专利名称：A/f传感器的电流检测电路的制作方法
相关申请的交叉参考本申请要求2002年2月18日提交的日本专利申请No.2002-40127的优先权。
如图所示，A/F值和传感器电流大致成比例关系，因此通过在电路上检测出传感器电流，可以求出A/F值。另外，为了得到传感器特性，必须激活A/F传感器，因此，传感器的元件温度一般设在550℃以上。在检测传感器的元件温度时，使用图2所示的传感器的导纳-温度特性。由于在传感器上导纳-温度特性是固有的，所以通过测定元件导纳值Ad1、并将该测定值与预先测定的导纳-温度特性曲线进行比较，检测出当时的元件温度T1。进而，导纳Ad是阻抗Z的倒数。
综上所述，在A/F传感器的处理电路中，希望具有为了求出A/F值，监测传感器的电流值的功能(功能1)，以及为了求出传感器的元件温度，检测传感器的导纳值的功能(功能2)这2种功能。
图3所示为具备上述2种功能的以往的传感器检测电路。图中，1是具有+(正)端子2和负端子3的两端子A/F传感器，如图所示，可以与阻抗Z和电动势E的串联电路等效。这两个端子2、3与ECU(电子控制单元)内的A/F传感器电路4连接。A/F传感器电路4，如图所示，由运算放大器5、6，分流电阻Ra、Rb构成。
运算放大器5的输出端子，经分流电阻Ra连接到传感器1的+(正)侧端子2，传感器1的+侧端子2与运算放大器5的+侧输入端子连接。另外，运算放大器5的-侧输入端子与可变电压V1的可变电源7连接，运算放大器6的-侧输入端子与电压V2的电压固定电源连接。运算放大器5、6动作使得传感器1的+、-端子2、3的电压值分别设为可变电源7的电压V1、固定电源8的电压V2。另外，运算放大器5、6连接到+B电源和地线之间。
9是具备用于监测分流电阻Ra的两端电压用的端子AD1和AD2的AD换流器(コンバ-タ)。由该换流器9检测出的电压值，被送至图中未示的微型计算机中，在那里进行规定的处理，计算出传感器电流及导纳值。
以下，说明上述传感器电流检测电路4的工作，使以往装置的缺点明确。首先，为了简单地说明，将AD换流器9的允许电压范围设定为0～5V，传感器电流检测时的电压V1设定为3.3V，电压V2设定为2.9V。
在上述电路中，上述功能1，在电压V1设为恒定的(例如3.3V)情况下，通过测定传感器电流＝(AD2-AD1)/R来实现。另外，功能2，可以通过使电压V1变动(ΔV)，根据那时的电流变化量(Δ1)求出导纳来实现。另外，此时的传感器1的导纳Z用下式求出导纳＝ΔI/ΔV(1)实际的电压扫描波形V1、V2在图4中表示。
波形V1由在ΔV＝0.2V的扫描期间b以及在电压V1＝3.3V的恒定电压期间a反复构成的，期间b和期间a的长度为几百mS。元件导纳如前所述，可以通过求出作为电压扫描时的期间b中的传感器内阻抗引起的电流变化量ΔI，根据上述式子(1)得出。另外，这时，由AD换流器9的端子AD2检测出的电压，在峰值处上升到B电压为止。
一方面，作为功能1的传感器电流的监测，在V1＝3.3V恒定的期间a中实行。此时，AD换流器9的端子AD2的电压，被固定为A电压。作为一个例子，求出以下条件下的AD换流器9的端子AD1、AD2的电压。
<条件1>
A/F＝18时的传感器电流为4(mA)，假设控制目标元件温度700℃时的元件导纳Ad为Ad＝0.04(1/Ω)，进而分流电阻Ra＝100Ω。
在这种情况下，传感器电流检测时(期间a)的端子AD2的A电压成为A电压＝3.3V+100Ω×4mA＝3.7V另一方面，计算元件导纳时(期间b)的AD电压的峰值B成为B电压＝A电压(3.7V)+100Ω×(0.2V/(1/0.04[1/Ω]))＝4.5V通常的AD换流器9的输入电压允许范围是0～5V，由于上述的A电压和B电压都在这个范围之内，所以在使用条件1的传感器的限制中，不会产生问题。但是，如果由于传感器的设计改变，A/F传感器的特性变化，上述B电压有时会超过AD换流器的输入允许范围5V。以下说明这种情况的示例。
<条件2>
A/F＝18时的传感器电流与条件1相同，是4[mA]，但是由于传感器的设计改变，对控制目标元件温度700℃的元件导纳＝0.08[1/Ω]的情况进行考察。
求出在此时AD换流器9的端子AD2的A电压。
首先，在检测传感器电流时(期间a)，成为A电压＝3.3V+100Ω×4mA＝3.7V然后，在计算元件导纳时(期间b)，成为B电压＝A电压(3.7V)+100Ω×(0.2V/(1/0.08[1/Ω]))＝5.3V超过了AD换流器9的输入电压范围，其结果是，端子AD2的电压停留在5V。
这样，如果A/F传感器的特性变化，有时电压扫描时的AD2电压超出该换流器的输入电压范围，B电压停留在5V。在这种情况下，就不能正确地计算出元件导纳。为解决这种问题，通常将分流电阻Ra的阻值降低到一半50Ω，使得电压扫描时的B电压不停留于换流器的最大允许值。
但是，由于采取了将分流电阻Ra的阻值降低到50Ω的这种对策，A点电压从3.7V减少到3.5V，动态范围也成为一半。结果存在传感器电流的检测精度降低为二分之一的缺点。
如上所述，以往的A/F传感器的电流检测电路，当使用具有与电路设计时设定的特性的A/F传感器不同的传感器时，存在很难保证高传感电流检测精度地检测出正确的导纳的缺点。
为达到上述目的，本发明的第一A/F传感器的电流检测电路，具备用于产生对A/F传感器施加的电压的运算放大器；连接在该运算放大器及所述A/F传感器之间的电流测定用的第1电阻；在上述运算放大器和上述第1电阻之间连接一方端子的、被相互串联连接的分压用的第2、第3电阻；设置于所述运算放大器和所述第1电阻之间的第1输出端子；设置于所述第1电阻和所述A/F传感器之间的第2输出端子；以及设置于所述分压用的第2、第3电阻之间的第3输出端子。
根据所述本发明的第一A/F传感器的电流检测电路，第3测定端子上的电压，根据第2以及第3电阻的分压比，与第1测定端子的电压相比降低了。例如，当第2、第3电阻的电阻比为1∶1时，第3输出端子的电压为第1输出端子电压的一半。通常，来自这些输出端子的信号，经AD换流器输入到微机等内，经过规定的运算处理，检测出传感器电流。因此，即使在采用具有不同特性的A/F传感器检测元件导纳时第1输出端子的输出增大的情况下，通过使用第3输出端子代替第1输出端子，也可以将输出电压控制在AD换流器的输入电压范围内。由此，可以提供一种对A/F传感器的交换能够充分适应的、适应性高的A/F传感器的电流检测电路。
为解决上述问题，本发明的第二A/F传感器的电流检测电路中，具备用于产生对传感器施加的电压的运算放大器；连接在该运算放大器和所述A/F传感器之间的，被串联连接的电流测定用的第1、第2电阻；设置于所述运算放大器和所述第1电阻之间的第1输出端子；设置于所述第1和第2电阻之间的第2输出端子；以及设置于所述第2电阻和所述A/F传感器之间的第3输出端子。
根据所述本发明的第二A/F传感器的电流检测电路，与所述第1发明的情况相同，使用第2输出端子代替第1输出端子检测元件导纳，即使使用有其他特性的A/F传感器的情况下，也可以将输出电压控制在AD换流器的输入电压范围内。由此，可以提供一种对A/F传感器的交换能够充分适应的、适应性高的A/F传感器的电流检测电路。
图2是展示A/F传感器的一般的导纳-元件温度特性的图示。
图3是展示以往的传感器电流的检测电路的图示。
图4是图3所示电路工作说明用的波形图。
图5是展示本发明的第1实施方案中A/F传感器的电流检测电路的图示。
图6是展示本发明的第2实施方案中A/F传感器的电流检测电路的图示。
图5是展示本发明第1实施方案中A/F传感器的电流检测电路的图示。进而，在以下图中，与图3所示相同的参照符号，由于表示的是相同、或类似的构成要素，不再重复进行说明。
在图5所示的实施方案中，具有在运算放大器5的输出端子和分流电阻Ra之间，追加了串联连接的分压用电阻R1、R2，并将电阻R1、R2的连接点连接到AD换流器9的输入端子AD3的结构。各电阻的电阻比为1∶1。在本实施方案中，检测传感器电流值时，使用AD换流器9中的输入端子AD1和AD2；另一方面，在检测元件导纳时，使用AD换流器9的输入端子AD1和AD3。或者，也可以在检测元件导纳时，也使用输入端子AD1和AD2，当输入端子AD2的电压值停留在5V时，使用输入端子AD1和AD3。
这样，一方面可以与以往一样地检测出传感器的电流值，另一方面，在检测元件导纳时，即使AD换流器9的输入端子AD2停留在电压5V时，由于输入端子AD3的电压是其一半，所以可以将AD换流器的输入电压范围控持在5V之内，不会产生问题的。
以以往的例子的说明部分为例，对于<条件2>的情况进行说明。在上述<条件2>的情况下，在以往的示例电路中，当A/F＝18时，传感器电流与<条件1>的情况相同，为4mA，在AD换流器9的输入端子AD2的电压为5.3V，但是在本实施方案中，在AD换流器9的输入端子AD3上施加的电压为2.65V，充分控持在AD换流器9的输入电压范围内，不会产生问题。进而，由于即使在这种情况下，也可以得到图4的A点电压3.7V，没有由于动态范围的减少导致的传感器电流检测精度的恶化。
图6是本发明第2实施方案的电路图。在本实施方案中，使用2个电阻R3和R4代替图3中所示的以往的电路的电阻Ra。电阻R3和电阻R4的电阻值，设为以往电阻Ra的一半，即R3＝R4＝Ra/2。
如果考虑上述<条件2>的情况，在检测传感器电流值时，使用AD换流器9的输入端子AD1和AD2，得到4mA的传感器电流。另一方面，在检测元件导纳时，使用AD换流器9的输入端子AD1和AD4。虽然输入端子AD2的电压在电压扫描时为5.3V，但是，输入端子AD4的电压为(5.3V-3.3V)/2+3.3V＝4.3V，控制在AD换流器9的输入电压范围内，不会产生问题。另外，因为即使在这种情况下也可以得到图4的A点电压3.7V，所以不会由于动态范围的减小，而使传感器电流检测精度恶化。
进而，即使在本电路中，输入电压AD2的电压在5V以下时，在元件导纳的测定中使用输入端子AD1和AD2，由于使用了不同特性的A/F传感器，特性发生改变，在输入端子AD2的电压值超过5V时，也可以使用端子AD1和AD4进行元件导纳的测定。
如以上展示实施方案说明的那样，在本发明的传感器电流检测电路中，即使在由于A/F传感器的设计改变导致其特性变化的情况下，也可以不使电流检测精度劣化，并能正确地检测出元件导纳。由此，本发明可以提供一种对于A/F传感器的特性变化可以适应范围大的传感器检测电路。
权利要求
1.一种A/F传感器的电流检测电路，具备用于产生施加给A/F传感器的电压的运算放大器；连接在该运算放大器和上述A/F传感器之间的电流测定用的第1电阻；在上述运算放大器和上述第1电阻之间连接一方端子的互相串联连接的分压用的第2、第3电阻；设置于上述运算放大器和上述第1电阻之间的第1输出端子；设置于上述第1电阻和上述A/F传感器之间的第2输出端子；以及设置于上述分压用的第2、第3电阻之间的第3输出端子。
2.根据权利要求1所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述第2、第3电阻具有1∶1的电阻比。
3.根据权利要求1所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述第1和第2输出端子被用于检测上述A/F传感器的电流值；以及上述第2和第3输出端子被用于检测上述A/F传感器的元件导纳。
4.根据权利要求3所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述A/F传感器的元件导纳，在上述第1输出端子电压没有超过规定的值的情况下，基于上述第1和第2输出端子之间被检测出。
5.根据权利要求4所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述规定的值，是测定上述第1、第2及第3输出端子电压的AD换流器的输入电压范围内的值。
6.根据权利要求3所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述第2、第3电阻具有1∶1的电阻比。
7.一种A/F传感器的电流检测电路，具备用于产生施加给A/F传感器的电压的运算放大器；连接在上述运算放大器和上述A/F传感器之间的串联连接的电流测定用的第1、第2电阻；设置于上述运算放大器和上述第1电阻之间的第1输出端子；设置于上述第1和第2电阻之间的第2输出端子；以及设置于上述第2电阻和上述A/F传感器之间的第3输出端子。
8.根据权利要求7所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述第1、第2电阻具有1∶1的电阻比。
9.根据权利要求7所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述第1和第3输出端子被用于检测上述A/F传感器的电流值；以及上述第2和第3输出端子被用于检测上述A/F传感器的元件导纳。
10.根据权利要求7所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述A/F传感器的元件导纳，在上述第1输出端子电压没有超过规定的值的情况下，基于上述第1及第3输出端子之间被检测出。
11.根据权利要求7所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述规定的值，是测定第1、第2及第3输出端子电压的AD换流器的输入电压范围内的值。
12.根据权利要求9所述的A/F传感器的电流检测电路，其特征在于上述第1、第2电阻具有1∶1的电阻比。
全文摘要
本发明的目的是提供一种能够应对特性不同的A/F传感器的改变、适应性高的A/F传感器的电流检测电路。为达此目的，在本发明的A/F传感器的电流检测电路，具备用于产生施加给A/F传感器的电压的运算放大器；连接在运算放大器和A/F传感器之间的电流测定用的第1电阻；在运算放大器和第1电阻之间连接一方端子的、相互串联连接的分压用的第2、第3电阻；设置在运算放大器和第1电阻之间的第1输出端子；设置在第1电阻和A/F传感器之间的第2输出端子；以及设置在分压用的第2、第3电阻之间的第3输出端子。在该电路中，在检测元件导纳时，使用第3输出端子代替第1输出端子。
文档编号F02D45/00GK1439875SQ03104550
公开日2003年9月3日 申请日期2003年2月18日 优先权日2002年2月18日
发明者福田照久, 森口広, 服部一孝, 池田慎治 申请人:富士通天株式会社, 丰田自动车株式会社