JP2010514385A - 制御装置及びパルス幅変調される駆動方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、多数の入力信号により多数の電気負荷を駆動する制御装置に関し、電気負荷がパルス幅変調される信号により駆動され、入力信号がＰＷＭ信号である。更に本発明は、本発明による制御装置が多数の入力信号により多数の電気負荷を駆動する方法に関する。
本発明による制御装置は制御可能な切換え手段を持ち、これらの切換え手段が、少なくとも１つの負荷を、少なくとも２つの異なるＰＷＭ入力端のそれぞれ１つに接続する。
更に本発明による制御装置によって多数の電気負荷を駆動する方法が記載される。

Description

本発明は、多数の電気負荷を駆動する制御装置であって、負荷がパルス幅変調される信号による駆動され、入力信号がパルス幅変調される（ＰＷＭ）信号であるものに関する。更に本発明は、本発明による制御装置が多数の入力信号により多数の電気負荷を駆動する方法に関する。

電灯、加熱コイル、ステップモータのような電気負荷の駆動は、しばしばパルス幅変調方法（ＰＷＭ方法）により行われる。その際負荷に供給される電力は、負荷へ流入する電流のパルス幅変調により制御される。

ＰＷＭ駆動の重要な利点は、駆動電子装置の損失電力がＰＷＭ方法の切換え作動により小さく保たれることである。従ってＰＷＭ方法は、自動車において電灯のような電子負荷部品の駆動に使用される。

例えば負荷への電流を投入又は遮断するＰＷＭ信号は、自動車制御装置において通常マイクロコントローラに統合されたタイマモジュールを介して発生され、すべてのＰＷＭ信号のパルスは同じ時点に投入されるか又は論理“高”にセットされ、ＰＷＭ信号衝撃係数に応じて異なる時点に遮断されるか又は論理“低”にセットされる。

これは、パルスの投入の際ＰＷＭ信号に非常に高いピークが生じるというＰＷＭ方法の欠点を生じる。従来技術によれば、このピークを減少する種々の方法が種々の実施可能性で示されている。

その際交流成分従って減衰が最少であり、同時に合成入力電流の基本波ができるだけ大きく、従って必要な限界周波数又は減衰ができるだけ大きいように、クロック周期内に投入時点が分布される。

しかし多数の制御課題が同時に解決される場合、即ち多数の電気負荷が適当な数のＰＷＭ信号により同時に制御される場合、制御電子装置の費用が著しく増大するか、又は個々の入力チャネルのために利用可能な計算費用が減少する。これは、投入時点を固定位相関係に対応させることによって行われる。

本発明の課題は、僅かな計算費用及び制御電子装置の費用で、多数の電気負荷をできるだけ少数のＰＷＭ信号で同時に制御するのを可能にする、最初にあげた種類の制御装置及び対応する方法を提示することである。

本発明によればこの課題は、請求項１の特徴をもつ制御装置及び請求項４の特徴を持つ方法によって解決される。本発明の有利な構成が従属請求項の対象である。

本発明の中心思想は、制御装置に制御可能な切換え手段を設け、適当な方法を提示し、この切換え手段により、駆動すべき負荷の各々を複数の異なるＰＷＭ入力端のそれぞれ１つに接続できることである。各負荷と複数のＰＷＭ入力端の１つとの接続は、すべての他の負荷とは無関係に別々に行うことができるようにする。更に複数の負荷を１つの共通なＰＷＭ信号により同期し駆動することも可能にする。

制御可能な切換え手段を持つ制御装置は、なるべくただし独占的ではなく、ディジタルインタフェース例えばＳＰＩバスを介して駆動可能である。

本発明によるこのような制御装置又はこのような方法は、特にただし独占的ではなく、自動車の電灯、電動機、加熱コイルのパルス幅変調される駆動に使用される。

実施例及び図及び表により本発明が以下に説明される。図には、本発明による制御装置又は方法の説明のために重要な構成要素のみが示される。特に本発明による制御可能な切換え素子は図に示されていない。本発明による方法を実施するための電子回路装置は、一般に構成に応じて一層複雑であってもよい。

本発明の第１実施例を１つの作動時点において示す。 第１実施例を他の作動時点において示す。 第１実施例の入力信号の波形を入力信号の位相位置及び衝撃係数の表１と共に示す。 本発明の第２実施例を１つの作動時点において示す。 異なる作動時点における図５の一部を示す。 更に異なる時点における図５の一部をプログラミングの表２と共に示す。

図１〜３は実施例の１つを概略的に示す。これらの図は多数の負荷を駆動するための本発明による制御装置を示し、負荷が同様に多数の異なるＰＷＭ入力信号により駆動される。“異なるＰＷＭ入力信号”は、ＰＷＭ入力信号が異なる位相位置又は衝撃係数を持っていることを意味する。

この実施例では、例えばＭ個の電気負荷がＮ個のＰＷＭ入力信号により駆動され、その際有利なようにＭ＞Ｎ、即ちＭはＮより大きい。しかしＭ＞＞Ｎ、即ちＮより著しく大きいＭも考えられる。ここでＭ及びＮは任意の自然数である。

Ｎ個のＰＷＭ入力信号の各々は、図３又は表１に示すように、多少異なる位相位置又は衝撃係数を持っている。表１には、図１に示されるすべてのＰＷＭ入力信号ＰＷＭ＿Ｉｎ１，．．．ＰＷＭ＿ＩｎＮの位相位置又は衝撃係数が示されている。従って第１のＰＷＭ入力信号ＰＷＭ＿Ｉｎ１は０°の位相位置及び３７．５％の衝撃係数を持ち、第３のＰＷＭ入力信号ＰＷＭ＿Ｉｎ３は９０°の位相位置及び２５％の衝撃係数を持っている。

これらの異なるＰＷＭ入力信号は、本発明による制御装置によって、それぞれの負荷に対応して投入される。これらの信号は、なるべく制御装置に統合されている制御可能な切換え手段により、必要に応じて選択され、同様にこれらの制御可能な切換え手段により、それぞれの負荷に接続される。その際１つのＰＷＭ信号を複数の負荷に接続することができる。

図１に示すように、第１のＰＷＭ入力端は、作動時点ｔ１に例えば負荷Ｌａｓｔ１，Ｌａｓｔ３及びＬａｓｔ４に接続される。それにより負荷Ｌａｓｔ１，Ｌａｓｔ３及びＬａｓｔ４は共通なＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｉｎ１により同時に駆動され、一方第２の入力端のＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｉｎ２は、負荷Ｌａｓｔｍ及びＬａｓｔｍ＋１を同時に駆動する。

他の作動時点ｔ２に、ＰＷＭ入力端又はＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｉｎ１は、図２に示すように負荷Ｌａｓｔ１，Ｌａｓｔ３及びＬａｓｔ４のほかにＬａｓｔ２も駆動する。作動時点ｔ１に負荷Ｌａｓｔ２を駆動したＰＷＭ入力端又はＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＩｎＮは、今やＬａｓｔＭを駆動する。

駆動すべき負荷へのＰＷＭ入力端の接続は、本発明によれば、制御装置に統合されている制御可能な切換え素子例えばマルチプレクス／デマルチプレクス方法により実行される。

ＰＷＭ入力信号は、例えば本発明による制御装置に対して別に構成される別個のＰＷＭ信号発生器により発生しかつ制御できるが、本発明による装置に統合されるＰＷＭ信号発生装置によっても発生しかつ制御することができる。

本発明による制御可能な切換え手段の駆動は、ディジタルインタフェース例えばＳＰＩバスにより行うことができる。

図４〜６は別の実施例を示し、図５及び６には、本発明による実施例を説明するため、図４の一部のみが示されている。この実施例は制御装置及び適当な方法を示し、それにより多数の負荷が、各負荷に個々に許されるＰＷＭ入力端により個々に、また共通なＰＷＭ入力端により、それぞれの位相位置を維持しながら駆動される。

この実施例では、なるべく各負荷に個々のＰＷＭ入力端が設けられている。このため作動の際必要に応じて異なる位相位置又は異なる衝撃係数及び同じ位相位置又は同じ衝撃係数で駆動される負荷に対して、共通なＰＷＭ入力端が設けられている。

図４に示すように、各負荷に、個々のＰＷＭ入力端（以下局部的ＰＷＭ入力端と称する）が切換え可能に付属している。局部的ＰＷＭ入力端のほかに、更に各負荷は、負荷に特有な共通の第２のＰＷＭ入力端に接続可能である。多数の負荷に対して共通に接続可能で負荷に特有なこのＰＷＭ入力端は、以下包括的ＰＷＭ入力端と称される。“負荷に特有な”という語は、共通なＰＷＭ入力端により同時に駆動される負荷が、例えば自動車の右側点滅灯のように共通な物理的機能特性を持っていることを意味している。

各負荷に対して、制御可能な切換え素子が本発明による制御装置に設けられている。各切換え素子は、局部的ＰＷＭ入力端と包括的ＰＷＭ入力端との間で、必要に応じて負荷を切換える。

従って局部的ＰＷＭ入力端又は包括的ＰＷＭ入力端により、各負荷を駆動することができる。局部的入力端と包括的入力端との間の切換えは、各包括的入力端に設けられる切換え信号ＰＷＭ＿Ｅｎａｂｌｅによって行われる。

各包括的ＰＷＭ入力信号に対する各ＰＷＭ＿Ｅｎａｂｌｅ信号は、それぞれの包括的入力端により最大に同時に駆動可能な若干数の負荷のように、若干数のビットを持っている。

図４からわかるように、包括的ＰＷＭ入力端ＰＷＭ＿Ｇｌｏｂａｌ１は、最大で４つの負荷Ｌａｓｔ１〜Ｌａｓｔ４を同時に駆動する。４つの負荷の各々は、他の３つの負荷とは無関係に、包括的入力端ＰＷＭ＿Ｇｌｏｂａｌ１に個々に接続されるか又は遮断される。

これは切換え信号ＰＷＭ＿Ｅｎａｂｌｅ、この場合４ビット信号ＰＷＭ＿Ｅｎａｂｌｅ１により可能にされる。切換え信号ＰＷＭ＿Ｅｎａｂｌｅ１は、包括的ＰＷＭ入力端ＰＷＭ＿Ｇｌｏｂａｌ１をそれぞれの負荷にセットする。

図５に示すように、切換え信号ＰＷＭ＿Ｅｎａｂｌｅ１は、作動時点ｔ１に、例えば２進信号値０１１０によりセットされる。それにより包括的ＰＷＭ入力端ＰＷＭ＿Ｇｌｏｂａｌ１が負荷Ｌａｓｔ２及びＬａｓｔ３に接続される。負荷Ｌａｓｔ１及びＬａｓｔ４は、それぞれ局部的ＰＷＭ入力端ＰＷＭ＿ｌｏｋａｌ４により駆動される。

作動時点ｔ２に、例えば図６に示すように、切換え信号ＰＷＭ＿Ｅｎａｂｌｅ１が２進信号値１１００によりセットされる。従って包括的ＰＷＭ入力端ＰＷＭ＿Ｇｌｏｂａｌ１が負荷Ｌａｓｔ１及びＬａｓｔ２に接続される。負荷Ｌａｓｔ３及びＬａｓｔ４は局部的ＰＷＭ入力端ＰＷＭ＿ｌｏｋａｌ２に接続される。

１つ又は複数の包括的ＰＷＭ入力端の採用により、ＰＷＭ信号により同じ位相位置又は同じ衝撃係数で駆動されねばならないか又は駆動可能な多数の負荷例えば車両の遠距離灯を、ただ１つの包括的ＰＷＭ入力端により駆動することができる。それにより能動ＰＷＭ信号の数を減少し、従って不必要なＰＷＭ信号によるＥＭＶ（電磁整合性）放射も減少することができる。

本発明の継続する構成は、上述した両方の実施例を組合わせることである。それにより多数の電気負荷の融通のきく駆動を、比較的僅かな費用及び僅かなＥＭＶ妨害で行うことができる。

上述した実施例は、多数の負荷を共通なＰＷＭ入力端により同時にかつ位相を最適化して駆動できるという、本発明による制御装置又はこれらの負荷の本発明によるパルス幅変調駆動方法の利点を明らかにする。

更にただ１つのＰＷＭ信号による多数の負荷の駆動により、能動ＰＷＭ入信号の数が減少され、それにより必要な計算費用も減少される。

上述した方法による装置によって、出力端の最大の融通性が同時に最小の制御費用及び最適なＰＷＭ分布で得られる。

次の表２は、図４〜６による実施例のプログラミングのビット図を示す。

レジスタ１〜４ＣＨ１ｃｏｎｔｒｏｌ〜ＣＨ４ｃｏｎｔｒｏｌは、ＰＷＭ衝撃係数及び位相位置による４つの局部的ＰＷＭ入力端ＰＷＭ＿ｌｏｋａｌ１〜ＰＷＭ＿ｌｏｋａｌ４の個々のプログラミングに用いられ、例えば８ビットＤ０〜Ｄ７はＰＷＭ衝撃係数の設定のために設けられ、２ビットＤ８〜Ｄ９は位相位置の設定のために設けられている。

レジスタ５即ちｇｌｏｂａｌＰＷＭｅｎａｂｌｅにより、制御装置は、局部的入力端ＰＷＭ＿ｌｏｋａｌ１〜４と包括的入力端ＰＷＭ＿Ｇｌｏｂａｌ１との間で、負荷Ｌａｓｔ１〜Ｌａｓｔ４を切換えることができる。レジスタ５即ちｇｌｏｂａｌＰＷＭｅｎａｂｌｅは４ビットを持ち、各ビットはそれぞれ負荷に対応している。

レジスタ６は、なるべく包括的入力端のＰＭＷ値即ちＰＷＭ衝撃係数及びＰＷＭ＿Ｇｌｏｂａｌの位相位置の設定に用いられる。包括的入力端の接続の際の位相位置は、なるべく局部的入力端により直接受け継がれ、こうして多相作動が打ち切られてはならない。

この方法は、可変な直流電圧源（例えば自動車電源回路にあって直列抵抗を持つ白熱電灯又はＬＥＤ）から光源の制御の際に役立つ。その際プログラミング段階の数及び制御装置の負荷が著しく減少される。

Claims (10)

1. 多数の電気負荷を駆動する制御装置であって、負荷がパルス幅変調される信号により駆動され、制御装置がそれぞれパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を有する多数のＰＷＭ入力端を持っているものにおいて、制御可能な切換え手段が設けられ、これらの切換え手段により少なくとも１つの負荷が、少なくとも２つの異なるＰＷＭ入力端のそれぞれ１つに接続可能であることを特徴とする、制御装置。
2. 少なくとも１つの負荷群なるべく各負荷に対して、個々のＰＷＭ入力端が設けられ、切換え手段により、更に１つの包括的なＰＷＭ入力端が設けられ、切換え手段により、負荷群の各負荷が、その個々のＰＷＭ入力端又は包括的なＰＷＭ入力端に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 少なくとも２つの負荷が１つのＰＷＭ入力端により同時に駆動可能であり、その際負荷が異なる位相位置で駆動されることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の制御装置。
4. 各負荷のため少なくとも２つのＰＷＭ入力端の１つとの接続が、すべての他の負荷とは無関係に別々に行われることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の制御装置。
5. 多数の電気負荷の駆動方法であって、負荷がパルス幅変調される信号により駆動され、負荷がそれぞれ１つのＰＷＭ信号を持つ多数のＰＷＭ入力端により駆動されるものにおいて、少なくとも１つの負荷が、少なくとも２つの異なるＰＷＭ入力端のそれぞれ１つに接続されることを特徴とする、方法。
6. 少なくとも２つの負荷が１つのＰＷＭ入力端により同時に駆動されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 少なくとも２つの負荷が２つのＰＷＭ入力端により異なる位相位置で駆動されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
8. 各負荷のため少なくとも２つのＰＷＭ入力端の１つとの接続が、すべての他の負荷とは無関係に別々に行われることを特徴とする、請求項５〜７の１つに記載の方法。
9. 請求項１〜４の１つに記載の制御装置又は請求項５〜８の１つに記載の方法による電灯、電動機、加熱コイルのような電気負荷の駆動。
10. 請求項１〜４の１つに記載の制御装置を持つか又は請求項５〜８の１つに記載の方法を使用する自動車。

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