JP7121637B2

JP7121637B2 - 電子装置

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Publication number: JP7121637B2
Application number: JP2018211897A
Authority: JP
Inventors: 昌大松本; 洋中野; 晃小田部
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: US20210389787A1; DE112019004911T5; CN113168197A; WO2020100537A1; US12174649B2; JP2020079972A

Description

本発明は出力端子に外部コンデンサを付加するレギュレータ回路を有する電子装置に係り、特に、前記外部コンデンサの断線故障を検出できる電子装置に関する。

レギュレータ回路の出力端子に付加される外部コンデンサの断線故障の診断方法の例として、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１では、レギュレータ回路の出力電圧を意図的に変化させ、この出力電圧の変化によって生じるレギュレータ回路の出力電流が外部コンデンサの有無によって変化することを利用して、外部コンデンサの断線故障を診断することが開示されている。

特開２０１７－０９６６７１号公報

特許文献１では外部コンデンサの断線の有無を検出するために、レギュレータ回路の出力電圧を意図的に変化させる必要があった。この為、電源電圧の変動に弱い回路に使用する場合には、回路動作を一時的に休止させてから外部コンデンサの断線の有無を検出する必要があった。この為、上記従来技術の適用範囲は限られたものであった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は外部コンデンサの断線診断を受動的に行うことで、レギュレータ回路の出力電圧を常に安定な状態に保ち、レギュレータ回路から供給を受ける各回路の動作を休止させずに動作可能にする電子装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明における電子装置では出力端子に外部コンデンサが接続されるレギュレータ回路の発振状態を検出する発振検出器と、前記発振検出器が前記レギュレータ回路の発振状態を検出した場合に故障信号を出力する故障判定部と、を配置した。

本発明によれば、レギュレータ回路の出力端子に付加される外部コンデンサの断線故障を受動的に診断できるので、よりより広範な回路構成、特に、電源変動の影響を受けやすい回路構成にも適用できる電子装置を提供することが可能となる。

第１の実施例の電子装置の構成レギュレータ回路２の構成レギュレータ回路２のオープンループの周波数特性正常時のレギュレータ回路の出力電圧波形外部コンデンサ３が断線した場合のレギュレータ回路の出力電圧波形発振検出器４の構成発振検出器４の入出力特性第２の実施例の電子装置の構成第３の実施例の電子装置の構第２レギュレータ回路１７の構成性第２レギュレータ回路のオープンループゲインの周波数特性

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施例は、矛盾しない限り組み合わせ可能である。

［第１の実施例］
まず、本発明の第１の実施例を図１から図７により説明する。なお、図１は第１の実施例の電子装置の構成、図２はレギュレータ回路２の構成、図３はレギュレータ回路２のオープンループの周波数特性、図４は正常時のレギュレータ回路の出力電圧波形、図５は外部コンデンサ３が断線した場合のレギュレータ回路の出力電圧波形、図６は発振検出器４の構成、図７は発振検出器４の入出力特性である。

本実施例の電子装置１は、外部から供給される外部電源を入力として一定電圧を出力するレギュレータ回路２と、レギュレータ回路２の出力端子に外部部品として接続される外部コンデンサ３と、レギュレータ回路２の出力電圧の発振状態を検出する発振検出器４と、発振検出器４がレギュレータ回路２の発振状態を検出した場合に故障信号を出力する故障判定部５と、を備える。

図２に示す様に、レギュレータ回路２は、基準電圧を発生させる基準電圧源６と、誤差増幅器７と、出力トランジスタ８と、レギュレータ回路２の出力電圧を所定の電圧比で分圧し誤差増幅器７へフィードバックする抵抗素子９、１０を備える。

また、レギュレータ回路２は、図３に示す様なオープンループの周波数特性を持ち、外部コンデンサ３の有無により周波数特性が変化する。この結果、外部コンデンサ３がある場合には系を安定に保つが、外部コンデンサ３が無い場合には系は不安定になる。レギュレータ回路２は、外部コンデンサ３が有る場合は図４に示す様に出力電圧は安定する。一方で、レギュレータ回路２は、外部コンデンサ３が断線などにより無くなると発振して図５に示す様に出力電圧は大きく振動する。

本実施例では、このレギュレータ回路２の出力電圧の振動を発振検出器４を用いて検出する。発振検出器４は、図６に示す様に、入力の直流成分を除去するハイパスフィルタを構成するコンデンサ１１と抵抗１２と、ハイパスフィルタの出力が電圧Ｖｈｉｇｈより大きい場合にハイレベルを出力する比較器１３と、ハイパスフィルタの出力が電圧Ｖｌｏｗより小さい場合にハイレベルを出力する比較器１４と、比較器１３と比較器１４の論理和を求める論理ゲート１５を備え得る。つまり、発振検出器４は、図７に示す様に入力電圧の交流成分が電圧Ｖｈｉｇｈより大きくなるか電圧Ｖｌｏｗより小さいくなるとハイレベルを出力する。なお、発振検出器４の入力電圧は図２中の電圧Ｖｃであっても良いし誤差増幅器７の内部電圧でも良い。発振検出器４の目的はレギュレータ回路２の発振状態を検出することであり、レギュレータ回路２が発振した状態ではフィードバック系を構成する全ての電圧が振動する。この為、発振検出器４の入力電圧はレギュレータ回路２の出力電圧でも、図２中の電圧Ｖｃでも、誤差増幅器７の内部電圧でも良い。

本実施例では、レギュレータ回路２の発振状態を検出することで外部コンデンサ３の断線故障の有無を検出できるようにした。この為、レギュレータ回路２の動作に影響を与えること無く受動的に外部コンデンサ３の断線故障の有無を検出できる。つまり、レギュレータ回路２の動作は図４に示す様に、診断時の出力電圧の変動はほとんど無く、レギュレータ回路２の出力電圧の変動やノイズの増加を抑えることができる。この為、レギュレータ回路２の電源変動に弱い電子回路やノイズの影響を受けやす電子回路を、レギュレータ回路２に接続することができる。

また、故障判定部５は、発振検出器４の出力が所定の時間以上にわたって前記レギュレータ回路の発振状態を検出し続けた場合に故障信号を出力する様にするとより好ましい。外部コンデンサ３が断線や故障により外部コンデンサ３の機能が失われた場合、定常的にレギュレータ回路２の出力電圧は定常的に発振状態になる。一方で、レギュレータ回路２の負荷電流の急変や外部電圧の変動などにより、レギュレータ回路２の出力電圧が一時的に変動することがある。発振検出器４の出力が所定の時間以上にわたって発振状態を示すハイレベルを示す場合に故障信号を出力することで、この一時的な変動による誤検出が生じ無い様にできる効果がある。

なお、本実施例では、発振検出器４がレギュレータ回路２の発信を検知した場合にハイレベルを出力する例を示しているが、発信を検知した場合にローレベルを出力する構成としてもよい。

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例である電子装置を図８により説明する。なお、図８は第２の実施例の電子装置の構成である。なお、第１の実施例と同様の構成については説明を省略する。

本実施例の電子装置は基本的には第１の実施例の電子装置と同じであるが、上位システムへ故障信号を出力する為の出力回路１６を付加た。こうすることで、本電子装置１の故障を上位システムに伝えることが可能になり、上位システムにより本電子装置１の故障による不具合により上位システムが致命的な故障モードに成らない様にできる。

また、発振検出器４の電源に外部電源（レギュレータ回路２の入力電圧）を用いた。こうすることで、仮に外部コンデンサ３が故障してレギュレータ回路２の出力電圧が大きく振動したとしても、発振検出器４の電源は外部電源から供給されるため、発振検出器４は安定して動作することを可能にする。仮に、発振検出器４の電源をレギュレータ２の出力電圧から供給された場合には外部コンデンサ３が故障することでレギュレータ回路２の出力電圧が大きく振動し、この結果、発振検出器４の電源電圧が大きく振動し発振検出器４が誤動作する恐れがあるが本実施例ではこれを防ぐことができる。

また、故障判定部５の電源に外部電源を用いた。こうすることで、仮に外部コンデンサ３が故障してレギュレータ回路２の出力電圧が大きく振動したとしても、故障判定部５の電源は外部電源から供給され故障判定部５は安定して動作することを可能にする。仮に、故障判定部５の電源をレギュレータ２の出力電圧から供給された場合には外部コンデンサ３が故障することでレギュレータ回路２の出力電圧が大きく振動し、この結果、故障判定部５の電源電圧が大きく振動し故障判定部５が誤動作する恐れがあるが本実施例ではこれを防ぐことができる。

また、出力回路１６の電源に外部電源を用いた。こうすることで、仮に外部コンデンサ３が故障してレギュレータ回路２の出力電圧が大きく振動したとしても、出力回路１６の電源は外部電源から供給され出力回路１６は安定して動作することを可能にする。仮に、出力回路１６の電源をレギュレータ２の出力電圧から供給された場合には外部コンデンサ３が故障することでレギュレータ回路２の出力電圧が大きく振動し、この結果、出力回路１６の電源電圧が大きく振動し出力回路１６が誤動作する恐れがあるが本実施例ではこれを防ぐことができる。

［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例である電子装置を図９から図１１により説明する。なお、図９は第３の実施例の電子装置の構成、図１０は第２レギュレータ回路１７の構成、図１１は第２レギュレータ回路のオープンループゲインの周波数特性である。なお、第１の実施例と同様の構成については説明を省略する。

本実施例の電子装置は基本的には第１の実施例の電子装置と同じであるが、第２レギュレータ回路１７を付加し、この第２のレギュレータ回路の出力電圧を発振検出４、故障判定部５、出力回路１６の電源に用いた。第２レギュレータ回路１７、発振検出器４、故障判定部５、出力回路１６を１つのＬＳＩ１８に集積化すると小型化の観点でより好ましい。

第２レギュレータ回路１７は、図１０に示す様に、基準電圧を発生させる基準電圧源１９と誤差増幅器２２と、出力トランジスタ２１と、レギュレータ回路の出力電圧を所定の電圧比で分圧し誤差増幅器２２へフィードバックする抵抗素子２３、２４と、フィードバック系の安定化を図る位相補償容量２０を備える。第２レギュレータ回路１７では位相補償容量２０により図１１に示すオープンループの周波数特性を持たせ、フィードバック系の安定化を図っている。この為、第２レギュレータ回路では出力端子に大容量のコンデンサを必要としないので、外部コンデンサは不要であり、ＬＳＩへの集積化も可能になる。但し、この構成のレギュレータは出力電流を大きくできないので小規模な回路しか駆動できないが、レギュレータを構成する全ての回路素子を集積化できるので非常に信頼度を高くできる。つまり、第３の実施例では第２レギュレータ１７を付加することで、発振検出４、故障判定部５、出力回路１６へより安定な電源を供給することが可能となる。その結果、本実施例は、発振検出４、故障判定部５、出力回路１６の高信頼な安定動作を確保した。本実施例によれば、外部コンデンサ３の故障診断をより確実に行えるようにできる。これは、第２レギュレータ１７を備えることにより、外部電源の電圧が変動した場合であっても、発振検出４、故障判定部５、出力回路１６に安定な電源電圧を供給できるからである。また、第２レギュレータ回路１７を設けることで、仮に外部コンデンサ３が短絡故障した場合であっても、発振検出４、故障判定部５、出力回路１６を安定に動作させることが可能である。

更なる好例として、第２レギュレータ回路１７の出力電圧をレギュレータ回路２の電圧よりも低電圧にすることで、外部電源の変動に対する第２レギュレータ回路１７の出力電圧の安定度を高めることが可能である。

更なる好例として、第２レギュレータ回路１７、発振検出器４、故障判定部５、出力回路１６を１つのＬＳＩに集積化することで、第２レギュレータ回路１７、発振検出器４、故障判定部５、出力回路１６の相互配線を高信頼度に接続できるＬＳＩ上に配置できる。その結果、より安定した外部コンデンサ３の診断動作が可能となる。

本実施例の電子装置の例としては種々考えられるが、例えば、流体の流量、圧力、湿度、温度といった物理量のうち少なくとも何れかひとつを測定する物理量測定装置が挙げられる。

１‥電子装置、２‥レギュレータ回路、３‥外部コンデンサ、４‥発振検出器、
５‥故障判定部、６‥基準電圧源、７‥誤差増幅器、８‥出力トランジスタ、９‥抵抗素子、１０‥抵抗素子、１１‥コンデンサ、１２‥抵抗、１３‥比較器、１４‥比較器、
１５‥論理ゲート、１６‥出力回路、１７‥第２レギュレータ回路、１８‥ＬＳＩ、
１９‥基準電圧源、２０‥位相補償容量、２１‥出力トランジスタ、２２‥誤差増幅器、
２３‥抵抗素子、２４‥抵抗素子

Claims

出力端子に外部コンデンサが接続されるレギュレータ回路と、
前記レギュレータ回路の発振状態を検出する発振検出器と、を備える電子装置。
前記発振検出器からの信号に基づき故障信号を出力する故障判定部を備える請求項１に記載の電子装置。
前記故障判定部は、前記発振検出器が所定の時間以上にわたって前記レギュレータ回路の発振状態を検出し続けた場合に故障信号を出力する請求項２に記載の電子装置。
前記レギュレータ回路の入力電圧を前記発振検出器の電源として用いる請求項１乃至３の何れかに記載の電子装置。
第２のレギュレータ回路を備え、
前記第２のレギュレータ回路の出力電圧を前記発振検出器の電源として用いる請求項２または３に記載の電子装置。
前記第２のレギュレータ回路の出力電圧は、前記レギュレータ回路の出力電圧よりも低電圧である請求項５に記載の電子装置。
前記第２のレギュレータ回路および前記発振検出器を同一の半導体素子に集積化した請求項６に記載の電子装置。
前記第２のレギュレータ回路の出力を電源として用いる故障信号出力回路を有する請求項６に記載の電子装置。
前記第２のレギュレータ回路、前記発振検出器、前記故障判定部、前記故障判定部の出力を外部へ送信する出力回路、を同一の半導体素子に集積化した請求項７に記載の電子装置。
前記第２のレギュレータ回路は、位相補償容量を備える請求項９に記載の電子装置。
前記電子装置は、流体の物理量を測定する物理量測定装置である請求項１０に記載の電子装置。