WO2023157232A1 - 電子制御装置 - Google Patents

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WO2023157232A1
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Inventor
允志 関谷
祐輔 山本
Original Assignee
日立Astemo株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors

Definitions

  • the present invention relates to an electronic control device that drives an inductive load.
  • Patent Document 1 As a method for extending the life of electronic components, for example, as in Patent Document 1, a method is known in which the ON timing of the output of a control device is shifted at fixed intervals to smooth ripple current and suppress heat generation. .
  • an object of the present invention is to provide an electronic control device that drives and controls a plurality of inductive loads, by minimizing the total ripple current effective value of the electronic components that make up the electronic control device, thereby extending the life of the electronic components.
  • Another object of the present invention is to provide a highly reliable electronic control unit.
  • the present invention is configured as follows.
  • a control unit for setting drive output values including driver drive start timing, output duty ratio, and drive frequency; a current output unit for outputting current values flowing through the plurality of load drivers; and the current output by the current output unit.
  • an ON timing setting unit for setting a timing for turning ON the output of the driving output value in the plurality of load drivers based on the value, wherein the ON timing setting unit is a driving source for the plurality of inductive loads.
  • the ON timing of each of the plurality of load drivers is set so as to offset the ripple current effective value generated in the electronic component connected by the power supply line.
  • a highly reliable electronic control device capable of suppressing heat generation due to ripple current of electronic components constituting the electronic control device and a control method thereof are provided. can be realized.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an electronic control unit according to Example 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing the operation of the electronic control unit of FIG. 1
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the electronic control unit of FIG. 1
  • FIG. 4 is a flow chart showing a control method of the electronic control unit according to Embodiment 1 of the present invention
  • 4 is a timing chart showing a control method of the electronic control device according to Example 1 of the present invention
  • 4 is a timing chart showing transient response time of ripple current cancellation according to Example 1 of the present invention
  • FIG. 5 is a functional block diagram of an electronic control unit according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 5 is a functional block diagram of an electronic control unit according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 5 is a functional block diagram of an electronic control unit according to Example 3 of the present invention
  • FIG. 5 is a functional block diagram of an electronic control unit according to Embodiment 4 of the present invention
  • It is a timing chart which shows the control method of the electronic control unit which concerns on Example 4 of this invention.
  • Example 1 An electronic control device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • FIG. 1 An electronic control device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • FIG. 1 An electronic control device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • FIG. 1 An electronic control device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • FIGS. 1 and 2 the basic configuration and operation of an electronic control unit 110 to which the present invention is applied will be described.
  • an electronic control unit 110 to which the present invention is applied has, as main components, an electronic component 120 such as an electrolytic capacitor that suppresses current fluctuations on a power supply 100 line, a plurality of external inductive loads 130, 140, 150, and an integrated circuit device 190, such as a microcontroller, for controlling the load drivers 160, 170, 180.
  • an electronic component 120 such as an electrolytic capacitor that suppresses current fluctuations on a power supply 100 line
  • a plurality of external inductive loads 130, 140, 150 and an integrated circuit device 190, such as a microcontroller, for controlling the load drivers 160, 170, 180.
  • the load drivers 160, 170, 180 include any or all of switching elements 200, 210, 220, 230 such as MOS-FETs for driving external inductive loads 130, 140, 150 such as electric motors.
  • the integrated circuit device 190 is a control unit that sets load drive information based on the drive states of the external inductive loads 130, 140, and 150 connected to the electronic control unit 110, in addition to various calculations necessary for the operation of the electronic control unit 110.
  • a current detection unit 280 that detects the output current values of the load drivers 160, 170, and 180;
  • An ON timing setting unit 290 is provided for setting the timing to turn ON.
  • the PWM waveform generated by the integrated circuit device 190 is input to load drivers 160 , 170 and 180 . Based on the inputted PWM waveform, the switching elements provided in the load drivers 160, 170, 180 start ON/OFF operation. Output voltages 240 , 250 , 260 of load drivers 160 , 170 , 180 are changed by ON/OFF switching of the switching elements to drive external inductive loads 130 , 140 , 150 .
  • switching elements 200 and 230 are ON and switching elements 210 and 220 are OFF, current (a) flows from power supply 100 to external inductive load 130, and external inductive load 130 rotates forward. Conversely, when switching elements 200 and 230 are OFF and switching elements 210 and 220 are ON, current (b) flows from power supply 100 to external inductive load 130, and external inductive load 130 operates in reverse.
  • FIG. 1 the functions of each part of the electronic control unit 110 in FIG. 1 and the control method by the electronic control unit 110 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 the functions of each part of the electronic control unit 110 in FIG. 1 and the control method by the electronic control unit 110 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the control unit 270 in the integrated circuit device 190 determines the driving start timing and timing of the load drivers 160, 170, and 180 based on various states related to the driving of the external inductive loads 130, 140, and 150 connected to the electronic control device 110. , PWM drive cycle, duty ratio and other load drive information are set.
  • the current detection unit 280 detects output currents flowing through the load drivers 160 , 170 and 180 .
  • a method of detecting the output current for example, acquires a peak value during a certain period of time when the external inductive loads 130, 140, 150 are driven.
  • the method of detecting the output current of the present invention is not limited to acquiring the peak value for a certain period of time while the external inductive loads 130, 140, and 150 are driven. Even if it is applied to the electronic control unit 110 having the same program configuration for detecting the output currents of the drivers 160, 170, 180, the same effect as the present invention can be obtained.
  • the ON timing setting unit 290 uses the method of FIG. Set ON timing to cancel ripple current.
  • the ON timing setting section 290 corrects the load drive information of the control section 270 based on the ON timing set for each of the load drivers 160 , 170 and 180 .
  • the integrated circuit device 190 generates control signals for the load drivers 160, 170 and 180 based on the corrected load driving information.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the electronic control unit 110.
  • the integrated circuit device 190 includes a waveform shaping section 270W that generates a PWM waveform signal based on the drive output value from the control section 270 and the setting value of the ON timing setting section 290.
  • the control unit 270 performs waveform shaping processing by the waveform shaping unit 270W, and based on various states related to the driving of the external inductive loads 130, 140, 150 connected to the electronic control unit 110, the load drivers 160, 170, Load drive information such as 180 drive start timing, PWM drive cycle, and duty ratio is set.
  • the current detector 280 detects output currents flowing through the load drivers 160 , 170 and 180 .
  • the ON timing setting unit 290 sets the ON timing for canceling the ripple currents of the load drivers 160, 170, and 180 between the large currents detected by the current detection unit 280. .
  • control unit 270 acquires various states related to the driving of the external inductive loads 130, 140, and 150 connected to the electronic control unit 110.
  • step S110 the control unit 270 sets load drive information such as drive start timing, PWM drive cycle, and duty ratio of the load drivers 160, 170, and 180 based on the various states acquired in step S100. .
  • step S120 the current detection section 280 detects output currents flowing through the load drivers 160, 170, and 180.
  • step S130 based on the load driving information set by the control unit 270, the ON timing setting unit 290 determines the ripple currents of the load drivers 160, 170, and 180 among those having large detection currents of the current detection unit 280. Set the ON timing to offset the
  • step S140 the ON timing setting section 290 corrects the load drive information of the control section 270 based on the ON timing set for each of the load drivers 160, 170, and 180.
  • step S150 the integrated circuit device 190 generates control signals for the load drivers 160, 170, and 180 based on the load drive information corrected by the control unit 270, and ends the process.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the control method of the electronic control device according to the first embodiment of the present invention.
  • ON timing setting unit 290 ranks load drivers 160, 170, and 180 in descending order of output current, as shown in the table in FIG.
  • the ON timing setting unit 290 selects the load driver 160, the load driver 160, and the ON timing setting unit 290 so as to offset the ripple current effective value generated in the electrolytic capacitor 120 such as an electronic component connected by the power supply line as the load drive source. 170, 180 ON timing is set.
  • the output voltage of the load driver 160 having the third highest output current value as a reference
  • the output voltage of the load driver 180 having the first highest output current value and the output voltage of the load driver 160 having the third highest output current value
  • the ON timing of the 1st output voltage is set so that the ON/OFF timings of the output voltages of the 1st place match.
  • the ON timing of the output voltage of the first place is set so that the ON/OFF timing of the output voltage of the first place and the output voltage of the second place match.
  • the ON timing of the output voltage set by circles 1 to 3 in FIG. 5 can be expressed as follows.
  • the output ON timing of the 3rd place (load driver 160) is set to 0 (reference value).
  • Output ON timing of first place (load driver 180) ON Duty A of third place (load driver 160).
  • Output ON timing of second place (load driver 170) ON Duty A of third place (load driver 160) + ON Duty B of first place (load driver 180).
  • the ripple current canceling method of the present invention is not limited to the above (1) to (3), and the relationship shown in FIG. 6 may be employed. That is, as shown in FIG. 6, in the relationship between a certain driver a and a certain driver b, transient response times t1 and t2 with respect to the rising or falling instruction value of the output voltage of the driver a and the fall of the output voltage of the driver b Alternatively, as the range where the transient response times t3 and t4 for the rising instruction value overlap, t1-t3 ⁇ 0 and t1-t4 ⁇ 0 shown in (A) and (C), or t2-t4 ⁇ shown in (B) 0 and satisfy t2-t3 ⁇ 0.
  • the difference between the example shown in (A) and the example shown in (C) is the magnitude relationship between the transient response times t2 and t4.
  • the electronic control unit 110 of the first embodiment provides a plurality of load drive circuits (load drivers 160, 170, 180) and control signals to the plurality of load drive circuits (load drivers 160, 170, 180). and the drive start timing of the load drive circuits (load drivers 160, 170, 180), the output duty ratio, and A control section 270 for setting a drive output value including a drive frequency, a current detection section 280 for detecting output current values of a plurality of load drive circuits (load drivers 160, 170, 180), and an output current detected by the current detection section. and an ON timing setting unit 290 for setting the timing to turn ON the output of the driving output value in the plurality of load driving circuits (load drivers 160, 170, 180) based on the value.
  • the ON timing setting unit 290 sets the timing to offset the ripple current effective value generated in the electronic component 120 such as an electrolytic capacitor connected by the power supply line as a driving source of the plurality of loads (130, 140, 150). , the ON timings of a plurality of load drive circuits (load drivers 160, 170, 180) are set.
  • the electronic control unit 110 of the first embodiment by matching the ON/OFF timings of the output voltages 240, 250 and 260 of the load drivers 160, 170 and 180 according to the magnitude of the output current, electrolytic capacitors and the like can be The ripple current of the electronic component 120 can be canceled, heat generation can be suppressed, and a highly reliable electronic control device can be realized.
  • the ON timing of each load driver 160 , 170 , 180 can be set in descending order of the current value of the load drivers 160 , 170 , 180 .
  • FIG. 7 is a functional block diagram of the electronic control unit 110 of Embodiment 2, which corresponds to a modification of Embodiment 1 (FIG. 3).
  • Example 1 As shown in FIG. , 180 and load drive information such as PWM drive cycle and duty ratio are set.
  • Current detection section 280 detects output currents flowing through load drivers 160 , 170 , and 180 .
  • the ON timing setting unit 290 sets the ON timings for canceling the ripple currents of the load drivers 160, 170, and 180 between the large currents detected by the current detection unit 280. It is configured to be set.
  • the duty ratios of the external inductive loads 130, 140, and 150 instead of detecting the output current flowing through the load drivers 160, 170, and 180 by the current detection unit 280, the duty ratios of the external inductive loads 130, 140, and 150 and This embodiment includes a current estimator 300 for estimating the output currents of the load drivers 160, 170 and 180 based on information such as load constants.
  • the integrated circuit device 190 uses the output currents of the load drivers 160, 170, and 180 as the duty ratio information of the external inductive loads 130, 140, and 150.
  • a current estimator 300 for estimating from load constant information including inductance and resistance.
  • Duty ratio information of the external inductive loads 130 , 140 , 150 and load constant information including inductance and resistance are stored in a storage element such as the ROM 330 of the integrated circuit device 190 , for example.
  • the ON timing setting section 290 sets ON timings for the load drivers 160 , 170 and 180 based on the output current estimated by the current estimating section 300 .
  • Other configurations are the same as those in FIG. 3, and detailed description thereof will be omitted.
  • the current estimator 300 detects the output current flowing through the load drivers 160, 170, and 180 instead of the current detector 280 detecting the output current flowing through the load drivers 160, 170, and 180 as in the first embodiment. is configured to estimate the output current.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained, and in comparison with the first embodiment, the processing load required for the integrated circuit device 190 can be reduced, and the processing speed can be increased. .
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the electronic control unit 110 of Embodiment 3, which corresponds to a modification of Embodiment 1 (FIG. 3).
  • the ON timing setting unit 290 sets ON timings for the load drivers 160, 170, and 180 based on the output current estimated by the current detection unit 280
  • the threshold value of the output current is set to A driver through which a current equal to or less than the set threshold value flows is excluded from ON timing setting targets.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment (FIG. 3) and the second embodiment (FIG. 7).
  • the integrated circuit device 190 performs current threshold determination for determining whether or not the output current flowing through the load drivers 160, 170, and 180 exceeds a set threshold.
  • a portion 310 is provided.
  • the set threshold value is determined from the duty ratio and load constant information of the external inductive loads 130, 140, and 150 as described in the second embodiment, and is stored in a memory element such as the ROM 330 of the integrated circuit device 190. .
  • the driver current of the driver 1 (160) is equal to or less than the threshold, so the current threshold comparison unit 310 excludes the driver 1 (160) from the ON timing setting target of the ON timing setting unit 290. are doing.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 3, and detailed description thereof will be omitted.
  • the load drivers 160, 170, and 180 whose output currents are equal to or less than the set threshold value are excluded from the ON timing setting targets of the ON timing setting unit 290.
  • the processing load required for the integrated circuit device 190 can be reduced as compared with the first embodiment, and the ON timing of the external inductive loads 130, 140, and 150 can be reduced. It has the effect of suppressing the influence on the control due to the shift of .
  • FIG. 9 is a functional block diagram of the electronic control unit 110 of the fourth embodiment, which corresponds to a modification of the first embodiment (FIG. 3).
  • FIG. 10 is, as an example, a timing chart of the operation of the fourth embodiment when there are three external inductive loads.
  • the ON timing setting unit 290 sets the ON timing for canceling the ripple current, including the combination obtained by adding and subtracting the driver currents detected by the current detecting unit 280. set.
  • Other configurations are the same as those of Example 1 (FIG. 3), Example 2 (FIG. 7), and Example 3 (FIG. 8).
  • the integrated circuit device 190 includes a current calculator 320 that adds and subtracts the output currents flowing through the load drivers 160 , 170 , and 180 .
  • FIG. 10 is a timing chart showing the control method of the electronic control unit 110 according to Example 4 of the present invention.
  • the example shown in FIG. 10 is an example in which the current values detected by the current detection unit 280 are as follows.
  • the load driver 160 detects a current of 0.8A
  • the load driver 170 detects a current of 0.5A
  • the load driver 180 detects a current of 0.3A.
  • the current calculator 320 performs the following calculations. That is, with the load driver 160 having the highest current value as a reference, the current value of 0.5 A of the load driver 170 and the current value of 0.3 A of the load driver 180 are added to obtain 0.8 A.
  • the current value of 0.3A of the load driver 180 with the lowest current value is subtracted from the current value of 0.5A of the load driver 170 with the next highest current value to obtain 0.2A.
  • 0.8 A obtained by adding the current value of 0.5 A of the load driver 170 and the current value of 0.3 A of the load driver 180 is the current value of 0.8 A of the load driver 160.
  • the output voltage of the load driver 160 falls, the output voltage of the load driver 170 and the output voltage of the load driver 180 can rise, thereby canceling out all the ripple current of the load driver 160. can be done.
  • the current values of the load drivers 170 other than the load driver 160 having the highest current value and the current values of the load driver 180 Based on the result of subtraction, rise and fall of the output voltage of load driver 160, the output voltage of load driver 170, and the output voltage of load driver 180 for suppressing ripple current are set.
  • the ON timing setting unit 290 selects a combination that can cancel the ripple current based on the results of addition and subtraction of the output currents flowing through the load drivers 160, 170, and 180 by the current calculation unit 320. Set ON timing.
  • the ON timing setting unit 290 sets the ON timings of the load drivers 160, 170, and 180 from the result of current addition/subtraction of the current calculation unit 320. Therefore, even when using a load with a large ripple current, a high ripple current cancellation effect can be obtained.
  • the current detecting section 280 in the first and third embodiments and the current estimating section 300 in the second embodiment can be collectively called a current output section that outputs current values flowing through the load drivers 160 , 170 and 180 .
  • the current detection unit 280 and the current calculation unit 320 in the fourth embodiment can also be generically called a current output unit that outputs the current values flowing through the load drivers 160 , 170 , and 180 .
  • the present invention can be applied to various applications such as vehicle applications, home appliance applications, medical applications, and similar circuits for driving loads.
  • vehicle applications such as vehicle applications, home appliance applications, medical applications, and similar circuits for driving loads.
  • an electronic control device having a configuration the same effect as the present invention can be obtained.
  • the present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Power supply, 110... Electronic control unit, 120... Electronic component (electrolytic capacitor), 130... External inductive load 1, 140... External inductive load 2, 150... External Inductive load n, 160 Driver 1, 170 Driver 2, 180 Driver n, 190 Integrated circuit device (microcontroller) 200 Switching element 1, 210 Switching Elements 2, 220 Switching elements 3, 230 Switching elements 4, 240 Driver output voltage 1, 250 Driver output voltage 2, 260 Driver output voltage n, 270 Control unit 270W Waveform generation unit 280 Current detection unit 290 ON timing setting unit 300 Current estimation unit 310 Current threshold determination unit 320. . . Current calculator, 330 . . . ROM

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

電子部品のリプル電流実効値の総量の最小化により電子部品の長寿命化が可能な、複数の誘導性負荷を駆動制御する電子制御装置110を提供する。電子制御装置110は、複数の誘導性負荷130-150の駆動状態情報に基づき、誘導性負荷130-150を駆動する複数の負荷ドライバ160-180の駆動開始時期、出力Duty比及び駆動周波数を含む駆動出力値を設定する制御部270と、負荷ドライバ160-180に流れる電流値を出力する電流出力部280,300,320と、電流出力部280,300,320が出力した電流値に基づき負荷ドライバ160-180における駆動出力値の出力をONにするタイミングを設定するONタイミング設定部290とを備える。ONタイミング設定部290は、複数の誘導性負荷130-150の駆動源として電源ラインにより接続される電子部品120に発生するリプル電流実効値を相殺させるタイミングとなるように負荷ドライバ160-180の各ONタイミングを設定する。

Description

電子制御装置
 本発明は、誘導性負荷を駆動する電子制御装置に関する。
 1台の制御装置で複数の誘導性負荷を制御するようなシステム構成においては、複数の負荷同士の出力のONタイミングが一致すると、リプル電流により発熱が増大し、電子部品の寿命短縮に繋がることが知られている。
 電子部品の長寿命化の手法としては、例えば特許文献1のように、制御装置の出力のONタイミングを固定間隔でずらすことで、リプル電流を平滑化し、発熱を抑制する手法が知られている。
特開平9-331696号公報
 上記特許文献1では、負荷制御装置がPWM(Pulse Width Modulation)制御するドライバについて、ドライバ毎に出力電圧のONタイミングをずらすことで、電子部品に流れるリプル電流を平滑化し、電子部品の発熱を抑制している。
 しかしながら、特許文献1に記載された技術では、負荷のON・OFFするタイミングで、負荷に流れる電流分のリプル電流が電子部品に生じている。ドライバが制御する負荷数や負荷電流が増加すると、増加分のリプル電流により、電子部品の発熱が増大し、電子部品の寿命短縮の課題が避けられない。
 そこで、本発明の目的は、複数の誘導性負荷を駆動制御する電子制御装置において、電子制御装置を構成する電子部品のリプル電流実効値の総量の最小化により、電子部品の長寿命化が可能な信頼性の高い電子制御装置を提供することである。
 上記目的を達成するために、本発明は、次のように構成される。
 複数の誘導性の負荷を制御するための制御信号を生成する電子制御装置において、前記複数の誘導性の負荷の駆動状態に関する各種情報に基づき、前記複数の誘導性の負荷を駆動する複数の負荷ドライバの駆動開始時期、出力Duty比及び駆動周波数を含む駆動出力値を設定する制御部と、前記複数の負荷ドライバに流れる電流値を出力する電流出力部と、前記電流出力部が出力した前記電流値に基づき、前記複数の負荷ドライバにおける前記駆動出力値の出力をONにするタイミングを設定するONタイミング設定部と、を備え、前記ONタイミング設定部は、前記複数の誘導性の負荷の駆動源として電源ラインにより接続される電子部品に発生するリプル電流実効値を相殺させるタイミングとなるように前記複数の負荷ドライバのそれぞれのONタイミングを設定する。
 本発明によれば、複数の誘導性負荷を駆動制御する電子制御装置において、当該電子制御装置を構成する電子部品のリプル電流による発熱を抑制可能な信頼性の高い電子制御装置及びその制御手法を実現することができる。
 これにより、電子部品の寿命を延ばすことができ、電子制御装置の長寿命化と信頼性向上が図れる。
 上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施例1に係る電子制御装置の基本構成を示す図である。 図1の電子制御装置の動作を概念的に示す図である。 図1の電子制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例1に係る電子制御装置の制御手法を示すフローチャートである。 本発明の実施例1に係る電子制御装置の制御手法を示すタイミングチャートである。 本発明の実施例1に係るリプル電流相殺の過渡応答時間を示すタイミングチャートである。 本発明の実施例2に係る電子制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例3に係る電子制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例4に係る電子制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例4に係る電子制御装置の制御手法を示すタイミングチャートである。
 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
 なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
 (実施例1) 
 図1から図6を参照して、本発明の実施例1の電子制御装置について説明する。
 先ず、図1及び図2を用いて、本発明が適用される電子制御装置110の基本構成と動作を説明する。
 図1に示すように、本発明が適用される電子制御装置110は、主要な構成として、電源100ライン上の電流変動を抑える電解コンデンサ等の電子部品120と、複数の外部誘導性負荷130、140、150を駆動するための負荷ドライバ160、170、180と、負荷ドライバ160、170、180を制御するためのマイクロコントローラ等の集積回路装置190と、を備えている。
 負荷ドライバ160、170、180は、電動モータ等の外部誘導性負荷130、140、150を駆動するためのMOS-FET等のスイッチング素子200、210、220、230のいずれかまたは全てを備える。
 集積回路装置190は、電子制御装置110の動作に必要な各種演算に加え、電子制御装置110に接続されている外部誘導性負荷130、140、150の駆動状態から負荷駆動情報を設定する制御部270と、負荷ドライバ160、170、180の出力電流値を検出する電流検出部280と、電流検出部280が検出した出力電流値に基づき、負荷ドライバ160、170、180における駆動出力値の出力をONにするタイミングを設定するONタイミング設定部290を備えている。
 図2を用いて、図1の電子制御装置110の動作を説明する。
 集積回路装置190が生成したPWM波形は、負荷ドライバ160、170、180に入力される。入力されたPWM波形を基に、負荷ドライバ160、170、180が備えているスイッチング素子は、ON・OFF動作を開始する。スイッチング素子のON・OFFの切り替えにより、負荷ドライバ160、170、180の出力電圧240、250、260を変化させ、外部誘導性負荷130、140、150を駆動する。
 例えば、スイッチング素子200及び230がONかつ、スイッチング素子210及び220がOFFの場合、電源100から外部誘導性負荷130に向かって電流(a)が流れ、外部誘導性負荷130は正転動作する。反対に、スイッチング素子200及び230がOFFかつ、スイッチング素子210及び220がONの場合、電源100から外部誘導性負荷130に向かって電流(b)が流れ、外部誘導性負荷130は逆転動作する。
 次に、図3及び図4を用いて、図1の電子制御装置110の各部の機能と電子制御装置110による制御手法を説明する。
 集積回路装置190内の制御部270は、電子制御装置110に接続されている外部誘導性負荷130、140、150の駆動に関する各種状態を基に、負荷ドライバ160、170、180の駆動開始時期及び、PWM駆動周期、Duty比等の負荷駆動情報を設定する。
 電流検出部280は、負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流を検出する。出力電流の検出手法は、例えば、外部誘導性負荷130、140、150が駆動している一定期間のピーク値を取得する。
 なお、本発明の出力電流の検出手法は、外部誘導性負荷130、140、150が駆動している一定期間のピーク値の取得には限定されず、一定期間の平均値を取得する等、負荷ドライバ160、170、180の出力電流を検出する同様のプログラム構成を備える電子制御装置110に対して適用した場合であっても、本発明と同様の効果を得ることができる。
 ONタイミング設定部290は、後述する図5の手法を用いて、制御部270が設定した負荷駆動情報に基づき、電流検出部280の検出電流が大きいもの同士で、負荷ドライバ160、170、180のリプル電流を相殺するONタイミングを設定する。ONタイミング設定部290は、負荷ドライバ160、170、180ごとに設定したONタイミングに基づき、制御部270の負荷駆動情報を補正する。
 集積回路装置190は、補正した負荷駆動情報に基づき、負荷ドライバ160、170、180への制御信号を生成する。
 図3は、電子制御装置110の機能ブロック図である。図3において、集積回路装置190は、制御部270からの駆動出力値及びONタイミング設定部290の設定値に基づき、PWM波形の信号を生成する波形成形部270Wを備える。制御部270は、波形成形部270Wによる波形成形処理を行って、電子制御装置110に接続されている外部誘導性負荷130、140、150の駆動に関する各種状態を基に、負荷ドライバ160、170、180の駆動開始時期、PWM駆動周期、及びDuty比等の負荷駆動情報を設定する。電流検出部280は、負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流を検出する。ONタイミング設定部290は、制御部270が設定した負荷駆動情報に基づき、電流検出部280の検出電流が大きいもの同士で、負荷ドライバ160、170、180のリプル電流を相殺するONタイミングを設定する。
 上記の制御手法を図4のフローチャートに示す。
 先ず、図4のステップS100において、制御部270が、電子制御装置110に接続されている外部誘導性負荷130、140、150の駆動に関する各種状態を取得する。
 次に、ステップS110において、制御部270は、ステップS100で取得した各種状態を基に、負荷ドライバ160、170、180の駆動開始時期、PWM駆動周期、及びDuty比等の負荷駆動情報を設定する。
 続いて、ステップS120において、電流検出部280は、負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流を検出する。
 その後、ステップS130に移行し、ONタイミング設定部290は、制御部270が設定した負荷駆動情報に基づき、電流検出部280の検出電流が大きいもの同士で、負荷ドライバ160、170、180のリプル電流を相殺するONタイミングを設定する。
 次に、ステップS140では、ONタイミング設定部290が、負荷ドライバ160、170、180ごとに設定したONタイミングに基づき、制御部270の負荷駆動情報を補正する。
 最後に、ステップS150で、集積回路装置190は、制御部270で補正した負荷駆動情報に基づき、負荷ドライバ160、170、180への制御信号を生成し、処理を終了する。
 図5を用いて、外部誘導性負荷が3個の場合を例として、制御部270が設定した負荷駆動情報と、電流検出部280の検出電流に基づいた、負荷ドライバ160、170、180のONタイミングの設定手法を説明する。図5は、本発明の実施例1に係る電子制御装置の制御手法の説明図である。
 電流検出部280は、負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流を検出後、検出電流をONタイミング設定部290に伝達する。ONタイミング設定部290は、図5中の表に示す通り、出力電流が大きい順に、負荷ドライバ160、170、180を順位付けする。
 順位付けの結果に従い、ONタイミング設定部290は、負荷の駆動源として電源ラインにより接続される電子部品等の電解コンデンサ120に発生するリプル電流実効値を相殺させるタイミングとなるよう、負荷ドライバ160、170、180のONタイミングを設定する。
 例えば、図5に示す通り、出力電流値が3位の負荷ドライバ160の出力電圧を基準として、出力電流値が1位の負荷ドライバ180の出力電圧と、出力電流値が3位の負荷ドライバ160の出力電圧のON・OFFタイミングが一致するように、1位の出力電圧のONタイミングを設定する。そして、1位の出力電圧と、2位の出力電圧のON・OFFタイミングが一致するように、1位の出力電圧のONタイミングを設定する。
 図5の丸1~丸3で設定する出力電圧のONタイミングは、以下のように表せる。
 (1)3位(負荷ドライバ160)の出力ONタイミング=0(基準値)とする。 
 (2)1位(負荷ドライバ180)の出力ONタイミング=3位(負荷ドライバ160)のON Duty Aとする。 
 (3)2位(負荷ドライバ170)の出力ONタイミング=3位(負荷ドライバ160)のON Duty A+1位(負荷ドライバ180)のON Duty Bとする。
 なお、本発明のリプル電流相殺の手法は、前記(1)~(3)には限定されず、図6に示す関係であってもよい。つまり、図6に示すように、あるドライバaとあるドライバbとの関係において、ドライバaの出力電圧の立ち上がりもしくは立ち下がり指示値に対する過渡応答時間t1、t2と、ドライバbの出力電圧の立ち下がりもしくは立ち上がり指示値に対する過渡応答時間t3、t4が重なる範囲として、(A)及び(C)に示すt1-t3≧0、かつ、t1-t4≦0、または、(B)に示すt2-t4≦0かつt2 -t3≧0を満たせばよい。このような関係を満たせば、負荷ドライバ160、170、180の出力電圧に対するリプル電流を相殺する同様のプログラム構成を備える電子制御装置に対して適用した場合であっても、本発明と同様の効果を得ることができる。
 なお、(A)に示した例と(C)に示した例との相違は、過渡応答時間t2とt4との大小関係である。
 以上説明したように、本実施例1の電子制御装置110は、複数の負荷駆動回路(負荷ドライバ160、170、180)と、複数の負荷駆動回路(負荷ドライバ160、170、180)へ制御信号を送信する集積回路装置190と、複数の負荷(130、140、150)の駆動状態に関する各種情報に基づき、負荷駆動回路(負荷ドライバ160、170、180)の駆動開始時期、出力Duty比、及び駆動周波数を含む駆動出力値を設定する制御部270と、複数の負荷駆動回路(負荷ドライバ160、170、180)の出力電流値を検出する電流検出部280と、電流検出部が検出した出力電流値に基づき、複数の負荷駆動回路(負荷ドライバ160、170、180)における駆動出力値の出力をONにするタイミングを設定するONタイミング設定部290と、を備えて構成されている。
 そして、ONタイミング設定部290は、複数の負荷(130、140、150)の駆動源として電源ラインにより接続される電解コンデンサ等の電子部品120に発生するリプル電流実効値を相殺させるタイミングとなるように、複数の負荷駆動回路(負荷ドライバ160、170、180)のONタイミングを設定する。
 本実施例1の電子制御装置110によれば、出力電流の大きさによって、負荷ドライバ160、170、180の出力電圧240、250、260のON・OFFタイミングを一致させることで、電解コンデンサ等の電子部品120のリプル電流を相殺し、発熱を抑制することができ、信頼性の高い電子制御装置を実現することができる。なお、実施例1においては、負荷ドライバ160、170、180の電流値の大きい順に、各負荷ドライバ160、170、180のONタイミングの順を設定することができる。
 (実施例2)
 次に、図7を参照して、本発明の実施例2の電子制御装置110について説明する。
 図7は、本実施例2の電子制御装置110の機能ブロック図であり、実施例1(図3)の変形例に相当する。
 実施例1においては、図3に示すように、制御部270は、電子制御装置110に接続されている外部誘導性負荷130、140、150の駆動に関する各種状態を基に、負荷ドライバ160、170、180の駆動開始時期及び、PWM駆動周期、Duty比等の負荷駆動情報を設定する。そして、電流検出部280は、負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流を検出する。さらに、ONタイミング設定部290は、制御部270が設定した負荷駆動情報に基づき、電流検出部280の検出電流が大きいもの同士で、負荷ドライバ160、170、180のリプル電流を相殺するONタイミングを設定する構成としている。
 これに対し、図7に示した本実施例2は、電流検出部280が負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流を検出する代わりに、外部誘導性負荷130、140、150のDuty比と負荷定数等の情報に基づいて、負荷ドライバ160、170、180の出力電流を推定する電流推定部300を備えるように構成した実施例である。
 図7に示すように、本実施例2の電子制御装置110では、集積回路装置190は、負荷ドライバ160、170、180の出力電流を、外部誘導性負荷130、140、150のDuty比情報と、インダクタンスや抵抗を含む負荷定数情報から推定する電流推定部300を備えている。外部誘導性負荷130、140、150のDuty比情報と、インダクタンスや抵抗を含む負荷定数情報は、例えば集積回路装置190のROM330等の記憶素子に保存している。
 ONタイミング設定部290は、電流推定部300が推定した出力電流に基づいて、負荷ドライバ160、170、180にONタイミングを設定する。その他の構成は、図3と同様であり、詳細な説明は省略する。
 以上のように、本実施例2の電子制御装置110によれば、実施例1のように電流検出部280が負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流を検出する代わりに、電流推定部300が出力電流を推定する構成としている。
 これにより、本実施例2は、実施例1と同様な効果が得られる他、実施例1と比較して、集積回路装置190に必要な処理負荷を下げられ、処理速度を上げられる効果を有する。
 (実施例3)
 次に、図8を参照して、本発明の実施例3の電子制御装置110について説明する。
 図8は、本実施例3の電子制御装置110の機能ブロック図であり、実施例1(図3)の変形例に相当する。
 本実施例3(図8)では、ONタイミング設定部290が、電流検出部280が推定した出力電流に基づいて、負荷ドライバ160、170、180にONタイミングを設定する際、出力電流の閾値を設定し、設定閾値以下の電流が流れるドライバは、ONタイミング設定対象から除外する。その他の構成は、実施例1(図3)や実施例2(図7)と同様である。
 図8に示すように、本実施例の電子制御装置110では、集積回路装置190は、負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流が、設定閾値を超過しているかどうかを判定する電流閾値判定部310を備えている。
 設定閾値は、例えば実施例2で述べたような外部誘導性負荷130、140、150のDuty比と負荷定数の情報から決定し、例えば集積回路装置190のROM330等の記憶素子に保存している。
 図8に示した実施例3では、ドライバ1(160)のドライバ電流が閾値以下のため、電流閾値比較部310は、ドライバ1(160)について、ONタイミング設定部290のONタイミング設定対象から除外している。その他の構成は、図3に示した実施例1と同様であり、詳細な説明は省略する。
 以上のように、本実施例3の電子制御装置110によれば、負荷ドライバ160、170、180の出力電流が設定閾値以下のものを、ONタイミング設定部290のONタイミング設定対象から除外する構成とすることで、実施例1と同様な効果が得られる他、実施例1と比較して、集積回路装置190に必要な処理負荷を下げられ、外部誘導性負荷130、140、150のONタイミングをずらすことによる制御への影響を抑えられる効果を有する。
 (実施例4)
 次に、図9及び図10を参照して、本発明の実施例4の電子制御装置110について説明する。図9は、本実施例4の電子制御装置110の機能ブロック図であり、実施例1(図3)の変形例に相当する。
 図10は、例として、外部誘導性負荷が3個の場合の、本実施例4の動作のタイミングチャートである。
 図9に示すように、本実施例4の電子制御装置110では、ONタイミング設定部290が、電流検出部280が検出したドライバ電流を加減算した組み合わせを含めて、リプル電流を相殺するONタイミングを設定する。その他の構成は、実施例1(図3)や実施例2(図7)、実施例3(図8)と同様である。
 図9に示すように、本実施例の電子制御装置110では、集積回路装置190は、負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流を加減算する電流計算部320を備えている。
 図10は、本発明の実施例4に係る電子制御装置110の制御手法を示すタイミングチャートである。
 図10に示した例は、電流検出部280が検出した電流値が次に示す場合の例である。つまり、負荷ドライバ160の検出電流が0.8A、負荷ドライバ170の検出電流が0.5A、負荷ドライバ180の検出電流が0.3Aの場合である。そして、電流計算部320は、次の計算を行う。つまり、最も電流値が高い負荷ドライバ160を基準として、負荷ドライバ170の電流値0.5Aと、負荷ドライバ180の電流値0.3Aとを加算して0.8Aを得る。次に電流値が高い負荷ドライバ170の電流値0.5Aから最電流値が低い負荷ドライバ180の電流値0.3Aを減算し、0.2Aを得る。
 電流計算部320の計算結果から、負荷ドライバ170の電流値0.5Aと負荷ドライバ180の電流値0.3Aとを加算した0.8Aは、負荷ドライバ160の電流値0.8Aであるので、図10に示すように、負荷ドライバ160の出力電圧の立下り時に、負荷ドライバ170の出力電圧と、負荷ドライバ180の出力電圧を立ち上げ得ることにより、負荷ドライバ160のリプル電流を全て相殺することができる。
 図10に示した例のように、負荷ドライバ160のリプル電流を全て相殺することができない場合は、最も電流値が高い負荷ドライバ160以外の負荷ドライバ170の電流値と負荷ドライバ180の電流値と減算結果に基づいて、リプル電流を抑制するための負荷ドライバ160の出力電圧と、負荷ドライバ170の出力電圧と、負荷ドライバ180の出力電圧との立ち上がり、立ち下がりを設定する。
 図10を参照して説明したように、ONタイミング設定部290は、電流計算部320が、負荷ドライバ160、170、180に流れる出力電流を加減算した結果に基づいて、リプル電流を相殺できる組み合わせのONタイミングを設定する。
 以上のように、本実施例4の電子制御装置110によれば、ONタイミング設定部290が、電流計算部320の電流加減算の結果から、負荷ドライバ160、170、180のONタイミングを設定することで、リプル電流が大きい負荷を使用する場合でも、リプル電流の高い相殺効果を得られる。
 実施例1及び実施例3における電流検出部280と、実施例2における電流推定部300とは、負荷ドライバ160、170、180に流れる電流値を出力する電流出力部と総称することができる。また、実施例4における電流検出部280及び電流計算部320も、負荷ドライバ160、170、180に流れる電流値を出力する電流出力部と総称することができる。
 なお、実施例1から実施例4では、電子制御装置110について記載しているが、本発明は、車載用途や家電用途、医療用途等のあらゆる用途であっても、負荷を駆動する同様の回路構成を備える電子制御装置に対して適用した場合、本発明と同様の効果を得ることができる。
 また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
 また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
 100・・・電源、110・・・電子制御装置、120・・・電子部品(電解コンデンサ)、130・・・外部誘導性負荷1、140・・・外部誘導性負荷2、150・・・外部誘導性負荷n、160・・・ドライバ1、170・・ドライバ2、180・・・ドライバn、190・・・集積回路装置(マイクロコントローラ)、200・・・スイッチング素子1、210・・・スイッチング素子2、220・・・スイッチング素子3、230・・・スイッチング素子4、240・・・ドライバの出力電圧1、250・・・ドライバの出力電圧2、260・・・ドライバの出力電圧n、270・・・制御部、270W・・・波形生成部、280・・・電流検出部、290・・・ONタイミング設定部、300・・・電流推定部、310・・・電流閾値判定部、320・・・電流計算部、330・・・ROM

Claims (10)

  1.  複数の誘導性の負荷を制御するための制御信号を生成する電子制御装置において、
     前記複数の誘導性の負荷の駆動状態に関する各種情報に基づき、前記複数の誘導性の負荷を駆動する複数の負荷ドライバの駆動開始時期、出力Duty比及び駆動周波数を含む駆動出力値を設定する制御部と、
     前記複数の負荷ドライバに流れる電流値を出力する電流出力部と、
     前記電流出力部が出力した前記電流値に基づき、前記複数の負荷ドライバにおける前記駆動出力値の出力をONにするタイミングを設定するONタイミング設定部と、
     を備え、
     前記ONタイミング設定部は、前記複数の誘導性の負荷の駆動源として電源ラインにより接続される電子部品に発生するリプル電流実効値を相殺させるタイミングとなるように前記複数の負荷ドライバのそれぞれのONタイミングを設定することを特徴とする電子制御装置。
  2.  請求項1に記載の電子制御装置において、
     前記ONタイミング設定部は、前記リプル電流実効値の総量が最も低くなるように前記複数の負荷ドライバのそれぞれのONタイミングを設定することを特徴とする電子制御装置。
  3.  請求項1に記載の電子制御装置において、
     前記電流出力部は、前記複数の負荷ドライバのそれぞれの出力電流値を検出する電流検出部であり、前記ONタイミング設定部は、前記電流検出部にて検出された前記複数の負荷ドライバのそれぞれの電流値の大きい順に前記複数の負荷ドライバのそれぞれのONタイミングの順を設定することを特徴とする電子制御装置。
  4.  請求項3に記載の電子制御装置において、
     前記ONタイミング設定部は、
     前記制御部が生成した前記複数の負荷ドライバのそれぞれへの前記出力Duty比、前記駆動周波数に基づいて、前記ONタイミングを設定することを特徴とする電子制御装置。
  5.  請求項4に記載の電子制御装置において、
     前記複数の誘導性負荷は、少なくとも、第一の誘導性負荷と第二の誘導性負荷を有し、
     前記リプル電流実効値の総量は、前記ONタイミング設定部が前記複数の誘導性負荷のうちの前記第一の誘導性負荷の電流の立ち上がりもしくは立ち下がりタイミングと、前記第一の誘導性負荷とは異なる前記第二の誘導性負荷の電流の立ち下がりもしくは立ち上がりタイミングを合わせることで前記リプル電流実効値が相殺されることを特徴とする電子制御装置。
  6.  請求項5に記載の電子制御装置において、
     前記ONタイミング設定部は、前記第一の誘導性負荷の電流の立ち上がりもしくは立ち下がりタイミングと、前記第一の誘導性負荷とは異なる第二の誘導性負荷の電流の立ち下がりもしくは立ち上がりタイミングの過渡応答時間が重なるように設定することで、リプル電流を相殺することを特徴とする電子制御装置。
  7.  請求項1に記載の電子制御装置において、
     前記電流出力部は、前記複数の誘導性負荷のそれぞれの前記出力Duty比と負荷定数等の情報に基づいて前記複数の負荷ドライバの出力電流を推定する電流推定部であり、前記ONタイミング設定部は、前記電流推定部の推定結果に基づき前記ONタイミングを設定することを特徴とする電子制御装置。
  8.  請求項1に記載の電子制御装置において、
     前記誘導性の負荷は電動モータであって、前記駆動出力値及び前記ONタイミング設定部の設定値に基づき、PWM波形の信号を生成する波形生成部を備えることを特徴とする電子制御装置。
  9.  請求項1に記載の電子制御装置において、
     前記複数の誘導性の負荷を駆動する前記複数の負荷ドライバのそれぞれに流れる電流値を所定の閾値と比較する電流閾値判定部を備え、
     前記電流閾値判定部にて前記所定の閾値以下の電流が流れると判定された前記負荷ドライバは、前記ONタイミング設定部でのONタイミング設定対象から除外することを特徴とする電子制御装置。
  10.  請求項3に記載の電子制御装置において、
     前記複数の負荷ドライバに流れる出力電流を加減算する電流計算部を備え、
     前記ONタイミング設定部は、前記電流計算部が、前記負荷ドライバに流れる出力電流を加減算した結果に基づいて、リプル電流実効値を相殺できる組み合わせのONタイミングを設定することを特徴とする電子制御装置。
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