負荷駆動装置
【課題】過電流による部品の熱損傷などを回避しつつ、ノイズなどの影響により一時的な過電流が発生したときに正常動作へ迅速に復帰することのできる負荷駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る負荷駆動装置は、負荷に電流を断続的に供給する。また、負荷温度が所定閾値未満であるときは、所定閾値以上であるときよりも供給停止期間を短くする。
【解決手段】本発明に係る負荷駆動装置は、負荷に電流を断続的に供給する。また、負荷温度が所定閾値未満であるときは、所定閾値以上であるときよりも供給停止期間を短くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に供給する電流を制御する負荷駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるセンサやモータ等の負荷に電力を供給する負荷駆動装置は、バッテリーと負荷との間に設けられるトランジスタ等の電子スイッチを備えている。バッテリー、電子スイッチ、負荷は、それぞれ電線を含む導体を介して接続されている。負荷駆動装置はさらに、電子スイッチをオン／オフする制御回路を備えている。制御回路が出力する駆動信号と停止信号により、電子スイッチがオン／オフ動作し、負荷の駆動／停止が切り替えられる。
【０００３】
上記のような負荷駆動装置では、負荷に過電流が流れた際に、負荷、電線、電子スイッチなどに対して、部品の劣化、熱損傷が発生する恐れがある。そこで、負荷に過電流が流れた際に、温度上昇による部品の劣化、熱損傷を防ぐために、回路を遮断し、温度上昇を回避する方法が知られている。
【０００４】
上記のような負荷駆動装置は、一時的なノイズの影響により過電流が発生した場合も、同様に回路を遮断する。しかし、一時的なノイズの影響は時間経過にともなって自然に消滅し、これにともなって過電流も減衰するので、本来であれば必ずしも回路を遮断する必要はない。にもかかわらず、上記のような負荷駆動装置では、過電流が一時的なものであるか否かによらず回路を遮断してしまい、正常状態に復帰することができない。
【０００５】
下記特許文献１に記載されている技術では、上記のような課題を解決するため、負荷の温度を推定することによって過電流を検出し、推定温度が所定温度を超えると一時的に負荷の駆動を停止し、所定時間経過後に再度負荷を駆動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６８２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載されている技術では、過電流を検出した後に負荷駆動を停止する期間を短く設定すると、負荷温度を十分に下げることができず、結果として熱損傷などを生じさせてしまう可能性がある。また、負荷駆動を停止する期間を長く設定すると、過電流が一時的なものであった場合に、正常動作へ復帰するのが遅れてしまう。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、過電流による部品の熱損傷などを回避しつつ、ノイズなどの影響により一時的な過電流が発生したときに正常動作へ迅速に復帰することのできる負荷駆動装置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】
【０００９】
本発明に係る負荷駆動装置は、負荷に電流を断続的に供給する。また、負荷温度が所定閾値未満であるときは、所定閾値以上であるときよりも供給停止期間を短くする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る負荷駆動装置によれば、ノイズなどの影響により一時的に過電流が流れた場合は、負荷温度があまり上昇していないと考えられるので、供給停止期間を短くする。これにより、一時的な過電流による駆動停止状態から迅速に復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係る負荷駆動装置１００の回路構成図である。
【図２】負荷２に過電流が流れたときに部品を損傷から保護するための従来の動作例を示すタイミングチャートである。
【図３】負荷２に過電流が流れたときに部品を損傷から保護するための別動作例を示すタイミングチャートである。
【図４】図３と同様の手法を用いた場合において、負荷２の駆動を停止する期間を短く設定したときの動作例を示すタイミングチャートである。
【図５】図３と同様の手法を用いた場合において、負荷２の駆動を停止する期間を長く設定したときの動作例を示すタイミングチャートである。
【図６】実施形態１に係る負荷駆動装置１００の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】実施形態２に係る負荷駆動装置１００の回路構成図である。
【図８】実施形態２に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。
【図９】実施形態３に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。
【図１０】実施形態４に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る負荷駆動装置１００の回路構成図である。負荷駆動装置１００は、例えば車両に搭載されるセンサやモータなどの負荷２に、車両に搭載されたバッテリーから電力を供給して駆動する装置である。
【００１３】
負荷駆動装置１００は、バッテリー１、電子スイッチ４、過電流検出部５、入力制御部６を備える。バッテリー１、負荷２、電子スイッチ４は、電線３で接続されている。バッテリー１は、負荷駆動装置１００を搭載している車両のバッテリーである。電子スイッチ４は、負荷２への電力供給、停止を切り替える。
【００１４】
過電流検出部５は、負荷２に流れる電流Ａｍを検出し、負荷２に過電流が流れていることを検出すると、過電流検出信号Ｓｄを入力制御部６に出力する。入力制御部６は、過電流検出信号Ｓｄに基づき電子スイッチ４に駆動信号Ｓｉを出力し、電子スイッチ４をオン／オフ制御する。
【００１５】
図２は、負荷２に過電流が流れたときに部品を損傷から保護するための従来の動作例を示すタイミングチャートである。ここでは、負荷２に過電流が流れると負荷２の駆動を停止する動作例を示した。上から順に、負荷駆動装置１００の状態Ｓｔ、駆動信号Ｓｉ、電流値Ａｍ、過電流検出信号Ｓｄを示す。状態Ｓｔは、負荷駆動装置１００が正常動作しているか、それとも内部的な故障などによって負荷２に過電流が流れ得る状態になっているかを示す。
【００１６】
過電流が発生し得る状態になると、負荷２に流れる電流が増大し、負荷駆動装置１００の部品温度が次第に上昇していく。電流値Ａｍが検出閾値を超えると、過電流検出部５は過電流検出信号Ｓｄを入力制御部６に出力する。入力制御部６は、過電流検出信号Ｓｄを受け取ると電子スイッチ４をオフし、負荷２に流れる電流を遮断する。負荷２に電流が流れなくなると、負荷駆動装置１００の温度は次第に降下する。
【００１７】
図２に示すような動作では、一時的な過電流が発生した場合でも負荷２に流れる電流が遮断されるので、時刻ｔで負荷駆動装置１００の状態Ｓｔが正常状態に復帰した後も、負荷２を駆動することができず、負荷駆動装置１００を改めて初期化するなどの処理を実施する必要がある。
【００１８】
図３は、負荷２に過電流が流れたときに部品を損傷から保護するための別動作例を示すタイミングチャートである。ここでは特許文献１に記載されている動作例を示した。タイミングチャートの記載形式は図２と同様である。
【００１９】
（図３：時刻ｔ０から時刻ｔの期間）
時刻ｔ０〜時刻ｔの期間では、負荷駆動装置１００の状態Ｓｔは正常状態である。この場合、入力制御部６が駆動信号Ｓｉをオンにすると、電子スイッチ４がオンとなり、負荷２に電流が流れ、負荷２を駆動することができる。
【００２０】
（図３：時刻ｔ）
負荷駆動装置１００が、過電流の発生し得る状態になった以降の期間では、過電流が発生して負荷２に通常よりも大きな電流が流れる。過電流検出部５が過電流の発生を検出すると、過電流検出信号Ｓｄがハイになる。入力制御部６は、駆動信号Ｓｉをローにし、所定時間経過後に、再び駆動信号Ｓｉをハイに立ち上げ、負荷２の駆動を再開する。
【００２１】
（図３：時刻ｔ以降の期間）
負荷駆動装置１００が、過電流の発生し得る状態になったままの状態で負荷２の駆動を再開すると、再度過電流が生じる。過電流検出部５と入力制御部６は、同様の動作によって電子スイッチ４をオフにし、負荷２に流れる電流を遮断する。以後、同様の動作を繰り返し実施する。
【００２２】
図３に示す動作では、一時的に過電流が発生した場合でも、所定時間経過後に負荷２の駆動を再開するので、図２のように負荷２の駆動が停止したままの状態になることを回避できる。また、過電流が発生し得る状態であれば改めて負荷２の駆動を所定時間停止するので、熱損傷などを回避することができる。
【００２３】
図４は、図３と同様の手法を用いた場合において、負荷２の駆動を停止する期間を短く設定したときの動作例を示すタイミングチャートである。この場合、ノイズなどによって一時的に過電流が発生して負荷２の駆動を停止させた場合でも、速やかに負荷２の駆動を再開することができる利点がある。しかし、発熱量が放熱量を上回ると、電線３、電子スイッチ４などの電子部品の温度が徐々に上昇してしまう。これらの温度が定格温度を超えると、発煙や熱損傷が発生する可能性がある。
【００２４】
図５は、図３と同様の手法を用いた場合において、負荷２の駆動を停止する期間を長く設定したときの動作例を示すタイミングチャートである。この場合、部品が熱損傷するリスクを低減することができる反面、負荷駆動装置１００が正常状態に復帰した後に負荷２の駆動を再開するまでの時間は、図５中の時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間の時間となり、負荷２を駆動再開するのが遅くなってしまう。
【００２５】
図６は、本実施形態１に係る負荷駆動装置１００の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態１において、入力制御部６は、負荷駆動装置１００の温度を計測または推定し、その温度が高いか低いかによって以下のように動作する。
【００２６】
（図６：温度が低い場合）
入力制御部６は、負荷駆動装置１００の温度が低い場合には、過電流が発生した後に負荷駆動を停止する時間を短くし、ノイズなどの影響によって一時的に過電流が発生した場合であっても、負荷２の駆動を迅速に再開できるようにする。図６における４回目の過電流検出信号Ｓｄまでの動作が、これに相当する。停止期間が短いため駆動再開までの時間は短くて済むが、放熱量が十分でなく、装置温度が次第に上昇していることが分かる。
【００２７】
（図６：温度が高い場合）
入力制御部６は、負荷駆動装置１００の温度が高い場合には、過電流が発生した後に負荷駆動を停止する時間を長くし、電線３その他の回路部品が温度上昇によって熱損傷することを回避する。図６における４回目の過電流検出信号Ｓｄより後の動作が、これに相当する。停止期間を長くしたことにより、放熱量が発熱量を上回り、装置温度が次第に降下していることが分かる。
【００２８】
（図６：補足その１）
温度が高い場合と低い場合の動作切り分けは、例えば切り分けのための温度閾値を入力制御部６にあらかじめ保持させておき、負荷駆動装置１００の温度がその温度閾値未満であれば温度が低い場合の動作、温度閾値以上であれば温度が高い場合の動作を実施すればよい。
【００２９】
（図６：補足その２）
負荷駆動装置１００の温度は、適当な温度センサを負荷駆動装置１００内または近傍に配置し、入力制御部６がその計測値を取得することによって得ればよい。または、負荷２を駆動する時間と温度上昇量との対応関係をあらかじめ測定して対応関係データとして入力制御部６に保持させておき、その対応関係データに基づき負荷駆動装置１００の温度を推定するようにしてもよい。その他、負荷駆動装置１００の抵抗成分からの発熱量を、抵抗値、電流値などのパラメータに基づき算出し、これに基づき負荷駆動装置１００の温度を推定してもよい。その他任意の温度推定手法を用いることもできる。
【００３０】
（図６：補足その３）
負荷駆動装置１００の筐体サイズなどが比較的大きい場合、筐体内の部位によって温度が大きく異なる場合がある。この場合は、例えば負荷２またはその近傍など、基準となる適当な回路部品の温度をもって、負荷駆動装置１００の温度としてもよい。
【００３１】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る負荷駆動装置１００によれば、入力制御部６は、過電流検出部５が過電流を検出すると、負荷２に電流を供給する期間と供給しない期間を繰り返す。また、負荷駆動装置１００の温度が温度閾値未満であるときは、温度閾値以上であるときよりも、負荷２を駆動停止する期間を短くする。これにより、温度が低いときは過電流が一時的なものとして取り扱って復帰時間を短くすることを優先しつつ、温度が高いときは過電流による熱損傷を回避することを優先し、これら双方の目的をともに達成することができる。
【００３２】
＜実施の形態２＞
実施形態１では、過電流検出部５が所定閾値以上の電流を検出したときは、負荷２に過電流が流れているものとして取り扱うこととした。一方、電流値が過電流よりも小さい場合でも、ある程度の大きい電流が長時間負荷２に流れ続けると、過電流が流れた場合と同様に回路部品が熱損傷する可能性がある。
【００３３】
そこで本発明の実施形態２では、短時間定格電流以上の電流が負荷２に所定時間以上流れ続けたときは、過電流が流れているものと同様に取り扱うこととする。また本実施形態２では、過電流を検出した後に負荷２を駆動する時間と駆動停止する時間を適切に設定する手法についても併せて説明する。
【００３４】
図７は、本実施形態２に係る負荷駆動装置１００の回路構成図である。本実施形態２に係る負荷駆動装置１００は、実施形態１で説明した構成に加えて、新たに駆動停止時間算出部７を備える。その他の構成は実施形態１と概ね同様であるため、以下では差異点および具体動作を中心に説明する。
【００３５】
電線３などの電子部品には、瞬間的に流すことのできる最大電流値、すなわち瞬時定格電流があらかじめ定められている。瞬時定格電流を超える電流が流れると、その電子部品の温度が急激に上昇し、熱損傷してしまう可能性が高くなる。そこで本実施形態２において、過電流検出部５は、瞬時定格電流を超える電流は過電流であると判定する。なお、各電子部品はそれぞれ瞬時定格電流を有しているので、例えばこれらのなかで最も低い瞬時定格電流を超えたときに、過電流と判定するなどすれば安全である。
【００３６】
一方、負荷２に流れる電流値が瞬時定格電流に到達しなくとも、電子部品を損傷させ得る電流値、すなわち短時間定格電流が所定時間以上流れ続けると、やはりその電子部品の温度が上昇して熱損傷する可能性がある。そこで本実施形態２において、過電流検出部５は、短時間定格電流を所定時間以上検出し続けた場合、過電流であると判定する。瞬時定格電流と同様に、各電子部品の短時間定格電流のなかで最も低い短時間定格電流が所定時間流れ続けたときに、過電流と判定するなどすれば安全である。
【００３７】
瞬時定格電流と短時間定格電流いずれについても、これらそのものの値を用いてもよいし、これらの値に適当な係数を乗算するなどして調整した値を用いてもよい。以下では説明の簡易のため、これらの値そのものを用いる例を説明する。
【００３８】
駆動停止時間算出部７は、負荷駆動装置１００を熱損傷などから保護しつつ、負荷２を迅速に再駆動するための最適な駆動時間と停止時間を算出する。すなわち、入力制御部６が電子スイッチ４のオン／オフを繰り返し実施して負荷２を駆動／停止する際のオン時間とオフ時間を最適化する。例えば、以下のような手法が考えられる。
【００３９】
（駆動時間と停止時間を最適化する手法その１）
駆動停止時間算出部７は、ある期間中に負荷駆動装置１００の温度が上昇した幅を推定または計測し、その温度上昇分を下げることができるだけの停止時間を算出する。入力制御部６は、算出された停止時間にしたがって負荷２の駆動を停止する。推定手法や算出手法として、実施形態１で説明した対応関係データを用いる手法や、回路パラメータを用いて算出する手法などを用いることができる。
【００４０】
（駆動時間と停止時間を最適化する手法その２）
駆動停止時間算出部７は、負荷駆動装置１００の温度を推定または計測し、定格温度前後の所定範囲内で負荷駆動装置１００を動作させることができる、極力短い最短停止時間を算出する。入力制御部６は、算出された停止時間にしたがって負荷２の駆動を停止する。推定手法や算出手法については上記と同様である。
【００４１】
図８は、本実施形態２に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。負荷駆動装置１００は、本動作フローを繰り返し実行し、負荷２を駆動する。以下、図８の各ステップについて説明する。
【００４２】
（図８：ステップＳ１０１〜Ｓ１０２）
過電流検出部５は、負荷２に流れる電流をモニタする（Ｓ１０１）。過電流検出部５は、負荷２に短時間定格電流Ａｔｈ２以上の電流が流れているか否かを判定する（Ｓ１０２）。短時間定格電流Ａｔｈ２以上の電流が流れている場合はステップＳ１０３へ進み、それ以外であれば本動作フローを終了する。
【００４３】
（図８：ステップＳ１０３）
過電流検出部５は、負荷２に短時間定格電流が流れている時間を計時するためのタイマ起動し、経過時間を計時する。ここでは、タイマカウントが次第に減少していき、０になった時点で、起動時に指定した時間が経過したものと判定することにする。
【００４４】
（図８：ステップＳ１０４）
過電流検出部５は、電流値Ａｍが瞬時定格電流Ａｔｈ１以上となったか、またはステップＳ１０３でタイマを起動してから所定時間Ｔｒａ（短時間定格時間）が経過した場合は、過電流が発生していると判定する。過電流が発生していると判定する場合はステップＳ１０７へスキップし、それ以外の場合はステップＳ１０５へ進む。
【００４５】
（図８：ステップＳ１０５〜Ｓ１０６）
駆動停止時間算出部７は、改めて電流値Ａｍをモニタする（Ｓ１０５）。駆動停止時間算出部７は、電流値Ａｍと短時間定格電流Ａｔｈ２を比較する（Ｓ１０６）。電流値Ａｍが短時間定格電流Ａｔｈ２以上である場合は、電流値Ａｍが瞬時定格電流Ａｔｈ１と短時間定格電流Ａｔｈ２の間にあるということなので、短時間定格電流が流れ続けている時間をカウント継続するため、ステップＳ１０４に戻る。電流値Ａｍが短時間定格電流Ａｔｈ２未満である場合は、電流値Ａｍが十分小さくなっているので、本動作フローを終了する。
【００４６】
（図８：ステップＳ１０７）
駆動停止時間算出部７は、短時間定格電流Ａｔｈ２以上の電流が負荷２に流れ始めた時点から、Ｓ１０４で過電流が検出されるまでの間における、負荷駆動装置１００の上昇温度Ｎｉｓを算出または推定する。算出手法または推定手法については、実施形態１で説明した対応関係データを用いる手法や、回路パラメータを用いて算出する手法などを用いることができる。以下のステップでも同様である。
【００４７】
（図８：ステップＳ１０８）
駆動停止時間算出部７は、ステップＳ１０７で求めた上昇温度Ｎｉｓだけ負荷駆動装置１００の温度を下降させることのできる停止時間Ｔｐｒを、推定または算出する。すなわち、負荷２に電流を流さない期間において、負荷駆動装置１００の温度がＮｉｓだけ降下するのに十分な時間を、本ステップで求める。上昇温度Ｎｉｓが大きいほど、温度を下げるための放熱量が大きくなるので、停止時間Ｔｐｒは長くなる。
【００４８】
（図８：ステップＳ１０８：補足その１）
本ステップで求める停止時間Ｔｐｒは、図６において駆動信号Ｓｉをオフにしている時間に相当する。本実施形態２では、瞬時定格電流以上の電流のみならず、短時間定格電流以上の電流についても停止時間を長めに設定することにしたため、本ステップで双方について適切な停止時間を求めることとした。
【００４９】
（図８：ステップＳ１０８：補足その２）
実施形態１において、瞬時定格電流以上の電流については、負荷駆動装置１００の温度が温度閾値を上回った場合に、停止時間を長くすることを説明した。短時間定格電流以上の電流についても同様に、負荷駆動装置１００の温度が温度閾値を上回った場合に、停止時間を長くすることができる。
【００５０】
（図８：ステップＳ１０８：補足その３）
ここでは、上述の「駆動時間と停止時間を最適化する手法その１」で説明した手法を採用した例を説明したが、本ステップにおいて、「駆動時間と停止時間を最適化する手法その２」で説明した手法を採用することもできる。
【００５１】
（図８：ステップＳ１０９）
入力制御部６は、ステップＳ１０８で駆動停止時間算出部７が求めた停止時間Ｔｐｒにしたがって、電子スイッチ４をオフし、負荷２へ流れる電流を停止する。また、停止時間Ｔｐｒを計時するタイマを起動して経過時間を計時する。
【００５２】
（図８：ステップＳ１１０〜Ｓ１１１）
入力制御部６は、停止時間Ｔｐｒが経過するまで待機し（Ｓ１１０）、電子スイッチ４を再度オンにして負荷２を駆動する（Ｓ１１１）。
【００５３】
＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係る負荷駆動装置１００は、短時間定格電流以上の電流を検出してから所定時間が経過するまでの上昇温度を算出または推定し、その温度上昇分を下げることができる停止時間Ｔｐｒを求める。これにより、瞬時定格電流による熱損傷を保護するのみならず、短時間定格電流による熱損傷も保護することができる。
【００５４】
＜実施の形態３＞
実施形態２では、短時間定格電流以上の電流を検出してからの温度上昇分を都度算出または推定し、その温度上昇分を降下させることのできる停止時間Ｔｐｒを求めることを説明した。本発明の実施形態３では、温度上昇分を都度算出または推定することに代えて、現時点における負荷駆動装置１００の温度を簡易的に算出または推定し、必要な温度降下幅を求める手法を説明する。負荷駆動装置１００の構成は実施形態２と同様である。
【００５５】
（負荷駆動装置１００の温度を求める手法その１）
負荷駆動装置１００の上昇温度は、負荷２の電流値Ａｍ、負荷２に電流が流れている時間、各電子部品の導体抵抗値などの回路パラメータ（回路定格値）などを用いて算出することができる。上記手法で求めた上昇温度を降下させることができる停止時間を、以下で説明する手法により求めればよい。
【００５６】
（負荷駆動装置１００の温度を求める手法その２）
負荷２に流れる電流Ａｍを、所定時間モニタする。温度上昇幅は、最大電流値に最も影響されると考えられるので、その時間内における最大電流値と負荷駆動装置１００の温度の間には、相関関係があると考えられる。そこで、ある時間幅内に流れる最大電流値と負荷駆動装置１００の温度との対応関係をあらかじめ測定してデータとして保持しておき、実際に測定した最大電流値に対応させて、負荷駆動装置１００の上昇温度を簡易算出することができる。
【００５７】
（負荷駆動装置１００の下降温度を求める手法）
負荷駆動装置１００内の雰囲気温度を一定とすると、電線３の放熱特性および電流Ａｍが停止している時間と、負荷駆動装置１００の温度下降幅とは、概ね時間比例の関係にある。そこで、単位時間あたりの下降温度をあらかじめ測定して定数として定義しておき、上記比例関係式を用いて、負荷駆動装置１００の下降温度を算出することができる。同様に、下降させたい温度幅が定まれば、そのために必要な負荷停止時間を算出することができる。
【００５８】
上述の手法により、負荷駆動装置１００の上昇温度と下降温度をそれぞれ積算し、現在の温度を算出または推定することができる。求めた温度が温度閾値以上であるときは負荷２の停止時間を長くし、温度閾値未満であるとき停止時間を短くする。あるいは、過電流による温度上昇を防ぐため、実施形態２で説明したように、上昇温度分だけ温度が下降するように停止時間を決定してもよい。
【００５９】
また、即時故障に至らない程度の大電流（例えば短時間定格電流）が流れている場合は、これが長時間にわたると負荷駆動装置１００が熱損傷にいたる可能性がある。そこで、電流値Ａｍが瞬時定格電流未満であっても、現在の負荷駆動装置１００の推定温度が温度閾値以上であれば、電子スイッチ４をオフして負荷２の駆動を停止させてもよい。
【００６０】
図９は、本実施形態３に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。負荷駆動装置１００は、本動作フローを繰り返し実行し、負荷２を駆動する。以下、図９の各ステップについて説明する。
【００６１】
（図９：ステップＳ２０１〜Ｓ２０２）
過電流検出部５は、負荷２に流れる電流をモニタする（Ｓ２０１）。入力制御部６は、所定のサンプリング時間における温度変化ΔＮを、１サンプリング時間における上昇温度Ｎｉｓと下降温度Ｎｄｓに基づき算出し、ΔＮを積算することによって、現在の負荷駆動装置１００の推定温度Ｎｘを算出する。温度センサなどの計測値を取得できる場合は、これを用いてもよい。
【００６２】
（図９：ステップＳ２０３）
入力制御部６は、ステップＳ２０２で求めた温度Ｎｘを、所定の許容温度と比較する。推定温度Ｎｘが所定の許容温度以上である場合はステップＳ２０４へ進み、それ以外であればステップＳ２０８へ進む。
【００６３】
（図９：ステップＳ２０４）
駆動停止時間算出部７は、負荷駆動装置１００の温度を温度閾値未満まで下降させることのできる停止時間Ｔｐｌを、上記手法を用いて算出する。
【００６４】
（図９：ステップＳ２０５）
入力制御部６は、ステップＳ２０４で駆動停止時間算出部７が求めた停止時間Ｔｐｌにしたがって、電子スイッチ４をオフし、負荷２へ流れる電流を停止する。また、停止時間Ｔｐｌを計時するタイマを起動して経過時間を計時する。
【００６５】
（図９：ステップＳ２０６〜Ｓ２０７）
入力制御部６は、停止時間Ｔｐｌが経過するまで待機し（Ｓ２０６）、電子スイッチ４を再度オンにして負荷２を駆動する（Ｓ２０７）。
【００６６】
（図９：ステップＳ２０８〜２１６）
ステップＳ２０３において、推定温度Ｎｘが所定の許容温度に到達していないと判断した場合は、推定温度Ｎｘに基づき停止時間Ｔｐｌを算出することに代えて、実施形態２と同様に瞬時定格電流または短時間定格電流を基準として停止時間Ｔｐｐを算出する。ステップＳ２０８〜Ｓ２１６の処理は図８のステップ１０２〜Ｓ１１０と概ね同様であるが、既にステップＳ２０２で温度Ｎｘを算出しているため、ステップＳ１０７に該当するステップは省略している。
【００６７】
（図９：ステップＳ２０８〜２１６：補足）
これらのステップにおいて、停止時間Ｔｐｐを算出する際には、実施形態１〜２と同様の手法を用いてもよいし、ステップＳ２０１〜Ｓ２０７と同様の回路定格値を用いた簡易手法を用いてもよい。
【００６８】
＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係る負荷駆動装置１００は、負荷駆動装置１００の現時点の温度Ｎｘを取得し、温度Ｎｘを温度閾値未満まで下げることのできる停止時間Ｔｐｌを算出して負荷２の駆動を停止させる。これにより、瞬時定格電流や短時間定格電流に基づいて停止時間Ｔｐｐを算出する処理よりも簡易に停止時間Ｔｐｌを求めることができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
【００６９】
また、本実施形態３に係る負荷駆動装置１００は、温度Ｎｘの推定や下降温度を算出する際に、負荷駆動装置１００の回路定格値を用いる。これにより、単純な演算手順でこれら温度を算出することができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
【００７０】
＜実施の形態４＞
本発明の実施形態４では、負荷駆動装置１００の発熱量が電流値Ａｍや電流が流れている時間に依拠することを利用して、電子スイッチ４がオンになっている時間、またはオフになっている時間に基づき、負荷２の駆動を停止する時間を簡易的に算出する手法を説明する。負荷駆動装置１００の構成は実施形態２と同様である。
【００７１】
負荷駆動装置１００の温度は、電子スイッチ４がオフされてからオンされるまでの時間が短く、電子スイッチ４がオンされてから過電流を検出するまでの経過時間が長いほど、より大きく上昇していると考えることができる。また、電子スイッチ４がオフされてからオンされるまでの時間が長く、かつ電子スイッチ４がオンされてから過電流を検出するまでの時間経過が短いほど、上昇幅は小さいと考えることができる。
【００７２】
そこで、駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオフされてからオンされるまでの時間が短く、電子スイッチ４がオンされてから過電流を検出するまでの経過時間が長いほど、負荷２を停止する時間を長くする。また、電子スイッチ４がオフされてからオンされるまでの時間が長く、電子スイッチ４がオンされてからから過電流を検出するまでの経過時間が短いほど、負荷２を停止する時間を短くする。これにより、温度上昇による熱損傷を回避しつつ、ノイズによる一時的な過電流から迅速に復帰することができる。
【００７３】
なお、実施形態３で説明したように、負荷駆動装置１００の上昇温度は、電流値Ａｍ、導体抵抗値などの回路定格値をパラメータとして算出することができる。そこで、導体に流れる最大電流値や導体抵抗値から、負荷２を停止する時間を簡易的に算出してもよい。
【００７４】
図１０は、本実施形態４に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。負荷駆動装置１００は、本動作フローを繰り返し実行し、負荷２を駆動する。以下、図１０の各ステップについて説明する。
【００７５】
（図１０：ステップＳ３０１）
駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオフされたか否かを判定する。電子スイッチ４がオフされていればステップＳ３０２へ進み、オフされていなければステップＳ３０５へスキップする。
【００７６】
（図１０：ステップＳ３０２〜Ｓ３０３）
駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオフになっている時間を計時するためのタイマＴｏｆｆを起動する（Ｓ３０２）。駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオンになるまで待機する（Ｓ３０３）。
【００７７】
（図１０：ステップＳ３０４）
駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオンになっている時間を計時するためのタイマＴｏｎを起動する。
【００７８】
（図１０：ステップＳ３０５〜Ｓ３１４）
これらのステップの処理は、図８のステップ１０１〜Ｓ１１０と概ね同様である。ただし本実施形態４では、ステップＳ３１１において、電子スイッチ４をオン／オフしている時間に基づき簡易的に停止時間Ｔｐ０を算出するため、ステップＳ１０７に該当するステップは省略している。
【００７９】
（図１０：ステップＳ３１１：補足）
オン時間Ｔｏｎおよびオフ時間Ｔｏｆｆと、停止時間Ｔｐ０との対応関係を、あらかじめ対応関係データとして入力制御部６に保持させておき、これに基づき停止時間Ｔｐ０を算出することができる。あるいは、ＴｏｎとＴｏｆｆの比率、負荷２の抵抗値などの回路定格値などに基づき、簡易的にＴｐ０を算出することもできる。
【００８０】
＜実施の形態４：まとめ＞
以上のように、本実施形態４に係る負荷駆動装置１００は、電子スイッチ４がオンになっている時間およびオフになっている時間に基づき、負荷２の駆動を停止する時間Ｔｐ０を簡易算出する。これにより、瞬時定格電流や短時間定格電流に基づいて停止時間Ｔｐｐを算出する処理よりも簡易に停止時間Ｔｐ０を求めることができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
【００８１】
また、本実施形態４に係る負荷駆動装置１００において、負荷２に流れる最大電流値および負荷駆動装置１００の抵抗値に基づき、負荷２の駆動を停止する時間Ｔｐ０を簡易算出する。これにより、単純な演算手順でこれら温度を算出することができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
【００８２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００８３】
また、上記各構成、機能、処理部などは、それらの全部または一部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するプログラム、テーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１：バッテリー、２：負荷、３：電線、４：電子スイッチ、５：過電流検出部、６：入力制御部、７：駆動停止時間算出部、１００：負荷駆動装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に供給する電流を制御する負荷駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるセンサやモータ等の負荷に電力を供給する負荷駆動装置は、バッテリーと負荷との間に設けられるトランジスタ等の電子スイッチを備えている。バッテリー、電子スイッチ、負荷は、それぞれ電線を含む導体を介して接続されている。負荷駆動装置はさらに、電子スイッチをオン／オフする制御回路を備えている。制御回路が出力する駆動信号と停止信号により、電子スイッチがオン／オフ動作し、負荷の駆動／停止が切り替えられる。
【０００３】
上記のような負荷駆動装置では、負荷に過電流が流れた際に、負荷、電線、電子スイッチなどに対して、部品の劣化、熱損傷が発生する恐れがある。そこで、負荷に過電流が流れた際に、温度上昇による部品の劣化、熱損傷を防ぐために、回路を遮断し、温度上昇を回避する方法が知られている。
【０００４】
上記のような負荷駆動装置は、一時的なノイズの影響により過電流が発生した場合も、同様に回路を遮断する。しかし、一時的なノイズの影響は時間経過にともなって自然に消滅し、これにともなって過電流も減衰するので、本来であれば必ずしも回路を遮断する必要はない。にもかかわらず、上記のような負荷駆動装置では、過電流が一時的なものであるか否かによらず回路を遮断してしまい、正常状態に復帰することができない。
【０００５】
下記特許文献１に記載されている技術では、上記のような課題を解決するため、負荷の温度を推定することによって過電流を検出し、推定温度が所定温度を超えると一時的に負荷の駆動を停止し、所定時間経過後に再度負荷を駆動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６８２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載されている技術では、過電流を検出した後に負荷駆動を停止する期間を短く設定すると、負荷温度を十分に下げることができず、結果として熱損傷などを生じさせてしまう可能性がある。また、負荷駆動を停止する期間を長く設定すると、過電流が一時的なものであった場合に、正常動作へ復帰するのが遅れてしまう。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、過電流による部品の熱損傷などを回避しつつ、ノイズなどの影響により一時的な過電流が発生したときに正常動作へ迅速に復帰することのできる負荷駆動装置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】
【０００９】
本発明に係る負荷駆動装置は、負荷に電流を断続的に供給する。また、負荷温度が所定閾値未満であるときは、所定閾値以上であるときよりも供給停止期間を短くする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る負荷駆動装置によれば、ノイズなどの影響により一時的に過電流が流れた場合は、負荷温度があまり上昇していないと考えられるので、供給停止期間を短くする。これにより、一時的な過電流による駆動停止状態から迅速に復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係る負荷駆動装置１００の回路構成図である。
【図２】負荷２に過電流が流れたときに部品を損傷から保護するための従来の動作例を示すタイミングチャートである。
【図３】負荷２に過電流が流れたときに部品を損傷から保護するための別動作例を示すタイミングチャートである。
【図４】図３と同様の手法を用いた場合において、負荷２の駆動を停止する期間を短く設定したときの動作例を示すタイミングチャートである。
【図５】図３と同様の手法を用いた場合において、負荷２の駆動を停止する期間を長く設定したときの動作例を示すタイミングチャートである。
【図６】実施形態１に係る負荷駆動装置１００の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】実施形態２に係る負荷駆動装置１００の回路構成図である。
【図８】実施形態２に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。
【図９】実施形態３に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。
【図１０】実施形態４に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る負荷駆動装置１００の回路構成図である。負荷駆動装置１００は、例えば車両に搭載されるセンサやモータなどの負荷２に、車両に搭載されたバッテリーから電力を供給して駆動する装置である。
【００１３】
負荷駆動装置１００は、バッテリー１、電子スイッチ４、過電流検出部５、入力制御部６を備える。バッテリー１、負荷２、電子スイッチ４は、電線３で接続されている。バッテリー１は、負荷駆動装置１００を搭載している車両のバッテリーである。電子スイッチ４は、負荷２への電力供給、停止を切り替える。
【００１４】
過電流検出部５は、負荷２に流れる電流Ａｍを検出し、負荷２に過電流が流れていることを検出すると、過電流検出信号Ｓｄを入力制御部６に出力する。入力制御部６は、過電流検出信号Ｓｄに基づき電子スイッチ４に駆動信号Ｓｉを出力し、電子スイッチ４をオン／オフ制御する。
【００１５】
図２は、負荷２に過電流が流れたときに部品を損傷から保護するための従来の動作例を示すタイミングチャートである。ここでは、負荷２に過電流が流れると負荷２の駆動を停止する動作例を示した。上から順に、負荷駆動装置１００の状態Ｓｔ、駆動信号Ｓｉ、電流値Ａｍ、過電流検出信号Ｓｄを示す。状態Ｓｔは、負荷駆動装置１００が正常動作しているか、それとも内部的な故障などによって負荷２に過電流が流れ得る状態になっているかを示す。
【００１６】
過電流が発生し得る状態になると、負荷２に流れる電流が増大し、負荷駆動装置１００の部品温度が次第に上昇していく。電流値Ａｍが検出閾値を超えると、過電流検出部５は過電流検出信号Ｓｄを入力制御部６に出力する。入力制御部６は、過電流検出信号Ｓｄを受け取ると電子スイッチ４をオフし、負荷２に流れる電流を遮断する。負荷２に電流が流れなくなると、負荷駆動装置１００の温度は次第に降下する。
【００１７】
図２に示すような動作では、一時的な過電流が発生した場合でも負荷２に流れる電流が遮断されるので、時刻ｔで負荷駆動装置１００の状態Ｓｔが正常状態に復帰した後も、負荷２を駆動することができず、負荷駆動装置１００を改めて初期化するなどの処理を実施する必要がある。
【００１８】
図３は、負荷２に過電流が流れたときに部品を損傷から保護するための別動作例を示すタイミングチャートである。ここでは特許文献１に記載されている動作例を示した。タイミングチャートの記載形式は図２と同様である。
【００１９】
（図３：時刻ｔ０から時刻ｔの期間）
時刻ｔ０〜時刻ｔの期間では、負荷駆動装置１００の状態Ｓｔは正常状態である。この場合、入力制御部６が駆動信号Ｓｉをオンにすると、電子スイッチ４がオンとなり、負荷２に電流が流れ、負荷２を駆動することができる。
【００２０】
（図３：時刻ｔ）
負荷駆動装置１００が、過電流の発生し得る状態になった以降の期間では、過電流が発生して負荷２に通常よりも大きな電流が流れる。過電流検出部５が過電流の発生を検出すると、過電流検出信号Ｓｄがハイになる。入力制御部６は、駆動信号Ｓｉをローにし、所定時間経過後に、再び駆動信号Ｓｉをハイに立ち上げ、負荷２の駆動を再開する。
【００２１】
（図３：時刻ｔ以降の期間）
負荷駆動装置１００が、過電流の発生し得る状態になったままの状態で負荷２の駆動を再開すると、再度過電流が生じる。過電流検出部５と入力制御部６は、同様の動作によって電子スイッチ４をオフにし、負荷２に流れる電流を遮断する。以後、同様の動作を繰り返し実施する。
【００２２】
図３に示す動作では、一時的に過電流が発生した場合でも、所定時間経過後に負荷２の駆動を再開するので、図２のように負荷２の駆動が停止したままの状態になることを回避できる。また、過電流が発生し得る状態であれば改めて負荷２の駆動を所定時間停止するので、熱損傷などを回避することができる。
【００２３】
図４は、図３と同様の手法を用いた場合において、負荷２の駆動を停止する期間を短く設定したときの動作例を示すタイミングチャートである。この場合、ノイズなどによって一時的に過電流が発生して負荷２の駆動を停止させた場合でも、速やかに負荷２の駆動を再開することができる利点がある。しかし、発熱量が放熱量を上回ると、電線３、電子スイッチ４などの電子部品の温度が徐々に上昇してしまう。これらの温度が定格温度を超えると、発煙や熱損傷が発生する可能性がある。
【００２４】
図５は、図３と同様の手法を用いた場合において、負荷２の駆動を停止する期間を長く設定したときの動作例を示すタイミングチャートである。この場合、部品が熱損傷するリスクを低減することができる反面、負荷駆動装置１００が正常状態に復帰した後に負荷２の駆動を再開するまでの時間は、図５中の時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間の時間となり、負荷２を駆動再開するのが遅くなってしまう。
【００２５】
図６は、本実施形態１に係る負荷駆動装置１００の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態１において、入力制御部６は、負荷駆動装置１００の温度を計測または推定し、その温度が高いか低いかによって以下のように動作する。
【００２６】
（図６：温度が低い場合）
入力制御部６は、負荷駆動装置１００の温度が低い場合には、過電流が発生した後に負荷駆動を停止する時間を短くし、ノイズなどの影響によって一時的に過電流が発生した場合であっても、負荷２の駆動を迅速に再開できるようにする。図６における４回目の過電流検出信号Ｓｄまでの動作が、これに相当する。停止期間が短いため駆動再開までの時間は短くて済むが、放熱量が十分でなく、装置温度が次第に上昇していることが分かる。
【００２７】
（図６：温度が高い場合）
入力制御部６は、負荷駆動装置１００の温度が高い場合には、過電流が発生した後に負荷駆動を停止する時間を長くし、電線３その他の回路部品が温度上昇によって熱損傷することを回避する。図６における４回目の過電流検出信号Ｓｄより後の動作が、これに相当する。停止期間を長くしたことにより、放熱量が発熱量を上回り、装置温度が次第に降下していることが分かる。
【００２８】
（図６：補足その１）
温度が高い場合と低い場合の動作切り分けは、例えば切り分けのための温度閾値を入力制御部６にあらかじめ保持させておき、負荷駆動装置１００の温度がその温度閾値未満であれば温度が低い場合の動作、温度閾値以上であれば温度が高い場合の動作を実施すればよい。
【００２９】
（図６：補足その２）
負荷駆動装置１００の温度は、適当な温度センサを負荷駆動装置１００内または近傍に配置し、入力制御部６がその計測値を取得することによって得ればよい。または、負荷２を駆動する時間と温度上昇量との対応関係をあらかじめ測定して対応関係データとして入力制御部６に保持させておき、その対応関係データに基づき負荷駆動装置１００の温度を推定するようにしてもよい。その他、負荷駆動装置１００の抵抗成分からの発熱量を、抵抗値、電流値などのパラメータに基づき算出し、これに基づき負荷駆動装置１００の温度を推定してもよい。その他任意の温度推定手法を用いることもできる。
【００３０】
（図６：補足その３）
負荷駆動装置１００の筐体サイズなどが比較的大きい場合、筐体内の部位によって温度が大きく異なる場合がある。この場合は、例えば負荷２またはその近傍など、基準となる適当な回路部品の温度をもって、負荷駆動装置１００の温度としてもよい。
【００３１】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る負荷駆動装置１００によれば、入力制御部６は、過電流検出部５が過電流を検出すると、負荷２に電流を供給する期間と供給しない期間を繰り返す。また、負荷駆動装置１００の温度が温度閾値未満であるときは、温度閾値以上であるときよりも、負荷２を駆動停止する期間を短くする。これにより、温度が低いときは過電流が一時的なものとして取り扱って復帰時間を短くすることを優先しつつ、温度が高いときは過電流による熱損傷を回避することを優先し、これら双方の目的をともに達成することができる。
【００３２】
＜実施の形態２＞
実施形態１では、過電流検出部５が所定閾値以上の電流を検出したときは、負荷２に過電流が流れているものとして取り扱うこととした。一方、電流値が過電流よりも小さい場合でも、ある程度の大きい電流が長時間負荷２に流れ続けると、過電流が流れた場合と同様に回路部品が熱損傷する可能性がある。
【００３３】
そこで本発明の実施形態２では、短時間定格電流以上の電流が負荷２に所定時間以上流れ続けたときは、過電流が流れているものと同様に取り扱うこととする。また本実施形態２では、過電流を検出した後に負荷２を駆動する時間と駆動停止する時間を適切に設定する手法についても併せて説明する。
【００３４】
図７は、本実施形態２に係る負荷駆動装置１００の回路構成図である。本実施形態２に係る負荷駆動装置１００は、実施形態１で説明した構成に加えて、新たに駆動停止時間算出部７を備える。その他の構成は実施形態１と概ね同様であるため、以下では差異点および具体動作を中心に説明する。
【００３５】
電線３などの電子部品には、瞬間的に流すことのできる最大電流値、すなわち瞬時定格電流があらかじめ定められている。瞬時定格電流を超える電流が流れると、その電子部品の温度が急激に上昇し、熱損傷してしまう可能性が高くなる。そこで本実施形態２において、過電流検出部５は、瞬時定格電流を超える電流は過電流であると判定する。なお、各電子部品はそれぞれ瞬時定格電流を有しているので、例えばこれらのなかで最も低い瞬時定格電流を超えたときに、過電流と判定するなどすれば安全である。
【００３６】
一方、負荷２に流れる電流値が瞬時定格電流に到達しなくとも、電子部品を損傷させ得る電流値、すなわち短時間定格電流が所定時間以上流れ続けると、やはりその電子部品の温度が上昇して熱損傷する可能性がある。そこで本実施形態２において、過電流検出部５は、短時間定格電流を所定時間以上検出し続けた場合、過電流であると判定する。瞬時定格電流と同様に、各電子部品の短時間定格電流のなかで最も低い短時間定格電流が所定時間流れ続けたときに、過電流と判定するなどすれば安全である。
【００３７】
瞬時定格電流と短時間定格電流いずれについても、これらそのものの値を用いてもよいし、これらの値に適当な係数を乗算するなどして調整した値を用いてもよい。以下では説明の簡易のため、これらの値そのものを用いる例を説明する。
【００３８】
駆動停止時間算出部７は、負荷駆動装置１００を熱損傷などから保護しつつ、負荷２を迅速に再駆動するための最適な駆動時間と停止時間を算出する。すなわち、入力制御部６が電子スイッチ４のオン／オフを繰り返し実施して負荷２を駆動／停止する際のオン時間とオフ時間を最適化する。例えば、以下のような手法が考えられる。
【００３９】
（駆動時間と停止時間を最適化する手法その１）
駆動停止時間算出部７は、ある期間中に負荷駆動装置１００の温度が上昇した幅を推定または計測し、その温度上昇分を下げることができるだけの停止時間を算出する。入力制御部６は、算出された停止時間にしたがって負荷２の駆動を停止する。推定手法や算出手法として、実施形態１で説明した対応関係データを用いる手法や、回路パラメータを用いて算出する手法などを用いることができる。
【００４０】
（駆動時間と停止時間を最適化する手法その２）
駆動停止時間算出部７は、負荷駆動装置１００の温度を推定または計測し、定格温度前後の所定範囲内で負荷駆動装置１００を動作させることができる、極力短い最短停止時間を算出する。入力制御部６は、算出された停止時間にしたがって負荷２の駆動を停止する。推定手法や算出手法については上記と同様である。
【００４１】
図８は、本実施形態２に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。負荷駆動装置１００は、本動作フローを繰り返し実行し、負荷２を駆動する。以下、図８の各ステップについて説明する。
【００４２】
（図８：ステップＳ１０１〜Ｓ１０２）
過電流検出部５は、負荷２に流れる電流をモニタする（Ｓ１０１）。過電流検出部５は、負荷２に短時間定格電流Ａｔｈ２以上の電流が流れているか否かを判定する（Ｓ１０２）。短時間定格電流Ａｔｈ２以上の電流が流れている場合はステップＳ１０３へ進み、それ以外であれば本動作フローを終了する。
【００４３】
（図８：ステップＳ１０３）
過電流検出部５は、負荷２に短時間定格電流が流れている時間を計時するためのタイマ起動し、経過時間を計時する。ここでは、タイマカウントが次第に減少していき、０になった時点で、起動時に指定した時間が経過したものと判定することにする。
【００４４】
（図８：ステップＳ１０４）
過電流検出部５は、電流値Ａｍが瞬時定格電流Ａｔｈ１以上となったか、またはステップＳ１０３でタイマを起動してから所定時間Ｔｒａ（短時間定格時間）が経過した場合は、過電流が発生していると判定する。過電流が発生していると判定する場合はステップＳ１０７へスキップし、それ以外の場合はステップＳ１０５へ進む。
【００４５】
（図８：ステップＳ１０５〜Ｓ１０６）
駆動停止時間算出部７は、改めて電流値Ａｍをモニタする（Ｓ１０５）。駆動停止時間算出部７は、電流値Ａｍと短時間定格電流Ａｔｈ２を比較する（Ｓ１０６）。電流値Ａｍが短時間定格電流Ａｔｈ２以上である場合は、電流値Ａｍが瞬時定格電流Ａｔｈ１と短時間定格電流Ａｔｈ２の間にあるということなので、短時間定格電流が流れ続けている時間をカウント継続するため、ステップＳ１０４に戻る。電流値Ａｍが短時間定格電流Ａｔｈ２未満である場合は、電流値Ａｍが十分小さくなっているので、本動作フローを終了する。
【００４６】
（図８：ステップＳ１０７）
駆動停止時間算出部７は、短時間定格電流Ａｔｈ２以上の電流が負荷２に流れ始めた時点から、Ｓ１０４で過電流が検出されるまでの間における、負荷駆動装置１００の上昇温度Ｎｉｓを算出または推定する。算出手法または推定手法については、実施形態１で説明した対応関係データを用いる手法や、回路パラメータを用いて算出する手法などを用いることができる。以下のステップでも同様である。
【００４７】
（図８：ステップＳ１０８）
駆動停止時間算出部７は、ステップＳ１０７で求めた上昇温度Ｎｉｓだけ負荷駆動装置１００の温度を下降させることのできる停止時間Ｔｐｒを、推定または算出する。すなわち、負荷２に電流を流さない期間において、負荷駆動装置１００の温度がＮｉｓだけ降下するのに十分な時間を、本ステップで求める。上昇温度Ｎｉｓが大きいほど、温度を下げるための放熱量が大きくなるので、停止時間Ｔｐｒは長くなる。
【００４８】
（図８：ステップＳ１０８：補足その１）
本ステップで求める停止時間Ｔｐｒは、図６において駆動信号Ｓｉをオフにしている時間に相当する。本実施形態２では、瞬時定格電流以上の電流のみならず、短時間定格電流以上の電流についても停止時間を長めに設定することにしたため、本ステップで双方について適切な停止時間を求めることとした。
【００４９】
（図８：ステップＳ１０８：補足その２）
実施形態１において、瞬時定格電流以上の電流については、負荷駆動装置１００の温度が温度閾値を上回った場合に、停止時間を長くすることを説明した。短時間定格電流以上の電流についても同様に、負荷駆動装置１００の温度が温度閾値を上回った場合に、停止時間を長くすることができる。
【００５０】
（図８：ステップＳ１０８：補足その３）
ここでは、上述の「駆動時間と停止時間を最適化する手法その１」で説明した手法を採用した例を説明したが、本ステップにおいて、「駆動時間と停止時間を最適化する手法その２」で説明した手法を採用することもできる。
【００５１】
（図８：ステップＳ１０９）
入力制御部６は、ステップＳ１０８で駆動停止時間算出部７が求めた停止時間Ｔｐｒにしたがって、電子スイッチ４をオフし、負荷２へ流れる電流を停止する。また、停止時間Ｔｐｒを計時するタイマを起動して経過時間を計時する。
【００５２】
（図８：ステップＳ１１０〜Ｓ１１１）
入力制御部６は、停止時間Ｔｐｒが経過するまで待機し（Ｓ１１０）、電子スイッチ４を再度オンにして負荷２を駆動する（Ｓ１１１）。
【００５３】
＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係る負荷駆動装置１００は、短時間定格電流以上の電流を検出してから所定時間が経過するまでの上昇温度を算出または推定し、その温度上昇分を下げることができる停止時間Ｔｐｒを求める。これにより、瞬時定格電流による熱損傷を保護するのみならず、短時間定格電流による熱損傷も保護することができる。
【００５４】
＜実施の形態３＞
実施形態２では、短時間定格電流以上の電流を検出してからの温度上昇分を都度算出または推定し、その温度上昇分を降下させることのできる停止時間Ｔｐｒを求めることを説明した。本発明の実施形態３では、温度上昇分を都度算出または推定することに代えて、現時点における負荷駆動装置１００の温度を簡易的に算出または推定し、必要な温度降下幅を求める手法を説明する。負荷駆動装置１００の構成は実施形態２と同様である。
【００５５】
（負荷駆動装置１００の温度を求める手法その１）
負荷駆動装置１００の上昇温度は、負荷２の電流値Ａｍ、負荷２に電流が流れている時間、各電子部品の導体抵抗値などの回路パラメータ（回路定格値）などを用いて算出することができる。上記手法で求めた上昇温度を降下させることができる停止時間を、以下で説明する手法により求めればよい。
【００５６】
（負荷駆動装置１００の温度を求める手法その２）
負荷２に流れる電流Ａｍを、所定時間モニタする。温度上昇幅は、最大電流値に最も影響されると考えられるので、その時間内における最大電流値と負荷駆動装置１００の温度の間には、相関関係があると考えられる。そこで、ある時間幅内に流れる最大電流値と負荷駆動装置１００の温度との対応関係をあらかじめ測定してデータとして保持しておき、実際に測定した最大電流値に対応させて、負荷駆動装置１００の上昇温度を簡易算出することができる。
【００５７】
（負荷駆動装置１００の下降温度を求める手法）
負荷駆動装置１００内の雰囲気温度を一定とすると、電線３の放熱特性および電流Ａｍが停止している時間と、負荷駆動装置１００の温度下降幅とは、概ね時間比例の関係にある。そこで、単位時間あたりの下降温度をあらかじめ測定して定数として定義しておき、上記比例関係式を用いて、負荷駆動装置１００の下降温度を算出することができる。同様に、下降させたい温度幅が定まれば、そのために必要な負荷停止時間を算出することができる。
【００５８】
上述の手法により、負荷駆動装置１００の上昇温度と下降温度をそれぞれ積算し、現在の温度を算出または推定することができる。求めた温度が温度閾値以上であるときは負荷２の停止時間を長くし、温度閾値未満であるとき停止時間を短くする。あるいは、過電流による温度上昇を防ぐため、実施形態２で説明したように、上昇温度分だけ温度が下降するように停止時間を決定してもよい。
【００５９】
また、即時故障に至らない程度の大電流（例えば短時間定格電流）が流れている場合は、これが長時間にわたると負荷駆動装置１００が熱損傷にいたる可能性がある。そこで、電流値Ａｍが瞬時定格電流未満であっても、現在の負荷駆動装置１００の推定温度が温度閾値以上であれば、電子スイッチ４をオフして負荷２の駆動を停止させてもよい。
【００６０】
図９は、本実施形態３に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。負荷駆動装置１００は、本動作フローを繰り返し実行し、負荷２を駆動する。以下、図９の各ステップについて説明する。
【００６１】
（図９：ステップＳ２０１〜Ｓ２０２）
過電流検出部５は、負荷２に流れる電流をモニタする（Ｓ２０１）。入力制御部６は、所定のサンプリング時間における温度変化ΔＮを、１サンプリング時間における上昇温度Ｎｉｓと下降温度Ｎｄｓに基づき算出し、ΔＮを積算することによって、現在の負荷駆動装置１００の推定温度Ｎｘを算出する。温度センサなどの計測値を取得できる場合は、これを用いてもよい。
【００６２】
（図９：ステップＳ２０３）
入力制御部６は、ステップＳ２０２で求めた温度Ｎｘを、所定の許容温度と比較する。推定温度Ｎｘが所定の許容温度以上である場合はステップＳ２０４へ進み、それ以外であればステップＳ２０８へ進む。
【００６３】
（図９：ステップＳ２０４）
駆動停止時間算出部７は、負荷駆動装置１００の温度を温度閾値未満まで下降させることのできる停止時間Ｔｐｌを、上記手法を用いて算出する。
【００６４】
（図９：ステップＳ２０５）
入力制御部６は、ステップＳ２０４で駆動停止時間算出部７が求めた停止時間Ｔｐｌにしたがって、電子スイッチ４をオフし、負荷２へ流れる電流を停止する。また、停止時間Ｔｐｌを計時するタイマを起動して経過時間を計時する。
【００６５】
（図９：ステップＳ２０６〜Ｓ２０７）
入力制御部６は、停止時間Ｔｐｌが経過するまで待機し（Ｓ２０６）、電子スイッチ４を再度オンにして負荷２を駆動する（Ｓ２０７）。
【００６６】
（図９：ステップＳ２０８〜２１６）
ステップＳ２０３において、推定温度Ｎｘが所定の許容温度に到達していないと判断した場合は、推定温度Ｎｘに基づき停止時間Ｔｐｌを算出することに代えて、実施形態２と同様に瞬時定格電流または短時間定格電流を基準として停止時間Ｔｐｐを算出する。ステップＳ２０８〜Ｓ２１６の処理は図８のステップ１０２〜Ｓ１１０と概ね同様であるが、既にステップＳ２０２で温度Ｎｘを算出しているため、ステップＳ１０７に該当するステップは省略している。
【００６７】
（図９：ステップＳ２０８〜２１６：補足）
これらのステップにおいて、停止時間Ｔｐｐを算出する際には、実施形態１〜２と同様の手法を用いてもよいし、ステップＳ２０１〜Ｓ２０７と同様の回路定格値を用いた簡易手法を用いてもよい。
【００６８】
＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係る負荷駆動装置１００は、負荷駆動装置１００の現時点の温度Ｎｘを取得し、温度Ｎｘを温度閾値未満まで下げることのできる停止時間Ｔｐｌを算出して負荷２の駆動を停止させる。これにより、瞬時定格電流や短時間定格電流に基づいて停止時間Ｔｐｐを算出する処理よりも簡易に停止時間Ｔｐｌを求めることができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
【００６９】
また、本実施形態３に係る負荷駆動装置１００は、温度Ｎｘの推定や下降温度を算出する際に、負荷駆動装置１００の回路定格値を用いる。これにより、単純な演算手順でこれら温度を算出することができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
【００７０】
＜実施の形態４＞
本発明の実施形態４では、負荷駆動装置１００の発熱量が電流値Ａｍや電流が流れている時間に依拠することを利用して、電子スイッチ４がオンになっている時間、またはオフになっている時間に基づき、負荷２の駆動を停止する時間を簡易的に算出する手法を説明する。負荷駆動装置１００の構成は実施形態２と同様である。
【００７１】
負荷駆動装置１００の温度は、電子スイッチ４がオフされてからオンされるまでの時間が短く、電子スイッチ４がオンされてから過電流を検出するまでの経過時間が長いほど、より大きく上昇していると考えることができる。また、電子スイッチ４がオフされてからオンされるまでの時間が長く、かつ電子スイッチ４がオンされてから過電流を検出するまでの時間経過が短いほど、上昇幅は小さいと考えることができる。
【００７２】
そこで、駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオフされてからオンされるまでの時間が短く、電子スイッチ４がオンされてから過電流を検出するまでの経過時間が長いほど、負荷２を停止する時間を長くする。また、電子スイッチ４がオフされてからオンされるまでの時間が長く、電子スイッチ４がオンされてからから過電流を検出するまでの経過時間が短いほど、負荷２を停止する時間を短くする。これにより、温度上昇による熱損傷を回避しつつ、ノイズによる一時的な過電流から迅速に復帰することができる。
【００７３】
なお、実施形態３で説明したように、負荷駆動装置１００の上昇温度は、電流値Ａｍ、導体抵抗値などの回路定格値をパラメータとして算出することができる。そこで、導体に流れる最大電流値や導体抵抗値から、負荷２を停止する時間を簡易的に算出してもよい。
【００７４】
図１０は、本実施形態４に係る負荷駆動装置１００の動作フローである。負荷駆動装置１００は、本動作フローを繰り返し実行し、負荷２を駆動する。以下、図１０の各ステップについて説明する。
【００７５】
（図１０：ステップＳ３０１）
駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオフされたか否かを判定する。電子スイッチ４がオフされていればステップＳ３０２へ進み、オフされていなければステップＳ３０５へスキップする。
【００７６】
（図１０：ステップＳ３０２〜Ｓ３０３）
駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオフになっている時間を計時するためのタイマＴｏｆｆを起動する（Ｓ３０２）。駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオンになるまで待機する（Ｓ３０３）。
【００７７】
（図１０：ステップＳ３０４）
駆動停止時間算出部７は、電子スイッチ４がオンになっている時間を計時するためのタイマＴｏｎを起動する。
【００７８】
（図１０：ステップＳ３０５〜Ｓ３１４）
これらのステップの処理は、図８のステップ１０１〜Ｓ１１０と概ね同様である。ただし本実施形態４では、ステップＳ３１１において、電子スイッチ４をオン／オフしている時間に基づき簡易的に停止時間Ｔｐ０を算出するため、ステップＳ１０７に該当するステップは省略している。
【００７９】
（図１０：ステップＳ３１１：補足）
オン時間Ｔｏｎおよびオフ時間Ｔｏｆｆと、停止時間Ｔｐ０との対応関係を、あらかじめ対応関係データとして入力制御部６に保持させておき、これに基づき停止時間Ｔｐ０を算出することができる。あるいは、ＴｏｎとＴｏｆｆの比率、負荷２の抵抗値などの回路定格値などに基づき、簡易的にＴｐ０を算出することもできる。
【００８０】
＜実施の形態４：まとめ＞
以上のように、本実施形態４に係る負荷駆動装置１００は、電子スイッチ４がオンになっている時間およびオフになっている時間に基づき、負荷２の駆動を停止する時間Ｔｐ０を簡易算出する。これにより、瞬時定格電流や短時間定格電流に基づいて停止時間Ｔｐｐを算出する処理よりも簡易に停止時間Ｔｐ０を求めることができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
【００８１】
また、本実施形態４に係る負荷駆動装置１００において、負荷２に流れる最大電流値および負荷駆動装置１００の抵抗値に基づき、負荷２の駆動を停止する時間Ｔｐ０を簡易算出する。これにより、単純な演算手順でこれら温度を算出することができるので、演算負荷や演算時間の観点で有利である。
【００８２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００８３】
また、上記各構成、機能、処理部などは、それらの全部または一部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するプログラム、テーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１：バッテリー、２：負荷、３：電線、４：電子スイッチ、５：過電流検出部、６：入力制御部、７：駆動停止時間算出部、１００：負荷駆動装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に供給する電流を制御する負荷駆動装置であって、
前記負荷に供給する電流を検出する電流検出部と、
前記負荷駆動装置の温度の計測値または推定値に基づき前記電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電流検出部が過電流を検出すると、
前記負荷に電流を供給する供給期間と前記負荷に電流を供給しない供給停止期間とを繰り返すことにより、前記負荷に断続的に電流を供給し、
前記温度が所定温度閾値未満であると判断するときは、前記温度が前記所定温度閾値以上であると判断するときよりも、前記供給停止期間を短くする
ことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を所定時間以上検出し続けたときは、前記負荷に過電流が流れていると判断し、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を検出してから前記所定時間が経過するまでの前記負荷駆動装置の温度上昇分を推定し、その温度上昇分を前記供給停止期間内に下げることができる前記供給停止期間の時間幅を推定してその時間幅で前記供給停止期間を設ける
ことを特徴とする請求項１記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を検出してから前記所定時間が経過したときは、前記温度が前記所定温度閾値を上回っている量が大きいほど、前記供給停止時間を長くする
ことを特徴とする請求項２記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を検出してから前記所定時間が経過したときは、前記温度を前記負荷駆動装置の定格温度前後の所定範囲内に収めることができる最短の前記供給停止期間の時間幅を推定し、その時間幅で前記供給停止期間を設ける
ことを特徴とする請求項２記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記温度の現時点の計測値または推定値を取得し、
前記計測値または前記推定値が所定の許容温度以上である場合は、前記負荷駆動装置の温度を前記所定温度閾値未満まで前記供給停止期間内に下げることができる前記供給停止期間の時間幅を推定してその時間幅で前記供給停止期間を設ける
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記負荷駆動装置の回路定格値に基づき前記負荷駆動装置の温度上昇幅および温度低下幅を算出し、
その算出結果に基づき前記温度および前記時間幅を推定する
ことを特徴とする請求項５記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記負荷に電流を供給し始めてからの経過時間が長いほど前記供給停止期間を長くする
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の負荷駆動装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記負荷に流れる最大電流値および前記負荷駆動装置の抵抗値に基づき前記供給停止期間を算出する
ことを特徴とする請求項７記載の負荷駆動装置。
【請求項１】
負荷に供給する電流を制御する負荷駆動装置であって、
前記負荷に供給する電流を検出する電流検出部と、
前記負荷駆動装置の温度の計測値または推定値に基づき前記電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電流検出部が過電流を検出すると、
前記負荷に電流を供給する供給期間と前記負荷に電流を供給しない供給停止期間とを繰り返すことにより、前記負荷に断続的に電流を供給し、
前記温度が所定温度閾値未満であると判断するときは、前記温度が前記所定温度閾値以上であると判断するときよりも、前記供給停止期間を短くする
ことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を所定時間以上検出し続けたときは、前記負荷に過電流が流れていると判断し、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を検出してから前記所定時間が経過するまでの前記負荷駆動装置の温度上昇分を推定し、その温度上昇分を前記供給停止期間内に下げることができる前記供給停止期間の時間幅を推定してその時間幅で前記供給停止期間を設ける
ことを特徴とする請求項１記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を検出してから前記所定時間が経過したときは、前記温度が前記所定温度閾値を上回っている量が大きいほど、前記供給停止時間を長くする
ことを特徴とする請求項２記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記電流検出部が短時間定格電流以上の電流を検出してから前記所定時間が経過したときは、前記温度を前記負荷駆動装置の定格温度前後の所定範囲内に収めることができる最短の前記供給停止期間の時間幅を推定し、その時間幅で前記供給停止期間を設ける
ことを特徴とする請求項２記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記温度の現時点の計測値または推定値を取得し、
前記計測値または前記推定値が所定の許容温度以上である場合は、前記負荷駆動装置の温度を前記所定温度閾値未満まで前記供給停止期間内に下げることができる前記供給停止期間の時間幅を推定してその時間幅で前記供給停止期間を設ける
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記負荷駆動装置の回路定格値に基づき前記負荷駆動装置の温度上昇幅および温度低下幅を算出し、
その算出結果に基づき前記温度および前記時間幅を推定する
ことを特徴とする請求項５記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記負荷に電流を供給し始めてからの経過時間が長いほど前記供給停止期間を長くする
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の負荷駆動装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記負荷に流れる最大電流値および前記負荷駆動装置の抵抗値に基づき前記供給停止期間を算出する
ことを特徴とする請求項７記載の負荷駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１６５５６９（Ｐ２０１２−１６５５６９Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２１４（Ｐ２０１１−２４２１４）
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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