JP3702739B2 - 駆動回路の故障検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動回路の電源端子及びハーネスがＧＮＤ（電源）にハーフショートを起こした場合や、電源端子に接続されるコンデンサが容量劣化を起こした場合等の故障診断を行う駆動回路の故障検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の駆動回路の故障検出装置としては、図４に示す「モータ駆動回路（１相分のみ示す）の故障検出装置」が知られている。なお、モータとしては３相モータを例示し、図４においては駆動のために必要な構成について１相分のみを示している。
【０００３】
モータ駆動回路の故障検出装置１０１は、操作者によって操作されるスイッチ（図示せず）がオン操作されたときに接点を閉結するメインリレーＲＬＹと、外部電源ＶinにメインリレーＲＬＹを介して接続される電源端子１０３を有し、出力指令に応じて出力端子１０５及び出力端子１０５よりも低電位の出力端子１０７に接続されるモータＭを駆動する駆動回路１０９と、駆動回路１０９の電源端子１０３と分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧して所定範囲内の電圧を出力する外部電源電圧監視回路１１１と、出力指令に応じて駆動回路１０９に駆動信号を出力しモータＭを制御する制御装置１１３とから構成されている。
【０００４】
また、駆動回路１０９の電源端子１０３と出力端子１０７の間には、並列にコンデンサＣ１と放電抵抗ＲＬが接続されている。なお、コンデンサＣ１は、トランジスタＱ１，Ｑ２のターンオフ時などに生じるサージの吸収やエネルギーリザーバとして設けられている。
【０００５】
制御装置１１３は、駆動時に第１パルス信号を発生する第１パルス発生回路１１５と、駆動時に第２パルス信号を発生する第２パルス発生回路１１７と、駆動回路１０９の電源端子１０３の電圧を外部電源電圧監視回路１１１を介して入力してＡ／Ｄ変換後のデータを読み込み装置故障の有無を診断する故障診断回路１１９から構成されている。
【０００６】
ここで、モータＭが大出力の場合、コンデンサＣ１は、必要容量が非常に大きいため一般的に電解コンデンサを使用するが、大容量コンデンサはネジ式の端子を持つものも多く、ターミナル外れ等が発生する可能性も考えられる。
【０００７】
このため、従来のモータ駆動回路の故障検出装置１０１では、コンデンサＣ１のショート故障及びコンデンサＣ１の端子外れを診断するため、外部電源電圧監視回路１１９を設け、外部電源Ｖinから電源端子１０３に加わる電圧を外部電源電圧監視回路１１１を介して入力してＡ／Ｄ変換した後、予め設定された規定値と比較して駆動回路１０９の故障を診断していた。
【０００８】
以下に、従来のモータ駆動回路の故障検出装置１０１での故障診断方法について説明する。
始めに、操作者によって図示しないスイッチがオン操作されると、メインリレーＲＬＹのソレノイドコイルに電源が供給されて、接点が閉結される。この結果、正常時には外部電源ＶinからメインリレーＲＬＹを介して電源端子１０３に電源電圧Ｖinが供給される。
【０００９】
そこで、電源端子１０３の電圧Ｖが規定電圧範囲（例えば、３４Ｖ〜４５Ｖ）内かどうかを判断する。電源端子１０３の電圧Ｖが規定電圧範囲から外れている場合には、再度、同様の判断処理を行い、３回以上に渡って規定電圧範囲から外れている場合には外部電源Ｖinに異常があると診断する。
【００１０】
一方、電源端子１０３の電圧Ｖが規定電圧範囲内にある場合には、制御装置１１３は、第１パルス発生回路１１５及び第２パルス発生回路１１７にそれぞれ第１及び第２パルス信号を発生させる。第１及び第２パルス信号はそれぞれプリドライバをオン／オフ制御してパワートランジスタＱ１，Ｑ２を駆動し、出力端子１０５，１０７に接続されるモータ（Ｍ）を駆動する。
【００１１】
そして、電源端子１０３の電圧Ｖがパワートランジスタなどの駆動素子の耐圧から求めた高電圧規定値（例えば、８５Ｖ）になったかどうかを判断する。電源端子１０３の電圧Ｖが高電圧規定値になった場合には、高電圧異常であると診断して、トランジスタＱ１，Ｑ２を全てオフ制御して制御を停止する。
一方、電源端子１０３の電圧Ｖが高電圧規定値に達していない場合には、正常動作状態にあるので制御を継続する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のモータ駆動回路の故障検出装置１０１にあっては、外部電源Ｖinと駆動回路１０９の間に設けられたメインリレーＲＬＹは、制御装置１１３の動作状態と関係なく、スイッチの操作状態に従って接点が開閉するようになっていた。また、制御装置１１３は、駆動回路１０９の電源端子１０３に加わる電圧と規定値との比較して故障診断するという構成となっていた。
【００１３】
このため、（１）コンデンサＣ１の両接点がショートして故障した場合や、電源端子１０３に接続されているハーネスが外れた場合や、メインリレーＲＬＹが開状態のまま動作しなくなる場合等の故障では、何れの場合も駆動回路１０９の電源端子に加わる電圧が０Ｖまで降下するため、故障部位を特定することができなかった。この結果、故障部位が違っているにも拘わらず、駆動回路１０９を交換することとなり、保守性が低下していた。
【００１４】
また、（２）単に駆動回路１０９の電源端子１０３に加わる電圧を抵抗分圧して故障診断回路１１９に読み込むだけなので、コンデンサＣ１に経時による容量劣化が発生した場合、コンデンサＣ１の電圧は時間遅れがなく規定電圧まで立ち上がるので、容量劣化による故障を検知することができなかつた。
【００１５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる駆動回路の故障検出装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、一方の接点を電源に接続されるリレーと、電源投入時にリレーの接点をオン／オフ駆動するスイッチング手段と、リレーの他方の接点に接続される電源端子を有し、第１の出力端子及び第１の出力端子よりも低電位の第２の出力端子に接続される負荷機器を駆動する駆動回路と、前記電源端子と第２の出力端子の間に接続されるコンデンサと、前記電源端子に加わる電圧を検出する電圧検出手段と、電源投入時に前記スイッチング手段をオン／オフ制御する制御手段と、電圧検出手段により検出された前記電源端子の電圧に基づいて、駆動回路の故障を診断する故障診断手段と、前記駆動回路を一時的に駆動するための診断波形信号を発生する診断波形発生手段と、診断波形発生手段により前記駆動回路が一時的に駆動された時点からの経過時間を計時する計時手段と、を備え、前記故障診断手段は、前記電源端子の電圧が所定の電圧になった場合に、前記計時手段により計時された経過時間が所定の時間範囲外にあるときには、前記コンデンサの容量劣化、又はターミナル外れであると診断することを要旨とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記電源端子と第２の出力端子の間に接続される放電抵抗とを備え、前記計時手段は、前記診断波形発生手段の動作を停止した時点からの経過時間を計時し、前記故障診断手段は、前記第２計時手段により計時される前記診断波形発生手段の動作を停止した時点からの経過時間が所定時間を経過した場合に、前記電源端子の電圧が所定電圧以上あるときには、前記放電抵抗が不良状態であると診断することを要旨とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、一方の接点を電源に接続されるリレーと、電源投入時にリレーの接点をオン／オフ駆動するスイッチング手段と、リレーの他方の接点に接続される電源端子を有し、第１の出力端子及び第１の出力端子よりも低電位の第２の出力端子に接続される負荷機器を駆動する駆動回路と、前記電源端子と第２の出力端子の間に接続されるコンデンサと、前記電源端子に加わる電圧を検出する電圧検出手段と、電源投入時に前記スイッチング手段をオン／オフ制御する制御手段と、電圧検出手段により検出された前記電源端子の電圧に基づいて、駆動回路の故障を診断する故障診断手段と、前記スイッチング手段がオン制御された場合に、オン制御された時点からの経過時間を計時する計時手段と、を備え、前記故障診断手段は、前記計時手段により計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、前記電源端子の電圧が所定の電圧範囲以下にあるときには、前記電源端子が不良状態であると診断することを要旨とする。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、請求項１記載の本発明によれば、一方の接点を電源に接続されるリレーと、電源投入時にリレーの接点をオン／オフ駆動するスイッチング手段と、リレーの他方の接点に接続される電源端子を有し、第１の出力端子及び第１の出力端子よりも低電位の第２の出力端子に接続される負荷機器を駆動する駆動回路と、電源端子と第２の出力端子の間に接続されるコンデンサとを備え、電源端子に加わる電圧を検出するようにしておき、電源投入時にスイッチング手段をオン／オフ制御したときに、電源端子の電圧に基づいて、駆動回路の故障を診断するので、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。また、駆動回路を一時的に駆動するための診断波形信号を発生し、駆動回路が一時的に駆動された時点からの経過時間を計時するようにしておき、電源端子の電圧が所定の電圧になった場合に、経過時間が所定の時間範囲外にあるときには、前記コンデンサの容量劣化、又はターミナル外れであると診断するので、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。
【００２３】
また、請求項２記載の本発明によれば、電源端子と第２の出力端子の間に接続される放電抵抗と、診断波形発生手段の動作を停止した時点からの経過時間を計時する計時手段とを備え、計時手段により計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、電源端子の電圧が所定電圧以上あるときには、放電抵抗が不良状態であると診断するので、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。
【００２４】
また、請求項３記載の本発明によれば、スイッチング手段がオン制御された場合に、オン制御された時点からの経過時間を計時する計時手段を備え、計時手段により計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、電源端子の電圧が所定の電圧範囲以下にあるときには、電源端子が不良状態であると診断するので、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る駆動回路の故障検出装置を、自動車を駆動するモータの駆動回路に適応した場合の構成を示す図である。
【００２９】
外部電源Ｖinには、メインリレーＲＬＹの接点を介して駆動回路の電源端子２７が接続されている。このメインリレーＲＬＹは、メインリレー制御回路２３からのオン制御信号に応じてソレノイドコイルに電源が供給されて接点が閉結される。
【００３０】
制御装置１３は、駆動時に第１パルス信号を発生する第１パルス発生回路１５と、駆動時に第２パルス信号を発生する第２パルス発生回路１７と、駆動回路２５の電源端子２７での電圧を外部電源電圧監視回路３７を介して入力してＡ／Ｄ変換後のデータを読み込み装置故障の有無を診断する故障診断回路１９と、パルス信号からなる診断波形信号を発生して故障診断時に２つのプリドライバ２９，３１に出力する診断波形発生回路２１と、外部電源Ｖinを駆動回路２５の電源端子２７に供給するためにメインリレーＲＬＹをオン制御するオン制御信号をトランジスタＱ３に出力するメインリレー制御回路２３とから構成されている。なお、制御装置１３は、後述する制御プログラムを記憶するＲＯＭと、制御データを記憶するＲＡＭと、経過時間を計時するタイマと、制御プログラムに従って装置全体を制御するＣＰＵとを内部に有している。
【００３１】
駆動回路２５は、外部電源ＶinからメインリレーＲＬＹの接点を介して電源が供給される電源端子２７を有し、制御装置１３から出力される第１及び第２パルス信号をそれぞれのプリドライバ２９，３１を介してパワートランジスタＱ１，Ｑ２が駆動され、出力端子３３，３５に接続されるモータ（Ｍ）を駆動する。また、電源端子２７と出力端子３５の間には、並列にコンデンサＣ１と放電抵抗ＲＬが接続されている。なお、コンデンサＣ１は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２のターンオフ時のサージ吸収やエネルギーリザーバとして設けられている。
【００３２】
定電流回路２８は、プリドライバ電源Ｖｐｒに接続され、駆動回路２５のプリドライバ２９，３１に定電流を供給する。
外部電源電圧監視回路３７は、駆動回路２５の電源端子２７に加わる電圧を分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して分圧して検出し、ダイオードＤ３，Ｄ４により電圧クリップして０〜Ｖｃｃの電圧範囲で故障診断回路１９に出力する。
【００３３】
次に、図２に示すフローチャートを参照して、モータ駆動回路の故障検出装置１１の基本的な動作を説明する。なお、本フローチャートは、制御装置１３内部に設けられた内部ＲＯＭに記憶された制御プログラムにより動作することとする。また、図３は、モータ駆動回路の故障検出装置１１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００３４】
始めに、運転者が車両に搭乗してイグニツション・キーをキーシリンダに挿入しスタート位置まで回動すると、イグニツション電源が車両各部の機器に供給される。この結果、外部電源Ｖｉｎとプリドライバ電源Ｖｐｒが電源を供給可能な状態となる。同時に、制御装置１３にもイグニツション電源が供給されて内部ＣＰＵがリセットされ、制御プログラムの動作が開始される。なお、内部ＣＰＵのリセット時には、ＣＰＵに設けられたレジスタ、タイマの値は０にクリアされることとする。
【００３５】
まず、ステップＳ１０では、駆動回路２５に接続される電源端子２７の初期電圧を確認するための準備として、メインリレー制御回路２３をオフ制御状態に設定してメインリレーＲＬＹの接点を開放状態にする。また、トランジスタＱ１，Ｑ２を全てオフとする。すなわち、制御装置１３は、第１パルス発生回路１５及び第２パルス発生回路１７にそれぞれ第１パルス信号及び第２パルス信号の発生を停止するように制御する。
【００３６】
この結果、プリドライバ２９，３１の出力端子に接続されるパワートランジスタＱ１，Ｑ２はオフとなる。また、電源端子２７の接続状態が正常な場合には、電源端子２７に電源が加わっていないので０Ｖ近傍まで低下していることとなる。
【００３７】
そして、ステップＳ２０では、制御装置１３は、外部電源電圧監視回路３７を介して故障診断回路１９に入力される電源端子２７の初期電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下かどうかを判断する。電源端子２７の初期電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下の場合（ＹＥＳ）には、電源端子２７の接続状態が正常であるのでステップＳ６０に進む。この際、ステップＳ２０では、ノイズの影響や誤検知を避けるため、規定値を０Ｖではなく、２．５Ｖ等の値にしておく方がよい。
【００３８】
一方、電源端子２７の初期電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下ではない場合（ＮＯ）には、電源端子２７の接続状態が異常状態にあるのでステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、レジスタに設定された値に１を加え、レジスタ値が３以下かどうかを判断する。レジスタ値が３以下の場合にはステップＳ４０に進み、ノイズの影響や誤検出を防止するため、規定時間だけの待ち状態を経過した後にステップＳ２０に戻り、処理を繰り返す。
【００３９】
一方、レジスタ値が４になった場合にはステップＳ５０に進み、電源端子２７に接続されているハーネスが電源とショートして異常電圧を発生している状態か、メインリレーＲＬＹの接点が溶着していてオン状態のままになるリレーオフ不良と診断する。
そして、ステップＳ２０からステップＳ６０へ進んだ場合、電源端子２７の電圧は０Ｖ近傍になっているはずである。
【００４０】
そこで、ステップＳ６０では、診断波形発生回路２１に周波数ｆ及びデューティｄ％を設定し、ダイオードＤ７，Ｄ８を介してプリドライバ２９，３１に診断波形信号を入力し、パワートランジスタＱ１，Ｑ２に反転作動を開始させる。さらに、電源端子２７から規定電圧が検出されるまでの充電時間を計時するため、タイマを作動させる。
【００４１】
詳しくは、例えばモータＭが３相モータの場合には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に対して、それぞれ上部のパワートランジスタＱ２、下部のパワートランジスタＱ１をそれぞれ３相分同時に反転同期させて駆動をする。この場合、診断波形発生回路２１に設定する周波数ｆを例えば１０ｋHzとし、デューティｄは例えば上部のプリドライバ２９に対して例えば５０％とし、下部のプリドライバ３１に対して例えば３８％とする。
【００４２】
ここで、パワートランジスタＱ１，Ｑ２を反転駆動していない場合には、メインリレーＲＬＹの接点がオフ状態なので、電源端子２７には電圧が生じていない。
しかし、パワートランジスタＱ１，Ｑ２を反転駆動した場合、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の入力容量Ｃ、すなわち、ゲート・エミッタ間容量（Ｃge）＋ゲートコレクタ間容量（Ｃgc）を介して、３相分同時に電荷移動が容易に行われる。この結果、コンデンサＣ１が正常状態にあれば、図３に示すように、電源端子２７（測定個所電圧）に充電電圧が発生する。
【００４３】
そして、ステップＳ７０では、電源端子２７の検出電圧が規定電圧になったかどうかを判断し、規定電圧になるまでステップＳ７０に戻って、検出処理を繰り返す。一方、検出電圧が規定電圧になった場合にはステップＳ８０に進む。
【００４４】
ここで、パワートランジスタの入力容量Ｃを介してコンデンサＣ１へ電荷移動がある場合の充電電圧の求め方について説明する。
まず、コンデンサＣ１の電荷量Ｑは、充電電圧Ｖave 、充電電流Ｉin、充電時間Ｔから求めると、
【数１】
Ｑ＝Ｃ１×Ｖave ＝Ｉin×Ｔ …（１）
となる。
【００４５】
ここで、コンデンサＣ１の充電電圧値Ｖave は、実際には、コンデンサＣ１のターミナルが外れた時に発生するパルスエネルギーの累積値が、コンデンサＣ１に電荷として移動すると考えればよい。なお、コンデンサＣ１が電源端子２７に接続されてない場合、図３に示すように、パルス信号となる。
【００４６】
従って、パルス発生時間Ｔ（主にパワーＴｒの応答時間で決定される時間）と入力容量で、充電電圧が決定される。
【００４７】
具体的には、例えば、コンデンサＣ１の容量Ｃ１＝３０００μＦ、入力容量Ｃin＝Ｃgc＋Ｃge（Ｃgc＝２６４００ｐＦ，Ｃge＝２６７０ｐＦ）、パルス発生時間Ｔ＝１．５μＦ（駆動Ｔｒの応答時間等で決定）、定電流回路２８の出力電流（max ）７０ｍＡとすれば、正常時の充電電圧Ｖave は、
【数２】
となる。
【００４８】
次に、コンデンサＣ１の充電時間（規定時間）について説明する。
【００４９】
放電抵抗ＲＬからのリークの影響を受けないように、診断波形発生回路２１に設定する周波数ｆは、コンデンサＣ１と放電抵抗ＲＬの時定数に比べて、十分に早くなるように設定する。
【００５０】
これによって、パワートランジスタの入力容量を介して伝達されるエネルギー容量Ｐinが、断続的にコンデンサＣ１へ電荷移動することで、図３に示すように、正常時の充電波形（充電曲線）が観測される。
【００５１】
つまり、このエネルギー容量ＰinをＮ回蓄えた結果、ある出力電圧Ｖout が得られたとすれば、
【数３】
となる。
【００５２】
従って、求められた断続回数Ｎ、サージ発生周期から、立ち上がり時間Ｔupを求めると、
【数４】
立ち上がり時間Ｔup＝Ｎ×サージ発生周期 …（４）
となる。
【００５３】
具体的には、正常時の各値として、例えば、ゲート・コレクタ間容量Ｃgc＝２６４００ｐＦ、ゲート・エミッタ間容量Ｃge＝２６７０ｐＦ、パルス波形ピーク電圧Ｖｐ＝５．７Ｖ（実測値）、コンデンサＣ１充電電圧Ｖave ＝３．６１Ｖ（算出値）、コンデンサＣ１の容量＝３０００μＦとし、さらに、サージ発生周期を、
【数５】
診断波形発生周波数×１／２＝５０μＳ …（５）
とすると、正常容量での立ち上がり時間（チャージ時間）は、
【数６】
Ｔup＝４１３９４×５０μｓ＝２．０６Ｓ …（６）
と算出できる。
【００５４】
なお、パルス波形は、診断波形の立ち上がり・立ち下がりで発生し、±交互に発生するので、制御周波数１０ＫＨｚの２倍の２０ＫＨｚ（周期は５０μＳ）となる。
【００５５】
この関係から、コンデンサＣ１の容量劣化（減少）の許容範囲を−５０％とすれば、容量劣化時の立ち上がり時間Ｔup＝１．０３Ｓとなり、正常時に比べて早く立ち上がることからコンデンサＣ１の容量劣化を診断することができる。
【００５６】
そこで、ステップＳ８０では、タイマから計時時間を読み出し、基準となる充電電圧３．６１Ｖに対して、規定時間範囲（１．０３〜２．０６Ｓ）内に計時時間が入っているかどうかを判断する。タイマの計時時間が規定時間範囲内にある場合にはステップＳ１００に進む。一方、タイマの計時時間が規定時間範囲外にある場合にはステップＳ９０に進む。
【００５７】
なお、ステップＳ７０〜Ｓ９０の判断処理では、規定電圧に達するまでの計時時間が規定時間範囲外になった場合に上述した故障として判断したが、以下の判断方法でもよい。すなわち、基準となる規定時間を予め定めておき、電源端子２７の電圧が規定電圧範囲外にあるときには上述した故障として診断するしてもよい。
【００５８】
ステップＳ９０では、タイマの計時時間が規定時間範囲から外れているので、コンデンサＣ１の容量劣化か、コンデンサＣ１のターミナル外れと診断する。
【００５９】
一方、ステップＳ１００では、タイマの計時時間が規定時間範囲内にあるので、コンデンサＣ１の容量は正常状態にあると診断する。なお、この場合、コンデンサＣ１は正常状態にあるので、電源端子２７の電圧は順次上昇している。
【００６０】
そこで、ステップＳ１１０では、診断波形発生回路２１の動作を停止して駆動信号の出力を停止する。同時にタイマを作動させて計時動作を開始する。この結果、コンデンサＣ１に蓄積された電荷は放電抵抗ＲＬを介して放電される。
【００６１】
その後、ステップＳ１２０では、診断波形発生回路２１が駆動信号の出力を停止してから規定時間後に、電源端子２７の電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下まで下がっているかどうかを判断する。なお、規定時間としては、少なくとも３τ程度（τ＝Ｃ１×ＲＬ）に設定しておけばよい。ここで、規定時間後に電源端子２７の電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下になった場合にはステップＳ１４０に進む。一方、規定時間後に電源端子２７の電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下にならなかった場合にはステップＳ１３０に進み、放電抵抗ＲＬが不良であると診断する。
【００６２】
ここで、メインリレーＲＬＹの異常診断の方法について説明する。
上述したステップＳ８０からステップ１１０に進み、正常状態の場合には、初期電圧Ｖave は３．６１Ｖとなっており、かつ、コンデンサＣ１の容量も正常値であると判っているので、コンデンサＣ１の容量バラツキの最大値を例えば３０００μＦ×１．２とすれば、規定時間後（Ｔ）の電圧値Ｖ（Ｔ）は、
【数７】
Ｖ（Ｔ）＝Ｖave ×ｅ＾{−Ｔ／（Ｃ１×ＲＬ）｝ …（７）
となる。ここで、規定時間を例えば５００ｍＳ、放電抵抗ＲＬを１．５ＫΩとすれば、
Ｖ（Ｔ）＝３．２９Ｖと求まるので、この電圧を規定電圧値とし、規定電圧値よりも大幅に低下する場合には、放電抵抗ＲＬが不良であると診断する。
【００６３】
最後に、ステップＳ１４０では、メインリレー制御回路２３をオン制御状態に設定してメインリレーＲＬＹのソレノイドコイルをオン制御し、接点を閉結する。同時に、タイマによる計時動作を開始する。この結果、正常状態の場合には電源端子２７に電源Ｖinが供給される。
そして、ステップＳ１５０では、タイマによる計時動作を開始して規定時間後に、電源端子２７の電圧が規定電圧範囲（例えば、３４Ｖ〜４５Ｖ）まで上昇するかどうかを判断する。電源端子２７の電圧が規定電圧範囲まで上昇しない場合にはステップＳ１６０に進み、メインリレーＲＬＹの接点状態がオン不良状態であると診断する。
【００６４】
一方、電源端子２７の電圧が規定電圧範囲まで上昇している場合にはステップＳ１７０に進み、正常動作状態にあると診断し、初期診断処理を終了する。
【００６５】
なお、初期診断処理が終了した後に、電源端子２７の電圧Ｖがパワートランジスタなどの駆動素子の耐圧から求めた高電圧規定値（例えば、８５Ｖ）になったかどうかを判断する。電源端子２７の電圧Ｖが高電圧規定値になった場合には、高電圧異常であると診断して、トランジスタＱ１〜Ｑ３を全てオフ制御して制御を停止する。一方、電源端子２７の電圧Ｖが高電圧規定値に達していない場合には、正常動作状態にあるので制御を継続する。
【００６６】
本発明の一実施の形態に関する効果としては、一方の接点を電源Ｖinに接続されるメインリレーＲＬＹと、電源投入時にメインリレーＲＬＹの接点をオン／オフ駆動するトランジスタＱ３と、メインリレーＲＬＹの他方の接点に接続される電源端子２７を有し、出力端子３３及び出力端子３３よりも低電位の出力端子３５に接続されるモータＭ（負荷機器）を駆動する駆動回路２５と、電源端子２７と出力端子３５の間に接続されるコンデンサＣ１とを備え、電源端子２７に加わる電圧を外部電源電圧監視回路３７で検出するようにしておき、電源投入時にトランジスタＱ３をメインリレー制御回路２３によりオン／オフ制御したときに、電源端子２７の電圧に基づいて、駆動回路２５の故障を診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。
【００６７】
また、トランジスタＱ３がオフ制御された場合に、電源端子２７の電圧が所定電圧を越えているときには、メインリレーＲＬＹの接点がオフ制御不良、又は、電源端子２７が電源にショート状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００６８】
また、駆動回路２５を一時的に駆動するための診断波形信号を診断波形発生回路２１で発生し、駆動回路２５が一時的に駆動された時点からの経過時間をタイマで計時するようにしておき、電源端子２７の電圧が所定の電圧になった場合に、経過時間が所定の時間範囲外にあるときには、駆動回路２５のパワートランジスタが不良状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００６９】
また、タイマで計時される経過時間が所定の時間になった場合に、電源端子２７の電圧が所定の電圧範囲外にあるときには、駆動回路２５のパワートランジスタが不良状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００７０】
また、電源端子２７と第２の出力端子の間に接続される放電抵抗ＲＬと、診断波形発生回路２１の動作を停止した時点からの経過時間を計時するタイマとを備え、タイマにより計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、電源端子２７の電圧が所定電圧以上あるときには、放電抵抗ＲＬが不良状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００７１】
また、トランジスタＱ３がオン制御された場合に、オン制御された時点からの経過時間を計時するタイマを備え、タイマにより計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、電源端子２７の電圧が所定の電圧範囲以下にあるときには、電源端子２７が不良状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００７２】
なお、上述した実施の形態では、駆動回路の故障検出装置を自動車を駆動するモータの駆動回路に適応したものとして説明したが、負荷を駆動する駆動回路（例えば、電車のモータの駆動回路、エアバッグの駆動回路など）に適用すれば、同様の効果を有することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る駆動回路の故障検出装置を、自動車を駆動するモータの駆動回路に適応した場合の構成を示す図である。
【図２】モータ駆動回路の故障検出装置１１の基本的な動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】モータ駆動回路の故障検出装置１１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】従来のモータ駆動回路の故障検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１３ 制御装置
１９ 故障診断回路
２１ 診断波形発生回路
２３ メインリレー制御回路
２５ 駆動回路
２７ 電源端子
３７ 外部電源電圧監視回路
Ｃ１ コンデンサ
Ｑ１〜Ｑ３ トランジスタ
ＲＬＹ メインリレー
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動回路の電源端子及びハーネスがＧＮＤ（電源）にハーフショートを起こした場合や、電源端子に接続されるコンデンサが容量劣化を起こした場合等の故障診断を行う駆動回路の故障検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の駆動回路の故障検出装置としては、図４に示す「モータ駆動回路（１相分のみ示す）の故障検出装置」が知られている。なお、モータとしては３相モータを例示し、図４においては駆動のために必要な構成について１相分のみを示している。
【０００３】
モータ駆動回路の故障検出装置１０１は、操作者によって操作されるスイッチ（図示せず）がオン操作されたときに接点を閉結するメインリレーＲＬＹと、外部電源ＶinにメインリレーＲＬＹを介して接続される電源端子１０３を有し、出力指令に応じて出力端子１０５及び出力端子１０５よりも低電位の出力端子１０７に接続されるモータＭを駆動する駆動回路１０９と、駆動回路１０９の電源端子１０３と分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧して所定範囲内の電圧を出力する外部電源電圧監視回路１１１と、出力指令に応じて駆動回路１０９に駆動信号を出力しモータＭを制御する制御装置１１３とから構成されている。
【０００４】
また、駆動回路１０９の電源端子１０３と出力端子１０７の間には、並列にコンデンサＣ１と放電抵抗ＲＬが接続されている。なお、コンデンサＣ１は、トランジスタＱ１，Ｑ２のターンオフ時などに生じるサージの吸収やエネルギーリザーバとして設けられている。
【０００５】
制御装置１１３は、駆動時に第１パルス信号を発生する第１パルス発生回路１１５と、駆動時に第２パルス信号を発生する第２パルス発生回路１１７と、駆動回路１０９の電源端子１０３の電圧を外部電源電圧監視回路１１１を介して入力してＡ／Ｄ変換後のデータを読み込み装置故障の有無を診断する故障診断回路１１９から構成されている。
【０００６】
ここで、モータＭが大出力の場合、コンデンサＣ１は、必要容量が非常に大きいため一般的に電解コンデンサを使用するが、大容量コンデンサはネジ式の端子を持つものも多く、ターミナル外れ等が発生する可能性も考えられる。
【０００７】
このため、従来のモータ駆動回路の故障検出装置１０１では、コンデンサＣ１のショート故障及びコンデンサＣ１の端子外れを診断するため、外部電源電圧監視回路１１９を設け、外部電源Ｖinから電源端子１０３に加わる電圧を外部電源電圧監視回路１１１を介して入力してＡ／Ｄ変換した後、予め設定された規定値と比較して駆動回路１０９の故障を診断していた。
【０００８】
以下に、従来のモータ駆動回路の故障検出装置１０１での故障診断方法について説明する。
始めに、操作者によって図示しないスイッチがオン操作されると、メインリレーＲＬＹのソレノイドコイルに電源が供給されて、接点が閉結される。この結果、正常時には外部電源ＶinからメインリレーＲＬＹを介して電源端子１０３に電源電圧Ｖinが供給される。
【０００９】
そこで、電源端子１０３の電圧Ｖが規定電圧範囲（例えば、３４Ｖ〜４５Ｖ）内かどうかを判断する。電源端子１０３の電圧Ｖが規定電圧範囲から外れている場合には、再度、同様の判断処理を行い、３回以上に渡って規定電圧範囲から外れている場合には外部電源Ｖinに異常があると診断する。
【００１０】
一方、電源端子１０３の電圧Ｖが規定電圧範囲内にある場合には、制御装置１１３は、第１パルス発生回路１１５及び第２パルス発生回路１１７にそれぞれ第１及び第２パルス信号を発生させる。第１及び第２パルス信号はそれぞれプリドライバをオン／オフ制御してパワートランジスタＱ１，Ｑ２を駆動し、出力端子１０５，１０７に接続されるモータ（Ｍ）を駆動する。
【００１１】
そして、電源端子１０３の電圧Ｖがパワートランジスタなどの駆動素子の耐圧から求めた高電圧規定値（例えば、８５Ｖ）になったかどうかを判断する。電源端子１０３の電圧Ｖが高電圧規定値になった場合には、高電圧異常であると診断して、トランジスタＱ１，Ｑ２を全てオフ制御して制御を停止する。
一方、電源端子１０３の電圧Ｖが高電圧規定値に達していない場合には、正常動作状態にあるので制御を継続する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のモータ駆動回路の故障検出装置１０１にあっては、外部電源Ｖinと駆動回路１０９の間に設けられたメインリレーＲＬＹは、制御装置１１３の動作状態と関係なく、スイッチの操作状態に従って接点が開閉するようになっていた。また、制御装置１１３は、駆動回路１０９の電源端子１０３に加わる電圧と規定値との比較して故障診断するという構成となっていた。
【００１３】
このため、（１）コンデンサＣ１の両接点がショートして故障した場合や、電源端子１０３に接続されているハーネスが外れた場合や、メインリレーＲＬＹが開状態のまま動作しなくなる場合等の故障では、何れの場合も駆動回路１０９の電源端子に加わる電圧が０Ｖまで降下するため、故障部位を特定することができなかった。この結果、故障部位が違っているにも拘わらず、駆動回路１０９を交換することとなり、保守性が低下していた。
【００１４】
また、（２）単に駆動回路１０９の電源端子１０３に加わる電圧を抵抗分圧して故障診断回路１１９に読み込むだけなので、コンデンサＣ１に経時による容量劣化が発生した場合、コンデンサＣ１の電圧は時間遅れがなく規定電圧まで立ち上がるので、容量劣化による故障を検知することができなかつた。
【００１５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる駆動回路の故障検出装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、一方の接点を電源に接続されるリレーと、電源投入時にリレーの接点をオン／オフ駆動するスイッチング手段と、リレーの他方の接点に接続される電源端子を有し、第１の出力端子及び第１の出力端子よりも低電位の第２の出力端子に接続される負荷機器を駆動する駆動回路と、前記電源端子と第２の出力端子の間に接続されるコンデンサと、前記電源端子に加わる電圧を検出する電圧検出手段と、電源投入時に前記スイッチング手段をオン／オフ制御する制御手段と、電圧検出手段により検出された前記電源端子の電圧に基づいて、駆動回路の故障を診断する故障診断手段と、前記駆動回路を一時的に駆動するための診断波形信号を発生する診断波形発生手段と、診断波形発生手段により前記駆動回路が一時的に駆動された時点からの経過時間を計時する計時手段と、を備え、前記故障診断手段は、前記電源端子の電圧が所定の電圧になった場合に、前記計時手段により計時された経過時間が所定の時間範囲外にあるときには、前記コンデンサの容量劣化、又はターミナル外れであると診断することを要旨とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記電源端子と第２の出力端子の間に接続される放電抵抗とを備え、前記計時手段は、前記診断波形発生手段の動作を停止した時点からの経過時間を計時し、前記故障診断手段は、前記第２計時手段により計時される前記診断波形発生手段の動作を停止した時点からの経過時間が所定時間を経過した場合に、前記電源端子の電圧が所定電圧以上あるときには、前記放電抵抗が不良状態であると診断することを要旨とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、一方の接点を電源に接続されるリレーと、電源投入時にリレーの接点をオン／オフ駆動するスイッチング手段と、リレーの他方の接点に接続される電源端子を有し、第１の出力端子及び第１の出力端子よりも低電位の第２の出力端子に接続される負荷機器を駆動する駆動回路と、前記電源端子と第２の出力端子の間に接続されるコンデンサと、前記電源端子に加わる電圧を検出する電圧検出手段と、電源投入時に前記スイッチング手段をオン／オフ制御する制御手段と、電圧検出手段により検出された前記電源端子の電圧に基づいて、駆動回路の故障を診断する故障診断手段と、前記スイッチング手段がオン制御された場合に、オン制御された時点からの経過時間を計時する計時手段と、を備え、前記故障診断手段は、前記計時手段により計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、前記電源端子の電圧が所定の電圧範囲以下にあるときには、前記電源端子が不良状態であると診断することを要旨とする。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、請求項１記載の本発明によれば、一方の接点を電源に接続されるリレーと、電源投入時にリレーの接点をオン／オフ駆動するスイッチング手段と、リレーの他方の接点に接続される電源端子を有し、第１の出力端子及び第１の出力端子よりも低電位の第２の出力端子に接続される負荷機器を駆動する駆動回路と、電源端子と第２の出力端子の間に接続されるコンデンサとを備え、電源端子に加わる電圧を検出するようにしておき、電源投入時にスイッチング手段をオン／オフ制御したときに、電源端子の電圧に基づいて、駆動回路の故障を診断するので、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。また、駆動回路を一時的に駆動するための診断波形信号を発生し、駆動回路が一時的に駆動された時点からの経過時間を計時するようにしておき、電源端子の電圧が所定の電圧になった場合に、経過時間が所定の時間範囲外にあるときには、前記コンデンサの容量劣化、又はターミナル外れであると診断するので、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。
【００２３】
また、請求項２記載の本発明によれば、電源端子と第２の出力端子の間に接続される放電抵抗と、診断波形発生手段の動作を停止した時点からの経過時間を計時する計時手段とを備え、計時手段により計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、電源端子の電圧が所定電圧以上あるときには、放電抵抗が不良状態であると診断するので、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。
【００２４】
また、請求項３記載の本発明によれば、スイッチング手段がオン制御された場合に、オン制御された時点からの経過時間を計時する計時手段を備え、計時手段により計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、電源端子の電圧が所定の電圧範囲以下にあるときには、電源端子が不良状態であると診断するので、駆動回路の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る駆動回路の故障検出装置を、自動車を駆動するモータの駆動回路に適応した場合の構成を示す図である。
【００２９】
外部電源Ｖinには、メインリレーＲＬＹの接点を介して駆動回路の電源端子２７が接続されている。このメインリレーＲＬＹは、メインリレー制御回路２３からのオン制御信号に応じてソレノイドコイルに電源が供給されて接点が閉結される。
【００３０】
制御装置１３は、駆動時に第１パルス信号を発生する第１パルス発生回路１５と、駆動時に第２パルス信号を発生する第２パルス発生回路１７と、駆動回路２５の電源端子２７での電圧を外部電源電圧監視回路３７を介して入力してＡ／Ｄ変換後のデータを読み込み装置故障の有無を診断する故障診断回路１９と、パルス信号からなる診断波形信号を発生して故障診断時に２つのプリドライバ２９，３１に出力する診断波形発生回路２１と、外部電源Ｖinを駆動回路２５の電源端子２７に供給するためにメインリレーＲＬＹをオン制御するオン制御信号をトランジスタＱ３に出力するメインリレー制御回路２３とから構成されている。なお、制御装置１３は、後述する制御プログラムを記憶するＲＯＭと、制御データを記憶するＲＡＭと、経過時間を計時するタイマと、制御プログラムに従って装置全体を制御するＣＰＵとを内部に有している。
【００３１】
駆動回路２５は、外部電源ＶinからメインリレーＲＬＹの接点を介して電源が供給される電源端子２７を有し、制御装置１３から出力される第１及び第２パルス信号をそれぞれのプリドライバ２９，３１を介してパワートランジスタＱ１，Ｑ２が駆動され、出力端子３３，３５に接続されるモータ（Ｍ）を駆動する。また、電源端子２７と出力端子３５の間には、並列にコンデンサＣ１と放電抵抗ＲＬが接続されている。なお、コンデンサＣ１は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２のターンオフ時のサージ吸収やエネルギーリザーバとして設けられている。
【００３２】
定電流回路２８は、プリドライバ電源Ｖｐｒに接続され、駆動回路２５のプリドライバ２９，３１に定電流を供給する。
外部電源電圧監視回路３７は、駆動回路２５の電源端子２７に加わる電圧を分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して分圧して検出し、ダイオードＤ３，Ｄ４により電圧クリップして０〜Ｖｃｃの電圧範囲で故障診断回路１９に出力する。
【００３３】
次に、図２に示すフローチャートを参照して、モータ駆動回路の故障検出装置１１の基本的な動作を説明する。なお、本フローチャートは、制御装置１３内部に設けられた内部ＲＯＭに記憶された制御プログラムにより動作することとする。また、図３は、モータ駆動回路の故障検出装置１１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００３４】
始めに、運転者が車両に搭乗してイグニツション・キーをキーシリンダに挿入しスタート位置まで回動すると、イグニツション電源が車両各部の機器に供給される。この結果、外部電源Ｖｉｎとプリドライバ電源Ｖｐｒが電源を供給可能な状態となる。同時に、制御装置１３にもイグニツション電源が供給されて内部ＣＰＵがリセットされ、制御プログラムの動作が開始される。なお、内部ＣＰＵのリセット時には、ＣＰＵに設けられたレジスタ、タイマの値は０にクリアされることとする。
【００３５】
まず、ステップＳ１０では、駆動回路２５に接続される電源端子２７の初期電圧を確認するための準備として、メインリレー制御回路２３をオフ制御状態に設定してメインリレーＲＬＹの接点を開放状態にする。また、トランジスタＱ１，Ｑ２を全てオフとする。すなわち、制御装置１３は、第１パルス発生回路１５及び第２パルス発生回路１７にそれぞれ第１パルス信号及び第２パルス信号の発生を停止するように制御する。
【００３６】
この結果、プリドライバ２９，３１の出力端子に接続されるパワートランジスタＱ１，Ｑ２はオフとなる。また、電源端子２７の接続状態が正常な場合には、電源端子２７に電源が加わっていないので０Ｖ近傍まで低下していることとなる。
【００３７】
そして、ステップＳ２０では、制御装置１３は、外部電源電圧監視回路３７を介して故障診断回路１９に入力される電源端子２７の初期電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下かどうかを判断する。電源端子２７の初期電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下の場合（ＹＥＳ）には、電源端子２７の接続状態が正常であるのでステップＳ６０に進む。この際、ステップＳ２０では、ノイズの影響や誤検知を避けるため、規定値を０Ｖではなく、２．５Ｖ等の値にしておく方がよい。
【００３８】
一方、電源端子２７の初期電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下ではない場合（ＮＯ）には、電源端子２７の接続状態が異常状態にあるのでステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、レジスタに設定された値に１を加え、レジスタ値が３以下かどうかを判断する。レジスタ値が３以下の場合にはステップＳ４０に進み、ノイズの影響や誤検出を防止するため、規定時間だけの待ち状態を経過した後にステップＳ２０に戻り、処理を繰り返す。
【００３９】
一方、レジスタ値が４になった場合にはステップＳ５０に進み、電源端子２７に接続されているハーネスが電源とショートして異常電圧を発生している状態か、メインリレーＲＬＹの接点が溶着していてオン状態のままになるリレーオフ不良と診断する。
そして、ステップＳ２０からステップＳ６０へ進んだ場合、電源端子２７の電圧は０Ｖ近傍になっているはずである。
【００４０】
そこで、ステップＳ６０では、診断波形発生回路２１に周波数ｆ及びデューティｄ％を設定し、ダイオードＤ７，Ｄ８を介してプリドライバ２９，３１に診断波形信号を入力し、パワートランジスタＱ１，Ｑ２に反転作動を開始させる。さらに、電源端子２７から規定電圧が検出されるまでの充電時間を計時するため、タイマを作動させる。
【００４１】
詳しくは、例えばモータＭが３相モータの場合には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に対して、それぞれ上部のパワートランジスタＱ２、下部のパワートランジスタＱ１をそれぞれ３相分同時に反転同期させて駆動をする。この場合、診断波形発生回路２１に設定する周波数ｆを例えば１０ｋHzとし、デューティｄは例えば上部のプリドライバ２９に対して例えば５０％とし、下部のプリドライバ３１に対して例えば３８％とする。
【００４２】
ここで、パワートランジスタＱ１，Ｑ２を反転駆動していない場合には、メインリレーＲＬＹの接点がオフ状態なので、電源端子２７には電圧が生じていない。
しかし、パワートランジスタＱ１，Ｑ２を反転駆動した場合、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の入力容量Ｃ、すなわち、ゲート・エミッタ間容量（Ｃge）＋ゲートコレクタ間容量（Ｃgc）を介して、３相分同時に電荷移動が容易に行われる。この結果、コンデンサＣ１が正常状態にあれば、図３に示すように、電源端子２７（測定個所電圧）に充電電圧が発生する。
【００４３】
そして、ステップＳ７０では、電源端子２７の検出電圧が規定電圧になったかどうかを判断し、規定電圧になるまでステップＳ７０に戻って、検出処理を繰り返す。一方、検出電圧が規定電圧になった場合にはステップＳ８０に進む。
【００４４】
ここで、パワートランジスタの入力容量Ｃを介してコンデンサＣ１へ電荷移動がある場合の充電電圧の求め方について説明する。
まず、コンデンサＣ１の電荷量Ｑは、充電電圧Ｖave 、充電電流Ｉin、充電時間Ｔから求めると、
【数１】
Ｑ＝Ｃ１×Ｖave ＝Ｉin×Ｔ …（１）
となる。
【００４５】
ここで、コンデンサＣ１の充電電圧値Ｖave は、実際には、コンデンサＣ１のターミナルが外れた時に発生するパルスエネルギーの累積値が、コンデンサＣ１に電荷として移動すると考えればよい。なお、コンデンサＣ１が電源端子２７に接続されてない場合、図３に示すように、パルス信号となる。
【００４６】
従って、パルス発生時間Ｔ（主にパワーＴｒの応答時間で決定される時間）と入力容量で、充電電圧が決定される。
【００４７】
具体的には、例えば、コンデンサＣ１の容量Ｃ１＝３０００μＦ、入力容量Ｃin＝Ｃgc＋Ｃge（Ｃgc＝２６４００ｐＦ，Ｃge＝２６７０ｐＦ）、パルス発生時間Ｔ＝１．５μＦ（駆動Ｔｒの応答時間等で決定）、定電流回路２８の出力電流（max ）７０ｍＡとすれば、正常時の充電電圧Ｖave は、
【数２】
【００４８】
次に、コンデンサＣ１の充電時間（規定時間）について説明する。
【００４９】
放電抵抗ＲＬからのリークの影響を受けないように、診断波形発生回路２１に設定する周波数ｆは、コンデンサＣ１と放電抵抗ＲＬの時定数に比べて、十分に早くなるように設定する。
【００５０】
これによって、パワートランジスタの入力容量を介して伝達されるエネルギー容量Ｐinが、断続的にコンデンサＣ１へ電荷移動することで、図３に示すように、正常時の充電波形（充電曲線）が観測される。
【００５１】
つまり、このエネルギー容量ＰinをＮ回蓄えた結果、ある出力電圧Ｖout が得られたとすれば、
【数３】
【００５２】
従って、求められた断続回数Ｎ、サージ発生周期から、立ち上がり時間Ｔupを求めると、
【数４】
立ち上がり時間Ｔup＝Ｎ×サージ発生周期 …（４）
となる。
【００５３】
具体的には、正常時の各値として、例えば、ゲート・コレクタ間容量Ｃgc＝２６４００ｐＦ、ゲート・エミッタ間容量Ｃge＝２６７０ｐＦ、パルス波形ピーク電圧Ｖｐ＝５．７Ｖ（実測値）、コンデンサＣ１充電電圧Ｖave ＝３．６１Ｖ（算出値）、コンデンサＣ１の容量＝３０００μＦとし、さらに、サージ発生周期を、
【数５】
診断波形発生周波数×１／２＝５０μＳ …（５）
とすると、正常容量での立ち上がり時間（チャージ時間）は、
【数６】
Ｔup＝４１３９４×５０μｓ＝２．０６Ｓ …（６）
と算出できる。
【００５４】
なお、パルス波形は、診断波形の立ち上がり・立ち下がりで発生し、±交互に発生するので、制御周波数１０ＫＨｚの２倍の２０ＫＨｚ（周期は５０μＳ）となる。
【００５５】
この関係から、コンデンサＣ１の容量劣化（減少）の許容範囲を−５０％とすれば、容量劣化時の立ち上がり時間Ｔup＝１．０３Ｓとなり、正常時に比べて早く立ち上がることからコンデンサＣ１の容量劣化を診断することができる。
【００５６】
そこで、ステップＳ８０では、タイマから計時時間を読み出し、基準となる充電電圧３．６１Ｖに対して、規定時間範囲（１．０３〜２．０６Ｓ）内に計時時間が入っているかどうかを判断する。タイマの計時時間が規定時間範囲内にある場合にはステップＳ１００に進む。一方、タイマの計時時間が規定時間範囲外にある場合にはステップＳ９０に進む。
【００５７】
なお、ステップＳ７０〜Ｓ９０の判断処理では、規定電圧に達するまでの計時時間が規定時間範囲外になった場合に上述した故障として判断したが、以下の判断方法でもよい。すなわち、基準となる規定時間を予め定めておき、電源端子２７の電圧が規定電圧範囲外にあるときには上述した故障として診断するしてもよい。
【００５８】
ステップＳ９０では、タイマの計時時間が規定時間範囲から外れているので、コンデンサＣ１の容量劣化か、コンデンサＣ１のターミナル外れと診断する。
【００５９】
一方、ステップＳ１００では、タイマの計時時間が規定時間範囲内にあるので、コンデンサＣ１の容量は正常状態にあると診断する。なお、この場合、コンデンサＣ１は正常状態にあるので、電源端子２７の電圧は順次上昇している。
【００６０】
そこで、ステップＳ１１０では、診断波形発生回路２１の動作を停止して駆動信号の出力を停止する。同時にタイマを作動させて計時動作を開始する。この結果、コンデンサＣ１に蓄積された電荷は放電抵抗ＲＬを介して放電される。
【００６１】
その後、ステップＳ１２０では、診断波形発生回路２１が駆動信号の出力を停止してから規定時間後に、電源端子２７の電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下まで下がっているかどうかを判断する。なお、規定時間としては、少なくとも３τ程度（τ＝Ｃ１×ＲＬ）に設定しておけばよい。ここで、規定時間後に電源端子２７の電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下になった場合にはステップＳ１４０に進む。一方、規定時間後に電源端子２７の電圧が０Ｖ、若しくは、規定値以下にならなかった場合にはステップＳ１３０に進み、放電抵抗ＲＬが不良であると診断する。
【００６２】
ここで、メインリレーＲＬＹの異常診断の方法について説明する。
上述したステップＳ８０からステップ１１０に進み、正常状態の場合には、初期電圧Ｖave は３．６１Ｖとなっており、かつ、コンデンサＣ１の容量も正常値であると判っているので、コンデンサＣ１の容量バラツキの最大値を例えば３０００μＦ×１．２とすれば、規定時間後（Ｔ）の電圧値Ｖ（Ｔ）は、
【数７】
Ｖ（Ｔ）＝Ｖave ×ｅ＾{−Ｔ／（Ｃ１×ＲＬ）｝ …（７）
となる。ここで、規定時間を例えば５００ｍＳ、放電抵抗ＲＬを１．５ＫΩとすれば、
Ｖ（Ｔ）＝３．２９Ｖと求まるので、この電圧を規定電圧値とし、規定電圧値よりも大幅に低下する場合には、放電抵抗ＲＬが不良であると診断する。
【００６３】
最後に、ステップＳ１４０では、メインリレー制御回路２３をオン制御状態に設定してメインリレーＲＬＹのソレノイドコイルをオン制御し、接点を閉結する。同時に、タイマによる計時動作を開始する。この結果、正常状態の場合には電源端子２７に電源Ｖinが供給される。
そして、ステップＳ１５０では、タイマによる計時動作を開始して規定時間後に、電源端子２７の電圧が規定電圧範囲（例えば、３４Ｖ〜４５Ｖ）まで上昇するかどうかを判断する。電源端子２７の電圧が規定電圧範囲まで上昇しない場合にはステップＳ１６０に進み、メインリレーＲＬＹの接点状態がオン不良状態であると診断する。
【００６４】
一方、電源端子２７の電圧が規定電圧範囲まで上昇している場合にはステップＳ１７０に進み、正常動作状態にあると診断し、初期診断処理を終了する。
【００６５】
なお、初期診断処理が終了した後に、電源端子２７の電圧Ｖがパワートランジスタなどの駆動素子の耐圧から求めた高電圧規定値（例えば、８５Ｖ）になったかどうかを判断する。電源端子２７の電圧Ｖが高電圧規定値になった場合には、高電圧異常であると診断して、トランジスタＱ１〜Ｑ３を全てオフ制御して制御を停止する。一方、電源端子２７の電圧Ｖが高電圧規定値に達していない場合には、正常動作状態にあるので制御を継続する。
【００６６】
本発明の一実施の形態に関する効果としては、一方の接点を電源Ｖinに接続されるメインリレーＲＬＹと、電源投入時にメインリレーＲＬＹの接点をオン／オフ駆動するトランジスタＱ３と、メインリレーＲＬＹの他方の接点に接続される電源端子２７を有し、出力端子３３及び出力端子３３よりも低電位の出力端子３５に接続されるモータＭ（負荷機器）を駆動する駆動回路２５と、電源端子２７と出力端子３５の間に接続されるコンデンサＣ１とを備え、電源端子２７に加わる電圧を外部電源電圧監視回路３７で検出するようにしておき、電源投入時にトランジスタＱ３をメインリレー制御回路２３によりオン／オフ制御したときに、電源端子２７の電圧に基づいて、駆動回路２５の故障を診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路の保守性を向上することができる。
【００６７】
また、トランジスタＱ３がオフ制御された場合に、電源端子２７の電圧が所定電圧を越えているときには、メインリレーＲＬＹの接点がオフ制御不良、又は、電源端子２７が電源にショート状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００６８】
また、駆動回路２５を一時的に駆動するための診断波形信号を診断波形発生回路２１で発生し、駆動回路２５が一時的に駆動された時点からの経過時間をタイマで計時するようにしておき、電源端子２７の電圧が所定の電圧になった場合に、経過時間が所定の時間範囲外にあるときには、駆動回路２５のパワートランジスタが不良状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００６９】
また、タイマで計時される経過時間が所定の時間になった場合に、電源端子２７の電圧が所定の電圧範囲外にあるときには、駆動回路２５のパワートランジスタが不良状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００７０】
また、電源端子２７と第２の出力端子の間に接続される放電抵抗ＲＬと、診断波形発生回路２１の動作を停止した時点からの経過時間を計時するタイマとを備え、タイマにより計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、電源端子２７の電圧が所定電圧以上あるときには、放電抵抗ＲＬが不良状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００７１】
また、トランジスタＱ３がオン制御された場合に、オン制御された時点からの経過時間を計時するタイマを備え、タイマにより計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、電源端子２７の電圧が所定の電圧範囲以下にあるときには、電源端子２７が不良状態であると診断するので、駆動回路２５の故障部位を特定することができ、駆動回路２５の保守性を向上することができる。
【００７２】
なお、上述した実施の形態では、駆動回路の故障検出装置を自動車を駆動するモータの駆動回路に適応したものとして説明したが、負荷を駆動する駆動回路（例えば、電車のモータの駆動回路、エアバッグの駆動回路など）に適用すれば、同様の効果を有することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る駆動回路の故障検出装置を、自動車を駆動するモータの駆動回路に適応した場合の構成を示す図である。
【図２】モータ駆動回路の故障検出装置１１の基本的な動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】モータ駆動回路の故障検出装置１１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】従来のモータ駆動回路の故障検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１３ 制御装置
１９ 故障診断回路
２１ 診断波形発生回路
２３ メインリレー制御回路
２５ 駆動回路
２７ 電源端子
３７ 外部電源電圧監視回路
Ｃ１ コンデンサ
Ｑ１〜Ｑ３ トランジスタ
ＲＬＹ メインリレー
Claims (3)
- 一方の接点を電源に接続されるリレーと、
電源投入時にリレーの接点をオン／オフ駆動するスイッチング手段と、
リレーの他方の接点に接続される電源端子を有し、第１の出力端子及び第１の出力端子よりも低電位の第２の出力端子に接続される負荷機器を駆動する駆動回路と、
前記電源端子と第２の出力端子の間に接続されるコンデンサと、
前記電源端子に加わる電圧を検出する電圧検出手段と、
電源投入時に前記スイッチング手段をオン／オフ制御する制御手段と、
電圧検出手段により検出された前記電源端子の電圧に基づいて、駆動回路の故障を診断する故障診断手段と、
前記駆動回路を一時的に駆動するための診断波形信号を発生する診断波形発生手段と、
診断波形発生手段により前記駆動回路が一時的に駆動された時点からの経過時間を計時する計時手段と、を備え、
前記故障診断手段は、前記電源端子の電圧が所定の電圧になった場合に、前記計時手段により計時された経過時間が所定の時間範囲外にあるときには、前記コンデンサの容量劣化、又はターミナル外れであると診断することを特徴とする駆動回路の故障検出装置。 - 前記電源端子と第２の出力端子の間に接続される放電抵抗とを備え、
前記計時手段は、前記診断波形発生手段の動作を停止した時点からの経過時間を計時し、
前記故障診断手段は、前記第２計時手段により計時される前記診断波形発生手段の動作を停止した時点からの経過時間が所定時間を経過した場合に、前記電源端子の電圧が所定電圧以上あるときには、前記放電抵抗が不良状態であると診断することを特徴とする請求項１記載の駆動回路の故障検出装置。 - 一方の接点を電源に接続されるリレーと、
電源投入時にリレーの接点をオン／オフ駆動するスイッチング手段と、
リレーの他方の接点に接続される電源端子を有し、第１の出力端子及び第１の出力端子よりも低電位の第２の出力端子に接続される負荷機器を駆動する駆動回路と、
前記電源端子と第２の出力端子の間に接続されるコンデンサと、
前記電源端子に加わる電圧を検出する電圧検出手段と、
電源投入時に前記スイッチング手段をオン／オフ制御する制御手段と、
電圧検出手段により検出された前記電源端子の電圧に基づいて、駆動回路の故障を診断する故障診断手段と、
前記スイッチング手段がオン制御された場合に、オン制御された時点からの経過時間を計時する計時手段と、を備え、
前記故障診断手段は、前記計時手段により計時される経過時間が所定時間を経過した場合に、前記電源端子の電圧が所定の電圧範囲以下にあるときには、前記電源端子が不良状態であると診断することを特徴とする駆動回路の故障検出装置。
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