JP2012110060A - Method for determining pwm control duty - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動回路にPWM信号を出力することで負荷をスイッチング制御する駆動制御装置について、PWM制御のデューティを決定する方法に関する。 The present invention relates to a method for determining a duty of PWM control for a drive control apparatus that controls switching of a load by outputting a PWM signal to a drive circuit.
車両内部の配線で使用される通信プロトコルの1つとして、SbW(Safe by Wire)がある。SbWは、例えばエアバッグ制御のように、配線が少なくなることが好ましいものに適用するため、電源の供給並びに通信を2本の配線のみで行うようにしたプロトコルである。
図14には、1つのマスタ(例えば、車両用のECU)1と、複数のスレーブ2(1〜67)とを、バス3(+,−)を介して列状に接続した構成を示す。尚、各スレーブ2の内部に存在するスイッチ4は、後続のスレーブ2に故障が発生した場合に、当該スレーブ2に対するバス3の接続を切り離し、正常なスレーブ2のみで通信を続行するために設けられている。
One communication protocol used for wiring inside a vehicle is SbW (Safe by Wire). SbW is a protocol in which power supply and communication are performed using only two wires in order to be applied to a device that preferably has fewer wires, such as airbag control.
FIG. 14 shows a configuration in which one master (for example, an ECU for a vehicle) 1 and a plurality of slaves 2 (1 to 67) are connected in a line via a bus 3 (+, −). In addition, the
また、図15には、SbWによる通信でデータを送信する場合に、マスタ1若しくはスレーブ2がバス3をドライブする場合の電圧波形を示す。SbWでは、マスタ1は、先ず電源供給期間(Power Phase)においてバス3を電圧レベルVLPでドライブすることで、各スレーブ2に動作用電源を供給する。そして、電源供給期間に続くデータ期間(Data Phase)が、マスタ1若しくはスレーブ2が1ビットのデータを送信する期間となり、双方の期間を加えたものが1ビット期間(100%bit)として定義されている。また、この1ビット期間の長さによって通信速度が決まるようになっており、1つのシステムにおいてダイナミックに通信速度が変更される場合もある。
FIG. 15 shows voltage waveforms when the
データ期間においてマスタ1がデータを送信する場合は、バス3を電圧レベルVL0,VL1の何れかにドライブする。これらの電圧レベルは、夫々データ「0,1」に対応する。また、スレーブ2がデータを送信する期間では、マスタ1はデータ期間でバス3を電圧レベルVL0にドライブする。尚、電源供給期間,データ期間の期間長は、等しくなるように規定されている。
この時、スレーブ2側がバス3をドライブしなければ電圧レベルはVL0のままとなり、データ「0」を送信したことになる。そして、スレーブ2側がバス3を電圧レベルがVL0よりも低いVL1にドライブすれば、データ「1」を送信したことになる。また、スレーブ2側がバス3を電圧レベルがVL1よりも低いVLS0にドライブした場合は、マスタ1に対して割り込みを発生させることを意味する。
When the
At this time, if the
また、図16には、マスタ1−スレーブ2間におけるデータ通信の一例を示す。マスタ1は、その時点での通信レートにおける1ビット期間の2倍の長さ(200%bit)でバス3をVLP,VL0にドライブすることで、通信の開始を示すSOF(Start Of Frame)を送信する。スレーブ2は、バス3にSOFが送信されたことにより、各々が通信の開始を認識する。
FIG. 16 shows an example of data communication between the
それから、マスタ1は通信モードを指定するため、MSA,SELの2データビットを送信すると、以降はスレーブ2側がデータを送信する期間となる。即ち、Slot1_data及びそれに続くCRCは、マスタ1(1)のデータ送信期間であり、CRC(Cyclic Redundancy Check)は、Slot1_dataについて付された誤り検出符号である。以降同様に、他のスレーブ2により、Slot2_data,Slot3_data,・・・Slot_n_dataが順次送信される。尚、通信が行われないアイドル期間においては、マスタ1はバス3をVLP,VL0に交互にドライブする状態を繰り返している。
Then, in order to specify the communication mode, the
以上のように、SbWでは、2本のバス3(+,−)によってマスタ1が電源供給期間に電源を供給しながら、スレーブ2との間の通信も行うシリアル通信システムである。
この通信システムを車両に搭載されるエアバッグ装置に適用することを想定すると、複数のスレーブ2が、車両の各部に配置されている加速度センサに対応する。そして、何れかの加速度センサが事故の衝撃を検出すると、その検出信号がスレーブ2からマスタ1に送信される。すると、マスタ1は、図示しないエアバッグ装置のインフレータに点火指令を出力してガスを発生させ、エアバッグを展開させる。
As described above, SbW is a serial communication system that performs communication with the
Assuming that this communication system is applied to an airbag device mounted on a vehicle, a plurality of
上述のようにSbWでは、システムが稼動中であれば、マスタ1はスレーブ2に電源を供給し続けるためアイドル期間でもバス3をドライブする。従って、一定の周波数での通信が継続され易く、前記周波数を基本波とする高調波成分のパワーが上昇してノイズを発生し易くなるという問題がある。
斯様な問題を解決すための公知技術としては、例えばスペクトラム拡散通信や、Bluetooth(登録商標)に適用されている周波数ホッピングなどのように、通信周波数を変動させることでパワースペクトラムを分散させ、ノイズとなる成分のピークを低下させる技術が知られている。
As described above, in SbW, if the system is in operation, the
As a known technique for solving such a problem, for example, spread spectrum communication, frequency hopping applied to Bluetooth (registered trademark), such as frequency hopping, to disperse the power spectrum by changing the communication frequency, A technique for reducing the peak of a component that becomes noise is known.
尚、SbW自体は未だ余り普及が進んでいない技術であるため、出願人は提示すべき適切な先行技術文献を見つけることはできなかった。
また、例えば、モータのような負荷を駆動する駆動回路に対し、PWM信号を出力してスイッチング制御を行うようなシステムにおいても、そのPWMデューティが一定に出力されると、そのPWM信号の高調波成分について上記した通信の場合と同様の問題が生じる。
In addition, since SbW itself is a technology that has not been widely spread, the applicant has not been able to find an appropriate prior art document to be presented.
Also, for example, in a system that performs switching control by outputting a PWM signal to a drive circuit that drives a load such as a motor, if the PWM duty is output constant, the harmonics of the PWM signal The same problem as in the case of the communication described above occurs for the components.
しかしながら、上記のような公知技術を導入するだけでは、ノイズレベルの低減を十分図ることができない場合がある。
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、通信周波数を微小変動させる技術よりも、ノイズレベルの低減を更に図ることができるPWM制御のデューティ決定方法を提供することにある。
However, there are cases where the noise level cannot be sufficiently reduced only by introducing the above-described known technology.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a PWM control duty determination method capable of further reducing the noise level as compared with the technique of minutely changing the communication frequency. .
本発明のPWM制御のデューティ決定方法によれば、駆動制御装置のデューティ変動手段は、駆動回路に出力するPWM信号のデューティを、指令値を中心に、所定期間内における平均が前記指令値に一致するように微小変動させ、測定結果記憶手段には、PWM信号を駆動回路に与えることで発生したノイズ成分のレベル測定結果を反映したデータが、そのデューティの変動態様と共に記憶される。そして、測定結果記憶手段に記憶されているデータを参照して、与えられた動作環境または動作条件に応じて抑圧対象となる周波数帯のノイズレベルを低減するようにPWMデューティの変動態様を決定する。 According to the duty determination method of the PWM control of the present invention, the duty fluctuation means of the drive control device is configured such that the duty of the PWM signal output to the drive circuit is centered on the command value, and the average within a predetermined period matches the command value. Thus, the data reflecting the level measurement result of the noise component generated by applying the PWM signal to the drive circuit is stored in the measurement result storing means together with the duty variation mode. Then, referring to the data stored in the measurement result storage means, the PWM duty fluctuation mode is determined so as to reduce the noise level of the frequency band to be suppressed according to the given operating environment or operating condition. .
即ち、PWM信号のデューティを上記のように微小変動させれば所定期間内におけるデューティの平均は指令値に一致するため、負荷の駆動制御は指令通りに行われると共に、スイッチングにより発生するノイズのピークレベルを低減し、ノイズの周波数を分散させることができる。そして、測定結果記憶手段には、PWMデューティの変動態様に応じたノイズの発生結果が記憶されているので、その記憶内容を参照すれば、駆動制御装置につき与えられた動作環境または動作条件に応じて、抑圧すべき周波数帯のノイズレベルを低減するように変動態様を最適化することができる。 That is, if the duty of the PWM signal is minutely varied as described above, the average of the duty within a predetermined period matches the command value, so that the drive control of the load is performed according to the command and the peak of noise generated by switching The level can be reduced and the noise frequency can be distributed. The measurement result storage means stores the noise generation result according to the PWM duty variation mode. By referring to the stored content, the measurement result storage means is responsive to the operating environment or operating condition given to the drive control device. Thus, the variation mode can be optimized so as to reduce the noise level of the frequency band to be suppressed.
(第1参考例)
以下、第1参考例について図1乃至図8を参照して説明する。また、図14乃至図16と同一部分には同一符号を付して示す。図1は、マスタ(通信装置)11の構成を、要旨に係る部分を中心として概略的に示す機能ブロック図である。マスタ11は、CPU12が電圧ドライバ13を制御することで、バス3(BUS_A,BUS_B)をドライブするようになっている。
また、バス3(+),3(−)の間には、バス3のドライブレベルを監視する電圧監視部14が接続されており、電圧監視部14は、その監視結果に応じたデータを一致回路15に出力する。一致回路15には、CPU12が設定値レジスタ16に書き込んで設定したデータも与えられている。そして、一致回路15は、設定値データと監視結果データとが一致すると、一致信号を電圧ドライバ13に出力する。
(First Reference Example)
Hereinafter, a first reference example will be described with reference to FIGS. The same parts as those in FIGS. 14 to 16 are denoted by the same reference numerals. FIG. 1 is a functional block diagram schematically showing a configuration of a master (communication device) 11 with a portion related to the gist as a center. The
A
図2は、電圧ドライバ13に内蔵されている周波数分散機能部17の構成を示すブロック図である。周波数分散機能部17は、通信のビットレートを微小変動させるもので、状態遷移シーケンサ18,加減算器19,レジスタ20,カウンタ21,クロック回路22によって構成されている。クロック回路22は、例えば周波数8MHzのクロック信号clkをカウンタ21に供給する。状態遷移シーケンサ18には、CPU12によって制御データL0_STATEが与えられており、状態遷移シーケンサ18は、後述するカウンタ21からのドライブ指令をデータL0_STATEの値だけカウントする毎に、加減算器19の演算機能を加算/減算に切り替えるための制御信号PLUS/MINUSを出力する。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the frequency
加減算器19には、CPU12より周波数の分散量に相当するデータL0_STEPが与えられ、そのデータL0_STEPとレジスタ20の出力データとを、カウンタ21からのドライブ指令が2回(Power PhaseのVLP,Data PhaseのVL0又はVL1)出力される毎に加算/減算してレジスタ20に出力する。そして、レジスタ20の出力データはカウンタ21にロードされ、カウンタ21は、ロードされたデータ(Loadデータ)をクロック信号clkによりダウンカウントし、そのカウント値に応じてドライブ指令を出力する。
The adder /
図3は、周波数分散機能部17によって通信ビットレートを変動させる状態の一例を示すもので、図3(a)はカウンタ21に対するLoadデータの値(クロック信号clkによるダウンカウント数)と通信レートとの関係を示すテーブルである。変動分が「0」となる基本レートを80kbpsとすると、8MHzのクロック信号clkを50カウントすれば1ビットの送信期間の1/2:50%ビット期間となる。そして、この基本レートに対して±4%刻みで最大±12%まで通信レートを変動させる。
即ち、Loadデータを、「50」から「2」ずつ増加させて「52」,「54」,「56」とすると、通信レートは基本レートに対して−4%,−8%,−12%となる(遅くなる)。逆に、Loadデータを、「50」から「2」ずつ減少させて「48」,「46」,「44」とれば、通信レートは基本レートに対して+4%,+8%,+12%となる(速くなる)。
FIG. 3 shows an example of a state in which the communication bit rate is changed by the frequency
That is, when the load data is increased from “50” by “2” to “52”, “54”, “56”, the communication rate is −4%, −8%, −12% with respect to the basic rate. (Slower). Conversely, if the load data is decreased from “50” by “2” to “48”, “46”, “44”, the communication rate becomes + 4%, + 8%, + 12% with respect to the basic rate. (Gets faster).
従って、図3(b)には状態遷移図を示すが、50clk:0%からスタートして、48clk,46clk,最小値44clkまでLoadデータを減少させると、そこから加算に転じてデータを46clk,48clk,50clk,・・・と増加させる。そして、最大値の56clkに達すると、そこから減算に転じて最小値44clkまでデータを減少させる。以上の状態遷移を循環的に繰り返すことで、通信レートを±4%刻みで最大±12%まで微小変動させる。
Therefore, FIG. 3B shows a state transition diagram. Starting from 50 clk: 0%, when the load data is decreased to 48 clk, 46 clk, and the
図4は、周波数分散機能部17の動作例を示すタイミングチャートである。図4(c)に示すように、カウンタ21にロードするデータの変化量が、+8%,+12%,+8%,+4%と推移する状態を示している。この場合、前半の通信波形2周期については加減算器19に減算をさせて、後半の2周期については加減算器19に加算をさせている。尚、図4(a)に示す通信波形は、実際にバス3上でドライブされた波形ではなく、図示の都合上矩形波として示している。
FIG. 4 is a timing chart showing an operation example of the frequency
また、図5は、電圧ドライバ13内部における駆動電圧/電流調整部23の構成を示すものである。駆動電圧/電流調整部23は、電源V1とバス3(+)との間に並列接続された複数のPチャネルMOSトランジスタ24(a〜c),バス3(−)とグランドとの間に接続されたNチャネルMOSトランジスタ25(a〜c),電源V2とバス3(+)との間に並列接続された複数のPチャネルMOSトランジスタ26(a〜c),バス3(−)とグランドとの間に接続された複数のNチャネルMOSトランジスタ27(a〜c),バス3(+),3(−)の間に直列接続されるPチャネルMOSトランジスタ28及びNチャネルMOSトランジスタ29などを備えている。尚、電源V1の電圧は例えば14V程度、電源V2の電圧は例えば7V程度に設定される。
FIG. 5 shows the configuration of the drive voltage /
そして、MOSトランジスタ24〜29に対するゲート信号は、周波数分散機能部17からのドライブ指令がトリガとなって与えられるが、MOSトランジスタ24〜27に対しては、夫々選択回路30(a,b),31を介して出力されるようになっている。また、MOSトランジスタ28及び29の共通接続点(ドレイン)には、基準電源VLMが接続されており、その共通接続点とMOSトランジスタ28及び29のゲート間には、レベル可変の直流電源VL(+),VL(−)が夫々接続されている。
The gate signals for the MOS transistors 24 to 29 are given by a drive command from the frequency
駆動電圧/電流調整部23は、バス3をレベルVLP,VL0で夫々ドライブする場合には、各MOSトランジスタのON,OFFを以下のように設定する。
MOSトランジスタ 24 25 26 27 28 29
VLP ON ON OFF OFF OFF OFF
VL0 OFF OFF ON ON ON ON
そして、バス3をレベルVLPでドライブする場合には、選択回路30によりMOSトランジスタ24a〜24c,25a〜25cを1つ以上ONにする。この時、レベルVLPは、電源V1の電圧と、MOSトランジスタ24a〜24c,25a〜25cのうち幾つを同時にONさせたかによって決まる。例えば、MOSトランジスタ24a及び25aだけをONさせた場合と、MOSトランジスタ24a〜24c,25a〜25cを全てONさせた場合とでは、後者については等価的にトランジスタのサイズWを増加させたことに等しくなり、バス3に対する電流供給能力が向上する。また、トランジスタのON抵抗も減少するため、結果として電圧VLPはより上昇することになる。
When the
MOS transistor 24 25 26 27 28 29
VLP ON ON OFF OFF OFF OFF OFF
VL0 OFF OFF ON ON ON ON
When the
一方、バス3をレベルVL0でドライブする場合には、選択回路31によりMOSトランジスタ26a〜26c,27a〜27cを夫々1つ以上ONにする。また、MOSトランジスタ28,29に対しては、電圧VL(+),VL(−)を調整することで、ゲート電圧を与えた場合に両者がONするように設定する。この時、レベルVL0は、MOSトランジスタ28,29のしきい値電圧をVTとすると、
バス3(+):VLM+VL(+)+VT
バス3(−):VLM−VL(−)−VT
となり、レベルVL0は、両者の差となるので
VL0=VL(+)+VL(−)+2VT
で定まることになる。
On the other hand, when the
Bus 3 (+): VLM + VL (+) + VT
Bus 3 (-): VLM-VL (-)-VT
And the level VL0 is the difference between the two. VL0 = VL (+) + VL (−) + 2VT
It will be determined by.
そして、この場合もMOSトランジスタ26a〜26c,27a〜27cを幾つONするかによって、レベルVL0は僅かに変動すると共に、バス3に対する電流供給能力も変化する。尚、選択回路30,31によりトランジスタをONする個数の選択は、例えば各レベルにドライブする毎に個数を変化させても良いし、1ドライブ期間内で個数を変化させるようにしても良い。
Also in this case, the level VL0 slightly fluctuates and the current supply capability to the
図6は、スレーブ(通信装置)41側の構成を概略的に示す機能ブロック図である。バス3(+),3(−)の間には、電圧監視回路42が接続されている。この電圧監視回路42は、マスタ11がドライブするバス3の電圧を監視することで、スレーブ41が通信タイミングを把握するための情報を得るもので、電圧レベル比較用のコンパレータなどを内蔵して構成されている。そして、電圧監視回路42は、バス3のドライブレベルが正常か否かを監視し、その監視結果をCPU(マイクロコンピュータ)43に対して出力する。
FIG. 6 is a functional block diagram schematically showing the configuration on the slave (communication device) 41 side. A
また、電圧監視回路42は、データカウント用の電圧しきい値VDCをVL0よりも若干高いレベルに設定しており、バス3の電圧レベルの立ち上がりがしきい値VDCを超える毎に、ワンショットパルスをデータカウンタ44に出力するようになっている。更に、電圧監視回路42は、バス3の電圧レベルがVLPを維持している間はアップダウンカウンタ45に出力するU/D切替え信号をハイレベルにする。そして、マスタ11がPower Phaseにおけるバス3のドライブを停止することで、上記電圧レベルがVLPから所定値だけ低下すると、U/D切替え信号をハイからロウに変化させる。
The
アップダウンカウンタ45は、データカウンタ44により与えられるカウントイネーブル信号(CE2)がアクティブである場合に、クロック回路46により出力されるカウントクロック信号に基づきカウント動作を行なう。そして、上記U/D切替え信号がハイレベルの期間はアップカウント動作を行ない、U/D切替え信号がロウレベルの期間はダウンカウント動作を行なうようになっている。また、U/D切替え信号は、通信ドライバ/レシーバ47にも与えられている。
The up / down
CPU43は、通信ドライバ/レシーバ47を介してバス3をドライブすることでマスタ11にデータを送信すると共に、マスタ11より送信されたデータを通信ドライバ/レシーバ47を介して受信する。尚、マスタ11がPower Phaseにおいて送信した電力は、図示しない電源回路において平滑され、スレーブ41の各部に動作用電源として供給されるようになっている。
また、CPU43は、通信ドライバ/レシーバ47を介してマスタ1がバス3上にSOFを送信したことを検出すると、データカウンタ44に与えるカウントイネーブル信号(CE1)をアクティブにするようになっている。すると、データカウンタ44は、電圧監視回路42により与えられるパルスのカウント、即ち、SOFの出力時点からバス3上で送信されたデータ数のカウントを開始する。そして、そのカウント値が、スレーブ11のデータ送信期間の開始に相当する値になると、アップダウンカウンタ45に与えるカウントイネーブル信号(CE2)をアクティブにするようになっている。
The
Further, when the
通信ドライバ/レシーバ47は、イネーブル信号CE2がアクティブになると共に、U/D切替え信号がハイからロウに変化すると、CPU43により与えられた送信データに応じてバス3のドライブを開始する。但し、データ「0」を送信する場合には、前述したようにバス3をドライブしない。
図7は、通信ドライバ/レシーバ47の内部において、バス3をレベルVL1又はVLS0にドライブするための構成部分を示すものである。バス3(+)と電源V3との間には、複数のNMOSトランジスタ48a,48b,・・・,48nが並列接続されている。そして、それらのトランジスタ48のゲートには、選択回路49を介してゲート信号が与えられるようになっている。
When the enable signal CE2 becomes active and the U / D switching signal changes from high to low, the communication driver /
FIG. 7 shows components for driving the
選択回路49は、マスタ11側の選択回路30,31と同様に、CPU43より与えられるドライブ指令に応じてMOSトランジスタ48を幾つONするかを選択するものである。その選択により、スレーブ41がバス3をレベルVL1,又はVLS0にドライブする際に、マスタ11側と同様にドライブレベルを変動させると共に、バス3に対する電流供給能力を変化させる。
Similar to the
次に、第1参考例の作用について図8も参照して説明する。図8は、マスタ11,スレーブ41がバス3をドライブする場合に、夫々がドライブレベル及び電流供給能力を変化させることによるバス3上の通信波形を示すものである。即ち、ドライブレベルVLP,VL0は、各ドライブ期間毎に変化すると共に、電流供給能力の変化によりレベル変化の立下り,立上りの傾きも変化するようになっている。また、立下り,立上りの傾きをより緩やかに変化させると、ドライブレベルの変化点における波形の急激な変化を緩和して丸めることができるため、高調波成分の発生が抑制される。
Next, the operation of the first reference example will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows communication waveforms on the
そして、実際には、上記ドライブ状態の変化は、図4に示した通信レートの微小変動と同時に行われるので、通信波形に応じて発生する周波数スペクトラムの分布状態は、単に通信レートを微小変動させる場合に比較してより拡がるようになる。従って、通信に伴って発生する不要輻射レベルは、特定の周波数に集中する状態がより緩和されるため、全体域で見た場合のレベルのピークを低下させることが可能となる。 In practice, the change in the drive state is performed simultaneously with the minute fluctuation of the communication rate shown in FIG. 4, so the distribution state of the frequency spectrum generated according to the communication waveform simply fluctuates the communication rate. Compared to the case, it becomes more widespread. Therefore, the unnecessary radiation level generated with the communication is more relaxed when concentrated on a specific frequency, so that the peak of the level when viewed in the whole area can be reduced.
ここで、SbWにおける各ドライブレベルは、例えば以下のような電圧値に設定されている。
VLP:12V,VL0:5V,VL1:3V,VLS0:0V
そして、各レベルについては、下限,上限の間で例えば0.5V〜1.4V程度の許容範囲が規定されている。従って、マスタ11並びにスレーブ41は、各レベルをドライブする場合は、上記の許容範囲内でレベルを変動させる。
Here, the drive levels in SbW are set to the following voltage values, for example.
VLP: 12V, VL0: 5V, VL1: 3V, VLS0: 0V
For each level, an allowable range of, for example, about 0.5 V to 1.4 V is defined between the lower limit and the upper limit. Therefore, when driving each level, the
以上のように第1参考例によれば、マスタ11は、通信中において通信周波数を微小変動させると共に、バス3のドライブレベルを許容範囲内で変化させるので、発生するノイズのピークレベルを更に抑制することができる。また、マスタ11は、バス3をドライブする場合の電流駆動能力を変化させてレベル遷移に要する時間も変化させるので、信号レベルが変化する場合の波形の傾きもダイナミックに変化させて信号の周波数帯域をより拡げることができ、発生するノイズのピークレベルを一層抑制することができる。更に、マスタ11は、通信周波数を循環パターンにより微小変動させるので、周波数を微小変動させるために必要な構成を簡単にすることができる。
加えて、スレーブ41も、通信中においてバス3をドライブする場合のドライブレベルを変化させると共に、電流駆動能力を変化させることでレベル遷移に要する時間を変化させるので、ノイズのピークレベルを抑制する効果をより向上させることができる。
As described above, according to the first reference example, the
In addition, the
(第2参考例)
図9乃至図11は第2参考例を示すものであり、第1参考例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第1参考例では、通信周波数を微小変動させる場合にデータ12ビット分を1周期として循環的に変動させたが、第2参考例では、マスタ側において、ビットデータのまとまりである通信フレームを単位として変動を管理する。
(Second reference example)
9 to 11 show a second reference example. The same reference numerals are given to the same parts as those in the first reference example, the description thereof is omitted, and different parts will be described below. In the first reference example, when the communication frequency is slightly changed, the data is cyclically changed with 12 bits as one cycle. However, in the second reference example, on the master side, a communication frame that is a group of bit data is unit. Manage the fluctuations as
先ず、その原理について図9を参照して説明する。図9(a),(b)に示すように、各通信フレームは複数のデータビットで構成されており、その通信フレームの送信時間については、通信プロトコルの仕様上、最初に設定された時間に対する変動許容値が設定されている。一例として、その変動許容値が±10%であるとすると、1つの通信フレームを構成する各ビットの送信期間(ビットレート)を変動させる場合、その変動の総和が上記許容値の±10%以内となるように設定する。 First, the principle will be described with reference to FIG. As shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), each communication frame is composed of a plurality of data bits, and the transmission time of the communication frame is relative to the initially set time according to the specifications of the communication protocol. The fluctuation tolerance is set. As an example, assuming that the variation tolerance is ± 10%, when the transmission period (bit rate) of each bit constituting one communication frame is varied, the total of the variations is within ± 10% of the above tolerance. Set to be.
即ち、例えば、1フレームのビット数が「10」である場合、その内の1ビットだけは送信期間を変動させず、5ビットは+10%に変動させ、4ビットを−10%に変動させれば、1フレームの変動量の総和は+10%となる。そして、第1参考例と同様に基本レートが80kbsの場合、図9(c)に示すように、そのレートを−10%変動させる場合には、100%ビット期間としてのレート決定用のカウンタにロードするデータを「110」にすれば良い。尚、図9(c)に示した「サンプリングポイント」は、SbW以外の、その他一般のシリアル通信について、1ビット期間の中央付近で受信側がビットデータをサンプリングすることを想定した場合のタイミングを示している。 That is, for example, when the number of bits in one frame is “10”, only one of the bits does not change the transmission period, 5 bits can be changed to + 10%, and 4 bits can be changed to −10%. For example, the sum of the fluctuation amounts of one frame is + 10%. As in the first reference example, when the basic rate is 80 kbps, as shown in FIG. 9C, when the rate is changed by −10%, the rate determination counter as a 100% bit period is used. The data to be loaded may be “110”. The “sampling point” shown in FIG. 9C indicates the timing when it is assumed that the receiving side samples bit data near the center of one bit period for other general serial communication other than SbW. ing.
図10は、上記のようにビットレートの変動制御を行う部分の構成を概略的に示すものである。変動制御部51は、フレーム幅制御部52,ビット数制御部53,ビットレート制御部54で構成されている。フレーム幅制御部52は、1通信フレームの幅、即ち、送信時間を決定するためのレジスタ52aを備えており、ビット数制御部53は、上記フレームを何ビット構成とするか設定するためのレジスタ53aと、1ビットデータの送信数をカウントするためのカウンタ53bと備えている。また、ビットレート制御部54は、上記フレームを構成する各ビットについて、通信レートを設定するためのレジスタ54aと、ビットレートをカウントするためのカウンタ54bとを備えている。
FIG. 10 schematically shows a configuration of a portion that performs bit rate fluctuation control as described above. The
即ち、ビットレート制御部54において、カウンタ54bによりカウントされるクロック数と、レジスタ54aに設定されたクロック数とが図示しないコンパレータにより比較され、両者が一致すると100%ビット期間が決まりビットクロックが生成され、そのビットクロックは、ビット数制御部53のカウンタ53bに与えられている。また、ビットレート制御部54では、各ビットのレジスタ54aのデータは、マルチプレクサなどにより切換えられて比較対象とされるようになっている。
That is, in the bit
ビット数制御部53では、カウンタ53bがビットクロックの出力数をカウントし、そのカウント値がレジスタ53aの設定値に一致すれば、1フレームの終了となる。
図11は、変動制御部51における処理手順を示すフローチャートであるが、ハードウエアによる処理内容も含めて示している。先ず、フレーム幅制御部52において1通信フレームの幅を仕様上の許容範囲内で設定すると(ステップS1)、ビット数制御部53のレジスタ53aに、1フレームで送信するビット数を設定する(ステップS2)。尚、ステップS2の処理は、ステップS1で設定されたフレーム幅と、基本レートとの関係に基づいて自動的に設定するようにしても良い。
In the bit
FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure in the
次に、ビットレート制御部54において、最初に送信するビットのレート(変動値を含む)をレジスタ54aに書き込んで設定し(ステップS3)、カウンタ54bのカウント値がレジスタ54aのデータ値に一致すれば(ステップS4:NO)ステップS5に移行する。そして、ビット数制御部53において、カウンタ53bのカウント値がレジスタ53aの設定値に一致しなければ(YES)ステップS3に戻り、次に送信するビットのレートデータをレジスタ54aに設定する。また、ステップS3の処理についても、ステップS1,S2で設定されたフレーム幅,ビット数と、基本レートとの関係に基づいて自動的に設定するようにしても良い。
Next, the bit
上記のようにしてステップS3〜S5の処理を繰り返し、ステップS5において、カウンタ53bのカウント値がレジスタ53aの設定値に一致すれば(NO)、1フレームの送信処理は終了となる。尚、データの電圧レベルを変動にさせる方式については、第1参考例と同様に行われる。
As described above, the processes of steps S3 to S5 are repeated. If the count value of the
以上のように第2参考例によれば、マスタは、送信データのまとまりである通信フレームについて送信時間の変動値を許容範囲内で決定すると、当該通信フレームを構成する1ビット期間の送信時間を、各変動値の総和が前記通信フレームの変動値以内となるように変動させるようにした。従って、1ビット期間について与える時間変動を、通信フレームを単位とする枠内でより多様化させることができるので、ノイズレベルのピークを一層低減させると共に、ノイズ成分の周波数をより分散させることができる。 As described above, according to the second reference example, when the master determines the variation value of the transmission time within a permissible range for the communication frame that is a group of transmission data, the master determines the transmission time of the 1-bit period constituting the communication frame. The total of the variation values is varied so as to be within the variation value of the communication frame. Accordingly, the time fluctuation given for one bit period can be more diversified within the frame in units of communication frames, so that the peak of the noise level can be further reduced and the frequency of the noise component can be more dispersed. .
(一実施例)
図12及び図13は本発明の一実施例を示すものである。本実施例は、本発明を、直流モータをPWM制御によって駆動する装置に適用する場合に、その駆動制御装置がPWMデューティについて与える変動量を、最適化して設定する方法を示すものである。図12には、例えば、車両に搭載される直流モータを駆動制御する装置を示す。車両のバッテリ61の正側,負側端子に接続されている電源線62(+),62(−)の間には、制御IC(駆動制御装置,デューティ変動手段)63が接続されていると共に、駆動回路64及びモータ(負荷)65の直列回路が接続されており、モータ65にはフライホイールダイオード66が並列に接続されている。
(Example)
12 and 13 show an embodiment of the present invention. In this embodiment, when the present invention is applied to a device that drives a DC motor by PWM control, a method of optimizing and setting the amount of fluctuation that the drive control device gives to the PWM duty is shown. FIG. 12 shows an apparatus for driving and controlling a DC motor mounted on a vehicle, for example. A control IC (drive control device, duty changing means) 63 is connected between power supply lines 62 (+) and 62 (−) connected to the positive and negative terminals of the
制御IC63は、外部のECU(Electronic Control Unit)67より与えられる制御信号を受けて、駆動回路64に駆動信号をPWM信号として出力し、モータ65の駆動を制御するようになっている。駆動回路64は、例えばパワーMOSFETのような駆動素子を含んで構成される。また、制御IC63は、上記PWM信号のデューティについて、ECU67より与えられる制御信号に応じて所定の指令値を決定すると、その指令値を、第1,第2参考例で示したような制御と同様に変動させる。
The
例えば、決定されたデューティ指令値が70%であったとすると、その指令値を、例えば±5%の範囲で変動させると共に(65%〜75%)、そのように変動させたPWM信号のデューティを一定期間について平均すると、指令値70%に一致するように変動させる。その結果、モータ65の駆動電力は、PWMデューティ70%に相当するものとなり、また、PWMデューティを70%で固定して出力した場合に、高調波成分により発生するノイズのピークを低減し、ノイズの周波数成分を分散させることができる。
For example, if the determined duty command value is 70%, the command value is varied within a range of, for example, ± 5% (65% to 75%), and the duty of the PWM signal thus varied is changed. When averaged over a certain period, it is varied so as to coincide with the command value of 70%. As a result, the driving power of the
図13は、上記のように構成される制御IC63について、PWM信号に与えるデューティの変動態様を製品毎に最適化するための方法を、概念的に示す。即ち、PWM信号に与えるデューティの変動態様を変化させると、それに応じてノイズの発生態様も変化する。そこで、所定の変動パターンを制御IC63に設定して製品に組み込み動作させ、実際にモータ65を駆動した場合に発生するノイズを測定し、その測定結果をパーソナルコンピュータ(PC)68に記憶させる。
FIG. 13 conceptually shows a method for optimizing the variation mode of the duty given to the PWM signal for each product for the
上記変動パターンを様々に替えて測定結果を順次PC68に記憶させることで、周波数分散値データベース(測定結果記憶手段)69を形成する。そして、データベース69を参照すれば、製品毎の使用条件,状況,環境や負荷の種類、制御IC63の製造ばらつき、製品について抑制が要求されるノイズのレベルや周波数成分に応じて、どのような変動パターンがノイズの抑制に最適であるのかが分かるようになる。
従って、制御IC63を出荷する前の段階で、製品に応じてどのようにPWMデューティを変動させるパターンが最適であるのかを見極めて、制御IC63の内部レジスタ63Rに書き込んで設定する。すると、制御IC63は、内部レジスタ63Rに設定された変動パターンに応じて、PWMデューティを変動させる。
A frequency dispersion value database (measurement result storage means) 69 is formed by sequentially storing measurement results in the
Therefore, before shipping the
以上のように本実施例によれば、制御IC63が、駆動回路64に出力するPWM信号のデューティを、指令値を中心に、所定期間内における平均が前記指令値に一致するように微小変動させる場合、PC68のデータベース69に、実際にPWM信号を駆動回路64に与えることで発生したノイズ成分のレベル測定結果を反映したデータを、そのデューティの変動態様と共に記憶する。そして、データベース69に記憶されているデータを参照して、与えられた動作環境や動作条件等に応じて抑圧対象となる周波数帯のノイズレベルを低減するように、制御IC63によるPWMデューティの変動態様を決定する。従って、各製品に応じて、抑圧すべき周波数帯のノイズレベルを低減するようにデューティの変動態様を最適化することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
通信周波数を微小変動させる範囲については、基準となる周波数を±数%〜十数%程度の範囲で任意に設定すれば良い。また、周波数の変動は循環パターンに限ることなく、ランダムなパターンで変動させても良い。
マスタ11においては、レベルVLPのみを変動させても良い。
スレーブ41においては、レベルVL0,VL1,VLS0の何れか1つのレベルだけを変動させても良い。
ドライブレベルを変動させる構成、又は電流駆動能力を変化させる構成はマスタ,スレーブの何れか一方だけに設けても良い。また、ドライブレベルと電流駆動能力との何れか一方だけを変化させても良い。
The present invention is not limited to the embodiments described above or shown in the drawings, and the following modifications are possible.
As for the range in which the communication frequency is minutely changed, the reference frequency may be arbitrarily set within a range of about ± several% to several tens%. Further, the frequency variation is not limited to the circulation pattern, and may be varied in a random pattern.
In the
In the
The configuration for changing the drive level or the configuration for changing the current driving capability may be provided in only one of the master and the slave. Further, only one of the drive level and the current drive capability may be changed.
ドライブレベルの遷移に伴う波形の立上り,立下りの傾きを変化させるには、ドライブ時間を変化させても良い。即ち、実際にバスをドライブする時間をより短くして、残りの期間はドライブを停止してハイインピーダンス状態にしても良い。
第2参考例において、各ビットレートを変動させる場合に、変動量の絶対値をビット毎に変化させても良い。また、それらの変動量の総和は、フレームについて設定した許容範囲より小さくなっても良い。また、フレームについての変動値も、仕様上の最大許容値より小さく設定しても良い。
SbWに限ることなく、マスタと複数のスレーブとの間で非同期通信を行うもので、マスタがバスに電源を供給する期間と、マスタ又はスレーブがバスをドライブして1ビットのデータを当該バス上に出力する期間とを併せた期間の連続で通信を行うプロトコルを採用するシステムであれば適用が可能である。
In order to change the rising and falling slopes of the waveform accompanying the drive level transition, the drive time may be changed. That is, the time for actually driving the bus may be shortened, and the drive may be stopped for the remaining period to enter a high impedance state.
In the second reference example, when changing each bit rate, the absolute value of the fluctuation amount may be changed for each bit. Further, the total sum of these fluctuation amounts may be smaller than the allowable range set for the frame. Also, the variation value for the frame may be set smaller than the maximum allowable value in the specification.
Asynchronous communication is performed between the master and a plurality of slaves, not limited to SbW. The master supplies power to the bus, and the master or slave drives the bus to transfer 1-bit data on the bus. The present invention can be applied to any system that employs a protocol that performs communication for a continuous period including a period for outputting data to the network.
図面中、3はバス、11はマスタ(通信装置)、13は電圧ドライバ、14は周波数分散機能部、23は駆動電圧/電流調整部、41はスレーブ(通信装置)、63は制御IC(駆動制御装置,デューティ変動手段)、64は駆動回路、65は直流モータ(負荷)、69は周波数分散値データベース(測定結果記憶手段)を示す。 In the drawing, 3 is a bus, 11 is a master (communication device), 13 is a voltage driver, 14 is a frequency dispersion function unit, 23 is a drive voltage / current adjustment unit, 41 is a slave (communication device), and 63 is a control IC (drive). 64, a drive circuit, 65 a DC motor (load), and 69 a frequency dispersion value database (measurement result storage means).
Claims (1)
前記駆動制御装置が、前記駆動回路に前記PWM信号を出力することで発生したノイズ成分のレベル測定結果を反映したデータを、前記デューティ変動手段によるデューティの変動態様と共に測定結果記憶手段に記憶させ、
この測定結果記憶手段に記憶されているデータを参照することで、与えられた動作環境または動作条件に応じて抑圧対象となる周波数帯のノイズレベルを低減するように、前記デューティ変動手段によって付与される前記デューティの変動態様を決定することを特徴とするPWM制御のデューティ決定方法。 The load is controlled by outputting a PWM (Pulse Width Modulation) signal to the drive circuit, and the duty of the PWM signal is averaged over a predetermined period centered on the duty command value determined for the PWM signal. In a method for setting a variation mode of the duty with respect to a drive control device including a duty variation unit that minutely varies so as to coincide with the command value,
The drive control device stores the data reflecting the level measurement result of the noise component generated by outputting the PWM signal to the drive circuit together with the duty variation mode by the duty variation unit in the measurement result storage unit,
By referring to the data stored in the measurement result storage means, it is given by the duty fluctuation means so as to reduce the noise level of the frequency band to be suppressed according to the given operating environment or operating condition. A duty determination method for PWM control, characterized by determining a variation mode of the duty.
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