CN116420011B

CN116420011B - 负载驱动装置、负载驱动装置的诊断方法

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Publication number: CN116420011B
Application number: CN202180075563.5A
Authority: CN
Inventors: 御船雄太; 槻尾浩一
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2026-01-30
Anticipated expiration: 2041-09-09
Also published as: CN116420011A; JPWO2022113471A1; JP7576101B2; US12316308B2; US20230387907A1; WO2022113471A1

Abstract

本发明提供一种高性能且高可靠性的负载驱动装置，在包括驱动系驱动器的诊断电路及ESD保护用电容器的负载驱动装置中，即使在负载断线时也能够快速地对ESD保护用电容器进行充电，能够在要求时间内完成驱动系统驱动器的全部诊断。本发明的特征在于，包括：负载、与所述负载连接且控制该负载的驱动的第一开关元件、连接在所述负载与所述第一开关元件之间的ESD保护用电容器、连接在所述负载和所述第一开关元件之间并对所述ESD保护用电容器进行充电的充电电路、以及连接在所述ESD保护用电容器和所述充电电路之间的第二开关元件。

Description

负载驱动装置、负载驱动装置的诊断方法

技术领域

本发明涉及负载驱动装置的结构及其控制，特别涉及适用于具备ESD保护用电容器的负载驱动装置且有效的技术。

背景技术

在车辆发生意外失控的情况下，为了防止重大事故，需要通过驱动器停止机构强制停止喷射器及怠速重启继电器、电子节气门等驱动系统驱动器。另外，为了在车辆失控时能可靠地使驱动系统停止，在从车辆钥匙接通到开始曲柄转动之前诊断驱动器停止机构能否正常动作，在驱动器停止功能异常的情况下中止发动机起动。

在驱动器停止机构的诊断中，驱动器停止机构利用运算装置等监视驱动允许及禁止时的负载驱动电路的输出电压。但是，在负载断线的情况下，由于负载驱动电路的输出端子所具备的ESD保护用电容器的充电花费时间，负载驱动电路的输出电压变钝，因此存在从车辆钥匙接通到开始曲柄转动为止的时间内没有完成诊断的问题。因此，为了在负载断线时也能从车辆钥匙接通到开始曲柄转动为止完成诊断，需要快速地对ESD保护用电容器进行充电。

通过在负载断线时也能够进行诊断，能够使用负载断线以外的负载来起动发动机。例如，即使四缸发动机的喷射器中的一个气缸发生断线，也能够使用其余的气缸的喷射器来起动发动机，能够使车辆向安全的场所移动。

作为使用了对ESD保护用电容器起作用的背景技术，例如有专利文献1那样的技术。在专利文献1的燃料喷射控制装置中，已知一种技术，在喷射器下游侧端子与喷射器驱动用下游侧开关之间包括静电保护用电容器和恒定电流通电部，在流入喷射器的驱动电流下降之后，通过恒定电流通电部使恒定电流从喷射器下游侧端子流向GND，能够容易地检测到在喷射器的闭阀定时产生的电压变化。

另外，作为其他背景技术，在专利文献2的负载驱动装置中，已知一种技术，包括：负载、驱动负载的同步整流电路、监视所述同步整流电路的输出端子电压的电压监视电路、以及在同步整流电路的输出端子和负载之间进行浪涌保护用电容器和诊断电流生成电路，通过由诊断电流生成电路进行对浪涌保护电容器的充放电，在断线时将同步整流电路的输出端子电压控制为一定的值，从而通过所述监视电路来检测断线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2019－85925号公报

专利文献2：国际公开第2019/220716号

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，上述专利文献1是为了容易检测出在喷射器闭阀定时产生的电压变化而引出存储在ESD保护用电容器中的电荷的结构，不考虑对ESD保护用电容器的充电。

另外，在上述专利文献2中，为了检测负载的断线，从电流源对ESD保护用电容器进行充电，将输出端子电压控制为一定的值，并不以驱动器停止机构的异常诊断为目的。

因此，本发明的目的在于，提供一种高性能且高可靠性的负载驱动装置及其诊断方法，在包括驱动系驱动器的诊断电路及ESD保护用电容器的负载驱动装置中，即使在负载断线时也能够快速地对ESD保护用电容器进行充电，能够在要求时间内完成驱动系统驱动器的全部诊断。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述课题，本发明包括：负载、与所述负载连接且控制该负载的驱动的第一开关元件、连接在所述负载与所述第一开关元件之间的ESD保护用电容器、连接在所述负载和所述第一开关元件之间并对所述ESD保护用电容器进行充电的充电电路、以及连接在所述ESD保护用电容器和所述充电电路之间的第二开关元件。

另外，在本发明的特征在于，具有以下步骤：(a)在负载驱动驱动器停止功能的诊断开始的同时，对充电电路开关通电的步骤；(b)在上述(a)步骤之后，在负载驱动驱动器从通电切换为非通电之后，通过充电电路对ESD保护用电容器进行充电并进行所述负载驱动驱动器停止功能的诊断的步骤；(c)在所述(b)步骤之后，所述负载驱动驱动器停止功能的诊断结束后，使所述充电电路开关切换为非通电的步骤。

发明效果

根据本发明，能够实现一种高性能且高可靠性的负载驱动装置及其诊断方法，在包括驱动系统驱动器的诊断电路及ESD保护用电容器的负载驱动装置中，即使在负载断线时也能够快速地对ESD保护用电容器进行充电，能够在要求时间内完成驱动系统驱动器的全部诊断。

由此，即使在负载断线时，也能够在短时间内确定驱动器停止功能的诊断，因此能够不延长从钥匙接通到发动机起动(开始曲柄转动)的时间而完成驱动器停止功能的异常诊断。

上述以外的技术问题、结构以及效果通过以下实施方式的说明来进一步明确。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的负载驱动装置的电路结构的框图。

图2是表示现有的负载驱动装置的电容器充电路径的图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的负载驱动装置的电容器充电路径的图。

图4是表示图1的充电电路开关120的电路结构的框图。

图5是表示本发明的实施例1所涉及的负载驱动装置的动作例的时序图。

图6是表示本发明的实施例1所涉及的负载驱动装置的另一个动作例的时序图。

图7是表示本发明的实施例1所涉及的负载驱动装置的另一个动作例的时序图。

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的负载驱动装置的电路结构的框图。

图9是表示图8的充电电路开关120的电路结构的框图。

图10是表示本发明的实施例2所涉及的负载驱动装置的动作例的时序图。

图11是表示本发明的代表性的负载驱动装置的诊断方法的流程图。

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明的实施例。另外，在各附图中，对相同的结构标注相同的标号，对重复的部分省略其详细说明。

实施例1

参照图1至图7以及图11，对本发明的实施例1所涉及的负载驱动装置及其诊断方法进行说明。另外，图2是表示为了容易理解本发明而作为比较例表示的以往的负载驱动装置的电容器充电路径的图。

图1表示本实施例的负载驱动装置的电路结构。如图1所示，本实施例的负载驱动装置包括：用于驱动负载(感应负载)60的低侧驱动器50；从ESD(Electro-StaticDischarge：静电放电·浪涌)保护负载驱动装置的端子电容器70；将输出端子100的电压转换为运算装置1可读入的电压的电压监视电路80；对端子电容器70进行充电的充电电路110及充电电路开关120；以及输出低侧驱动器50及充电电路开关120的通电定时，并监视电压监视电路80的输出电压的运算装置1。

另外，驱动器控制电路20通过驱动器驱动信号线10与运算装置1连接，通过驱动器停止机构30与驱动器停止信号线40连接。在驱动器停止机构30向驱动器控制电路20输出驱动允许信号的期间，通过从运算装置1向驱动器控制电路20输出驱动信号，驱动器控制电路20向低侧驱动器50的栅极通电，输出非通电的电压。

另外，在驱动器停止机构30将驱动禁止信号输出到驱动器控制电路20的期间，即使从运算装置1向驱动器控制电路20输出驱动信号，也禁止从驱动器控制电路20向低侧驱动器50输出栅极信号，低侧驱动器50维持非通电状态。

驱动器停止机构30与运算装置1连接，在运算装置1检测到异常时，向驱动器停止机构30输出通知异常的信号。于是，驱动器停止机构30向驱动器控制电路20输出驱动禁止信号。另外，从驱动器停止机构30进行运算装置1的监视，在检测到运算装置1的异常时也向驱动器控制电路20输出驱动禁止信号。

电压监视电路80向运算装置1输入运算装置1可读取的电压电平的电压，以代替输出端子100的电压。作为电压监视电路80内部的构成部件的电流限制电阻81，在低侧驱动器50通电时，具有保护电流从VCC流过以防止低侧驱动器50发生故障的作用。

另外，电流限制电阻82通过限制经由电压监视信号线90流入运算装置1的电流，起到保护运算装置1的输入端子的作用。另外，保护二极管83的阳极侧与电流限制电阻81连接，阴极侧与输出端子100侧连接，起到防止电流从负载电源V逆流到电压监视电路80的内部的作用。

当低侧驱动器50导通时，由于电流从VCC经由电流限制电阻81、保护二极管83、低侧驱动器50的漏极-源极之间流向GND，因此向运算装置1输入GND电位左右的电压。

另外，在低侧驱动器50为非导通时，由于VCC＜负载电源V，因此通过保护二极管83的逆流防止效果，向运算装置1输入Vcc电压。在本实施例中，运算装置1通过检测来自电压监视信号线90的输入电压从规定的高电平电压变为规定的低电平电压时的电压变异，检测低侧驱动器30驱动的情况。

充电电路110是在低侧驱动器50从通电变为非通电之后立即经由充电电路开关120对端子电容器70进行电荷充电的恒定电流源，通过该充电，即使在负载60断线的情况下也能够迅速地确定输出端子100的电压。为了不影响负载60的动作，将充电电路110的输出电流设定为负载驱动电流的千分之一以下左右。

由此，即使在负载60正常连接的情况下，也能够充分减小负载60处的电压降。

这里，说明充电电路110与诊断时间相比能够在短时间内对端子电容器70进行充电的技术背景。图2表示在没有充电电路110的现有的负载驱动装置中，负载60为正常时和断线时的端子电容器70的充电路径。负载60处于正常状态下，电流主要是从负载电源V经由负载60对端子电容器70进行充电。由于负载60的电阻值RL为数Ω～数十Ω，因此系统的时间常数TL(＝RL×C)(T:Tau)较小，在比较短的时间内进行充电。

另一方面，当负载(感应负载)60处于断线状态时，主要从电压监视电路80内部的VCC经由电流限制电阻81进行充电。电流限制电阻81不影响负载60的驱动，因此电阻值R81比较大，为数kΩ～数百kΩ。由此，系统的时间常数TR81(＝R81×C)比TL(T:Tau)要大，端子电容器70的充电需要花费时间。

图3表示本发明的负载断线时的端子电容器(ESD保护用电容器)70的充电路径。通过设置充电电路110及充电电路开关120(导通电阻：Rsw)，不受电流限制电阻81影响的时间常数Tsw(＝Rsw×C)≈TL(T:Tau)的系统，与诊断时间相比，能够在短时间内完成充电。

图4是充电电路开关120的内部结构例。由于充电电路开关120的构成部件即Pch-FET 121的栅极(G)和源极(S)经由电阻连接，因此如果运算装置1不经由充电电路开关控制信号线130进行NPN晶体管122的控制，则Pch-FET 121成为非通电。

在本内部结构例中，Pch-FET 121的栅极(G)和源极(S)经由电阻连接，但为了保护Pch-FET 121，也可以考虑与电阻并联地具备保护元件。当运算装置1输出充电电路开关控制信号130时，向NPN晶体管122的基极(B)注入电流，NPN晶体管122的发射极(E)-集电极(C)之间通电。通过该通电，Pch-FET 121的栅极电压成为比源极电压要低的电压，因此Pch-FET121也通电。另一方面，如果停止充电电路开关控制信号130的输出，则NPN晶体管122的基极电流注入也停止，因此NPN晶体管122成为非通电。

另外，也可以考虑在充电电路开关120与输出端子100之间具备以输出端子100的方向为正方向的逆流防止二极管123的结构。这里起到防止电流从负载电源V迂回充电电路110导致充电电路110发生故障的作用。另外，在负载60正常连接的情况下，为了防止电流从充电电路110流向负载电源V的情况，充电电路110的充电电压Vcharge使用比负载电源V要低的电压。另外，在本实施例中，构成为能够通过运算装置1控制充电电路开关120，但也可以具备其他的控制器来代替运算装置1。

图5表示本实施例中的驱动器停止机构30的异常诊断的时序图的一个示例。当通过车辆钥匙接通而接通基准电源时，经过一定的启动期间，能够控制运算装置1及驱动器停止机构30。

运算装置1输出充电电路开关控制信号130，将充电电路开关120作为通电。在其通电时，由于低侧驱动器50为非通电，因此电压监视信号成为Vcc电压。

接着，为了确认驱动器停止机构30能够正常地禁止驱动，从驱动器停止机构30向驱动器控制电路20在规定期间内输出驱动禁止信号。在此期间，运算装置1向驱动器控制电路20输出规定次数的驱动信号，对电压监视信号的电压变异的次数进行计数。

接着，为了确认驱动器停止机构30能够正常地允许驱动，从驱动器停止机构30向驱动器控制电路20在规定期间内输出驱动允许信号。在此期间，运算装置1向驱动器控制电路20输出规定次数的驱动信号，对电压监视信号的电压变异的次数进行计数。

在上述的诊断结束后，运算装置1经由充电电路开关控制信号线130将充电电路开关120设为非通电。

然后，在上述的诊断结果中，如果驱动器停止机构30正常，则运算装置1允许开始曲柄转动，在异常的情况下中止曲柄转动，向用户通知异常。

在本实施例中，运算装置1通过在驱动禁止信号输出期间在电压监视信号中没有规定阈值以上的电压变异、以及在驱动允许信号输出期间在电压监视信号中检测出与驱动器驱动信号的发送次数相应的电压变异，诊断为驱动器停止机构30正常。

在基于图2所示的现有的负载驱动装置的电路结构的驱动器停止机构30的诊断中，由于没有充电电路110，因此在负载60断线时低侧驱动器50从通电变为非通电时，端子电容器70的充电花费时间，输出端子100的电压变钝。于是，在电压监视信号成为规定的高阈值以上之前，低侧驱动器50通电，运算装置1无法对规定次数的电压变异进行计数。于是，即使驱动器停止机构30能够正常地允许驱动器驱动，运算装置1也判断为异常。

另一方面，如图3所示，通过具备充电电路110，在低侧驱动器50从通电变为非通电之后立即快速地对端子电容器70进行充电，电压监视信号能够快速地确定高电平，因此能够检测规定次数的电压变异。

此外，在上述的诊断结束后，通过使充电电路开关120为非通电，能够抑制电流从充电电路110向负载电源V迂回，并能够抑制其他负载或控制单元发生误动作。

图6表示在低侧驱动器50断开的情况下使充电电路开关120接通的通电定时。运算装置1向驱动器控制电路20输出断开信号，控制为在低侧驱动器50成为非通电的定时充电电路开关120通电。

在低侧驱动器50通电时，在充电电路开关120通电的情况下，从充电电路110流过的电流通过低侧驱动器50流向GND，因此导致功耗的增大。因此，通过在图6所示的定时使充电电路开关120通电，能够抑制无用的功耗。

另外，图7表示在端子电容器70的充电完成后使充电电路开关120断开的通电定时。运算装置1控制为仅在根据端子电容器70的电容和充电电路110的输出电流求出的端子电容器70的充电时间使充电电路开关120通电。由此，除了与上述(图6)同样的无用的功耗削减之外，还抑制充电电路110的电流向负载电源上游迂回而引起的其他负载或控制单元的误动作。

图11的流程图表示本实施例的负载驱动装置的诊断方法中的主要流程。

首先，在负载驱动驱动器停止功能(驱动器停止机构30)的诊断开始的同时，向充电电路开关120通电。(步骤S1)

接着，在负载驱动驱动器(低侧驱动器50)从通电切换为非通电之后，从充电电路110快速地对ESD保护用电容器(端子电容器70)进行充电，确定Vmon的电压，进行负载驱动驱动器停止功能(驱动器停止机构30)的诊断。(步骤S2)

最后，在负载驱动驱动器停止功能(驱动器停止机构30)的诊断结束之后，将充电电路开关120设为非通电，切断充电电路110和驱动电路(负载驱动驱动器(低侧驱动器50)以及ESD保护用电容器(端子电容器70))。

(步骤S3)

根据本实施例，即使在负载60断线时，通过由充电电路110设置时间常数较小的充电路径，对于低侧驱动器50也能够在从钥匙接通到开始曲柄转动为止的时间内完成驱动器停止机构30能否正常地进行动作的诊断。

实施例2

参照图8至图10，对本发明实施例2所涉及的负载驱动装置及其诊断方法进行说明。图8是表示本实施例的负载驱动装置的电路结构的框图。如图8及图9所示，本实施例的负载驱动装置为了驱动负载60a、负载60b，分别具备与实施例1(图1)相对应的驱动电路及元件。对于与实施例1通用的部分，标注相同的符号并省略说明。

如图8所示，本实施例的负载驱动装置包括：分别具备负载60a、60b、低侧驱动器50a、50b(第一开关元件)和端子电容器(ESD保护用电容器)70a、70b的多个负载驱动系统，构成为多个负载驱动系统中的每一个分别与一个充电电路110和一个充电电路开关120(第二开关元件)并联连接。

在本实施例中，如图10所示，在驱动器停止机构30的诊断中，运算装置1在负载60a、负载60b不同时驱动的定时，对驱动器控制电路20a及20b分别输出驱动信号。于是，在各负载经由电压监视信号线90驱动的定时，由运算装置1检测电压变异。

另外，在本实施例(图8)的电路结构中，对于两个端子电容器70a、70b，由一个充电电路110提供充电，但也可以考虑具备与端子电容器数相当的充电电路110的结构。

在本实施例中，通过控制从运算装置1输出驱动信号的定时，以使对于负载60a、负载60b的驱动重叠，能够通过一条电压监视信号线90分别对双系统的负载的驱动器停止功能是否正常地动作进行诊断。另外，即使在负载为两个以上的情况下，通过同样地具备驱动负载的电路及元件，也能够诊断驱动器停止机构30。

另外，充电电路110和充电电路开关120也可以分别设置在负载驱动系统中。

此外，本发明并不限于上述实施例，还包含各种各样的变形例。例如，为了帮助理解本发明而详细说明了上述实施例，并且不一定限于包括所说明的所有结构的实施例。此外，能够将某实施例的结构的一部分替换成其他实施例的结构，此外也能将其他实施例的结构添加至某实施例的结构上。另外，关于各实施例的结构的一部分，也可以进行其他结构的追加、删除、替换。

标号说明

1…运算装置，10、10a、10b…驱动器驱动信号线，20、20a、20b…驱动器控制电路，30…驱动器停止机构，40、40a、40b…驱动器停止信号线，50、50a、50b…低侧驱动器，60、60a、60b…负载(感应负载)，70、70a、70b…端子电容器(ESD保护用电容器)，80…电压监视电路，81…电流限制电阻，82…电流限制电阻，83、83b…保护二极管，90…电压监视信号线，100、100a、100b…输出端子，110…充电电路，120…充电电路开关，121…Pch-FET，122…NPN晶体管，123、123a、123b…逆流防止二极管，130…充电电路开关控制信号(线)。

Claims

1.一种负载驱动装置，其特征在于，包括：

负载；

与所述负载连接且控制该负载的驱动的第一开关元件；

连接在所述负载与所述第一开关元件之间的ESD保护用电容器；

连接在所述负载与所述第一开关元件之间并对所述ESD保护用电容器进行充电的充电电路；

连接在所述ESD保护用电容器与所述充电电路之间的第二开关元件；

控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的通电定时的运算装置；以及

电压监视电路，该电压监视电路监视所述负载与所述第一开关元件之间的输出端子电压，将其转换为所述运算装置可读取的电压，并输出至所述运算装置，

所述运算装置在所述第一开关元件的驱动停止信号为驱动允许期间、所述电压监视电路的输出电压的变异量在规定范围以上、且所述驱动停止信号在驱动禁止期间、所述电压监视电路的输出电压的变异量在规定范围内的情况下，将所述驱动停止信号诊断为正常。

2.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，

在从车辆钥匙接通到开始曲柄转动的期间，将所述第二开关元件从断开切换为接通。

3.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，

在所述第一开关元件断开的情况下，使所述第二开关元件接通。

4.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，

在所述ESD保护用电容器的充电完成之后，使所述第二开关元件断开。

5.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，

包括二极管，该二极管连接在所述负载与所述充电电路之间，以从所述充电电路向所述第二开关元件的方向作为正方向，

所述充电电路的输出电压比所述负载的负载电源电压要低。

6.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，

所述充电电路提供比所述第一开关元件通电时流过所述负载的电流要小的电流。

7.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，包括：

所述运算装置在所述第一开关元件的驱动停止信号为驱动允许期间，所述电压监视电路的输出电压的变异量为规定范围以上的情况下，诊断为诊断功能正常。

8.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，包括：

所述运算装置在所述第一开关元件的驱动停止信号为驱动允许期间，所述电压监视电路的输出电压的变异量为规定范围以外的情况下，诊断为所述驱动停止信号不正常，中止车辆的曲柄转动。

9.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，

包括分别具备所述负载、所述第一开关元件和所述ESD保护用电容器的多个负载驱动系统，

所述多个负载驱动系统的每一个分别与一个所述充电电路和一个所述第二开关元件彼此并联连接。

10.一种对权利要求1-9中任一项所述的负载驱动装置进行诊断的诊断方法，其特征在于，具有以下步骤：

(a)在负载驱动驱动器停止功能的诊断开始的同时，对充电电路开关通电的步骤；

(b)在所述(a)步骤之后，在负载驱动驱动器从通电切换为非通电之后，通过充电电路对ESD保护用电容器进行充电，进行所述负载驱动驱动器停止功能的诊断的步骤；以及

(c)在所述(b)步骤之后，在所述负载驱动驱动器停止功能的诊断结束之后，将所述充电电路开关设为非通电的步骤，

在所述负载驱动驱动器的驱动停止信号为驱动允许期间、所述负载驱动驱动器与负载间的电压的变异量在规定范围以上、且所述驱动停止信号在驱动禁止期间、所述负载驱动驱动器及所述负载间的电压的变异量在规定范围内的情况下，将所述驱动停止信号诊断为正常。

11.一种对权利要求1-9中任一项所述的负载驱动装置进行诊断的诊断方法，其特征在于，具有以下步骤：

在所述负载驱动驱动器的驱动停止信号为驱动允许期间，在所述负载驱动驱动器与负载间的电压的变异量为规定范围以上的情况下，诊断为诊断功能正常。

12.一种对权利要求1-9中任一项所述的负载驱动装置进行诊断的诊断方法，其特征在于，具有以下步骤：

在所述负载驱动驱动器的驱动停止信号为驱动允许期间，在所述负载驱动驱动器与负载间的电压的变异量在规定范围外的情况下，诊断为所述驱动停止信号不正常，中止车辆的曲柄转动。