JP4258078B2 - 負荷制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は負荷制御装置に係り、詳しくは、固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応して負荷を制御する負荷制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、車載ランプ等の車両用負荷をパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）制御する負荷制御装置として、車載電子制御装置（ＥＣＵ）やリレーインテグレーション等の制御装置からの固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応したものが知られている。この種の負荷制御装置では、固定入力に対して一定の周波数（周期）およびデューティ（ＤＵＴＹ）でレベルが変化する駆動制御信号を生成するか、または、パルス入力と同じ周波数およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、当該駆動制御信号により車両用負荷を駆動制御するようになっている。このように、負荷制御装置を２つの入力パターンに対応させるのは、車両のグレードによって異なる多種類のＥＣＵやリレーインテグレーション等に広く対応可能な汎用性を負荷制御装置にもたせるためである。
【０００３】
一般に、負荷制御装置を２つの入力パターンに対応させるには、まず、回路構成の複雑な固定入力用の回路設計を行っておき、パルス入力に対応させる場合には、その固定入力用の回路にて負荷制御装置の入出力を短絡させるようにする。
具体的には、以下の２つの方法が提案されている。
【０００４】
（方法１）
固定入力用に回路設計した負荷制御装置のＩＣにおける配線パターンを変更することで、パルス入力用の別のＩＣを作成する方法。
しかし、この方法１では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて配線パターンを変更する製造工程が必要になるため、製造工程が複雑化すると共に、フォトリソグラフィ技術で用いられるフォトマスクの数が増加することから、製造コストが増大するという問題がある。また、固定入力用とパルス入力用の２種類のＩＣは一見しただけでは区別できないため、製造後の検査工程にて両者を区別するのがまぎらわしいという問題がある。そして、２種類のＩＣの部品管理には手間がかかるため、部品管理コストが増大するという問題もある。
【０００５】
（方法２）
固定入力用に回路設計した負荷制御装置のＩＣの内部に、負荷制御装置の入出力を短絡させるスイッチを付加しておき、そのスイッチをＩＣの外部から操作することでパルス入力用に変更する方法。
【０００６】
この方法２では、１つのＩＣにて２つの入力パターンに対応可能なため、前記方法１の各問題点を回避することができる。
しかし、この方法２では、前記スイッチを外部から操作するための操作用端子を負荷制御装置のＩＣに設けなければならず、加えて、前記スイッチを操作する際には当該操作用端子に抵抗器等の外付け素子を取り付けなければならない。そのため、負荷制御装置のＩＣの端子数が増加すると共に外付け素子が必要となることから、ＩＣの搭載性が悪化すると共に負荷制御装置のコストが増大するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応可能で、且つ低コストな負荷制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、固定入力に対応した一定レベルの駆動命令信号と、パルス入力に対応した所定の周波数およびデューティでレベルが変化する駆動命令信号とを切り替えて出力する駆動命令手段からの駆動命令信号に従い、固定入力の場合は一定の周波数およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、パルス入力の場合は駆動命令手段からの駆動命令信号と同じ周波数およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、当該駆動制御信号によるパルス幅変調制御により負荷への電源の供給を制御する負荷制御装置である。この負荷制御装置は、三角波生成手段と設定電圧生成手段と比較手段と駆動制御手段とを備える。三角波生成手段は、外付け素子に応じて三角波または第１設定電圧を生成する。設定電圧生成手段は、前記駆動命令手段からの駆動命令信号に従い、第２設定電圧と第３設定電圧とを切り替えて生成する。比較手段は、前記三角波生成手段の生成した三角波または第１設定電圧と、前記設定電圧生成手段の生成した第２設定電圧または第３設定電圧とを比較する。駆動制御手段は、前記比較手段の比較結果に基づいて前記駆動制御信号を生成する。
【０００９】
尚、前記第１設定電圧は前記第２設定電圧とそれより低い前記第３設定電圧との間に設定され、前記第２設定電圧は前記三角波の最大電圧と最小電圧との間に設定されている。
そして、固定入力対応動作が行われる場合、外付け素子として容量素子が設定された前記三角波生成手段は三角波を生成する。
【００１０】
前記駆動命令手段から固定入力に対応した一定レベルの駆動命令信号が出力され、当該駆動命令信号が前記負荷の駆動を命令する場合、前記設定電圧生成手段は第２設定電圧を保持して生成し、前記比較手段は前記三角波生成手段の生成した三角波と第２設定電圧とを比較する。その結果、前記三角波の最大電圧および最小電圧と第２設定電圧および第３設定電圧とに対応して、駆動制御手段の生成する駆動制御信号は一定の周波数およびデューティでレベルが変化し、その駆動制御信号に従って負荷がパルス幅変調制御される。
【００１１】
また、固定入力対応動作にて、当該駆動命令信号が前記負荷の駆動の停止を命令する場合、前記設定電圧生成手段は第３設定電圧を保持して生成し、前記比較手段は前記三角波と第３設定電圧とを比較する。その結果、駆動制御手段の生成する駆動制御信号はロウレベルに保持され、その駆動制御信号に従って負荷のパルス幅変調制御が停止される。
【００１２】
そして、パルス入力対応動作が行われる場合、外付け素子として抵抗素子が設定された前記三角波生成手段は第１設定電圧を生成する。
前記駆動命令手段からパルス入力に対応した所定の周波数およびデューティでレベルが変化する駆動命令信号が出力される場合、前記設定電圧生成手段は前記駆動命令信号に従い、前記駆動命令信号の周波数およびデューティに対応して第２設定電圧と第３設定電圧とを切り替えて生成し、前記比較手段は第１設定電圧と第２設定電圧または第３設定電圧とを比較する。その結果、駆動制御手段の生成する駆動制御信号は、駆動命令手段からの駆動命令信号と同じ周波数およびデューティでレベルが変化し、その駆動制御信号に従って負荷がパルス幅変調制御される。
【００１３】
従って、例えば、外付け素子（コンデンサまたは抵抗器）の変更により三角波生成手段の生成する三角波と第１設定電圧とを切り替えるようにすると共に、負荷制御装置の各構成要素（三角波生成手段、設定電圧生成手段、比較手段、駆動制御手段）を１つのＩＣにより具体化した場合には、当該１つのＩＣにて固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応可能になる。そのため、本発明によれば、前記方法１の各問題点を回避することができる。また、本発明では、前記方法２のように負荷制御装置の入出力を短絡するスイッチを設けないため、前記方法２の各問題点を回避することができる。よって、本発明によれば、固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応可能で且つ低コストな負荷制御装置を提供することができる。
より詳しく説明すると、本発明のように、外付け端子としてコンデンサまたは抵抗のいずれかを設定し、三角波または第１設定電圧を切り替えて生成することにより、ＩＣや、このＩＣが実装される基板の配線パターンを変更することなく、固定入力とパルス入力のいずれの入力パターンに対しても対応可能となる。
【００１４】
尚、上述した［特許請求の範囲］および［課題を解決するための手段および発明の効果］に記載した構成要素と、後述する［発明の実施の形態］に記載した構成部材との対応関係は以下のようになっている。
「駆動命令手段」は、車載ＥＣＵ３２、接続端子ＳＩ、コンパレータＣＰ２、抵抗器Ｒ２、定電圧電源Ｖｃから構成される。
【００１５】
「電源」は車載バッテリ３１に相当する。
「三角波生成手段」は三角波生成回路４３に相当する。
「設定電圧生成手段」は、各抵抗器Ｒ３，Ｒ４、スイッチＳＷ２、定電圧電源Ｖｃから構成される。
【００１６】
「比較手段」はコンパレータＣＰ３に相当する。
「駆動制御手段」は、駆動回路２１、接続端子２９、負荷駆動素子１３、接続端子ＯＵＴから構成される。
「第１設定電圧」は一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）に相当する。
【００１７】
「第２設定電圧」は分圧電圧Ｖｋに相当する。
「第３設定電圧」は接地電圧（＝０Ｖ）に相当する。
「三角波の最大電圧」は電圧Ｖｂに相当する。
「三角波の最小電圧」は電圧Ｖａに相当する。
【００１８】
「外付け素子」はコンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５に相当する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本実施形態の負荷制御装置１１のブロック回路図である。
負荷制御装置１１は、制御ＩＣ１２、負荷駆動素子１３、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５、各接続端子ＳＩ，＋Ｂ，ＯＵＴ，Ｅから構成されている。
【００２０】
制御ＩＣ１２は、各コンパレータＣＰ１〜ＣＰ３、駆動回路２１、各定電流回路２２，２３、定電圧電源回路２４、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２、各抵抗器Ｒ２〜Ｒ４、各接続端子２５〜２９から構成されている。
負荷制御装置１１は車載バッテリ３１から電源が供給され、車載ＥＣＵ３２からの固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応して、車載ランプ等の車両用負荷３３をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する。
【００２１】
バッテリ３１のプラス側は接続端子＋Ｂに接続され、バッテリ３１のマイナス側は負荷制御装置１１の接続端子（接地端子）Ｅに接続されると共に車両のボディに接続されて接地されている。そして、負荷制御装置１１内の各構成部材（制御ＩＣ１２、負荷駆動素子１３、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５）は接続端子Ｅを介して接地されている。
【００２２】
ＥＣＵ３２内にはＮＰＮトランジスタ４１および抵抗器４２が設けられている。トランジスタ４１のエミッタは接地され、そのコレクタは抵抗器４２を介して負荷制御装置１１の接続端子ＳＩに接続され、そのベースにはＥＣＵ３２内で生成される制御信号が入力されている。
【００２３】
負荷３３は、負荷制御装置１１の各接続端子＋Ｂ，ＯＵＴ間に接続されている。
バッテリ３１からの電圧は、各接続端子２８，＋Ｂを介して定電圧電源回路２４および駆動回路２１に供給される。定電圧電源回路２４はそのバッテリ３１の電圧から定電圧（定電圧電源）Ｖｃを生成し、その定電圧電源Ｖｃは、制御ＩＣ１２内の各構成部材（コンパレータＣＰ１〜ＣＰ３、定電流回路２２、抵抗器Ｒ２，Ｒ３）に供給される。
【００２４】
抵抗器Ｒ１の一端は接続端子２６を介して制御ＩＣ１２に外付けされ、抵抗器Ｒ１の他端は接地されている。コンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５の一端は接続端子２７を介して制御ＩＣ１２に外付けされ、コンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５の他端は接地されている。
【００２５】
定電流回路２２には定電流Ｉが流れ、定電流回路２３には定電流回路２２の２倍の定電流２×Ｉが流れ、各定電流Ｉ，２×Ｉの電流値は抵抗器Ｒ５の抵抗値によって適宜設定される。尚、電流調整用の抵抗器Ｒ５を備えた定電流回路２２，２３の具体的な構成については、種々提案されており（例えば、電流制御用にＦＥＴを用い、抵抗器Ｒ５を当該ＦＥＴのドレイン抵抗とし、抵抗器Ｒ５を介して当該ＦＥＴのゲート側にバイアスをかける回路構成。または、カレントミラー回路を用い、抵抗器Ｒ５を当該カレントミラー回路の電流設定用抵抗とする回路構成、等）、周知であるため説明を省略する。
【００２６】
定電流回路２２の一端には定電圧電源Ｖｃが供給され、定電流回路２２の他端は、スイッチＳＷ１から定電流回路２３を介して接地されると共に、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子、コンパレータＣＰ３のマイナス入力端子、接続端子２７にそれぞれ接続されている。
【００２７】
コンパレータＣＰ１のマイナス入力端子には、しきい値電圧Ｖｔ１が印加され、コンパレータＣＰ１の出力によってスイッチＳＷ１の開閉（オン・オフ）が制御される。
そして、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ１、コンパレータＣＰ１、各定電流源２２，２３、スイッチＳＷ１から三角波生成回路４３が構成され、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子が三角波生成回路４３の出力端子となる。
【００２８】
定電圧電源Ｖｃと接地間には、抵抗器Ｒ３，スイッチＳＷ２，抵抗器Ｒ４がこの順番で直列に接続されている。
コンパレータＣＰ２のマイナス入力端子は、接続端子２５に接続されると共に、抵抗器Ｒ２を介して定電圧電源Ｖｃに接続されてプルアップされている。また、コンパレータＣＰ２のプラス入力端子には、しきい値電圧Ｖｔ２が印加され、コンパレータＣＰ２の出力によってスイッチＳＷ２のオン・オフが制御される。
【００２９】
尚、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２はトランジスタにより構成されるトランジスタスイッチであり、当該トランジスタのベースまたはゲートに印加される各コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力によりスイッチのオン・オフが制御される。
コンパレータＣＰ３のプラス入力端子は、スイッチＳＷ２と抵抗器Ｒ４との間のノードに接続されている。
【００３０】
尚、各コンパレータＣＰ１〜ＣＰ３は、各入力端子に印加される電圧レベルを比較し、その比較結果により、プラス入力端子の電圧レベルがマイナス入力端子より高い場合は出力端子の電圧をハイレベルにし、マイナス入力端子の電圧レベルがプラス入力端子より高い場合は出力端子の電圧をロウレベルにする。
【００３１】
駆動回路２１は、コンパレータＣＰ３の出力を増幅して接続端子２９から出力する。
負荷駆動素子１３はＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴであり、そのゲートは接続端子２９を介して駆動回路２１の出力に接続され、そのドレインは接続端子ＯＵＴに接続され、そのソースは接地されている。
【００３２】
次に、上記のように構成された本実施形態の各動作（固定入力対応動作、パルス入力対応動作）について、図２または図３に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
（１）固定入力対応動作（図２参照）
固定入力対応動作において、負荷制御装置１１は、ＥＣＵ３２からの固定入力に対して一定の周波数（周期）およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、その駆動制御信号を接続端子ＯＵＴから負荷３３に出力して、負荷３３をＰＷＭ制御する。
【００３３】
負荷制御装置１１に固定入力対応動作を行わせるには、接続端子２７にコンデンサＣ１を接続すると共に、ＥＣＵ３２により接続端子ＳＩの電圧を一定値に制御する。
まず、三角波生成回路４３の動作について説明する。
【００３４】
接続端子２７にコンデンサＣ１を接続すると、スイッチＳＷ１の開放時（オフ時）には、定電圧電源Ｖｃから定電流回路２２を介して流し込まれる定電流ＩによってコンデンサＣ１が充電され、スイッチＳＷ１の閉成時（オン時）には、定電流回路２２を介して接地側へ流し出される定電流２×Ｉにより、コンデンサＣ１が放電されると共に、定電流回路２２からの定電流Ｉが接地側に流される。このとき、コンデンサＣ１の充電時（ＳＷ１のオフ時）には、コンパレータＣＰ１のしきい値電圧Ｖｔ１が電圧Ｖｂに切替設定され、コンデンサＣ１の放電時（ＳＷ１のオン時）にはしきい値電圧Ｖｔ１が電圧Ｖａに切替設定される。
【００３５】
そのため、コンデンサＣ１の充電時において、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧は、定電流ＩとコンデンサＣ１の静電容量とによって規定される時定数に従って上昇し、そのプラス入力端子の電圧がマイナス入力端子に印加される電圧Ｖｂ以下の場合は、コンパレータＣＰ１の出力がロウ（Ｌ）レベルになり、その出力レベルに従ってスイッチＳＷ１がオフにされる。
【００３６】
その後、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧が電圧Ｖｂを越えると、コンパレータＣＰ１の出力がハイ（Ｈ）レベルに反転し、その出力レベルに従ってスイッチＳＷ１がオンに切り替えられ、それと同時にしきい値電圧Ｖｔ１が電圧Ｖａに切り替えられる。
【００３７】
すると、コンデンサＣ１は放電を始め、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧は前記時定数に従って下降し、そのプラス入力端子の電圧がマイナス入力端子に印加される電圧Ｖａ以上の場合は、コンパレータＣＰ１の出力がハイレベルになり、その出力レベルに従ってスイッチＳＷ１がオンにされる。
【００３８】
その後、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧が電圧Ｖａを下回ると、コンパレータＣＰ１の出力がロウレベルに反転し、その出力レベルに従ってスイッチＳＷ１がオフに切り替えられ、それと同時にしきい値電圧Ｖｔ１が電圧Ｖｂに切り替えられる。すると、コンデンサＣ１は再び充電を開始する。
【００３９】
この動作を繰り返すことにより、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子（三角波生成回路４３の出力端子）からは三角波が出力される。尚、当該三角波の最大電圧（波高値）および最小電圧は、コンパレータＣＰ１のしきい値電圧Ｖｔ１によって設定され、最大電圧は電圧Ｖｂ、最小電圧は電圧Ｖａとなる。また、当該三角波の周波数（周期）は、定電流Ｉの電流値、コンデンサＣ１の静電容量、各電圧Ｖｂ，Ｖａによって規定される。
【００４０】
一方、ＥＣＵ３２は、負荷３３を駆動する場合は、その内部でハイレベルの制御信号を生成し、その制御信号に従ってトランジスタ４１をオンさせ、そのトランジスタ４１を介して接続端子ＳＩの電圧をプルダウンさせて接続端子ＳＩの電圧をロウレベルに切替設定する。また、負荷３３の駆動を停止する場合は、ＥＣＵ３２内でロウレベルの制御信号を生成し、その制御信号に従ってトランジスタ４１をオフさせ、抵抗器Ｒ２を介して接続端子ＳＩの電圧をプルアップさせて接続端子ＳＩの電圧をハイレベルに切替設定する。すなわち、ＥＣＵ３２は、接続端子ＳＩの電圧レベルを設定することにより、接続端子ＳＩを介して負荷制御装置１１へ当該電圧レベルに対応した固定入力の駆動命令信号を出力する。
【００４１】
ここで、コンパレータＣＰ２のプラス入力端子に印加されるしきい値電圧Ｖｔ２を、定電圧Ｖｃの約１／２に設定しておく。これにより、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）がロウレベルの場合（負荷３３を駆動する場合）は、コンパレータＣＰ２の出力をハイレベルに切替設定させ、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）がハイレベルの場合（負荷３３の駆動を停止する場合）は、コンパレータＣＰ２の出力をロウレベルに切替設定させる。
【００４２】
そのコンパレータＣＰ２の出力レベルに従ってスイッチＳＷ２のオン・オフが制御され、コンパレータＣＰ２の出力がハイレベルの場合はスイッチＳＷ２がオンにされ、ロウレベルの場合はスイッチＳＷ２がオフにされる。
スイッチＳＷ２のオン時には、各抵抗器Ｒ３，Ｒ４により定電圧Ｖｃを抵抗分圧した電圧がコンパレータＣＰ３のプラス入力端子に印加される。つまり、各抵抗器Ｒ３，Ｒ４の抵抗値をそれぞれ「Ｒ３」「Ｒ４」とし、定電圧Ｖｃの電圧値を「Ｖｃ」とした場合、コンパレータＣＰ３のプラス入力端子に印加される分圧電圧Ｖｋは、Ｖｋ＝Ｖｃ×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）に設定される。
【００４３】
また、スイッチＳＷ２のオフ時には、コンパレータＣＰ３のプラス入力端子の電圧が三角波の最小電圧Ｖａよりも低い接地電圧（＝０Ｖ）になる。
このとき、コンパレータＣＰ３のマイナス入力端子には、三角波生成回路４３の生成した三角波が印加されている。そのため、負荷３３を駆動する場合は、図２（ａ）に示すように、三角波の最大電圧Ｖｂ，最小電圧Ｖａ，周波数と、前記分圧電圧Ｖｋとを適宜設定することにより、コンパレータＣＰ３の出力を所定の周波数およびデューティに設定することができる。尚、前記分圧電圧Ｖｋは、前記三角波の最大電圧Ｖｂと最小電圧Ｖａとの間に設定しておく必要がある。
【００４４】
そのコンパレータＣＰ３の出力は駆動回路２１にて増幅され、接続端子２９を介して負荷駆動素子１３へ出力される。
ＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴである負荷駆動素子１３は、駆動回路２１の出力（コンパレータＣＰ３の出力）がハイレベルの場合はオンされ、ロウレベルの場合はオフされる。負荷駆動素子１３のオン時には、接続端子ＯＵＴの電圧がロウレベルになり、バッテリ３１のプラス側→負荷３３→接続端子ＯＵＴ→負荷駆動素子１３→接続端子Ｅ→バッテリ３１のマイナス側の経路で電流が流れ、バッテリ３１から負荷３３へ電源が供給されて負荷３３が駆動される。また、負荷駆動素子１３のオフ時には、接続端子ＯＵＴの電圧がハイレベルになり、前記電流経路が断たれ、バッテリ３１から負荷３３への電源供給が停止されて負荷３３の駆動が停止される。
【００４５】
すなわち、負荷制御装置１１は、接続端子ＯＵＴの電圧レベルを設定することにより、接続端子ＯＵＴを介して負荷３３へ当該電圧レベルに対応した駆動制御信号を出力している。そして、駆動回路２１および負荷駆動素子１３は、コンパレータＣＰ３の出力（コンパレータＣＰ３の比較結果）に基づいて駆動制御信号を生成している。
【００４６】
このように、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）がロウレベルに切替設定された場合は、スイッチＳＷ２がオンに設定され、三角波生成回路４３の生成した三角波と各抵抗器Ｒ３，Ｒ４の抵抗値とに基づいて、接続端子ＯＵＴの電圧（駆動制御信号）が所定の周波数およびデューティに設定され、その駆動制御信号に従って負荷３３がＰＷＭ制御される。
【００４７】
また、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）がハイレベルに切替設定された場合は、スイッチＳＷ２がオフに設定され、図２（ｂ）に示すように、コンパレータＣＰ３のプラス入力端子の電圧が三角波の最小電圧Ｖａよりも低い接地電圧となるため、コンパレータＣＰ３の出力がロウレベルに保持され、その駆動制御信号に従って負荷３３のＰＷＭ制御が停止される。
【００４８】
（２）パルス入力対応動作（図３参照）
パルス入力対応動作において、負荷制御装置１１は、ＥＣＵ３２からのパルス入力と同じ周波数（周期）およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、その駆動制御信号を接続端子ＯＵＴから負荷３３に出力して、負荷３３をＰＷＭ制御する。
【００４９】
負荷制御装置１１にパルス入力対応動作を行わせるには、接続端子２７に抵抗器Ｒ５を接続すると共に、ＥＣＵ３２により接続端子ＳＩの電圧を制御する。
接続端子２７に抵抗器Ｒ５を接続すると共に、スイッチＳＷ１をオフにすると、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子（三角波生成回路４３の出力端子）の電圧は、定電流回路２２の定電流Ｉに抵抗器Ｒ５の抵抗値を乗算した一定電圧値に保持され、三角波生成回路４３の三角波生成動作は停止される。つまり、抵抗器Ｒ５の抵抗値を「Ｒ５」とし、定電流Ｉの電圧値を「Ｉ」とした場合、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧は一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）に保持される。すなわち、三角波生成回路４３は、外付け素子（コンデンサＣ１および抵抗器Ｒ５）の変更により三角波と前記一定電圧とを切り替えて生成する。このとき、スイッチＳＷ１のオフ状態を保持させるため、前記一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）は前記電圧Ｖｂより低い電圧値に設定する。
【００５０】
一方、ＥＣＵ３２から出力されるパルス入力の駆動命令信号は、所定の周波数およびデューティに切替設定されている。そのため、前記した固定入力対応動作と同様にしきい値電圧Ｖｔ２を定電圧Ｖｃの約１／２に設定しておくことにより、ＥＣＵ３２からの駆動命令信号に対応させてコンパレータＣＰ２の出力レベルを変化させることができる。そして、コンパレータＣＰ２の出力レベルに従ってスイッチＳＷ２のオン・オフが制御され、スイッチＳＷ２のオン時にはコンパレータＣＰ３のプラス入力端子に前記分圧電圧Ｖｋが印加され、スイッチＳＷ２のオフ時にはコンパレータＣＰ３のプラス入力端子に接地電圧が印加される。つまり、コンパレータＣＰ３のプラス入力端子に印加される電圧は、前記分圧電圧Ｖｋを最大電圧（波高値）とし、ＥＣＵ３２からの駆動命令信号と同期したものになる。
【００５１】
このとき、コンパレータＣＰ３のマイナス入力端子には、前記一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）が印加されている。そのため、前記一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）を接地電圧より高く且つ前記分圧電圧Ｖｋより低く設定しておけば、コンパレータＣＰ３の出力電圧は、プラス入力端子に印加される電圧と同じになり、ＥＣＵ３２からの駆動命令信号と同期したものになる。
【００５２】
従って、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）に対応してスイッチＳＷ２のオン・オフが切替制御され、接続端子ＯＵＴの電圧（駆動制御信号）が前記駆動命令信号と同じ周波数およびデューティに設定され、その駆動制御信号に従って負荷３３がＰＷＭ制御される。
【００５３】
以上詳述したように、本実施形態においては、制御ＩＣ１２にコンデンサＣ１を外付けすれば固定入力に対応し、制御ＩＣ１２に抵抗器Ｒ５を外付けすればパルス入力に対応するため、１つの制御ＩＣ１２にて固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応可能になる。従って、本実施形態によれば、前記方法１の各問題点を回避することができる。
【００５４】
図４は、本実施形態の負荷制御装置１１を前記方法２の回路構成に変更した状態を示すブロック回路図である。
図４に示す負荷制御装置１１において、図１に示す本実施形態の負荷制御装置１１と異なるのは以下の点である。
【００５５】
▲１▼接続端子２７にはコンデンサＣ１のみが外付けされ、抵抗器Ｒ５は外付けされない。
▲２▼制御ＩＣ１２に接続端子３０が設けられている。この接続端子３０には、一端が接地された抵抗器Ｒ６が外付けされる。
【００５６】
▲３▼制御ＩＣ１２内に、各コンパレータＣＰ２，ＣＰ３の出力を短絡するスイッチＳＷ３が設けられている。スイッチＳＷ３はトランジスタにより構成されるトランジスタスイッチであり、当該トランジスタのベースまたはゲートに印加される電圧が、接続端子３０に外付けされる抵抗器Ｒ６により変更されることで、スイッチのオン・オフが制御される。
【００５７】
すなわち、接続端子３０に抵抗器Ｒ６を外付けした場合は、スイッチＳＷ３がオンして各コンパレータＣＰ２，ＣＰ３の出力が短絡され、コンパレータＣＰ２の出力が駆動回路２１に直接入力されるため、接続端子ＯＵＴの電圧（駆動制御信号）がＥＣＵ３２からの駆動命令信号と同じ周波数およびデューティに設定されることから、パルス入力に対応する。
【００５８】
また、接続端子３０から抵抗器Ｒ６を外した場合は、スイッチＳＷ３がオフするため、図１に示す本実施形態の前記固定入力対応動作と同じ回路構成となり、固定入力に対応する。
このように、図４に示す負荷制御装置１１では、スイッチＳＷ３を外部から操作するための接続端子（操作用端子）３０を制御ＩＣ１２に設けなければならず、加えて、スイッチＳＷ３をオン操作する際には接続端子３０に抵抗器Ｒ６を外付けしなければならない。そのため、制御ＩＣ１２の接続端子数が増加すると共に外付け素子である抵抗器Ｒ６が必要となることから、制御ＩＣ１２の搭載性が悪化すると共に負荷制御装置１１のコストが増大する。
【００５９】
それに対して、図１に示す本実施形態の負荷制御装置１１では、スイッチＳＷ３，接続端子３０，抵抗器Ｒ６が不要であるため、図４に示す前記方法２の負荷制御装置１１における各問題点を回避し、低コストな負荷制御装置１１を実現することができる。
【００６０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように変更してもよく、その場合でも、上記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、負荷駆動素子１３としてパワーＭＯＳＦＥＴを用いたが、どのようなスイッチング素子（例えば、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＳＩＴ（Static Induction Transistor）、等）を用いてもよい。
【００６１】
（２）上記実施形態では、負荷３３を駆動する場合に、ＥＣＵ３２により接続端子ＳＩの電圧をロウレベルに切り替え設定する、いわゆる「ローサイド駆動形式」をとっている。しかし、負荷３３を駆動する場合に、ＥＣＵ３２により接続端子ＳＩの電圧をハイレベルに切り替え設定する、いわゆる「ハイサイド駆動形式」に変更してもよい。
【００６２】
図５は、ハイサイド駆動形式の場合の負荷制御装置１１の回路構成を示すブロック回路図である。
図５に示す負荷制御装置１１において、図１に示す上記実施形態の負荷制御装置１１と異なるのは以下の点である。
【００６３】
(1)ＥＣＵ３２内にはＰＮＰトランジスタ４４および抵抗器４２が設けられている。トランジスタ４４のエミッタには、定電圧電源回路２４の生成する定電圧電源Ｖｃと同一電圧Ｖｃが印加されている。そして、トランジスタ４４のコレクタは抵抗器４２を介して負荷制御装置１１の接続端子ＳＩに接続され、そのベースにはＥＣＵ３２内で生成される制御信号が入力されている。
【００６４】
(2)コンパレータＣＰ２のマイナス入力端子は、接続端子２５に接続されると共に、抵抗器Ｒ２を介して接地されてプルダウンされている。
(3)ＥＣＵ３２は、負荷３３を駆動する場合は、その内部でハイレベルの制御信号を生成し、その制御信号に従ってトランジスタ４４をオフさせ、抵抗器Ｒ２を介して接続端子ＳＩの電圧をプルダウンさせてロウレベルに切替設定する。また、負荷３３の駆動を停止する場合は、ＥＣＵ３２内でロウレベルの制御信号を生成し、その制御信号に従ってトランジスタ４４をオンさせ、そのトランジスタ４４を介して接続端子ＳＩの電圧をプルアップさせてハイレベルに切替設定する。
【００６５】
（３）上記実施形態では、負荷駆動素子１３であるＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴのドレインが接続端子ＯＵＴに接続されると共に、そのソースが接地され、負荷３３が各接続端子＋Ｂ，ＯＵＴ間に接続された、いわゆる「ロウサイド構成」をとっている。
【００６６】
しかし、図６に示すように、負荷駆動素子１３であるＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴのドレインが接続端子＋Ｂに接続されると共に、そのソースが接続端子ＯＵＴに接続され、負荷３３が各接続端子ＯＵＴ，Ｅ間に接続された、いわゆる「ハイサイド構成」に変更してもよい。この場合、負荷駆動素子１３のオン時には、バッテリ３１のプラス側→接続端子＋Ｂ→負荷駆動素子１３→接続端子ＯＵＴ→負荷３３→バッテリ３１のマイナス側の経路で電流が流れ、バッテリ３１から負荷３３へ電源が供給されて負荷３３が駆動される。尚、このハイサイド構成では、負荷駆動素子１３としてＰチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態の概略構成を示すブロック回路図。
【図２】一実施形態の固定入力対応動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】一実施形態のパルス入力対応動作を説明するためのタイミングチャート。
【図４】従来の形態の概略構成を示すブロック回路図。
【図５】本発明を具体化した別の実施形態の概略構成を示すブロック回路図。
【図６】本発明を具体化した別の実施形態の概略構成を示すブロック回路図。
【符号の説明】
１１…負荷制御装置 １３…負荷駆動素子 ３１…車載バッテリ
３２…車載ＥＣＵ ３３…負荷 ２１…駆動回路
４３…三角波生成回路 ＳＩ，２９，ＯＵＴ…接続端子
ＣＰ１〜ＣＰ３…コンパレータ Ｒ１〜Ｒ５…抵抗器
Ｃ１…コンデンサ Ｖｃ…定電圧電源 ＳＷ２…スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は負荷制御装置に係り、詳しくは、固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応して負荷を制御する負荷制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、車載ランプ等の車両用負荷をパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）制御する負荷制御装置として、車載電子制御装置（ＥＣＵ）やリレーインテグレーション等の制御装置からの固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応したものが知られている。この種の負荷制御装置では、固定入力に対して一定の周波数（周期）およびデューティ（ＤＵＴＹ）でレベルが変化する駆動制御信号を生成するか、または、パルス入力と同じ周波数およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、当該駆動制御信号により車両用負荷を駆動制御するようになっている。このように、負荷制御装置を２つの入力パターンに対応させるのは、車両のグレードによって異なる多種類のＥＣＵやリレーインテグレーション等に広く対応可能な汎用性を負荷制御装置にもたせるためである。
【０００３】
一般に、負荷制御装置を２つの入力パターンに対応させるには、まず、回路構成の複雑な固定入力用の回路設計を行っておき、パルス入力に対応させる場合には、その固定入力用の回路にて負荷制御装置の入出力を短絡させるようにする。
具体的には、以下の２つの方法が提案されている。
【０００４】
（方法１）
固定入力用に回路設計した負荷制御装置のＩＣにおける配線パターンを変更することで、パルス入力用の別のＩＣを作成する方法。
しかし、この方法１では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて配線パターンを変更する製造工程が必要になるため、製造工程が複雑化すると共に、フォトリソグラフィ技術で用いられるフォトマスクの数が増加することから、製造コストが増大するという問題がある。また、固定入力用とパルス入力用の２種類のＩＣは一見しただけでは区別できないため、製造後の検査工程にて両者を区別するのがまぎらわしいという問題がある。そして、２種類のＩＣの部品管理には手間がかかるため、部品管理コストが増大するという問題もある。
【０００５】
（方法２）
固定入力用に回路設計した負荷制御装置のＩＣの内部に、負荷制御装置の入出力を短絡させるスイッチを付加しておき、そのスイッチをＩＣの外部から操作することでパルス入力用に変更する方法。
【０００６】
この方法２では、１つのＩＣにて２つの入力パターンに対応可能なため、前記方法１の各問題点を回避することができる。
しかし、この方法２では、前記スイッチを外部から操作するための操作用端子を負荷制御装置のＩＣに設けなければならず、加えて、前記スイッチを操作する際には当該操作用端子に抵抗器等の外付け素子を取り付けなければならない。そのため、負荷制御装置のＩＣの端子数が増加すると共に外付け素子が必要となることから、ＩＣの搭載性が悪化すると共に負荷制御装置のコストが増大するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応可能で、且つ低コストな負荷制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、固定入力に対応した一定レベルの駆動命令信号と、パルス入力に対応した所定の周波数およびデューティでレベルが変化する駆動命令信号とを切り替えて出力する駆動命令手段からの駆動命令信号に従い、固定入力の場合は一定の周波数およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、パルス入力の場合は駆動命令手段からの駆動命令信号と同じ周波数およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、当該駆動制御信号によるパルス幅変調制御により負荷への電源の供給を制御する負荷制御装置である。この負荷制御装置は、三角波生成手段と設定電圧生成手段と比較手段と駆動制御手段とを備える。三角波生成手段は、外付け素子に応じて三角波または第１設定電圧を生成する。設定電圧生成手段は、前記駆動命令手段からの駆動命令信号に従い、第２設定電圧と第３設定電圧とを切り替えて生成する。比較手段は、前記三角波生成手段の生成した三角波または第１設定電圧と、前記設定電圧生成手段の生成した第２設定電圧または第３設定電圧とを比較する。駆動制御手段は、前記比較手段の比較結果に基づいて前記駆動制御信号を生成する。
【０００９】
尚、前記第１設定電圧は前記第２設定電圧とそれより低い前記第３設定電圧との間に設定され、前記第２設定電圧は前記三角波の最大電圧と最小電圧との間に設定されている。
そして、固定入力対応動作が行われる場合、外付け素子として容量素子が設定された前記三角波生成手段は三角波を生成する。
【００１０】
前記駆動命令手段から固定入力に対応した一定レベルの駆動命令信号が出力され、当該駆動命令信号が前記負荷の駆動を命令する場合、前記設定電圧生成手段は第２設定電圧を保持して生成し、前記比較手段は前記三角波生成手段の生成した三角波と第２設定電圧とを比較する。その結果、前記三角波の最大電圧および最小電圧と第２設定電圧および第３設定電圧とに対応して、駆動制御手段の生成する駆動制御信号は一定の周波数およびデューティでレベルが変化し、その駆動制御信号に従って負荷がパルス幅変調制御される。
【００１１】
また、固定入力対応動作にて、当該駆動命令信号が前記負荷の駆動の停止を命令する場合、前記設定電圧生成手段は第３設定電圧を保持して生成し、前記比較手段は前記三角波と第３設定電圧とを比較する。その結果、駆動制御手段の生成する駆動制御信号はロウレベルに保持され、その駆動制御信号に従って負荷のパルス幅変調制御が停止される。
【００１２】
そして、パルス入力対応動作が行われる場合、外付け素子として抵抗素子が設定された前記三角波生成手段は第１設定電圧を生成する。
前記駆動命令手段からパルス入力に対応した所定の周波数およびデューティでレベルが変化する駆動命令信号が出力される場合、前記設定電圧生成手段は前記駆動命令信号に従い、前記駆動命令信号の周波数およびデューティに対応して第２設定電圧と第３設定電圧とを切り替えて生成し、前記比較手段は第１設定電圧と第２設定電圧または第３設定電圧とを比較する。その結果、駆動制御手段の生成する駆動制御信号は、駆動命令手段からの駆動命令信号と同じ周波数およびデューティでレベルが変化し、その駆動制御信号に従って負荷がパルス幅変調制御される。
【００１３】
従って、例えば、外付け素子（コンデンサまたは抵抗器）の変更により三角波生成手段の生成する三角波と第１設定電圧とを切り替えるようにすると共に、負荷制御装置の各構成要素（三角波生成手段、設定電圧生成手段、比較手段、駆動制御手段）を１つのＩＣにより具体化した場合には、当該１つのＩＣにて固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応可能になる。そのため、本発明によれば、前記方法１の各問題点を回避することができる。また、本発明では、前記方法２のように負荷制御装置の入出力を短絡するスイッチを設けないため、前記方法２の各問題点を回避することができる。よって、本発明によれば、固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応可能で且つ低コストな負荷制御装置を提供することができる。
より詳しく説明すると、本発明のように、外付け端子としてコンデンサまたは抵抗のいずれかを設定し、三角波または第１設定電圧を切り替えて生成することにより、ＩＣや、このＩＣが実装される基板の配線パターンを変更することなく、固定入力とパルス入力のいずれの入力パターンに対しても対応可能となる。
【００１４】
尚、上述した［特許請求の範囲］および［課題を解決するための手段および発明の効果］に記載した構成要素と、後述する［発明の実施の形態］に記載した構成部材との対応関係は以下のようになっている。
「駆動命令手段」は、車載ＥＣＵ３２、接続端子ＳＩ、コンパレータＣＰ２、抵抗器Ｒ２、定電圧電源Ｖｃから構成される。
【００１５】
「電源」は車載バッテリ３１に相当する。
「三角波生成手段」は三角波生成回路４３に相当する。
「設定電圧生成手段」は、各抵抗器Ｒ３，Ｒ４、スイッチＳＷ２、定電圧電源Ｖｃから構成される。
【００１６】
「比較手段」はコンパレータＣＰ３に相当する。
「駆動制御手段」は、駆動回路２１、接続端子２９、負荷駆動素子１３、接続端子ＯＵＴから構成される。
「第１設定電圧」は一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）に相当する。
【００１７】
「第２設定電圧」は分圧電圧Ｖｋに相当する。
「第３設定電圧」は接地電圧（＝０Ｖ）に相当する。
「三角波の最大電圧」は電圧Ｖｂに相当する。
「三角波の最小電圧」は電圧Ｖａに相当する。
【００１８】
「外付け素子」はコンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５に相当する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本実施形態の負荷制御装置１１のブロック回路図である。
負荷制御装置１１は、制御ＩＣ１２、負荷駆動素子１３、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５、各接続端子ＳＩ，＋Ｂ，ＯＵＴ，Ｅから構成されている。
【００２０】
制御ＩＣ１２は、各コンパレータＣＰ１〜ＣＰ３、駆動回路２１、各定電流回路２２，２３、定電圧電源回路２４、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２、各抵抗器Ｒ２〜Ｒ４、各接続端子２５〜２９から構成されている。
負荷制御装置１１は車載バッテリ３１から電源が供給され、車載ＥＣＵ３２からの固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応して、車載ランプ等の車両用負荷３３をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する。
【００２１】
バッテリ３１のプラス側は接続端子＋Ｂに接続され、バッテリ３１のマイナス側は負荷制御装置１１の接続端子（接地端子）Ｅに接続されると共に車両のボディに接続されて接地されている。そして、負荷制御装置１１内の各構成部材（制御ＩＣ１２、負荷駆動素子１３、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５）は接続端子Ｅを介して接地されている。
【００２２】
ＥＣＵ３２内にはＮＰＮトランジスタ４１および抵抗器４２が設けられている。トランジスタ４１のエミッタは接地され、そのコレクタは抵抗器４２を介して負荷制御装置１１の接続端子ＳＩに接続され、そのベースにはＥＣＵ３２内で生成される制御信号が入力されている。
【００２３】
負荷３３は、負荷制御装置１１の各接続端子＋Ｂ，ＯＵＴ間に接続されている。
バッテリ３１からの電圧は、各接続端子２８，＋Ｂを介して定電圧電源回路２４および駆動回路２１に供給される。定電圧電源回路２４はそのバッテリ３１の電圧から定電圧（定電圧電源）Ｖｃを生成し、その定電圧電源Ｖｃは、制御ＩＣ１２内の各構成部材（コンパレータＣＰ１〜ＣＰ３、定電流回路２２、抵抗器Ｒ２，Ｒ３）に供給される。
【００２４】
抵抗器Ｒ１の一端は接続端子２６を介して制御ＩＣ１２に外付けされ、抵抗器Ｒ１の他端は接地されている。コンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５の一端は接続端子２７を介して制御ＩＣ１２に外付けされ、コンデンサＣ１または抵抗器Ｒ５の他端は接地されている。
【００２５】
定電流回路２２には定電流Ｉが流れ、定電流回路２３には定電流回路２２の２倍の定電流２×Ｉが流れ、各定電流Ｉ，２×Ｉの電流値は抵抗器Ｒ５の抵抗値によって適宜設定される。尚、電流調整用の抵抗器Ｒ５を備えた定電流回路２２，２３の具体的な構成については、種々提案されており（例えば、電流制御用にＦＥＴを用い、抵抗器Ｒ５を当該ＦＥＴのドレイン抵抗とし、抵抗器Ｒ５を介して当該ＦＥＴのゲート側にバイアスをかける回路構成。または、カレントミラー回路を用い、抵抗器Ｒ５を当該カレントミラー回路の電流設定用抵抗とする回路構成、等）、周知であるため説明を省略する。
【００２６】
定電流回路２２の一端には定電圧電源Ｖｃが供給され、定電流回路２２の他端は、スイッチＳＷ１から定電流回路２３を介して接地されると共に、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子、コンパレータＣＰ３のマイナス入力端子、接続端子２７にそれぞれ接続されている。
【００２７】
コンパレータＣＰ１のマイナス入力端子には、しきい値電圧Ｖｔ１が印加され、コンパレータＣＰ１の出力によってスイッチＳＷ１の開閉（オン・オフ）が制御される。
そして、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ１、コンパレータＣＰ１、各定電流源２２，２３、スイッチＳＷ１から三角波生成回路４３が構成され、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子が三角波生成回路４３の出力端子となる。
【００２８】
定電圧電源Ｖｃと接地間には、抵抗器Ｒ３，スイッチＳＷ２，抵抗器Ｒ４がこの順番で直列に接続されている。
コンパレータＣＰ２のマイナス入力端子は、接続端子２５に接続されると共に、抵抗器Ｒ２を介して定電圧電源Ｖｃに接続されてプルアップされている。また、コンパレータＣＰ２のプラス入力端子には、しきい値電圧Ｖｔ２が印加され、コンパレータＣＰ２の出力によってスイッチＳＷ２のオン・オフが制御される。
【００２９】
尚、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２はトランジスタにより構成されるトランジスタスイッチであり、当該トランジスタのベースまたはゲートに印加される各コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力によりスイッチのオン・オフが制御される。
コンパレータＣＰ３のプラス入力端子は、スイッチＳＷ２と抵抗器Ｒ４との間のノードに接続されている。
【００３０】
尚、各コンパレータＣＰ１〜ＣＰ３は、各入力端子に印加される電圧レベルを比較し、その比較結果により、プラス入力端子の電圧レベルがマイナス入力端子より高い場合は出力端子の電圧をハイレベルにし、マイナス入力端子の電圧レベルがプラス入力端子より高い場合は出力端子の電圧をロウレベルにする。
【００３１】
駆動回路２１は、コンパレータＣＰ３の出力を増幅して接続端子２９から出力する。
負荷駆動素子１３はＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴであり、そのゲートは接続端子２９を介して駆動回路２１の出力に接続され、そのドレインは接続端子ＯＵＴに接続され、そのソースは接地されている。
【００３２】
次に、上記のように構成された本実施形態の各動作（固定入力対応動作、パルス入力対応動作）について、図２または図３に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
（１）固定入力対応動作（図２参照）
固定入力対応動作において、負荷制御装置１１は、ＥＣＵ３２からの固定入力に対して一定の周波数（周期）およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、その駆動制御信号を接続端子ＯＵＴから負荷３３に出力して、負荷３３をＰＷＭ制御する。
【００３３】
負荷制御装置１１に固定入力対応動作を行わせるには、接続端子２７にコンデンサＣ１を接続すると共に、ＥＣＵ３２により接続端子ＳＩの電圧を一定値に制御する。
まず、三角波生成回路４３の動作について説明する。
【００３４】
接続端子２７にコンデンサＣ１を接続すると、スイッチＳＷ１の開放時（オフ時）には、定電圧電源Ｖｃから定電流回路２２を介して流し込まれる定電流ＩによってコンデンサＣ１が充電され、スイッチＳＷ１の閉成時（オン時）には、定電流回路２２を介して接地側へ流し出される定電流２×Ｉにより、コンデンサＣ１が放電されると共に、定電流回路２２からの定電流Ｉが接地側に流される。このとき、コンデンサＣ１の充電時（ＳＷ１のオフ時）には、コンパレータＣＰ１のしきい値電圧Ｖｔ１が電圧Ｖｂに切替設定され、コンデンサＣ１の放電時（ＳＷ１のオン時）にはしきい値電圧Ｖｔ１が電圧Ｖａに切替設定される。
【００３５】
そのため、コンデンサＣ１の充電時において、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧は、定電流ＩとコンデンサＣ１の静電容量とによって規定される時定数に従って上昇し、そのプラス入力端子の電圧がマイナス入力端子に印加される電圧Ｖｂ以下の場合は、コンパレータＣＰ１の出力がロウ（Ｌ）レベルになり、その出力レベルに従ってスイッチＳＷ１がオフにされる。
【００３６】
その後、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧が電圧Ｖｂを越えると、コンパレータＣＰ１の出力がハイ（Ｈ）レベルに反転し、その出力レベルに従ってスイッチＳＷ１がオンに切り替えられ、それと同時にしきい値電圧Ｖｔ１が電圧Ｖａに切り替えられる。
【００３７】
すると、コンデンサＣ１は放電を始め、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧は前記時定数に従って下降し、そのプラス入力端子の電圧がマイナス入力端子に印加される電圧Ｖａ以上の場合は、コンパレータＣＰ１の出力がハイレベルになり、その出力レベルに従ってスイッチＳＷ１がオンにされる。
【００３８】
その後、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧が電圧Ｖａを下回ると、コンパレータＣＰ１の出力がロウレベルに反転し、その出力レベルに従ってスイッチＳＷ１がオフに切り替えられ、それと同時にしきい値電圧Ｖｔ１が電圧Ｖｂに切り替えられる。すると、コンデンサＣ１は再び充電を開始する。
【００３９】
この動作を繰り返すことにより、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子（三角波生成回路４３の出力端子）からは三角波が出力される。尚、当該三角波の最大電圧（波高値）および最小電圧は、コンパレータＣＰ１のしきい値電圧Ｖｔ１によって設定され、最大電圧は電圧Ｖｂ、最小電圧は電圧Ｖａとなる。また、当該三角波の周波数（周期）は、定電流Ｉの電流値、コンデンサＣ１の静電容量、各電圧Ｖｂ，Ｖａによって規定される。
【００４０】
一方、ＥＣＵ３２は、負荷３３を駆動する場合は、その内部でハイレベルの制御信号を生成し、その制御信号に従ってトランジスタ４１をオンさせ、そのトランジスタ４１を介して接続端子ＳＩの電圧をプルダウンさせて接続端子ＳＩの電圧をロウレベルに切替設定する。また、負荷３３の駆動を停止する場合は、ＥＣＵ３２内でロウレベルの制御信号を生成し、その制御信号に従ってトランジスタ４１をオフさせ、抵抗器Ｒ２を介して接続端子ＳＩの電圧をプルアップさせて接続端子ＳＩの電圧をハイレベルに切替設定する。すなわち、ＥＣＵ３２は、接続端子ＳＩの電圧レベルを設定することにより、接続端子ＳＩを介して負荷制御装置１１へ当該電圧レベルに対応した固定入力の駆動命令信号を出力する。
【００４１】
ここで、コンパレータＣＰ２のプラス入力端子に印加されるしきい値電圧Ｖｔ２を、定電圧Ｖｃの約１／２に設定しておく。これにより、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）がロウレベルの場合（負荷３３を駆動する場合）は、コンパレータＣＰ２の出力をハイレベルに切替設定させ、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）がハイレベルの場合（負荷３３の駆動を停止する場合）は、コンパレータＣＰ２の出力をロウレベルに切替設定させる。
【００４２】
そのコンパレータＣＰ２の出力レベルに従ってスイッチＳＷ２のオン・オフが制御され、コンパレータＣＰ２の出力がハイレベルの場合はスイッチＳＷ２がオンにされ、ロウレベルの場合はスイッチＳＷ２がオフにされる。
スイッチＳＷ２のオン時には、各抵抗器Ｒ３，Ｒ４により定電圧Ｖｃを抵抗分圧した電圧がコンパレータＣＰ３のプラス入力端子に印加される。つまり、各抵抗器Ｒ３，Ｒ４の抵抗値をそれぞれ「Ｒ３」「Ｒ４」とし、定電圧Ｖｃの電圧値を「Ｖｃ」とした場合、コンパレータＣＰ３のプラス入力端子に印加される分圧電圧Ｖｋは、Ｖｋ＝Ｖｃ×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）に設定される。
【００４３】
また、スイッチＳＷ２のオフ時には、コンパレータＣＰ３のプラス入力端子の電圧が三角波の最小電圧Ｖａよりも低い接地電圧（＝０Ｖ）になる。
このとき、コンパレータＣＰ３のマイナス入力端子には、三角波生成回路４３の生成した三角波が印加されている。そのため、負荷３３を駆動する場合は、図２（ａ）に示すように、三角波の最大電圧Ｖｂ，最小電圧Ｖａ，周波数と、前記分圧電圧Ｖｋとを適宜設定することにより、コンパレータＣＰ３の出力を所定の周波数およびデューティに設定することができる。尚、前記分圧電圧Ｖｋは、前記三角波の最大電圧Ｖｂと最小電圧Ｖａとの間に設定しておく必要がある。
【００４４】
そのコンパレータＣＰ３の出力は駆動回路２１にて増幅され、接続端子２９を介して負荷駆動素子１３へ出力される。
ＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴである負荷駆動素子１３は、駆動回路２１の出力（コンパレータＣＰ３の出力）がハイレベルの場合はオンされ、ロウレベルの場合はオフされる。負荷駆動素子１３のオン時には、接続端子ＯＵＴの電圧がロウレベルになり、バッテリ３１のプラス側→負荷３３→接続端子ＯＵＴ→負荷駆動素子１３→接続端子Ｅ→バッテリ３１のマイナス側の経路で電流が流れ、バッテリ３１から負荷３３へ電源が供給されて負荷３３が駆動される。また、負荷駆動素子１３のオフ時には、接続端子ＯＵＴの電圧がハイレベルになり、前記電流経路が断たれ、バッテリ３１から負荷３３への電源供給が停止されて負荷３３の駆動が停止される。
【００４５】
すなわち、負荷制御装置１１は、接続端子ＯＵＴの電圧レベルを設定することにより、接続端子ＯＵＴを介して負荷３３へ当該電圧レベルに対応した駆動制御信号を出力している。そして、駆動回路２１および負荷駆動素子１３は、コンパレータＣＰ３の出力（コンパレータＣＰ３の比較結果）に基づいて駆動制御信号を生成している。
【００４６】
このように、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）がロウレベルに切替設定された場合は、スイッチＳＷ２がオンに設定され、三角波生成回路４３の生成した三角波と各抵抗器Ｒ３，Ｒ４の抵抗値とに基づいて、接続端子ＯＵＴの電圧（駆動制御信号）が所定の周波数およびデューティに設定され、その駆動制御信号に従って負荷３３がＰＷＭ制御される。
【００４７】
また、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）がハイレベルに切替設定された場合は、スイッチＳＷ２がオフに設定され、図２（ｂ）に示すように、コンパレータＣＰ３のプラス入力端子の電圧が三角波の最小電圧Ｖａよりも低い接地電圧となるため、コンパレータＣＰ３の出力がロウレベルに保持され、その駆動制御信号に従って負荷３３のＰＷＭ制御が停止される。
【００４８】
（２）パルス入力対応動作（図３参照）
パルス入力対応動作において、負荷制御装置１１は、ＥＣＵ３２からのパルス入力と同じ周波数（周期）およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、その駆動制御信号を接続端子ＯＵＴから負荷３３に出力して、負荷３３をＰＷＭ制御する。
【００４９】
負荷制御装置１１にパルス入力対応動作を行わせるには、接続端子２７に抵抗器Ｒ５を接続すると共に、ＥＣＵ３２により接続端子ＳＩの電圧を制御する。
接続端子２７に抵抗器Ｒ５を接続すると共に、スイッチＳＷ１をオフにすると、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子（三角波生成回路４３の出力端子）の電圧は、定電流回路２２の定電流Ｉに抵抗器Ｒ５の抵抗値を乗算した一定電圧値に保持され、三角波生成回路４３の三角波生成動作は停止される。つまり、抵抗器Ｒ５の抵抗値を「Ｒ５」とし、定電流Ｉの電圧値を「Ｉ」とした場合、コンパレータＣＰ１のプラス入力端子の電圧は一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）に保持される。すなわち、三角波生成回路４３は、外付け素子（コンデンサＣ１および抵抗器Ｒ５）の変更により三角波と前記一定電圧とを切り替えて生成する。このとき、スイッチＳＷ１のオフ状態を保持させるため、前記一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）は前記電圧Ｖｂより低い電圧値に設定する。
【００５０】
一方、ＥＣＵ３２から出力されるパルス入力の駆動命令信号は、所定の周波数およびデューティに切替設定されている。そのため、前記した固定入力対応動作と同様にしきい値電圧Ｖｔ２を定電圧Ｖｃの約１／２に設定しておくことにより、ＥＣＵ３２からの駆動命令信号に対応させてコンパレータＣＰ２の出力レベルを変化させることができる。そして、コンパレータＣＰ２の出力レベルに従ってスイッチＳＷ２のオン・オフが制御され、スイッチＳＷ２のオン時にはコンパレータＣＰ３のプラス入力端子に前記分圧電圧Ｖｋが印加され、スイッチＳＷ２のオフ時にはコンパレータＣＰ３のプラス入力端子に接地電圧が印加される。つまり、コンパレータＣＰ３のプラス入力端子に印加される電圧は、前記分圧電圧Ｖｋを最大電圧（波高値）とし、ＥＣＵ３２からの駆動命令信号と同期したものになる。
【００５１】
このとき、コンパレータＣＰ３のマイナス入力端子には、前記一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）が印加されている。そのため、前記一定電圧（＝Ｉ×Ｒ５）を接地電圧より高く且つ前記分圧電圧Ｖｋより低く設定しておけば、コンパレータＣＰ３の出力電圧は、プラス入力端子に印加される電圧と同じになり、ＥＣＵ３２からの駆動命令信号と同期したものになる。
【００５２】
従って、接続端子ＳＩの電圧（駆動命令信号）に対応してスイッチＳＷ２のオン・オフが切替制御され、接続端子ＯＵＴの電圧（駆動制御信号）が前記駆動命令信号と同じ周波数およびデューティに設定され、その駆動制御信号に従って負荷３３がＰＷＭ制御される。
【００５３】
以上詳述したように、本実施形態においては、制御ＩＣ１２にコンデンサＣ１を外付けすれば固定入力に対応し、制御ＩＣ１２に抵抗器Ｒ５を外付けすればパルス入力に対応するため、１つの制御ＩＣ１２にて固定入力とパルス入力の２つの入力パターンに対応可能になる。従って、本実施形態によれば、前記方法１の各問題点を回避することができる。
【００５４】
図４は、本実施形態の負荷制御装置１１を前記方法２の回路構成に変更した状態を示すブロック回路図である。
図４に示す負荷制御装置１１において、図１に示す本実施形態の負荷制御装置１１と異なるのは以下の点である。
【００５５】
▲１▼接続端子２７にはコンデンサＣ１のみが外付けされ、抵抗器Ｒ５は外付けされない。
▲２▼制御ＩＣ１２に接続端子３０が設けられている。この接続端子３０には、一端が接地された抵抗器Ｒ６が外付けされる。
【００５６】
▲３▼制御ＩＣ１２内に、各コンパレータＣＰ２，ＣＰ３の出力を短絡するスイッチＳＷ３が設けられている。スイッチＳＷ３はトランジスタにより構成されるトランジスタスイッチであり、当該トランジスタのベースまたはゲートに印加される電圧が、接続端子３０に外付けされる抵抗器Ｒ６により変更されることで、スイッチのオン・オフが制御される。
【００５７】
すなわち、接続端子３０に抵抗器Ｒ６を外付けした場合は、スイッチＳＷ３がオンして各コンパレータＣＰ２，ＣＰ３の出力が短絡され、コンパレータＣＰ２の出力が駆動回路２１に直接入力されるため、接続端子ＯＵＴの電圧（駆動制御信号）がＥＣＵ３２からの駆動命令信号と同じ周波数およびデューティに設定されることから、パルス入力に対応する。
【００５８】
また、接続端子３０から抵抗器Ｒ６を外した場合は、スイッチＳＷ３がオフするため、図１に示す本実施形態の前記固定入力対応動作と同じ回路構成となり、固定入力に対応する。
このように、図４に示す負荷制御装置１１では、スイッチＳＷ３を外部から操作するための接続端子（操作用端子）３０を制御ＩＣ１２に設けなければならず、加えて、スイッチＳＷ３をオン操作する際には接続端子３０に抵抗器Ｒ６を外付けしなければならない。そのため、制御ＩＣ１２の接続端子数が増加すると共に外付け素子である抵抗器Ｒ６が必要となることから、制御ＩＣ１２の搭載性が悪化すると共に負荷制御装置１１のコストが増大する。
【００５９】
それに対して、図１に示す本実施形態の負荷制御装置１１では、スイッチＳＷ３，接続端子３０，抵抗器Ｒ６が不要であるため、図４に示す前記方法２の負荷制御装置１１における各問題点を回避し、低コストな負荷制御装置１１を実現することができる。
【００６０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように変更してもよく、その場合でも、上記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、負荷駆動素子１３としてパワーＭＯＳＦＥＴを用いたが、どのようなスイッチング素子（例えば、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＳＩＴ（Static Induction Transistor）、等）を用いてもよい。
【００６１】
（２）上記実施形態では、負荷３３を駆動する場合に、ＥＣＵ３２により接続端子ＳＩの電圧をロウレベルに切り替え設定する、いわゆる「ローサイド駆動形式」をとっている。しかし、負荷３３を駆動する場合に、ＥＣＵ３２により接続端子ＳＩの電圧をハイレベルに切り替え設定する、いわゆる「ハイサイド駆動形式」に変更してもよい。
【００６２】
図５は、ハイサイド駆動形式の場合の負荷制御装置１１の回路構成を示すブロック回路図である。
図５に示す負荷制御装置１１において、図１に示す上記実施形態の負荷制御装置１１と異なるのは以下の点である。
【００６３】
(1)ＥＣＵ３２内にはＰＮＰトランジスタ４４および抵抗器４２が設けられている。トランジスタ４４のエミッタには、定電圧電源回路２４の生成する定電圧電源Ｖｃと同一電圧Ｖｃが印加されている。そして、トランジスタ４４のコレクタは抵抗器４２を介して負荷制御装置１１の接続端子ＳＩに接続され、そのベースにはＥＣＵ３２内で生成される制御信号が入力されている。
【００６４】
(2)コンパレータＣＰ２のマイナス入力端子は、接続端子２５に接続されると共に、抵抗器Ｒ２を介して接地されてプルダウンされている。
(3)ＥＣＵ３２は、負荷３３を駆動する場合は、その内部でハイレベルの制御信号を生成し、その制御信号に従ってトランジスタ４４をオフさせ、抵抗器Ｒ２を介して接続端子ＳＩの電圧をプルダウンさせてロウレベルに切替設定する。また、負荷３３の駆動を停止する場合は、ＥＣＵ３２内でロウレベルの制御信号を生成し、その制御信号に従ってトランジスタ４４をオンさせ、そのトランジスタ４４を介して接続端子ＳＩの電圧をプルアップさせてハイレベルに切替設定する。
【００６５】
（３）上記実施形態では、負荷駆動素子１３であるＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴのドレインが接続端子ＯＵＴに接続されると共に、そのソースが接地され、負荷３３が各接続端子＋Ｂ，ＯＵＴ間に接続された、いわゆる「ロウサイド構成」をとっている。
【００６６】
しかし、図６に示すように、負荷駆動素子１３であるＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴのドレインが接続端子＋Ｂに接続されると共に、そのソースが接続端子ＯＵＴに接続され、負荷３３が各接続端子ＯＵＴ，Ｅ間に接続された、いわゆる「ハイサイド構成」に変更してもよい。この場合、負荷駆動素子１３のオン時には、バッテリ３１のプラス側→接続端子＋Ｂ→負荷駆動素子１３→接続端子ＯＵＴ→負荷３３→バッテリ３１のマイナス側の経路で電流が流れ、バッテリ３１から負荷３３へ電源が供給されて負荷３３が駆動される。尚、このハイサイド構成では、負荷駆動素子１３としてＰチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態の概略構成を示すブロック回路図。
【図２】一実施形態の固定入力対応動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】一実施形態のパルス入力対応動作を説明するためのタイミングチャート。
【図４】従来の形態の概略構成を示すブロック回路図。
【図５】本発明を具体化した別の実施形態の概略構成を示すブロック回路図。
【図６】本発明を具体化した別の実施形態の概略構成を示すブロック回路図。
【符号の説明】
１１…負荷制御装置 １３…負荷駆動素子 ３１…車載バッテリ
３２…車載ＥＣＵ ３３…負荷 ２１…駆動回路
４３…三角波生成回路 ＳＩ，２９，ＯＵＴ…接続端子
ＣＰ１〜ＣＰ３…コンパレータ Ｒ１〜Ｒ５…抵抗器
Ｃ１…コンデンサ Ｖｃ…定電圧電源 ＳＷ２…スイッチ
Claims (1)
- 固定入力に対応した一定レベルの駆動命令信号と、パルス入力に対応した所定の周波数およびデューティでレベルが変化する駆動命令信号とを切り替えて出力する駆動命令手段からの駆動命令信号に従い、固定入力の場合は一定の周波数およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、パルス入力の場合は駆動命令手段からの駆動命令信号と同じ周波数およびデューティでレベルが変化する駆動制御信号を生成し、当該駆動制御信号によるパルス幅変調制御により負荷への電源の供給を制御する負荷制御装置であって、
外付け素子に応じて三角波または第１設定電圧を生成する三角波生成手段と、
前記駆動命令手段からの駆動命令信号に従い、第２設定電圧と第３設定電圧とを切り替えて生成する設定電圧生成手段と、
前記三角波生成手段の生成した三角波または第１設定電圧と、前記設定電圧生成手段の生成した第２設定電圧または第３設定電圧とを比較する比較手段と、
当該比較手段の比較結果に基づいて前記駆動制御信号を生成する駆動制御手段と、
を備え、
前記第１設定電圧は前記第２設定電圧とそれより低い前記第３設定電圧との間に設定され、
前記第２設定電圧は前記三角波の最大電圧と最小電圧との間に設定され前記駆動命令手段から固定入力に対応した一定レベルの駆動命令信号が出力され、当該駆動命令信号が前記負荷の駆動を命令する場合、前記外付け素子として容量素子が設定された前記三角波生成手段は三角波を生成し、前記設定電圧生成手段は第２設定電圧を保持して生成し、前記比較手段は前記三角波と第２設定電圧とを比較し、
前記駆動命令手段から固定入力に対応した一定レベルの駆動命令信号が出力され、当該駆動命令信号が前記負荷の駆動の停止を命令する場合、前記外付け素子として容量素子が設定された前記三角波生成手段は三角波を生成し、前記設定電圧生成手段は第３設定電圧を保持して生成し、前記比較手段は前記三角波と第３設定電圧とを比較し、
前記駆動命令手段からパルス入力に対応した所定の周波数およびデューティでレベルが変化する駆動命令信号が出力される場合、前記外付け素子として抵抗素子が設定された前記三角波生成手段は第１設定電圧を生成し、前記設定電圧生成手段は前記駆動命令信号に従い、前記駆動命令信号の周波数およびデューティに対応して第２設定電圧と第３設定電圧とを切り替えて生成し、
前記比較手段は第１設定電圧と第２設定電圧または第３設定電圧とを比較すること
を特徴とする負荷制御装置。
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