载蓄电池3及负载4。控制装置1对起动器发电机2与车载蓄电池3之间进行开闭。
[0051]
在车辆的发动机动作而使起动器发电机2进行发电的情况下，包括电容器22的起动器发电机2与车载蓄电池3连接。通过起动器发电机2的发电对车载蓄电池3及电容器22进行充电。在起动器发电机2未发电时也处于电容器22及车载蓄电池3连接的状态的情况下，电容器22由车载蓄电池3充电。
[0052]
在车辆的发动机停止的情况下，控制装置1打开电路而切断起动器发电机2与车载蓄电池3。在该状态下启动发动机的情况下，通过与起动器发电机2连接的未图示的起动器用蓄电池来驱动电动机21，使发动机启动。电动机21的驱动需要较大的电力，但由于起动器发电机2与车载蓄电池3及负载4被切断，能够避免负载4侧的电压降低等不良情况。在发动机启动时，控制装置1闭合电路而将起动器发电机2与车载蓄电池3连接。
[0053]
图2是示出实施方式1涉及的控制装置1的构成例的框图。开关电路11具有至少一个半导体开关11a。半导体开关11a可以使用例如mosfet(metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、igbt(insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)等。以下，作为半导体开关11a是n沟道型的mosfet来进行说明。半导体开关11a的漏极连接于第二端子1b，源极连接于第一端子1a。
[0054]
驱动电路12是用于使半导体开关11a接通或断开的电路，该驱动电路12的动作由控制部10控制。驱动电路12具备驱动电源12a、配线12b、第一电阻器12c、第二电阻器12d、驱动开关12e及稳压二极管12f。
[0055]
驱动电源12a输出用于使半导体开关11a接通或断开驱动的驱动电压。驱动电源12a经由配线12b和串联连接的第一电阻器12c及第二电阻器12d而连接于半导体开关11a的栅极。配线12b是用于将驱动电源12a与半导体开关11a的栅极连接的导电线。详细地说，第一电阻器12c的一端通过配线12b连接于驱动电源12a的正极端子，第一电阻器12c的另一端连接于第二电阻器12d的一端。第二电阻器12d的另一端通过配线12b连接于半导体开关11a的栅极。此外，第二电阻器12d例如是防电涌用的电阻器。
[0056]
驱动开关12e是用于对半导体开关11a进行接通或断开控制的开关。驱动开关12e例如是晶体管开关。驱动开关12e的一端接地，另一端通过配线12b与第一电阻器12c的另一端和第二电阻器12d的一端连接。
[0057]
在从控制部10向驱动开关12e输出低电平的信号时，驱动开关12e断开。在驱动开关12e断开的情况下，驱动电源12a的驱动电压通过配线12b施加于半导体开关11a的栅极，半导体开关11a接通(参照图3)。
[0058]
在从控制部10向驱动开关12e输出高电平的信号时，驱动开关12e接通。在驱动开
关12e接通的情况下，半导体开关11a的栅极接地，半导体开关11a断开(参照图4)。
[0059]
控制部10是具有未图示的cpu、存储部10a、计时部10b及输入输出部10c等的计算机。存储部10a存储用于判断半导体开关11a有无故障的信息。另外，存储部10a存储半导体开关11a的故障诊断结果。输入输出部10c对表示半导体开关11a的故障或有无故障的信号或数据进行外部输出。
[0060]
电压检测部13具备串联连接的分压电阻13a、13b，该串联电路的一端连接于第一端子1a，另一端接地。控制部10能够通过获取由分压电阻13a、13b分压的电压来对第一端子1a即开关电路11的第一端子1a的电压进行检测。
[0061]
图3及图4是示出故障判定方法的说明图，图5是示出短路故障的诊断方法的时序图。在图5中，横轴表示时间。图5a中的纵轴表示半导体开关11a的接通断开状态。图5b中的纵轴表示在半导体开关11a未发生故障的情况下由电压检测部13检测的第一端子1a的电压vbatt的时间变化。图5c中的纵轴表示在半导体开关11a发生短路故障的情况下由电压检测部13检测的第一端子1a的电压vbatt的时间变化。短路故障是与施加于半导体开关11a的栅极的电压无关地处于始终接通的状态的故障状态。在图5b及图5c中，电压v1表示车载蓄电池3的预定电压。预定电压为额定电压，且是不根据车载蓄电池3的状态而发生变化的常数。
[0062]
在半导体开关11a处于接通的状态的情况下，如图3所示，第一端子1a的电压是车载蓄电池3的预定的电压v1，电容器22的电压也成为电压v1。此外，在图3及图4中，δv是半导体开关11a的栅极与源极之间的电压。半导体开关11a的栅极的电压以v1+δv表示。
[0063]
在半导体开关11a未发生故障的情况下，在半导体开关11a从接通变成断开时，如图4所示，电容器22放电(参照图1中空心箭头、图4中粗线箭头及细线箭头)，如图5b所示，第一端子1a的电压vbatt指数函数级地降低。更具体地说，如图4中以粗线箭头示出那样，蓄积在电容器22中的电荷主要经由稳压二极管12f、第二电阻器12d及驱动开关12e来放电。另外，如图4中以细线箭头示出那样，蓄积在电容器22中的电荷的一部分通过电压检测部13的分压电阻13a、13b来放电。最后，第一端子1a的电压、半导体开关11a的栅极的电压成为0[v]。
[0064]
在半导体开关11a发生短路故障的情况下，半导体开关11a始终为接通状态，如图5c所示，第一端子1a的电压vbatt保持为电压v1。
[0065]
控制部10的存储部10a存储用于判定半导体开关11a有无故障的阈值及诊断等待时间。诊断等待时间是被车载蓄电池3充电了的电容器22放电所需的时间。阈值电压是充满电的电容器22开始放电且经过了预定的诊断等待时间时检测的第一端子1a的最大电压vbatt。
[0066]
控制部10将半导体开关11a从接通控制成断开，并通过对将导体开关从接通控制成断开之后经过了诊断等待时间时的第一端子1a的电压vbatt与阈值进行比较，能够判定半导体开关11a有无短路故障。具体地说，控制部10在经过诊断等待时间后的第一端子1a的电压vbatt小于阈值的情况下判定为半导体开关11a未发生故障。控制部10在经过诊断等待时间后的第一端子1a的电压vbatt为阈值以上的情况下判定为半导体开关11a发生故障。
[0067]
图6是示出比较例涉及的控制装置101的构成例的框图。比较例涉及的控制装置101具备压敏电阻112f以代替构成实施方式1涉及的控制装置1的稳压二极管12f。
[0068]
图7a及图7b是示出实施方式1涉及的控制装置1的效果的时序图。在图7a及图7b
中，横轴表示时间。图7a中的纵轴表示在半导体开关11a未发生故障的情况下由实施方式1涉及的控制装置1的电压检测部13检测的第一端子1a的电压vbatt的时间变化。图7b中的纵轴表示在半导体开关11a未发生故障的情况下由比较例涉及的控制装置101的电压检测部13检测的第一端子1a的电压vbatt的时间变化。
[0069]
在比较例涉及的控制装置101中，如图6及图7b所示，电容器22的放电路径仅为电压检测部13。与实施方式1涉及的控制装置1相比，比较例涉及的控制装置101在电容器22的放电上需要时间。因此，比较例涉及的控制部10在开关电路11的故障诊断上需要时间。
[0070]
另一方面，根据本实施方式1，如图4及图7a所示，蓄积在电容器22中的电荷在电压检测部13之外还从驱动电路12放电。因此，与比较例相比，电容器22以短时间放电。因此，控制部10能够以短时间进行开关电路11的故障诊断。
[0071]
根据这样构成的实施方式1涉及的控制装置1，在连接有作为开闭控制对象的起动器发电机2的电容器22的情况下，能够使电容器22高效地放电而以短时间判定开关电路11有无故障。
[0072]
另外，根据本实施方式1涉及的控制装置1，能够使电容器22的电荷在驱动电路12之外还通过电压检测部13来放电。因此，能够使电容器22以更短的时间放电。因此，控制部10能够以短时间判定开关电路11有无故障。
[0073]
进而，由于具备第二电阻器12d，能够降低从外部回到控制部10的浪涌电压及浪涌电流。
[0074]
(实施方式2)
[0075]
实施方式2涉及的控制装置201在还具备放电电路14这点上与实施方式1不同，因此以下主要说明上述不同点。由于其他工序及作用效果与实施方式1相同，对所对应的部位标注相同的附图标记并省略详细的说明。
[0076]
图8是示出实施方式2涉及的控制装置201的构成例的框图。实施方式2涉及的控制装置201具备与实施方式1涉及的控制装置1相同的构成部，还具备使电容器22放电的放电电路14。
[0077]
放电电路14具备用于使半导体开关11a的一端部接地的放电开关14a和第三电阻器14b。放电开关14a的一端接地，放电开关14a的另一端连接于第三电阻器14b的一端。第三电阻器14b的另一端连接于开关11a的一端部。放电开关14a的动作由控制部10控制。
[0078]
控制部10以使驱动开关12e及放电开关14a各自成为接通状态、断开状态的方式进行控制。例如，控制部10在将驱动开关12e从断开控制成接通的同时也将放电开关14a从断开控制成接通。在该情况下，半导体开关11a从接通变成断开，电容器22开始放电。电容器22的电荷通过三个放电路径来放电。第一放电路径是驱动电路12，第二放电路径是电压检测部13，第三放电路径是放电电路14。
[0079]
此外，在图8中，示出从控制部10对驱动开关12e及放电开关14a单独地输出控制用的信号的例子，但也可以使对驱动开关12e及放电开关14a的控制用的信号共用。即，也可以构成为从控制部10输出的信号输入到驱动开关12e及放电开关14a这双方。
[0080]
根据实施方式2涉及的控制装置201，与实施方式1相比，能够使电容器22更高效地放电而以短时间判定开关电路11有无故障。
[0081]
(实施方式3)
[0082]
实施方式3涉及的控制装置301在具备并联连接的多个半导体开关11a且在该多个半导体开关11a分别设置有稳压二极管12f、第二电阻器12d及驱动开关12e这点上与实施方式1不同，因此以下主要说明上述不同点。由于其他工序及作用效果与实施方式1相同，对所对应的部位标注相同的附图标记并省略详细的说明。
[0083]
图9是示出实施方式3涉及的控制装置301的构成例的框图。实施方式3涉及的控制装置301具备并联连接的多个半导体开关11a。此外，在本实施方式3中对将三个半导体开关11a并联连接而成的开关电路311进行说明，但半导体开关11a的数量并不特别限于六个。
[0084]
驱动电路312是用于使多个半导体开关11a接通或断开的驱动电路312，该驱动电路312的动作由控制部10控制。驱动电路312具备驱动电源12a及第一电阻器12c。驱动电路312具备将驱动电源12a与多个半导体开关11a的栅极各自连接的配线12b。驱动电路312针对多个半导体开关11a的每个半导体开关11a具备第二电阻器12d、驱动开关12e和稳压二极管12f。
[0085]
驱动电源12a经由配线12b和串联连接的第一电阻器12c及第二电阻器12d而连接于多个半导体开关11a的栅极。配线12b是用于将驱动电源12a与多个半导体开关11a的栅极各自连接的导电线。
[0086]
多个驱动开关12e各自的一端接地，另一端通过配线12b与各半导体开关11a涉及的第一电阻器12c的另一端和第二电阻器12d的一端连接。
[0087]
根据实施方式3涉及的控制装置301，由于开关电路311具有并联连接的多个半导体开关11a，控制装置301能够对流过以一个半导体开关11a无法控制的大电流的电路进行开闭。
[0088]
另外，蓄积在电容器22中的电荷通过多个稳压二极管12f、配线12b及驱动开关12e来放电，因此能够以更短的时间使电容器22放电。因此，控制部10能够以短时间判定开关电路311有无故障。
[0089]
进而，在多个半导体开关11a分别设置有第二电阻器12d。因此，能够更有效地降低回到控制部10的浪涌电压及浪涌电流。能够使设置于各半导体开关11a的第二电阻器12d小型化。
[0090]
此外，也可以将实施方式3涉及的结构适用于实施方式2。换句话说，也可以在实施方式3涉及的控制装置301设置实施方式2涉及的放电电路14。
[0091]
附图标记说明
[0092]
1、201、301 控制装置
[0093]
101 比较例涉及的控制装置
[0094]
1a 第一端子
[0095]
1b 第二端子
[0096]
2 起动器发电机
[0097]
3 车载蓄电池
[0098]
4 负载
[0099]
10 控制部
[0100]
10a 存储部
[0101]
10b 计时部
[0102]
10c 输入输出部
[0103]
11、311 开关电路
[0104]
11a 半导体开关
[0105]
12、312 驱动电路
[0106]
12a 驱动电源
[0107]
12b 配线
[0108]
12c 第一电阻器
[0109]
12d 第二电阻器
[0110]
12e 驱动开关
[0111]
12f 稳压二极管
[0112]
112f 压敏电阻
[0113]
13 电压检测部
[0114]
13a、13b 分压电阻
[0115]
14 放电电路
[0116]
14a 放电开关
[0117]
14b 第三电阻器
[0118]
21 电动机
[0119]
22 电容器
[0120]
112f 压敏电阻。