JP2005300295A - ノイズ低減処理機能付直流電圧検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電圧に重畳する負の極性をもつ単発ノイズを低減すること。
【解決手段】高圧側分圧抵抗２と低圧側分圧抵抗３により分圧された直流電圧１が入力される制御部５は、ｋ周期分の電圧データを格納し、格納されたデータに定数を乗算する機能と、ｋ個のデータの平均値を演算する機能と、２つのデータを比較する機能を備え、前回のサンプリング時のデータに対し、回路内で想定される最小の負荷値と最小の平滑コンデンサ容量値から定まる時定数と、サンプリング間隔から求められる定数を乗算した値と比較処理と平均化処理を図ることにより、平均化において応答性の悪化を招く振幅の大きい負の単発的なノイズを除去しつつ、平均化処理により小振幅のノイズを低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、直流電圧を複数の抵抗を介して分圧することにより計測する方式に代表される電圧検出回路を対象した、直流電圧または電圧検出回路に重畳する負の極性を持つ単発ノイズの低減方式に関するものである。

従来、この種のノイズ低減処理機能を付加した電圧検出回路は、検出される電圧の急峻な変化に対する応答性を損なうことなく、かつ精度良く電圧値を計測するために、制御部に入力される電圧値に対して、所定の範囲内にある場合においては、制御部内に格納されているｋ周期分のデータを平均した値を計測値として採用し、また前回のサンプリング時の電圧値に比べ所定の閾値以上となる場合においては、計測されたデータそのままを採用している。（例えば、特許文献１参照）。

図４は特許文献１に記載された従来の電圧検出回路を示すものである。また図５は制御部内に入力された電圧値処理方法のフローチャートを示すものである。図４において、２及び３は分圧比を決める分圧抵抗である。高圧側分圧抵抗２及び低圧側分圧抵抗３の両端に高電圧の入力電圧１が印加され、２次側出力である分圧された電圧４が制御部５に入力される。制御部５において分圧値４は、サンプリング間隔ごとに図５に示されるノイズ低減処理を施される。ｎ回目のサンプリング時の分圧値４は、制御部内に格納されているｋ周期分のデータの最古データと入れ替わりに格納され（Ｓ１）、ｎ回目のサンプリング時の分圧値４がｎ−１回目のサンプリング時の値と比較して閾値未満であるとき（Ｓ３）にｋ周期分のデータの平均値を計算する平均化処理（Ｓ４）を施し、ｎ回目のサンプリング時のデータとして出力し格納する（Ｓ５）。ｎ回目のサンプリング時の分圧値４が前記閾値以上、または所定範囲を外れた不連続なデータである場合は、平均化処理は行わず入力された電圧値をｎ回目のデータとして格納する。
特開平１０−２３９３５６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、直流電圧検出回路内に単発的なノイズが進入し、分圧値４のｎ回目のサンプリング値にノイズが重畳した場合、その振幅がｎ−１回目のサンプリング時の分圧値４と平均化処理を行うか否かを決定する閾値との和を超えるものに対しては、平均化されることなくｎ回目のサンプリングデータとして採用されるため、振幅の大きい単発的なノイズを除去することができないという課題を有していた。また、前記課題の対処法として前記閾値を大きくする方法が考えられるが、これにより直流電圧の急峻な変動に対する応答性が悪化するという別の課題を有していた。振幅の大きい負のノイズを除去できないことは、電圧低下の異常を検知する保護機能の誤動作を招き、システム誤停止などの不具合を起こす恐れがある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電圧値の急峻な変動に対して応答性を損なうことなく、かつ分圧値４に対し負方向の単発ノイズを除去が可能なノイズ低減処理機能付電圧検出回路を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のノイズ低減処理機能付き直流電圧検出回路は、制御部がｎ回目のサンプリングにより検知した直流電圧に対し、前記回路における直流電圧を消費する負荷と、平滑用コンデンサにおいて想定される最小の負荷値と最小の平
滑コンデンサ容量値から計算される時定数と、サンプリング間隔を用いることにより求められる定数にｎ−１回目にサンプリングした直流電圧を制御部内で乗算することにより計算される電圧値を計算し、両者の電圧値を比較した結果、前記電圧値より低い値はノイズとみなし、ｎ回目のサンプリングによる電圧値は、ｎ−１回目にサンプリングされた電圧値に前記定数を乗算した電圧値としたものである。

これによって、ｎ回目のサンプリングにおいて検知した直流電圧に振幅の大きい負方向のノイズが重畳する場合に、制御部に入力される電圧値は、ｎ−１回目にサンプリングされた電圧値に前記定数を乗算した電圧値より低く検知されなくすることが可能となる。

また、本発明のノイズ低減処理において制御部は、採用した電圧値をｋ周期分記録し、ｋ周期分サンプリング分の電圧値の平均値を算出し、ｎ回目のサンプリング時における平均化電圧値として採用する。これによって、小振幅のノイズ成分を低減させることが可能となる。

本発明のノイズ低減機能付直流電圧検出回路は、電圧値の急峻な変動に対して応答性を損なうことなく直流電圧に対し振幅の大きい負方向の単発ノイズを除去することができ、また平均化処理を行うことにより小振幅の小振幅のノイズ成分を低減させることが可能となりデータの精度を向上させ、電圧低下の異常を検知する保護機能の誤動作から生じるシステム誤停止等を防ぐことができる。

第１の発明は、制御部がｎ回目のサンプリングにより検知した直流電圧に対し、前記回路における直流電圧を消費する負荷と、平滑用コンデンサにおいて想定される最小の負荷値と最小の平滑コンデンサ容量値から計算される時定数と、サンプリング間隔の関係により求められる定数にｎ−１回目にサンプリングした直流電圧を制御部内で乗算し、前記乗算結果とｎ回目のサンプリングによる直流電圧の電圧値を比較した結果、前記乗算結果より低い値はノイズとみなし、ｎ回目のサンプリングによる電圧値は、ｎ−１回目にサンプリングされた電圧値に前記定数を乗算した電圧値とすることにより、ｎ−１回目にサンプリングされた電圧値に前記定数を乗算した電圧値より低く検知されなくなり、直流電圧に対し振幅の大きい負方向の単発ノイズを除去することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明においてｎ回目のサンプリングによる電圧値がノイズと判定された場合に採用される電圧値を、ｎ−１回目にサンプリングされた電圧値に前記乗数倍した電圧値とｎ回目のサンプリングによる電圧値の平均値をｎ回目のサンプリング時の電圧値として採用することにより、ｎ回目のサンプリング時に非ノイズ成分の直流電圧値がｎ−１回目のサンプリング時の電圧値から変動が小さい場合において採用された電圧値がｎ−１回目のサンプリング時の電圧値に近づき、ノイズ耐量の性能を改善することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明においてｎ回目のサンプリングに対し乗算、比較を行った結果、採用した電圧値をｋ周期分記録し、ｋ周期分サンプリング分の電圧値の平均値を算出し、ｎ回目のサンプリング時における平均化電圧値として記録することにより、小振幅なノイズ成分が分散、吸収され、データの精度を向上させることができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、ｎ回目のサンプリングにより採用された電圧値とｎ−１回目のサンプリングにより採用された電圧値の差を取り、一定値以上の場合はｎ＋１回目のサンプリングにより得られた電圧値を乗算、比較する
処理を行わずに採用することにより、ｎ回目のサンプリングにて正方向の振幅の大きい単発ノイズが重畳した場合において、ｎ＋１回目のサンプリング時に電圧値を乗算、比較する処理を停止するため、ｎ＋１回目のサンプリング時の電圧値を負極性の大きいノイズと誤判定することを避けることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるノイズ低減機能付電圧検出回路を含んだ空気調和機用いられる回路の回路図を示すものである。図１において商用交流電源９から供給される交流入力は、交直変換器８を介し直流に変換され平滑コンデンサ７にて平滑化された直流電圧１に変換される。直流電圧１は、直流モータを含んだ負荷１０に接続される。制御部５は、直流モータを制御するために、直流電圧１の電圧値を検知する必要があり、高圧側分圧抵抗２と低圧側分圧抵抗３によって定まる分圧比によって直流電圧１が変換された分圧値４が制御部５に入力される。制御部５は、分圧値４に図２のフローチャートに示されるノイズ低減処理を施すために、ｋ周期分の電圧データを格納し、k個のデータの平均値を演算し、格納されたデータに定数を乗算し、２つのデータを比較する機能を備えている。

以上のように構成されたノイズ低減機能付直流電圧検出回路について、図２を用いて以下その動作、作用を説明する。

まず、制御部５のｎ回目のサンプリング時に、直流電圧または直流電圧検出回路に負の極性を持つ単発ノイズが重畳し、ｎ回目のサンプリング時の分圧値ｖ（ｎ）が制御部に入力されるとする（ＳＴ１）。ｎ回目のサンプリング時に単発ノイズが重畳した場合の分圧値４を示したタイムチャートを図３に示す。制御部５は、ｎ回目のサンプリング時の分圧値ｖ（ｎ）が入力されるとｎ−１回目のサンプリング時に格納された分圧値ｖ（ｎ−１）に対し、以下に示す定数を乗算する。前記定数は、交流入力が遮断された場合に負荷値Ｒと平滑コンデンサ容量値Ｃによって定められる時定数と、自然対数を底とした指数関数により表される直流電圧の時間変化の式
ｖ＝ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ）
に対し、直流モータを含んだ負荷１０を純抵抗とみなした場合において想定される最小の負荷値Ｒ（ｍｉｎ）と平滑用コンデンサ７において想定される最小の平滑コンデンサ容量値Ｃ（ｍｉｎ）、サンプリング間隔ｔ（ｎ）−ｔ（ｎ−１）を代入した次式で表される値ｅｘｐ〔−｛ｔ（ｎ）−ｔ（ｎ−１）｝／｛Ｒ（ｍｉｎ）Ｃ（ｍｉｎ）｝〕である。

制御部５は、乗算された電圧値ｃｖ（ｎ）に対し、ｎ回目のサンプリング時の分圧値ｖ（ｎ）との比較を行い（ＳＴ３）、ｖ（ｎ）がｃｖ（ｎ）未満の場合はノイズとみなし、ｎ回目のサンプリング時の分圧値は、ｃｖ（ｎ）を採用する（ＳＴ２）。そしてｃｖ（ｎ）とｋ−１周期分のデータに対し平均化処理を行い（ＳＴ４）、ｎ回目のサンプリング時のデータとして出力し制御部内に格納される（ＳＴ５）。

以上のように、本実施の形態においては制御部に入力された分圧値に対し、前回のサンプリング時のデータに定数を乗算した値と比較処理と平均化処理を図ることにより、平均化において応答性の悪化を招く振幅の大きい負の単発的なノイズを除去しつつ、平均化処理により小振幅のノイズを低減することができ、データ精度の向上によって電圧低下の異常を検知する保護機能の誤動作から生じるシステム誤停止等を回避でき、システムの信頼性向上を図ることができる。

以上のように、本発明にかかるノイズ低減処理機能付直流電圧検出回路は、直流電圧値の急峻な変動に対して応答性を損なうことなく、直流電圧に対し振幅の大きい負方向の単発ノイズを除去することができ、また平均化処理によるデータの精度向上が可能となる。

これにより直流電圧を誤検出して誤停止することがなくなるので、太陽電池や燃料電池に代表される直流を電源とする、自家発電や電気自動車における電圧検出回路の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるノイズ低減処理機能付電圧検出回路を含んだ交流入力から直流モータに電力を供給する回路の回路図 本発明の実施の形態１における制御部内において施されるノイズ低減処理を示したフローチャート 単発ノイズが重畳された直流電圧と入力電圧供給停止により低下する直流電圧の時間変化を記したタイミングチャート 従来の電圧検出回路の回路図 従来のノイズ低減処理のフローチャート

符号の説明

１ 直流電圧
２ 高圧側分圧抵抗
３ 低圧側分圧抵抗
４ 分圧値
５ 制御部
６ 平滑コンデンサ
７ 負荷
８ 交直変換装置
９ 交流電源
１０ 負荷

Claims (4)

1. 負荷と、負荷と並列に接続され交流成分を吸収する平滑コンデンサと、負荷に発生する直流電圧を抵抗分圧によって検出する為に少なくとも２つ以上直列接続された抵抗と、抵抗分圧された電圧を検知する制御部を有する回路において、制御部がｎ回目のサンプリングにより検知した直流電圧に対し、前記回路において想定される最小の負荷値と最小の平滑コンデンサ容量値から計算される時定数と、サンプリング間隔を用いることにより求められる定数にｎ−１回目にサンプリングした直流電圧を制御部内で乗算することにより計算される電圧値を比較した結果、前記計算された電圧値より低い値はノイズとみなし、ｎ回目のサンプリング電圧値は、ｎ−１回目にサンプリングされた電圧値に前記定数を乗算した電圧値とすることを特徴とするノイズ低減処理機能付直流電圧検出回路。
2. ｎ回目のサンプリングによる電圧値がノイズと判定された場合には、ｎ−１回目にサンプリングされた電圧値に前記乗数倍した電圧値とｎ回目のサンプリングによる電圧値の平均値をｎ回目のサンプリング電圧値として採用することを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減処理機能付直流電圧検出回路。
3. 制御部は、ｎ回目のサンプリングに対し乗算、比較を行った結果、採用する電圧値をｋ周期分記録し、ｋ周期分のサンプリング電圧値の平均値を算出し、ｎ回目のサンプリング時における平均化電圧値として記録することを特徴とする請求項１または２にいずれか1項に記載のノイズ低減処理機能付直流電圧検出回路。
4. 制御部は、ｎ回目のサンプリングにより採用された電圧値とｎ−１回目のサンプリングにより採用された電圧値の差を取り、その値が一定値以上の場合はｎ＋１回目のサンプリングにより得られた電圧値を乗算、比較する処理を行わずに採用することを特徴とする請求項１〜３にいずれか1項に記載のノイズ低減処理機能付直流電圧検出回路。

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