JP5487721B2 - パルス密度変復調回路及び該変復調回路を用いたインバータ制御装置 - Google Patents
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度変調信号が復調される。そして、この復調されたアナログ信号がIGBT111の温度情報としてインバータ制御マイコン220に取り込まれるとともにその内部でA/D(アナログ/デジタル)変換され、その温度情報に基づいて同マイコン220によるIGBT111の駆動指令が生成される。他方、この生成された駆動指令はスイッチング素子SW2を通じてオン/オフ情報に変換され、このオン/オフ情報に変換された駆動指令がフォトカプラIS2を介して低圧回路から高圧回路に伝送(フィードバック)される。そして、高圧回路では、IGBT駆動回路140を通じて、このフィードバックされた駆動指令に基づくIGBT111、ひいてはインバータ110の駆動を実行する。
ォトカプラ等を用いる場合であれ、パルス密度変調信号をより高精度に復調することのできるパルス密度変復調回路、及び該パルス密度変復調回路を用いたインバータ制御装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、アナログ信号として抽出される物理量情報をその都度の信号の大きさに対応したパルス密度を有するとともに基本クロックに同期した信号であるパルス密度変調信号に変調するパルス密度変調回路と、この変調されたパルス密度変調信号の分解能に対応してその末尾を前記基本クロックの1周期の時間からなる論理「0」レベルのストップビットとする処理を通じてパルス密度変調信号の一単位を規定するストップビット付与回路と、このストップビットの付与されたパルス密度変調信号を伝送する伝送路と、この伝送されたストップビットの付与されたパルス密度変調信号を受信して一定時間中のパルス数をカウントするとともに、この一定時間中に受信し得る最大パルス数をパルス密度100%として、前記最大パルス数に対する前記カウントしたパルス数の割合として前記抽出される物理量情報を復調する復調回路と、を備え、前記ストップビット付与回路は、前記基本クロックを前記パルス密度変調信号の分解能を決定する所定の比率で分周した信号と前記パルス密度変調信号との論理積によって当該パルス密度変調信号に前記ストップビットを付与するものであることを要旨とする。
Tt=Tw×(8/7)
として求めるとともに、前記パルス数をカウントする一定時間をTcとして、前記パルス密度100%とする前記一定時間中に受信し得る最大パルス数n100を
n100=Tc/Tt
として定めることを要旨とする。
Px=Pmax−(Pmax−Pmin)×(nx/n100)
として求めることを要旨とする。
図1に、本発明にかかるインバータ制御装置を具体化した第1の実施の形態についてその構成を示す。
このインバータ制御装置では、まず、高圧回路側のインバータ110を構成するIGBT111に内蔵された温度検出用のダイオード112の順方向電圧VFが物理量情報として検出される。次いで、こうして検出されたダイオード112の順方向電圧VFがパルス密度変調回路120によってパルス密度変調(PDM)信号に変換されることにより、アナログ信号がパルス(2値化)信号に変換される。そしてここでは、先の図10に示されるように、温度検出用のダイオード112の順方向電圧VFが高い、すなわちIGBT111の温度が低いときにはオン密度(パルス密度)の高いパルス密度変調信号に変調されるとともに、温度検出用のダイオード112の順方向電圧VFが低い、すなわちIGBT111の温度が高いときにはオン密度の低いパルス密度変調信号に変調される。
向電圧VFの推移を、電圧VHは上記パルス密度変調回路120のスイッチ125がVH側に切り換えられたときの分圧値を、電圧VLはパルス密度変調回路120のスイッチ125がVL側に切り換えられたときの分圧値をそれぞれ示している。ここで、電圧VHは、温度検出用ダイオード112の温度が「15℃」のときの順方向電圧VFに相当する値となっており、また電圧VLは、温度検出用ダイオード112の温度が「150℃」のときの順方向電圧VFに相当する値となっている。
また、こうしたD型フリップフロップ131aから出力された信号QaをクロックとしてD型フリップフロップ131bから出力される信号Qbが、D型フリップフロップ131cのクロック端子及びOR回路131eの入力端子にそれぞれ入力されている。一方、こうしたD型フリップフロップ131bから出力される信号QbをクロックとしてD型フリップフロップ131cから出力される信号Qcも、OR回路131eの入力端子に入力されている。他方、OR回路131eでは、これら各信号Qa〜Qcの論理和信号を生成し、その論理和信号QOをD型フリップフロップ131dのデータ端子Dに入力する。そして、このD型フリップフロップ131dには、上記基本クロックCLKがそのクロック端子に入力されており、このクロックCLKに同期して上記OR回路131eによる論理和信号が当該クロック分周回路131の出力Qoutとして出力される。
この図4に示すように、まず、クロック発振器123から発振される基本クロックCLKに基づきD型フリップフロップ131aから出力される信号Qaは、この基本クロックCLKが「2:2」に分周された信号となる。また、こうした信号QaをクロックとしてD型フリップフロップ131bから出力される信号Qbは、上記信号Qaがさらに「2:2」に分周された信号、すなわち、上記基本クロックCLKが「4:4」に分周された信号となる。さらに、こうした出力信号QbをクロックとしてD型フリップフロップ131cから出力される信号Qcは、上記信号Qbがさらに「2:2」に分周された信号、すなわち、上記基本クロックCLKが「8:8」に分周された信号となる。そして、こうしてクロック信号が各々の分周率によって分周された各信号Qa〜Qcの論理和が行われるOR回路131eの出力信号QOは、この図4に示すように、上記基本クロックCLKが「7:1」に分周された信号となる。そして、この基本クロックCLKが「7:1」に分周された信号QOと同クロックCLKとに基づいてD型フリップフロップ131dから出力される信号、すなわちクロック分周回路131の出力信号Qoutも、同じく基本クロックCLKが「7:1」に分周された信号となる。
その末尾が上記基本クロックCLKの1周期からなる論理「0」レベルのストップビットが付与された信号となっている。
まず、温度検出用ダイオード112の順方向電圧VFに基づく温度情報が例えば「19.2℃」であったとすると、この順方向電圧VFがパルス密度変調されたパルス密度変調信号Voutのパルス密度は、図7(a)に示すように「75%」となっている。そして、このパルス密度変調信号Voutにストップビットが付与されると、同図7(b)に示すように、パルス密度変調信号Voutのパルス幅(パルス密度)が7分割された信号SVoutに変換される。こうしてストップビットの付与されたパルス密度変調信号SVoutが前記フォトカプラIS1を介してインバータ制御マイコン300に取り込まれる。そして前述のように、このインバータ制御マイコン300により、ストップビットの付与されたパルス密度変調信号SVoutから物理量情報への復調、すなわち温度検出用ダイオード112の順方向電圧VFへの復調が実行される。
Tt=Tw×(8/7) …(1)
また、上記パルス密度変調信号のパルス密度を「100%」としたときに上記一定時間Tc中にインバータ制御マイコン300に取り込まれ得る最大パルス数n100(図7(c))が、次式(2)によって求められる。
n100=Tc/Tt …(2)
こうして一定時間Tc中の上記パルス数nxと上記最大パルス数n100(ここでの例では「28」)とが求められると、温度検出用ダイオード112の順方向電圧VFの最大値をVFmax、同順方向電圧VFの最小値をVFminとするとき、復調するその都度の温度検出用ダイオード112の順方向電圧VFxが、次式(3)によって求められる。
VFx=VFmax−(VFmax−VFmin)×(nx/n100)…(3)
なお、上記最大パルス数n100に対する上記カウントされたパルス数nxの割合は、図7(c)からも明らかなように約「75%」となっており、ストップビットが付与される以前のパルス密度変調信号Voutのパルス密度と等しい割合となっていることが確認できる。そしてこれにより、パルス密度変調信号のパルス密度(ここでの例では「75%」)に代えて、上記最大パルス数n100に対する上記カウントされたパルス数nxの割合に基づくパルス密度変調信号の復調が行われるようになる。
(1)物理量情報としての温度検出用ダイオード112の順方向電圧VFをパルス密度変調回路120によりパルス密度変調信号Voutに変調するとともに、これにストップビットを付与することとした。そして、このストップビットを付与したパルス密度変調信号SVoutの一定時間Tc中の最大パルス数に対する同時間Tc中にカウントされたパルス数nxの割合に基づきその復調を行うこととした。これにより、インバータ制御装置を構成する高圧回路側と低圧回路側との伝送路にこれらを電気的に絶縁するフォトカプラIS1を用いる場合であれ、このフォトカプラIS1に起因するパルス遅延、パルス歪等の誤差が生じたとしてもその影響を受けることなく、高い精度のもとにその復調を行うことができるようになる。
以下、本発明にかかるインバータ制御装置を具体化した第2の実施の形態を図8を参照して説明する。なお、この第2の実施の形態は、インバータの駆動制御に必要とされる物理量情報として、同インバータの駆動電圧(高圧電源電圧)を生成する昇圧回路の昇圧電圧を用いたものである。
テリBTの電圧が昇圧回路150によって例えば「500V」の高圧電源電圧V1まで昇圧される。そして、この昇圧された電圧V1をインバータ110に印加するとともに、分圧抵抗Rdによってこの電圧V1を例えば200分の1に分圧し、この分圧電圧V2(2.5V)を物理量情報として抽出する。次いで、こうして抽出した電圧V2をパルス密度変調回路120によってパルス密度変調(PDM)信号に変調する。ここで、本実施の形態においては、パルス密度変調回路120を構成するスイッチ125によって切り換えられる電圧値がVH側で「5V」、VL側で「0V」となるように設定される。そしてここでは、パルス密度変調回路120に取り込まれた「2.5V」の電圧が、デューティ「50%」となるパルス密度変調信号Voutに変調される。こうして変調されたパルス密度変調信号Voutがパルス密度変調回路120から出力されると、この信号Voutに対して先の第1の実施の形態に準じる態様でストップビットが付与され、このストップビットの付与されたパルス密度変調信号SVoutがフォトカプラIS1を介してインバータ制御マイコン300に取り込まれる。そして、インバータ制御マイコン300では、先の第1の実施の形態に準じる態様で、ストップビットの付与されたパルス密度変調信号SVoutから物量量情報としての電圧V2への復調が行われ、この復調された電圧V2に基づきインバータ110に印加される高圧電源電圧V1が求められる。
なお、上記実施の形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
・上記各実施の形態では、パルス密度変調信号Voutの分解能を決定するクロック発振器123による基本クロックの所定の分周の比率を「7:1」として設定した。上記クロック分周回路131によって生成される基本クロックに対する分周の比率としては、パルス密度変調信号Voutとの論理積によって、このパルス密度変調信号Voutを所定の間隔毎に分割することが可能な範囲であればよく、基本クロックに対する分周の比率は何段階のパルス密度に変調するかに応じて任意である。
Claims (7)
- アナログ信号として抽出される物理量情報をその都度の信号の大きさに対応したパルス密度を有するとともに基本クロックに同期した信号であるパルス密度変調信号に変調するパルス密度変調回路と、
この変調されたパルス密度変調信号の分解能に対応してその末尾を前記基本クロックの1周期の時間からなる論理「0」レベルのストップビットとする処理を通じてパルス密度変調信号の一単位を規定するストップビット付与回路と、
このストップビットの付与されたパルス密度変調信号を伝送する伝送路と、
この伝送されたストップビットの付与されたパルス密度変調信号を受信して一定時間中のパルス数をカウントするとともに、この一定時間中に受信し得る最大パルス数をパルス密度100%として、前記最大パルス数に対する前記カウントしたパルス数の割合として前記抽出される物理量情報を復調する復調回路と、
を備え、
前記ストップビット付与回路は、前記基本クロックを前記パルス密度変調信号の分解能を決定する所定の比率で分周した信号と前記パルス密度変調信号との論理積によって当該パルス密度変調信号に前記ストップビットを付与するものであるパルス密度変復調回路。 - 前記パルス密度変調信号の分解能を決定する前記基本クロックの所定の分周の比率が「7:1」である
請求項1に記載のパルス密度変復調回路。 - 前記復調回路は前記カウントするパルスのパルス幅を併せて測定するものであり、この測定したパルス幅をTwとして、そのパルス周期Ttを
Tt=Tw×(8/7)
として求めるとともに、前記パルス数をカウントする一定時間をTcとして、前記パルス密度100%とする前記一定時間中に受信し得る最大パルス数n100を
n100=Tc/Tt
として定める
請求項2に記載のパルス密度変復調回路。 - 前記パルス密度変調回路が前記パルス密度変調信号に変調する物理量情報の最大値をPmax、同物理量情報の最小値をPminとするとき、前記復調回路は、前記一定時間中にカウントしたパルス数をnxとして、前記復調するその都度の物理量Pxを、前記最大パルス数n100に対する前記カウントしたパルス数nxの割合に基づき
Px=Pmax−(Pmax−Pmin)×(nx/n100)
として求める
請求項3に記載のパルス密度変復調回路。 - 車載バッテリから供給される直流電力を電力変換するインバータの駆動制御に必要とされる物理量情報をパルス密度変復調回路を介してモニタしつつ同インバータの駆動を制御するパルス密度変復調回路を用いたインバータ制御装置において、
前記パルス密度変復調回路として請求項1に記載のパルス密度変復調回路を用いる
ことを特徴とするパルス密度変復調回路を用いたインバータ制御装置。 - 前記インバータの駆動制御に必要とされる物理量情報が、当該インバータの温度を検出する温度検出用ダイオードの順方向電圧である
請求項5に記載のパルス密度変復調回路を用いたインバータ制御装置。 - 前記インバータの駆動制御に必要とされる物理量情報が、当該インバータの駆動電圧を生成する昇圧回路の昇圧電圧である
請求項5に記載のパルス密度変復調回路を用いたインバータ制御装置。
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