JP4499884B2 - Ｐｗｍ出力回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）の出力回路に係り、特に、周辺の回路の動作に影響を及ぼすノイズの抑圧を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の回路としては、例えば、車両の電子燃料噴射制御系において用いられるものがある。
すなわち、図２に示されたように、通常、電子制御式の車両には、エンジン等の動作制御を行う電子制御装置（以下「ＥＣＵ」と言う）１０１が設けられると共に、このＥＣＵ１０１と、燃料噴射制御装置１０２とが信号ケーブル５４で接続され、ＥＣＵ１０１側からは、車両のエンジンの動作状況に応じてパルス幅が変化されるパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」と言う）が出力され、信号ケーブル５４を介して燃料噴射制御装置１０２へ入力されるようになっている。
燃料噴射制御装置１０２は、燃料噴射量の制御のための電磁弁（図２においては「ＡＣＴ」と表記）５３を有しており、この電磁弁５３への駆動電流は、ＥＣＵ１０１から出力された先のＰＷＭ信号のパルス幅に応じて設定されるものとなっている。すなわち、燃料噴射制御装置１０２に設けられた駆動回路（図２においては「ＤＲ」と表記）５２は、ＥＣＵ１０１から信号ケーブル５４を介して入力されたＰＷＭ信号に応じた駆動電流を、図示されない燃料噴射制御装置１０２内の制御信号に応じて電磁弁５３へ供給するようになっている。
図３には、より具体的な回路構成例が示されており、同図を参照しつつこの従来回路について概括的に説明すれば、この従来回路は、ベースに図示されないマイクロコンピュータ（以下「ＣＰＵ」と言う）から、ＰＷＭ信号が印加される出力トランジスタ１を有しており、ベースに印加された信号に応じて出力トランジスタ１がオン・オフされて、所定のレベルのＰＷＭ信号が出力されるようになっている。そして、このＰＷＭ信号は、信号ケーブル５４を介して燃料噴射制御装置１０２内の駆動回路５２の入力段に印加されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる構成においては、駆動回路５２をＥＣＵ１０１内に装備して、電磁弁５３の駆動電流を信号ケーブル５４を介して供給する場合に比して、信号ケーブル５４の電流容量が小さくて済み、そのためケーブルの軽量化を図ることができると共に、電磁弁５３から駆動回路５２へのフィードバック信号を伝送するためのケーブルが不要となり、部品等の配設のための空間の削減や、数量の削減が切望される車両においては、極めて好都合であるという利点がある。
しかしながら、その反面、信号ケーブル５４を伝送されるＰＷＭ信号は、方形波信号であるため、高調波成分を多く含み、特に、繰り返し周期２ＫＨｚ前後で、パルス振幅が５Ｖ前後で用いられる場合、車両メーカのシステムによっては、備え付けのラジオ受信機の中波帯にノイズを与えるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、周辺の電子回路の動作に影響を及ぼすようなノイズの発生が抑圧されたＰＷＭ出力回路を提供するものである。
本発明の他の目的は、出力波形の歪みのないＰＷＭ出力回路を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記発明の目的を達成するため、本発明に係るＰＷＭ出力回路は、
第１の装置と第２の装置とが信号ケーブルを介して接続され、前記第２の装置内で必要とされるパルス幅変調信号が、前記信号ケーブルを介して前記第１の装置から供給されるよう構成されたシステムにおける前記第１の装置内に設けられて、前記パルス幅変調信号を出力するＰＷＭ出力回路であって、
前記ＰＷＭ出力回路は、出力トランジスタを有し、
前記出力トランジスタは、コレクタに第１の抵抗器を介して電源電圧が印加されると共に、当該コレクタには、他端が前記信号ケーブルへ接続される第２の抵抗器の一端が接続され、
前記第２の抵抗器には、ダイオードが、そのアノードが前記出力トランジスタのコレクタ側となるように並列接続されると共に、当該第２の抵抗器の他端とアースとの間には、コンデンサが接続され、
前記出力トランジスタのベース側には、スピードアップコンデンサが設けられて当該スピードアップコンデンサを介してパルス幅変調信号が印加される一方、
前記第１の抵抗器は、前記出力トランジスタが導通状態から非導通状態へ移行する際に、前記第２の抵抗器の他端とアースとの間に接続されたコンデンサへ流れる充電電流が所定以下となる抵抗値に設定されてなるものである。
また、第２の抵抗器は、前記出力トランジスタが非導通状態から導通状態へ移行する際に、前記第２の抵抗器の他端とアースとの間に接続されたコンデンサからの放電電流が、従来のほぼ１／５以下となる抵抗値に設定されてなるものとしても好適である。
【０００６】
かかる構成においては、第１の抵抗器の抵抗値が、出力段のコンデンサへの充電電流が、周辺の電子回路の動作に影響を与えない大きさとなるような値に設定され、ノイズ発生の抑圧、低減がなされると共に、抵抗値の増大による出力トランジスタのいわゆるオン・オフの遅延が、そのベース側に設けられたスピードアップコンデンサにより補償されて、出力波形の歪みのない信頼性の高いＰＷＭ出力回路が提供されることとなるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。また、図３に示された従来回路と同一の構成要素については、同一の符号を付すこととする。
最初に、この発明の実施の形態におけるＰＷＭ出力回路が用いられる装置（システム）について図２を参照しつつ説明する。
この発明の実施の形態におけるＰＷＭ出力回路５１により得られるパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」と言う）は、例えば、車両の電子燃料噴射制御系において、燃料噴射装置の噴射量を制御する電磁弁５３の駆動を制御するために用いられるものである。
すなわち、車両の動作を電子制御するものにあっては、車両のエンジン等の動作制御のためのいわば中央処理装置としての機能を果たす通常、ＥＣＵと称される電子制御装置１０１（以下「ＥＣＵ」と言う）が設けられており、後述するＰＷＭ出力回路５１は、このＥＣＵ１０１内に設けられている。
【０００８】
一方、エンジンへの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置１０２には、燃料の噴射量を制御する電磁弁５３と、この電磁弁５３の駆動電流を供給する駆動回路５２が設けられている。そして、ＥＣＵ１０１のＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ出力回路５１と、駆動回路５２とは、信号ケーブル５４により接続されており、この信号ケーブル５４を介してＰＷＭ信号が駆動回路５２へ入力されるようになっている。ここで、ＰＷＭ信号のパルス幅は、ＥＣＵ１０１の制御によって設定されるものとなっている。
そして、駆動回路５２は、入力されたＰＷＭ信号のパルス幅に応じた電流を出力するようになっており、その出力タイミングは、燃料噴射制御装置１０２内部で発生された制御信号によって定まるようになっている。
【０００９】
図１には、ＰＷＭ出力回路５１の具体的な回路構成例が示されており、以下、同図を参照しつつこのＰＷＭ出力回路５１について説明する。
ＰＷＭ出力回路５１は、ｎｐｎ形の出力トランジスタ（図１においては「Ｔ１」と表記）１を中心に構成されたものとなっている。
すなわち、出力トランジスタ１は、第１の抵抗器（図１においては「Ｒ１」と表記）２を介してコレクタに所定の電源電圧Ｖccが印加されるようになっていると共に、コレクタは、第２の抵抗器（図１においては「Ｒ２」と表記）３を介して信号ケーブル５４の一端に接続されている一方、そのエミッタは、アースに接続されたものとなっている。また、第２の抵抗器３には、ダイオード９が、出力トランジスタ１のコレクタとアノードが接続されるようにして並列接続されている。さらに、このダイオード９のカソードと第２の抵抗器３との接続点とアースとの間には、ノイズ除去用の出力バイパスコンデンサ８が接続されている。
【００１０】
さらに、出力トランジスタ１のベースは、第３の抵抗器（図１においては「Ｒ３」と表記）４を介してＥＣＵ１０１内のいわゆるＣＰＵ（図示せず）に接続されており、従来同様、ＣＰＵで生成されたＰＷＭ信号が印加されるようになっていると共に、ベースとアースとの間には、第５の抵抗器（図１においては「Ｒ５」と表記）６が接続されている。ＣＰＵから印加されるＰＷＭ信号は、例えば、論理値Ｈｉｇｈに対応するレベルが５Ｖ、論理値Ｌｏｗに対応するレベルが零Ｖに設定されたものである。
また、スピードアップコンデンサ（図１においては「Ｃｓ」と表記）７と第４の抵抗器（図１においては「Ｒ４」と表記）５とが直列接続されて、スピードアップコンデンサ７がＣＰＵ側となるようにして、第３の抵抗器４に対して並列接続されている。
【００１１】
一方、燃料噴射制御装置１０２内の駆動回路５２の入力段においては、まず、入力信号の論理反転のためのインバータ回路１１が設けられており、このインバータ回路１１の入力端子が駆動回路用第１の抵抗器１２を介して信号ケーブル５４の他端と接続されたものとなっている。また、駆動回路用第１の抵抗器１２の信号ケーブル５４側の端部とアースとの間には、駆動回路用第２の抵抗器１３と駆動回路用バイパスコンデンサ１４がそれぞれ接続されたものとなっている。
【００１２】
次に、上記構成における動作について説明する。
まず、回路定数の好適な具体例を示せば、第１の抵抗器２を、１ＫΩ、第２の抵抗器３を、２ＫΩ、第３の抵抗器４を、１０ＫΩ、第４の抵抗器５を、５１０Ω、スピードアップコンデンサ７を、４７０ｐＦと設定するのが好適である。
出力トランジスタ１は、図示されないＣＰＵから第３の抵抗器４を介して印加されるＰＷＭ信号が５Ｖに立ち上がると、導通状態となり、そのコレクタ電位は、ほぼ零電位となるため、論理値Ｌｏｗとして駆動回路５２へ入力され、インバータ回路１１により論理反転されて、インバータ回路１１の出力は、出力トランジスタ１のベースと同様に論理値Ｈｉｇｈの状態となる。
一方、ＣＰＵから出力されたＰＷＭ信号が、５Ｖから零Ｖとなると、出力トランジスタ１は、導通状態から非導通状態となる。そして、このとき、出力トランジスタ１のコレクタ電位は、電源電圧Ｖcc近傍まで上昇し、駆動回路５２のインバータ回路１１の入力段もほぼ同電位となり、インバータ回路１１の出力は、論理値Ｌｏｗの状態となる。
ここで、出力トランジスタ１のコレクタ電位がＶcc近傍まで立ち上がる際、出力バイパスコンデンサ８（及び駆動回路用バイパスコンデンサ１４）は、電荷が放電された状態にあるため、この出力バイパスコンデンサ８（及び駆動回路用バイパスコンデンサ１４）へ瞬時に充電電流Ｉが電源側から流入する。
この電流Ｉは、次のように求められる。
【００１３】
Ｉ＝（Ｖcc−ＶFD）／Ｒ１＝（５.１２−０.６）／１０００＝４.５２ｍＡ
【００１４】
なお、上記式中、ＶFDは、ダイオードの順方向電圧、Ｒ１は、第１の抵抗器２の抵抗値である。
【００１５】
一方、これを従来と比較して見ると、まず、従来回路においては、例えば、第１の抵抗器２の従来の抵抗値は、２００Ω、第２の抵抗器３の従来の抵抗値は、５６０Ω程度に、それぞれ設定されていた。
したがって、出力トランジスタ１が導通状態から非導通状態へ移行する際に、同様に流れる充電電流Ｉ´は、次のような大きさであった。
【００１６】
Ｉ´＝（Ｖcc−ＶFD）／Ｒ１＝（５.１２−０.６）／２００＝２２.６ｍＡ
【００１７】
すなわち、従来回路においては、出力トランジスタ１が導通状態から非導通状態となる際の電流変化が比較的大きく、先に従来技術で説明したように、その繰り返し周期とも相まって、車両に装備されているラジオ受信機の中波帯に対するノイズ源となっていた。
ところが、本発明の実施の形態においては、上述したように、出力トランジスタ１が導通状態から非導通状態へ移行する際の電流は、従来に比してほぼ１／５以下と非常に抑圧された大きさとなっているため、周囲の電子機器、特に、ラジオ受信機等に対してノイズ源となることが殆どない。
なお、第１の抵抗器１の抵抗値は、上述したようにして求まる出力バイパスコンデンサ８（及び駆動回路用バイパスコンデンサ１４）の充電電流の大きさが、周辺の電子回路の動作に影響を与えない程度の大きさとなるように設定されるべきもので、具体的に如何なる値に設定するかは、実際に回路が設けられた環境条件や、ノイズの影響を受ける側の回路の具体的な構成等によって個々に異なるので、現実的には、それら個々の具体的な種々の条件を勘案して実験的に設定されるのが好適である。
また、第２の抵抗器３の抵抗値も、第１の抵抗器２と同様に従来よりも大となっているが、この第２の抵抗器３の抵抗値は、出力トランジスタ１が導通状態となった際に、出力バイパスコンデンサ８（及び駆動回路用バイパスコンデンサ１４）の放電電流の大きさを規定するものである。したがって、第２の抵抗器３の抵抗値も、第１の抵抗器２の場合と同様に、放電電流の大きさが周辺の電子回路の動作に影響を与えないように設定されるべきものである。
【００１８】
一方、第１の抵抗器２及び第２の抵抗器３の抵抗値が、従来に比して大凡５倍程度の大きさとなることで、出力バイパスコンデンサ８及び駆動回路用バイパスコンデンサ１４と、第１及び第２の抵抗器２，３によるいわゆる時定数が大となり、信号ケーブル５４を伝送するＰＷＭ信号の立ち上がり及び立ち下がりに遅延を生ずる（換言すれば、出力波形の歪みを生ずる）こととなる。このＰＷＭ信号の立ち上がり及び立ち下がりの遅延は、燃料噴射のタイミングの誤差、すなわち、燃料噴射量の誤差を招くこととなり好ましくないものである。
しかしながら、本発明の実施の形態におけるＰＷＭ出力回路においては、出力トランジスタ１のベース側に設けられたスピードアップコンデンサ７により、出力トランジスタ１の導通時及び非導通時の動作の加速化が図られるようになっているため、上述したような出力バイパスコンデンサ８及び駆動回路用バイパスコンデンサ１４と、第１及び第２の抵抗器２，３によるいわゆる時定数の増大によるＰＷＭ信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングの遅延が抑圧されることとなる。
【００１９】
なお、上述した発明の実施の形態においては、ＥＣＵ１０１により第１の装置が、燃料噴射制御装置１０２により第２の装置が、それぞれ実現されたものとなっている。
また、上述した発明の実施の形態においては、ＰＷＭ出力回路が車両の燃料噴射制御に用いられる場合を前提として説明したが、このような場合に限定される必要がないことは勿論である。すなわち、ＰＷＭ出力回路とＰＷＭ信号が入力されて用いられる箇所とが離れており、ＰＷＭ信号がケーブルによって伝送されるような装置であれば、上述した発明の実施の形態同様な作用、効果を得ることができるものである。
【００２０】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、出力トランジスタのコレクタ側の構成を、出力段のコンデンサの充電電流の大きさが、周辺の電子回路の動作に影響を与えない程度となるようにすると共に、出力トランジスタのベース側にスピードアップコンデンサを設けて、出力トランジスタのいわゆるオン・オフ動作の遅延が生じないようにしたので、周辺の電子回路の動作に影響を及ぼすノイズの発生が抑圧され、しかも、出力信号の立ち上がり及び立ち下がりに遅延のない信頼性の高いＰＷＭ出力回路が提供されるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるＰＷＭ出力回路の回路構成例を示す回路図である。
【図２】ＰＷＭ出力回路が用いられる装置の構成例を示す構成図である。
【図３】従来のＰＷＭ出力回路の回路構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１…出力トランジスタ
７…スピードアップコンデンサ
５１…ＰＷＭ出力回路
５２…駆動回路
５３…電磁弁
５４…信号ケーブル
１０１…ＥＣＵ
１０２…燃料噴射制御装置

Claims (3)

1. 第１の装置と第２の装置とが信号ケーブルを介して接続され、前記第２の装置内で必要とされるパルス幅変調信号が、前記信号ケーブルを介して前記第１の装置から供給されるよう構成されたシステムにおける前記第１の装置内に設けられて、前記パルス幅変調信号を出力するＰＷＭ出力回路であって、
   前記ＰＷＭ出力回路は、出力トランジスタを有し、
   前記出力トランジスタは、コレクタに第１の抵抗器を介して電源電圧が印加されると共に、当該コレクタには、他端が前記信号ケーブルへ接続される第２の抵抗器の一端が接続され、
   前記第２の抵抗器には、ダイオードが、そのアノードが前記出力トランジスタのコレクタ側となるように並列接続されると共に、当該第２の抵抗器の他端とアースとの間には、コンデンサが接続され、
   前記出力トランジスタのベース側には、スピードアップコンデンサが設けられて当該スピードアップコンデンサを介してパルス幅変調信号が印加される一方、
   前記第１の抵抗器は、前記出力トランジスタが導通状態から非導通状態へ移行する際に、前記第２の抵抗器の他端とアースとの間に接続されたコンデンサへ流れる充電電流が、従来のほぼ１／５以下となる抵抗値に設定されてなることを特徴とするＰＷＭ出力回路。
2. 第１の装置と第２の装置とが信号ケーブルを介して接続され、前記第２の装置内で必要とされるパルス幅変調信号が、前記信号ケーブルを介して前記第１の装置から供給されるよう構成されたシステムにおける前記第１の装置内に設けられて、前記パルス幅変調信号を出力するＰＷＭ出力回路であって、
   前記ＰＷＭ出力回路は、出力トランジスタを有し、
   前記出力トランジスタは、コレクタに第１の抵抗器を介して電源電圧が印加されると共に、当該コレクタは、第２の抵抗器を介して前記信号ケーブルの一端に接続され、前記第２の抵抗器には、ダイオードが、そのアノードが前記出力トランジスタのコレクタ側となるように並列接続され、前記信号ケーブルの一端とアースとの間には、コンデンサが接続され、前記出力トランジスタのベースには、第３の抵抗器の一端が接続され、当該第３の抵抗器の両端には、スピードアップコンデンサと第４の抵抗器とが直列接続された状態で並列接続され、前記第３の抵抗器の他端には、前記第１の装置内で生成された前記パルス幅変調信号が印加される一方、
   前記第１の抵抗器は、前記出力トランジスタが導通状態から非導通状態へ移行する際に、前記信号ケーブルの一端とアースとの間に接続されたコンデンサへ流れる充電電流が、従来のほぼ１／５以下となる抵抗値に設定されてなることを特徴とするＰＷＭ出力回路。
3. 出力トランジスタを有し、前記出力トランジスタがそのベースに印加されるパルス幅変調信号に応じて導通状態、非導通状態とされ、パルス幅変調信号が前記出力トランジスタのコレクタ側から外部へ出力されるよう構成されてなるＰＷＭ出力回路であって、
   前記出力トランジスタは、コレクタに第１の抵抗器を介して電源電圧が印加されると共に、当該コレクタには、他端が外部への信号出力端子として外部の信号ケーブルへ接続される第２の抵抗器の一端が接続され、
   前記第２の抵抗器には、ダイオードが、そのアノードが前記出力トランジスタのコレクタ側となるように並列接続されると共に、当該第２の抵抗器の他端とアースとの間には、コンデンサが接続され、
   前記出力トランジスタのベース側には、スピードアップコンデンサが設けられる一方、
   前記第１の抵抗器は、前記出力トランジスタが導通状態から非導通状態へ移行する際に、前記信号ケーブルの一端とアースとの間に接続されたコンデンサへ流れる充電電流が、従来のほぼ１／５以下となる抵抗値に設定されてなることを特徴とするＰＷＭ出力回路。

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