JPH09331696A - パルス幅変調負荷制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来より電源電圧変動を低減可能なパルス幅変
調負荷制御装置を提供すること。 【解決手段】複数の負荷１〜４をＰＷＭ信号によりＰＷ
Ｍ制御するに際し、タイミング制御回路２１により各負
荷１〜４を駆動するための各パルス幅変調信号ＰＷＭ１
〜ＰＷＭ４のパルスを例えば９０度位相ずらしにより互
いに略等間隔に分散させる。このようにすれば、各パル
ス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４のパルスが重なる場合
が少なくなり、かつ重なり期間が分散し、また各パルス
幅が小さい場合には各パルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷ
Ｍ４のパルスが全て存在しない期間（共通パルス間隔期
間）が各ＰＷＭ信号のパルスにより細かく細分されるこ
とになり、バッテリから流れる電流の変化が高周波化
し、かつその変動が小さくなる。一方、電源系や負荷の
インピーダンスは静電容量やインダクタンスをもつの
で、バッテリの放電電流は長期にわたって放電を持続し
たり、放電を休止したりすることがなく、平均化しやす
くなり、その結果として、電源電圧の変動を低減し、バ
ッテリ放電電流の変動が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の負荷への給
電をパルス幅変調するパルス幅変調負荷制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】特開平６−１８９５９３号公報によれ
ば、それぞれ鋸歯状波発生回路とコンパレータとからな
るパルス幅変調（ＰＷＭ信号）発生回路を２つ設け、各
コンパレータから出力されるＰＷＭ信号により、２つの
モータ駆動回路をそれぞれ駆動するパルス幅変調負荷制
御装置において、両鋸歯状波発生回路が発生する鋸歯状
波電圧の位相を互いに１８０度反転することにより、一
方のＰＷＭ信号のパルスの立ち上がりエッジと他方のＰ
ＷＭ信号の立ち下がりエッジとを時間的に一致させ、こ
れにより両ＰＷＭ信号のパルスの重なりを低減して電池
容量の低減を図ることを提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た公報の技術では、互いに反転する鋸歯状波電圧の位相
を１８０度反転することにより、一方のＰＷＭ信号のパ
ルスの立ち上がりエッジから時間軸を遡る方向に他方の
ＰＷＭ信号のパルスを配置するので、共通電源により２
個の負荷をパルス幅変調により駆動制御する場合には有
効であるが、３個以上の負荷をパルス幅変調により駆動
制御する場合には採用できないという問題があった。

【０００４】また、上記従来技術では各ＰＷＭ信号のパ
ルス重なりによる電源の電源電圧の変動は軽減できるも
のの、本質的にＰＷＭ信号の各パルス幅を広げるもので
あるので単一の負荷を大デューティ比のＰＷＭ信号で駆
動するのに等しく、単一の負荷の大デューティ比ＰＷＭ
駆動よりも電源電圧の変動の一層の低減することは困難
であった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、従来より電源電圧変動を低減可能なパルス幅変調
負荷制御装置を提供することをその目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の構成によ
れば、複数の負荷をＰＷＭ信号によりＰＷＭ制御するに
際し、各負荷を駆動するための各ＰＷＭ信号のパルスを
互いに略等間隔に分散させる。なお、本明細書におい
て、ＰＷＭ信号のパルスは負荷への給電を指令するため
に駆動回路部をオンする信号である。

【０００７】このようにすれば、各ＰＷＭ信号のパルス
が重なる場合が少なくなるとともに、各ＰＷＭ信号のパ
ルス（各パルス幅が小さい場合）が全て存在しない期間
（共通パルス間隔期間）が各ＰＷＭ信号のパルスにより
細かく細分されることになり、バッテリから流れる電流
の変化が高周波化し、その振幅も小さくなる。一方、電
源系や負荷のインピーダンスは静電容量やインダクタン
スをもつので、バッテリの放電電流は長期にわたって放
電を持続したり、放電を休止したりすることがなく、平
均化され、その結果として、電源電圧の変動や駆動回路
部のスイッチングノイズが低減され、バッテリ放電電流
の変動や電源電圧の変動が低減する。ここで、略等間隔
とは、等間隔の８０〜１２０％の間隔を意味するものと
し、パルスを略等間隔に分散させるとは、パルスの立ち
上がりエッジ又は立ち下がりエッジが互いに略等間隔と
なるように各ＰＷＭ信号のパルスの位相をずらせたり、
各パルスの時間的中心位置が互いに略等間隔となるよう
に各ＰＷＭ信号のパルスの位相をずらせることを意味す
るものとし、これらの回路処理により結果的に各ＰＷＭ
信号のパルスは略等間隔に分散されることになる。ま
た、請求項２に記載するように３個以上の負荷をＰＷＭ
制御する場合でも確実に効果を奏することができる。

【０００８】請求項３記載の構成によれば、請求項１又
は２記載の構成において更に、バッテリと並列に平滑コ
ンデンサが接続される。この平滑コンデンサは、各駆動
回路部の断続による電源電圧の変動に応じてリップル電
流を充放電して電源電圧の変動を抑止するが、本構成に
よれば、各ＰＷＭ信号の分散配置により全てのＰＷＭ信
号のパルスが消滅する共通パルス幅期間がこれらパルス
で分割される（各パルス幅が小さい場合）ので、平滑コ
ンデンサを小容量化しても良好な電源電圧変動低減効果
を奏することができる。

【０００９】請求項４記載の構成によれば、請求項３記
載の構成において更に、負荷としてそのインピーダンス
は主にリアクタンスからなるリアクタンス負荷とされ
る。リアクタンス負荷への給電の断続時には、このリア
クタンス負荷の断続にともない大きなスイッチングノイ
ズが発生するが、本実施例によれば、各負荷の断続が分
散するとともにこれら断続が等間隔化するので、小容量
の平滑コンデンサで良好なスイッチングノイズ低減を実
現することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を内燃機関の吸気制
御装置に適用した好適な態様を実施例に基づいて説明す
る。 （実施例１）４気筒内燃機関の吸気制御装置のブロック
回路図を図１に示す。

【００１１】１〜４は、各気筒の吸気経路に配設された
吸気時期制御弁１００〜１０３に一体に配設されてその
弁部を回動させるロータリーソレノイドであって、バッ
テリ４０から各ロータリーソレノイド１〜４への給電は
駆動回路（駆動回路部）１０〜１３により個別にスイッ
チング制御される。なお、上記吸気時期制御弁とは、吸
気バルブの上流側に配置されて、この吸気バルブに対し
て非同期に開閉することで吸気工程を可変化する機能を
有するものである。

【００１２】駆動回路としては、ここでは４個のトラン
ジスタから構成されてロータリーソレノイド１〜４のコ
イルに弁開時に一方向へ通電し、弁閉時に反対方向へ通
電するＨブリッジ回路が採用され、ロータリーソレノイ
ド１〜４は、主にパルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４
に対応するデューティ比の駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４により個
別にＰＷＭ制御される。したがって、ロータリーソレノ
イド１〜４への通電が０の時に、これら吸気時期制御弁
１００〜１０３の開度は略５０％程度となり、一方向へ
の略１００％デューティ比での通電により全開となり、
反対方向への略１００％デューティ比での通電により全
閉となる。駆動回路１０〜１３の変形としては各種ある
がそれらは周知であるので、説明を省略する。

【００１３】２０は、各気筒の吸気流量を制御するため
に、タイミング制御回路２１を通じて各駆動回路１０〜
１３にロータリーソレノイド１〜４の回動角に対応する
デューティ比をもつ基本ＰＷＭ信号を発生するＣＰＵで
あり、このＣＰＵ２０はその図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ
などとともにマイコン装置を構成している。ＣＰＵ２及
びタイミング制御回路２１は、本発明でいうＰＷＭ信号
発生部を構成している。

【００１４】３０はロータリーソレノイド１〜４への給
電の断続時に発生するスイッチングノイズを低減、負荷
電流を平均化し、電源電圧変動を抑止するためにバッテ
リ４０と並列に接続された平滑コンデンサである。タイ
ミング制御回路２１は、基本ＰＷＭ信号から、それと等
しい位相のパルス幅変調信号ＰＷＭ１、９０度位相が遅
れたパルス幅変調信号ＰＷＭ２、更に９０度位相が遅れ
たパルス幅変調信号ＰＷＭ３、更に９０度位相が遅れた
パルス幅変調信号ＰＷＭ４を形成する回路であって、基
本ＰＷＭ信号の周期は一定であるのでこの種の回路自体
は容易に設計することができる。基本ＰＷＭ信号と各パ
ルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４の位相状態を図２に
示す。

【００１５】タイミング制御回路２１を２個のカウンタ
３０１〜３０２と３個のフリップフロップ３０３〜３０
５とで形成したの回路例を図５に示す。両カウンタ３０
１、３０２はＣＰＵからのクロックをカウントし、カウ
ンタ３０１は基本ＰＷＭ信号のパルス立ち上がりエッジ
でリセットされ、カウンタ３０２は基本ＰＷＭ信号のパ
ルス立ち下がりエッジでリセットされる。

【００１６】カウンタ３０１は、パルス立ち上がりエッ
ジから１／４周期遅れた時点にパルスＰ１を出力し、パ
ルス立ち上がりエッジから１／２周期遅れた時点にパル
スＰ２を出力し、パルス立ち上がりエッジから３／４周
期遅れた時点にパルスＰ３を出力するように構成されて
いる。カウンタ３０２は、パルス立ち下がりエッジから
１／４周期遅れた時点にパルスＰ４を出力し、パルス立
ち下がりエッジから１／２周期遅れた時点にパルスＰ５
を出力し、パルス立ち下がりエッジから３／４周期遅れ
た時点にパルスＰ６を出力するように構成されている。

【００１７】フリップフロップ３０３は、パルスＰ１の
立ち上がりエッジにより時点ｔ１にてセットされ、パル
スＰ４の立ち上がりエッジにより時点ｔ４にてリセット
されるので、フリップフロップ３０３は、基本ＰＷＭ信
号をそのまま用いたパルス幅変調信号ＰＷＭ１より９０
度位相が遅れたパルス幅変調信号ＰＷＭ２を出力する。
同様に、フリップフロップ３０４は、パルスＰ２の立ち
上がりエッジにより時点ｔ２にてセットされ、パルスＰ
５の立ち上がりエッジにより時点ｔ５にてリセットされ
るので、フリップフロップ３０４は、基本ＰＷＭ信号を
そのまま用いたパルス幅変調信号ＰＷＭ１より１８０度
位相が遅れたパルス幅変調信号ＰＷＭ３を出力する。同
様に、フリップフロップ３０５は、パルスＰ３の立ち上
がりエッジにより時点ｔ３にてセットされ、パルスＰ６
の立ち上がりエッジにより時点ｔ６にてリセットされる
ので、フリップフロップ３０５は、基本ＰＷＭ信号をそ
のまま用いたパルス幅変調信号ＰＷＭ１より２７０度位
相が遅れたパルス幅変調信号ＰＷＭ４を出力する。図５
の回路の各部状態を図６に示す。カウンタ３０１、３０
２の波形がカウント値である以外、それぞれ電圧波形を
示す。

【００１８】以下、この装置の動作を図１の回路を更に
詳細化した図３に示す回路図を参照して説明する。ＣＰ
Ｕ２０には、エンジン回転数に同期して各吸気時期制御
弁１００〜１０３の開閉を指令する開閉信号、電源電圧
信号、各吸気時期制御弁１００〜１０３のどれか一つの
温度を示す制御弁温度信号などが入力される。ＣＰＵ２
０は、入力された開閉信号により規定される弁開期間及
び弁閉期間の間、この開閉信号により規定される弁開度
信号を電源電圧信号や制御弁温度信号で補正して求めた
デューティ比（弁駆動トルクに対応）をもつ基本ＰＷＭ
信号をタイミング制御回路２１に出力する。

【００１９】ロータリーソレノイド１〜４は一方向への
回動により弁１００〜１０３を閉じ、反対方向への回動
により弁１００〜１０３を開く。ＣＰＵ２０は、弁１０
０〜１０３の回動方向すなわち開閉方向を指令する正負
切替信号２１〜２４を各駆動回路１０〜１３に個別に出
力し、駆動回路１０〜１３は正負切替信号２１〜２４に
より指定される方向への通電を行うために内蔵のＨブリ
ッジ回路の２対のトランジスタ対の一方を選択してＰＷ
Ｍ制御し、他方を遮断する。

【００２０】また、ＣＰＵ２０は、弁１００〜１０３の
開閉を切り換える時点近傍において過渡的に弁１００〜
１０３の負荷トルクが増大するのに対処するために、弁
１００〜１０３の開閉を切り換える時点から一定時間だ
け駆動回路１０〜１３を１００％デューティで作動させ
るための１００％通電信号３１〜３４を駆動回路１０〜
１３に個別に出力する。

【００２１】これにより、駆動回路１０〜１３は、正負
切替信号２１〜２４により指定される回動方向へパルス
幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４により指定されるデュー
ティ比でロータリーソレノイド１〜４に給電し、更に回
動方向切替え時に入力される１００％通電信号３１〜３
４により駆動回路１０〜１３に一時的に連続給電する。
このような吸気時期制御弁１００〜１０３の駆動回路１
０〜１３自体は周知であるので、本発明の趣旨とは異な
るのでその具体的な回路説明は省略する。

【００２２】図４に図３の回路の各部電圧波形を示す。
ただし、Ｍ１はロータリーソレノイド１を示し、Ｍ２は
ロータリーソレノイド２を示し、Ｍ３はロータリーソレ
ノイド３を示し、Ｍ４はロータリーソレノイド４を示
す。駆動電圧Ｖ１はロータリーソレノイド１へ印加され
る電圧であり、駆動電圧Ｖ２はロータリーソレノイド２
へ印加される電圧であり、駆動電圧Ｖ３はロータリーソ
レノイド３へ印加される電圧であり、駆動電圧Ｖ４はロ
ータリーソレノイド４へ印加される電圧であるが、図４
ではロータリーソレノイド１、２へ印加される駆動電圧
Ｖ１、Ｖ２だけが図示されている。駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４
のパルス位相は互いに９０度ずれている。なお、上述し
たように、駆動回路１０〜１３はそれぞれロータリーソ
レノイド１〜４に双方向通電可能なＨブリッジ回路によ
り構成されており、正負切替信号の入力により駆動回路
１０〜１３はこのＨブリッジ回路のオンするトランジス
タのペアとオフするトランジスタのペアとを切替え、こ
れによりロータリーソレノイド１〜４への通電方向を逆
転するものであるが、バッテリ４０及び平滑コンデンサ
３０と駆動回路１０〜１３とを結ぶ電源ライン２００の
電源電圧変動や負荷スイチングノイズや平滑コンデンサ
３０のリップル電流においてはこのような通電方向の逆
転は無視することができる。

【００２３】上記説明したように、本実施例によれば、
基本ＰＷＭ信号を元にしてその周期を気筒数で割った位
相差だけ互いに位相差が異なる各パルス幅変調信号ＰＷ
Ｍ１〜ＰＷＭ４を形成し、これらパルス幅変調信号ＰＷ
Ｍ１〜ＰＷＭ４で各ロータリーソレノイド１〜４をＰＷ
Ｍ制御するので、バッテリ４０及びその放電電流を平滑
化するための平滑コンデンサ３０からなる電源が駆動回
路１０〜１３へ給電する電流の変動（リップル電流）を
良好に低減して、平滑コンデンサ３０が小容量であって
も電源ライン２００の電圧変動を良好に低減することが
できる。特に、ロータリーソレノイド１〜４はそのイン
ピーダンスが主としてリアクタンス成分であるので、そ
の断続によりスイッチングノイズ電圧が発生するが、当
然、このスイッチングノイズ電圧も低減される。

【００２４】各ロータリーソレノイド１〜４の駆動電圧
Ｖ１〜Ｖ４の位相を一致させた従来例における平滑コン
デンサ３０の充放電電流であるリップル電流波形を図７
に示し、各ロータリーソレノイド１〜４の駆動電圧Ｖ１
〜Ｖ４の位相を互いに９０度ずらせた本実施例における
上記リップル電流波形を図８に示す。図７、図８からわ
かるように、リップル電流波形の波高値は約１／４に低
減でき、その分、平滑コンデンサ３０を小型化できた。 （変形態様１）タイミング制御回路２１のカウンタ３０
１をアナログカウンタとすることは当然可能であり、そ
の一例を図９に示す。

【００２５】４００は積分用のコンデンサ４０１を充電
する定電流源であり、コンデンサ４０１はトランジスタ
からなるスイッチ４０２がオンすることにより放電され
る。スイッチ４０２は、基本ＰＷＭ信号のパルス立ち上
がりエッジに出力されるパルス立ち上がりエッジ信号に
よりオンしてコンデンサ４０１を放電し、その直後から
コンデンサ４０１は定電流源４００により充電される。

【００２６】コンデンサ４０１の積分電圧Ｖｃ１は、コ
ンパレータ４０３〜４０５により基準電圧Ｖｒｅｆ１、
Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３と比較される。Ｖｒｅｆ２はＶ
ｒｅｆ１の２倍の大きさをもち、Ｖｒｅｆ３はＶｒｅｆ
１の３倍の大きさをもち、Ｖｒｅｆ４は定電流源４００
の電流をｉ、基本ＰＷＭ信号のパルス周期をＴ、コンデ
ンサ４０１の容量をＣとする場合、０．２５×ｉ×Ｔ／
Ｃに設定される。

【００２７】このようにすれば、コンパレータ４０３は
基本ＰＷＭ信号のパルス立ち上がりエッジより１／４周
期遅れたパルス信号Ｐ１を出力し、コンパレータ４０４
は基本ＰＷＭ信号のパルス立ち上がりエッジより１／２
周期遅れたパルス信号Ｐ２を出力し、コンパレータ４０
５は基本ＰＷＭ信号のパルス立ち上がりエッジより３／
４周期遅れたパルス信号Ｐ３を出力する。

【００２８】同様に、タイミング制御回路２１のカウン
タ３０２をアナログカウンタとすることも当然可能であ
り、このアナログタイミング制御回路（図示せず）は回
路と同じ回路であって、ただスイッチ４０２はパルス立
ち下がりエッジにオンされる。これにより、このアナロ
グタイミング制御回路から、上記と同様に、基本ＰＷＭ
信号のパルス立ち下がりエッジより１／４周期遅れたパ
ルス信号Ｐ４、基本ＰＷＭ信号のパルス立ち下がりエッ
ジより１／２周期遅れたパルス信号Ｐ５、基本ＰＷＭ信
号のパルス立ち下がりエッジより３／４周期遅れたパル
ス信号Ｐ６が出力される。これらパルス信号Ｐ１〜Ｐ６
を図５に示すフリップフロップ３０３〜３０５に出力す
れば、互いに９０度位相が異なるパルス幅変調信号ＰＷ
Ｍ１〜ＰＷＭ４を形成できることは明白である。

【００２９】上記説明したカウンタ３０１、３０２をア
ナログ回路としたタイミング制御回路２１の各部電圧波
形を図１０に示す。Ｖｃ１は図９のアナログカウンタに
おけるコンデンサ積分電圧であり、Ｖｃ２は基本ＰＷＭ
信号のパルス立ち下がりエッジからの時間をカウントす
るアナログカウンタにおけるコンデンサ積分電圧であ
る。 （変形態様２）その他、タイミング制御回路２１の動作
をＣＰＵ２０を含むマイコン装置のルーチンで代替する
いわゆるソフトウエアカウンタとすることも可能である
ことは明白である。 （変形態様３）上記実施例では、ロータリーソレノイド
１〜４の個数に合わせて基本ＰＷＭ信号の周期をその個
数で正確に４分割したが、各パルス幅変調信号ＰＷＭ１
〜ＰＷＭ４のパルスを略等間隔に分散できればよい。 （変形態様４）多数の駆動回路により多数の負荷をＰＷ
Ｍ制御する場合、小負荷を駆動する複数の駆動回路をセ
ットとして同期運転し、この小負荷駆動用の複数の駆動
回路を１個の駆動回路とみなして、それらが出力するパ
ルス幅変調信号のパルスを、他の大負荷駆動用の駆動回
路が出力するパルス幅変調信号のパルスに対して上記と
同様に分散配置することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルス幅変調負荷制御装置の一実施例
を示す基本ブロック回路図である。

【図２】図１の回路の各パルス幅変調信号の位相関係を
示すタイミングチャートである。

【図３】図１の回路を具体化した内燃機関の吸気時期制
御弁制御用のパルス幅変調負荷制御装置を示すブロック
回路図である。

【図４】図３の回路の各部電圧波形を示すタイミングチ
ャートである。

【図５】図１のタイミング制御回路２１の一例を示す回
路図である。

【図６】図５のタイミング制御回路２１の各部電圧波形
及びカウント値を示すタイミングチャートである。

【図７】４気筒内燃機関の吸気時期制御弁制御用に使用
されている従来の同期制御型のパルス幅変調負荷制御装
置の平滑コンデンサの充放電電流波形を示すタイミング
チャートである。

【図８】図７と同じ吸気時期制御弁制御用に用いた実施
例の非同期制御型のパルス幅変調負荷制御装置の平滑コ
ンデンサの充放電電流波形を示すタイミングチャートで
ある。

【図９】図５のタイミング制御回路２１のカウンタをア
ナログカウンタとした例を示す回路図である。

【図１０】図９のアナログカウンタを用いたタイミング
制御回路２１の各部電圧波形を示すタイミングチャート
である。

【符号の説明】

１〜４はロータリーソレノイド（負荷）、１０〜１３は
駆動回路（駆動回路部）、２０はＣＰＵ（ＰＷＭ信号発
生部の一部）、２１はタイミング制御回路（ＰＷＭ信号
発生部の残部）、３０は平滑コンデンサ、４０はバッテ
リ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】共通のバッテリから複数の負荷への給電を
   個別にスイッチング制御する複数の駆動回路部と、共通
   のキャリヤ周波数をもつ各パルス幅変調（ＰＷＭ）信号
   を前記各駆動回路部に個別に出力するＰＷＭ信号発生部
   とを備え、前記ＰＷＭ信号発生部は、前記各ＰＷＭ信号
   のパルスを互いに略等間隔に分散させることを特徴とす
   るパルス幅変調負荷制御装置。
2. 【請求項２】前記駆動回路部は３個以上配設されること
   を特徴とする請求項１記載のパルス幅変調負荷制御装
   置。
3. 【請求項３】前記バッテリと並列に接続される平滑コン
   デンサを有することを特徴とする請求項１又は２のいず
   れか記載のパルス幅変調負荷制御装置。
4. 【請求項４】前記負荷のインピーダンスは主にリアクタ
   ンスからなることを特徴とする請求項３記載のパルス幅
   変調負荷制御装置。