JP2020088829A - Triangular wave output circuit, PWM signal output circuit, drive circuit, and mechanical load generator - Google Patents

Triangular wave output circuit, PWM signal output circuit, drive circuit, and mechanical load generator Download PDF

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Abstract

To provide a triangular wave output circuit capable of ensuring output waveform.SOLUTION: A triangular wave output circuit 100 includes a first output circuit 11 and a second output circuit 12. The first output circuit 11 outputs a reference voltage V1. The second output circuit 12 outputs a fluctuation voltage V2 in which the voltage value repeats alternating rise and fall following reference voltage V1. The second output circuit 12 outputs the fluctuation voltage V2 as triangle wave V2 by adjusting the reference voltage V1 in the first output circuit 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、一般に三角波出力回路、PWM信号出力回路、駆動回路、及び機械的負荷発生装置に関する。より詳細には、本開示は、三角波を出力する三角波出力回路、PWM信号出力回路、駆動回路、及び機械的負荷発生装置に関する。 The present disclosure generally relates to a triangular wave output circuit, a PWM signal output circuit, a drive circuit, and a mechanical load generator. More specifically, the present disclosure relates to a triangular wave output circuit that outputs a triangular wave, a PWM signal output circuit, a drive circuit, and a mechanical load generator.

特許文献1には、充放電回路に充放電切替信号を入力して容量負荷の充電・放電を切り替えることにより、2つの異なる電位間で傾きを有する三角波を発生させる三角波生成回路が開示されている。この三角波生成回路では、2つの比較回路により三角波と高電位及び低電位をそれぞれ比較する。そして、2つの比較回路の出力をラッチするSRラッチの出力信号を、充放電切替信号としている。 Patent Document 1 discloses a triangular wave generation circuit that generates a triangular wave having a slope between two different potentials by inputting a charge/discharge switching signal to the charge/discharge circuit to switch charging/discharging of a capacitive load. .. In this triangle wave generation circuit, two comparison circuits compare the triangle wave with the high potential and the low potential, respectively. The output signal of the SR latch that latches the outputs of the two comparison circuits is used as the charge/discharge switching signal.

特開2009−246595号公報JP, 2009-246595, A

本開示は、出力波形が鈍りにくい三角波出力回路、PWM信号出力回路、駆動回路、及び機械的負荷発生装置を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a triangular wave output circuit, a PWM signal output circuit, a drive circuit, and a mechanical load generator whose output waveform does not easily dull.

本開示の一態様に係る三角波出力回路は、第1出力回路と、第2出力回路と、を備える。前記第1出力回路は、基準電圧を出力する。前記第2出力回路は、前記基準電圧に追従して、電圧値が上昇と下降とを交互に繰り返す変動電圧を出力する。前記第2出力回路は、前記第1出力回路にて前記基準電圧を調整されることにより、前記変動電圧を三角波として出力する。 A triangular wave output circuit according to an aspect of the present disclosure includes a first output circuit and a second output circuit. The first output circuit outputs a reference voltage. The second output circuit follows the reference voltage and outputs a fluctuating voltage whose voltage value alternately repeats rising and falling. The second output circuit outputs the fluctuating voltage as a triangular wave by adjusting the reference voltage by the first output circuit.

本開示の一態様に係るPWM信号出力回路は、上記の三角波出力回路と、比較回路と、を備える。前記比較回路は、前記三角波出力回路から出力される前記三角波と閾値電圧とを比較し、比較結果に応じたPWM信号を出力する。 A PWM signal output circuit according to an aspect of the present disclosure includes the above triangular wave output circuit and a comparison circuit. The comparison circuit compares the triangular wave output from the triangular wave output circuit with a threshold voltage, and outputs a PWM signal according to the comparison result.

本開示の一態様に係る駆動回路は、上記のPWM信号出力回路と、スイッチング素子と、を備える。前記スイッチング素子は、負荷用電源と負荷との間に電気的に接続されて、前記PWM信号出力回路から出力される前記PWM信号により駆動する。 A drive circuit according to one aspect of the present disclosure includes the PWM signal output circuit described above and a switching element. The switching element is electrically connected between the load power source and the load and is driven by the PWM signal output from the PWM signal output circuit.

本開示の一態様に係る機械的負荷発生装置は、上記の駆動回路と、磁気粘性流体と、前記負荷としての磁界発生部と、を備える。前記磁界発生部は、前記駆動回路に駆動されることで前記磁気粘性流体に磁界を印加することにより、前記磁気粘性流体の粘性を変化させる。 A mechanical load generation device according to an aspect of the present disclosure includes the drive circuit described above, a magnetorheological fluid, and a magnetic field generation unit serving as the load. The magnetic field generation unit is driven by the drive circuit to apply a magnetic field to the magnetorheological fluid to change the viscosity of the magnetorheological fluid.

本開示は、出力波形が鈍りにくい、という利点がある。 The present disclosure has an advantage that the output waveform is less likely to be dull.

図1は、本開示の一実施形態に係る三角波出力回路の概略構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a triangular wave output circuit according to an embodiment of the present disclosure. 図2は、同上の三角波出力回路の動作を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of the above triangular wave output circuit. 図3は、同上の三角波出力回路を用いたPWM信号出力回路及び駆動回路の概略構成を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a PWM signal output circuit and a drive circuit using the above triangular wave output circuit. 図4は、同上のPWM信号出力回路の動作を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of the above PWM signal output circuit. 図5Aは、本開示の一実施形態に係る機械的負荷発生装置の概略構成を示す平面図である。図5Bは、同上の機械的負荷発生装置を示す図5AのX1−X1線断面図である。FIG. 5A is a plan view showing a schematic configuration of a mechanical load generation device according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 5B is a sectional view taken along line X1-X1 of FIG. 5A showing the mechanical load generator of the above. 図6Aは、本開示の一実施形態の変形例に係る三角波出力回路の動作を示す説明図である。図6Bは、同上の三角波出力回路を用いた駆動回路の動作を示す説明図である。FIG. 6A is an explanatory diagram illustrating an operation of the triangular wave output circuit according to the modified example of the embodiment of the present disclosure. FIG. 6B is an explanatory diagram showing the operation of the drive circuit using the above triangular wave output circuit.

(1)概要
本実施形態の三角波出力回路100は、図1に示すように、三角波V2を生成して出力する回路である。三角波出力回路100が出力する三角波V2は、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)信号出力回路200にてPWM信号S1を出力するために用いられる(図3参照)。本実施形態では、三角波V2は、図2に示すように、のこぎり波である。つまり、本実施形態では、三角波V2は、信号値(電圧値)の下降時における傾きが、信号値の上昇時における傾きよりも大きくなっている。
(1) Outline The triangular wave output circuit 100 of the present embodiment is a circuit that generates and outputs a triangular wave V2, as shown in FIG. The triangular wave V2 output by the triangular wave output circuit 100 is used for the PWM (Pulse Width Modulation) signal output circuit 200 to output the PWM signal S1 (see FIG. 3). In this embodiment, the triangular wave V2 is a sawtooth wave as shown in FIG. In other words, in the present embodiment, the triangular wave V2 has a larger slope when the signal value (voltage value) is lower than the slope when the signal value is rising.

三角波出力回路100は、図1に示すように、第1出力回路11と、第2出力回路12と、を備えている。第1出力回路11は、基準電圧V1を出力する。第2出力回路12は、基準電圧V1に追従して、電圧値が上昇と下降とを交互に繰り返す変動電圧V2を出力する。つまり、変動電圧V2は、図2に示すように、基準電圧V1よりも低い場合は基準電圧V1に達するように上昇し、基準電圧V1よりも高い場合は基準電圧V1に達するように下降する。 As shown in FIG. 1, the triangular wave output circuit 100 includes a first output circuit 11 and a second output circuit 12. The first output circuit 11 outputs the reference voltage V1. The second output circuit 12 follows the reference voltage V1 and outputs the fluctuating voltage V2 in which the voltage value alternately repeats rising and falling. That is, as shown in FIG. 2, the fluctuating voltage V2 increases so as to reach the reference voltage V1 when it is lower than the reference voltage V1, and decreases so as to reach the reference voltage V1 when it is higher than the reference voltage V1.

そして、第2出力回路12は、第1出力回路11にて基準電圧V1を調整されることにより、変動電圧V2を三角波V2として出力する。つまり、本実施形態では、第1出力回路11は、基準電圧V1として、第1基準電圧V11と、第2基準電圧V12(>第1基準電圧V11)とを出力し得る。そして、第1出力回路11は、基準電圧V1が第1基準電圧V11である場合に、変動電圧V2が第1基準電圧V11に達すると、基準電圧V1として第2基準電圧V12を出力する。また、第1出力回路11は、基準電圧V1が第2基準電圧V12である場合に、変動電圧V2が第2基準電圧V12に達すると、基準電圧V1として第1基準電圧V11を出力する。このように、第1出力回路11が第1基準電圧V11と第2基準電圧V12とを交互に出力するように動作することで基準電圧V1が調整されることにより、第2出力回路12が出力する変動電圧V2は、三角波V2となる。 Then, the second output circuit 12 outputs the variable voltage V2 as the triangular wave V2 by adjusting the reference voltage V1 by the first output circuit 11. That is, in the present embodiment, the first output circuit 11 can output the first reference voltage V11 and the second reference voltage V12 (>the first reference voltage V11) as the reference voltage V1. Then, the first output circuit 11 outputs the second reference voltage V12 as the reference voltage V1 when the variation voltage V2 reaches the first reference voltage V11 when the reference voltage V1 is the first reference voltage V11. Further, the first output circuit 11 outputs the first reference voltage V11 as the reference voltage V1 when the variable voltage V2 reaches the second reference voltage V12 when the reference voltage V1 is the second reference voltage V12. In this way, the first output circuit 11 operates so as to alternately output the first reference voltage V11 and the second reference voltage V12, and the reference voltage V1 is adjusted, whereby the second output circuit 12 outputs. The fluctuating voltage V2 is a triangular wave V2.

上述のように、本実施形態では、三角波(変動電圧)V2を直接変化させるのではなく、基準電圧V1を調整することにより、三角波V2を間接的に変化させている。このため、本実施形態では、三角波V2を直接変化させる場合と比較して、三角波V2に与える影響が小さく、結果として三角波出力回路100の出力波形(つまり、三角波V2の波形)が鈍りにくい、という利点がある。 As described above, in the present embodiment, the triangular wave V2 is indirectly changed by adjusting the reference voltage V1 instead of directly changing the triangular wave (variable voltage) V2. Therefore, in the present embodiment, compared to the case where the triangular wave V2 is directly changed, the influence on the triangular wave V2 is small, and as a result, the output waveform of the triangular wave output circuit 100 (that is, the waveform of the triangular wave V2) is less likely to become dull. There are advantages.

(2)詳細
以下、本実施形態の三角波出力回路100、三角波出力回路100を用いたPWM信号出力回路200、PWM信号出力回路200を用いた駆動回路300、及び駆動回路300を用いた機械的負荷発生装置400について詳細に説明する。以下の説明において、「出力端子」等の「端子」は、電線を接続するための部品(端子)でなくてもよく、例えば、電子部品のリード、又は回路基板に含まれる導体の一部であってもよい。
(2) Details Hereinafter, the triangular wave output circuit 100 of the present embodiment, a PWM signal output circuit 200 using the triangular wave output circuit 100, a drive circuit 300 using the PWM signal output circuit 200, and a mechanical load using the drive circuit 300. The generator 400 will be described in detail. In the following description, a “terminal” such as an “output terminal” does not have to be a component (terminal) for connecting an electric wire, and is, for example, a lead of an electronic component or a part of a conductor included in a circuit board. It may be.

(2.1)三角波出力回路
まず、本実施形態の三角波出力回路100について図1を用いて詳細に説明する。三角波出力回路100は、第1出力回路11と、第2出力回路12と、定電流源13と、キャパシタC1と、抵抗器R1〜R4と、を備えている。定電流源13は、例えばウィルソン型のカレントミラー回路で構成され、電源P1を動作電源として、一定の電流I1を出力する。電源P1は、例えばシリーズレギュレータであって、直流電圧を出力する。
(2.1) Triangular Wave Output Circuit First, the triangular wave output circuit 100 of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. The triangular wave output circuit 100 includes a first output circuit 11, a second output circuit 12, a constant current source 13, a capacitor C1, and resistors R1 to R4. The constant current source 13 is composed of, for example, a Wilson type current mirror circuit, and outputs a constant current I1 using the power source P1 as an operating power source. The power source P1 is, for example, a series regulator and outputs a DC voltage.

第1出力回路11は、基準電圧V1に基づく電圧(第1出力電圧V10)を出力する回路である。本実施形態では、第1出力回路11は、基準電圧V1に基づく電圧を出力するオープンコレクタ型の第1コンパレータ21を有している。第1コンパレータ21の反転入力端子には、定電流源13を介して電源P1が電気的に接続されている。また、第1コンパレータ21の反転入力端子は、キャパシタC1を介して基準電位点(グランド)に電気的に接続されている。したがって、第1コンパレータ21の反転入力端子には、定電流源13から供給される一定の電流I1により充電されるキャパシタC1の両端電圧(充電電圧)が入力される。本実施形態では、基準電位点の電位は、0[V]である。 The first output circuit 11 is a circuit that outputs a voltage (first output voltage V10) based on the reference voltage V1. In this embodiment, the first output circuit 11 has an open collector type first comparator 21 that outputs a voltage based on the reference voltage V1. The power supply P1 is electrically connected to the inverting input terminal of the first comparator 21 via the constant current source 13. The inverting input terminal of the first comparator 21 is electrically connected to the reference potential point (ground) via the capacitor C1. Therefore, the voltage across the capacitor C1 (charging voltage) charged by the constant current I1 supplied from the constant current source 13 is input to the inverting input terminal of the first comparator 21. In this embodiment, the potential at the reference potential point is 0 [V].

さらに、第1コンパレータ21の反転入力端子は、抵抗器R4を介して第2コンパレータ22の出力端子に電気的に接続されている。つまり、第1コンパレータ21の反転入力端子には、第2コンパレータ22の出力電圧(第2出力電圧V20)が抵抗器R4を介して入力される。言い換えれば、変動電圧V2は、抵抗器R4を介した第2コンパレータ22の出力電圧に基づく電圧であって、かつ、定電流源13からの電流I1により充電されるキャパシタC1の両端電圧(充電電圧)である。なお、抵抗器R4は、キャパシタC1に充電された電荷を放電する際に、第2コンパレータ22の出力電流を、第2コンパレータ22の許容可能な範囲に制限するための抵抗器である。 Further, the inverting input terminal of the first comparator 21 is electrically connected to the output terminal of the second comparator 22 via the resistor R4. That is, the output voltage (second output voltage V20) of the second comparator 22 is input to the inverting input terminal of the first comparator 21 via the resistor R4. In other words, the fluctuating voltage V2 is a voltage based on the output voltage of the second comparator 22 via the resistor R4, and is the voltage across the capacitor C1 charged by the current I1 from the constant current source 13 (charging voltage ). The resistor R4 is a resistor for limiting the output current of the second comparator 22 within the allowable range of the second comparator 22 when discharging the electric charge charged in the capacitor C1.

第1コンパレータ21の非反転入力端子は、抵抗器R1及び抵抗器R2の接続点に電気的に接続されている。ここで、抵抗器R1及び抵抗器R2の直列回路は、電源P1と基準電位点との間に電気的に接続されている。つまり、第1コンパレータ21の非反転入力端子には、電源P1の出力電圧を抵抗器R1,R2を含む分圧回路により分圧した電圧が入力される。また、第1コンパレータ21の非反転入力端子は、抵抗器R3を介して第1コンパレータ21の出力端子に電気的に接続されている。つまり、第1コンパレータ21の非反転入力端子には、第1コンパレータ21の出力電圧(第1出力電圧V10)が抵抗器R3を介して入力される。言い換えれば、基準電圧V1は、抵抗器R3を介した第1コンパレータ21の出力電圧に基づく電圧である。そして、基準電圧V1は、電源P1の出力電圧を抵抗器R1,R2を含む分圧回路により分圧した電圧、又は抵抗器R1,R2,R3を含む分圧回路により分圧した電圧である。 The non-inverting input terminal of the first comparator 21 is electrically connected to the connection point of the resistors R1 and R2. Here, the series circuit of the resistor R1 and the resistor R2 is electrically connected between the power source P1 and the reference potential point. That is, the voltage obtained by dividing the output voltage of the power source P1 by the voltage dividing circuit including the resistors R1 and R2 is input to the non-inverting input terminal of the first comparator 21. The non-inverting input terminal of the first comparator 21 is electrically connected to the output terminal of the first comparator 21 via the resistor R3. That is, the output voltage (first output voltage V10) of the first comparator 21 is input to the non-inverting input terminal of the first comparator 21 via the resistor R3. In other words, the reference voltage V1 is a voltage based on the output voltage of the first comparator 21 via the resistor R3. The reference voltage V1 is a voltage obtained by dividing the output voltage of the power source P1 by the voltage dividing circuit including the resistors R1 and R2, or a voltage obtained by dividing the output voltage by the voltage dividing circuit including the resistors R1, R2 and R3.

第2出力回路12は、変動電圧V2に基づく電圧(第2出力電圧V20)を出力する回路である。本実施形態では、第2出力回路12は、変動電圧V2に基づく電圧を出力するオープンコレクタ型の第2コンパレータ22を有している。第2コンパレータ22の反転入力端子は、第1コンパレータ21の反転入力端子に電気的に接続されている。つまり、第1コンパレータ21及び第2コンパレータ22の反転入力端子には、変動電圧V2が入力される。また、第2コンパレータ22の非反転入力端子は、第1コンパレータ21の非反転入力端子に電気的に接続されている。つまり、第1コンパレータ21及び第2コンパレータ22の非反転入力端子には、基準電圧V1が入力される。 The second output circuit 12 is a circuit that outputs a voltage (second output voltage V20) based on the fluctuation voltage V2. In the present embodiment, the second output circuit 12 has an open collector type second comparator 22 that outputs a voltage based on the fluctuating voltage V2. The inverting input terminal of the second comparator 22 is electrically connected to the inverting input terminal of the first comparator 21. That is, the fluctuating voltage V2 is input to the inverting input terminals of the first comparator 21 and the second comparator 22. The non-inverting input terminal of the second comparator 22 is electrically connected to the non-inverting input terminal of the first comparator 21. That is, the reference voltage V1 is input to the non-inverting input terminals of the first comparator 21 and the second comparator 22.

第1コンパレータ21は、非反転入力端子に入力される基準電圧V1と、反転入力端子に入力される変動電圧V2とを比較する。そして、第1コンパレータ21では、基準電圧V1が変動電圧V2よりも下回っている間は、第1コンパレータ21の有する出力トランジスタがオンする。このため、基準電圧V1が変動電圧V2よりも下回っている間は、第1コンパレータ21の出力電圧(第1出力電圧V10)は、基準電位点の電位(ここでは、0[V])と略等しくなる。また、基準電圧V1が変動電圧V2よりも下回っている間は、電源P1から抵抗器R1,R2,R3に電流が流れる。そして、基準電圧V1が変動電圧V2よりも下回っている間は、第1出力回路11は、基準電圧V1として第1基準電圧V11(図2参照)を出力する。第1基準電圧V11は、基準電圧V1の最小電圧である。第1基準電圧V11は、以下の数式(1)により表される。以下の数式(1)において、“V11”は、第1基準電圧V11の電圧値を表している。また、以下の数式(1)(後述する数式(2)においても同様)において、“V0”は、電源P1の出力電圧の電圧値を表しており、“R1”、“R2”、及び“R3”は、それぞれ抵抗器R1,R2,R3の抵抗値を表している。 The first comparator 21 compares the reference voltage V1 input to the non-inverting input terminal with the fluctuating voltage V2 input to the inverting input terminal. Then, in the first comparator 21, the output transistor of the first comparator 21 is turned on while the reference voltage V1 is lower than the fluctuation voltage V2. Therefore, while the reference voltage V1 is lower than the fluctuation voltage V2, the output voltage of the first comparator 21 (first output voltage V10) is substantially equal to the potential of the reference potential point (here, 0 [V]). Will be equal. Further, while the reference voltage V1 is lower than the fluctuation voltage V2, current flows from the power source P1 to the resistors R1, R2 and R3. Then, while the reference voltage V1 is lower than the fluctuation voltage V2, the first output circuit 11 outputs the first reference voltage V11 (see FIG. 2) as the reference voltage V1. The first reference voltage V11 is the minimum voltage of the reference voltage V1. The first reference voltage V11 is represented by the following mathematical expression (1). In Expression (1) below, “V11” represents the voltage value of the first reference voltage V11. In the following mathematical expression (1) (the same applies to mathematical expression (2) described later), “V0” represents the voltage value of the output voltage of the power source P1, and “R1”, “R2”, and “R3”. "Represents the resistance values of the resistors R1, R2 and R3, respectively.

Figure 2020088829
Figure 2020088829

また、第1コンパレータ21は、基準電圧V1が変動電圧V2を上回っている間は、第1コンパレータ21の有する出力トランジスタがオフする。また、基準電圧V1が変動電圧V2を上回っている間は、抵抗器R3には電流が流れない。このため、基準電圧V1が変動電圧V2を上回っている間は、第1コンパレータ21の出力電圧(第1出力電圧V10)は、電源P1の出力電圧を抵抗器R1,R2を含む分圧回路により分圧した電圧となる。そして、基準電圧V1が変動電圧V2を上回っている間は、第1出力回路11は、基準電圧V1として第2基準電圧V12(図2参照)を出力する。第2基準電圧V12は、基準電圧V1の最大電圧である。第2基準電圧V12は、以下の数式(2)により表される。以下の数式(2)において、“V12”は、第2基準電圧V12の電圧値を表している。 Further, in the first comparator 21, the output transistor included in the first comparator 21 is turned off while the reference voltage V1 is higher than the fluctuation voltage V2. Further, while the reference voltage V1 exceeds the fluctuation voltage V2, no current flows through the resistor R3. Therefore, while the reference voltage V1 is higher than the fluctuation voltage V2, the output voltage of the first comparator 21 (first output voltage V10) changes the output voltage of the power supply P1 by the voltage dividing circuit including the resistors R1 and R2. It becomes the divided voltage. Then, while the reference voltage V1 is higher than the fluctuation voltage V2, the first output circuit 11 outputs the second reference voltage V12 (see FIG. 2) as the reference voltage V1. The second reference voltage V12 is the maximum voltage of the reference voltage V1. The second reference voltage V12 is represented by the following mathematical expression (2). In Expression (2) below, “V12” represents the voltage value of the second reference voltage V12.

Figure 2020088829
Figure 2020088829

第2コンパレータ22は、第1コンパレータ21と同様に、非反転入力端子に入力される基準電圧V1と、反転入力端子に入力される変動電圧V2とを比較する。一方、第2コンパレータ22は、第1コンパレータ21とは異なり、変動電圧V2を出力する。また、第2コンパレータ22の出力電圧である変動電圧V2は、定電流源13からの電流により充電されるキャパシタC1の両端電圧であることから、第1コンパレータ21の出力電圧である基準電圧V1の変化よりも遅れて変化する。つまり、変動電圧V2は、基準電圧V1に追従して、電圧値が上昇と下降とを交互に繰り返す。 Similar to the first comparator 21, the second comparator 22 compares the reference voltage V1 input to the non-inverting input terminal with the fluctuating voltage V2 input to the inverting input terminal. On the other hand, unlike the first comparator 21, the second comparator 22 outputs the fluctuating voltage V2. Further, since the fluctuating voltage V2 which is the output voltage of the second comparator 22 is the voltage across the capacitor C1 which is charged by the current from the constant current source 13, the reference voltage V1 which is the output voltage of the first comparator 21 is Change later than change. That is, the fluctuating voltage V2 follows the reference voltage V1, and the voltage value alternately repeats increase and decrease.

第2コンパレータ22の出力する変動電圧V2は、変動電圧V2が基準電圧V1(ここでは、第2基準電圧V12)を下回っている間は、時間経過に伴って上昇する(図2参照)。この場合、変動電圧V2は、以下の数式(3)により表される。以下の数式(3)(後述する数式(4)においても同様)において、“V2”は、変動電圧V2の電圧値を表しており、“C1”は、キャパシタC1の容量値を表しており、“t”は時間を表している。なお、ここでいう「時間」は、変動電圧V2の反転時(つまり、変動電圧V2が上昇から下降、又は下降から上昇に転じた時)を起点とした時間である。また、以下の数式(3)において、“I1”は、定電流源13から流れる電流I1の電流値を表している。 The fluctuating voltage V2 output from the second comparator 22 increases with time while the fluctuating voltage V2 is lower than the reference voltage V1 (here, the second reference voltage V12) (see FIG. 2). In this case, the fluctuating voltage V2 is represented by the following mathematical expression (3). In the following formula (3) (the same applies to formula (4) described later), “V2” represents the voltage value of the variable voltage V2, “C1” represents the capacitance value of the capacitor C1, and "T" represents time. The “time” mentioned here is a time starting from the time when the fluctuating voltage V2 is inverted (that is, the time when the fluctuating voltage V2 changes from rising to falling or from falling to rising). Further, in the following mathematical expression (3), “I1” represents the current value of the current I1 flowing from the constant current source 13.

Figure 2020088829
Figure 2020088829

第2コンパレータ22の出力する変動電圧V2は、変動電圧V2が基準電圧V1(ここでは、第1基準電圧V11)を上回っている間は、時間経過に伴って下降する(図2参照)。この場合、変動電圧V2は、以下の数式(4)により表される。以下の数式(4)において、“V22”は、変動電圧V2の最大電圧(後述する第2変動電圧V22)の電圧値を表しており、“R4”は、抵抗器R4の抵抗値を表している。なお、数式(4)においては、定電流源13による影響を無視している。 The fluctuating voltage V2 output from the second comparator 22 decreases with time while the fluctuating voltage V2 is higher than the reference voltage V1 (here, the first reference voltage V11) (see FIG. 2). In this case, the fluctuating voltage V2 is represented by the following mathematical expression (4). In the following mathematical expression (4), “V22” represents the voltage value of the maximum voltage of the fluctuation voltage V2 (the second fluctuation voltage V22 described later), and “R4” represents the resistance value of the resistor R4. There is. Note that the influence of the constant current source 13 is neglected in Expression (4).

Figure 2020088829
Figure 2020088829

上述のように構成された三角波出力回路100では、第2出力回路12(第2コンパレータ22)は、第1出力回路11(第1コンパレータ21)にて基準電圧V1を調整されることにより、三角波(変動電圧)V2を出力する。三角波出力回路100の動作については、後述する「(3.1)三角波出力回路の動作」にて詳細に説明する。 In the triangular wave output circuit 100 configured as described above, the second output circuit 12 (second comparator 22) adjusts the reference voltage V1 by the first output circuit 11 (first comparator 21), and (Variable voltage) V2 is output. The operation of the triangular wave output circuit 100 will be described in detail later in “(3.1) Operation of triangular wave output circuit”.

(2.2)PWM信号出力回路及び駆動回路
次に、本実施形態のPWM信号出力回路200及び駆動回路300について図3を用いて詳細に説明する。PWM信号出力回路200は、三角波出力回路100と、比較回路3と、を備えている。駆動回路300は、PWM信号出力回路200と、スイッチング素子4と、を備えている。
(2.2) PWM signal output circuit and drive circuit Next, the PWM signal output circuit 200 and the drive circuit 300 of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. The PWM signal output circuit 200 includes a triangular wave output circuit 100 and a comparison circuit 3. The drive circuit 300 includes the PWM signal output circuit 200 and the switching element 4.

比較回路3は、オープンコレクタ型のコンパレータである。比較回路3の非反転入力端子には、三角波出力回路100から出力される三角波V2が入力される。比較回路3の反転入力端子には、制御回路CC1から出力される入力信号(電圧信号)Vinが入力される。制御回路CC1については、後述する「(2.3)機械的負荷発生装置」にて説明する。また、本実施形態では、制御回路CC1から出力される信号が、比較回路3に入力される入力信号Vinとなっているが、制御回路CC1から出力される信号を減衰器(Attenuator)により減衰させた信号を、比較回路3に入力される入力信号Vinとしてもよい。 The comparison circuit 3 is an open collector type comparator. The triangular wave V2 output from the triangular wave output circuit 100 is input to the non-inverting input terminal of the comparison circuit 3. An input signal (voltage signal) Vin output from the control circuit CC1 is input to the inverting input terminal of the comparison circuit 3. The control circuit CC1 will be described later in “(2.3) Mechanical load generator”. Further, in the present embodiment, the signal output from the control circuit CC1 is the input signal Vin input to the comparison circuit 3, but the signal output from the control circuit CC1 is attenuated by an attenuator. The input signal Vin input to the comparison circuit 3 may be used as the input signal Vin.

比較回路3は、非反転入力端子に入力される三角波V2と、反転入力端子に入力される入力信号Vinとを比較する。そして、比較回路3は、図4に示すように、三角波V2が入力信号Vinを上回っている間はハイレベル、三角波V2が入力信号Vinを下回っている間はローレベルとなる2値信号(PWM信号)S1を出力する。つまり、比較回路3は、三角波出力回路100から出力される三角波V2と閾値電圧(入力信号Vin)とを比較し、比較結果に応じたPWM信号S1を出力する。 The comparison circuit 3 compares the triangular wave V2 input to the non-inverting input terminal with the input signal Vin input to the inverting input terminal. Then, as shown in FIG. 4, the comparator circuit 3 is a binary signal (PWM) which is at a high level while the triangular wave V2 is higher than the input signal Vin and is at a low level while the triangular wave V2 is lower than the input signal Vin. Signal) S1 is output. That is, the comparison circuit 3 compares the triangular wave V2 output from the triangular wave output circuit 100 with the threshold voltage (input signal Vin), and outputs the PWM signal S1 according to the comparison result.

スイッチング素子4は、例えば半導体スイッチである。本実施形態では、スイッチング素子4は、Pチャネルのエンハンスメント型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。スイッチング素子4のゲートは、抵抗器R5を介して比較回路3の出力端子に電気的に接続されている。また、スイッチング素子4のゲートは、抵抗器R6を介して負荷用電源P2に電気的に接続されている。負荷用電源P2は、直流電源であって、直流電圧を出力する。本実施形態では、負荷用電源P2は、電源P1と異なっているが、同じであってもよい。スイッチング素子4のソースは、負荷用電源P2に電気的に接続されている。スイッチング素子4のドレインは、負荷L1を介して基準電位点(グランド)に電気的に接続されている。本実施形態では、負荷L1は、後述する磁界発生部6のコイル61と、ダイオードと、を含んでいる。ダイオードは、スイッチング素子4のオフ時にコイル61で発生し得るサージ電流を還流させるための還流ダイオードであって、コイル61に並列に接続されている。 The switching element 4 is, for example, a semiconductor switch. In the present embodiment, the switching element 4 is a P-channel enhancement type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). The gate of the switching element 4 is electrically connected to the output terminal of the comparison circuit 3 via the resistor R5. The gate of the switching element 4 is electrically connected to the load power source P2 via the resistor R6. The load power source P2 is a DC power source and outputs a DC voltage. In the present embodiment, the load power source P2 is different from the power source P1, but may be the same. The source of the switching element 4 is electrically connected to the load power source P2. The drain of the switching element 4 is electrically connected to the reference potential point (ground) via the load L1. In the present embodiment, the load L1 includes a coil 61 of the magnetic field generation unit 6 described below and a diode. The diode is a return diode for returning a surge current that may occur in the coil 61 when the switching element 4 is off, and is connected in parallel to the coil 61.

スイッチング素子4は、PWM信号S1がハイレベルの場合、ゲート−ソース間電圧が約0[V]となり、オフする。一方、スイッチング素子4は、PWM信号S1がローレベルの場合、ゲート−ソース間電圧が十分に大きくなるため、オンする。つまり、スイッチング素子4は、負荷用電源P2と負荷L1との間に電気的に接続されて、PWM信号出力回路200から出力されるPWM信号S1により駆動する。したがって、負荷L1には、スイッチング素子4がオン/オフすることにより、電流I2が流れる。そして、電流I2の大きさは、PWM信号S1のデューティ比に依存する。つまり、電流I2は、PWM信号S1のデューティ比が小さくなるにつれて大きくなり、PWM信号S1のデューティ比が大きくなるにつれて小さくなる。 When the PWM signal S1 is at high level, the switching element 4 turns off because the gate-source voltage becomes about 0 [V]. On the other hand, when the PWM signal S1 is at a low level, the switching element 4 turns on because the gate-source voltage becomes sufficiently large. That is, the switching element 4 is electrically connected between the load power source P2 and the load L1 and is driven by the PWM signal S1 output from the PWM signal output circuit 200. Therefore, the current I2 flows through the load L1 when the switching element 4 is turned on/off. The magnitude of the current I2 depends on the duty ratio of the PWM signal S1. That is, the current I2 increases as the duty ratio of the PWM signal S1 decreases, and decreases as the duty ratio of the PWM signal S1 increases.

(2.3)機械的負荷発生装置
次に、本実施形態の機械的負荷発生装置400について図5A及び図5Bを用いて詳細に説明する。以下で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、以下では、操作体7の回転軸70に沿った方向を上下方向とし、特に操作体7がカバー9から突出する向き(図5Bの上方)を「上方」として説明する。ただし、これらの方向は、機械的負荷発生装置400の使用方向を限定する趣旨ではない。
(2.3) Mechanical Load Generating Device Next, the mechanical load generating device 400 of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 5A and 5B. The drawings referred to below are all schematic views, and the ratios of the sizes and thicknesses of the respective constituent elements in the drawings do not always reflect the actual dimensional ratios. In the description below, the direction along the rotary shaft 70 of the operating body 7 is referred to as the vertical direction, and particularly the direction in which the operating body 7 projects from the cover 9 (the upper side in FIG. 5B) is described as “upper”. However, these directions are not intended to limit the use direction of the mechanical load generator 400.

機械的負荷発生装置400は、操作体7と、ロータ51と、磁気粘性流体5と、磁界発生部6と、コイルボビン8と、カバー9と、ボディ92と、ケース93と、を備えている。本開示でいう「磁気粘性流体5」は、印加される磁界の強さに応じて粘性が可逆的に変化する性質を有する機能性流体、より詳細には、MRF(Magnetorheological Fluid)であって、印加される磁界が強くなるにつれて粘性が高くなる。 The mechanical load generator 400 includes an operating body 7, a rotor 51, a magnetorheological fluid 5, a magnetic field generator 6, a coil bobbin 8, a cover 9, a body 92, and a case 93. The “magnetorheological fluid 5” in the present disclosure is a functional fluid having a property that viscosity reversibly changes according to the strength of an applied magnetic field, more specifically, MRF (Magnetorheological Fluid), The higher the applied magnetic field, the higher the viscosity.

本実施形態では、機械的負荷発生装置400は、操作体7に対するユーザの操作を受け付ける入力装置である。以下では、特に断りの無い限り、「機械的負荷発生装置400」を「入力装置400」という。本開示でいう「操作」は、ユーザが操作体7に対して外力を加えること全般を含み、例えば、回転操作、スライド操作、押し操作及び引き操作等が操作体7の操作に含まれる。本実施形態では一例として、操作体7は回転可能に構成されており、ユーザは操作体7を回転操作する。つまり、入力装置400は、ユーザによる操作体7の回転操作を受け付ける回転操作型デバイスである。より詳細には、入力装置400は、ロータリエンコーダである。 In the present embodiment, the mechanical load generation device 400 is an input device that receives a user's operation on the operating body 7. Hereinafter, the “mechanical load generation device 400” will be referred to as the “input device 400” unless otherwise specified. The “operation” as referred to in the present disclosure includes all that a user applies an external force to the operating body 7, and examples of the operation of the operating body 7 include a rotating operation, a sliding operation, a pushing operation, and a pulling operation. In the present embodiment, as an example, the operating body 7 is configured to be rotatable, and the user rotates the operating body 7. That is, the input device 400 is a rotary operation type device that receives a rotary operation of the operating body 7 by the user. More specifically, the input device 400 is a rotary encoder.

操作体7は、円柱状に形成されている。操作体7は、その中心軸を通る回転軸70を中心として回転可能に、カバー9及びボディ92にて支持されている。操作体7は、ロータ51に結合される結合部71と、後述する軸受部94にて支持される支持部72と、を有している。結合部71は、上下方向における操作体7の中央部に設けられており、支持部72は、操作体7の下端部に設けられている。 The operating body 7 is formed in a cylindrical shape. The operating body 7 is supported by a cover 9 and a body 92 so as to be rotatable around a rotating shaft 70 passing through the central axis thereof. The operating body 7 has a coupling portion 71 coupled to the rotor 51 and a support portion 72 supported by a bearing portion 94 described later. The connecting portion 71 is provided in the central portion of the operating body 7 in the vertical direction, and the supporting portion 72 is provided at the lower end portion of the operating body 7.

ロータ51は、操作体7の回転軸70を中心とする円盤状に形成されている。ロータ51は、操作体7の回転軸70を中心として、操作体7の操作に伴って回転する。本実施形態では、ロータ51は結合部71にて操作体7に直接的に結合されている。そのため、操作体7が回転軸70を中心として回転すると、ロータ51は、操作体7と一緒に回転軸70を中心として回転する。ロータ51は、一例として、磁性材料(強磁性体)にて形成されている。 The rotor 51 is formed in a disk shape centering on the rotation shaft 70 of the operating body 7. The rotor 51 rotates around the rotary shaft 70 of the operating body 7 as the operating body 7 is operated. In the present embodiment, the rotor 51 is directly connected to the operating body 7 at the connecting portion 71. Therefore, when the operating body 7 rotates about the rotating shaft 70, the rotor 51 rotates about the rotating shaft 70 together with the operating body 7. The rotor 51 is formed of, for example, a magnetic material (ferromagnetic material).

コイルボビン8は、操作体7の回転軸70を中心とする円筒状に形成されている。つまり、コイルボビン8は、中空であって、コイルボビン8内には、カバー9及びボディ92が収容される。コイルボビン8には、磁界発生部6のコイル61が装着されている。コイルボビン8は、一例として、合成樹脂製である。 The coil bobbin 8 is formed in a cylindrical shape around the rotation shaft 70 of the operating body 7. That is, the coil bobbin 8 is hollow, and the cover 9 and the body 92 are housed in the coil bobbin 8. The coil 61 of the magnetic field generator 6 is attached to the coil bobbin 8. The coil bobbin 8 is made of synthetic resin, for example.

カバー9は、操作体7の回転軸70を中心とする円盤状に形成されている。平面視におけるカバー9の中央部には、円形状に開口する貫通孔91が形成されている。操作体7は、上下方向において、貫通孔91を通してカバー9を貫通する。カバー9は、一例として、磁性材料(強磁性体)にて形成されている。 The cover 9 is formed in a disk shape centering on the rotation shaft 70 of the operating body 7. A circular through hole 91 is formed in the center of the cover 9 in a plan view. The operating body 7 penetrates the cover 9 through the through hole 91 in the vertical direction. The cover 9 is formed of, for example, a magnetic material (ferromagnetic material).

ボディ92は、操作体7の回転軸70を中心とする円柱状に形成されている。ボディ92の上面の中央部には、円形状に開口する凹部からなる軸受部94が形成されている。操作体7の支持部72は、軸受部94に挿入された状態で、ボディ92にて支持される。ボディ92は、一例として、磁性材料(強磁性体)にて形成されている。 The body 92 is formed in a cylindrical shape centered on the rotation shaft 70 of the operating body 7. At the center of the upper surface of the body 92, a bearing portion 94, which is a concave portion that opens in a circular shape, is formed. The support portion 72 of the operating body 7 is supported by the body 92 while being inserted into the bearing portion 94. The body 92 is formed of, for example, a magnetic material (ferromagnetic material).

ケース93は、上面が開口した有底円筒状に形成されている。ここでは、コイル61がケース93内に収まるように、コイルボビン8の少なくとも一部が、ボディ92と共にケース93内に収容されている。 The case 93 is formed in a bottomed cylindrical shape with an open upper surface. Here, at least a part of the coil bobbin 8 is housed in the case 93 together with the body 92 so that the coil 61 fits in the case 93.

ここで、カバー9及びボディ92は、上下方向において、所定の隙間を空けて互いに対向した状態で、コイルボビン8に固定されている。そして、コイルボビン8の内側において、カバー9の下面とボディ92の上面との間には、収容空間50が形成されることになる。 Here, the cover 9 and the body 92 are fixed to the coil bobbin 8 so as to face each other with a predetermined gap therebetween in the vertical direction. Then, inside the coil bobbin 8, a housing space 50 is formed between the lower surface of the cover 9 and the upper surface of the body 92.

ロータ51は、この収容空間50内に収容される。ロータ51は、回転時においてもカバー9、ボディ92及びコイルボビン8に接触しないように、収容空間50の内側面(カバー9の下面、ボディ92の上面及びコイルボビン8の内周面)に対して隙間を空けた状態で、収容空間50内に収容される。 The rotor 51 is housed in the housing space 50. The rotor 51 has a gap with respect to the inner surface of the accommodation space 50 (the lower surface of the cover 9, the upper surface of the body 92, and the inner peripheral surface of the coil bobbin 8) so that the rotor 51 does not contact the cover 9, the body 92, and the coil bobbin 8 even during rotation. It is accommodated in the accommodation space 50 in a state of being empty.

さらに、ロータ51の表面と収容空間50の内側面との間には、磁気粘性流体5が介在する。本実施形態では、磁気粘性流体5は収容空間50に充填されている。つまり、ロータ51は、磁気粘性流体5中に配置されることになる。そのため、ロータ51の表面と収容空間50の内側面との間の隙間は、磁気粘性流体5にて満たされることになる。コイルボビン8の上面とカバー9の下面との間にはパッキン81が装着され、コイルボビン8の下面とケース93の内底面との間にはパッキン82が装着されている。パッキン81及びパッキン82により、収容空間50の気密性(水密性)が確保される。 Further, the magnetorheological fluid 5 is interposed between the surface of the rotor 51 and the inner surface of the accommodation space 50. In this embodiment, the magnetorheological fluid 5 is filled in the accommodation space 50. That is, the rotor 51 is arranged in the magnetorheological fluid 5. Therefore, the gap between the surface of the rotor 51 and the inner surface of the accommodation space 50 is filled with the magnetorheological fluid 5. A packing 81 is mounted between the upper surface of the coil bobbin 8 and the lower surface of the cover 9, and a packing 82 is mounted between the lower surface of the coil bobbin 8 and the inner bottom surface of the case 93. The packing 81 and the packing 82 ensure the airtightness (watertightness) of the accommodation space 50.

ここで、磁気粘性流体5は、印加される磁界が強くなるにつれて粘性が高くなる機能性流体である。つまり、磁気粘性流体5の粘性は一定ではなく、磁気粘性流体5に印加される磁界に応じて変化する。そして、ロータ51は、磁気粘性流体5に接した状態で回転するので、ロータ51の回転に対しては、磁気粘性流体5の粘性に応じた抵抗力(機械的負荷)が発生する。したがって、磁気粘性流体5の粘性が変化すれば、ロータ51の回転に対する抵抗力の大きさが変化し、ロータ51に繋がる操作体7の操作(回転)に対する抵抗力の大きさも変化する。本実施形態では、磁気粘性流体5の粘性は、最高粘度と最低粘度との間で、印加される磁界に応じて変化することと仮定する。 Here, the magnetorheological fluid 5 is a functional fluid whose viscosity increases as the applied magnetic field becomes stronger. That is, the viscosity of the magnetorheological fluid 5 is not constant, but changes according to the magnetic field applied to the magnetorheological fluid 5. Since the rotor 51 rotates while being in contact with the magnetic viscous fluid 5, a resistance force (mechanical load) corresponding to the viscosity of the magnetic viscous fluid 5 is generated with respect to the rotation of the rotor 51. Therefore, if the viscosity of the magnetorheological fluid 5 changes, the magnitude of the resistance to the rotation of the rotor 51 changes, and the magnitude of the resistance to the operation (rotation) of the operating body 7 connected to the rotor 51 also changes. In the present embodiment, it is assumed that the viscosity of the magnetorheological fluid 5 changes between the highest viscosity and the lowest viscosity according to the applied magnetic field.

すなわち、磁気粘性流体5に磁界が印加されていない状態では、磁気粘性流体5の粘性は最低粘度にあって、ロータ51の回転に対して磁気粘性流体5で発生する抵抗力は最小値となる。このとき、操作体7を操作するユーザに対して操作体7から作用する反力(抵抗力)は最小値となり、操作体7の操作感は比較的軽くなる。一方、磁気粘性流体5に磁界が印加されている状態では、磁気粘性流体5の粘性は最高粘度にあって、ロータ51の回転に対して磁気粘性流体5で発生する抵抗力は最大値となる。このとき、操作体7を操作するユーザに対して操作体7から作用する反力(抵抗力)は最大値となり、操作体7の操作感は重くなる。したがって、入力装置400は、操作体7を操作するユーザに対して操作体7から作用する反力(抵抗力)の大きさを変化させることにより、ユーザに対して力覚を提示する。 That is, in the state where the magnetic field is not applied to the magnetorheological fluid 5, the viscosity of the magnetorheological fluid 5 is at the minimum viscosity, and the resistance force generated by the magnetorheological fluid 5 against the rotation of the rotor 51 becomes the minimum value. .. At this time, the reaction force (resistive force) applied from the operation body 7 to the user who operates the operation body 7 becomes the minimum value, and the operation feeling of the operation body 7 becomes relatively light. On the other hand, in the state where the magnetic field is applied to the magnetorheological fluid 5, the viscosity of the magnetorheological fluid 5 is at the maximum viscosity, and the resistance force generated by the magnetorheological fluid 5 against the rotation of the rotor 51 becomes the maximum value. .. At this time, the reaction force (resistive force) applied from the operating body 7 to the user who operates the operating body 7 becomes the maximum value, and the operation feeling of the operating body 7 becomes heavy. Therefore, the input device 400 presents a sense of force to the user by changing the magnitude of the reaction force (resistive force) applied from the operating body 7 to the user operating the operating body 7.

ここで、磁界発生部6は、磁気粘性流体5に磁界を作用させるコイル61を有する。コイル61は、駆動回路300(図3参照)により駆動される。つまり、駆動回路300は、コイル61に励磁電流(電流I2)を流すことにより、磁界発生部6から磁気粘性流体5に磁界を印加させる回路である。言い換えれば、磁界発生部6は、負荷L1であって、駆動回路300に駆動されることで磁気粘性流体5に磁界を印加することにより、磁気粘性流体5の粘性を変化させる。本実施形態では、駆動回路300は、制御回路CC1(図3参照)により制御される。 Here, the magnetic field generation unit 6 has a coil 61 that causes a magnetic field to act on the magnetorheological fluid 5. The coil 61 is driven by the drive circuit 300 (see FIG. 3). That is, the drive circuit 300 is a circuit that applies a magnetic field from the magnetic field generation unit 6 to the magnetorheological fluid 5 by causing an exciting current (current I2) to flow through the coil 61. In other words, the magnetic field generation unit 6 is the load L1 and is driven by the drive circuit 300 to apply a magnetic field to the magnetic viscous fluid 5 to change the viscosity of the magnetic viscous fluid 5. In the present embodiment, the drive circuit 300 is controlled by the control circuit CC1 (see FIG. 3).

制御回路CC1は、操作体7の変位量(操作体7の回転運動に伴う変位)に応じて入力装置400から出力される操作信号に基づいて、駆動回路300を制御する回路である。制御回路CC1は、例えば、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータを主構成とする。この構成では、メモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、制御回路CC1としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク又はハードディスクドライブ等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。 The control circuit CC1 is a circuit that controls the drive circuit 300 based on an operation signal output from the input device 400 according to the displacement amount of the operating body 7 (displacement due to the rotational movement of the operating body 7). The control circuit CC1 mainly includes, for example, a computer including a processor and a memory. With this configuration, the function as the control circuit CC1 is realized by the processor executing the program recorded in the memory. The program may be pre-recorded in the memory of the computer, may be provided through an electric communication line, or may be recorded in a non-transitory recording medium such as a computer-readable memory card, an optical disk or a hard disk drive. May be provided.

制御回路CC1は、入力された操作信号に基づいて駆動回路300を制御し、磁界発生部6から磁気粘性流体5に印加される磁界の強さを変化させる。これにより、操作体7に作用する抵抗力は、操作体7の変位量に応じて変化する。本実施形態では、一例として、制御回路CC1は、入力された操作信号に基づく入力信号VinをPWM信号出力回路200の比較回路3に出力する。これにより、制御回路CC1は、駆動回路300をPWM制御することにより、磁界発生部6から磁気粘性流体5に印加される磁界の強さを変化させる。ここで、制御回路CC1は、例えば、操作信号と、磁界発生部6から磁気粘性流体5に印加される磁界の強さと、の相関関係を予め記憶しており、実際に入力された操作信号に基づいて駆動回路300を制御する。 The control circuit CC1 controls the drive circuit 300 based on the input operation signal, and changes the strength of the magnetic field applied from the magnetic field generation unit 6 to the magnetorheological fluid 5. As a result, the resistance force acting on the operating body 7 changes according to the amount of displacement of the operating body 7. In the present embodiment, as an example, the control circuit CC1 outputs the input signal Vin based on the input operation signal to the comparison circuit 3 of the PWM signal output circuit 200. As a result, the control circuit CC1 changes the strength of the magnetic field applied from the magnetic field generation unit 6 to the magnetorheological fluid 5 by performing PWM control of the drive circuit 300. Here, the control circuit CC1 stores, for example, the correlation between the operation signal and the strength of the magnetic field applied from the magnetic field generation unit 6 to the magnetorheological fluid 5 in advance. The drive circuit 300 is controlled based on this.

(3)動作
以下、本実施形態の三角波出力回路100の動作について図1及び図2を用いて説明する。まず、電源P1の電源を投入すると、第1コンパレータ21の非反転入力端子には、電源P1の電源電圧を抵抗器R1,R2の直列回路で分圧した電圧が入力される。第1コンパレータ21の反転入力端子には、キャパシタC1の両端電圧(充電電圧)が入力される。ここで、電源P1の投入時においては、キャパシタC1は充電されていないので、充電電圧は殆ど零である。したがって、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧を上回っているので、第1コンパレータ21の出力電圧(第1出力電圧V10)は、電源P1の出力電圧を抵抗器R1,R2を含む分圧回路により分圧した電圧となる。そして、基準電圧V1は、第2基準電圧V12となる。
(3) Operation The operation of the triangular wave output circuit 100 of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. First, when the power source of the power source P1 is turned on, a voltage obtained by dividing the power source voltage of the power source P1 by the series circuit of the resistors R1 and R2 is input to the non-inverting input terminal of the first comparator 21. The voltage (charging voltage) across the capacitor C1 is input to the inverting input terminal of the first comparator 21. Here, since the capacitor C1 is not charged when the power source P1 is turned on, the charging voltage is almost zero. Therefore, since the input voltage of the non-inverting input terminal exceeds the input voltage of the inverting input terminal, the output voltage of the first comparator 21 (first output voltage V10) is the output voltage of the power supply P1 to the resistors R1 and R2. The voltage is divided by the voltage divider circuit that includes it. Then, the reference voltage V1 becomes the second reference voltage V12.

一方、第2コンパレータ22の非反転入力端子には、電源P1の電源電圧を抵抗器R1,R2の直列回路で分圧した電圧(ここでは、第2基準電圧V12)が入力される。第2コンパレータ22の反転入力端子には、キャパシタC1の両端電圧(充電電圧)が入力されるが、上記と同様に、電源P1の投入時においては、充電電圧は殆ど零である。したがって、非反転入力端子の入力電圧(基準電圧V1)が反転入力端子の入力電圧(変動電圧V2)を上回っているので、キャパシタC1が定電流源13からの電流I1により充電され始める。このため、変動電圧V2は、基準電圧V1(ここでは、第2基準電圧V12)に達するまで、時間経過に伴って上昇する。 On the other hand, the non-inverting input terminal of the second comparator 22 receives a voltage (here, the second reference voltage V12) obtained by dividing the power supply voltage of the power supply P1 by the series circuit of the resistors R1 and R2. The voltage across the capacitor C1 (charging voltage) is input to the inverting input terminal of the second comparator 22, but like the above, the charging voltage is almost zero when the power source P1 is turned on. Therefore, since the input voltage (reference voltage V1) of the non-inverting input terminal exceeds the input voltage (fluctuation voltage V2) of the inverting input terminal, the capacitor C1 starts to be charged by the current I1 from the constant current source 13. For this reason, the fluctuating voltage V2 increases with time until it reaches the reference voltage V1 (here, the second reference voltage V12).

時刻t1において、変動電圧V2が基準電圧V1(ここでは、第2基準電圧V12)に達すると、第1コンパレータ21では、非反転入力端子の入力電圧(基準電圧V1)が反転入力端子の入力電圧(変動電圧V2)を下回る。このため、第1コンパレータ21の出力電圧(第1出力電圧V10)は、基準電位点の電位(ここでは、0[V])と略等しくなる。そして、基準電圧V1は、第2基準電圧V12から第1基準電圧V11へと反転する。すると、第2コンパレータ22では、非反転入力端子の入力電圧(基準電圧V1)が反転入力端子の入力電圧(変動電圧V2)を下回るので、キャパシタC1の電荷が抵抗器R4を介して放電され始める。このため、変動電圧V2は、キャパシタC1の容量成分に起因する遅延により第2変動電圧V22(>第2基準電圧V12)までオーバーシュートした後、基準電圧V1(ここでは、第1基準電圧V11)に達するまで、時間経過に伴って下降する。 At time t1, when the fluctuating voltage V2 reaches the reference voltage V1 (here, the second reference voltage V12), in the first comparator 21, the input voltage of the non-inverting input terminal (reference voltage V1) is the input voltage of the inverting input terminal. It falls below (variable voltage V2). Therefore, the output voltage (first output voltage V10) of the first comparator 21 becomes substantially equal to the potential of the reference potential point (here, 0 [V]). Then, the reference voltage V1 is inverted from the second reference voltage V12 to the first reference voltage V11. Then, in the second comparator 22, the input voltage (reference voltage V1) of the non-inverting input terminal becomes lower than the input voltage (variable voltage V2) of the inverting input terminal, so that the charge of the capacitor C1 starts to be discharged through the resistor R4. .. Therefore, the fluctuation voltage V2 overshoots to the second fluctuation voltage V22 (>the second reference voltage V12) due to the delay caused by the capacitance component of the capacitor C1, and then the reference voltage V1 (here, the first reference voltage V11). Descends over time until is reached.

その後、時刻t2(>時刻t1)において、変動電圧V2が基準電圧V1(ここでは、第1基準電圧V11)に達すると、第1コンパレータ21では、非反転入力端子の入力電圧(基準電圧V1)が反転入力端子の入力電圧(変動電圧V2)を上回る。このため、第1コンパレータ21の出力電圧(第1出力電圧V10)は、電源P1の出力電圧を抵抗器R1,R2を含む分圧回路により分圧した電圧となる。そして、基準電圧V1は、第1基準電圧V11から第2基準電圧V12へと反転する。すると、第2コンパレータ22では、非反転入力端子の入力電圧(基準電圧V1)が反転入力端子の入力電圧(変動電圧V2)を上回るので、キャパシタC1が定電流源13からの電流I1により充電され始める。このため、変動電圧V2は、キャパシタC1の容量成分に起因する遅延により第1変動電圧V21(>第1基準電圧V11)までアンダーシュートした後、基準電圧V1(ここでは、第2基準電圧V12)に達するまで、時間経過に伴って上昇する。 After that, at time t2 (>time t1), when the fluctuating voltage V2 reaches the reference voltage V1 (here, the first reference voltage V11), in the first comparator 21, the input voltage of the non-inverting input terminal (reference voltage V1). Exceeds the input voltage (fluctuation voltage V2) at the inverting input terminal. Therefore, the output voltage (first output voltage V10) of the first comparator 21 is a voltage obtained by dividing the output voltage of the power source P1 by the voltage dividing circuit including the resistors R1 and R2. Then, the reference voltage V1 is inverted from the first reference voltage V11 to the second reference voltage V12. Then, in the second comparator 22, the input voltage (reference voltage V1) of the non-inverting input terminal exceeds the input voltage (variable voltage V2) of the inverting input terminal, so that the capacitor C1 is charged by the current I1 from the constant current source 13. start. Therefore, the fluctuation voltage V2 undershoots to the first fluctuation voltage V21 (>the first reference voltage V11) due to the delay caused by the capacitance component of the capacitor C1, and then the reference voltage V1 (here, the second reference voltage V12). Rises over time until reaches.

以降、時刻t3(>時刻t2)において、変動電圧V2が基準電圧V1(ここでは、第2基準電圧V12)に達すると、時刻t1と同様に、第1コンパレータ21の出力電圧(第1出力電圧V10)は、基準電位点の電位(ここでは、0[V])と略等しくなる。そして、基準電圧V1は、第2基準電圧V12から第1基準電圧V11へと反転する。そして、変動電圧V2は、時刻t1と同様に、第2変動電圧V22(>第2基準電圧V12)までオーバーシュートした後、基準電圧V1(ここでは、第1基準電圧V11)に達するまで、時間経過に伴って下降する。また、時刻t4(>時刻t3)において、変動電圧V2が基準電圧V1(ここでは、第1基準電圧V11)に達すると、時刻t2と同様に、第1コンパレータ21の出力電圧(第1出力電圧V10)は、電源P1の出力電圧を抵抗器R1,R2を含む分圧回路により分圧した電圧となる。そして、基準電圧V1は、第1基準電圧V11から第2基準電圧V12へと反転する。そして、変動電圧V2は、時刻t2と同様に、第1変動電圧V21(>第1基準電圧V11)までアンダーシュートした後、基準電圧V1(ここでは、第2基準電圧V12)に達するまで、時間経過に伴って上昇する。 After that, at time t3 (>time t2), when the fluctuation voltage V2 reaches the reference voltage V1 (here, the second reference voltage V12), the output voltage of the first comparator 21 (first output voltage V10) is substantially equal to the potential at the reference potential point (here, 0 [V]). Then, the reference voltage V1 is inverted from the second reference voltage V12 to the first reference voltage V11. Then, like the time t1, the fluctuating voltage V2 overshoots to the second fluctuating voltage V22 (>the second reference voltage V12), and then the time until it reaches the reference voltage V1 (here, the first reference voltage V11) It descends with the passage of time. Further, at time t4 (>time t3), when the variable voltage V2 reaches the reference voltage V1 (here, the first reference voltage V11), the output voltage of the first comparator 21 (first output voltage V10) is a voltage obtained by dividing the output voltage of the power source P1 by the voltage dividing circuit including the resistors R1 and R2. Then, the reference voltage V1 is inverted from the first reference voltage V11 to the second reference voltage V12. Then, the fluctuation voltage V2 undershoots to the first fluctuation voltage V21 (>the first reference voltage V11), and then reaches the reference voltage V1 (here, the second reference voltage V12) until the fluctuation voltage V2 undershoots the time. Increases with time.

以下、上記の動作を繰り返すことにより、三角波出力回路100は、変動電圧V2を三角波V2として出力する。ここで、三角波V2の振幅、最小電圧、及び最大電圧は、基本的に電源P1の電源電圧と、抵抗器R1〜R3の抵抗値と、により決定することが可能である。また、三角波V2の発振周波数は、基本的に電源P1の電源電圧と、キャパシタC1の容量値と、抵抗器R4の抵抗値と、定電流源13から供給される電流I1の電流値と、により決定することが可能である。 Hereinafter, by repeating the above operation, the triangular wave output circuit 100 outputs the variable voltage V2 as the triangular wave V2. Here, the amplitude, the minimum voltage, and the maximum voltage of the triangular wave V2 can be basically determined by the power supply voltage of the power supply P1 and the resistance values of the resistors R1 to R3. The oscillation frequency of the triangular wave V2 basically depends on the power supply voltage of the power supply P1, the capacitance value of the capacitor C1, the resistance value of the resistor R4, and the current value of the current I1 supplied from the constant current source 13. It is possible to decide.

上述のように、本実施形態では、三角波(変動電圧)V2を直接変化させるのではなく、基準電圧V1を調整することにより、三角波V2を間接的に変化させている。具体的には、本実施形態では、第1コンパレータ21の出力電圧(第1出力電圧V10)、第2コンパレータ22の入力電圧(基準電圧V1)、及び第2コンパレータ22の出力電圧(第2出力電圧V20)の順に変化するため、キャパシタC1の充放電が間接的に行われる。このため、本実施形態では、三角波V2を直接変化させる場合と比較して、三角波V2に与える影響が小さく、結果として三角波出力回路100の出力波形(つまり、三角波V2の波形)が鈍りにくい、という利点がある。 As described above, in the present embodiment, the triangular wave V2 is indirectly changed by adjusting the reference voltage V1 instead of directly changing the triangular wave (variable voltage) V2. Specifically, in the present embodiment, the output voltage of the first comparator 21 (first output voltage V10), the input voltage of the second comparator 22 (reference voltage V1), and the output voltage of the second comparator 22 (second output). Since the voltage changes in the order of V20), the capacitor C1 is indirectly charged and discharged. Therefore, in the present embodiment, compared with the case where the triangular wave V2 is directly changed, the influence on the triangular wave V2 is small, and as a result, the output waveform of the triangular wave output circuit 100 (that is, the waveform of the triangular wave V2) is less likely to become dull. There are advantages.

また、本実施形態では、以下のような利点を享受し得る。すなわち、本実施形態の三角波出力回路100は、第1コンパレータ21及び第2コンパレータ22の出力電圧に影響を及ぼす遅延回路又はダイオード等の非線形素子を有していない。このため、本実施形態では、上記の遅延回路又はダイオードを含む回路と比較して、温度変化などの環境の影響を受けにくく、三角波V2の傾きの直線性を向上できる、という利点がある。 In addition, the present embodiment can enjoy the following advantages. That is, the triangular wave output circuit 100 of this embodiment does not have a delay circuit or a non-linear element such as a diode that affects the output voltage of the first comparator 21 and the second comparator 22. Therefore, in the present embodiment, compared to the delay circuit or the circuit including the diode, there is an advantage that it is less affected by the environment such as temperature change and the linearity of the slope of the triangular wave V2 can be improved.

また、本実施形態の三角波出力回路100の動作の安定性は、第1コンパレータ21及び第2コンパレータ22の特性に依存する。したがって、本実施形態の三角波出力回路100は、動作の安定性が回路素子の性能のばらつきに依存する回路と比較して、動作の安定性が向上しやすい、という利点がある。 The stability of the operation of the triangular wave output circuit 100 of this embodiment depends on the characteristics of the first comparator 21 and the second comparator 22. Therefore, the triangular wave output circuit 100 of the present embodiment has an advantage that the operation stability is easily improved as compared with the circuit in which the operation stability depends on the variation in the performance of the circuit elements.

なお、三角波発生回路では、求められる直線性によっては、コンパレータの代わりにオペアンプを用いて構成してもよい。オペアンプは、負帰還をかける使い方を前提として、位相補償コンデンサを内蔵している。三角波発生回路は、位相補償コンデンサを内蔵するオペアンプを用いて構成された場合、位相補償コンデンサ影響によるハイカットフィルタの特性により、高い周波数成分を含む鋭角的な変化に追従しにくい。そのため、三角波発生回路は、波形の上昇から下降、あるいは下降から上昇の変化点の近傍では直線性を損ねやすい。このような理由により、オペアンプを用いて構成された三角波発生回路は、コンパレータを用いて構成された三角波発生回路に比べ直線性は劣るものの、従来のラッチを用いる場合に比べて、出力波形の鈍化を抑制できる。 Note that the triangular wave generation circuit may be configured by using an operational amplifier instead of the comparator depending on the required linearity. The operational amplifier has a built-in phase compensation capacitor for use in negative feedback. When the triangular wave generation circuit is configured using an operational amplifier including a phase compensation capacitor, it is difficult to follow an acute change including a high frequency component due to the characteristics of the high cut filter due to the influence of the phase compensation capacitor. Therefore, the triangular wave generation circuit tends to impair the linearity in the vicinity of the change point of the waveform from rising to falling or from falling to rising. For this reason, the triangular wave generation circuit configured using the operational amplifier is inferior in linearity to the triangular wave generation circuit configured using the comparator, but the output waveform becomes slower than that in the case where the conventional latch is used. Can be suppressed.

また、本実施形態では、第1コンパレータ21及び第2コンパレータ22には、いずれも単電源の汎用のコンパレータを採用することが可能である。このため、本実施形態では、三角波出力回路100の製造コストを低減しやすい、という利点がある。 Further, in the present embodiment, both the first comparator 21 and the second comparator 22 may be general-purpose comparators having a single power source. Therefore, the present embodiment has an advantage that the manufacturing cost of the triangular wave output circuit 100 can be easily reduced.

(4)変形例
上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
(4) Modifications The above-described embodiment is only one of the various embodiments of the present disclosure. The above-described embodiment can be variously modified according to the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved. Hereinafter, modifications of the above-described embodiment will be listed. The modifications described below can be applied in appropriate combination.

本開示における機械的負荷発生装置400を含むシステムでは、例えば、制御回路CC1等に、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における制御回路CC1としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路(IC)又は大規模集積回路(LSI)を含む1ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうIC又はLSI等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムLSI、VLSI(Very Large Scale Integration)、又はULSI(Ultra Large Scale Integration)と呼ばれる集積回路を含む。さらに、LSIの製造後にプログラムされる、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はLSI内部の接合関係の再構成若しくはLSI内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、1つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、1つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、1以上のプロセッサ及び1以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む1ないし複数の電子回路で構成される。 In the system including the mechanical load generator 400 according to the present disclosure, for example, the control circuit CC1 or the like includes a computer system. The computer system mainly has a processor and a memory as hardware. The function as the control circuit CC1 in the present disclosure is realized by the processor executing the program recorded in the memory of the computer system. The program may be pre-recorded in the memory of the computer system, may be provided through an electric communication line, or recorded in a non-transitory recording medium such as a memory card, an optical disk, a hard disk drive, etc. that can be read by the computer system. May be provided. The processor of the computer system is composed of one or a plurality of electronic circuits including a semiconductor integrated circuit (IC) or a large scale integrated circuit (LSI). The integrated circuit such as IC or LSI referred to here is called differently depending on the degree of integration, and includes an integrated circuit called system LSI, VLSI (Very Large Scale Integration), or ULSI (Ultra Large Scale Integration). Further, an FPGA (Field-Programmable Gate Array) that is programmed after the manufacture of the LSI, or a logic device capable of reconfiguring the connection relation inside the LSI or reconfiguring the circuit section inside the LSI should also be adopted as a processor. You can The plurality of electronic circuits may be integrated in one chip, or may be distributed and provided in the plurality of chips. The plurality of chips may be integrated in one device, or may be distributed and provided in the plurality of devices. The computer system referred to herein includes a microcontroller having one or more processors and one or more memories. Therefore, the microcontroller is also composed of one or a plurality of electronic circuits including a semiconductor integrated circuit or a large scale integrated circuit.

また、例えば制御回路CC1における複数の機能が、1つの筐体内に集約されていることは必須の構成ではない。つまり、制御回路CC1の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。さらに、例えば制御回路CC1の少なくとも一部の機能は、例えば、サーバ装置及びクラウド(クラウドコンピューティング)等によって実現されてもよい。 Further, for example, it is not essential that the plurality of functions of the control circuit CC1 are integrated in one housing. That is, the constituent elements of the control circuit CC1 may be distributed and provided in a plurality of housings. Further, for example, at least a part of the functions of the control circuit CC1 may be realized by, for example, a server device and a cloud (cloud computing).

上述の実施形態では、三角波(変動電圧)V2の最小電圧は、図2に示すように殆ど0[V]であるが、これに限定する趣旨ではない。例えば、三角波(変動電圧)V2の最小値(第1変動電圧V21)は、図6Aに示すように零よりも大きくてもよい。この態様は、例えば上述の実施形態と比較して第1基準電圧V11が大きくなるように抵抗器R1,R2,R3の抵抗値を調整することで、実現可能である。 In the above-described embodiment, the minimum voltage of the triangular wave (variable voltage) V2 is almost 0 [V] as shown in FIG. 2, but the present invention is not limited to this. For example, the minimum value (first fluctuating voltage V21) of the triangular wave (fluctuation voltage) V2 may be larger than zero as shown in FIG. 6A. This mode can be realized, for example, by adjusting the resistance values of the resistors R1, R2, R3 so that the first reference voltage V11 becomes larger than that in the above-described embodiment.

この態様の三角波出力回路100を用いたPWM信号出力回路200では、入力信号Vinが三角波V2の最小電圧(第1変動電圧V21)を上回るまで、比較回路3の出力電圧がハイレベルで維持される。言い換えれば、入力信号Vinが三角波V2の最小電圧を上回るまで、PWM信号出力回路200がPWM信号S1を出力しない。つまり、この態様の三角波出力回路100を用いたPWM信号出力回路200では、入力信号Vinの大小により、PWM信号S1を生成するモードと生成しないモードとを切り替えることができる。 In the PWM signal output circuit 200 using the triangular wave output circuit 100 of this aspect, the output voltage of the comparison circuit 3 is maintained at a high level until the input signal Vin exceeds the minimum voltage of the triangular wave V2 (first fluctuating voltage V21). .. In other words, the PWM signal output circuit 200 does not output the PWM signal S1 until the input signal Vin exceeds the minimum voltage of the triangular wave V2. That is, in the PWM signal output circuit 200 using the triangular wave output circuit 100 of this aspect, the mode for generating the PWM signal S1 and the mode for not generating the PWM signal S1 can be switched depending on the magnitude of the input signal Vin.

さらに言えば、この態様のPWM信号出力回路200を用いた駆動回路300では、駆動モードは、PWM信号出力回路200から出力されるPWM信号S1により、スイッチング素子4を駆動するモードである。スタンバイモードは、PWM信号出力回路200からPWM信号S1が出力されないためにスイッチング素子4を駆動しないが、負荷用電源P2が投入された状態を維持するモードである。 Moreover, in the drive circuit 300 using the PWM signal output circuit 200 of this aspect, the drive mode is a mode in which the switching element 4 is driven by the PWM signal S1 output from the PWM signal output circuit 200. The standby mode is a mode in which the switching element 4 is not driven because the PWM signal S1 is not output from the PWM signal output circuit 200, but the state in which the load power supply P2 is turned on is maintained.

図6Bに示すように、入力信号Vinが三角波V2の最小電圧(第1変動電圧V21)を上回るまでは、スイッチング素子4がオフ状態に維持されるので、負荷L1には電流I2が流れない。つまり、この場合、駆動回路300は、スタンバイモードで動作している。一方、入力信号Vinが三角波V2の最小電圧(第1変動電圧V21)を上回ると、PWM信号S1によりスイッチング素子4がオン/オフされるので、負荷L1には電流I2が流れる。つまり、この場合、駆動回路300は、駆動モードで動作している。 As shown in FIG. 6B, until the input signal Vin exceeds the minimum voltage (first fluctuation voltage V21) of the triangular wave V2, the switching element 4 is maintained in the off state, so that the current I2 does not flow in the load L1. That is, in this case, the drive circuit 300 is operating in the standby mode. On the other hand, when the input signal Vin exceeds the minimum voltage of the triangular wave V2 (first fluctuation voltage V21), the switching element 4 is turned on/off by the PWM signal S1, so that the current I2 flows through the load L1. That is, in this case, the drive circuit 300 is operating in the drive mode.

上述のように、この態様では、入力信号Vinの大小により駆動モードとスタンバイモードとを切り替えることができるので、スタンバイモードを実現するための信号線を別途用意する必要がない、という利点がある。 As described above, in this aspect, the drive mode and the standby mode can be switched depending on the magnitude of the input signal Vin, and therefore there is an advantage that it is not necessary to separately prepare a signal line for realizing the standby mode.

上述の実施形態では、スイッチング素子4は、Pチャネルのエンハンスメント型のMOSFET(つまり、FET)であるが、これに限らず、バイポーラトランジスタ等のトランジスタであってもよい。なお、スイッチング素子4がFETである場合、トランジスタである場合と比較して、オフからオンに要する時間と、オンからオフに要する時間とが殆ど同じになるので、入力に対する応答の直線性が良い、という利点がある。 In the above-described embodiment, the switching element 4 is a P-channel enhancement type MOSFET (that is, FET), but is not limited to this, and may be a transistor such as a bipolar transistor. When the switching element 4 is a FET, the time required from off to on and the time required from on to off are almost the same as when the switching element 4 is a transistor, and therefore the linearity of the response to the input is good. , Has the advantage.

上述の実施形態では、磁界発生部6は、単一のコイル61を有しているが、これに限らず、複数のコイル61を有する構成であってもよい。この態様では、複数のコイル61は直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。 In the above-described embodiment, the magnetic field generation unit 6 has the single coil 61, but the configuration is not limited to this, and may have a configuration having a plurality of coils 61. In this aspect, the plurality of coils 61 may be connected in series or may be connected in parallel.

上述の実施形態では、PWM信号出力回路200の出力するPWM信号S1は、磁気粘性流体5を用いた機械的負荷発生装置400の制御に用いられているが、用途を限定する趣旨ではない。例えば、PWM信号S1は、照明器具の有する光源の調光及び調色に用いることが可能である。その他、PWM信号S1は、VCM(Voice Coil Motor)を用いた触感提示装置の制御、又はカメラ向けのアクチュエータの制御などに用いることが可能である。 In the above-described embodiment, the PWM signal S1 output from the PWM signal output circuit 200 is used to control the mechanical load generator 400 that uses the magnetorheological fluid 5, but the purpose is not limited. For example, the PWM signal S1 can be used for light control and color control of a light source included in a lighting fixture. In addition, the PWM signal S1 can be used for controlling a tactile sensation providing device using a VCM (Voice Coil Motor), controlling an actuator for a camera, or the like.

上述の実施形態において、三角波出力回路100は、定電流源13の代わりに抵抗器を用いて構成されていてもよい。この態様では、変動電圧V2は、電源P1から抵抗器を介して流れる電流I1により充電されるキャパシタC1の両端電圧である。三角波出力回路100は、抵抗器を用いることにより、定電流源13を用いる場合に比べて直線性は劣るが、より簡易かつ低コストに擬似的なのこぎり波を生成することができる。この場合、三角波(変動電圧)V2の変化は、抵抗器の抵抗値を“R10”とすると、以下の数式(5)により表される。 In the above-described embodiment, the triangular wave output circuit 100 may be configured by using a resistor instead of the constant current source 13. In this aspect, the fluctuating voltage V2 is the voltage across the capacitor C1 charged by the current I1 flowing from the power source P1 through the resistor. By using a resistor, the triangular wave output circuit 100 is inferior in linearity to the case where the constant current source 13 is used, but can generate a pseudo sawtooth wave more easily and at low cost. In this case, the change of the triangular wave (fluctuation voltage) V2 is expressed by the following mathematical expression (5) when the resistance value of the resistor is “R10”.

Figure 2020088829
Figure 2020088829

(まとめ)
以上述べたように、第1の態様に係る三角波出力回路(100)は、第1出力回路(11)と、第2出力回路(12)と、を備える。第1出力回路(11)は、基準電圧(V1)を出力する。第2出力回路(12)は、基準電圧(V1)に追従して、電圧値が上昇と下降とを交互に繰り返す変動電圧(V2)を出力する。第2出力回路(12)は、第1出力回路(11)にて基準電圧(V1)を調整されることにより、変動電圧(V2)を三角波(V2)として出力する。
(Summary)
As described above, the triangular wave output circuit (100) according to the first aspect includes the first output circuit (11) and the second output circuit (12). The first output circuit (11) outputs a reference voltage (V1). The second output circuit (12) follows the reference voltage (V1) and outputs a fluctuating voltage (V2) in which the voltage value alternately repeats rising and falling. The second output circuit (12) outputs the fluctuating voltage (V2) as a triangular wave (V2) by adjusting the reference voltage (V1) by the first output circuit (11).

この態様によれば、出力波形が鈍りにくい、という利点がある。 According to this aspect, there is an advantage that the output waveform is less likely to be dull.

第2の態様に係る三角波出力回路(100)では、第1の態様において、第1出力回路(11)は、基準電圧(V1)に基づく電圧を出力する第1コンパレータ(21)を有する。第2出力回路(12)は、変動電圧(V2)に基づく電圧を出力する第2コンパレータ(22)を有する。 In the triangular wave output circuit (100) according to the second aspect, in the first aspect, the first output circuit (11) has a first comparator (21) that outputs a voltage based on the reference voltage (V1). The second output circuit (12) has a second comparator (22) that outputs a voltage based on the fluctuating voltage (V2).

この態様によれば、基準電圧(V1)を調整するための回路を設計しやすい、という利点がある。 According to this aspect, there is an advantage that a circuit for adjusting the reference voltage (V1) can be easily designed.

第3の態様に係る三角波出力回路(100)では、第2の態様において、変動電圧(V2)は、定電流源(13)からの電流(I1)により充電されるキャパシタ(C1)の両端電圧である。第1コンパレータ(21)及び第2コンパレータ(22)の非反転入力端子には、基準電圧(V1)が入力される。第1コンパレータ(21)及び第2コンパレータ(22)の反転入力端子には、変動電圧(V2)が入力される。 In the triangular wave output circuit (100) according to the third aspect, in the second aspect, the fluctuating voltage (V2) is the voltage across the capacitor (C1) charged by the current (I1) from the constant current source (13). Is. The reference voltage (V1) is input to the non-inverting input terminals of the first comparator (21) and the second comparator (22). The fluctuation voltage (V2) is input to the inverting input terminals of the first comparator (21) and the second comparator (22).

この態様によれば、変動電圧(V2)を基準電圧(V1)に追従させる回路を設計しやすい、という利点がある。 According to this aspect, there is an advantage that it is easy to design a circuit that causes the variable voltage (V2) to follow the reference voltage (V1).

第4の態様に係る三角波出力回路(100)では、第2の態様において、変動電圧(V2)は、電源(P1)から抵抗器を介して流れる電流(I1)により充電されるキャパシタ(C1)の両端電圧である。第1コンパレータ(21)及び第2コンパレータ(22)の非反転入力端子には、基準電圧(V1)が入力される。第1コンパレータ(21)及び第2コンパレータ(22)の反転入力端子には、変動電圧(V2)が入力される。 In the triangular wave output circuit (100) according to the fourth aspect, in the second aspect, the fluctuating voltage (V2) is the capacitor (C1) charged by the current (I1) flowing from the power source (P1) through the resistor. Is the voltage across. The reference voltage (V1) is input to the non-inverting input terminals of the first comparator (21) and the second comparator (22). The fluctuation voltage (V2) is input to the inverting input terminals of the first comparator (21) and the second comparator (22).

この態様によれば、変動電圧(V2)を基準電圧(V1)に追従させる回路を設計しやすい、という利点がある。 According to this aspect, there is an advantage that it is easy to design a circuit that causes the variable voltage (V2) to follow the reference voltage (V1).

第5の態様に係る三角波出力回路(100)では、第1〜第4のいずれかの態様において、三角波(V2)は、のこぎり波である。 In the triangular wave output circuit (100) according to the fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects, the triangular wave (V2) is a sawtooth wave.

この態様によれば、三角波(V2)を用いてPWM信号(S1)を生成する際に、周期ごとにPWM信号(S1)が立ち上がる(又は立ち下がる)タイミングを一定にしやすい、という利点がある。 According to this aspect, when the PWM signal (S1) is generated using the triangular wave (V2), there is an advantage that the rising timing (or falling timing) of the PWM signal (S1) can be easily made constant for each cycle.

第6の態様に係る三角波出力回路(100)では、第1〜第5のいずれかの態様において、変動電圧(V2)の最小値は、零よりも大きい。 In the triangular wave output circuit (100) according to the sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, the minimum value of the fluctuation voltage (V2) is larger than zero.

この態様によれば、三角波(V2)と閾値電圧(入力信号)(Vin)との比較によりPWM信号(S1)を生成する場合に、入力信号(Vin)の大小によりPWM信号(S1)を生成するモードと生成しないモードとを切り替え可能である、という利点がある。 According to this aspect, when the PWM signal (S1) is generated by comparing the triangular wave (V2) with the threshold voltage (input signal) (Vin), the PWM signal (S1) is generated according to the magnitude of the input signal (Vin). There is an advantage that it is possible to switch between the mode to be performed and the mode not to be generated.

第7の態様に係るPWM信号出力回路(200)は、第1〜第6のいずれかの態様の三角波出力回路(100)と、比較回路(3)と、を備える。比較回路(3)は、三角波出力回路(100)から出力される三角波(V2)と閾値電圧(Vin)とを比較し、比較結果に応じたPWM信号(S1)を出力する。 The PWM signal output circuit (200) according to the seventh aspect includes the triangular wave output circuit (100) according to any one of the first to sixth aspects and a comparison circuit (3). The comparison circuit (3) compares the triangular wave (V2) output from the triangular wave output circuit (100) with the threshold voltage (Vin), and outputs a PWM signal (S1) according to the comparison result.

この態様によれば、鈍りにくい三角波(V2)を用いてPWM信号(S1)を生成するため、所望の特性のPWM信号(S1)を出力しやすい、という利点がある。 According to this aspect, since the PWM signal (S1) is generated using the triangular wave (V2) that is hard to dull, there is an advantage that it is easy to output the PWM signal (S1) having a desired characteristic.

第8の態様に係る駆動回路(300)は、第7の態様のPWM信号出力回路(200)と、スイッチング素子(4)と、を備える。スイッチング素子(4)は、負荷用電源(P2)と負荷(L1)との間に電気的に接続されて、PWM信号出力回路(200)から出力されるPWM信号(S1)により駆動する。 The drive circuit (300) according to the eighth aspect includes the PWM signal output circuit (200) of the seventh aspect and the switching element (4). The switching element (4) is electrically connected between the load power source (P2) and the load (L1) and is driven by the PWM signal (S1) output from the PWM signal output circuit (200).

この態様によれば、所望の特性で出力されやすいPWM信号(S1)を用いてスイッチング素子(4)を駆動するため、スイッチング素子(4)を駆動する精度を向上させやすい、という利点がある。 According to this aspect, since the switching element (4) is driven by using the PWM signal (S1) that is easily output with desired characteristics, there is an advantage that the accuracy of driving the switching element (4) is easily improved.

第9の態様に係る機械的負荷発生装置(400)は、第8の態様の駆動回路(300)と、磁気粘性流体(5)と、負荷(L1)としての磁界発生部(6)と、を備える。磁界発生部(6)は、駆動回路(300)に駆動されることで磁気粘性流体(5)に磁界を印加することにより、磁気粘性流体(5)の粘性を変化させる。 A mechanical load generator (400) according to a ninth aspect is a drive circuit (300) according to the eighth aspect, a magneto-rheological fluid (5), a magnetic field generator (6) as a load (L1), Equipped with. The magnetic field generator (6) changes the viscosity of the magneto-rheological fluid (5) by being driven by the drive circuit (300) to apply a magnetic field to the magnetorheological fluid (5).

この態様によれば、精度を向上させやすいスイッチング素子(4)を用いて磁気粘性流体(5)の粘性を変化させることができるので、所望の特性の機械的負荷を発生させやすい、という利点がある。 According to this aspect, since the viscosity of the magneto-rheological fluid (5) can be changed by using the switching element (4) whose accuracy is easily improved, there is an advantage that a mechanical load having desired characteristics is easily generated. is there.

第2〜第6の態様に係る構成については、三角波出力回路(100)に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。 The configurations according to the second to sixth aspects are not essential for the triangular wave output circuit (100) and can be omitted as appropriate.

11 第1出力回路
12 第2出力回路
13 定電流源
21 第1コンパレータ
22 第2コンパレータ
3 比較回路
4 スイッチング素子
5 磁気粘性流体
6 磁界発生部
100 三角波出力回路
200 PWM信号出力回路
300 駆動回路
400 機械的負荷発生装置
L1 負荷
P1 電源
P2 負荷用電源
S1 PWM信号
V1 基準電圧
V2 変動電圧(三角波)
Vin 入力信号(閾値電圧)
11 1st output circuit 12 2nd output circuit 13 constant current source 21 1st comparator 22 2nd comparator 3 comparison circuit 4 switching element 5 magnetorheological fluid 6 magnetic field generation part 100 triangular wave output circuit 200 PWM signal output circuit 300 drive circuit 400 machine Load generator L1 load P1 power supply P2 load power supply S1 PWM signal V1 reference voltage V2 variable voltage (triangular wave)
Vin input signal (threshold voltage)

Claims (9)

基準電圧を出力する第1出力回路と、
前記基準電圧に追従して、電圧値が上昇と下降とを交互に繰り返す変動電圧を出力する第2出力回路と、を備え、
前記第2出力回路は、前記第1出力回路にて前記基準電圧を調整されることにより、前記変動電圧を三角波として出力する、
三角波出力回路。
A first output circuit for outputting a reference voltage,
A second output circuit that outputs a fluctuating voltage whose voltage value alternates between rising and falling, following the reference voltage;
The second output circuit outputs the fluctuating voltage as a triangular wave by adjusting the reference voltage by the first output circuit.
Triangular wave output circuit.
前記第1出力回路は、前記基準電圧に基づく電圧を出力する第1コンパレータを有し、
前記第2出力回路は、前記変動電圧に基づく電圧を出力する第2コンパレータを有する、
請求項1記載の三角波出力回路。
The first output circuit includes a first comparator that outputs a voltage based on the reference voltage,
The second output circuit has a second comparator that outputs a voltage based on the fluctuating voltage,
The triangular wave output circuit according to claim 1.
前記変動電圧は、定電流源からの電流により充電されるキャパシタの両端電圧であって、
前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータの非反転入力端子には、前記基準電圧が入力され、
前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータの反転入力端子には、前記変動電圧が入力される、
請求項2に記載の三角波出力回路。
The fluctuating voltage is the voltage across the capacitor charged by the current from the constant current source,
The reference voltage is input to non-inverting input terminals of the first comparator and the second comparator,
The variable voltage is input to the inverting input terminals of the first comparator and the second comparator,
The triangular wave output circuit according to claim 2.
前記変動電圧は、電源から抵抗器を介して流れる電流により充電されるキャパシタの両端電圧であって、
前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータの非反転入力端子には、前記基準電圧が入力され、
前記第1コンパレータ及び前記第2コンパレータの反転入力端子には、前記変動電圧が入力される、
請求項2に記載の三角波出力回路。
The fluctuating voltage is a voltage across a capacitor charged by a current flowing from a power source through a resistor,
The reference voltage is input to non-inverting input terminals of the first comparator and the second comparator,
The variable voltage is input to the inverting input terminals of the first comparator and the second comparator,
The triangular wave output circuit according to claim 2.
前記三角波は、のこぎり波である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の三角波出力回路。
The triangular wave is a sawtooth wave,
The triangular wave output circuit according to claim 1.
前記変動電圧の最小値は、零よりも大きい、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の三角波出力回路。
The minimum value of the fluctuating voltage is greater than zero,
The triangular wave output circuit according to claim 1.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の三角波出力回路と、
前記三角波出力回路から出力される前記三角波と閾値電圧とを比較し、比較結果に応じたPWM信号を出力する比較回路と、を備える、
PWM信号出力回路。
A triangular wave output circuit according to any one of claims 1 to 6,
A comparison circuit that compares the triangular wave output from the triangular wave output circuit with a threshold voltage and outputs a PWM signal according to the comparison result.
PWM signal output circuit.
請求項7記載のPWM信号出力回路と、
負荷用電源と負荷との間に電気的に接続されて、前記PWM信号出力回路から出力される前記PWM信号により駆動するスイッチング素子と、を備える、
駆動回路。
A PWM signal output circuit according to claim 7,
A switching element electrically connected between the load power source and the load and driven by the PWM signal output from the PWM signal output circuit.
Drive circuit.
請求項8記載の駆動回路と、
磁気粘性流体と、
前記駆動回路に駆動されることで前記磁気粘性流体に磁界を印加することにより、前記磁気粘性流体の粘性を変化させる前記負荷としての磁界発生部と、を備える、
機械的負荷発生装置。
A drive circuit according to claim 8;
Magnetic viscous fluid,
A magnetic field generation unit as the load that changes the viscosity of the magneto-rheological fluid by applying a magnetic field to the magneto-rheological fluid by being driven by the drive circuit,
Mechanical load generator.
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