JP3655117B2 - Sensor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源回路を内蔵し、回転位置等の物理量の変化をレゾルバ等のセンサにより微弱な電気信号に変換し、さらにデジタル信号に変換するセンサ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3には磁気を利用した回転位置センサである、レゾルバを用いた回転位置センサ装置の従来の構成を表したブロック図の一例を示している。そして、図4では図3の従来の回転位置センサ装置の動作を説明したタイミングチャートを示している。図3において、レゾルバ1は、励磁コイル2a、2b、2c、2dおよび検出コイル3a、3b、3c、3dにより構成されている。交流励磁回路5は、タイミングコントローラ9(以下、TC9)からの励磁信号exs を増幅し、励磁コイル2a〜2dに交流電圧を印加する。そして、検出コイル3aと3c、3bと3dの関係で、対になって接続された検出コイル3a−3dからは、ロータ4の回転位置の変化による磁気抵抗の変化に応じて、ロータ4の回転角のそれぞれ正弦値と余弦値に振幅変調された出力が得られる。レゾルバ1からの出力信号は、それぞれ差動増幅器6a、6bに入力され、おのおの増幅器7a、7bを経て、アナログ・デジタル変換器8a、8b(以下、A/D変換器8a、8b)に入力される。
【0003】
TC9では、A/D変換器8a、8bがデジタル変換処理をおこなうのに必要な各動作指令やタイミング調整、そして交流励磁回路5への励磁信号発生等の処理をおこなっている。A/D変換器8a、8bでは、図4に示されるように、TC9より励磁信号exs に同期し、かつレゾルバ1の出力がピークとなるタイミングで出力されるA/D変換開始指令adstにより、入力されたレゾルバ出力信号をサンプル・ホールドし、ホールド後のアナログ信号をデジタルデータに変換する処理をおこなう。そして、デジタルデータに変換されたレゾルバ信号をCPU10に出力する。CPU10では、TC9よりA/D変換完了後に出力される割り込み信号tintをトリガとして、A/D変換器8a、8bより伝達された2相のレゾルバ信号により演算処理をおこない、回転位置データposを得る。
【0004】
一方、回転位置センサ装置には、供給される電源電圧の変動による影響を少なくし、かつ電源安定化による発熱を防止し、回転位置センサの検出精度を向上させるための電源回路としてスイッチング電源回路11が内蔵されている。スイッチングレギュレータコントローラ12(以下、SRC12)を利用したスイッチング電源回路11であるステップダウン型レギュレータ回路は、SRC12、トランジスタ13、ダイオード14、チョークコイル15、およびコンデンサ16により構成されている。外部より供給された回転位置センサ装置の電源電圧Vinは、トランジスタ13のエミッタ端子、およびSRC12の電源端子に入力される。SRC12の出力端子は、トランジスタ13のベース端子に接続されている。そして、SRC12は図4のように、トランジスタ13のオン動作をパルス幅変調により制御することによって、回転位置センサ装置の回路電源として利用される安定化された出力電圧を、少ない発熱で得ることができる。SRC12は、図には示していないが、一般に抵抗、コンデンサの素子を接続することで、動作発振周波数等のSRC12の動作に関係する諸設定を調整できるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
スイッチング電源回路11では、チョークコイル15に蓄積される磁気エネルギーを利用して安定化した電源を得ており、スイッチングレギュレータコントローラ12は、その出力が接続され電流増幅のため備えられているトランジスタ13のオン・オフ時間を変化させることで、すなわちパルス幅を制御することで電圧制御をおこなっている。そのため、スイッチングレギュレータコントローラ12のスイッチング動作により、チョークコイル15では大きな磁気変化が生じている。この磁気ノイズが微弱信号を出力するセンサや、センサ信号の増幅器に混入するという問題があった。特に、レゾルバ等の磁気を利用したセンサの場合には、センサがスイッチング電源回路11に備えられたチョークコイル15での磁気変化の影響を直接受け、検出精度を悪化させてしまうことがあった。さらに、最近ではセンサ装置の小型化と高精度化が要求されるようになり、センサと電源回路部はますます隣接するようになってきており、そのために電源回路で発生する磁気ノイズによる影響が無視できなくなってきた。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、物理量の変化を電気信号に変換するセンサにより、前記物理量の変化をデジタル信号のデータに変換するセンサ装置において、本発明では、前記センサからの電気信号をサンプルし、デジタルデータに変換するアナログ・デジタル変換手段と、スイッチング動作の停止機能を備えたスイッチング電源手段と、前記スイッチング電源手段に対して、少なくとも前記アナログ・デジタル変換手段が前記電気信号のサンプルを完了するt時間前からサンプル完了までの間のスイッチング動作を停止させるための停止信号を出力するタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。また、前記センサは、磁気を利用して回転位置や直線位置を検出する位置センサであってもよい。
【0007】
本発明によれば、センサからのアナログ信号をデジタルデータに変換するアナログ・デジタル変換手段において、入力信号のサンプルを完了する所定時間手前からサンプルを完了するまでの間、各動作指令を出力しているタイミング制御手段がスイッチング電源手段に対してスイッチング動作停止信号を出力し、スイッチング動作を停止させることにより、アナログ・デジタル変換手段がセンサ信号のサンプル時のノイズを最も受けるタイミングにおいて、スイッチング電源手段からのノイズ発生を停止させることができるので、スイッチング電源手段からの磁気ノイズの影響によるセンサの検出精度悪化を抑えることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセンサ装置の一実施形態を図1および図2により説明する。図1には、センサとして磁気を利用した回転位置センサである、レゾルバを用いた本実施形態の回転位置センサ装置の構成を表したブロック図を示している。図2には、本実施形態の回転位置センサ装置の動作を説明したタイミングチャートを示している。また、図3および図4の従来例と同一の構成に対しては同一符号を付け、その説明を省略する。
励磁コイル2a−2d、および検出コイル3a−3dにより構成されている、レゾルバ1の励磁コイル2a−2dに対して、TC9からの励磁信号exs を交流励磁回路5により増幅した交流電圧を印加する。検出コイル3a−3dからは、ロータ4の回転位置の正弦値、余弦値に振幅変調された出力が得られる。レゾルバ1から得られた2相の出力は、それぞれ増幅器6a、6bにて差動増幅され、増幅器7a、7bを経て、A/D変換器8a、8bに入力される。A/D変換器8a、8bでは、TC9からのA/D変換開始指令adstにより、2相の信号をサンプル・ホールドし、ホールド後の電圧をデジタル変換してCPU10に出力する。
【0009】
A/D変換器8a、8bにてデジタル変換処理をおこなうのに必要な各動作指令やタイミング調整等をおこなっているTC9は、図2に示されるように、A/D変換開始指令adstに同期し、かつA/D変換開始指令adstを出力する所定時間t1前の、少なくともA/D変換器8a、8bが入力電圧をサンプルするために必要な時間であるセットアップ時間に対し余裕をみた時間、例えば5μs 前から、スイッチング電源回路11内のSRC12に対して、スイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止信号dtc を出力する。SRC12ではスイッチング動作停止信号dtc が入力されると、トランジスタ13のベース端子に接続されているSRC12の出力端子を“H”レベルに保持する。その結果、トランジスタ13はオフとなり、チョークコイル15での磁気変化は急激に減少する。
TC9は、SRC12にスイッチング動作停止信号dtc を出力した後、少なくともA/D変換器8a、8b内部で、サンプルを完了し入力電圧をホールドするまでに必要とされる時間を考慮して、A/D変換開始指令adstを出力した所定時間t2後の、例えば2μs 経た後に、SRC12のスイッチング動作停止信号dtc を解除する。なお、スイッチング動作停止時間t1とt2は、A/D変換器8a、8bの特性を考慮するだけでなく、レゾルバ1に対し直接、磁気的影響を与え、検出精度を悪化させるチョークコイル15での磁気変動が十分減衰する時間に設定することが望ましい。
CPU10では、TC9よりA/D変換完了後に出力される割り込み信号tintにより、A/D変換器8a、8bより伝達された2相のレゾルバ信号をもとに演算処理をおこない、回転位置データpos を得る。
【0010】
上記のように構成した本実施形態によれば、回転位置センサであるレゾルバの出力信号をデジタルデータに変換するA/D変換器8a、8bに対して、各動作指令を出力しているTC9が、A/D変換器8a、8bに動作指令であるA/D変換開始指令adstを出力する前に、A/D変換開始指令adstに同期してSRC12にスイッチング動作停止指令dtc を出すことにより、回転位置センサ信号のサンプルを完了する直前におけるチョークコイル15での磁気変化を大幅に減少させることができ、スイッチング電源回路11からの磁気ノイズの影響による検出精度の悪化を抑えることができる。
また、スイッチング電源回路11のスイッチング動作を停止させることにより、停止期間中は回転位置センサ装置の回路電源に電圧降下が生じることになるが、スイッチング動作を停止させる時間は前述の点を考慮してもわずかであり、センサ装置の動作に問題となることはない。
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々変形して実施できる。例えば、スイッチング電源回路11にはステップダウン型レギュレータ回路での例を示したが、ステップアップ型レギュレータ回路においても同様の原理により適用することができる。
【0011】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のセンサ装置によれば、A/D変換器の動作を制御しているタイミングコントローラにおいて、A/D変換器を動作させる時にはスイッチング電源回路の動作についても制御することにより、センサ信号のサンプル時に問題となるスイッチング電源回路からの磁気ノイズの影響を減少させることができ、センサの検出精度悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態のセンサ装置の構成を表したブロック図である。
【図2】 本実施形態でのセンサ装置における動作を説明したタイミングチャートを示す図である。
【図3】 従来のセンサ装置の構成を表したブロック図である。
【図4】 従来のセンサ装置における動作を説明したタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
1 レゾルバ、2a,2b,2c,2d 励磁コイル、3a,3b,3c,3d 検出コイル、4 ロータ、5 交流励磁回路、6a,6b 増幅器、7a,7b 増幅器、8a,8b A/D変換器、9 タイミングコントローラ、10CPU、11 スイッチング電源回路、12 スイッチングレギュレータコントローラ、13 トランジスタ、15 チョークコイル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor device that incorporates a switching power supply circuit, converts a change in a physical quantity such as a rotational position into a weak electric signal by a sensor such as a resolver, and further converts it into a digital signal.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows an example of a block diagram showing a conventional configuration of a rotational position sensor device using a resolver, which is a rotational position sensor using magnetism. 4 shows a timing chart for explaining the operation of the conventional rotational position sensor device of FIG. In FIG. 3, the
[0003]
In TC9, the A / D converters 8a and 8b perform various operation commands and timing adjustments necessary for performing digital conversion processing, and excitation signal generation to the
[0004]
On the other hand, in the rotational position sensor device, a switching power supply circuit 11 is used as a power supply circuit for reducing the influence of fluctuations in the supplied power supply voltage, preventing heat generation due to power stabilization, and improving the detection accuracy of the rotational position sensor. Is built-in. A step-down regulator circuit, which is a switching power supply circuit 11 using a switching regulator controller 12 (hereinafter referred to as SRC 12), includes an
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The switching power supply circuit 11 obtains a stabilized power supply using the magnetic energy accumulated in the choke coil 15, and the
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a sensor device that converts a change in physical quantity into data of a digital signal by a sensor that converts a change in physical quantity into an electrical signal. In the present invention, the electrical signal from the sensor is sampled in the present invention. Analog / digital conversion means for converting to digital data; switching power supply means having a switching operation stop function; and for the switching power supply means, at least the analog / digital conversion means completes sampling of the electrical signal and a timing control means for outputting a stop signal for stopping the switching operation from the time t to the completion of the sample. The sensor may be a position sensor that detects a rotational position or a linear position using magnetism.
[0007]
According to the present invention, in the analog / digital conversion means for converting an analog signal from a sensor into digital data, each operation command is output from a predetermined time before completion of sampling of the input signal to completion of sampling. When the timing control means outputs a switching operation stop signal to the switching power supply means and stops the switching operation, the analog / digital conversion means receives the noise at the time of sampling of the sensor signal from the switching power supply means. Therefore, it is possible to suppress deterioration in detection accuracy of the sensor due to the influence of magnetic noise from the switching power supply means.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the sensor device of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a rotational position sensor device according to the present embodiment using a resolver, which is a rotational position sensor using magnetism as a sensor. FIG. 2 shows a timing chart for explaining the operation of the rotational position sensor device of the present embodiment. Also, the same components as those in the conventional example of FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
An AC voltage obtained by amplifying the excitation signal exs from TC9 by the
[0009]
As shown in FIG. 2, the TC 9 performing each operation command and timing adjustment necessary for performing the digital conversion processing by the A / D converters 8a and 8b is synchronized with the A / D conversion start command adst. And at least a predetermined time t1 before the output of the A / D conversion start command adst, a time with a margin for the setup time, which is a time required for the A / D converters 8a and 8b to sample the input voltage, For example, the switching operation stop signal dtc for stopping the switching operation is output to the
The TC 9 considers the time required to complete the sample and hold the input voltage at least inside the A / D converters 8 a and 8 b after outputting the switching operation stop signal dtc to the
The
[0010]
According to the present embodiment configured as described above, the TC 9 outputting each operation command to the A / D converters 8a and 8b that convert the output signal of the resolver that is the rotational position sensor into digital data. Before outputting the A / D conversion start command adst, which is an operation command, to the A / D converters 8a and 8b, by issuing a switching operation stop command dtc to the
Further, when the switching operation of the switching power supply circuit 11 is stopped, a voltage drop occurs in the circuit power supply of the rotational position sensor device during the stop period, but the time for stopping the switching operation takes the above-mentioned points into consideration. However, there is no problem with the operation of the sensor device.
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not change the summary, it can implement in various deformation | transformation. For example, although an example of a step-down regulator circuit has been shown for the switching power supply circuit 11, it can also be applied to a step-up regulator circuit according to the same principle.
[0011]
【The invention's effect】
As described above, according to the sensor device of the present invention, in the timing controller that controls the operation of the A / D converter, the operation of the switching power supply circuit is also controlled when the A / D converter is operated. As a result, it is possible to reduce the influence of magnetic noise from the switching power supply circuit, which is a problem when sampling the sensor signal, and to suppress deterioration in detection accuracy of the sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a sensor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a timing chart explaining the operation of the sensor device according to the present embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional sensor device.
FIG. 4 is a timing chart illustrating the operation of a conventional sensor device.
[Explanation of symbols]
1 resolver, 2a, 2b, 2c, 2d excitation coil, 3a, 3b, 3c, 3d detection coil, 4 rotor, 5 AC excitation circuit, 6a, 6b amplifier, 7a, 7b amplifier, 8a, 8b A / D converter, 9 Timing controller, 10 CPU, 11 Switching power supply circuit, 12 Switching regulator controller, 13 Transistor, 15 Choke coil.
Claims (2)
前記センサからの電気信号をサンプルし、デジタルデータに変換するアナログ・デジタル変換手段と、
スイッチング動作の停止機能を備えたスイッチング電源手段と、
前記スイッチング電源手段に対して、少なくとも前記アナログ・デジタル変換手段が前記電気信号のサンプルを完了する所定時間前からサンプル完了までの間のスイッチング動作を停止させるための停止信号を出力するタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするセンサ装置。In a sensor device that converts a change in physical quantity into digital signal data by a sensor that converts a change in physical quantity into an electrical signal,
Analog / digital conversion means for sampling an electrical signal from the sensor and converting it into digital data;
Switching power supply means having a switching operation stop function;
Timing control means for outputting to the switching power supply means a stop signal for stopping a switching operation at least from a predetermined time before the analog / digital conversion means completes sampling of the electrical signal to completion of sampling; A sensor device comprising:
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