DE102005053246A1

DE102005053246A1 - Steuerung einer durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung und Verfahren um Geräusch der Vorrichtung zu reduzieren

Info

Publication number: DE102005053246A1
Application number: DE102005053246A
Authority: DE
Inventors: Kentaro Yokohama Shin; Yasuaki Yokosuka Hayami; Kraisorn Yokohama Throngnumchai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: US20060097685A1; JP2006136138A; US7245106B2; JP4677764B2; DE102005053246B4

Abstract

Eine Steuerung einer mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung umfasst: eine Befehlseingabeeinheit für das Betreiben der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung; einen Steuerabschnitt, der einen Steuertakt erzeugt, der die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerte Vorrichtung betreibt; einen Frequenzmodulator, der den Steuertakt frequenzmoduliert, um somit dem Steuertakt eine Frequenzvariation in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu geben; eine Frequenzvariationseinheit, die ein Modulationssignal erzeugt, das in den Frequenzmodulator eingegeben wird; und ein erstes Schaltelement, das das Schaltelement (FET1, FET2, FET3, FET4) ansteuert, das einen vorbestimmten Ansteuerstrom zur durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung fließen lässt, basierend auf dem frequenzmodulierten Steuertakt (D). Die Frequenzvariationseinheit umfasst: einen ersten Singalgenerator, der einen Bereich des Zerstreuens eines Schaltgeräusches in einem Frequenzbereich festlegt, und eine Einheit für das Verschieben eines Frequenzbandes des Schaltgeräusches durch das Zugeben einer vorbestimmten Versatzspannung zu einer Ausgangsspannung des ersten Signalgenerators.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung für das Steuern des Betriebs einer durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Reduzierung einer unnötigen Geräuschspektrumskomponente der durch das Signal angesteuerten Vorrichtung.
Eine Vorrichtung, die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuert wird (beispielsweise ein stromgesteuerter Schrittmotor), ist so strukturiert, dass der Betrieb der obigen Vorrichtung durch das Variieren des Tastverhältnisses der Wellenform eines Stroms, die in die obige Vorrichtung fließt, nämlich durch eine Pulsbreitenmodulation (hier nachfolgend als „PWM" bezeichnet) gesteuert wird. Das Schalten eines Ansteuerstroms einer Last mit PWM-Impulsfolgen bewirkt bei der obigen durch ein PWM-Signal angesteuerten Vorrichtung ein Schaltgeräusch mit einer Referenzsteuerfrequenz und einer Oberschwingung (der Referenzsteuerfrequenz). Das so verursachte Schaltgeräusch ist unangenehm. In einem Fahrzeug kann das Schaltgeräusch beispielsweise das Hören eines Autoradios oder den Betrieb anderer digitaler Geräte beeinflussen.

Das nicht geprüfte, japanische Patent mit der Veröffentlichungsnummer 1998-99795 ( JP7099795 ) beschreibt eine Steuer vorrichtung für einen Schrittmotor (die als „Steuervorrichtung 5" bezeichnet wird), bei der ein Verfahren zur Reduzierung einer Geräuschspektrumskomponente gezeigt ist. In der JP7099795 wird für das Steuern eines stromgesteuerten Schrittmotors eine Sinuswellenfrequenzmodulation an eine PWM-Ansteuerstrompulsfolge angelegt (nachfolgend je nach Fall als „Steuertakt" bezeichnet), wobei die Sinuswelle eine Frequenz aufweist, die niedriger als die des Steuertakts ist. Damit wird eine Geräuschspektrumskomponente in einem gewünschten Frequenzband zerstreut, um somit den Einfluss auf das Autoradio oder andere digitale Geräte zu vermindern.

Das obige 0Geräuschreduzierungsverfahren gemäß dem Stand der Technik ist aus dem folgenden Grund jedoch nicht notwendigerweise ausreichend, um den Einfluss auf das Radiohören zu vermindern. Da ein Kommunikationsgerät, wie beispielsweise der Mittelwellenrundfunk in Japan, ein Frequenzband von 545 kHz bis 1605 kHz verwendet, bei dem Mehrfache von 9 kHz auf eine Rundfunkträgerwelle jeder Station verteilt sind. Zusätzlich ist ungefähr ± 6 kHz der Rundfunkträgerwelle eine Seitenbandwelle, da nämlich die Bandbreite einer Rundfunkträgerwelle ungefähr 12 kHz beträgt. Insbesondere weist das Nippon Broadcasting System Inc., das Kommunikationen in und um Tokio empfangen kann, eine Rundfunkträgerwelle von 1242 kHz oder 1236 kHz bis 1248 kHz, die die Seitenbandwelle einschließt, auf.

Nachfolgend wird als Beispiel eine Steuerung eines Schrittmotors, die eine Steuertaktfrequenz von 248 kHz aufweist genommen, um so einen möglichen Einfluss auf das Radiohören durch ein Geräusch der Steuertaktfrequenz und der Oberwellen (der Steuertaktfrequenz) zu prüfen. In diesem Fall weist der Steuertakt eine Frequenz der fünffachen Oberwelle von 1240 kHz (248 kHz × 5) auf. Diese 1240 kHz fallen in die Rundfunkträgerwelle der Nippon Broadcasting System Inc., (1236 kHz bis 1248 kHz), einschließlich der Seitenbandwelle, und somit tritt die Oberwellenkomponente in die Radiosprachausgabe als ein Geräusch hinein, was eine schädliche Wirkung auf das Hören der Rundfunkstation hat. Wenn eine Spitze des Geräuschspektrums, die dem Steuertakt zuschreibbar ist (und sogar wenn dieser Steuertakt außerhalb der Seitenbandwelle liegt) durch das Verfahren nach dem Stand der Technik zerstreut wird, wird die so zerstreute Geräuschspektrumskomponente in das Rundfunkband eingeschlossen, womit sie einen Einfluss auf das Radiohören verstärkt. Wie oben beschrieben wurde, kann es sein, dass es durch das Zerstreuen des Spektrums des Schaltgeräusch des Steuertakts der mittels eines PWM-Signals angesteuerten Vorrichtung in einem Frequenzbereich sein kann, dass dies den Einfluss auf den Radioempfang und den Betrieb anderer Geräte im Fahrzeug nicht ausreichend mindert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuerung für das Steuern des Betriebs einer durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung und ein Verfahren für das Reduzieren des Geräusches der durch das Signal angesteuerten Vorrichtung zu liefern.

Wenn ein Emissionsspektrum, das eine Geräuschspektrumskomponente einer Referenzsteuerfrequenz und einer Oberwelle (der Referenzsteuerfrequenz) wird, zerstreut wird, so kann die obige Steuerung, die eine Lücke, die die Geräuschspektrumskomponente im zerstreuten Spektrum nicht enthält, bildet, das oben beschriebene unnötige Geräusch unterdrücken.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerung einer mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung vorgesehen, wobei diese umfasst: 1) eine Befehlseingabeeinheit für das Eingeben eines Befehls für das Betreiben der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung; 2) einen Steuerabschnitt für das Erzeugen eines Steuertakts mit dem Befehl von der Befehlseingabeeinheit, der die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerte Vorrichtung betreibt; 3) einen Frequenzmodulator für die Frequenzmodulation des Steuertakts, der ein Ausgangssignal des Steuerabschnitts darstellt, um somit dem Steuertakt eine Frequenzvariation in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu geben; 4) eine Frequenzvariationseinheit für das Erzeugen eines Modulationssignals, das in den Frequenzmodulator einzugeben ist, wobei die Frequenzvariationseinheit umfasst: i) einen ersten Signalgenerator für das Einstellen eines Bereichs der Zerstreuung eines Schaltgeräusches in einem Frequenzbereich, wobei das Schaltgeräusch durch ein Schaltelement verursacht wird, und ii) eine Einheit für das Verschieben eines Frequenzbandes des Schaltgeräusches durch das Hinzugeben einer vorbestimmten Versatzspannung zu einer Ausgangsspannung des ersten Signalgenerators; und 5) ein erstes Schaltelement für das Ansteuern des Schaltelements, das einen vorbestimmten Ansteuerstrom zur durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung fließen lässt, basierend auf dem frequenzmodulierten Steuertakt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung vorgesehen, umfassend: 1) Eingeben eines Befehls für das Betreiben der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung; 2) Erzeugen eines Steuertakts mit dem so eingegebenen Befehl, der die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerte Vorrichtung betreibt; 3) Frequenzmodulieren des so erzeugten Steuertakts, um somit dem Steuertakt eine Frequenzvariation in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu geben; 4) Erzeugen eines Modulationssignals, das in einen Frequenzmodulator für das Frequenzmodulieren einzugeben ist, wobei das Erzeugen des Modulationssignals umfasst: i) ein Erzeugen eines ersten Signals für das Einstellen eines Bereichs der Zerstreuung eines Schaltgeräusches in einem Frequenzbereich, wobei das Schaltgeräusch durch ein Schaltelement verursacht wird, und ii) Verschieben eines Frequenzbandes des Schaltgeräusches durch das Hinzugeben einer vorbestimmten Versatzspannung zu einer Ausgangsspannung, die durch das Erzeugen des ersten Signals erzeugt wurde; und 5) Ansteuern des Schaltelements, das einen vorbestimmten Ansteuerstrom zur durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung fließen lässt, basierend auf dem frequenzmodulierten Steuertakt.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerung einer mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung vorgesehen, umfassend: 1) eine Eingabevorrichtung für das Eingeben eines Befehls für das Betreiben der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung; 2) eine Steuervorrichtung für das Erzeugen eines Steuertakts mit dem Befehl von der Befehlsvorrichtung, der die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerte Vorrichtung betreibt; 3) eine Frequenzmodulationsvorrichtung für die Frequenzmodulation des Steuertakts von der Steuervorrichtung, um somit dem Steuertakt eine Freguenzvariation in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu geben; 4) eine Frequenzvariationsvorrichtung für das Erzeugen eines Modulationssignals, das in die Frequenzmodulationsvorrichtung einzugeben ist, wobei die Frequenzvariationsvorrichtung einschließt: i) eine erste Signalerzeugungsvorrichtung für das Einstellen eines Bereichs der Zerstreuung eines Schaltgeräusches in einem Frequenzbereich, wobei das Schaltgeräusch durch ein Schaltelement verursacht wird, und ii) eine Verschiebevorrichtung für das Verschieben eines Frequenzbandes des Schaltgeräusches durch das Hinzugeben einer vorbestimmten Versatzspannung zu einer Ausgangsspannung der ersten Signalerzeugungsvorrichtung; und 5) eine erste Schaltvorrichtung für das Ansteuern des Schaltelements, das einen vorbestimmten Ansteuerstrom zur durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung fließen lässt, basierend auf dem frequenzmodulierten Steuertakt.

Die anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Struktur eines Steuersystems eines allgemeinen stromgesteuerten Schrittmotors.
2 zeigt Spannungswellenformen für das Erläutern eines Zerstreuungsverfahrens einer Geräuschspektrumskomponente einer Ansteuerstromimpulsfolge (Steuertakt) eines Schrittmotors, unter Verwendung des allgemeinen stromgesteuerten Schrittmotors.
3 zeigt ein Spektrum des zerstreuten Geräusches unter Verwendung des allgemeinen stromgesteuerten Schrittmotors.
4 zeigt eine Struktur einer Steuerung eines stromgesteuerten Schrittmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt Spannungswellenformen von Teilen der Steuerung des stromgesteuerten Schrittmotors in 4 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Spannungswellenform eines Steuersignals vor der Frequenzmodulation unter der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt ein Spektrum einer Ansteuerwellenform eines Schrittmotors nach der Frequenzmodulation unter der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Struktur der Steuerung des stromgesteuerten Schrittmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt Spannungswellenformen von Teilen der Steuerung des stromgesteuerten Schrittmotors in 8 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Struktur der Steuerung des stromgesteuerten Schrittmotors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt Spannungswellenformen von Teilen der Steuerung des stromgesteuerten Schrittmotors in 10 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine Struktur der Steuerung des stromgesteuerten Schrittmotors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt Frequenzbandzuteilungen von Rundfunkwellen dreier Rundfunkstationen.
14 zeigt Steuerspannungswellenformen entsprechend der Frequenzbandzuteilungen in 13.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Es wird ein stromgesteuerter Schrittmotor als ein Beispiel einer mittels eines PWM-Signals angesteuerten Vorrichtung beschrieben.
Allgemeiner stromgesteuerter Schrittmotor
1 zeigt eine Struktur eines Steuersystems eines allgemeinen stromgesteuerten Schrittmotors 20 (nachfolgend hier als „Schrittmotor 20" bezeichnet). In 1 wird ein Steuerbefehl für den Schrittmotor 20, der von einer Befehlseingabeeinheit 1 eingegeben wird, in eine CPU 2 eingegeben, um somit einen PWM-Wellenform-Steuertakt für das Ansteuern des Schrittmotors 20 zu erzeugen. In Kombination mit der Sequenzinformation, die sequentiell den Steuertakt an eine Ansteuerspule 21 jeder Phase des Schrittmotors 20 gemäß einem Phasenschaltsignal liefert, wird der Steuertakt über einen Puffer 22 an Schaltelemente (FET1 bis FET4), die in Form einer Brückenschaltung verbunden sind, eingegeben, um somit einen Betrieb des Schrittmotors 20 zu steuern.
In der Struktur der 1 steuern i) die Frequenz des Steuertakts für das Ansteuern des Schrittmotors 20 und ii) die Sequenzinformationen, die in Kombination in die Schaltelemente (FET1 bis FET4) derart eingegeben werden, den Schrittmotor 20. Hier steuern durch das AN- und AUS-Schalten des Stroms (der in der Ansteuerspule 21 des Schrittmotors 20 fließt) unter Verwendung des PWM-Wellenform-Steuertakts die Schaltelemente (FET1 bis FET4) den obigen Strom. Eine Leistungsschaltung, die durch die Schaltelemente (FET1 bis FET4) implementiert ist, strahlt ein Schaltgeräusch aus, das eine PWM-Wellenform-Referenzsteuerfrequenz und eine Oberwellenkomponente (des PWM-Wellenform-Steuertakts) aufweist, um somit einen Einfluss auf das Hören eines im Fahrzeug befindlichen Radios zu verursachen. Hier zeigt 1 nur eine Phase der Ansteuerspule 21 des Schrittmotors 20.
Dann wird, wie das in 2 gezeigt ist, eine Frequenzmodulation unter Verwendung von i) und ii) implementiert: i) einer Frequenz, die niedriger als die Referenzsteuerfrequenz des Steuertakts des Schrittmotors 20 ist, und ii) einer Sinuswelle J einer Spannung mit einer Amplitude, die einer Frequenz fa zu einer Frequenz fb nach der Frequenzmodulation entspricht. Dann wird eine Variation auf die Frequenz des PWM-Wellenform-Steuertakts angewandt. Dann wird, wie das in 3 gezeigt ist, die Variation des Spektrums des obigen Schaltgeräusches so ausgebildet, dass sie auf die Frequenzbandbreite (fa bis fb), die durch die Amplitude der Sinuswelle J bestimmt wird, zerstreut wird, um somit den Geräuschpegel beim Radiohören zu reduzieren, was zu einer Reduktion des Geräuscheinflusses auf das Radiohören führt.
Erste Ausführungsform
4 zeigt eine Struktur einer Steuerung 100 des stromgesteuerten Schrittmotors 20 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Steuerung 100 ermöglicht die Eingabe eines Befehls von der Befehlseingabeeinheit 1 an den Steuerabschnitt 3 der CPU 2 es einem ersten Schaltelement 4, die Impulsfolge (nachfolgend im gegebenen Fall als „Steuertakt" bezeichnet) und die Sequenz auszubilden, mit der der Steuertakt das AN und AUS des Stroms, der in eine (nicht gezeigte) Ansteuerspule des Schrittmotors 20 fließt, steuert. Hier umfasst der in den Steuerabschnitt 3 eingegebene Befehl eine Zielposition, ein Betriebsmuster und dergleichen für den Schrittmotor 20. Andererseits speichert der Steuerabschnitt 3 eine aktuelle Position des Schrittmotors 20. Die obigen Daten legen eine Energieversorgungssequenz für die (nicht gezeigte) Antriebsspule, nämlich den PWM-Wellenform-Steuertakt, fest.
Indem es einem Frequenzmodulator 5 ermöglicht wird, den Steuertakt einer Frequenzmodulation zu unterziehen mit einer Frequenz, die niedriger als die des Steuertakts ist, wird das Spektrum des Schaltgeräusches verbreitert. Der Frequenzmodulator 5 umfasst einen VCO (spannungsgesteuerter Oszillator), der es dem Signal von einer Frequenzvariationseinheit 6 erlaubt, den PWM-Wellenform-Steuertakt an das erste Schaltelement 4 zu liefern.
5 zeigt Spannungswellenformen der jeweiligen Positionen A, B, C und D in 4. A bezeichnet eine Ausgangsspannungswellenform eines Signalgenerators 7, der das Frequenzband festlegt, das das Spektrum des Schaltgeräusches beim Ansteuern des Schrittmotors 20 zerstreut. Die Spannungswellenform A ist nicht auf die Sinuswelle J beschränkt, sondern sie kann in Form einer Dreieckswelle vorliegen, wie das in 5 gezeigt ist.
Es ist wahrscheinlich, dass die Sinuswelle J konzentrierte Hochfrequenzpulskomponenten der Frequenzmodulationswelle in der Nähe eines positiven Scheitels oder eines negativen Scheitels aufweist, was mehr Geräuschspektrumskomponenten bewirkt. Im Gegensatz dazu kann die Dreieckswelle eine Einheitlichkeit der Frequenzänderungen halten, was im Hinblick auf das Signal-zu-Rausch-Verhältnis vorteilhaft ist. Aus ähnlichem Grund kann die Dreieckswelle durch eine Sägezahnwelle ersetzt werden.
In 5 bezeichnet B eine Ausgangsspannungswellenform eines Signalgenerators 8, der eine Versatzspannungswellenform bewirkt, um ein Oszillationsfrequenzband des Frequenzmodulators 5 zu versetzen. Die Versatzspannungswellenform wird bevorzugt, um sich schrittweise schnell zu ändern, um verbleibendes Geräusch in einem Verfahrens des Versatzes zu entfernen. Die Spannungswellenform A und die Spannungswellenform B werden mittels eines Addierers 9 addiert und bilden eine Eingangsspannungswellenform C des Frequenzmodulators 5. Die Eingangsspannungswellenform C entspricht einer Variation, die mittels des VCO des Frequenzmodulators 5 zur Frequenz des Schrittmotorsteuerpulses hinzugefügt wird. Eine Versatzspannung V der Eingangsspannungswellenform C entspricht einer Größe des Frequenzbandversatzes. Eine Spannungswellenform D zeigt den Steuertakt, der frequenzmoduliert ist, der dem ersten Schaltelement 4 geliefert wird und den Schrittmotor 20 ansteuert.
6 zeigt eine Wellenform eines Ausgangssignals der Frequenzvariationseinheit 6, bei der die Längsachse die Frequenz angibt, und eine horizontale Achse die Zeit bezeichnet. Eine Spannungsamplitude des Signalgenerators 7 entspricht einer Frequenzversatzbreite (f1 bis f3) und einer Frequenzversatzbreite (f4 bis f2), während eine Spannungsamplitude des Signalgenerators 8 einer Frequenzversatzbreite (f3 bis f4) entspricht. In 6 gibt es eine Zeitbreite T, die eine Energieversorgungszeit bezeichnet, zu der die Versatzspannung angelegt wird. Die Zeitbreite T (oder eine Schaltdauer T) wird später detaillierter beschrieben.
Zusätzlich zeigt 7 ein Spektrum des Signals, das an das erste Schaltelement 4 geliefert wird, wenn die Steuerfrequenz in 4 in der Wellenform der 6 frequenzmoduliert wird. In 7 bezeichnet eine Längsachse Am eine Stärke der Spektrumskomponente (Spektrumsstärke), während eine horizontale Achse eine Frequenz f bezeichnet. Das Frequenzmodulieren des Steuertakts vom Steuerabschnitt 3 in der Wellen form in 6 kann eine Spektrumslücke (die frei von einer Geräuschspektrumskomponente ist) im Frequenzband von f3 bis f4 des zerstreuten Geräuschspektrums bilden, um somit ein Ausstrahlungsgeräuschspektrum zu bilden, aus dem die Geräuschspektrumskomponente im Rundfunkfrequenzband entfernt ist.
Zweite Ausführungsform
8 zeigt eine Struktur der Steuerung 100 des stromgesteuerten Schrittmotors 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 8 ist die Frequenzvariationseinheit 6 mit einer Vielzahl von Signalgeneratoren 10, 11, die verschiedene Spannungsamplituden und Oszillationsfrequenzen (Versatzspannungen) aufweisen, insbesondere einem Signalgenerator 10 und einem Signalgenerator 11, versehen. Die Frequenzvariationseinheit 6 ist so strukturiert, dass ein Ausgangssignal eines Signalgenerators 12 den Signalgenerator 10 und den Signalgenerator 11 mittels eines zweiten Schaltelements 13 in einer vorbestimmten Zeitdauer schaltet. Insbesondere oszilliert der Signalgenerator 10 die Frequenzbreite (f1 bis f3), während der Signalgenerator 11 die Frequenzbreite (f4 bis f2) mit verschiedenen Versatzwerten oszilliert. Dann werden die Frequenzbreite (f1 bis f3) und die Frequenzbreite (f4 bis f2) mittels des zweiten Schaltelements 13 in einer Periode, die durch das Ausgangssignal des Signalgenerators 12 vorbestimmt wird, geschaltet. Damit wird der VCO des Frequenzmodulators 5 gesteuert, um zu verhindern, dass die Oberwellenkomponente des Ansteuerstrompulszuges des Schrittmotors in das Rundfunkfrequenzband (f3 bis f4) in 7 fällt.
9 zeigt Spannungswellenformen der jeweiligen Positionen E, F, G, C und D in 8. E bezeichnet eine Ausgangsspannungswellenform des Signalgenerators 10, F bezeichnet eine Ausgangsspannungswellenform des Signalgenerators 11, die die Amplitude und die Versatzspannung aufweist, die sich von denen der Spannungswellenform E unterscheiden. G bezeichnet eine Ausgangsspannungswellenform des Signalgenerators 12, die eine Zeitsteuerung für das zweite Schaltelement 13 zeigt, um die Schaltoperationen zu implementieren. Wenn die Spannungswellenform G ein niedriges Potential (Spannung V1) aufweist, wird der Signalgenerator 10 gewählt; während wenn die Spannungswellenform G ein hohes Potential (Spannung V2) aufweist, der Signalgenerator 11 gewählt wird. C bezeichnet eine Eingangsspannungswellenform, die von der Frequenzvariationseinheit 6 an den Frequenzmodulator 5 geliefert wird. Die Eingangsspannungswellenform C entspricht einer Variation, die mittels des VCO des Frequenzmodulators 5 zur Frequenz des Schrittmotorsteuerpulses hinzugefügt wird. Die Spannungswellenform D zeigt den Steuertakt, der frequenzmoduliert ist und dem ersten Schaltelement 4 zugeführt wird und den Schrittmotor 20 ansteuert.
Gemäß der zweiten Ausführungsform, die eine Vielzahl von Emissionsgeräuschspektren, die verschiedene Spektrumsbreiten aufweisen, zeigt, können die Stärken der jeweiligen Spektren, nämlich die Stärken der Spektrumsbreiten von f1 zu f3 und f4 zu f2 geordnet angeordnet werden. Das Frequenzspektrum ist so wie das, das in 7 gezeigt ist.
Dritte Ausführungsform
10 zeigt eine Struktur der Steuerung 100 des stromgesteuerten Schrittmotors 20 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Frequenzvariationseinheit 6 ist mit dem Signalgenerator 7, dem Signalgenerator 8, der einen Versatz eines Ausgangssignals des Signalgenerators 7 ändert, und einem Signalgenerator 14, der eine Amplitude der so erhaltenen Spannungswellenform ändert, versehen. Zusätzlich sind der Signalgenerator 8 und der Signalgenerator 14 in Kombination mit einer Synchronisiereinheit 15 für das Synchronisieren von Änderungen in den Ausgangsspannungen des Signalgenerators 8 und des Signalgenerators 14 versehen.
Mit der obigen Struktur können der Signalgenerator 8 und der Signalgenerator 14 bei einer konstanten Periode Spannungswellenformen ausbilden, die verschiedene Amplituden und Versatzwerte aufweisen. Insbesondere kann in einem Frequenzband, das einem Versatz des Signalgenerators 8 entspricht, eine Lücke in einem zerstreuten Emissionsgeräuschspektrum ausgebildet werden, um somit das Emissionsgeräuschspektrum in einem Frequenzband zu zerstreuten, das einer Amplitude entspricht, die durch den Signalgenerator 14 festgelegt wird.
11 zeigt Spannungswellenformen der jeweiligen Positionen A, B, H, C und D in 10. A bezeichnet eine Ausgangsspannungswellenform des Signalgenerators 7, B bezeichnet eine Ausgangsspannungswellenform des Signalgenerators 8, der die Versatzspannung der Spannungswellenform A ändert. H bezeichnet eine Spannungswellenform, die durch einen Multiplizierer 16 erzeugt wird, der eine Amplitude eines Ausgangssignals (A + B) des Addierers 9 ändert. Hier synchronisiert die Synchronisationseinheit 15 Amplitudenänderungszeitpunkte zur Zeit To der Spannungswellenform B und der Spannungswellenform H. C bezeichnet die Spannungswellenform, die von der Frequenzvariationseinheit 6 an den Frequenzmodulator 5 geliefert wird. Die Spannungswellenform D zeigt den Steuertakt, der frequenz moduliert ist, der an das erste Schaltelement 4 geliefert wird und den Schrittmotor 20 ansteuert.
Der Addierer 9 addiert die Spannungswellenform A zur Spannungswellenform 8, indem er die Versatzwerte addiert. Der Multiplizierer 16 multipliziert i) die Spannungswellenform nach dieser Versatzaddition mit ii) der Spannungswellenform H vom Signalgenerator 14, um dadurch die Eingangsspannungswellenform C auszubilden. Im Frequenzmodulator 5 ergeben i) die Eingangsspannungswellenform C in Kombination mit ii) dem Steuertakt, der dem Befehl vom Steuerabschnitt 3 entspricht, die Antriebsstromimpulsfolge D, die das erste Schaltelement 4 ansteuert. Das Frequenzspektrum ist wie das, das in 7 gezeigt ist.
Vierte Ausführungsform
12 zeigt eine Struktur der Steuerung 100 des stromgesteuerten Schrittmotors 20 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der vierten Ausführungsform in 12 ist zusätzlich zur Struktur gemäß der dritten Ausführungsform in 10 ein Empfangsfrequenzsensor 17 für das Messen einer Empfangsfrequenz eines Rundfunkempfängers 150 vorgesehen. Entsprechend der Empfangsfrequenz werden die Oszillationszustände des Signalgenerators 8 und des Signalgenerators 14 gesteuert, um somit die Versatzwerte und Amplituden des Ausgangssignals der Frequenzvariationseinheit 6 zu ändern. Die Empfangsfrequenz des Rundfunkempfängers 150 wird einmal durch ein Verfahren des Durchfahrens eines Rundfunkfrequenzbereichs gemessen, oder es können ansonsten der Signalgenerator 8 und der Signalgenerator 14 durch ein Kommunikationsfrequenzverzeich nis, das im Vorhinein für jede Region vorbereitet wurde, gesteuert werden.
Nachfolgend ist ein Mittelwellenradio als ein spezielles Beispiel beschrieben. Bei einer Referenzsteuerfrequenz von 248 kHz für das Ansteuern des Schrittmotors 20, misst der Empfangsfrequenzsensor 17 Empfangsfrequenzen von Nippon Cultural Broadcasting Inc. (1134 kHz), Nippon Broadcasting System Inc. (1242 kHz) und Radio Nippon Co. LTD. (1422 kHz). In diesem Fall kann es sein, dass die fünfte Oberwelle (1240 kHz = 248 kHz × 5) der Referenzsteuerfrequenz (248 kHz) das Rundfunkfrequenzband der Nippon Broadcasting System Inc. beeinflusst. 13 zeigt die Frequenzbandverteilungen der Rundfunkwellen der obigen drei Rundfunkstationen.
Zuerst müssen i) zwischen Nippon Cultural Broadcasting Inc. und Nippon Broadcasting System Inc., und ii) zwischen Nippon Broadcasting System Inc. und Radio Nippon Co. LTD. die Frequenzen, die f1, f2, f3 und f4 in 7 entsprechen, bestimmt werden. Mit einer Seitenbandwelle von 6 kHz können die folgenden Gleichungen erhalten werden: f1 = 1134 + 6 = 1140 kHz f3 = 1242 – 6 = 1236 kHz f4 = 1242 + 6 = 1248 kHz f2 = 1422 – 6 = 1416 kHz
Mit der Referenzsteuerfrequenz des Schrittmotorantriebstakts von 248 kHz wird die fünfte Oberwelle (248 kHz × 5 = 1240 kHz) in das Frequenzband von Nippon Broadcasting System Inc. von f3 bis f4 eingeschlossen. Somit wird die Ausgangsspannung des Signalgenerators 8 als eine Versatzspannung so festgelegt, dass die fünfte Oberwelle (1240 kHz) in ein leeres Frequenzband (beispielsweise f1 bis f3 oder f4 bis f2) in der Nähe von f3 bis f4 eingefügt wird.
Dann muss ein Frequenzbandverhältnis für das Schalten der Versatzspannung im Verhältnis zur Frequenzbandbreite, die das Geräuschspektrum zerstreut, bestimmt werden. Das Definieren des Frequenzbandes von f1 bis f3 als Δ1 und des Frequenzbandes von f2 bis f4 als Δ2 kann die folgenden Gleichungen ergeben: Δ1 = f3 – f1 = 96 kHz Δ2 = f2 – f4 = 168 kHz
Hier werden, wenn die zerstreuten Bandbreiten sich unterscheiden, die Geräuschspektrumsstärken unterschiedlich zu den Bandbreiten, um somit die geräuschreduzierende Wirkung zu zerstören. Um das Zerstören der geräuschreduzierenden Wirkung zu verhindern, müssen die Energieversorgungszeiten (T1 und T2), die pro Band in 14 zu versetzen sind, die folgenden Gleichungen erfüllen: T1 = Δ1'/(Δ1' + Δ2') T2 = Δ2'/(Δ1' + Δ2')wobei Δ1' und Δ2' jeweils eine Breite einer Variation in der Frequenz der Ansteuerung des Schrittmotors 20 bezeichnen, wie das in 14 gezeigt ist.
Es können nämlich wiederholte Schaltoperationen, die die Schaltperiode T (T = T1 + T2) erfüllen, die Geräuschspektrumsstärken sogar für verschiedene Bandbreiten geordnet anordnen, um somit die Energieversorgungszeitbreite zu optimieren.
In der obigen Struktur ist die Ausgabewellenform der Frequenzvariationseinheit 6 eine Kombination einer Dreieckswelle mit einer Rechteckwelle, die den Versatz schaltet. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Ausgangswellenform des Signalgenerators 14, der die Schaltoperationen für das Ändern der Amplitude ausführt, rechteckig ist. Wie oben beschrieben wurde, kann die geräuschreduzierende Wirkung für ein beliebiges Frequenzband maximiert werden.
Diese Anmeldung basiert auf einer früheren japanischen Patentanmeldung mit der Nummer P2004-323085 (die am 8. November 2004 in Japan eingereicht wurde). Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer P2004-323085, deren Priorität beansprucht wird, wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen, um einen gewissen Schutz gegen Übersetzungsfehler oder weggelassene Teile vorzusehen.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben unter Bezug auf die vier Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die vier Ausführungsformen beschränkt. Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen werden für Fachleute im Licht der obigen Lehren deutlich werden.
Insbesondere kann, obwohl gemäß der ersten bis vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein stromgesteuerter Schrittmotor beschrieben wurde, ein Gleichspannungswandler und dergleichen, der mit einem PWM-Signal gesteuert wird, den stromgesteuerten Schrittmotor ersetzen.
Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die folgenden Ansprüche definiert.

4

1: Befehlseingabe
3: Steuerabschnitt
4: erstes Schaltelement (Ausgabe)
5: Frequenzmodulator
6: Frequenzvariationseinheit
7: Frequenzgenerator
8: Frequenzgenerator
20: Schrittmotor
150: Empfänger

8

1: Befehlseingabe
3: Steuerabschnitt
4: erstes Schaltelement (Ausgabe)
5: Frequenzmodulator
6: Frequenzvariationseinheit
10: Frequenzgenerator
11: Frequenzgenerator
12: Frequenzgenerator
13: zweites Schaltelement
20: Schrittmotor
150: Empfänger

10

1: Befehlseingabe
3: Steuerabschnitt
4: erstes Schaltelement (Ausgabe)
5: Frequenzmodulator
6: Frequenzvariationseinheit
7: Frequenzgenerator
8: Frequenzgenerator
14: Frequenzgenerator
15: Synchronisationseinheit
AFTER OFFSET VOLTAGE APPLIED: nachdem Versatzspannung angewandt wurde
AFTER AMPLITUDE CHANGE: nach Amplitudenänderung
20: Schrittmotor
150: Empfänger

12

1: Befehlseingabe
3: Steuerabschnitt
4: erstes Schaltelement (Ausgabe)
5: Frequenzmodulator
6: Frequenzvariationseinheit
7: Frequenzgenerator
8: Frequenzgenerator
14: Frequenzgenerator
15: Synchronisationseinheit
17: Empfangsfrequenzsensor
AFTER OFFSET VOLTAGE APPLIED: nachdem Versatzspannung angewandt wurde
AFTER AMPLITUDE CHANGE: nach Amplitudenänderung
20: Schrittmotor
150: Empfänger

Claims

Steuerung (100) einer mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20), umfassend: 1) eine Befehlseingabeeinheit (1) für das Eingeben eines Befehls für das Betreiben der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20); 2) einen Steuerabschnitt (3) für das Erzeugen eines Steuertakts (D) mit dem Befehl von der Befehlseingabeeinheit (1), der die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerte Vorrichtung (20) betreibt; 3) einen Frequenzmodulator (5) für die Frequenzmodulation des Steuertakts (D), der ein Ausgangssignal des Steuerabschnitts (3) darstellt, um somit dem Steuertakt (D) eine Frequenzvariation in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu geben; 4) eine Frequenzvariationseinheit (6) für das Erzeugen eines Modulationssignals (C), das in den Frequenzmodulator (5) einzugeben ist, wobei die Frequenzvariationseinheit (6) umfasst: i) einen ersten Signalgenerator {7, (10, 11), 7, 7} für das Einstellen eines Bereichs der Zerstreuung eines Schaltgeräusches in einem Frequenzbereich, wobei das Schaltgeräusch durch ein Schaltelement (FET1, FET2, FET3, FET4) verursacht wird, und ii) eine Einheit {(8, 9), (12, 13), (8, 9), (8, 9)} für das Verschieben eines Frequenzbandes des Schaltgeräusches durch das Hinzugeben einer vorbestimmten Versatzspannung zu einer Ausgangsspannung {A, (E, F),A, A} des ersten Signalgenerators {7, (10, 11), 7, 7}; und 5) ein erstes Schaltelement (4) für das Ansteuern des Schaltelements (FET1, FET2, FET3, FET4), das einen vorbestimmten Ansteuerstrom zur durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) fließen lässt, basierend auf dem frequenzmodulierten Steuertakt (D).
Steuerung (100) der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Einheit (8, 9) der Frequenzvariationseinheit (6) einschließt: a) einen zweiten Signalgenerator (8), und b) einen Addierer (9) für das Addieren einer Ausgangsspannung (B) des zweiten Signalgenerators (8) zur Ausgangsspannung (A) des ersten Signalgenerators (7), um somit die vorbestimmte Versatzspannung zu bewirken.
Steuerung (100) der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Frequenzvariationseinheit (6) eine Vielzahl von ersten Signalgeneratoren (10, 11), die unterschiedliche Amplituden und Versatzspannungen aufweisen, einschließt, und die Einheit (12, 13) der Frequenzvariationseinheit (6) einschließt: a) einen zweiten Signalgenerator (8), der einen Befehl für ein Schalten erzeugt, und b) ein zweites Schaltelement (13), das die Ausgangsspannungen (E, F) der Vielzahl der ersten Signalgeneratoren (10, 11) in einer vorbestimmten Periode auf der Basis einer Ausgangsspannung (G) des zweiten Signalgenerators (12) schaltet, um somit die vorbestimmte Versatzspannung zu bewirken.
Steuerung (100) der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei die Frequenzvariationseinheit (6) einschließt: i) einen dritten Signalgenerator (14) für das Ändern einer Amplitude einer Ausgangsspannung (A + B), die eine mittels des Addierers (9) durchgeführte Addition darstellt, und ii) eine Synchronisationseinheit (15) für das Synchronisieren der Ausgangsspannung (B) des zweiten Signalgenerators (8) mit einer Ausgangsspannung (H) des dritten Signalgenerators (14).
Steuerung (100) der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) nach Anspruch 4, wobei die Steuerung (100) weiter einen Empfangsfrequenzsensor (17) umfasst, mit dem Empfangsfrequenzsensor (17) der zweite Signalgenerator (8) eine Empfangsfrequenz eines Empfängers (150) in der Nähe des ersten Schaltelements (4) misst und die Versatzspannung entsprechend der Empfangsfrequenz ändert, und mit dem Empfangsfrequenzsensor (17) der dritte Signalgenerator (14) die Empfangsfrequenz des Empfängers (150) in der Nähe des ersten Schaltelements (4) misst und die Amplitude der Ausgangsspannung (A + B), die eine mittels des Addierers (9) durchgeführte Addition darstellt, entsprechend der Empfangsfrequenz ändert.
Steuerung (100) der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) nach Anspruch 5, wobei die Ausgangsspannung (A) des ersten Signalgenerators (7) eine Dreieckswelle ist, die eine vorbestimmte Amplitude aufweist, und die Ausgangsspannung (B) des zweiten Signalgenerators (8) und die Ausgangsspannung (H) des dritten Signalgenerators (14) jeweils eine Rechteckwelle sind, die eine vorbestimmte Amplitude aufweist.
Steuerung (100) der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerte Vorrichtung (20) ein Schrittmotor (20) ist.
Steuerung (100) der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerte Vorrichtung (20) ein Gleichspannungswandler ist.
Verfahren zur Steuerung (100) einer mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20), umfassend: 1) Eingeben (1) eines Befehls für das Betreiben der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20); 2) Erzeugen (3) eines Steuertakts (D) mit dem so eingegebenen Befehl, der die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerte Vorrichtung (20) betreibt; 3) Frequenzmodulieren (5) des so erzeugten Steuertakts (D), um somit dem Steuertakt (D) eine Frequenzvariation in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu geben; 4) Erzeugen (6) eines Modulationssignals (C), das in einen Frequenzmodulator (5) für das Frequenzmodulieren (5) einzugeben ist, wobei das Erzeugen (6) des Modulationssignals (C) umfasst: i) ein Erzeugen {7, (10, 11), 7, 7} eines ersten Signals für das Einstellen eines Bereichs der Zerstreuung eines Schaltgeräusches in einem Frequenzbereich, wobei das Schaltgeräusch durch ein Schaltelement (FET1, FET2, FET3, FET4) verursacht wird, und ii) Verschieben {(8, 9), (12, 13), (8, 9), (8, 9)} eines Frequenzbandes des Schaltgeräusches durch das Hinzugeben einer vorbestimmten Versatzspannung zu einer Ausgangsspannung {A, (E, F), A, A}, die durch das Erzeugen des ersten Signals {7, (10, 11), 7, 7} erzeugt wurde; und 5) Ansteuern (4) des Schaltelements (FET1, FET2, FET3, FET4), das einen vorbestimmten Ansteuerstrom zur durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) fließen lässt, basierend auf dem frequenzmodulierten Steuertakt (D).
Steuerung (100) einer mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20), umfassend 1) eine Eingabevorrichtung (1) für das Eingeben eines Befehls für das Betreiben der mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20); 2) eine Steuervorrichtung (3) für das Erzeugen eines Steuertakts (D) mit dem Befehl von der Eingabevorrichtung (1), der die mit einem Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerte Vorrichtung (20) betreibt; 3) eine Frequenzmodulationsvorrichtung (5) für die Frequenzmodulation des Steuertakts (D), der ein Ausgangssignal der Steuervorrichtung (3) darstellt, um somit dem Steuertakt (D) eine Frequenzvariation in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu geben; 4) eine Frequenzvariationsvorrichtung (6) für das Erzeugen eines Modulationssignals (C), das in die Frequenzmodulationsvorrichtung (5) einzugeben ist, wobei die Frequenzvariationsvorrichtung (6) umfasst: i) eine erste Signalerzeugungsvorrichtung {7, (10, 11), 7, 7} für das Einstellen eines Bereichs der Zerstreuung eines Schaltgeräusches in einem Frequenzbereich, wobei das Schaltgeräusch durch ein Schaltelement (FET1, FET2, FET3, FET4) verursacht wird, und ii) eine Verschiebevorrichtung {(8, 9), (12, 13), (8, 9), (8, 9)} für das Verschieben eines Frequenzbandes des Schaltgeräusches durch das Hinzugeben einer vorbestimmten Versatzspannung zu einer Ausgangsspannung {A, (E, F), A, A} der ersten Signalerzeugungsvorrichtung {7, (10, 11), 7, 7}; und 5) eine erste Schaltvorrichtung (4) für das Ansteuern des Schaltelements (FET1, FET2, FET3, FET4), das einen vorbestimmten Ansteuerstrom zur durch ein Pulsbreitenmodulationssignal angesteuerten Vorrichtung (20) fließen lässt, basierend auf dem frequenzmodulierten Steuertakt (D).