JP2019086422A

JP2019086422A - 電圧測定装置

Info

Publication number: JP2019086422A
Application number: JP2017215380A
Authority: JP
Inventors: 豊青島; Yutaka Aoshima
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: JP6962785B2

Abstract

【課題】ＰＷＭ周期が共通し、非同期に動作する複数個のＰＷＭ回路を介して複数個の負荷に電力を供給する電源の電圧を測定する際に、安定した測定電圧値を得る。【解決手段】ＰＷＭ周期が共通し、非同期に動作する複数個のＰＷＭ回路を介して複数個の負荷に電力を供給する電源の電圧を測定する電圧測定装置であって、ＰＷＭ周期よりも短い周期で電源の電圧サンプリング値を取得するサンプリング部と、ＰＷＭ周期を単位として、電圧サンプリング値の平均化を行ない、測定電圧として出力する電圧算出部と、を備える電圧測定装置。【選択図】図１

Description

本発明は、電圧測定装置に関し、特に、ＰＷＭ周期が共通し、非同期に動作する複数個のＰＷＭ回路を介して複数個の負荷に電力を供給する電源の電圧を測定する電圧測定装置に関する。

直流電源から負荷に供給する電力を制御する際に、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御が広く用いられている。図４は、ＰＷＭ制御を用いた従来の電源システムの構成例を示すブロック図である。

本図の例では、バッテリ等の電源２００の電力を負荷２１０に供給する際に、制御部３００とＰＷＭ回路３５０とによりＰＷＭ制御を行なっている。制御部３００は、Ａ／Ｄ変換部３１０で電源２００の電圧をサンプリングし、電源電圧検出部３２０で電源電圧値を検出する。そして、検出した電源電圧値等に基づいてＰＷＭ制御部３３０がＰＷＭ回路３５０に対してデューティ比の設定等を行なう。ＰＷＭ回路３５０は、あらかじめ定められた周期Ｔｗ毎に、設定されたデューティ比に従ったＰＷＭ動作を行なう。

電源電圧は、負荷２１０への出力状態に応じて変動する場合がある。一般には、図５に示すように、ＰＷＭ制御のパルスが立ち上がっている期間で低くなり、パルスが立ち下がっている期間で高くなる。

例えば、Ａ／Ｄ変換部３１０によるサンプリングを、ＰＷＭ回路３５０の周期Ｔｗ毎に行なう場合には、各周期において、ほぼパルスが立ち上がっているタイミング（周期の開始部分）でサンプリングを行なうことで、本図に示すように安定した測定電圧値を得ることができる。測定電圧が安定することで、ＰＷＭ制御も安定し、負荷２１０の動作が不安定になることを避けることができる。

また、図示していないが、ほぼパルスが立ち下がっているタイミング（周期の終了部分）でサンプリングを行なうことでも、安定した測定電圧値を得ることができる。この場合は、測定電圧値自体は前者より高く測定されるが、ここでは、測定電圧値の安定性を問題とする。

特開２０１２−２０８０３５号公報

電源２００から、複数個の負荷２１０に個別のＰＷＭ制御で電力を供給する場合であっても、各負荷２１０についてのＰＷＭ回路３５０が同期していれば、上述のように各周期の所定のタイミングで電源電圧のサンプリングを行なうことで安定した測定電圧値を得ることができる。

しかしながら、各負荷２１０についてのＰＷＭ回路３５０が同期していない場合には、電源電圧が、各ＰＷＭ回路３５０の出力状況の影響を非同期に受ける。このため、図６に示すように、電源電圧が不規則に変動する。

ここで、本図は、周期Ｔｗで共通する３つのＰＷＭ制御（ＰＷＭ制御Ａ、ＰＷＭ制御Ｂ、ＰＷＭ制御Ｃ）が非同期で動作している例を示している。３つともパルスが立ち上がっている期間が最も電源電圧が低下し、３つともパルスが立ち下がっている期間が最も電源電圧が高くなっており、電源電圧が複数段階で不規則に変動している。

このため、ＰＷＭ周期で電源電圧のサンプリングを行なうと、そのときの状況に応じて測定電圧値が変動するために、不安定な測定結果が得られてしまう。これにより、ＰＷＭ制御も不安定となり、好ましくない。近年では、負荷２１０の多様化や数の増大等により、各ＰＷＭ回路３５０を同期動作させることが困難であることも多い。

そこで、本発明は、ＰＷＭ周期が共通し、非同期に動作する複数個のＰＷＭ回路を介して複数個の負荷に電力を供給する電源の電圧を測定する際に、安定した測定電圧値を得ることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様である電圧測定装置は、ＰＷＭ周期が共通し、非同期に動作する複数個のＰＷＭ回路を介して複数個の負荷に電力を供給する電源の電圧を測定する電圧測定装置であって、前記ＰＷＭ周期よりも短い周期で前記電源の電圧サンプリング値を取得するサンプリング部と、前記ＰＷＭ周期を単位として、前記電圧サンプリング値の平均化を行ない、測定電圧として出力する電圧算出部と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記電圧算出部は、前記ＰＷＭ周期を単位とした測定期間を、複数個、時間的に重ねて設定することができる。
また、前記電圧算出部は、前記ＰＷＭ周期を単位とした測定期間を、時間的に間隔を空けて設定してもよい。

本発明によれば、ＰＷＭ周期が共通し、非同期に動作する複数個のＰＷＭ回路を介して複数個の負荷に電力を供給する電源の電圧を測定する際に、安定した測定電圧値を得ることができる。

本発明の一態様である電圧測定装置を車両制御ユニットに適用した例を示すブロック図である。車両制御ユニットの電圧測定動作について説明する図である。測定期間の設定例を説明する図である。ＰＷＭ制御を用いた従来の電源システムの構成例を示すブロック図である。単独あるいは同期した複数のＰＷＭ制御と測定電圧値との関係を説明する波形図である。非同期の複数のＰＷＭ制御と測定電圧値との関係を説明する波形図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一態様である電圧測定装置を車両制御ユニット１０に適用した例を示すブロック図である。本図に示す車両制御ユニット１０は、バッテリ等の電源２００から、複数個の負荷２１０（負荷Ａ２１０ａ、負荷Ｂ２１０ｂ、負荷Ｃ２１０ｃ…）に供給する電力を制御する装置である。負荷２１０は、例えば、照明装置、空調機器、音響機器等とすることができる。これらの負荷２１０には、安定したＰＷＭ制御による電力供給が要求されるものが含まれているものとする。

車両制御ユニット１０は、制御部１００と、複数個のＰＷＭ回路１５０（ＰＷＭ回路Ａ１５０ａ、ＰＷＭ回路Ｂ１５０ｂ、ＰＷＭ回路Ｃ１５０ｃ…）を備えている。制御部１００は、例えば、マイクロコンピュータを用いて構成することができる。

各ＰＷＭ回路１５０は、ＰＷＭ周期が共通しているが、それぞれ非同期で動作する。ここで、ＰＷＭ周期が共通するとは、Ｎ倍（Ｎは自然数）すると一致する周期も含むものとする。例えば、ＰＷＭ周期ＴｗのＰＷＭ回路Ｘ１５０ｘに対して、ＰＷＭ周期（Ｔｗ／Ｎ）のＰＷＭ回路Ｙ１５０ｙもＰＷＭ周期がＴｗで共通することになる。

制御部１００は、Ａ／Ｄ変換部１１０、電圧算出部１２０、ＰＷＭ制御部１３０を備えている。Ａ／Ｄ変換部１１０は、サンプリング部として機能し、ＰＷＭ周期よりも十分短い周期（例えば、１／１０以下）で電源電圧のサンプリング値を取得する。

電圧算出部１２０は、ＰＷＭ周期を単位として、サンプリング値の平均化を行ない、測定電圧としてＰＷＭ制御部１３０に出力する。このため、電圧算出部１２０は、平均化演算に用いるサンプリング値を一時的に記憶するリングバッファを備えている。Ａ／Ｄ変換部１１０と電圧算出部１２０とが協働することにより、本発明の一態様である電圧測定装置２０として機能する。

ＰＷＭ制御部１３０は、電圧算出部１２０の測定電圧等に基づいて、デューティ比を設定する等により各ＰＷＭ回路１５０の動作の制御を行なう。

次に、本実施形態の車両制御ユニット１０の電圧測定動作について図２を参照して説明する。本実施形態において、各ＰＷＭ回路１５０は、ＰＷＭ周期がＴｗで共通するが、非同期に動作するため、本図に示すように、電源電圧が不規則に変動する。

そこで、Ａ／Ｄ変換部１１０は、ＰＷＭ周期よりも短いサンプリング周期Ｔｓでサンプリング値を取得する。例えば、ＰＷＭ周期Ｔｗが１８ｍｓであるとすると、０．５ｍｓ周期でサンプリング値を連続的に取得する。取得したサンプリング値はリングバッファに逐次格納する。

そして、電圧算出部１２０が、ＰＷＭ周期Ｔｗを単位として、サンプリング値の平均化を行ない、測定電圧値としてＰＷＭ制御部１３０に出力する。すなわち、ＰＷＭ周期Ｔｗと等しい時間が電圧の測定期間となり、測定期間中のサンプリング値の平均値が測定電圧値となる。

平均化演算は、Ｔｗ／Ｔｓ個のサンプリング値を用いて行なうため、電圧算出部１２０は、少なくともＴｗ／Ｔｓ個分のリングバッファを備えておくようにする。例えば、ＰＷＭ周期Ｔｗが１８ｍｓ、サンプリング周期Ｔｓが０．５ｍｓの場合、３６個のサンプリング値の平均演算を行なうことになるため、リングバッファに少なくとも３６個分のサンプリング値を記憶できるようにしておく。

これにより、図２に示すように、非同期に動作するＰＷＭ回路１５０によって電源電圧が不規則に変動するのにもかかわらず、安定した測定電圧値を得ることができる。

なお、電圧算出部１２０は、任意のタイミングで電圧算出を行なうことができる。すなわち、ＰＷＭ制御過程において、電源電圧が必要なタイミングで、直近のＴｗ／Ｔｓ個のサンプリング値の平均演算を行なって、測定電圧として出力することができる。

このため、例えば、図３（ａ）に示すように、異なる測定期間が時間的に重なっていてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、測定期間と測定期間との間が時間的に空いていてもよい。さらには、図３（ｃ）に示すように、不定間隔で測定期間を設けてもよい。

本実施形態の車両制御ユニット１０の電圧測定動作では、ＰＷＭ周期を単位としたサンプリング値の平均値を測定電圧値としているため、例えば、制御部１００の動作を司る制御プログラムのメインルーチンの動作周期にも依存せずに、任意のタイミングで安定した測定電圧値を得ることができる。

１０車両制御ユニット
２０電圧測定装置
１００制御部
１１０Ａ／Ｄ変換部
１２０電圧算出部
１３０ＰＷＭ制御部
１５０ＰＷＭ回路
２００電源
２１０負荷

Claims

ＰＷＭ周期が共通し、非同期に動作する複数個のＰＷＭ回路を介して複数個の負荷に電力を供給する電源の電圧を測定する電圧測定装置であって、
前記ＰＷＭ周期よりも短い周期で前記電源の電圧サンプリング値を取得するサンプリング部と、
前記ＰＷＭ周期を単位として、前記電圧サンプリング値の平均化を行ない、測定電圧として出力する電圧算出部と、
を備えることを特徴とする電圧測定装置。
前記電圧算出部は、前記ＰＷＭ周期を単位とした測定期間を、複数個、時間的に重ねて設定することを特徴とする請求項１に記載の電圧測定装置。
前記電圧算出部は、前記ＰＷＭ周期を単位とした測定期間を、時間的に間隔を空けて設定することを特徴とする請求項１に記載の電圧測定装置。