JPH07225623A - 負荷制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷電流を、高精度に所望とする値に保持す
る。 【構成】 電流検出回路２における負荷電流の検出結果
に応答して制御部６から出力される制御信号によって、
トランジスタ４が導通／遮断駆動されることによって負
荷電流を制御する負荷制御装置１において、前記制御部
６で負荷５への通電の遮断が検出されると、その検出結
果が遅延部７によって予め定める時間だけ遅延されてス
トア部８へトリガ信号として出力されて、ストア部８は
その時点での負荷電流の検出結果をオフセット値として
ストアする。そして、次回の負荷制御時には、制御部６
は電流検出回路２での負荷電流の検出結果を前記オフセ
ット値で補正した値に応答して前記制御信号を出力す
る。したがって、前記電流検出回路２の通電に伴う電流
検出抵抗の抵抗値の上昇などに起因する負荷電流の検出
誤差が解消されて、負荷電流を高精度に所望とする値に
保持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の燃料ポンプや
スロットル弁を駆動するためのステッパモータなどの定
電流型の負荷を制御するための負荷制御方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ある定格電流を与えたときに
所望のトルクを発生するような、いわゆる定電流型の負
荷には、該負荷に関連して、負荷電流を検出するための
電流検出回路が設けられている。制御回路は、前記電流
検出回路の検出結果に応答して、前記負荷電流が所望と
する値となるように、パワートランジスタなどで実現さ
れる駆動素子の通電タイミングを制御することによっ
て、前記負荷の定電流制御を行っている。このような定
電流型の負荷の負荷電流を制御するための典型的な負荷
制御装置が、特開平５−４９２５２に開示されている。

【０００３】図１０は、その従来技術の負荷制御装置３
１の回路図である。負荷制御装置３１は、大略的に、ト
ランスＴ、電界効果トランジスタ（以降「ＦＥＴ」と略
称する）Ｑ、検知抵抗Ｒ、中央演算処理回路（以降「Ｃ
ＰＵ」と略称する）３２、パルス幅変調器（以降「ＰＷ
Ｍ」と略称する）３３などを含んで構成される。

【０００４】前記トランスＴは、一次コイルαと二次コ
イルβとを含んで構成され、一次コイルαには、前記Ｆ
ＥＴＱが該一次コイルαに対して直列に介在されてい
る。前記一次コイルαおよびＦＥＴＱの直列回路には直
流電圧が印加されており、ＰＷＭ３３から与えられる制
御信号に応答して前記ＦＥＴＱが導通／遮断駆動される
ことによって、二次コイルβに前記制御信号のデューテ
ィに対応した交流電圧が誘起される。

【０００５】このようにして二次コイルβで誘起された
交流電圧が、ダイオードＤやコンデンサＣによって整流
・平滑化された後、得られた電流が前記負荷へ供給され
る。

【０００６】検知抵抗Ｒは、負荷電流検出用の抵抗であ
り、前記負荷電流をその端子間電圧に変換する。前記端
子間電圧は、増幅器３４によって増幅された後、アナロ
グ／デジタル（以降「Ａ／Ｄ」と略称する）変換器３５
および比較器３６へ出力される。前記Ａ／Ｄ変換器３５
からの出力は、マイクロコンピュータなどで実現される
ＣＰＵ３２において、予め定める設定値と比較される。
この比較結果に基づいて、ＣＰＵ３２は、前記負荷電流
が設定値となるように制御信号のデューティを設定す
る。このようにして、負荷の定電流制御が行われてい
る。

【０００７】また、比較器３６は、前記増幅器３４の出
力と予め定める設定値との比較を行い、その結果を比較
データとしてＰＷＭ３３へ出力する。ＰＷＭ３３は、前
記比較データに応答して補正値を設定し、この補正値に
よって前記ＣＰＵ３２からの制御信号の補正を行い、改
めて生成された制御信号をＦＥＴＱへ出力する。このよ
うにして、検出誤差の補正を行っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の負荷制御装置３
１では、負荷電流値の検出結果をそのまま用いて補正を
行っているので、該負荷制御装置３１の構成素子の温度
の上昇や、電源電圧の変動などに伴う負荷素子の特性変
化に対応することができない。

【０００９】本発明の目的は、定電流型の負荷への負荷
電流を、高精度に所望とする値に保持することができる
負荷制御方法および装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、負荷電流を検
出し、その検出結果に応答して、前記負荷電流が所望と
する値となるように制御するための方法において、負荷
への通電を遮断してから予め定める時間経過後の前記検
出結果をオフセット値としてストアしておき、次回の負
荷制御時に、負荷電流の検出結果を前記オフセット値で
補正した値に応答して負荷電流を制御することを特徴と
する負荷制御方法である。

【００１１】また本発明は、前記予め定める時間を、負
荷への通電を遮断する直前の負荷電流の検出結果に基づ
いて決定することを特徴とする。

【００１２】さらにまた本発明は、前記予め定める時間
を、負荷への通電を遮断した後、負荷電流の検出結果の
変化率が予め定める値以下となった時点までの時間とす
ることを特徴とする。

【００１３】また本発明は、負荷への電流経路に介在さ
れる検出手段と、前記検出手段の検出結果に応答して制
御信号を出力する制御手段と、前記電流経路に直列に介
在され、前記制御信号に応答して前記負荷電流を制御す
る制御素子とを備える負荷制御装置において、前記制御
信号が入力され、負荷への通電が遮断されたことを検出
する通電検出手段と、前記通電検出手段の検出結果を予
め定める時間だけ遅延して出力する遅延手段と、遅延手
段の出力に応答して、前記検出手段の検出結果をオフセ
ット値としてストアするストア手段とを含み、前記制御
手段は、検出手段の検出結果を前記オフセット値で補正
した値に応答して前記制御信号を出力することを特徴と
する負荷制御装置である。

【００１４】

【作用】本発明に従えば、負荷への電流経路に介在され
る検出手段の検出結果に応答して、制御手段の出力する
制御信号が、たとえばトランジスタなどで実現される制
御素子を導通／遮断駆動することによって、前記負荷電
流が所望とする値となるように制御する負荷制御装置に
おいて、通電検出手段と遅延手段とストア手段とを設け
る。

【００１５】前記制御信号が入力される通電検出手段に
よって負荷への通電の遮断が検出されると、遅延手段は
前記通電検出手段の検出結果を予め定める時間だけ遅延
してストア手段へ出力し、ストア手段は、前記遅延手段
の出力に応答して前記検出結果をオフセット値としてス
トアする。そして、次回の負荷制御時に、前記制御手段
は、検出手段での負荷電流の検出結果を前記オフセット
値で補正した値に応答して前記制御信号を出力する。

【００１６】これによって、通電による温度上昇に伴う
たとえば電流検出回路の特性変化や前記制御素子がトラ
ンジスタで実現される場合のベース・エミッタ間の抵抗
値の変動および電源電圧の変動などに起因する負荷電流
の検出誤差が解消されるので、負荷電流を高精度に所望
とする値に保持することができる。

【００１７】また好ましくは、前記予め定める時間は、
負荷への通電を遮断する直前の負荷電流の検出結果に基
づいて決定され、または、負荷への通電を遮断した後、
負荷電流の検出結果の変化率が予め定める値以下となっ
た時点までの時間とする。

【００１８】したがって、負荷への通電を遮断してか
ら、負荷電流を検出するまでの時間をむやみに長く設定
する必要がなくなる。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例の負荷制御装置
１の機能ブロックである。負荷制御装置１は、大略的
に、電流検出回路２と、マイクロコンピュータなどで実
現される制御回路３と、制御素子であるトランジスタ４
とを含んで構成されており、負荷５を駆動するための負
荷電流を制御するための装置である。負荷制御装置１は
車載用として用いられ、負荷５は、たとえば燃料ポンプ
やトラクションコントロールシステムにおけるサブスロ
ットル駆動用のステッパモータなどの、いわゆる定電流
型の負荷、すなわち、ある定格電流が供給されると、所
定のトルクを発生するような負荷である。

【００２０】前記電流検出回路２は、たとえばカレント
ミラー回路で実現され、前記負荷５へ供給されている負
荷電流値を検出して、制御部６へその検出結果に対応し
た出力電圧を導出する。制御部６は、前記出力電圧に応
答して、前記トランジスタ４のベース電流を引張り込ん
で、該トランジスタ４を導通／遮断駆動することによっ
て、前記負荷電流が所望とする値となるようにデューテ
ィ制御する。トランジスタ４の導通時には、負荷５が定
トルクで駆動される。

【００２１】前記制御回路３は、通電検出機能を有する
制御部６と、遅延部７と、ストア部８とを含んで構成さ
れる。前記トランジスタ４を導通状態から遮断状態に切
換えると、制御部６は、遅延部７へ電圧の遮断を示すト
リガ信号を出力する。遅延部７は、前記トリガ信号を予
め定める時間Ｗ１、たとえば２００μｓ間遅延した後、
ストア部８へ出力する。これに応答してストア部８は、
電流検出回路２の出力電圧を読込み、その出力電圧をオ
フセット値としてストアする。このオフセット値は、制
御部６へ与えられて、次回の負荷制御時に負荷電流の検
出結果の補正に用いられる。

【００２２】図２は、前記電流検出回路２の具体的構成
を示す回路図である。電流検出回路２は、いわゆるカレ
ントミラー回路であり、一対のトランジスタＱ１，Ｑ２
と、増幅抵抗Ｒ１，Ｒ２と、定電流源１１とを備えて構
成される。一方のトランジスタＱ１は、定電流源１１を
介して検知抵抗Ｒ３の一端側の端子Ｐ１から電流を引張
り込み、他方のトランジスタＱ２は、前記増幅抵抗Ｒ
１，Ｒ２を介して、検知抵抗Ｒ３の他方側の端子Ｐ２か
ら電流を引張り込む。一対のトランジスタＱ１，Ｑ２は
カレントミラー回路を構成しているので、トランジスタ
Ｑ１とトランジスタＱ２とに供給される電流値はそれぞ
れ等しい。

【００２３】このように構成される電流検出回路２へ負
荷電流が供給されると検知抵抗Ｒ３の両端子Ｐ１，Ｐ２
間の電圧Ｖ０は、Ｒ２／Ｒ１倍に増幅されて、出力端子
Ｐ３から出力電圧ＶＯＵＴとして導出される。この出力
電圧ＶＯＵＴは、以下に示す式で表される。

【００２４】 Ｖ０ × Ｒ２／Ｒ１＝ ＶＯＵＴ …（１） 制御回路３は、出力端子Ｐ３から入力された前記出力電
圧ＶＯＵＴを、前記制御回路３に内蔵される図示しない
アナログ／デジタル変換器でデジタル値に変換した後、
前記トランジスタ４への制御信号のデューティを決定し
て、負荷の定電流制御を行っている。

【００２５】上述のように構成された負荷制御装置１に
おいて、通電による温度上昇に伴う前記検知抵抗Ｒ３を
始めとする電流検出回路２の特性変化およびトランジス
タ４のベース・エミッタ間の抵抗値の変化などに起因し
て、前記負荷電流に検出誤差が生じる。このような電流
検出回路２の温度特性を図３に示す。横軸に負荷電流
Ｉ、縦軸に出力電圧Ｖをとり、環境温度が２５℃および
８０℃の場合に、負荷電流Ｉを変化させたときの出力電
圧Ｖの値を、それぞれラインＬ１およびラインＬ２に示
す。

【００２６】たとえば、負荷５に負荷電流Ｉ１が供給さ
れているとき、電流検出回路２は、環境温度が２５℃の
場合には出力電圧Ｖ１を導出し、環境温度が８０℃の場
合には出力電圧Ｖ２を導出する。すなわち、負荷５に同
じ大きさの負荷電流が供給されていても、出力電圧は、
環境温度が８０℃の場合の方が、２５℃の場合よりもΔ
Ｖ＝Ｖ２−Ｖ１だけ大きく出力されるので、制御回路３
は、同じ出力電圧Ｖ２が導出されるときの負荷電流値Ｉ
２とＩ１との差ΔＩを、前記オフセット値としてストア
部８にストアする。

【００２７】図４は、前記負荷電流が０に収束する様子
を示すグラフである。横軸に時刻ｔ、縦軸に負荷電流Ｉ
をとる。負荷５に負荷電流Ｉｍａｘが供給されている状
態において、時刻ｔ１で通電を遮断すると、負荷５の寄
生容量や、負荷５のインダクタンス成分などの影響によ
って負荷電流は徐々に０に収束してゆき、時刻ｔ２で電
流値が０となる。したがって、前記差ΔＩのストアタイ
ミングが、通電遮断後の収束時間、すなわちｔ２−ｔ１
よりも長くなるように、前記遅延部７における時間Ｗ１
は選ばれる。

【００２８】図５は、負荷電流値を所望の値とするため
の制御回路３による負荷制御動作を示すフローチャート
である。ステップｓ１では、制御部６は、目標とする制
御信号のデューティを決定し、ステップｓ２では、トラ
ンジスタ４へ制御信号を供給して該トランジスタ４を導
通し、負荷５への通電を開始する。ステップｓ３では、
負荷５への通電状態での電流検出回路２の検出結果を読
込み、ステップｓ４では、制御部６は、前記負荷５へ実
際に供給されている負荷電流値を、（読込み値）−（補
正値）の式に基づいて演算する。なお補正値は、前回の
負荷制御時にストアされている前記オフセット値であ
る。

【００２９】ステップｓ５では、負荷電流値と目標値と
の大小の比較を行い、その結果、負荷電流値が目標値未
満である場合にはステップｓ２に戻り、制御信号のオン
デューティ期間を継続して、負荷電流を目標値に近づけ
る制御を行う。一方、負荷電流値が目標値以上である場
合には、ステップｓ６に進み、制御部６からトランジス
タ４への通電を停止する。

【００３０】ステップｓ７では、制御信号の供給停止直
後の電流検出回路２の負荷電流値を読込み、ステップｓ
８に進み、前記負荷電流値を（読込み値）−（補正値）
の式に基づいて演算する。

【００３１】ステップｓ９では、制御部６は、前記負荷
電流値と目標値との大小の比較を行い、その結果、負荷
電流値が目標値未満である場合には、ステップｓ２に戻
って通電を再開し、負荷電流値を目標値に近づける制御
を行う。一方、ステップｓ９で負荷電流値が目標値以上
である場合にはステップｓ１０に進み、負荷５への通電
制御を終了するか否かが判断される。

【００３２】ステップｓ１０で、通電を継続する場合に
は、ステップｓ６に戻って通電を停止したままとする。
一方、ステップｓ１０において負荷５への通電制御を終
了する場合には、ステップｓ１１に進み、遅延部７は、
制御部６から与えられたトリガ信号を、前記時間Ｗ１だ
け遅延してストア部８へ出力する。ステップｓ１２で
は、ストア部８はその時点での電流検出回路２の検出結
果を読込んだ後、ステップｓ１３に進み、前記検出結果
をオフセット値としてストアする。

【００３３】このように本実施例では、負荷５への通電
を遮断してから予め定める時間Ｗ１経過後の前記電流検
出回路２での負荷電流の検出結果をオフセット値として
ストア部８にストアしておき、次回の負荷制御時に、負
荷電流は、その検出結果を前記オフセット値で補正した
値に基づいて制御されるので、前述の理由によって発生
する検出誤差が解消された高精度な定電流制御を行うこ
とができる。

【００３４】本発明の第２実施例は、上述の第１実施例
の構成に加えて、たとえば前記負荷５が４相モータであ
り、各相へ供給する負荷電流の割合を変化させて、ロー
タの位置を、たとえば１６段階に保持することによっ
て、スロットル弁開度を制御するような構成を想定す
る。

【００３５】図６に、前記ロータの位置を変化するため
に必要な定格負荷電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３（Ｉ１＜Ｉ２＜
Ｉ３）と、それらの供給を停止してから負荷電流０に収
束するまでの様子とを示す。横軸に時刻Ｔ、縦軸に負荷
電流Ｉをとる。ある時刻Ｔ０で負荷電流を遮断すると、
前記電流Ｉ１は時刻Ｔ１で、電流Ｉ２は時刻Ｔ２で、電
流Ｉ３は時刻Ｔ３で、それぞれ０に収束する。なお、Ｔ
１＜Ｔ２＜Ｔ３であるので、負荷電流値が大きいほど収
束時間が長くなることが理解される。

【００３６】図７は、上述の第２実施例の負荷制御動作
を示すフローチャートである。このフローチャートは、
前記図５に示す実施例と類似しているので、同一のステ
ップには同一の参照符号を用いる。本実施例では、前記
ステップｓ１０で、負荷５への通電の終了が検出される
と、次のステップｓ１０ａにおいて、通電を遮断する直
前の負荷電流値を読込み、ステップｓ１０ｂに進み、そ
の負荷電流値から前記図６で示されるグラフに基づいて
遅延時間Ｗ１を決定する。

【００３７】このように本実施例では、負荷５への通電
を遮断してからオフセット値を検出するまでの遅延時間
Ｗ１は、通電遮断直前の負荷電流値に対応して設定され
るので、前記遅延時間Ｗ１をむやみに長く設定する必要
がなくなる。

【００３８】本発明の第３実施例は、前記遅延時間Ｗ１
が、負荷５への通電が遮断された後、前記負荷電流の検
出結果の変化率が予め定める値未満となった時点までの
時間であることを特徴としている。横軸に時刻Ｔ、縦軸
に電流検出回路２の出力電圧Ｖをとり、負荷５への通電
終了後の前記出力電圧Ｖが変化する様子を図８に示す。

【００３９】ラインＬ７で示される前記出力電圧Ｖは、
負荷５への通電が終了すると徐々に０に収束してゆく。
時刻Ｔ７での出力電圧をＶ３、前記時刻Ｔ７から、たと
えば前記制御回路３の演算周期ΔＴ後の時刻Ｔ８での出
力電圧をＴ４とする。このとき、前記演算周期ΔＴ間で
の出力電圧の変化量ΔＶ＝Ｖ３−Ｖ４が、予め定める閾
値Ｖｔｈ、たとえば５０ｍＶ未満となった時点で、スト
ア部８は、負荷電流の検出結果をオフセット値としてス
トアする。

【００４０】図９は、上述の第３実施例の負荷制御動作
を示すフローチャートである。このフローチャートは、
前記図５に示す実施例と類似しているので、同一のステ
ップには同一の参照符号を用いる。前記ステップｓ１０
で、負荷５への通電を終了するとステップｓ１２へ進
み、前記制御部６が前記電流検出回路２の検出結果に対
応した出力電圧値を読込み、ステップｓ１２ａで、前回
の出力電圧値Ｖｏと今回の出力電圧値Ｖｉとの変化量Δ
Ｖが前記閾値Ｖｔｈ未満であるか否かが判断される。

【００４１】変化量ΔＶが閾値Ｖｔｈ以上である場合に
は、ステップｓ１２ｂに進み、電圧値ＶｏをＶｉに更新
した後、ステップｓ１２に戻り、こうしてΔＶ＜Ｖｔｈ
となるまで、制御部６は前記出力電圧値Ｖｉを読込む。
ステップｓ１２ａで一方、ΔＶが前記閾値Ｖｔｈ未満と
なった場合には、前記出力電圧が収束したものと判断
し、ステップｓ１４に進み、今回の検出結果をストア部
８にオフセット値としてストアする。

【００４２】したがって、本実施例においても、遅延時
間Ｗ１をむやみに長く設定しなくてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、負荷への
通電を遮断してから予め定める時間経過後の負荷電流の
検出結果がオフセット値としてストアされ、次回の負荷
制御時には、負荷電流の検出結果が前記オフセット値で
補正されるので、たとえば、通電によって生じる検出手
段の抵抗値の上昇、制御素子がトランジスタである場合
のベース・エミッタ間の抵抗値の変動、および負荷を構
成する負荷素子の抵抗値の変動ならびに電源電圧の変動
などに起因する検出誤差が解消されて、より高精度に負
荷電流を所望とする値に制御することができる。

【００４４】また好ましくは、前記予め定める時間は、
負荷への通電を遮断する直前の負荷電流の検出結果に基
づいて決定され、または、負荷への通電を遮断した後、
前記検出結果の変化率が予め定める値以下となった時点
までの時間に選ばれるので、負荷への通電を遮断してか
ら負荷電流値が検出されるまでの時間を予想して適正に
設定することが可能となり、前記予め定める時間をむや
みに長く設定する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の負荷制御装置１の機能ブ
ロック図である。

【図２】電流検出回路２の具体的構成を示す回路図であ
る。

【図３】前記電流検出回路２の温度特性を示すグラフで
ある。

【図４】負荷電流が０に収束する様子を示すグラフであ
る。

【図５】負荷電流値を所望の値とするための、制御回路
３による負荷制御動作を示すフローチャートである。

【図６】本発明の第２実施例における定格負荷電流と、
その収束の様子とを示すグラフである。

【図７】本発明の第２実施例の負荷制御動作を示すフロ
ーチャートである。

【図８】本発明の第３実施例の考え方を説明するための
グラフである。

【図９】本発明の第３実施例の負荷制御動作を示すフロ
ーチャートである。

【図１０】典型的な従来技術の負荷制御装置３１の回路
図である。

【符号の説明】

１ 負荷制御装置 ２ 電流検出回路 ３ 制御回路 ４ トランジスタ ５ 負荷 ６ 制御部 ７ 遅延部 ８ ストア部 １１ 定電流源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷電流を検出し、その検出結果に応答
   して、前記負荷電流が所望とする値となるように制御す
   るための方法において、 負荷への通電を遮断してから予め定める時間経過後の前
   記検出結果をオフセット値としてストアしておき、 次回の負荷制御時に、負荷電流の検出結果を前記オフセ
   ット値で補正した値に応答して負荷電流を制御すること
   を特徴とする負荷制御方法。
2. 【請求項２】 前記予め定める時間を、負荷への通電を
   遮断する直前の負荷電流の検出結果に基づいて決定する
   ことを特徴とする請求項１記載の負荷制御方法。
3. 【請求項３】 前記予め定める時間を、負荷への通電を
   遮断した後、負荷電流の検出結果の変化率が予め定める
   値以下となった時点までの時間とすることを特徴とする
   請求項１記載の負荷制御方法。
4. 【請求項４】 負荷への電流経路に介在される検出手段
   と、前記検出手段の検出結果に応答して制御信号を出力
   する制御手段と、前記電流経路に直列に介在され、前記
   制御信号に応答して前記負荷電流を制御する制御素子と
   を備える負荷制御装置において、 前記制御信号が入力され、負荷への通電が遮断されたこ
   とを検出する通電検出手段と、 前記通電検出手段の検出結果を予め定める時間だけ遅延
   して出力する遅延手段と、 遅延手段の出力に応答して、前記検出手段の検出結果を
   オフセット値としてストアするストア手段とを含み、 前記制御手段は、検出手段の検出結果を前記オフセット
   値で補正した値に応答して前記制御信号を出力すること
   を特徴とする負荷制御装置。