JP6699426B2 - Load drive - Google Patents
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Description
本発明は、負荷への通電を制御する負荷駆動装置に関する。 The present invention relates to a load driving device that controls energization of a load.
ソレノイドなどの負荷を駆動する負荷駆動装置では、負荷に流れる電流(以下、負荷電流と呼ぶ)の検出値が目標値に一致するように、負荷への通電をパルス幅変調制御(以下、PWM制御と呼ぶ)するようになっている(例えば特許文献1参照)。そして、この場合、電源から負荷への給電経路に直列に介在する1つのMOSトランジスタなどのスイッチング素子の駆動をPWM制御することで、負荷電流の制御が実現されている。 In a load driving device that drives a load such as a solenoid, pulse width modulation control (hereinafter, PWM control) is performed to energize the load so that a detected value of current flowing in the load (hereinafter, referred to as load current) matches a target value. (Refer to Patent Document 1). In this case, the load current is controlled by performing PWM control of driving a switching element such as one MOS transistor interposed in series in the power supply path from the power supply to the load.
一般的に、MOSトランジスタなどのスイッチング素子では、そのターンオンディレイ時間とターンオフディレイ時間とが完全に一致することはなく、互いに異なる時間となっている。ターンオンとターンオフの各ディレイ時間に差異が存在すると、上記した従来の負荷電流の制御方法では、スイッチング素子を駆動するための駆動信号のデューティと負荷電流のデューティとが一致しなくなる。 Generally, in a switching element such as a MOS transistor, the turn-on delay time and the turn-off delay time do not completely coincide with each other, but they are different from each other. If there is a difference between the turn-on delay time and the turn-off delay time, in the above-described conventional load current control method, the duty of the drive signal for driving the switching element and the duty of the load current do not match.
すなわち、この場合、所望するデューティと実際のデューティとの間に誤差が生じてしまう。このような誤差が存在すると、その誤差よりも小さいデューティを出力することができなくなり、特に比較的高い周波数で負荷を駆動する場合における負荷電流の制御の精度が低下するおそれがある。 That is, in this case, an error occurs between the desired duty and the actual duty. If such an error exists, it becomes impossible to output a duty smaller than the error, and there is a possibility that the accuracy of control of the load current may be reduced particularly when the load is driven at a relatively high frequency.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷に流れる電流を精度良く制御することができる負荷駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a load drive device capable of accurately controlling a current flowing through a load.
請求項1に記載の負荷駆動装置は、負荷(4)への通電をPWM制御する負荷駆動装置(1)であって、電源から負荷への給電経路のうち上流側に設けられる上流側スイッチング素子(T1)、給電経路のうち下流側に設けられる下流側スイッチング素子(T2)、負荷に流れる電流を検出する電流検出部(6)および制御部(5)を備える。制御部は、電流検出部の検出値が所望の目標値に一致するように上流側スイッチング素子および下流側スイッチング素子の駆動を制御する。また、制御部は、上流側スイッチング素子および下流側スイッチング素子をPWM制御の周期の2倍の駆動周期で駆動するとともに、上流側スイッチング素子および下流側スイッチング素子に対してオン駆動するための指令を出力するタイミングを互いに前記駆動周期の1/2周期異ならせるようになっている。
The load driving device according to
上記構成では、上流側スイッチング素子および下流側スイッチング素子の双方がオンされる期間に負荷への通電が行われる。そして、上流側スイッチング素子の駆動周期の後半と下流側スイッチング素子の駆動周期の前半とが重複しているとともに、下流側スイッチング素子の駆動周期の後半と上流側スイッチング素子の駆動周期の前半とが重複している。そのため、上記各重複する期間において、上流側スイッチング素子および下流側スイッチング素子のうち一方がターンオンされるタイミングと他方がターンオフされるタイミングとの関係によって負荷への通電期間、つまり負荷電流のデューティが制御される。 In the above configuration, the load is energized while both the upstream switching element and the downstream switching element are turned on. Then, the latter half of the drive cycle of the upstream side switching element and the first half of the drive cycle of the downstream side switching element overlap, and the latter half of the drive cycle of the downstream side switching element and the first half of the drive cycle of the upstream side switching element are It overlaps. Therefore, in each of the overlapping periods, the load energization period, that is, the duty of the load current is controlled by the relationship between the timing at which one of the upstream switching element and the downstream switching element is turned on and the timing at which the other is turned off. To be done.
そして、この場合、スイッチング素子のターンオンディレイおよびターンオフディレイを考慮しつつ、負荷電流のデューティが所望する値となるように、各スイッチング素子をターンオンおよびターンオフするタイミングを決定すればよい。このようにすれば、スイッチング素子のターンオンディレイとターンオフディレイとの差異に基づいた誤差よりも小さい微小なデューティによる負荷電流の制御が可能となる。したがって、上記構成によれば、比較的高い周波数で負荷を駆動する場合でも電流制御の精度低下を招くことなく、負荷に流れる電流を精度良く制御することができる。 Then, in this case, the turn-on delay and the turn-off delay of the switching element may be taken into consideration, and the timing of turning on and off each switching element may be determined so that the duty of the load current has a desired value. This makes it possible to control the load current with a minute duty that is smaller than the error based on the difference between the turn-on delay and the turn-off delay of the switching element. Therefore, according to the above configuration, even when the load is driven at a relatively high frequency, the current flowing through the load can be accurately controlled without degrading the accuracy of the current control.
以下、本発明の複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図7を参照して説明する。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each embodiment, the substantially same configurations are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、負荷駆動装置1は、例えば車両に搭載される電子制御装置(ECU)に設けられるものであり、図示しないバッテリなどの電源から一対の電源線2、3を通じて与えられる電力を負荷4に供給する。負荷駆動装置1は、負荷4への通電、つまり負荷4に流れる電流(以下、負荷電流と呼ぶ)をPWM制御する。負荷4は、例えば燃料の流量を制御するための電磁弁のコイル(ソレノイド)である。負荷駆動装置1は、トランジスタT1、T2、シャント抵抗R1、ダイオードD1、制御部5、電流検出部6などから構成される。
As shown in FIG. 1, the
トランジスタT1、T2は、例えばNチャネル型のMOSトランジスタである。トランジスタT1のドレインは、バッテリ電圧VBが与えられる電源線2に接続され、そのソースは負荷4の上流側端子に接続されている。トランジスタT2のソースは基準電位(グランド)が与えられる電源線3に接続され、そのドレインはシャント抵抗R1を介して負荷4の下流側端子に接続されている。なお、トランジスタT1は、電源から負荷4への給電経路のうち上流側に設けられる上流側スイッチング素子に相当する。また、トランジスタT2は、電源から負荷4への給電経路のうち下流側に設けられる下流側スイッチング素子に相当する。
The transistors T1 and T2 are, for example, N-channel type MOS transistors. The drain of the transistor T1 is connected to the
ダイオードD1は、トランジスタT1のソースとトランジスタT2のドレインの間に、トランジスタT2のドレイン側をアノードとして接続されている。ダイオードD1は、フライホイールダイオード(還流ダイオード)であり、負荷4への通電が断たれた際、負荷電流を還流させることで、逆起電力によるサージを抑制する。 The diode D1 is connected between the source of the transistor T1 and the drain of the transistor T2 with the drain side of the transistor T2 as an anode. The diode D1 is a flywheel diode (reflux diode), and when the power supply to the load 4 is cut off, the load current is circulated to suppress the surge due to the back electromotive force.
トランジスタT1のゲートには、制御部5の上流側ドライバ7から出力される上流側駆動指令信号SGH(以下、駆動信号SGHと省略する)が与えられている。また、トランジスタT2のゲートには、制御部5の下流側ドライバ8から出力される下流側駆動指令信号SGL(以下、駆動信号SGLと省略する)が与えられている。シャント抵抗R1の端子電圧は、電流検出部6に与えられている。電流検出部6は、シャント抵抗R1の端子電圧に基づいて負荷電流を検出し、その検出値を表す検出信号を制御部5のA/D変換器9に出力する。
An upstream drive command signal SGH (hereinafter, abbreviated as drive signal SGH) output from the
A/D変換器9は、電流検出部6から与えられる検出信号をデジタル値に変換し、CPU10に出力する。CPU10は、A/D変換器9から与えられるデジタル値に基づいて負荷電流の検出値を取得する。CPU10は、負荷電流の検出値が所望の目標値に一致するように、上流側ドライバ7および下流側ドライバ8を介してトランジスタT1、T2の駆動を制御する。
The A/D converter 9 converts the detection signal given from the current detection unit 6 into a digital value and outputs it to the
CPU10は、図示しないメモリに記憶されたプログラムを実行することにより、トランジスタT1、T2の駆動制御に関する種々の機能を実現する。図2は、CPU10により実現される各機能をブロック構成図として表したものである。デューティ演算部11には、負荷電流の目標値、負荷電流の検出値が入力されている。デューティ演算部11は、それら目標値および検出値に基づいて、負荷4への通電のデューティである負荷デューティを演算する。なお、本明細書で言うデューティとは、1周期におけるオン期間の占める割合、つまりオンデューティのことである。
The
周波数演算部12には、負荷電流の制御周期(PWM制御の周期)に対応した周波数である負荷周波数(例えば、10kHz)が入力されている。周波数演算部12は、その負荷周波数に基づいて、駆動信号SGHおよびSGLの周波数である駆動周波数を演算する。この場合、駆動周波数は、例えば5kHzであり、負荷周波数の1/2となっている。したがって、駆動信号SGHおよびSGLの周期は、200μ秒であり、負荷電流の制御周期(100μ秒)の2倍となる。
A load frequency (for example, 10 kHz) that is a frequency corresponding to a control cycle of the load current (cycle of PWM control) is input to the
PWM発生器13、14には、デューティ演算部11により演算された負荷デューティ、周波数演算部12により演算された駆動周波数、トランジスタT1、T2のオンディレイ時間およびオフディレイ時間が入力されている。オンディレイ時間およびオフディレイ時間は、予めメモリなどに記憶しておいてもよいし、あるいは、通信などを介して外部より取得するようにしてもよい。
The
この場合、トランジスタT1、T2のオンディレイ時間は例えば0.75μ秒であり、オフディレイ時間は例えば5.4μ秒であり、互いに異なる値であり、オンディレイ時間よりもオフディレイ時間のほうが長くなっている。なお、MOSトランジスタであるトランジスタT1、T2の場合、ゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間の寄生容量への充放電時間が、このようなディレイ時間が生じる要因のひとつとなっている。そして、一般に、MOSトランジスタの場合、充電によるディレイ(オンディレイ)よりも、放電によるディレイ(オフディレイ)のほうが、長くなる傾向がある。 In this case, the on-delay time of the transistors T1 and T2 is, for example, 0.75 μsec, and the off-delay time is, for example, 5.4 μsec, which are different from each other, and the off-delay time is longer than the on-delay time. ing. In the case of the transistors T1 and T2 which are MOS transistors, the charging/discharging time to the parasitic capacitance between the gate and the source and between the gate and the drain is one of the factors causing such a delay time. In general, in the case of a MOS transistor, the delay due to discharging (off delay) tends to be longer than the delay due to charging (on delay).
PWM発生器13は、周波数演算部12により演算された駆動周波数を持つとともに負荷デューティに応じたデューティを持つPWM信号を生成する。この場合、PWM発生器13は、負荷デューティ、トランジスタT1のオンディレイ時間およびオフディレイ時間に基づいて、生成するPWM信号のデューティを決定する。
The
具体的には、PWM信号のデューティDdは、下記(1)式を満たすような値に設定される。ただし、負荷デューティをDlとし、負荷電流の制御周期をTlとし、駆動信号SGH、SGLの周期をTdとし、オフディレイ時間をtd(off)とし、オンディレイ時間をtd(on)とする。
Dl×Tl=(Dd−0.5)×Td+td(off)−td(on) …(1)
PWM発生器13から出力されるPWM信号は、上流側ドライバ7を介して駆動信号SGHとしてトランジスタT1のゲートに与えられる。
Specifically, the duty Dd of the PWM signal is set to a value that satisfies the following expression (1). However, the load duty is D1, the control cycle of the load current is T1, the cycle of the drive signals SGH and SGL is Td, the off delay time is td(off), and the on delay time is td(on).
Dl×Tl=(Dd−0.5)×Td+td(off)−td(on) (1)
The PWM signal output from the
PWM発生器14は、周波数演算部12により演算された駆動周波数を持つとともに負荷デューティに応じたデューティを持つPWM信号を生成する。この場合、PWM発生器14は、負荷デューティ、トランジスタT2のオンディレイ時間およびオフディレイ時間に基づいて、生成するPWM信号のデューティを決定する。PWM発生器14が生成するPWM信号のデューティは、PWM発生器13が生成するPWM信号のデューティと同様に、上記(1)式を満たす値に設定される。PWM発生器14から出力されるPWM信号は、遅延回路15に与えられる。
The
遅延回路15には、周波数演算部12により演算された駆動周波数が与えられている。遅延回路15は、入力されたPWM信号を、駆動信号SGHおよびSGLの周期の1/2の期間だけ遅延させて出力する。遅延回路15を介して出力されるPWM信号は、下流側ドライバ8を介して駆動信号SGLとしてトランジスタT2のゲートに与えられる。
The drive frequency calculated by the
上記構成において、PWM発生器13、14、遅延回路15、上流側ドライバ7および下流側ドライバ8により、トランジスタT1を駆動する駆動信号であり且つ負荷デューティに応じたデューティを持つ駆動信号SGHを生成するとともに、トランジスタT2を駆動する駆動信号であり且つ負荷デューティに応じたデューティを持つ駆動信号SGLを生成する駆動信号生成部16が構成されている。また、PWM発生器13、14は、負荷デューティに応じたデューティを持つ駆動信号(PWM信号)を生成する信号生成部に相当する。
In the above configuration, the
このような構成により、制御部5は、トランジスタT1、T2を、負荷電流の制御周期(PWM制御の周期であり、例えば100μ秒)の2倍の周期(例えば200μ秒)で駆動するとともに、トランジスタT1、T2の駆動位相を互いに1/2周期異ならせるようになっている。そして、制御部5では、CPU10が図3に示すような処理を実行することで、負荷電流の検出値が所望の目標値に一致するように駆動信号SGHおよびSGLのデューティの制御(PWM制御)が行われる。
With such a configuration, the control unit 5 drives the transistors T1 and T2 at a cycle (for example, 200 μsec) that is twice as long as the load current control cycle (PWM control period, for example, 100 μsec), and The driving phases of T1 and T2 are different from each other by ½ cycle. Then, in the control unit 5, the
すなわち、図3に示すように、まずステップS1にて、負荷電流の目標値と検出値が一致するか否かが判断される。目標値と検出値が一致する場合、つまりステップS1で「YES」の場合、デューティを変更することなく処理を終了する。これに対し、目標値と検出値が一致しない場合、つまりステップS1で「NO」の場合、ステップS2に進む。 That is, as shown in FIG. 3, first, in step S1, it is determined whether the target value of the load current and the detected value match. If the target value and the detected value match, that is, if "YES" in step S1, the process ends without changing the duty. On the other hand, when the target value and the detected value do not match, that is, "NO" in step S1, the process proceeds to step S2.
ステップS2では、検出値が目標値より大きいか否かが判断される。検出値が目標値より大きい場合、つまりステップS2で「YES」の場合、ステップS3に進む。ステップS3では、その時点におけるデューティより小さくなるように駆動信号SGHおよびSGLのデューティが変更される。一方、検出値が目標値より小さい場合、つまりステップS2で「NO」の場合、ステップS4に進む。ステップS4では、その時点でのデューティより大きくなるように駆動信号SGHおよびSGLのデューティが変更される。ステップS3、S4の実行後、処理が終了となる。 In step S2, it is determined whether the detected value is larger than the target value. If the detected value is larger than the target value, that is, if "YES" in step S2, the process proceeds to step S3. In step S3, the duty of the drive signals SGH and SGL is changed so as to be smaller than the duty at that time. On the other hand, if the detected value is smaller than the target value, that is, if "NO" in step S2, the process proceeds to step S4. In step S4, the duty of the drive signals SGH and SGL is changed so as to be larger than the duty at that time. After the execution of steps S3 and S4, the process ends.
次に、上記構成の作用について説明する。
上記構成では、トランジスタT1、T2の双方がオンされる期間に負荷4に対する通電が行われる。つまり、トランジスタT1、T2の双方がオンされる期間に、負荷4に負荷電圧が印加されて負荷電流が流れる。また、駆動信号SGH、SGLの駆動周期を互いに1/2周期だけずらしているため、トランジスタT1の駆動周期の後半とトランジスタT2の駆動周期の前半とが重複するとともに、トランジスタT2の駆動周期の前半とトランジスタT1の駆動周期の後半とが重複する。そのため、上記各重複する期間において、トランジスタT1、T2のうち一方がターンオンされるタイミングと他方がターンオフされるタイミングとの関係によって負荷4への通電期間、つまり負荷電流のデューティが制御される。
Next, the operation of the above configuration will be described.
In the above configuration, the load 4 is energized while both the transistors T1 and T2 are turned on. That is, the load voltage is applied to the load 4 and the load current flows while the transistors T1 and T2 are both turned on. Further, since the drive cycles of the drive signals SGH and SGL are shifted from each other by 1/2 cycle, the latter half of the drive cycle of the transistor T1 and the first half of the drive cycle of the transistor T2 overlap and the first half of the drive cycle of the transistor T2. And the latter half of the driving cycle of the transistor T1 overlap. Therefore, in each of the overlapping periods, the energization period to the load 4, that is, the duty of the load current is controlled by the relationship between the timing when one of the transistors T1 and T2 is turned on and the timing when the other is turned off.
例えば、負荷電流のデューティが比較的高い値(例えば10%)の場合、負荷駆動装置1から出力される駆動信号SGH、SGL、負荷4の両端に印加される負荷電圧および負荷4に流れる負荷電流は、図4に示すような波形となる。なお、この場合、駆動信号SGH、SGLの周期は、200μ秒であり、負荷電圧および負荷電流の周期(100μ秒)の2倍となっている。また、駆動信号SGH、SGLの駆動位相は、互いに、その周期の1/2、つまり100μ秒だけ異なっている。そして、各駆動信号SGH、SGLのデューティは、約53%に設定されている。
For example, when the duty of the load current is a relatively high value (for example, 10%), the drive signals SGH and SGL output from the
この場合、駆動信号SGH、SGLがHレベルに転じるタイミング、つまりトランジスタT1、T2がターンオンするタイミングは、デューティに関係なく固定となっている。一方、駆動信号SGH、SGLがLレベルに転じるタイミング、つまりトランジスタT1、T2がターンオフするタイミングは、デューティに応じて変化する。なお、図4では、駆動信号SGLがHレベルに転じるタイミングをtaとし、駆動信号SGHがLレベルに転じるタイミングをtbとし、駆動信号SGHがHレベルに転じるタイミングをtcとし、駆動信号SGLがLレベルに転じるタイミングをtdとしている。 In this case, the timing at which the drive signals SGH and SGL turn to the H level, that is, the timing at which the transistors T1 and T2 are turned on, is fixed regardless of the duty. On the other hand, the timing at which the drive signals SGH and SGL turn to the L level, that is, the timing at which the transistors T1 and T2 are turned off changes according to the duty. In FIG. 4, the timing when the drive signal SGL changes to the H level is ta, the timing when the drive signal SGH changes to the L level is tb, the timing when the drive signal SGH changes to the H level is tc, and the drive signal SGL changes to the L level. The timing of turning to the level is td.
したがって、トランジスタT1の駆動周期の後半とトランジスタT2の駆動周期の前半とが重複する期間においては、トランジスタT2がターンオンするタイミングtaを基準に、トランジスタT1がターンオフするタイミングtbにより負荷デューティが決定される。そして、この期間では、駆動信号SGLがHレベルに転じてからオンディレイ時間(0.75μ秒)経過後の時点から、駆動信号SGHがLレベルに転じてからオフディレイ時間(5.4μ秒)経過後の時点まで、負荷電圧が印加されて負荷電流が流れることになる。 Therefore, in the period in which the latter half of the driving cycle of the transistor T1 and the first half of the driving cycle of the transistor T2 overlap, the load duty is determined based on the timing ta when the transistor T2 is turned on and the timing tb when the transistor T1 is turned off. .. Then, in this period, from the time point after the on-delay time (0.75 μsec) has passed after the drive signal SGL turned to the H level, the off-delay time (5.4 μsec) after the drive signal SGH turned to the L level. The load voltage is applied and the load current flows until the time point after the elapse.
また、トランジスタT2の駆動周期の後半とトランジスタT1の駆動周期の前半とが重複する期間においては、トランジスタT1がターンオンするタイミングtcを基準に、トランジスタT2がターンオフするタイミングtdにより負荷デューティが決定される。そして、この期間では、駆動信号SGHがHレベルに転じてからオンディレイ時間経過後との時点から、駆動信号SGLがLレベルに転じてからオフディレイ時間経過後の時点まで、負荷電圧が印加されて負荷電流が流れることになる。 In the period in which the latter half of the driving cycle of the transistor T2 and the first half of the driving cycle of the transistor T1 overlap, the load duty is determined based on the timing tc at which the transistor T1 turns on and the timing td at which the transistor T2 turns off. .. Then, in this period, the load voltage is applied from the time point after the on-delay time has elapsed after the drive signal SGH turned to the H level to the time point after the off-delay time has passed since the drive signal SGL turned to the L level. Load current will flow.
また、負荷電流のデューティが微小な値(例えば2.5%)の場合、負荷駆動装置1から出力される駆動信号SGH、SGL、負荷4の上流側端子の電圧である上流側電圧、負荷4の下流側端子の電圧である下流側電圧、負荷電圧および負荷電流は、図5および図6に示すような波形となる。なお、この場合、各駆動信号SGH、SGLのデューティは、約49%に設定されている。つまり、この場合、駆動信号SGH、SGLの双方がHレベルとなる期間は存在しない。
When the duty of the load current is a small value (for example, 2.5%), the drive signals SGH and SGL output from the
図5は、トランジスタT1の駆動周期の後半とトランジスタT2の駆動周期の前半とが重複する期間を示している。トランジスタT1がオンの期間、負荷4の上流側端子にはバッテリ電圧VBが与えられる。駆動信号SGHがLレベルに転じると、オフディレイ時間経過後にトランジスタT1がオフに転じる。したがって、駆動信号SGHがLレベルに転じた時点からオフディレイ時間である5.4μ秒が経過するまでの期間は、上流側電圧はバッテリ電圧VBにほぼ等しい値となる。 FIG. 5 shows a period in which the latter half of the driving cycle of the transistor T1 and the first half of the driving cycle of the transistor T2 overlap. While the transistor T1 is on, the battery voltage VB is applied to the upstream terminal of the load 4. When the drive signal SGH turns to L level, the transistor T1 turns off after the lapse of the off delay time. Therefore, the upstream side voltage becomes a value substantially equal to the battery voltage VB during the period from when the drive signal SGH turns to the L level to when the off delay time of 5.4 μs elapses.
また、トランジスタT2がオンの期間、負荷4の下流側端子には基準電位(0V)が与えられる。駆動信号SGLがHレベルに転じると、オンディレイ時間経過後にトランジスタT2がオンに転じる。したがって、駆動信号SGLがHレベルに転じた時点からオンディレイ時間である0.75μ秒が経過した時点以降には、下流側電圧は0Vにほぼ等しい値となる。 Further, the reference potential (0 V) is applied to the downstream side terminal of the load 4 while the transistor T2 is on. When the drive signal SGL turns to H level, the transistor T2 turns on after the lapse of the on-delay time. Therefore, after 0.75 μsec which is the on-delay time elapses from the time when the drive signal SGL changes to the H level, the downstream voltage becomes a value substantially equal to 0V.
したがって、この場合、駆動信号SGH、SGLの双方がHレベルとなる期間は存在しないものの、トランジスタT1、T2の双方がオンとなる期間は存在する。トランジスタT1、T2の双方がオンする期間、つまり負荷4の上流側端子にバッテリ電圧VBが与えられるとともに下流側端子に0Vが与えられる期間、負荷4への通電が行われることになる。 Therefore, in this case, although there is no period in which both the drive signals SGH and SGL are at the H level, there is a period in which both the transistors T1 and T2 are on. The load 4 is energized during a period in which both the transistors T1 and T2 are turned on, that is, a period in which the battery voltage VB is applied to the upstream terminal of the load 4 and 0 V is applied to the downstream terminal.
このように、下流側のトランジスタT2をオン駆動するための指令(Hレベルの駆動信号SGL)が出力されるより前に、上流側のトランジスタT1をオフ駆動するための指令(Lレベルの駆動信号SGH)が出力されることにより、トランジスタT1、T2のオンディレイ時間およびオフディレイ時間の影響を受けることなく、微小な負荷デューティを実現することが可能となる。 Thus, before the command (H level drive signal SGL) for turning on the downstream transistor T2 is output, the command (L level drive signal for turning off the upstream transistor T1 is turned off). By outputting (SGH), it becomes possible to realize a minute load duty without being affected by the on-delay time and the off-delay time of the transistors T1 and T2.
図6は、トランジスタT2の駆動周期の後半とトランジスタT1の駆動周期の前半とが重複する期間を示している。この場合、トランジスタT1、T2の関係が逆となる点を除き、図5の期間と同様の動作となる。そして、図6に示すように、上流側のトランジスタT1をオン駆動するための指令(Hレベルの駆動信号SGH)が出力されるより前に、下流側のトランジスタT2をオフ駆動するための指令(Lレベルの駆動信号SGL)が出力されることにより、トランジスタT1、T2のオンディレイ時間およびオフディレイ時間の影響を受けることなく、微小な負荷デューティを実現することが可能となる。 FIG. 6 shows a period in which the latter half of the driving cycle of the transistor T2 and the first half of the driving cycle of the transistor T1 overlap. In this case, the operation is similar to that in the period shown in FIG. 5, except that the relationship between the transistors T1 and T2 is reversed. Then, as shown in FIG. 6, before the command (H level drive signal SGH) for turning on the upstream transistor T1 is output, the command (for turning off the downstream transistor T2 is turned off). By outputting the L-level drive signal SGL), it becomes possible to realize a minute load duty without being affected by the on-delay time and the off-delay time of the transistors T1 and T2.
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
電源から負荷への給電経路に直列に介在する1つのMOSトランジスタの駆動をPWM制御することで負荷電流の制御を行う従来技術では、MOSトランジスタのオンディレイ時間およびオフディレイ時間の差異に起因する誤差が生じる。したがって、本実施形態の負荷駆動装置1においても、例えばトランジスタT1を常時オンした状態で、トランジスタT2の駆動をPWM制御する、といった制御方法(以下、比較例と呼ぶ)を採用すると、上記誤差が生じる。
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
In the prior art in which the load current is controlled by PWM-controlling the drive of one MOS transistor that is interposed in series in the power supply path from the power source to the load, an error caused by the difference between the on-delay time and the off-delay time of the MOS transistor is used. Occurs. Therefore, also in the
このような比較例では、図7に示すように、負荷電流のデューティ(負荷デューティ)を10%とするべく、駆動信号SGLのデューティを10%に設定したとしても、実際の負荷電流のデューティは、下記(2)式に表されるように、10%よりも高い値(14.65%)となってしまう。ただし、駆動信号SGLの駆動周期を100μ秒とし、トランジスタT2のオンディレイ時間を0.75μ秒とし、トランジスタT2のオフディレイ時間を5.4μ秒とする。
(10+5.4−0.75)/100=14.65[%] …(2)
このように、比較例の場合、負荷電流のデューティとして、4.65%以下の微小なデューティを実現することができない。
In such a comparative example, as shown in FIG. 7, even if the duty of the drive signal SGL is set to 10% so that the duty of the load current (load duty) is 10%, the actual duty of the load current is As shown in the following equation (2), the value becomes higher than 10% (14.65%). However, the drive cycle of the drive signal SGL is 100 μsec, the on-delay time of the transistor T2 is 0.75 μsec, and the off-delay time of the transistor T2 is 5.4 μsec.
(10+5.4-0.75)/100=14.65[%] (2)
As described above, in the case of the comparative example, a minute duty of 4.65% or less cannot be realized as the duty of the load current.
これに対し、本実施形態の負荷駆動装置1では、上流側のトランジスタT1および下流側のトランジスタT2をPWM制御の周期の2倍の周期で駆動するとともに、トランジスタT1、T2の駆動位相を互いに1/2周期異ならせるようになっている。そして、各トランジスタT1、T2の駆動期間が重複する期間において、トランジスタT1、T2のうち一方がターンオンされるタイミングと他方がターンオフされるタイミングとの関係によって負荷4への通電期間、つまり負荷電流のデューティが制御される。また、この場合、トランジスタT1、T2のオンディレイ時間およびオフディレイ時間を考慮しつつ、負荷電流のデューティが所望する値となるように、トランジスタT1、T2のデューティが決定されている。
On the other hand, in the
そのため、トランジスタT1、T2のオンディレイ時間とオフディレイ時間との差異に基づいた誤差よりも小さい微小なデューティによる負荷電流の制御が可能となる。したがって、本実施形態によれば、比較的高い周波数で負荷4を駆動する場合でも電流制御の精度低下を招くことなく、負荷に流れる電流を精度良く制御することができるという優れた効果が得られる。 Therefore, it is possible to control the load current with a minute duty that is smaller than the error based on the difference between the on-delay time and the off-delay time of the transistors T1 and T2. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain an excellent effect that the current flowing through the load can be accurately controlled without lowering the accuracy of current control even when the load 4 is driven at a relatively high frequency. .
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について図8を参照して説明する。
第1実施形態では、上流側のトランジスタT1を駆動するための駆動信号SGHを基準として、下流側のトランジスタT2を駆動するための駆動信号SGLの駆動周期を1/2周期だけ遅らせる構成としていたが、駆動信号SGLを基準として駆動信号SGHの駆動周期を1/2だけ遅らせる構成としてもよい。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described below with reference to FIG.
In the first embodiment, the drive cycle of the drive signal SGL for driving the transistor T2 on the downstream side is delayed by 1/2 cycle with reference to the drive signal SGH for driving the transistor T1 on the upstream side. The drive cycle of the drive signal SGH may be delayed by 1/2 with reference to the drive signal SGL.
この場合、図8に示すように、CPU10の構成を変更すればよい。すなわち、図8に示す駆動信号生成部21は、駆動信号生成部16に対し、遅延回路15に代えて遅延回路22を備えている点が異なる。なお、遅延回路22は、遅延回路15と同様の機能を有する。
In this case, the configuration of the
この場合、PWM発生器14から出力されるPWM信号は、下流側ドライバ8を介して駆動信号SGLとしてトランジスタT2のゲートに与えられる。そして、PWM発生器13から出力されるPWM信号は、遅延回路22に与えられる。遅延回路22を介して出力されるPWM信号は、上流側ドライバ7を介して駆動信号SGHとしてトランジスタT1のゲートに与えられる。
In this case, the PWM signal output from the
このような本実施形態の構成によっても、上流側のトランジスタT1および下流側のトランジスタT2をPWM制御の周期の2倍の周期で駆動するとともに、トランジスタT1、T2の駆動位相を互いに1/2周期だけずらすことが可能となるため、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 With the configuration of the present embodiment as well, the upstream-side transistor T1 and the downstream-side transistor T2 are driven at a cycle that is twice the cycle of the PWM control, and the drive phases of the transistors T1 and T2 are ½ cycle of each other. Since it can be shifted only by that, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
PWM発生器13、14の一方を省いてもよい。その場合、1つのPWM発生器により生成されたPWM信号そのものを駆動信号SGH、SGLのうちの一方とし、遅延回路15を介して遅延させたPWM信号を駆動信号SGH、SGLのうち他方とすればよい。
上流側スイッチング素子および下流側スイッチング素子としては、MOSトランジスタに限らずともよく、例えばバイポーラトランジスタやIGBTなど、種々のスイッチング素子を採用することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings, and can be arbitrarily modified, combined, or expanded without departing from the gist thereof.
One of the
The upstream switching element and the downstream switching element are not limited to MOS transistors, and various switching elements such as bipolar transistors and IGBTs can be used.
上記各実施形態において、制御部5は、負荷電流の検出値を目標値に基づいて負荷デューティを演算し、その負荷デューティに応じたデューティを持つ駆動信号SGHおよびSGLを出力する構成としていたが、制御部5は、負荷電流の検出値が目標値に一致するようにトランジスタT1、T2の駆動を制御する構成であればよい。例えば、制御部5は、図3に示した処理、つまり負荷電流の検出値が目標値に一致するように駆動信号SGHおよびSGLのデューティを増減する処理を実行可能な構成であればよい。ただし、この場合も、制御部5は、トランジスタT1、T2をPWM制御の周期の2倍の周期で駆動するとともに、トランジスタT1、T2の駆動位相を互いに1/2周期異ならせるようにする。このようにすれば、上記各実施形態と同様の効果、つまり比較的高い周波数で負荷4を駆動する場合でも微小なデューティによる負荷電流の制御が可能となるため、電流制御の精度が向上するといった効果が得られる。 In each of the above-described embodiments, the control unit 5 calculates the load duty based on the detected value of the load current based on the target value, and outputs the drive signals SGH and SGL having the duty corresponding to the load duty. The control unit 5 may be configured to control the driving of the transistors T1 and T2 so that the detected value of the load current matches the target value. For example, the control unit 5 may have a configuration capable of executing the process shown in FIG. 3, that is, the process of increasing or decreasing the duty of the drive signals SGH and SGL so that the detected value of the load current matches the target value. However, also in this case, the control unit 5 drives the transistors T1 and T2 at a cycle twice as long as the cycle of the PWM control, and makes the drive phases of the transistors T1 and T2 different from each other by ½ cycle. By doing so, the same effect as that of each of the above-described embodiments, that is, the load current can be controlled with a minute duty even when the load 4 is driven at a relatively high frequency, and thus the accuracy of current control is improved. The effect is obtained.
本発明の負荷駆動装置は、電磁弁のソレノイドである負荷4だけでなく、例えば油圧コントロールバルブ、自動変速機などのアクチュエータとしてのリニアソレノイドなど、様々な負荷を駆動対象(制御対象)とすることができる。 The load driving device of the present invention is not limited to the load 4 which is a solenoid of a solenoid valve, but various loads such as a hydraulic control valve and a linear solenoid as an actuator of an automatic transmission. You can
1…負荷駆動装置、4…負荷、5…制御部、6…電流検出部、11…デューティ演算部、13、14…PWM発生器、15、22…遅延回路、16、21…駆動信号生成部、T1、T2…トランジスタ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
電源から前記負荷への給電経路のうち上流側に設けられる上流側スイッチング素子(T1)と、
前記給電経路のうち下流側に設けられる下流側スイッチング素子(T2)と、
前記負荷に流れる電流を検出する電流検出部(6)と、
前記電流検出部の検出値が所望の目標値に一致するように前記上流側スイッチング素子および前記下流側スイッチング素子の駆動を制御する制御部(5)と、
を備え、
前記制御部は、前記上流側スイッチング素子および前記下流側スイッチング素子を前記PWM制御の周期の2倍の駆動周期で駆動するとともに、前記上流側スイッチング素子および前記下流側スイッチング素子に対してオン駆動するための指令を出力するタイミングを互いに前記駆動周期の1/2周期異ならせる負荷駆動装置。 A load drive device (1) for PWM control of energization to a load (4), comprising:
An upstream switching element (T1) provided on the upstream side of a power supply path from the power source to the load,
A downstream switching element (T2) provided on the downstream side of the power feeding path,
A current detector (6) for detecting a current flowing through the load,
A control unit (5) that controls driving of the upstream switching element and the downstream switching element so that the detection value of the current detection unit matches a desired target value;
Equipped with
The control unit drives the upstream switching element and the downstream switching element at a drive cycle that is twice the PWM control cycle, and also turns on the upstream switching element and the downstream switching element . Load drive device in which the timings for outputting the commands are different from each other by ½ of the drive cycle .
前記検出値および前記目標値に基づいて前記負荷への通電のデューティである負荷デューティを求めるデューティ演算部(11)と、
前記上流側スイッチング素子を駆動する駆動信号であり且つ前記負荷デューティに応じたデューティを持つ上流側駆動指令信号を生成するとともに、前記下流側スイッチング素子を駆動する駆動信号であり且つ前記上流側指令駆動信号と同一のデューティを持つ下流側駆動指令信号を生成する駆動信号生成部(16、21)と、
を備える請求項1に記載の負荷駆動装置。 The control unit is
A duty calculation unit (11) for obtaining a load duty that is a duty of energizing the load based on the detected value and the target value;
The drive signal is a drive signal for driving the upstream switching element, and is a drive signal for driving the downstream switching element while generating an upstream drive command signal having a duty according to the load duty, and the upstream command drive A drive signal generation unit (16, 21) for generating a downstream drive command signal having the same duty as the signal;
The load driving device according to claim 1, further comprising:
前記負荷デューティに応じたデューティを持つ駆動信号を生成する信号生成部(13、14)と、
前記信号生成部により生成された駆動信号を、その周期の1/2の期間だけ遅延させる遅延回路(15、22)と、
を備え、
前記信号生成部により生成された駆動信号を、前記上流側駆動指令信号および前記下流側駆動指令信号のうちの一方とし、前記遅延回路を介して出力される駆動信号を、前記上流側駆動指令信号および前記下流側駆動指令信号のうちの他方とする請求項2に記載の負荷駆動装置。 The drive signal generation unit,
A signal generation unit (13, 14) for generating a drive signal having a duty corresponding to the load duty;
A delay circuit (15, 22) for delaying the drive signal generated by the signal generation unit by a half period of the cycle;
Equipped with
The drive signal generated by the signal generation unit is one of the upstream drive command signal and the downstream drive command signal, and the drive signal output through the delay circuit is the upstream drive command signal. The load driving device according to claim 2, wherein the load driving device is the other of the downstream drive command signal.
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