JPH09204231A

JPH09204231A - 自動車用電力制御回路

Info

Publication number: JPH09204231A
Application number: JP8010784A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Mizuno; 史章水野
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd; Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd; Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】低廉かつコンパクトな構成で、ＰＷＭ制御に
よる良好な電力制御をしながら、ノイズを抑制する。【解決手段】電源と負荷１０との間にＦＥＴ１２を設
けるとともに、所定デューティ比をもつパルス信号を作
成して上記ＦＥＴ１２のゲートへ出力するゲート信号作
成手段１４を備える。さらに、このゲート信号作成手段
１４から上記ゲートへ至るまでの回路中にコンデンサ１
８を接続し、このコンデンサ１８の作用によってゲート
電圧の時間変化率を低下させ、ＦＥＴ１２のソース−ド
レイン間を流れる電流の増減を緩やかにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車における電
源と負荷との間に設けられ、パルス幅変調（Pulse Widt
h Modulation；以下、ＰＷＭと称する。）によって、上
記電源から負荷に供給される電力を制御する自動車用電
力制御回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車に搭載されるランプの調光
やモータ回転数の調節を行う手段として、これらのラン
プやモータすなわち負荷とその電源との間に可変抵抗を
設け、その抵抗値を変化させるといった手段が一般に知
られている。しかし、この手段では上記抵抗のエネルギ
ーロスが大きく、消費電力節減の大きな妨げとなるとと
もに、上記抵抗からの発熱によって他の回路素子等に悪
影響を与えるおそれもある。

【０００３】そこで、このような抵抗値の制御に代わる
手段として、ＰＷＭ制御が脚光を浴びている。このＰＷ
Ｍ制御を行うための回路の一例を図５に示す。図におい
て、電源（＋ＢＶのバッテリー）と負荷１０との間に電
界効果トランジスタ（FieldEffect Transistor；以下、
ＦＥＴと称する。）１２が設けられている。図例では、
ＦＥＴ１２としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられて
おり、そのソース及びゲートに上記バッテリーが接続さ
れ、ドレインに負荷１０が接続されるとともに、上記ゲ
ートとバッテリーとの間にゲート信号作成手段１４が設
けられている。このゲート信号作成手段１４は、発振器
等からなり、上記バッテリーからＦＥＴのゲートに印加
される電圧を＋Ｂとそれよりも低い電圧との間でパルス
状に周期的に変化させる（すなわち設定周波数をもつパ
ルス信号をゲートに入力する）ように構成されている。

【０００４】この回路では、ゲート電圧がソース電圧よ
りも所定値以上低い場合にのみ、ＦＥＴ１２のソースと
ドレインとの間に電流が流れ、負荷１０に電力が供給さ
れる。従って、ゲート信号作成手段１４で作成されるパ
ルス信号のデューティ比を調節することにより、負荷１
０の通算通電時間を制御（換言すればバッテリーから負
荷１０に供給される電力量を制御）できる。

【０００５】このようなＰＷＭ制御を用いれば、可変抵
抗を用いる場合のように著しいエネルギーロスや発熱を
伴うことなく、車載のランプ調光やモータ回転数調節を
することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記図５に示した回路
の近くにラジオ等の電気機器を設けると、この機器にノ
イズが発生することが確認されている。その要因とし
て、回路内で発生する急激な電流の増減が挙げられる。

【０００７】すなわち、上記回路では、ゲートに略矩形
状の波形をもつパルス信号が入力されるため、これに対
応して、ソース−ドレイン間を通じて負荷１０に流れ込
む電流も急峻に増減し、この回路の近傍に配置された機
器に電磁誘導によってパルス状のノイズを引き起こすこ
ととなる。

【０００８】従来、このようなノイズ発生の対策とし
て、次のようなものが講じられている。

【０００９】回路が組付けられたプリント回路基板
の裏面にグランド層を設ける。

【００１０】電線の周囲に金属メッシュや半導電樹
脂層等からなる遮蔽層を設けたり、負荷から往来する電
線をツイストペアとしたりすることにより、電線からの
ノイズを抑制する。

【００１１】しかし、の手段では、基板上に組付けら
れた回路によって励起されるノイズは抑制できるもの
の、上記基板に電線が接続されている場合、この電線内
を流れる電流の急峻な増減に起因するノイズ発生を抑制
することはできない。

【００１２】これに対し、の手段では、上記電線から
のノイズを抑制できるが、上記遮蔽層の付設やツイスト
ペア電線の設置によって構造が複雑化、大型化する欠点
があり、特に、ワイヤーハーネスのように多種多様の電
線が組み合わされながら狭い空間に配線される部位への
適用は極めて困難である。また、システム全体のコスト
アップも免れ得ない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決すべくなされたものであり、自動車における電源と負
荷との間に設けられ、上記電源から負荷に供給される電
力を制御するための自動車用電力制御回路において、ソ
ース、ドレインのいずれか一方が上記電源に接続され、
他方が上記負荷に接続されるＦＥＴと、設定されたデュ
ーティ比をもつパルス信号を作成して上記ＦＥＴのゲー
トへ出力するゲート信号作成手段とを備えるとともに、
このゲート信号作成手段から上記ゲートに至る回路の途
中に、ゲート電圧の時間変化率を低下させるコンデンサ
を接続したものである。

【００１４】この回路によれば、上記ゲート信号作成手
段で急峻な電圧変化をもつパルス信号が作成されても、
このゲート信号作成手段とＦＥＴのゲートとの間に設け
られたコンデンサの作用により、ゲート電圧の時間変化
率が低減され、当該ゲート電圧は比較的緩やかに立ち上
がり、また立ち下がる。従って、このＦＥＴのソース−
ドレイン間を流れる電流も緩やかに増減し、当該電流の
急峻な増減に起因するノイズの発生が有効に抑制され
る。

【００１５】上記ゲート電圧の時間変化率は、上記ゲー
ト信号作成手段から上記ゲートに至るまでの回路の抵抗
Ｒ（Ω）と上記コンデンサの静電容量Ｃ（Ｆ）との積Ｒ
Ｃで決定される時定数に依存する。従って、この積ＲＣ
の設定により、ゲート電圧の変化特性を自由に調節する
ことができる。具体的に、上記のノイズ低減作用を十分
に得るには、上記の積ＲＣを１×１０^-7以上に設定する
ことが好ましい。ただし、この積ＲＣが過大であると、
ゲート電圧の変化が著しく遅くなり、良好なＰＷＭ制御
ができなくなるので、上記積ＲＣは１×１０^-5以下に設
定するのが好ましい。

【００１６】上記パルス信号の周波数は適宜設定すれば
よいが、この周波数が過度に低いと、負荷の作動状態が
円滑でなくなるため、この周波数は５０Ｈｚ以上とする
のが、より好ましい。

【００１７】上記ＦＥＴとしては、種々のものを用いる
ことができるが、安価でしかも比較的高い耐電圧性能を
もつＭＯＳＦＥＴが好適である。このＭＯＳＦＥＴをゲ
ート信号のオンオフに追従させて良好なＰＷＭ制御を実
現するには、上記パルス信号の周波数を５０００Ｈｚ以
下に設定すればよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
に基づいて説明する。

【００１９】同図において、電源（＋ＢＶのバッテリ
ー）と、アース接続された負荷１０との間に、ＦＥＴ１
２が設けられている。図例では、前記図５に示した回路
と同様、ＦＥＴ１２としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴが用
いられており、そのソース及びゲートに上記バッテリー
が接続され、ドレインに負荷１０が接続されるととも
に、上記ゲートとバッテリーとの間にゲート信号作成手
段１４が設けられている。このゲート信号作成手段１４
も、前記図１に示したものと同様、発振器等からなり、
上記バッテリーからＦＥＴ１２のゲートに印加される電
圧を＋Ｂとそれよりも低い電圧との間でパルス状に周期
的に変化させる（すなわち設定周波数をもつパルス信号
をゲートに入力する）ように構成されており、このパル
ス信号のデューティ比は、手動もしくは図略の制御装置
から入力される制御信号によって調節可能とされてい
る。

【００２０】なお、図１に描かれた抵抗１６は、ゲート
信号作成手段１４からＦＥＴ１２のゲートに至るまでの
抵抗成分を象徴するものであり、必ずしもゲート信号作
成手段１４と上記ゲートとの間に特別な抵抗器を組付け
ることを示唆するものではない。ただし、この部位に特
別な抵抗器を設けることは自由である。

【００２１】この回路の特徴として、バッテリーとＦＥ
Ｔ１２のゲートとの間に、上記ゲート信号作成手段１４
と並列にコンデンサ１８が配されている。すなわち、こ
のコンデンサ１８は、上記ゲート信号作成手段１４から
上記ゲートに至るまでの回路の途中に接続されている。

【００２２】次に、この回路の作用を説明する。ゲート
信号作成手段１４は、バッテリーからの電圧供給を受け
て、そのバッテリー電圧（＋ＢＶ）とそれよりも低い電
圧との間で周期的に変化する略矩形状のパルス信号であ
って、設定されたデューティ比をもつパルス信号を作成
し、ＦＥＴ１２のゲートに向けて出力する。一方、ＦＥ
Ｔ１２では、そのゲート電圧がソース電圧よりも所定値
以上低い場合にのみ、ＦＥＴ１２のソースとドレインと
の間に電流が流れ、負荷１０に電力が供給される。従っ
て、上記パルス信号のデューティ比によって負荷１０の
通算通電時間が決定され、バッテリーから負荷１０に供
給される電力量が制御される。

【００２３】ここで、前記図５に示した従来回路では、
ゲート信号作成手段１４で作成された略矩形状の波形を
もつパルス信号がそのままゲートに入力されるが、図１
に示した本発明の回路では、コンデンサ１８の作用によ
ってゲート電圧の時間変化率が低減され、ゲート電圧は
緩やかに立上り、また緩やかに立ち下がる。ソース−ド
レイン間においては、上記ゲート電圧が所定の閾値電圧
を超えると電流が流れ始めるが、上記ゲート電圧が上記
閾値電圧に近い状態ではソース−ドレイン間の導通抵抗
が高く、ゲート電圧と閾値電圧との差が大きくなるにつ
れて上記導通抵抗が低くなるので、上記のようにゲート
電圧の変化が緩やかになるのに伴って、ソース−ドレイ
ン間の電流の増減も緩やかになり、この電流の急峻な増
減に起因するノイズが効果的に抑制されることとなる。

【００２４】具体的に、ゲート信号作成手段１４で作成
されるパルス信号の最高電圧をＶｏとすると、実際にＦ
ＥＴ１２のゲートに入力される信号の立ち上がり当初の
電圧Ｖ及び立ち下がり当初の電圧Ｖは次の（ａ）（ｂ）
式でそれぞれ表される。

【００２５】

【数１】

【００２６】ここでｔは、（ａ）式においては立ち上が
り開始時点からの経過時間、（ｂ）式においては立ち下
がり開始時点からの経過時間を示す。τは時定数であ
り、この時定数τが大きいほど、時間変化率の低減作用
が著しくなる。この時定数τは、図１に示す抵抗１６の
抵抗値Ｒとコンデンサ１８の静電容量Ｃの積ＲＣにより
決定されるため、この積ＲＣの設定により所望の電圧変
化特性を自由に得ることができる。具体的には、上記抵
抗値Ｒの単位をΩ（オーム）、静電容量Ｃの単位をＦ
（ファラッド）とした場合、上記積ＲＣの値をＣを１×
１０^-7以上に設定することにより、十分なノイズ抑制効
果が得られることが確認されている。ただし、上記積Ｒ
Ｃが過度に大きいと、ゲート電圧の立ち上がり及び立ち
下がりが著しく遅れ、良好なＰＷＭ制御ができなくなる
ので、当該積ＲＣの値は１×１０^-5以下に抑えるのが望
ましい。

【００２７】ゲート信号作成手段１４で作成されるパル
ス信号の周波数については、自由に設定が可能である
が、負荷１０が車載用ランプやモータの場合、パルス周
波数が過度に低いとランプ光のちらつきが目につき、ま
たモータにより駆動される物体（ウインドガラス等）の
動きがぎこちなくなるので、本発明にかかる自動車用電
力制御回路では、上記周波数を５０Ｈｚ（より好ましく
は８０Ｈｚ）以上に設定することが好ましい。

【００２８】逆に、この周波数が過度に高いと、ゲート
信号の変化にＦＥＴ１２が追従できず、良好なＰＷＭ制
御ができなくなるおそれがあるが、上記周波数を５００
０Ｈｚ以下（より好ましくは１０００Ｈｚ以下）に設定
すれば、ＦＥＴ１２として比較的安価なＭＯＳＦＥＴを
用いても、ゲート信号の変化に十分追従でき、良好なＰ
ＷＭ制御を実現できる。

【００２９】なお、図１にはエンハンスメント形のＭＯ
ＳＦＥＴを示しているが、ディプレッション形のＭＯＳ
ＦＥＴを用いても同様の効果が得られることはいうまで
もない。

【００３０】第２の実施の形態を図２に示す。ここで
は、ＦＥＴ１２にｎチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられて
おり、そのドレインにバッテリーが接続され、ソースに
負荷１０が接続されている。ゲート信号作成手段１４は
チャージポンプ２０を介して負荷１０とアースとの間に
接続されており、上記チャージポンプ２０により、ＦＥ
Ｔ１２のソースとゲート信号作成手段１４の入力端との
間に安定した電圧差が確保される。そして、これらチャ
ージポンプ２０及びゲート信号作成手段１４と並列にコ
ンデンサ１８が配されている。

【００３１】このような回路においても、ゲート信号作
成手段１４で所定のデューティ比をもつパルス信号が作
成され、ＦＥＴ１２のゲートへ出力されることにより、
バッテリーからドレイン−ソース間を通じて負荷１０に
流れ込む電流が制御されるととともに、コンデンサ１８
の作用によって上記パルス信号の時間変化率が下げら
れ、ドレイン−ソース間を流れる電流の増減が緩やかに
されることにより、この電流の増減に起因するノイズが
効果的に抑制される。

【００３２】なお、本発明において、上記チャージポン
プ２０は適宜省略が可能である。また本発明は、以上示
した各形態の他、仕様に応じて種々の実施形態をとるこ
とが可能である。

【００３３】

【実施例】本発明者等は、図３に示す回路を用いて実験
を行った。この回路の基本構成は前記図１に示した回路
と同等であり、電源には１２Ｖの鉛蓄電池２２が用いら
れている。そして、この鉛蓄電池２２の正極にＦＥＴ１
２のソース、ゲート信号作成手段１４、及びコンデンサ
１８が接続され、負極に負荷１０が接続されており、鉛
蓄電池２２の正極→ＦＥＴ１２のソース→ＦＥＴ１２の
ドレイン→負荷１０→鉛蓄電池２２の負極というループ
が形成されている。

【００３４】この回路において、コンデンサ１８の静電
容量を１．０μＦ、抵抗１６の抵抗値Ｒを０．２Ωとし
たもの（すなわち積ＲＣの値を２×１０^-7としたもの）
を実施例とし、コンデンサ１８の静電容量を１．０μ
Ｆ、抵抗１６の抵抗値Ｒを１０Ωとしたもの（すなわち
積ＲＣの値を１×１０^-5としたもの）を実施例とし、
コンデンサ１８を省略して抵抗１６の抵抗値Ｒを０．２
Ωとしたものを比較例とするとともに、各例におけるゲ
ートへの入力信号及びドレインからの出力信号の波形を
それぞれ調べ、かつ、負荷１０と鉛蓄電池２２の負極と
をつなぐ導体部分にラジオ２４を近づけてそのノイズ発
生の有無を確認した。比較例における信号波形を図４
（ａ）に、実施例における信号波形を図４（ｂ）に、
ノイズ発生の有無の確認結果を下記の表１に、それぞれ
示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】上記表１に示されるように、比較例では両
帯域においてノイズが確認されている。これは、図４
（ａ）の下段に示される略矩形状のパルス信号がそのま
まゲートに入力されるため、同図（ａ）の上段に示すよ
うにドレイン電圧も急峻に増減し（特に電圧立ち上がり
では瞬間的に著しいパルスが発生している。）、これに
よってソース−ドレイン間を流れる電流にも急激な変動
が生じ、上記ノイズを引き起こしているものと考察でき
る。

【００３７】これに対し、実施例，では、ＦＭ帯
域、ＡＭ帯域の双方においてノイズが消去されている。
これは、図４（ｂ）の下段に示されるように、コンデン
サ１８の作用によってゲート電圧の立ち上がり及び立ち
下がりが緩やかにされることに伴い、同図（ｂ）の上段
に示されるドレイン電圧及びソース−ドレイン間の電流
も緩やかに増減し、電流の急峻な増減に起因するノイズ
の発生が回避されているためであると考察できる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明は、ＰＷＭ制御用の
ゲート信号を作成するゲート信号作成手段からＦＥＴの
ゲートに至る回路の途中に、ゲート電圧の時間変化率を
低下させるコンデンサを接続したものであるので、遮蔽
層や特別な電線を用いない低廉かつコンパクトな構成
で、良好なＰＷＭ制御を実行しながら、上記ＦＥＴのソ
ース−ドレイン間における電流の急峻な増減に起因する
ノイズを抑制できる効果がある。

【００３９】ここで、上記ゲート信号作成手段から上記
ゲートに至るまでの回路の抵抗Ｒ（Ω）と上記コンデン
サの静電容量Ｃ（Ｆ）との積ＲＣを１×１０^-7以上１×
１０^-5以下に設定すれば、良好なＰＷＭ制御を実現しな
がら効果的なノイズ抑制ができる。

【００４０】また、上記ゲート信号作成手段で作成され
るパルス信号の周波数を５０Ｈｚ以上にすれば、負荷の
円滑な作動状態を確保することができる。

【００４１】また、上記周波数を５０００Ｈｚ以下に設
定すれば、安価でしかも比較的高い耐電圧性能をもつＭ
ＯＳＦＥＴを用いながら、良好なＰＷＭ制御を実現でき
る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図３】本発明の実施例を示す回路図である。

【図４】（ａ）は比較例にかかる電力制御回路でのゲー
ト入力信号及びドレイン出力信号の波形を示した図、
（ｂ）は本発明の実施例にかかる電力制御回路でのゲー
ト入力信号及びドレイン出力信号の波形を示した図であ
る。

【図５】従来の電力制御回路の一例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１０負荷１２ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１４ゲート信号作成手段１８コンデンサ２２鉛蓄電池（電源）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自動車における電源と負荷との間に設け
られ、上記電源から負荷に供給される電力を制御するた
めの自動車用電力制御回路において、ソース、ドレイン
のいずれか一方が上記電源に接続され、他方が上記負荷
に接続される電界効果トランジスタと、設定されたデュ
ーティ比をもつパルス信号を作成して上記電界トランジ
スタのゲートへ出力するゲート信号作成手段とを備える
とともに、このゲート信号作成手段から上記ゲートに至
る回路の途中に、ゲート電圧の時間変化率を低下させる
コンデンサを接続したことを特徴とする自動車用電力制
御回路。
【請求項２】請求項１記載の自動車用電力制御回路に
おいて、上記ゲート信号作成手段から上記ゲートに至る
までの回路の抵抗Ｒ（Ω）と上記コンデンサの静電容量
Ｃ（Ｆ）との積ＲＣを１×１０^-7以上１×１０^-5以下と
したことを特徴とする自動車用電力制御回路。
【請求項３】請求項１または２記載の記載の自動車用
電力制御回路において、上記ゲート信号作成手段により
作成されるパルス信号の周波数を５０Ｈｚ以上としたこ
とを特徴とする自動車用電力制御回路。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の自動車
用電力制御回路において、上記電界効果トランジスタと
してＭＯＳ電界効果トランジスタを備えるとともに、上
記ゲート信号作成手段により作成されるパルス信号の周
波数を５０００Ｈｚ以下としたことを特徴とする自動車
用電力制御回路。