JP2010081723A

JP2010081723A - 電源制御回路

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Publication number: JP2010081723A
Application number: JP2008246668A
Authority: JP
Inventors: Takehito Harada; 岳人原田; Masakazu Takeichi; 真和竹市; Muneaki Matsumoto; 宗昭松本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP5287088B2

Abstract

【課題】後段の機器へ電源電圧をそのまま供給することができ、且つ、小型化低コスト化が可能な電源制御回路を提供する。
【解決手段】電源電圧を、フィルタ回路５２を通過させて出力する電源制御回路５０において、一定電流を出力する定電流制御状態と、前記電源電圧に応じた電流を出力する直結状態とを切り替え可能なＳＷ回路５１をフィルタ回路５２の前段に設け、このＳＷ回路５１を、電源投入時に一定時間、定電流制御状態とした後、直結状態とする。これにより、ＳＷ回路５１が定電流制御状態とされている一定時間は、ラッシュ電流が抑制されてフィルタ回路５２には一定電流が流れる。そのため、コイル５２１に、ラッシュ電流に耐えうる定格値のものを用いる必要がなくなることから、安価且つ小型のコイルを用いることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電源制御回路に関し、特に、アナログローパスフィルタを備えた電源制御回路に関する。

従来、電源電圧をレギュレータ回路によってその電源電圧よりも低い一定電圧に変換する電源制御回路が知られている。たとえば、特許文献１では、電子制御装置からの電源電圧をレギュレータ回路によってその電圧よりも低い一定電圧（たとえば５Ｖ）に変換して超音波センサの送波回路に供給している。
特開２００５−２４２５５号公報

ところで、超音波センサの送波音圧を上げようとする場合、超音波センサの送波回路に供給する電圧を従来よりも高くすることが考えられ、そのためには、レギュレータ回路をなくして直接に電源電圧を送波回路に供給すればよい。しかし、レギュレータ回路をなくす場合には、送波回路へ供給する電源の安定化およびノイズ対策が必要となる。そこで、この対策として、アナログローパスフィルタを設けることが考えられる。

しかし、アナログローパスフィルタを設ける場合、電源投入時のラッシュ電流からアナログローパスフィルタのコイルを保護する必要が生じる。ここで、ラッシュ電流に耐えうる定格値を持ったコイルを使用することも考えられるが、そうすると、定常時に流れる電流に対しては不要に高価且つ大型なコイルを使用することになる。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、後段の機器へ電源電圧をそのまま供給することができ、且つ、小型化低コスト化が可能な電源制御回路を提供することにある。

その目的を達成するための請求項１記載の発明は、電源電圧を、アナログローパスフィルタを通過させて出力する電源制御回路であって、一定電流を出力する定電流制御状態と、前記電源電圧に応じた電流を出力する直結状態とを切り替え可能な定電流制御手段が前記アナログローパスフィルタの前段に設けられており、その定電流制御手段を、電源投入時に一定時間、前記定電流制御状態とした後、前記直結状態とすることを特徴とする。

このようにすれば、定電流制御状態とされている一定時間は、ラッシュ電流が抑制されてアナログローパスフィルタには一定電流が流れる。そのため、ラッシュ電流に耐えうる定格値のコイルを用いる必要がなくなることから、安価且つ小型のコイルを用いることができる。また、一定時間を経過後は直結状態とするので、後段の機器へ電源電圧をそのまま供給することができる。

請求項２は、前記アナログローパスフィルタへの電源供給をオンオフ切り替えするスイッチ回路と、そのスイッチ回路のオンオフを制御するスイッチ制御手段とをさらに備えており、前記定電流制御手段は、前記スイッチ回路の出力電流を制御することを特徴とする。

このようにスイッチ回路を備える場合、スイッチ回路を備えた電源制御回路を複数用いることより、それら複数の電源制御回路にそれぞれ接続された機器へ、一つの電源からの電力を異なったタイミングで供給することが可能となる。

請求項３は、請求項２において、前記スイッチ回路の出力電圧と、前記アナログローパスフィルタのコンデンサ容量と、前記定電流制御状態における前記スイッチ回路の出力電流値とに基づいて定まる前記コンデンサの充電時間に、前記スイッチ回路に対するオン指令信号が出力されてから実際にスイッチ回路がオンするまでの遅延時間を加えた時間に基づいて、前記一定時間が設定されていることを特徴とする。

このようにすれば、ラッシュ電流を抑制しつつ、早い時期に、電源電圧をアナログローパスフィルタを通過させて出力することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態となる電源制御回路５０（図２参照）を備えたスレーブ装置１、２、３を含んで構成される車両用周辺監視装置の構成図である。

図１に示すように、この車両用周辺監視装置は、１つのマスター装置１０と、３つのスレーブ装置１、２、３を備えている。マスター装置１０からは電源線２０、通信線３０、ＧＮＤ線４０の３本の線が出ており、通信線３０とＧＮＤ線４０は、３つのスレーブ装置１、２、３に接続されている。一方、電源線２０はスレーブ装置１にのみ接続されている。

スレーブ装置２への電源供給はスレーブ装置１からの電源線２１によって行われ、スレーブ装置３への電源供給はスレーブ装置２からの電源線２２によって行われる。すなわち、マスター装置１０、スレーブ装置１、２、３は、デイジーチェーン方式によって電源供給が行われる構成になっている。

マスター装置１０は、マイコン１１、通信回路１２等を備えている。通信回路１２は通信線３０に接続されており、ＬＩＮ等の周知の通信方式によってスレーブ装置１〜３との間で通信可能となっている。マイコン１１は、通信回路１２からスレーブ装置１〜３へスイッチオン指令信号、スイッチオフ指令信号等の信号を出力させる。

次に、スレーブ装置１の構成を説明する。なお、スレーブ装置２、３もスレーブ装置１と同一の構成を有する。図２は、スレーブ装置１の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、スレーブ装置１は、電源制御回路５０、送波回路６０、マイクロフォン７０、受波回路８０を備えている。そして、電源制御回路５０は、スイッチ回路（以下、ＳＷ回路）５１、フィルタ回路５２、電源回路５３、ロジック回路５４、通信回路５５、発振回路５６を備えている。

入力端子ＢＩには電源線２０が接続されており、電源制御回路５０は、マスター装置１０から電源線２０を介して供給される電力を電源としている。なお、本実施形態では、電源線２０によって供給される電源電圧は８Ｖである。

そして、電源制御回路５０は、その電源を送波回路６０へ供給するとともに、その電源を出力端子ＢＯから出力する。この出力端子ＢＯは電源線２１に接続されており、電源線２１を介して、スレーブ装置２へ電力供給が行われる。

ＳＷ回路５１は、電源電圧（８Ｖ）が供給されて動作するようになっており、オンオフの切り替え機能を有するとともに定電流制御機能を有している。フィルタ回路５２はアナログローパスフィルタであって、ＳＷ回路５１を介して供給される電流を送波回路６０へ供給する。なお、これらＳＷ回路５１およびフィルタ回路５２の詳しい構成は後述する。

電源回路５３は、電源電圧（８Ｖ）をロジック回路５４の動作電圧（５Ｖ）まで低下させてロジック回路５４へ出力する。通信回路５５は通信端子Ｓと接続されている。この通信端子Ｓは通信線３０に接続されている端子であり、マスター装置１からのスイッチオン指令信号が、通信線３０、通信端子Ｓを介して通信回路５５に受信される。通信回路５５はこのスイッチオン指令信号をロジック回路５４へ出力する。

ロジック回路５４は、通信回路５５からスイッチオン指令信号が供給されると、スイッチオン指令信号をＳＷ回路５１へ出力する。また、ロジック回路５４には、発振回路５６からのパルス信号と、受波回路８０からの信号も供給される。ロジック回路５４は、受波回路８０からの信号に基づき障害物の有無を判断するとともに、発振回路５６からのパルス信号を用いて計時を行い、計時した時間に基づいて、スイッチオン指令信号の出力時期を決定し、また、障害物までの距離を演算する。

送波回路６０は、送信信号を発生するものであり、マイクロフォン７０は送信回路６０からの送信信号に基づいて超音波を車両周辺に出力する。また、その超音波が車両周辺の障害物で反射された反射波を受信する。受波回路８０は、マイクロフォン７０が受信した反射波に対して増幅等を行ってロジック回路５４へ供給する。

図３は、ＳＷ回路５１の詳細構成図である。このＳＷ回路５１は請求項のスイッチ回路に相当するとともに、定電流制御手段としての機能も備えた回路であり、オフ状態と、一定電流を出力する定電流制御状態と、電源電圧に応じた電流を出力する直結状態とを切り替え可能に構成されている。

図３に示すように、ＳＷ回路５１は、入力端子１０１から電源電圧（８Ｖ）が２つのＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のソース端子と定電流源１０４に入力されており、また、これら２つのＭＯＳＦＥＴ１００、１０２はゲート端子同士が接続されている。そして、これらＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のゲート端子は、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬを介して定電流源１０６と接続されており、定電流源１０６の他端は接地されている。なお、上記フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬは、ロジック回路５４からのスイッチオン（またはオフ）指令信号により、オンオフが切り替えられる。

ツェナーダイオード１０８は、一端が、２つのＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のゲート端子と接続されており、他端が、それらＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のソース端子に接続されている。抵抗１１０も、ツェナーダイオード１０８と同様に、一端が、２つのＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のゲート端子と接続されており、他端が、それらＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のソース端子に接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ１００のドレイン端子は出力端子１１２に接続されている。

ＳＷ回路５１はもう一つのＭＯＳＦＥＴ１１４を備えており、このＭＯＳＦＥＴ１１４のソース端子と、ＭＯＳＦＥＴ１０２のドレイン端子とが接続されている。そして、ＭＯＳＦＥＴ１１４のゲート端子はオペアンプ１１６の出力端子と接続されている。また、オペアンプ１１６の反転入力端子はＭＯＳＦＥＴ１１４のソース端子と接続されている。また、オペアンプ１１６の非反転入力端子は出力端子１１２と接続されている。

定電流源１０４は、抵抗Ｒ１を介して接地されており、この抵抗Ｒ１の接地側端子とは反対側の端子は、外部端子１１８およびｇｍアンプ１２０の非反転入力端子と接続されている。この定電流源１０４は、ロジック回路５４からのオンオフ指令信号によってオンオフ制御されるようになっている。また、定電流源１０４も別の外部端子１２２と接続されている。そして、これらの外部端子１１８、１２２には、それぞれコンデンサ１２４および抵抗１２６が接続されており、これらのコンデンサ１２４、抵抗１２６は、他端が接地されている。

ＭＯＳＦＥＴ１１４のドレイン端子は抵抗Ｒ２と接続されており、この抵抗Ｒ２の他端は接地されている。ｇｍアンプ１２０の出力端子は、フルオンスイッチＳＥＦＵＬＬの定電流源１０６が接続されている側とは反対側の端子に接続されており、また、ｇｍアンプ１２０の反転入力端子は、ＭＯＳＦＥＴ１１４のドレイン端子と接続されている。

次に、このように構成されたＳＷ回路５１の作動を説明する。まず、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬがオンのときの作動を説明する。フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬがオンのときは、入力端子１０１からの電流が、抵抗１１０、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬ、定電流源１０６を通って流れる。そのため、ＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のゲートソース電圧Ｖ_ｇｓは、定電流源１０６によって規定される電流と、抵抗１１０の抵抗値によって定まる値となる。このゲートソース電圧Ｖ_ｇｓによってＭＯＳＦＥＴ１００はオンとなり、出力端子１１２には、電源電圧（８Ｖ）がそのまま出力される。従って、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬがオンのときが、請求項に示す直結状態である。なお、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬをオンにするときは、オペアンプ１１６およびｇｍアンプ１２０はオフにする。

次に、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬがオフのときの作動を説明する。フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬがオフの状態では、請求項の定電流制御状態とフィルタ回路５２への電源供給をオフにするオフ状態とがさらに切り替え可能となっている。以下、詳しく説明する。

ｇｍＡＭＰ１２０の反転入力端子と非反転入力端子とは同電位であるので、定電流源１０４と抵抗Ｒ１との間に流れる電流をｉconstとし、ＭＯＳＦＥＴ１０２のドレイン−ソース間、およびＭＯＳＦＥＴ１１４のドレイン−ソース間を流れる電流をＭ２（ｉ_ｄｓ）とすると、下記式１が成り立つ。
（式１）ｉconst×Ｒ１＝Ｍ２（ｉ_ｄｓ）×Ｒ２
そして、上記式１を変形すると、式２が得られる。
（式２）Ｍ２（ｉ_ｄｓ）＝ｉconst×Ｒ１／Ｒ２

また、オペアンプ１１６の反転入力端子と非反転入力端子とは同電位であり、これらオペアンプ１１６の反転入力端子、非反転入力端子は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のドレイン端子に接続されている。従って、ＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のドレイン端子は互いに同電位である。また、ＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のゲート端子は互いに接続されており、ＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のソース端子は、ともに入力端子１０１に接続されている。従って、ＭＯＳＦＥＴ１００、１０２は、互いのソース電圧、ゲート電圧、ドレイン電圧が等しい。

上述のように、ＭＯＳＦＥＴ１００、１０２のドレイン端子は互いに同電位であるため、ＭＯＳＦＥＴ１００のドレイン−ソース間を流れる電流は、ＭＯＳＦＥＴ１００のＭＯＳＦＥＴ１０２に対するサイズ比と電流Ｍ２（ｉ_ｄｓ）によって決まる。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１００のドレイン−ソース間を流れる電流をＭ１（ｉ_ｄｓ）とし、ＭＯＳＦＥＴ１００のＭＯＳＦＥＴ１０２に対するサイズ比をＮとすると、電流Ｍ１（ｉ_ｄｓ）は、式３で表すことができる。
（式３）Ｍ１（ｉ_ｄｓ）＝Ｎ×Ｍ２（ｉ_ｄｓ）＝Ｎ×ｉconst×Ｒ１／Ｒ２

フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬをオフにした状態では、この式３から分かるように、電流Ｍ１（ｉ_ｄｓ）すなわちＳＷ回路５１の出力電流値は電源電圧には依存せず、定電流源１０４によって規定される一定電流値となる。従って、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬをオフにし、且つ、定電流源１０４をオンにすると、式３から求められる電流がＳＷ回路５１から出力される。この状態が請求項の定電流制御状態である。また、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬをオフにし、且つ、定電流源もオフにすると、ＭＯＳＦＥＴ１００がオフになり、ＳＷ回路５１がオフになる。

次にフィルタ回路５２の構成を説明する。図４はフィルタ回路５２の構成図である。この図４に示すように、フィルタ回路５２はコイル５２１とコンデンサ５２２とを備えている。コイル５２１には、たとえば２２０μＨのものを用い、一端がＳＷ回路５１の出力端子１１２に接続されており、他端が送波回路６０に接続されている。コンデンサ５２２には、たとえば１００μＦのものを用い、一端が接地されており、他端はコイル５２１のフィルタ回路５２側に接続されている側の端子に接続されている。

次に、送波回路６０の詳細構成を説明する。図５は送波回路６０の詳細構成を示す図である。この図５に示すように、送波回路６０は、トランジスタＴｒ等からなる送波ドライバ部６１と、一次コイル６２と二次コイル６３とを有する昇圧回路６４と、圧電素子６５等を備える超音波振動部６６とを有している。

送波ドライバ部６１のトランジスタＴｒのエミッタ端子にはフィルタ回路５２からの電流が供給される。また、ベース端子にはロジック回路５４から送波パルスが入力され、この送波パルスによってトランジスタＴｒのオンオフが制御される。そして、そのトランジスタＴｒがオンされた状態では、昇圧回路６４にて昇圧された電圧が超音波振動部６６に供給される。そのため、トランジスタＴｒのオンオフによって圧電素子６５が振動し、この振動を送信信号としてマイクロフォン７０から超音波が出力される。

図６は、マスター装置１０の制御とスレーブ装置１〜３の出力電圧との関係を示すタイムチャートである。マスター装置１０は、時刻ｔ１に、ＩＤ１のスレーブ装置、すなわち、スレーブ装置１に対して、スイッチオン指令信号を出力する。

スレーブ装置１の電源制御回路５０は、通信回路５５によってこのスイッチオン指令信号を受信する。そして、通信回路５５は、ロジック回路５４へスイッチオン指令信号を出力し、ロジック回路５４がフルオンスイッチＳＷＦＵＬＬをオンさせる。また、ロジック回路５４は、定電流源１０４をオンにする。これにより、ＳＷ回路５１は定電流制御状態となる。

その後、ロジック回路５４は、一定時間が経過したｔ２時点で、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬをオンにする。この一定時間は、下記式４から定まるコンデンサ５２２の充電所要時間に、所定のマージン時間を加えた時間となっている。なお、式４において、スイッチ遅延時間は、スイッチオン指令信号が出力されてからＭＯＳＦＥＴ１００が実際にオンするまでの時間であり、実験等に基づいて予め定められた定数である。また、式４における出力電圧は、ＳＷ回路５１の出力電圧すなわち電源電圧であり、定電流値は、定電流制御状態においてＳＷ回路５１から出力される電流値である。従って、式４において、出力電圧×コンデンサ容量／定電流値は、コンデンサ５２２に充電が実際に行なわれている時間を意味する。
（式４）スイッチ遅延時間＋出力電圧×コンデンサ容量／定電流値

一定時間が上記式４に基づいて定められているので、一定時間を経過してフルオンスイッチＳＷＦＵＬＬがオンされた時点では、コンデンサ５２２は満充電となっている。そのため、フルオンスイッチＳＷＦＵＬＬがオンにされてＳＷ回路５１が直結状態となっても、フィルタ回路５２に流れるラッシュ電流が抑制されることになる。

また、マスター装置１０は、時刻ｔ１から上記一定時間以上経過した時刻ｔ３に、ＩＤ２のスレーブ装置、すなわち、スレーブ装置２に対して、スイッチオン指令信号を出力する。

スレーブ装置２は、上述のスレーブ装置１と同様に、ｔ３時点から一定時間経過したｔ４時点までＳＷ回路５１を定電流制御状態とし、その後、そのＳＷ回路５１を直結状態とする。このようにすることで、スレーブ装置２においても、フィルタ回路５２に流れるラッシュ電流が抑制されることになる。

さらに、マスター装置１０は、時刻ｔ３から上記一定時間以上経過した時刻ｔ５に、ＩＤ３のスレーブ装置、すなわち、スレーブ装置３に対して、スイッチオン指令信号を出力する。

スレーブ装置３は、上述のスレーブ装置１、２と同様に、ｔ５時点から一定時間経過したｔ６時点までＳＷ回路５１を定電流制御状態とし、その後、そのＳＷ回路５１を直結状態とする。このようにすることで、スレーブ装置３においても、フィルタ回路５２に流れるラッシュ電流が抑制されることになる。

以上、説明した本実施形態によれば、ＳＷ回路５１が定電流制御状態とされている一定時間は、ラッシュ電流が抑制されてフィルタ回路５２には一定電流が流れる。そのため、コイル５２１に、ラッシュ電流に耐えうる定格値のものを用いる必要がなくなることから、安価且つ小型のコイルを用いることができる。また、一定時間を経過後はＳＷ回路５１を直結状態とするので、送波回路６０へ電源電圧（８Ｖ）をそのまま供給することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

たとえば、前述の実施形態では、マスター装置１０と３つのスレーブ装置１〜３とがデイジーチェーン方式で接続されていたが、図７に示すように、マスター装置１０に対して、スレーブ装置１〜３がスター結線方式で接続されていてもよい。

また、前述の実施形態は、電源制御回路５０が電源供給する機器が送波回路６０であったが、電源制御回路５０が電源供給する機器に特に制限はなく、送波回路６０に限定されるものではない。

本発明の実施形態となる電源制御回路５０を備えたスレーブ装置１、２、３を含んで構成される車両用周辺監視装置の構成図である。スレーブ装置１の構成を示すブロック図である。ＳＷ回路５１の詳細構成図である。フィルタ回路５２の構成図である。送波回路６０の詳細構成を示す図である。マスター装置１０の制御とスレーブ装置１〜３の出力電圧との関係を示すタイムチャートである。マスター装置１０とスレーブ装置１〜３とがスター結線方式で接続されている例を示す図である。

符号の説明

１：スレーブ装置、２：スレーブ装置、３：スレーブ装置、１０：マスター装置、２０：電源線、２１：電源線、２２：電源線、３０：通信線、４０：ＧＮＤ線、５０：電源制御回路、５１：ＳＷ回路（定電流制御手段）、５２：フィルタ回路、５３：電源回路、５４：ロジック回路（スイッチ制御手段）、５５：通信回路、５６：発振回路、６０：送波回路、７０：マイクロフォン、８０：受波回路

Claims

電源電圧を、アナログローパスフィルタを通過させて出力する電源制御回路であって、
一定電流を出力する定電流制御状態と、前記電源電圧に応じた電流を出力する直結状態とを切り替え可能な定電流制御手段が前記アナログローパスフィルタの前段に設けられており、
その定電流制御手段を、電源投入時に一定時間、前記定電流制御状態とした後、前記直結状態とすることを特徴とする電源制御回路。
請求項１において、
前記アナログローパスフィルタへの電源供給をオンオフ切り替えするスイッチ回路と、
そのスイッチ回路のオンオフを制御するスイッチ制御手段とをさらに備えており、
前記定電流制御手段は、前記スイッチ回路の出力電流を制御することを特徴とする電源制御回路。
請求項２において、
前記スイッチ回路の出力電圧と、前記アナログローパスフィルタのコンデンサ容量と、前記定電流制御状態における前記スイッチ回路の出力電流値とに基づいて定まる前記コンデンサの充電時間に、前記スイッチ回路に対するオン指令信号が出力されてから実際にスイッチ回路がオンするまでの遅延時間を加えた時間に基づいて、前記一定時間が設定されていることを特徴とする電源制御回路。