負荷駆動装置及び負荷駆動方法

【課題】複数の負荷を駆動する場合に、負荷電流の集中的な増加を確実に抑制することができる負荷駆動装置を提供する。
【解決手段】負荷駆動装置の制御回路１１は、３つの負荷Ａ〜Ｃについて、同時に駆動される期間が存在しなくなるようにＰＷＭ信号Ａ〜Ｃを出力する。具体的には、共通の搬送波信号の位相を遅延回路１２Ｂ，１２Ｃによって周期Ｔの１／３ずつ相互に変化させ、負荷の数に応じてＰＷＭ信号の出力位相を均等に変化させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の負荷に対し、夫々駆動信号を出力して駆動する負荷駆動装置及び負荷駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、複数の負荷に夫々ＰＷＭ信号を出力して駆動する負荷駆動装置の一構成例を示す。ＣＰＵ１は、制御回路２に各負荷毎の目標電流値に対応するＤＵＴＹ信号を出力し、制御回路２は、ＰＷＭ信号を生成して各負荷に夫々対応する負荷駆動回路３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，…に出力する。負荷駆動回路３は、駆動回路４及び負荷電流検出回路５で構成されており、駆動回路４は、与えられたＰＷＭ信号に応じて駆動電源６から負荷電流を負荷７（Ａ，Ｂ，Ｃ，…）に供給する。そして、負荷電流検出回路５は、負荷電流を検出して検出信号Ｉ（Ａ，Ｂ，Ｃ，…）を制御回路２に出力する。
負荷７の具体例としては、例えば内燃機関により駆動される油圧ポンプから圧送されてきた車両制御用のライン油圧（例えば、アンチスキッド制御用のブレーキ油圧、自動変速機制御用のトランスミッション油圧等）を所定の作動油圧に制御する油圧制御弁の駆動用のリニアソレノイドである。
【０００３】
図１０は、制御回路２の内部構成を示す。尚、以下では説明の都合上、３つの負荷７Ａ〜７Ｃに対応する構成についてのみ説明する。ＣＰＵ１より与えられるＤＵＴＹ信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）は、演算回路８（Ａ，Ｂ，Ｃ）に与えられており、演算回路８は、負荷電流検出回路５より与えられる電流検出信号Ｉ（Ａ，Ｂ，Ｃ）との差に応じたＰＷＭ指令信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）をコンパレータ９（Ａ，Ｂ，Ｃ）の非反転入力端子に出力する。コンパレータ９の反転入力端子には、比較波形出力回路１０よりＰＷＭ搬送波信号としての三角波信号が与えられている。そして、コンパレータ９は、ＰＷＭ指令信号と三角波信号とのレベル比較結果に応じてＰＷＭ信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）を出力する。
尚、以上のようにして複数の負荷を駆動する構成は周知であるため、出願人は特に提示すべき先行技術文献を見つけることは出来なかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１１は、制御回路２におけるＰＷＭ信号の生成出力状態を示すタイミングチャートである。コンパレータ９Ａ〜９Ｃは、夫々に与えられるＰＷＭ指令信号を何れも共通の三角波信号と比較している。従って、ＰＷＭ指令信号Ａ〜Ｃのレベルが夫々異なるとしても、３つの負荷７Ａ〜７Ｃが同時に駆動され、通電される期間が発生する。そのため、ノイズの発生レベルが上昇したり、発熱のピークも上昇するというような問題があった。
また、例えば図１２に示すように、各コンパレータ９Ａ〜９Ｃに対して夫々個別の比較波形出力回路１０Ａ〜１０Ｃを設けることも考えられるが、構成が冗長になることに加えて夫々より出力される三角波信号は非同期となるため、３つの負荷７Ａ〜７Ｃがどのようなタイミングで駆動されることになるかは実際に動作させてみなければ判らない。
【０００５】
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、複数の負荷を駆動する場合に、負荷電流の集中的な増加を確実に抑制することができる負荷駆動装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の負荷駆動装置によれば、駆動信号出力手段は、複数の負荷の内少なくとも一部について、同時に駆動される期間が存在しなくなるように複数の駆動信号を出力する。従って、全ての負荷が同時に駆動されることにより負荷電流が同じ期間に集中して流れ、ノイズの発生レベルや発熱のピークが上昇することを防止できる。
【０００７】
請求項２記載の負荷駆動装置によれば、駆動信号出力手段は、複数の駆動信号を出力する位相を相互に変化させるので、駆動信号の出力タイミングが変化して、少なくとも一部の負荷が同時に駆動されることは回避される。
請求項３記載の負荷駆動装置によれば、駆動信号出力手段は、負荷の数に応じて駆動信号の出力位相を均等に変化させる。従って、駆動信号の出力タイミングが均等に変化するので、負荷が駆動されるタイミングにも均等にずれが生じて同時に駆動される期間の発生
は回避される。
【０００８】
請求項４記載の負荷駆動装置によれば、駆動信号を、共通の搬送波信号に基づいて生成されるＰＷＭ信号とする。即ち、ＰＷＭ信号によって駆動される負荷は通断電が頻繁に繰り返されるのでノイズや発熱が発生し易い。従って、本発明を有効に適用することができる。
請求項５記載の負荷駆動装置によれば、駆動信号出力手段は、複数のＰＷＭ信号の内少なくとも一部を、反転させた搬送波信号により生成する。例えば、同一レベルのＰＷＭ指令信号について、正相の搬送波信号と逆相の搬送波信号とで生成されるＰＷＭ信号によれば、負荷が駆動される期間も互いに逆になる。従って、同時に駆動される期間の発生を確実に回避することができる。
【０００９】
請求項６記載の負荷駆動装置によれば、駆動信号出力手段は、搬送波信号を反転させて生成したＰＷＭ信号によって同時に駆動される負荷に流れる電流の総量が、全ての負荷に流れる電流の総量の１／２となるように設定するので、負荷電流の消費状態が全体にわたって均等になり、ノイズレベルや発熱のピークの発生を確実に回避することができる。
【００１０】
請求項７記載の負荷駆動装置によれば、負荷をリニアソレノイドとする。リニアソレノイドは、例えば油圧制御弁を開閉するためのアクチュエータ等に使用され、例えば車両においては、ブレーキ機構や自動変速機構などの作動油圧制御用に複数使用されている。従って、複数のリニアソレノイドに通断電を行ってそれらを駆動する装置に対して本発明を有効に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１及び図２を参照して説明する。尚、図９乃至図１１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。図１は図１０相当図であり、制御回路２に替わる制御回路（駆動信号出力手段）１１の構成を示すものである。本実施例の制御回路１１では、比較波形出力回路１０とコンパレータ９Ａ〜９Ｃの反転入力端子との間に、遅延回路１２Ｂ，１２Ｃが直列に挿入配置されている。遅延回路１２は、比較波形出力回路１０によって出力される搬送波信号の位相を、搬送波周期Ｔの１／３に相当する分だけ遅延させる回路である。尚、本実施例における負荷７の数は「３」とする。
【００１２】
一例として、搬送波周波数が３００Ｈｚであれば、周期Ｔは約３．３３ｍｓとなる。この場合、遅延回路１２は搬送波信号を１．１１ｍｓ遅延させるように設定すれば良い。すると、コンパレータ９Ａには比較波形出力回路１０より出力される搬送波信号がそのまま与えられ、コンパレータ９ＢにはＴ／３だけ遅延された搬送波信号が与えられ、コンパレータ９Ｃには２×Ｔ／３だけ遅延された搬送波信号が与えられる。
図２は図１０相当図である。以上のようにして各負荷７Ａ〜７Ｃに与えるＰＷＭ信号を生成した結果、同時に通電されて駆動される負荷７は１つ又は２つであり、３つの各負荷７Ａ〜７Ｃが同時に駆動される期間は発生しなくなる。
【００１３】
以上のように本実施例によれば、制御回路１１は、３つの負荷７Ａ〜７Ｃについて、同時に駆動される期間が存在しなくなるようにＰＷＭ信号Ａ〜Ｃを出力する。具体的には、共通の搬送波信号の位相を、遅延回路１２Ｂ，１２Ｃによって周期Ｔの１／３ずつ相互に変化させ、負荷７の数に応じてＰＷＭ信号の出力位相を均等に変化させるようにした。従って、負荷７が駆動されるタイミングに均等にずれが生じるようになり、全ての負荷７が同時に駆動されることで負荷電流が同じ期間に集中して流れ、ノイズの発生レベルや発熱のピークが上昇することを防止できる。
そして、ＰＷＭ信号によって駆動される負荷７は通断電が頻繁に繰り返されるのでノイズや発熱が発生し易いため、本発明を有効に適用することができる。また、負荷７を、車両においてブレーキ機構や自動変速機構などの作動油圧制御用に複数使用されるリニアソレノイドとしたので、本発明を有効に適用することができる。
【００１４】
（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例を示すものである。第２実施例の制御回路（駆動信号出力手段）１４は、第１実施例を並列に駆動される負荷７の個数がｎである場合に一般化したものである。この場合、遅延回路１５としては、ＰＷＭ信号の搬送波周期Ｔに対してＴ／ｎだけ遅延させるものを（ｎ−１）個用意し、比較波形出力回路１０が出力する搬送波信号を、遅延回路１５Ａ，１５Ｂを順次介すことで位相が周期Ｔ／ｎ，２×Ｔ／ｎ，だけ遅延させた信号を順次出力する。斯様に構成すれば、負荷７の個数がｎである場合でも、負荷７が駆動されるタイミングに均等にずれが生じるようになる。
【００１５】
（第３実施例）
図４乃至図６は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分のみ説明する。第３実施例の制御回路（駆動信号出力手段）１６は、遅延回路１２の替わりに、比較波形出力回路１０によって出力される搬送波信号を、コンパレータ９Ａ−９Ｂ間で反転させる反転回路１７を配置したものである。そして、コンパレータ９Ａ，９Ｃには、正相の搬送波信号が与えられる。
【００１６】
図５には、反転回路１７の具体構成例を示す。図５（ａ）は、反転回路１７Ａとしてオペアンプ１８を中心に増幅率「１」の反転増幅回路を構成したものであり、抵抗Ｒ１及びＲ２，抵抗Ｒ３及びＲ４の値は夫々等しくなるように設定している。すると、オペアンプ１８の非反転入力端子の電位Ｖ＋は、電源電圧をＶＤＤとすると、
Ｖ＋＝ＶＤＤ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝ＶＤＤ／２
であるから搬送波信号振幅のPeak To Peakの１／２となり、その結果、搬送波信号のレベルを反転した信号が出力される。
【００１７】
また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す反転回路１７Ａを構成すると、比較波形出力回路１０の電流駆動能力が不足して出力信号波形が歪む場合に、その対策を施した反転回路１７Ｂを示す。反転回路１７Ｂは、比較波形出力回路１０とオペアンプ１８との間にバッファ１９を挿入して構成されている。即ち、反転回路１７Ａの構成において波形歪みの対策を行うとすれば、抵抗値を大きくする必要がある。しかし、抵抗値を大きくすると、それに応じて抵抗値のばらつきも大きくなる。抵抗素子として例えば薄膜抵抗を使用する場合、高抵抗値で且つ高精度とするには、素子面積が大きくなるため、精度を高めるのが困難になる。従って、反転回路１７Ｂのようにバッファ１９を介す構成にすれば、抵抗素子の抵抗値を高く設定することなく波形歪みを回避できる。
【００１８】
図６は、第３実施例のタイミングチャートである。コンパレータ９Ｂに与えられる搬送波信号が反転したことで、図１０に示すタイミングチャートと比較した場合、負荷７Ｂが駆動される期間の中央位相が他の負荷７Ａ，７Ｃが駆動される（ＯＮ）期間に対して逆相となる。従って、負荷７Ｂは、他の負荷７Ａ，７Ｃが主に非駆動となる（ＯＦＦ）期間に駆動されるようになり、３つの負荷７Ａ〜７Ｃが同時に駆動される期間は発生しない。
以上のように第２実施例によれば、制御回路１６は、複数のＰＷＭ信号の内少なくとも一部を、反転させた搬送波信号により生成するので、同時に駆動される期間の発生を確実に回避することができる。
【００１９】
（第４実施例）
図７は、本発明を車両に搭載されるＤＣモータを負荷とする第４実施例を示すものである。バッテリ２１の正側端子とグランドとの間には、ヒューズ２２，ＤＣモータ（負荷）２３，ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ２４及び電流検出抵抗２５の直列回路が接続されている。このモータ２３は、例えばエアコン用のブロワモータや、パワーウインドウやドアロックアクチュエータなどに使用されるものである。
【００２０】
入力信号処理部２６は、例えば空調制御を行うエアコンＥＣＵ(Electronic Control Unit)や、車両のドアの開閉やロックを制御するドアＥＣＵ（図示せず）などより出力される駆動制御信号ＳＩを処理する。ＥＣＵは、駆動制御信号を例えば搬送波周波数が５ｋＨｚ程度であるＰＷＭ信号として出力する。そして、入力信号処理部２６は、そのＰＷＭ信号をフィルタなどによりＦ／Ｖ変換し、変換した電圧信号に基づき駆動指令信号を生成して駆動回路（駆動信号出力手段）２７に出力する。
【００２１】
駆動回路２７は、与えられた駆動指令信号に応じて、搬送波周波数が例えば２０ｋＨｚ程度であるＰＷＭ信号を生成し、ＦＥＴ２４のゲートに駆動信号を出力する。すると、ＦＥＴ２４は、そのゲート駆動信号のレベルに応じてモータ２３に対する印加電圧を制御する。尚、モータ２３には、フライホイールダイオード３１が逆並列接続されている。電圧モニタ２８は、ＦＥＴ２４のドレイン電圧ＶＭ（−）をモニタして駆動回路２７にモニタ信号を出力している。そして、駆動回路２７は、ドレイン電圧ＶＭ（−）を参照しながらモータ２３に対する印加電圧が狙い値になるようにフィードバック制御する。
【００２２】
電流検出抵抗２５の両端には、電流モニタ２９の入力端子が接続されている。電流モニタ２９は、電流検出抵抗２５の端子電圧に基づいて当該抵抗２５に流れる電流を検出するものであり、その検出信号は保護機能部３０に出力されている。保護機能部３０は、与えられた検出信号に基づいてＦＥＴ２４の保護動作を行なう。例えば、モータ２３がロック状態になった場合に、検出される電流値がしきい値を超える過電流が流れると、保護機能部３０は、ＦＥＴ４による印加電圧を低下させるように駆動回路２７に指令を与えて通電電流量を制限する。
尚、図７では図示の都合上１つのモータ２３に対応する駆動装置の構成を示しているが、ＥＣＵより与えられる制御信号に応じて複数のモータ２３をロウサイド駆動する構成の負荷駆動装置とすれば、本発明の第１乃至第３実施例と同様の制御形態を適用することができる。
【００２３】
（第５実施例）
図８は、第４実施例と同様に、本発明を車両に搭載されるＤＣモータ２３を負荷とするものであるが、ＤＣモータ２３の駆動方式がハイサイド駆動となっている点だけが異なっている。即ち、モータ２３の端子ＶＭ（−）は、ＦＥＴ２４及び電流検出抵抗２５を介してグランドに接続されている。以上のように、モータ２３をハイサイド駆動する構成についても、本発明の第１乃至第３実施例と同様の制御形態を適用することができる。
【００２４】
本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
第３実施例において、搬送波信号を反転させて生成した駆動信号によって同時に駆動される負荷７に流れる電流の総量が、全ての負荷７に流れる電流の総量の１／２となるように設定すると良い。斯様に構成すれば、負荷電流の消費状態が全体にわたって均等になるので、ノイズレベルや発熱のピークの発生を確実に回避することができる。
駆動信号は、ＰＷＭ信号に限ることなく、例えば所定のタイミングでモノパルスとして出力されるような信号形態であっても良い。
負荷は、車両用のリニアソレノイドやＤＣモータに限ることなく、複数の負荷を駆動する装置であれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を、リニアソレノイドを負荷とする場合に適用した第１実施例であり、負荷駆動装置における制御回路の構成を示す図
【図２】制御回路の動作を示すタイミングチャート
【図３】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図４】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図５】反転回路の具体的構成例を示す図
【図６】図２相当図
【図７】本発明をＤＣモータを負荷とする場合に適用した第４実施例であり、負荷駆動装置の構成を示す図
【図８】本発明の第５実施例を示す図７相当図
【図９】従来技術を示す負荷駆動装置の全体構成を示す図
【図１０】図１相当図（その１）
【図１１】図２相当図
【図１２】図１相当図（その２）
【符号の説明】
【００２６】
図面中、７は負荷（リニアソレノイド）、１０は比較波形出力回路、１１は制御回路（駆動信号出力手段）、１２Ｂ，１２Ｃは遅延回路、１４は制御回路（駆動信号出力手段）、１５は遅延回路、１６は制御回路（駆動信号出力手段）、１７は反転回路、２３はＤＣモータ（負荷）、２７は駆動回路（駆動信号出力手段）を示す。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の負荷に対し、夫々駆動信号を出力して駆動する負荷駆動装置において、
前記複数の負荷の内少なくとも一部について、同時に駆動される期間が存在しなくなるように複数の駆動信号を出力する駆動信号出力手段を備えていることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記駆動信号出力手段は、前記複数の駆動信号を出力する位相を相互に変化させ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】
前記駆動信号出力手段は、前記負荷の数に応じて、駆動信号の出力位相を均等に変化させ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】
前記駆動信号は、共通の搬送波信号に基づいて生成されるＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記駆動信号出力手段は、前記複数のＰＷＭ信号の内少なくとも一部を、反転させた搬送波信号により生成することを特徴とする請求項４記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記駆動信号出力手段は、搬送波信号を反転させて生成したＰＷＭ信号によって同時に駆動される負荷に流れる電流の総量が、全ての負荷に流れる電流の総量の１／２となるように設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】
前記負荷は、リニアソレノイドであることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の負荷駆動装置。
【請求項８】
複数の負荷に対し、夫々駆動信号を出力して負荷を駆動する方法において、
前記複数の負荷の内少なくとも一部について、同時に駆動される期間が存在しなくなるように複数の駆動信号を出力することを特徴とする負荷駆動方法。
【請求項９】
前記複数の負荷の内少なくとも一部について、前記複数の駆動信号を出力する位相を相互に変化させることを特徴とする請求項８記載の負荷駆動方法。
【請求項１０】
前記負荷の数に応じて、駆動信号の出力位相を均等に変化させることを特徴とする請求項９記載の負荷駆方法。
【請求項１１】
前記駆動信号は、共通の搬送波信号に基づいて生成されるＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の負荷駆動方法。
【請求項１２】
前記複数のＰＷＭ信号の内少なくとも一部を、反転させた搬送波信号により生成することを特徴とする請求項１１記載の負荷駆動方法。
【請求項１３】
搬送波信号を反転させて生成したＰＷＭ信号によって同時に駆動される負荷に流れる電流の総量が、全ての負荷に流れる電流の総量の１／２となるように設定することを特徴とする請求項１２記載の負荷駆動方法。
【請求項１４】
前記負荷は、リニアソレノイドであることを特徴とする請求項８乃至１３の何れかに記載の負荷駆動方法。

【図１】