JP6139840B2

JP6139840B2 - 負荷駆動装置

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Publication number: JP6139840B2
Application number: JP2012215025A
Authority: JP
Inventors: 亮芹澤
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: JP2014071957A

Description

本発明は、複数の負荷を駆動する負荷駆動装置に関する。

車両の灯火器（ランプ）の取付けに関する法規（ＥＣＥ４８）では、ランプ端子電圧が１３．５Ｖを３％以上に超えないことが規定されている。このため、電源電圧の変動に対してランプ駆動出力をＰＷＭ制御で行い、ランプ端子電圧を一定にする必要がある。

図８は従来のＰＷＭ制御回路１００の構成を示す図である。ＰＷＭ制御回路１００は、主に制御ユニット１１０で構成される。制御ユニット１１０は、リレー１０３を介してバッテリ１０２に接続される。リレー１０３は、出力制御回路１０５によって駆動され、オンになると、バッテリ１０２からのバッテリ電圧ＶＢが制御ユニット１１０に供給される。

制御ユニット１１０には、マイコン１２０、ＡＤ変換器１３１、１３２、及びスイッチング制御回路１１１〜１１８が設けられている。

スイッチング制御回路１１１〜１１４には、それぞれ右ヘッドランプ（Ｈ）１５１、左ヘッドランプ（Ｈ）１５２、右ヘッドランプ（Ｌ）１５３、左ヘッドランプ（Ｌ）１５４が接続される。また、スイッチング制御回路１１５〜１１８には、それぞれ右フォグランプ１５５、左フォグランプ１５６、右ポジションランプ１５７、左ポジションランプ１５８が接続される。

マイコン１２０は、各スイッチング制御回路１１１〜１１８に同一のタイミングｔ１でＰＷＭ制御信号を出力する。各スイッチング制御回路１１１〜１１８は、ＰＷＭ制御信号に従い、それぞれのランプ１５１〜１５８を点灯させる。

この種の先行技術文献として、特許文献１には、複数の負荷を駆動する際、ＰＷＭ制御信号のオン時間が重ならいように制御することが示されている。

また、特許文献２には、交互にスイッチングパルスを出力して２つの出力直流電圧を安定化させることが示されている。

特開２００３−２５９６３４号公報特開平１０−１０８４５９号公報

しかしながら、従来の負荷駆動装置には、つぎのような問題があった。即ち、マイコンからのＰＷＭ制御信号で全てのランプを同期させて駆動する場合、同時に変化する電流変化量が極めて大きく（図５（Ｂ）参照）、伝導ノイズの発生が懸念された。

また一方、出力電圧に比べて低い電源電圧で、ＰＷＭ制御信号のオン時間が重ならないように制御することは困難である。例えば、電源電圧１４Ｖを用いて出力電圧１３．５ＶにＰＷＭ制御する場合、デューティ（Ｄｕｔｙ）は、９６．４％（０．９６４＝１３．５／１４）となるので、複数の負荷に対するＰＷＭ制御信号のオン時間が重なってしまう。

このように、ランプ端子電圧を一定にするために、ＰＷＭ制御を行った場合、伝導ノイズの影響が懸念され、その改善が望まれた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝導ノイズを低減することができる負荷駆動装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る負荷駆動装置は、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１）複数の負荷を駆動する負荷駆動装置であって、
ＰＷＭ制御信号に従って前記複数の負荷をそれぞれ駆動する複数の駆動部と、
前記複数の駆動部の各々を介して前記複数の負荷の各々に供給される駆動電流の単位時間あたりの変化量である個別変化量を所定の時点において全ての前記負荷について合計した合計変化量が一定値を超えないように定められた駆動パターンに基づき、前記複数の駆動部に対して前記ＰＷＭ制御信号を時分割に出力する制御部と、
前記駆動パターンがあらかじめ登録された登録部と、
を備え、
前記駆動パターンは、
２以上の前記負荷における前記個別変化量の合計が前記一定値を超えない場合、前記２以上の前記負荷に対応する２以上の前記駆動部に対し、前記ＰＷＭ制御信号を同じ時間に出力するように定められ、
２以上の前記負荷における前記個別変化量の合計が前記一定値を超える場合、前記２以上の前記負荷に対応する２以上の前記駆動部に対し、前記ＰＷＭ制御信号を別々の時間に出力するように定められている、こと。
（２）上記（１）の構成の負荷駆動装置であって、
前記制御部が、前記一定値として、前記複数の負荷のうちの最も多く駆動電流が流れる負荷における前記個別変化量を用いること。
（３）上記（１）又は（２）の構成の負荷駆動装置であって、
前記制御部は、前記複数の駆動部に対し、前記ＰＷＭ制御信号のオン期間が重なるように、出力すること。

上記（１）から（３）の構成の負荷駆動装置によれば、複数の負荷に供給される駆動電流の変化が一定値を超えないように、ＰＷＭ制御信号を時分割に出力するので、伝導ノイズを低減することができる。

本発明によれば、複数の負荷に供給される駆動電流の変化が一定値を超えないように、ＰＷＭ制御信号を時分割に出力するので、伝導ノイズを低減することができる。また、複数の負荷に対するＰＷＭ制御信号のオン時間が重なるような場合でも、電流変化のタイミングが一致しないので、大きな駆動電流の変化が起こらず、伝導ノイズの発生を抑制することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、実施の形態におけるＰＷＭ制御回路１の構成を示す図である。図２は、マイコン１１内のＲＯＭ１１ｂに記憶されたランプ負荷駆動パターンを示すテーブルである。図３は、マイコン１１による点灯制御手順を示すフローチャートである。図４は、ＰＷＭ制御信号の変化を示すタイミングチャートである。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、制御ユニット１０の接地（ＧＮＤ）側に流れる電流（ＧＮＤ電流）の変化を示すタイミングチャートである。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、ＧＮＤ電流の周波数スペクトルを示すグラフである。図７は、他のランプ負荷駆動パターンを示すテーブルである。図８は、従来のＰＷＭ制御回路１００の構成を示す図である。

本発明の実施の形態における負荷駆動装置について図面を用いて説明する。本実施形態の負荷駆動装置は、車両に搭載された各種のランプを駆動するＰＷＭ制御回路に適用される。

図１は実施の形態におけるＰＷＭ制御回路１の構成を示す図である。ＰＷＭ制御回路１は、主に制御ユニット１０で構成される。制御ユニット１０は、リレー３０を介してバッテリ３１に接続される。リレー３０は、出力制御回路３５によって駆動され、オンになると、バッテリ３１からのバッテリ電圧ＶＢ（電源電圧）が制御ユニット１０に供給される。また、出力制御回路３５は、スイッチ（図示しない）操作に従い、リレー３０をオンに駆動する。

制御ユニット１０には、マイコン１１、バッテリ電圧を検知するＡＤ変換器１２、１３、及びスイッチング制御を行って負荷を駆動するスイッチング制御回路１４〜２１（駆動部）が設けられている。

マイコン１１（制御部）は、ＣＰＵ１１ａ、ＲＯＭ１１ｂ、タイマ１１ｃ等を内蔵し、ＲＯＭ１１ｂに記憶された制御プログラムに従って、後述する点灯制御を行う。

スイッチング制御回路１４〜１７には、それぞれ右ヘッドランプ（Ｈ）４１、左ヘッドランプ（Ｈ）４２、右ヘッドランプ（Ｌ）４３、左ヘッドランプ（Ｌ）４４が接続される。また、スイッチング制御回路１８〜２１には、それぞれ右フォグランプ４５、左フォグランプ４６、右ポジションランプ４７、左ポジションランプ４８が接続される。

また、スイッチング制御回路１４〜２１は、ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等で構成されており、スイッチング動作を行い、ＰＷＭ制御信号のオン期間、負荷に電力を供給する。

マイコン１１は、所定のタイミングで時系列にスイッチング制御回路１４〜２１にＰＷＭ制御信号を出力する。本実施形態では、ＰＷＭ制御信号の出力は、後述するように、タイミングｔ１〜ｔ６で時分割に行われる。また、スイッチング制御回路１４〜２１は、それぞれのＰＷＭ制御信号に従って、ランプ４１〜４８を点灯させる。

図２はマイコン１１内のＲＯＭ１１ｂに記憶されたランプ負荷駆動パターンを示すテーブルである。本実施形態では、全ての負荷を駆動する場合にＰＷＭ駆動電流値（あるいは負荷容量）が一定値を超えないように、時分割にＰＷＭ制御信号を出力し、電流値の平均化を行う。即ち、最も多い電流が流れる負荷（ヘッドランプＨの６０Ｗ）の電流変化量より、電流変化量が大きくならないように、ＰＷＭ駆動電流値を分割した上で、同時に電流変化が起きないようにタイミングをずらしている。電流変化量（ｄｉ／ｄｔ）が大きいとノイズレベルが大きいので、電流変化量を最大負荷の電流変化量以下にすることで、ノイズレベルが抑えられる。

具体的に、ランプ負荷駆動パターンを表すテーブル５０では、負荷容量の大きい右ヘッドランプ（Ｈ）４１、左ヘッドランプ（Ｈ）４２、右ヘッドランプ（Ｌ）４３、左ヘッドランプ（Ｌ）４４については、ＰＷＭ制御信号を開始するタイミングを単独としている。

一方、負荷容量の小さい右フォグランプ４５、左フォグランプ４６、右ポジションランプ４７、左ポジションランプ４８については、ＰＷＭ制御信号を開始するタイミングを重ねている。なお、テーブル５０は登録部に相当する。

最初のタイミングｔ１で、マイコン１１は、ポートＰ１を介して右ヘッドランプ（Ｈ）４１を駆動するスイッチング制御回路１４にＰＷＭ制御信号を出力する。次のタイミングｔ２で、マイコン１１は、ポートＰ２を介して左ヘッドランプ（Ｈ）４２を駆動するスイッチング制御回路１５にＰＷＭ制御信号を出力する。同様に、次のタイミングｔ３で、マイコン１１は、ポートＰ３を介して右ヘッドランプ（Ｌ）４３を駆動するスイッチング制御回路１６にＰＷＭ制御信号を出力する。同様に、次のタイミングｔ４で、マイコン１１は、ポートＰ４を介して左ヘッドランプ（Ｌ）４４を駆動するスイッチング制御回路１７にＰＷＭ制御信号を出力する。

一方、次のタイミングｔ５では、マイコン１１は、ポートＰ５を介して右フォグランプ４５を駆動するスイッチング制御回路１８に、及び、ポートＰ７を介して右ポジションランプ４７を駆動するスイッチング制御回路２０にＰＷＭ制御信号を同時に出力する。

続くタイミングｔ６では、マイコン１１は、ポートＰ６を介して左フォグランプ４６を駆動するスイッチング制御回路１９に、及び、ポートＰ８を介して左ポジションランプ４８を駆動するスイッチング制御回路２１にＰＷＭ制御信号を同時に出力する。

上記構成を有するＰＷＭ制御回路１の動作を示す。図３はマイコン１１による点灯制御手順を示すフローチャートである。制御ユニット１０に電源電圧が供給されると、マイコン１１は、まず、ＡＤ変換器１２、１３を介してバッテリ電圧ＶＢ（電源電圧）を読み込む（ステップＳ１）。

マイコン１１は、電源電圧の値をもとに、スイッチング制御回路１４〜２１に供給するＰＷＭ制御信号のオン期間（またはデューティ比）を決定する（ステップＳ２）。これにより、電源電圧（バッテリ電圧）が変動しても、負荷に供給される電圧を一定に制御することができる。マイコン１１は、ＲＯＭ１１ｂに記憶（登録）されたテーブル５０からランプ負荷駆動パターンを得る（ステップＳ３）。

マイコン１１は、このランプ負荷駆動パターンに基づき、所定のタイミングでＰＷＭ制御信号を出力する（ステップＳ４）。そして、マイコン１１は、全てのタイミングｔ１〜ｔ６でＰＷＭ制御信号が出力されたか否かを判別する（ステップＳ５）。全てのタイミングｔ１〜ｔ６で出力されていない場合、マイコン１１は、ステップＳ４の処理に戻る。

一方、全てのタイミングｔ１〜ｔ６で出力されている場合、マイコン１１は、ランプの点灯停止指示があったか否かを判別する（ステップＳ６）。点灯停止指示がなかった場合、マイコン１１は、ステップＳ１の処理に戻る。一方、点灯停止指示があった場合、マイコン１１は本動作を終了する。

図４はＰＷＭ制御信号の変化を示すタイミングチャートである。マイコン１１は、ＰＷＭ周波数に相当するクロックの立ち上がりに同期してＰＷＭ制御信号を出力する。具体的に、最初（１番目）のクロックの立ち上がりに同期したタイミングｔ１で、マイコン１１はスイッチング制御回路１４にＰＷＭ制御信号を出力する。同様に、２番目、３番目、４番目、５番目、６番目のクロックの立ち上がりにそれぞれ同期したタイミングｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６で、マイコン１１はＰＷＭ制御信号を出力する。

前述したように、タイミングｔ５では、負荷駆動電流の小さいスイッチング制御回路１８、２０に同時にＰＷＭ制御信号が出力され、タイミングｔ６では、同じく負荷駆動電流の小さいスイッチング制御回路１９、２１に同時にＰＷＭ制御信号が出力される。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は制御ユニット１０の接地（ＧＮＤ）側に流れる電流（ＧＮＤ電流）の変化を示すタイミングチャートである。このＧＮＤ電流は、全ての負荷に供給される電流である負荷駆動電流を表す。図５（Ａ）はタイミングｔ１〜ｔ６で時分割にＰＷＭ制御信号が出力される場合を示す。図５（Ｂ）は同一のタイミングでＰＷＭ制御信号が出力される場合を示す。

図５（Ｂ）に示すように、ＰＷＭ制御信号のオン／オフがタイミングｔ１で一斉に出力されると、負荷駆動電流が一気に増加あるいは減少する。一方、図５（Ａ）に示すように、各負荷へのＰＷＭ制御信号のオン／オフがタイミングｔ１〜ｔ６で時分割に行われると、負荷駆動電流はステップ的に増加あるいは減少する。この結果、伝導ノイズの発生が抑えられる。つまり、電流変化量（ｄｉ／ｄｔ）が大きいとノイズレベルが大きくなるので、本実施形態のように、電流変化量を最大負荷の電流変化量以下にすることで、ノイズレベルが抑えられる。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）はＧＮＤ電流の周波数スペクトルを示すグラフである。図６（Ａ）は、図５（Ａ）に対応し、タイミングｔ１〜ｔ６で時分割にＰＷＭ制御信号が出力される場合におけるフーリエ解析（ＦＦＴ）の結果を示す。図６（Ｂ）は、図５（Ｂ）に対応し、同一のタイミングでＰＷＭ制御信号が出力される場合におけるフーリエ解析（ＦＦＴ）の結果を示す。図６(Ａ)では、図６（Ｂ）と比べて明らかに、ノイズレベルが低くなっており、特に、高周波側ではノイズ成分（高調波ノイズ）が小さくなっている。

このように、本実施形態の負荷駆動装置によれば、ＰＷＭ制御を行う際、伝導ノイズを低減することができる。また、ＰＷＭのオン期間が重なるような場合でも、大きな電流変化のタイミングが一致しないので、伝導ノイズの発生を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、本実施形態の構成が持つ機能を達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。

例えば、ランプ負荷駆動パターンは、上記実施形態に限られるものではなく、ＰＷＭ駆動電流値が一定値を超えないような任意のパターンであってもよい。なお、上記実施形態では、一定値として、最も多くの電流が流れる負荷の駆動電流変化値を用いたが、この値に限らず、任意の値に設定することも可能である。

図７は他のランプ負荷駆動パターンを示すテーブルである。このランプ負荷駆動パターン（パターン４）において、タイミングｔ３では、マイコン１１は、右ヘッドランプ（Ｌ）４３を駆動するスイッチング制御回路１６、及び右ポジションランプ４７を駆動するスイッチング制御回路２０にＰＷＭ制御信号を同時に出力する。

続くタイミングｔ４では、マイコン１１は、左ヘッドランプ（Ｌ）４４を駆動するスイッチング制御回路１７、及び左ポジションランプ４８を駆動するスイッチング制御回路２１にＰＷＭ制御信号を同時に出力する。

また、上記実施形態では、複数の負荷に対し、ＰＷＭ制御信号のオン期間が同じである場合を示したが、個々の負荷ごとに、調光可能なように、ＰＷＭ制御信号のオン期間を変えてもよい。この場合においても、複数の負荷に供給される負荷駆動電流が一定値を超えないように、ＰＷＭ制御信号の出力タイミングは調整される。

また、上記実施形態では、ランプ負荷を駆動する場合を示したが、本発明は、これに限らず、モータ等の他の負荷を駆動する場合にも同様に適用可能である。

１負荷駆動装置
１０制御ユニット
１１マイコン
１２、１３ＡＤ変換器
１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１スイッチング制御回路
３０リレー
３５出力制御回路
４１右ヘッドランプ（Ｈ）
４２左ヘッドランプ（Ｈ）
４３右ヘッドランプ（Ｌ）
４４左ヘッドランプ（Ｌ）
４５右フォグランプ
４６左フォグランプ
４７右ポジションランプ
４８左ポジションランプ
５０ランプ負荷駆動パターンのテーブル

Claims

複数の負荷を駆動する負荷駆動装置であって、
ＰＷＭ制御信号に従って前記複数の負荷をそれぞれ駆動する複数の駆動部と、
前記複数の駆動部の各々を介して前記複数の負荷の各々に供給される駆動電流の単位時間あたりの変化量である個別変化量を所定の時点において全ての前記負荷について合計した合計変化量が一定値を超えないように定められた駆動パターンに基づき、前記複数の駆動部に対して前記ＰＷＭ制御信号を時分割に出力する制御部と、
前記駆動パターンがあらかじめ登録された登録部と、
を備え、
前記駆動パターンは、
２以上の前記負荷における前記個別変化量の合計が前記一定値を超えない場合、前記２以上の前記負荷に対応する２以上の前記駆動部に対し、前記ＰＷＭ制御信号を同じ時間に出力するように定められ、
２以上の前記負荷における前記個別変化量の合計が前記一定値を超える場合、前記２以上の前記負荷に対応する２以上の前記駆動部に対し、前記ＰＷＭ制御信号を別々の時間に出力するように定められている、
負荷駆動装置。
前記制御部が、前記一定値として、前記複数の負荷のうちの最も多く駆動電流が流れる負荷における前記個別変化量を用いる、
請求項１に記載の負荷駆動装置。