JP2009022155A - 電子回路モジュール及びそれを用いた信号伝送用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子回路モジュール及びそれを用いた信号伝送用装置を提供する。
【解決手段】本発明は、自動車両用の電子回路モジュールであって、特にファンレギュレータ（４”）であり、信号線（３）を通じて伝送される信号、特にパルス幅変調信号のための制御入力（Ｓ）を有する電子回路モジュールに関する。この電子回路モジュールは、好ましくは電流制御型の低抵抗制御入力として設計される制御入力（Ｓ）にてほぼ一定の電位（Ｕ_ｂｉａｓ，Ｕ_ｂｉａｓ−Ｕ_ＢＥ）を発生させるように設計される。本発明はまた、好ましくはパルス幅変調信号を伝送するための装置（１”）であって、その信号を発生させるための制御装置（２’）と、その信号を伝送するための信号線と、上述の電子回路モジュールとを備える装置（１”）に関する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車両用の電子回路モジュールであって、特にファンレギュレータであり、信号線を通じて伝送される信号、特にパルス幅変調信号のための信号入力を有する電子回路モジュールに関し、かつ信号を受信するためのそのような電子回路モジュールを備える、信号を伝送するための装置に関する。

送信器としての制御装置から、例えばファンレギュレータ上の、受信器としての被制御電子回路モジュールへアナログ制御量を伝送するために、自動車両内ではキャリア信号としてパルス幅変調信号がしばしば用いられる。このような信号は、送信器と受信器の間の接地オフセット電圧の影響を受けないからである。

従来技術より知られている、このような信号を伝送するための装置１の回路図を図３に示す。送信器としての、例えば空調システムを制御するための制御装置２から、受信器としてのファンレギュレータ４の制御入力Ｓへ、信号線３を通じて第１のＤＣ電圧Ｕ_ＤＣ１が伝送され、ファンレギュレータ４はファンモータを制御するために第２のＤＣ電圧Ｕ_ＤＣ２を使用し、この第２のＤＣ電圧Ｕ_ＤＣ２は理想的な伝送の場合には第１のＤＣ電圧Ｕ_ＤＣ１に相当する。第１のＤＣ電圧Ｕ_ＤＣ１は、制御装置２のＤＣ／ＰＷＭ変換器５内でパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換され、第１の抵抗Ｒ１を通じてバイポーラトランジスタＱ１へ供給される。尚、ＰＷＭ信号はマイクロコントローラ（図示せず）から直接発生することもできる。

ＰＷＭ信号は、トランジスタＱ１のベース電流を制御するように働き、トランジスタＱ１は、スイッチとして動作し、ＰＷＭ信号のパルス休止比に従ってスイッチオン及びスイッチオフする。トランジスタＱ１は、いわゆるオープンコレクタモード、すなわち共通エミッタ回路モードで動作し、第２の抵抗Ｒ２は、コレクタ抵抗として制御ユニット２内ではなくファンレギュレータ４内に配置される。このようなオープンコレクタ段を有する制御ユニットは、簡単かつコスト効率良く実装できるので頻繁に見受けられる。

ファンレギュレータ４は、すでに述べたようにプルアップ抵抗としてのコレクタ抵抗Ｒ２と、第２の抵抗Ｒ２の電圧に対するインピーダンス変換器（電圧フォロワ）として動作する差動増幅器ＯＰを含み、差動増幅器ＯＰは、受け取ったパルス幅変調信号を第２のＤＣ電圧Ｕ_ＤＣ２に再変換するローパスフィルタを有する、ＰＷＭ／ＤＣ変換器６を駆動する。更にファンレギュレータ４内では、通常１２Ｖである一定の電源電圧Ｕ_ｂを発生させるために電圧源７が設けられる。

コスト圧力が極めて大きい自動車の分野では、一般に信号線３は遮蔽されない。遮蔽されていない信号線３は、パルス幅変調信号のスイッチング切り換えを伝送し、したがって、信号線３の周りの電界強度がスイッチング切り換えごとに急に変化するので、ｄＵ／ｄＴ外乱を受け、装置１の電磁適合性（ＥＭＣ）を低下させ得る。これは、車両内で利用可能な組み立て体積が小さいために、これらのモジュールを通って導かれなければならない信号線３の近傍に配置されたモジュールに対して外乱となり得る。切り換えの立ち上がり速度を制限するために、信号線３によって引き起こされる干渉を抑圧するように、容量Ｃ_ＥＭＶを有するコンデンサ８が設けられる。干渉抑圧容量Ｃ_ＥＭＶは、信号線３上の電圧変化率ｄＵ／ｄＴを制限し、信号線３から放出される過渡電界強度を低減する。コンデンサ８は、ここでは例示的に信号線３の中間に配置されているが、制御装置２又はファンレギュレータ４内に組み込むこともできる。

コンデンサ８は、抵抗Ｒ２を通じて充電されるよりもトランジスタＱ１を通じて、より迅速に放電されるので、その最終結果として、信号線３上に信号切り換えの非対称歪を生じる。信号線３はパルス占有率を変化させ、したがってパルス幅変調信号の情報量が変化する。この事実は、実際にほとんど常に必要とされることである、第２のＤＣ電圧Ｕ_ＤＣ２が第１のＤＣ電圧Ｕ_ＤＣ１と等しくなるべきである場合には、懸念される。この問題は、パルス幅変調信号用として比較的低い周波数（例えば、３５Ｈｚ）を選ぶことによって対応される。パルス幅変調信号の周期が、切り換えの立ち上がり速度に比べて大きい場合は、誤差は小さいままとなる。

しかしながら、パルス幅変調信号の低い周波数により、ＰＷＭ／ＤＣ変換器６内のローパスフィルタに大きな積分時定数が必要になり、したがってファンレギュレータ４は受信器として比較的低速で動作する。自動車業界では高品質及び低故障率と並んで、信頼性のある製品試験も必要であるので、これが長い試験時間及び高い試験コストを招くことは避けられず、なぜならファンレギュレータ４の遅い動作がここで煩わしい形で現れるからである。すなわち、製造工程の最後に多くの機能が試験され、各測定を行う前に、ファンレギュレータ４の動作点が安定化するまでの待ち時間がなければならない。大きな積分時定数を有するＰＷＭ／ＤＣ変換器６の場合は、長い試験時間を招き、その結果高い試験コストを招くこととなる。

本発明の目的は、結果として信号伝送の劣化とならずに、信号線に沿って発生する過渡電界が低減されるように、序文で述べたタイプの好ましいパルス幅変調信号を伝送するための電子回路モジュール及び装置を更に改良することにある。

この目的は、本発明によれば、制御入力にてほぼ一定の電位を発生させるように設計される電子回路モジュールによって実現される。本発明によれば、電圧信号の代わりに電流信号を信号線上に伝送することが提案される。この目的のために電子回路モジュールの入力端は、一定電位に設定され、また信号線に沿って存在するので、線に沿って信号電圧のｄＵ／ｄＴ変動は、もはやほとんど生じないようになる。これによって、ＥＭＣを改善するためにコンデンサを設けることを回避することができ、したがってより高いサイクルレートを有する信号も、誤差なく伝送することができる。

好ましい実施形態では、制御入力は、入力抵抗が好ましくは１００Ω以下、特に１０ｍΩ以下の電流制御型の低抵抗入力として具体化される。これに対して従来技術では、図３で述べたように、制御入力は高抵抗、電圧制御型入力として設計される。低抵抗制御入力によって、電流信号をファンレギュレータ内へ供給することができ、該ファンレギュレータに設けられた抵抗にて電圧に変換することができる。

他の有利な実施形態では、制御入力にて一定電位を発生させるために、電圧発生ユニットが設けられる。この目的のために電圧発生ユニットは、電源電圧の一部を分岐させることができ、その電圧は電源電圧よりも大幅に小さく、典型的には電源電圧の約１０分の１の大きさである。

有利な実施形態では、電子回路モジュールは、１つの出力端と２つの入力端とを有する差動増幅器を含み、入力端のうちの第１の入力端は制御入力に接続され、入力端のうちの第２の入力端は一定電位を有し、差動増幅器は、第１の入力端と出力端の間に抵抗を有する電流−電圧変換器として実装される。この場合、低抵抗、電流制御型入力は、電流−電圧変換器上に形成される。これは、両方の入力端に等しい電位が存在するように、常に出力端を制御する。したがって第２の入力端に存在する一定電位は、第１の入力端にも存在するので、制御入力及びそれと共に信号線は一定電位にある。同時に信号線の電流信号は、抵抗において、抵抗の大きさによって増幅された電圧信号に変換される。

特に好ましい他の実施形態では、電子回路モジュールは、共通ベース回路において動作するトランジスタを含み、そのベースは一定電位を有し、そのエミッタは制御入力に接続される。この場合、電流制御型、低抵抗入力は、一定電位がトランジスタのベースに印加され、それがベース−エミッタ電位だけ減じられて制御入力に印加されることで実現される。電子回路モジュール内のトランジスタは、制御装置内でオープンコレクタモードで動作するトランジスタと共にカスコード回路構成を形成し、この構成は信号線が、共通エミッタ回路構成である、カスコード回路の第１段を、共通ベース回路である、カスコード回路の第２段に接続するという特別な特徴を有する。ここで第１段のコレクタ負荷は、共通ベース回路の段の低入力抵抗によって形成される。この実施形態は、この電子回路モジュールがもっぱら個別部品を用いて構成され、したがって車内での温度安定性に関して構成部品に課される厳しい要求のために高コストにつながるＩＣを不要にすることができるという利点を有する。結果として一般に回路コストは増加するが、一方又は両方のバイポーラトランジスタの代わりにＦＥＴを設けることもできる。

特に有利な実施形態では、電子回路モジュールは、パルス幅変調信号をＤＣ電圧に変換するためのＰＷＭ／ＤＣ変換器を有する。これによって発生するＤＣ電圧は、例えばファンモータを調節するために用いることができ、例えばこれはファンモータの両端の電圧降下に対する目標値として働く。

本発明はまた、好ましくはパルス幅変調信号を伝送するための装置であって、信号を発生させるための制御装置と、信号を伝送するための信号線と、信号を受信するための上述の電子回路モジュールとを備える装置に実装される。この装置は、電流信号を伝送するように設計され、それにより信号線上の電圧の急速な変動をできるだけ避けることができ、したがって装置の電磁適合性を向上させることができる。

特に好ましい実施形態では、制御装置は、信号を発生させるために、オープンコレクタモードで動作する、好ましくは共通エミッタ回路において動作するトランジスタを有する。ここでトランジスタは、一般に、パルス幅変調されたスイッチング信号の関数として、信号線を通る電流をスイッチオン又はスイッチオフするスイッチとして動作する。共通エミッタ回路での動作は、エミッタ回路内に配置された抵抗が電流シンクとして働き、したがってその電流ドレインは非常に正確に決定される。

他の有利な実施形態では、制御装置は、ＤＣ電圧をパルス幅変調信号に変換するための変換器ユニットを更に有する。また、パルス幅変調信号は、マイクロコントローラ内で直接発生させることもできる。

本発明による電子回路モジュール及び装置の実施形態の実施例は、概略図に表され、以下の説明で明らかになろう。

図１は、制御装置２’とファンレギュレータ４’の間でパルス幅変調信号を伝送するための装置１’を示す。まず、送信器側において、第１の抵抗Ｒ１は第１のトランジスタＱ１のエミッタ電流回路内に配置されており、すなわちこれは共通のエミッタ回路モードで動作するという点において、図３に関連して上述した装置１と異なる。これによってそのコレクタ回路内で、ファンレギュレータ４’内の信号線３の反対側の端部にて、回路内に電流−電圧変換器として実装された差動増幅器ＯＰの第１の入力端９ａに、一定電位Ｕ_ｂｉａｓが発生する。ファンレギュレータ４’内で一定電位Ｕ_ｂｉａｓを発生させるために電圧発生ユニット１０が設けられ、該電圧発生ユニット１０は差動増幅器ＯＰの第２の入力端９ｂに接続される。差動増幅器ＯＰは、一定電位Ｕ_ｂｉａｓが第１の入力端９ａにも存在するように、その出力端１１の電圧を制御する。第１の入力端９ａと出力端１１に接続された第２の抵抗Ｒ２によって、ファンレギュレータ４’の低抵抗入力が実現され、同時に、信号線３を通じて伝送された電流信号から、第２の抵抗Ｒ２の大きさによって増幅された電圧信号への変換が実現される。これによって電流信号から発生した電圧は、差動増幅器ＯＰの出力端１１にて、ＰＷＭ／ＤＣ変換器６に供給される。

したがって図１に示す装置１’では、図３と異なり、電圧信号の代わりに電流信号が信号線３を通じて伝送されるので、信号線３内に急な電圧変動が生じることはなく、したがって過渡電界が発生することはなく、その結果装置１’の、すなわち信号線３の電磁適合性が向上される。電流信号の伝送は、ファンレギュレータ４’にて、電流制御型、低抵抗制御入力Ｓを設けることによって可能となる。制御入力Ｓの入力抵抗Ｒ_Ｅは、ｍΩの範囲とすることが可能であり、次式で与えられる。

ただしＡ_ＯＬは、差動増幅器ＯＰのループ増幅率を表す。例えば、第２の抵抗Ｒ２の大きさは１ＫΩとすることができ、ループ増幅率Ａ_ＯＬは約１０^５になり得るので、その結果、１０ｍΩの入力抵抗Ｒ_Ｅとなる。

信号伝送のための装置１”のファンレギュレータ４”上の低抵抗、電流制御型制御入力Ｓの他の実装形態は、図２に示される。装置１”は送信器側では、図１に示される装置１’と対応し、一方、ファンレギュレータ４”内では、差動増幅器ＯＰが第２のトランジスタＱ２によって置き換えられる。第２のトランジスタＱ２は共通ベース回路モードで動作し、そのベースは電圧発生ユニット１０に接続されるので、ベースには一定電位Ｕ_ｂｉａｓが存在する。したがって第２のトランジスタＱ２のエミッタには、ベース−エミッタ電圧Ｕ_ＢＥの大きさだけ減じられたほぼ一定の電位が存在する。これによって制御ユニット２’の第１のトランジスタＱ１と、ファンレギュレータ４”の第２のトランジスタＱ２は、カスコード回路構成を形成し、その２つの段は信号線３を通じて接続される。これによって第２のトランジスタＱ２のエミッタには、電流信号を伝送するために必要な、低抵抗、電流制御型制御入力Ｓが形成される。図１に示されるファンレギュレータ４’と異なり、図２のファンレギュレータ４”は、少数の個別部品で構成することができるので、この解決方法は特にコスト効率が良い。

ファンモータを第２のＤＣ電圧Ｕ_ＤＣ２の関数として調節するために用いられる、ファンレギュレータ４’、４”の構成要素については、それらは従来技術より知られているので、図１及び図２には詳細に示していない。具体的には、ファンレギュレータ４’、４”の追加の構成要素は、本出願人の独国特許出願公開第１０ ２００４ ０１８ １６９号明細書に記載されるようなアナログ制御回路として、又はディジタル制御回路として実装することができ、後者の場合は通常、パルス幅変調ではなく２値信号が信号線を通じて伝送される。

上述の両方の実施例において、信号線３は過渡電界を発生せず、したがって装置１’、１”の電磁適合性を向上させる。さらに、信号線上の干渉抑制コンデンサの使用を不要にすることができるので、高周波のパルス幅変調信号でも、信号切り換えを高い精度で伝送することができる。これによってファンレギュレータ４’、４”において、ＰＷＭ／ＤＣ変換器は短い時定数で動作することができ、試験時間及びそれに伴うファンレギュレータ４’、４”の試験のためのコストが低減される。さらに制御装置２’の回路を適切に寸法決定することにより、一般に図３の制御装置２において第１のトランジスタＱ１をスイッチングする場合に起こるように、第１のトランジスタＱ１のコレクタ−ベース電圧が負になるのを防止することができ、それにより制御装置２’内の第１のトランジスタＱ１は常に通常の動作モードで動作し、したがって少ない遅延で動作する。

上述の信号伝送の概念は、パルス幅変調信号だけでなく、急峻な信号切り換えが生じる他の信号を用いて実施することもでき、特にファンレギュレータが２値信号を処理するように設計される場合は、２値信号を伝送するために実施できる。同様にこの概念は、電磁適合性を向上させるために、ファンレギュレータだけでなく、信号線を通じて制御信号を供給すべきその他の電子回路モジュールにも有利に導入することができる。

一定電圧を発生させるための電流−電圧変換器を有する、本発明による信号伝送のための装置の第１の実施形態の回路図である。 一定電圧を発生させるためのカスコード回路を有する、本発明による装置の第２の実施形態の回路図である。 従来技術による信号伝送のための装置の回路図である。

符号の説明

１，１’，１” 装置
２，２’，２” 制御装置
３ 信号線
４，４’，４” ファンレギュレータ
５ ＤＣ／ＰＷＭ変換器
６ ＰＷＭ／ＤＣ変換器
７ 電圧源
８ コンデンサ
９ａ，９ｂ 入力端
１０ 電圧発生ユニット
１１ 出力端

Claims (9)

1. 自動車両用の電子回路モジュールであって、特にファンレギュレータ（４’，４”）であり、信号線（３）を通じて伝送される信号、特にパルス幅変調信号のための制御入力（Ｓ）を有する電子回路モジュールにおいて、
   前記制御入力（Ｓ）にてほぼ一定の電位（Ｕ_ｂｉａｓ，Ｕ_ｂｉａｓ−Ｕ_ＢＥ）を発生させるように設計されることを特徴とする電子回路モジュール。
2. 前記制御入力（Ｓ）が、入力抵抗が好ましくは１００Ω以下、特に１０ｍΩ以下の、電流制御型の低抵抗入力として具体化されることを特徴とする請求項１記載の電子回路モジュール。
3. 前記制御入力（Ｓ）にて前記一定電位（Ｕ_ｂｉａｓ）を発生させるために電圧発生ユニット（１０）が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の電子回路モジュール。
4. １つの出力端（１１）と２つの入力端（９ａ、９ｂ）とを有する差動増幅器（ＯＰ）であって、前記入力端のうちの第１の入力端が前記制御入力（Ｓ）に接続され、前記入力端のうちの第２の入力端が一定電位（Ｕ_ｂｉａｓ）を有する差動増幅器（ＯＰ）を備え、前記差動増幅器（ＯＰ）が、前記第１の入力端（９ａ）と前記出力端（１１）の間に抵抗（Ｒ２）を有する電流−電圧変換器として実装されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子回路モジュール。
5. 共通ベース回路において動作するトランジスタ（Ｑ２）であって、そのベースが一定電位（Ｕ_ｂｉａｓ）を有し、そのエミッタが前記制御入力（Ｓ）に接続されたトランジスタ（Ｑ２）を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子回路モジュール。
6. 前記パルス幅変調信号をＤＣ電圧（Ｕ_ＤＣ２）に変換するためのＰＷＭ／ＤＣ変換器（６）を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子回路モジュール。
7. 好ましくはパルス幅変調信号を伝送するための装置（１’，１”）であって、前記信号を発生させるための制御装置（２’）と、前記信号を伝送するための信号線（３）と、前記信号を受信するための請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子回路モジュール（４’，４”）とを備えることを特徴とする装置（１’，１”）。
8. 前記制御装置（２’）が、前記信号を発生させるために、オープンコレクタモードで動作する、好ましくは共通エミッタ回路において動作するトランジスタ（Ｑ１）を備えることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記制御ユニット（２’）が、ＤＣ電圧（Ｕ_ＤＣ１）を前記パルス幅変調信号に変換するためのＰＷＭ／ＤＣ変換器（５）を備えることを特徴とする請求項７又は８記載の装置。