JP2017224926A - チャタリング除去回路 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで簡易な構成で、入力信号の変化に対する出力信号のレスポンスを向上できるチャタリング除去回路を提供する。
【解決手段】入力端子（ｆｉｎ）からの入力信号に含まれるチャタリングを除去し、チャタリングを除去した信号を、出力端子（ｆｏｕｔ）から出力するチャタリング除去回路（３０）であって、抵抗（３１）とコンデンサ（３２）とで構成されたフィルタ回路（３０ａ）と、フィルタ回路とは別に設けられ、フィルタ回路のコンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路（３０ｂ）と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、チャタリング除去回路に関する。

接点開閉素子を有するスイッチ、キーやリレーは、開閉時に接点がチャタリングを起こし、出力信号にチャタリングが発生することがある。

図４に、従来のチャタリング除去回路を、スイッチ１０の状態に基づいて負荷５０の駆動制御を行う電子制御装置１に適用した例を示す。電子制御装置１は、変換回路２０、チャタリング除去回路３０、駆動回路４０を備える。電子制御装置１には、端子２にスイッチ１０が接続され、端子３に負荷５０が接続される。

スイッチ１０は、周知の接点開閉素子を有し、一方の接点は、端子２を介して、電子制御装置１内部の、電源端子４に接続されたプルアップ抵抗１１に接続され、もう一方の接点は接地（ＧＮＤ）に接続される。

変換回路２０は、端子２を介してスイッチ１０に接続され、スイッチ１０の接点の開閉を電気信号に変換する。変換回路２０は、スイッチング素子であるトランジスタ２１、端子２とトランジスタ２１との間に接続された、ベース電流制限用のベース抵抗２２、ベース−エミッタ間に接続され、トランジスタ２１が確実にオフ状態になるようにし、かつ、ベースが開放状態にならないようにするベース−エミッタ抵抗２３を含む。

変換回路２０は、スイッチ１０の接点の開閉を電気信号に変換して、その論理を反転する。スイッチ１０の接点が開状態、すなわちスイッチがオフ状態のときは、端子２の電位はＨレベル（例えば、電源電圧とほぼ同じ）で、トランジスタ２１はオフ状態となり、コレクタ端子はＬレベル（例えば、ＧＮＤの電位とほぼ同じ）を出力する。また、スイッチ１０の接点が閉状態、すなわちスイッチがオン状態のときは、端子２の電位はＬレベル（例えば、ＧＮＤの電位とほぼ同じ）で、トランジスタ２１はオン状態となり、コレクタ端子はＨレベル（例えば、電源電圧とほぼ同じ）を出力する。

チャタリング除去回路３０は、変換回路２０の出力側（トランジスタ２１のコレクタ）に接続された入力端子ｆｉｎと、駆動回路４０の入力（ゲート抵抗４２）に接続された出力端子ｆｏｕｔとの間に接続された抵抗３１と、抵抗３１の出力端子ｆｏｕｔ側とＧＮＤとの間に接続されたコンデンサ３２とで構成されたＣＲフィルタであるフィルタ回路３０ａを含む。

駆動回路４０は、スイッチング素子であるＦＥＴ４１、ゲート電流制限用のゲート抵抗４２、ドレイン−ソース間の電圧を一定に保ち、リレー４４を安定動作させる定電圧ダイオード４３、負荷５０の駆動／停止を行うリレー４４を含む。

図５に、図４の構成における、スイッチ１０を操作したときの、端子２の電圧Ｖ１、コンデンサ３２の電圧Ｖｃ、端子３の電圧Ｖ２の状態を示す。スイッチ１０がオフ状態（ＯＦＦ）のとき、Ｖ１はＨレベルで、トランジスタ２１はオフ状態である。

スイッチ１０をオフ状態からオン状態（ＯＮ）とし、Ｖ１がＨレベル（ＯＦＦ）からＬレベル（ＯＮ）に変化すると、変換回路２０のトランジスタ２１がオン状態となる。このとき、電源−トランジスタ２１−抵抗３１−コンデンサ３２−ＧＮＤの経路が形成され、コンデンサ３２は電荷の蓄積（すなわち、充電）を開始する。スイッチ１０でチャタリングが発生すると、（ａ）のようにチャタリングに合わせてＶ１およびトランジスタ２１の状態も変動する。しかし、コンデンサ３２で変動分を吸収し、Ｖｃが後述のＶｔｈを超えないので、Ｖ２はＬレベル（例えば、ＧＮＤの電位とほぼ同じ）のまま変化しない。

コンデンサ３２への充電が進み、スイッチ１０をオフ状態からオン状態にしてから時間Ｔ２１が経過して、Ｖｃが所定値（Ｖｔｈ）を超えると、ＦＥＴ４１がオン状態となり、リレー４４がオン状態となる。これにより、Ｖ２がＬレベル（ＯＦＦ）からＨレベル（ＯＮ）（例えば、電源電圧とほぼ同じ）に変化し、負荷５０に電源を供給する。Ｖｔｈは、例えば、チャタリングが発生しているときのＶｃよりも高く設定する。

この後、スイッチ１０をオン状態からオフ状態にしたとき、Ｖ１はＬレベルからＨレベルに変化し、変換回路２０のトランジスタ２１がオフ状態となり、コンデンサ３２は電荷の放電を開始する。放電された電荷は、矢印のように流れて抵抗３１で消費される。このとき、スイッチ１０でチャタリングが発生すると、（ｂ）のようにチャタリングに合わせてＶ１およびトランジスタ２１の状態も変動する。しかし、コンデンサ３２で変動分を吸収し、ＶｃがＶｔｈを下回らないので、Ｖ２はＨレベルのまま変化しない。

コンデンサ３２の放電が進み、スイッチ１０をオン状態からオフ状態にしてから時間Ｔ２２が経過して、ＶｃがＶｔｈを下回ると、ＦＥＴ４１がオフ状態となり、リレー４４がオフ状態となる。これにより、Ｖ２がＨレベルからＬレベルとなり、負荷５０への電源の供給を停止する。

特開平０８−２３７０８７号公報

一般に、フィルタ回路３０ａのコンデンサ３２の充放電時間は、抵抗３１とコンデンサ３２とによる時定数によって決まる。フィルタ回路３０ａでは、チャタリングの周波数成分をカットするために、高域遮断周波数を低くする、すなわち、時定数を大きくする必要がある。時定数が大きくなると、入力電圧に対す出力電圧の応答は遅くなるため、Ｖｃの変化は緩やかになる。

図４および図５の構成では、負荷５０を停止させたいとき、スイッチ１０をオフ状態にしても、実際にＶ２がＬレベルになるまでに時間（Ｔ２２）を要するので、応答性が悪くなる。

また、Ｖｃが、Ｖｔｈよりも低い値からＶｔｈを超えたことをオン状態の判定条件とする場合、時間Ｔ２２の間、すなわち、コンデンサの電圧がＶｔｈを下回らない間に、スイッチ１０をオン状態にしたとき、スイッチ１０がオン状態になったと判定できない。つまり、負荷５０を停止させた後、直ぐに再駆動できない。ユーザは、負荷５０のレスポンスが遅いと感じる。

機械的接点の断続を利用してパルスを発生させるパルスジェネレータにおいて、チャタリング除去後のパルスのデューティー比が、原波形から大きく変化しないチャタリング除去回路が開示されている（特許文献１参照）。これにより、コンデンサの放電時間を短縮できる。しかし、放電時間の短縮のためにバッファを用いている。バッファは、抵抗やコンデンサに比べて価格が高い。

上記課題を背景として、本発明は、低コストで簡易な構成で、入力信号の変化に対する出力信号のレスポンスを向上できるチャタリング除去回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのチャタリング除去回路は、入力端子（ｆｉｎ）からの入力信号に含まれるチャタリングを除去し、チャタリングを除去した信号を、出力端子（ｆｏｕｔ）から出力するチャタリング除去回路（３０）であって、抵抗（３１）とコンデンサ（３２）とで構成されたフィルタ回路（３０ａ）と、フィルタ回路とは別に設けられ、フィルタ回路のコンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路（３０ｂ）と、を含む。

上記構成によって、コンデンサからの電荷の放電を、従来よりも早く終わらせることができる。また、放電回路の定数設定により、Ｖ１がオン状態からオフ状態に変化してから、Ｖ２がオン状態からオフ状態に変化するまでの時間（図１のＴ１２）を調整できる。例えば、入力信号のチャタリングを除去した後、ただちにＶ２がオフ状態になったか否かを判定できる。つまり、オン状態からオフ状態に変化したことを判定する時間を短縮でき、入力信号の変化に対する出力信号のレスポンスを向上できる。また、放電回路は、少なくとも抵抗を含んでいればよいので、バッファを用いる構成に比べ、比較的低コストで実現できる。

チャタリング除去回路を電子制御装置に適用した構成を示す図。 図１における各部の電圧の変化を示す図。 チャタリング除去回路をワイパー駆動装置に適用した例を示す図。 従来のチャタリング除去回路を電子制御装置に適用した構成を示す図。 図４における各部の電圧の変化を示す図。

図１に、チャタリング除去回路を、スイッチ１０の状態に基づいて負荷５０の駆動制御を行う電子制御装置１に適用した例を示す。なお、図１の構成は、図４のチャタリング除去回路３０を改良したものであるため、図１と同様の構成については同一の符号を付与し、ここでの説明は省略する。図１では、チャタリング除去回路３０に、コンデンサ３２の電荷を放電させるための放電回路３０ｂを追加している。

放電回路３０ｂは、ダイオード３３と放電用抵抗３４を含む。ダイオード３３は、カソードが入力端子ｆｉｎ側、アノードが出力端子ｆｏｕｔ側となるように、抵抗３１と並列接続される。放電用抵抗３４は、ダイオード３３のカソードと接地（ＧＮＤ）との間に接続される。

上述の、「フィルタ回路の抵抗は、入力端子と出力端子との間に接続され、フィルタ回路のコンデンサは、フィルタ回路の抵抗の出力端子側と接地との間に接続され、放電回路は、ダイオード（３３）と放電用抵抗（３４）とを含み、ダイオードは、入力端子側がカソードとなるようにフィルタ回路の抵抗に並列接続され、放電用抵抗は、ダイオードのカソードと接地との間に接続される」構成によって、コンデンサに蓄積された電荷は、フィルタ回路の抵抗をバイパスしダイオードを経由して、放電用抵抗に流れる。放電用抵抗の値をフィルタ回路の抵抗の値よりも小さくすれば、放電に要する時間を短縮できる。また、バッファのような高価な部品を使用しないので、比較的低コストで実現できる。

抵抗３１、コンデンサ３２、放電用抵抗３４の定数は、抵抗３１とコンデンサ３２とで構成された直列回路の両端に発生する電圧と、放電用抵抗３４の両端に発生する電圧とが等しくなるように設定する。例えば、抵抗３１を３３キロオーム、コンデンサ３２を１０マイクロファラド、放電用抵抗３４を６．８キロオームに設定する。

上述の、「入力信号に応じて、フィルタ回路の抵抗とフィルタ回路のコンデンサとで構成された直列回路の両端に発生する電圧と、放電用抵抗の両端に発生する電圧とが等しくなるように、フィルタ回路の抵抗、フィルタ回路のコンデンサ、および放電用抵抗の定数を設定する」構成によって、放電回路を追加する前と後で、フィルタ回路のコンデンサに電荷が蓄積される状態を変わらないようにできる。よって、Ｖ１がオフ状態からオン状態に変化してから、Ｖ２がオフ状態からオン状態に変化するまでの時間（図２のＴ１１）は、従来（図５のＴ２１）と変わらない。つまり、ユーザがスイッチをオン状態にしたときの、負荷のレスポンスが変わらない。

図２に、図１の構成における、スイッチ１０を操作したときの、端子２の電圧Ｖ１、コンデンサ３２の電圧Ｖｃ、端子３の電圧Ｖ２の状態を示す。Ｖ１の状態は、図５と同様である。

スイッチ１０をオフ状態からオン状態（ＯＮ）とし、Ｖ１がＨレベル（ＯＦＦ）からＬレベル（ＯＮ）に変化すると、変換回路２０のトランジスタ２１がオン状態となり、コンデンサ３２は電荷の蓄積（すなわち、充電）を開始する。図５と同様に、スイッチ１０でチャタリングが発生しても（ａ）、コンデンサ３２でＶ１の変動分を吸収するので、Ｖ２は変化しない。

コンデンサ３２への充電が進み、スイッチ１０をオフ状態からオン状態にしてから時間Ｔ１１が経過して、Ｖｃが所定値（Ｖｔｈ）を超えると、ＦＥＴ４１がオフ状態からオン状態となり、リレー４４がオフ状態からオン状態となる。これにより、Ｖ２がＬレベル（ＯＦＦ）からＨレベル（ＯＮ）になり、負荷５０に電源を供給する。Ｖｔｈは、図５と同様に、チャタリングが発生しているときのＶｃよりも高く設定する。

上述のように、抵抗３１、コンデンサ３２、放電用抵抗３４の定数を設定することで、図１および図５において、抵抗３１とコンデンサ３２からなる直列回路の両端に発生する電圧は等しくなるので、スイッチ１０をオフ状態からオン状態にしてからＶｃがＶｔｈを上回るまでの時間（Ｔ１１、Ｔ１２）も等しくなる。

この後、スイッチ１０をオン状態からオフ状態にしたとき、Ｖ１はＬレベルからＨレベルに変化し、変換回路２０のトランジスタ２１がオフ状態となり、コンデンサ３２は電荷の放電を開始する。図５と同様に、スイッチ１０でチャタリングが発生しても（ｂ）、コンデンサ３２でＶ１の変動分を吸収するので、Ｖ２は変化しない。

放電された電荷は、矢印のように流れ、ダイオード３３を経由して放電用抵抗３４で消費される。一般に、ダイオードの順方向の抵抗値はゼロに近いので、抵抗３１には電流は流れにくい。

コンデンサ３２の放電が進み、スイッチ１０をオン状態からオフ状態にしてから時間Ｔ１２が経過して、ＶｃがＶｔｈを下回ると、ＦＥＴ４１がオン状態からオフ状態となり、リレー４４がオン状態からオフ状態となる。これにより、Ｖ２がＨレベルからＬレベルになり、負荷５０への電源の供給を停止する。

コンデンサ３２と放電用抵抗３４との時定数は、コンデンサ３２と抵抗３１との時定数よりも小さい。よって、Ｖ２の減少率は、図４の構成に比べて大きくなり、Ｔ１２は、Ｔ２２よりも小さくなる。これにより、Ｖ２は、図４の構成よりも短い時間でオン状態からオフ状態に変化する。

図３に、チャタリング除去回路を適用した電子制御装置の構成例として、ワイパー駆動装置１００を示す。ワイパー駆動装置１００は、ボデーＥＣＵ１１０、ボデーＥＣＵ１１０に接続されたコンビスイッチ１１１、レインセンサ１１２、ワイパーリレーモジュール１２０、および、ワイパーリレーモジュール１２０に接続されたモータ１２１を備える。

ボデーＥＣＵ１１０は、車両のボデー系の装置の制御を統括して行う。ボデー系の装置は、ワイパー駆動装置の他に、車両の内外の灯火装置、ドアロック装置、パワーウインドウを挙げることができる。

コンビスイッチ１１１は、ワイパーの操作スイッチが一体に構成され、車両の運転者が操作してワイパーの種々の動作モードを設定する。コンビスイッチ１１１は、例えば、ワイパーを間欠動作させるＩＮＴスイッチ（ワイパーを自動動作させるＡｕｔｏスイッチと兼用してもよい）、ワイパーを低速動作させるＬｏスイッチ、ワイパーを高速動作させるＨｉスイッチ、間欠動作時の時間を設定する可変抵抗、ウォッシャー液を噴射させるためのスイッチを備える。コンビスイッチ１１１は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信線１１３により、ボデーＥＣＵ１１０に接続される。

レインセンサ１１２は、ガラス（例えば、フロントガラス）に向けて発光した赤外線の反射光を利用して、該ガラスに付着した雨滴量を検出する。レインセンサ１１２は、例えば、機器同士を１対１で接続する「ジカ線」により、ボデーＥＣＵ１１０に接続される。

ワイパーリレーモジュール１２０は、図１の電子制御装置１に相当する。ワイパーリレーモジュール１２０は、例えば、ＣＸＰＩ（Clock Extension Peripheral Interface）通信線１１４により、ボデーＥＣＵ１１０に接続される。モータ１２１は、図１の負荷５０に相当する。モータ１２１は、「ジカ線」により、ワイパーリレーモジュール１２０に接続される。

モータ１２１は、ワイパーリレーモジュール１２０により駆動制御され、雨滴を払拭するワイパーブレードを駆動させる。

上述の構成により、ボデーＥＣＵ１１０は、コンビスイッチ１１１およびレインセンサ１１２の状態に基づき、ワイパーの動作モードを決定し、ワイパーリレーモジュール１２０に出力する。ワイパーリレーモジュール１２０は、動作モードに基づき、リレー（図１の４４に相当）のオン／オフ制御を行い、モータ１２１を駆動する。例えば、Ａｕｔｏスイッチがオン状態のときは、レインセンサ１１２の雨滴検出状態に基づいて、ワイパーの動作速度を決定する。

図３では、コンビスイッチ１１１のうち、Ｈｉスイッチ（図１のスイッチ１０に相当）が、ワイパーリレーモジュール１２０に「ジカ線」である信号線１１５により接続されている。接続先は、図１の端子２に相当する。これは、断線その他の原因による通信途絶によって、ＣＸＰＩ通信線１１４を介してボデーＥＣＵ１１０からワイパーの動作モードを取得できなくなったとき、少なくとも、ワイパーの高速動作だけは行えるようにしている。

これにより、運転者は、ワイパーが高速動作しかしないことから、ワイパーの操作系統に異常が発生したことを認識できる。さらに、異常時に高速動作を行うことで、運転時の視界を確保できる。

図３の、「チャタリング除去回路は、車両のワイパーの駆動制御を行うワイパー駆動装置（１００）に用いられ、入力信号は、ワイパーの動作モードを選択するコンビスイッチ（１１１）の操作により発生する」構成によって、コンビスイッチに含まれるスイッチをオン状態からオフ状態に操作したとき、実際にワイパーが止まるまでの時間を短縮できる。

ワイパーの操作系統に異常が発生すると、運転者が、コンビスイッチ１１１を操作して、ＩＮＴスイッチやＬｏスイッチをオン状態にしても、ワイパーは動作しない。ここで、運転者は、間欠動作間隔を変えてみたり、Ｈｉスイッチをオン状態にすると考えられる。

Ｈｉスイッチをオン状態にすると、ワイパーが動作する。そこで、運転者は、確認のため、再度、他のスイッチをオン状態にしようとする。図５の構成では、コンデンサの放電時間が長く、Ｈｉスイッチのオフ判定に時間がかかる。一方、図１の構成では、コンデンサの放電時間を短縮でき、Ｈｉスイッチのオフ判定の時間も短縮できる。すなわち、運転者が、Ｈｉスイッチがオン状態から、他のスイッチをオン状態にしたとき、ワイパーが停止するまでの時間が短くなる。よって、他のスイッチをオン状態にしても、ワイパーが動作しないことを短時間で確認できる。

以上、実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、上記形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

１０ スイッチ（Ｈｉスイッチ）
３０ チャタリング除去回路
３０ａ フィルタ回路
３０ｂ 放電回路
３１ 抵抗
３２ コンデンサ
３３ ダイオード
３４ 放電用抵抗
１００ ワイパー駆動装置
１１１ コンビスイッチ
ｆｉｎ 入力端子
ｆｏｕｔ 出力端子
ＧＮＤ 接地

Claims (4)

1. 入力端子（ｆｉｎ）からの入力信号に含まれるチャタリングを除去し、チャタリングを除去した信号を、出力端子（ｆｏｕｔ）から出力するチャタリング除去回路（３０）であって、
   抵抗（３１）とコンデンサ（３２）とで構成されたフィルタ回路（３０ａ）と、
   前記フィルタ回路とは別に設けられ、前記フィルタ回路のコンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路（３０ｂ）と、
   を含むチャタリング除去回路。
2. 前記フィルタ回路の抵抗は、前記入力端子と前記出力端子との間に接続され、前記フィルタ回路のコンデンサは、前記フィルタ回路の抵抗の出力端子側と接地（ＧＮＤ）との間に接続され、
   前記放電回路は、ダイオード（３３）と放電用抵抗（３４）とを含み、
   前記ダイオードは、前記入力端子側がカソードとなるように前記フィルタ回路の抵抗に並列接続され、前記放電用抵抗は、前記ダイオードのカソードと接地との間に接続される請求項１に記載のチャタリング除去回路。
3. 前記入力信号に応じて、前記フィルタ回路の抵抗と前記フィルタ回路のコンデンサとで構成された直列回路の両端に発生する電圧と、前記放電用抵抗の両端に発生する電圧とが等しくなるように、前記フィルタ回路の抵抗、前記フィルタ回路のコンデンサ、および前記放電用抵抗の定数を設定する請求項２に記載のチャタリング除去回路。
4. 前記チャタリング除去回路は、車両のワイパーの駆動制御を行うワイパー駆動装置（１００）に用いられ、
   前記入力信号は、前記ワイパーの動作モードを選択するコンビスイッチ（１１１）の操作により発生する請求項２または請求項３に記載のチャタリング除去回路。

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