(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量の変化を電気信号に変換するセンサにより、前記物理量の変化をデジタル信号のデータに変換するセンサ装置において、
前記センサからの電気信号をサンプルし、デジタルデータに変換するアナログ・デジタル変換手段と、
スイッチング動作の停止機能を備えたスイッチング電源手段と、
前記スイッチング電源手段に対して、少なくとも前記アナログ・デジタル変換手段が前記電気信号のサンプルを完了する所定時間前からサンプル完了までの間のスイッチング動作を停止させるための停止信号を出力するタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記センサは、磁気を利用して回転位置や直線位置を検出する位置センサである請求項１に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源回路を内蔵し、回転位置等の物理量の変化をレゾルバ等のセンサにより微弱な電気信号に変換し、さらにデジタル信号に変換するセンサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３には磁気を利用した回転位置センサである、レゾルバを用いた回転位置センサ装置の従来の構成を表したブロック図の一例を示している。そして、図４では図３の従来の回転位置センサ装置の動作を説明したタイミングチャートを示している。図３において、レゾルバ１は、励磁コイル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよび検出コイル３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより構成されている。交流励磁回路５は、タイミングコントローラ９（以下、ＴＣ９）からの励磁信号exs を増幅し、励磁コイル２ａ〜２ｄに交流電圧を印加する。そして、検出コイル３ａと３ｃ、３ｂと３ｄの関係で、対になって接続された検出コイル３ａ−３ｄからは、ロータ４の回転位置の変化による磁気抵抗の変化に応じて、ロータ４の回転角のそれぞれ正弦値と余弦値に振幅変調された出力が得られる。レゾルバ１からの出力信号は、それぞれ差動増幅器６ａ、６ｂに入力され、おのおの増幅器７ａ、７ｂを経て、アナログ・デジタル変換器８ａ、８ｂ（以下、Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂ）に入力される。
【０００３】
ＴＣ９では、Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂがデジタル変換処理をおこなうのに必要な各動作指令やタイミング調整、そして交流励磁回路５への励磁信号発生等の処理をおこなっている。Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂでは、図４に示されるように、ＴＣ９より励磁信号exs に同期し、かつレゾルバ１の出力がピークとなるタイミングで出力されるＡ／Ｄ変換開始指令adstにより、入力されたレゾルバ出力信号をサンプル・ホールドし、ホールド後のアナログ信号をデジタルデータに変換する処理をおこなう。そして、デジタルデータに変換されたレゾルバ信号をＣＰＵ１０に出力する。ＣＰＵ１０では、ＴＣ９よりＡ／Ｄ変換完了後に出力される割り込み信号tintをトリガとして、Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂより伝達された２相のレゾルバ信号により演算処理をおこない、回転位置データposを得る。
【０００４】
一方、回転位置センサ装置には、供給される電源電圧の変動による影響を少なくし、かつ電源安定化による発熱を防止し、回転位置センサの検出精度を向上させるための電源回路としてスイッチング電源回路１１が内蔵されている。スイッチングレギュレータコントローラ１２（以下、ＳＲＣ１２）を利用したスイッチング電源回路１１であるステップダウン型レギュレータ回路は、ＳＲＣ１２、トランジスタ１３、ダイオード１４、チョークコイル１５、およびコンデンサ１６により構成されている。外部より供給された回転位置センサ装置の電源電圧Vinは、トランジスタ１３のエミッタ端子、およびＳＲＣ１２の電源端子に入力される。ＳＲＣ１２の出力端子は、トランジスタ１３のベース端子に接続されている。そして、ＳＲＣ１２は図４のように、トランジスタ１３のオン動作をパルス幅変調により制御することによって、回転位置センサ装置の回路電源として利用される安定化された出力電圧を、少ない発熱で得ることができる。ＳＲＣ１２は、図には示していないが、一般に抵抗、コンデンサの素子を接続することで、動作発振周波数等のＳＲＣ１２の動作に関係する諸設定を調整できるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スイッチング電源回路１１では、チョークコイル１５に蓄積される磁気エネルギーを利用して安定化した電源を得ており、スイッチングレギュレータコントローラ１２は、その出力が接続され電流増幅のため備えられているトランジスタ１３のオン・オフ時間を変化させることで、すなわちパルス幅を制御することで電圧制御をおこなっている。そのため、スイッチングレギュレータコントローラ１２のスイッチング動作により、チョークコイル１５では大きな磁気変化が生じている。この磁気ノイズが微弱信号を出力するセンサや、センサ信号の増幅器に混入するという問題があった。特に、レゾルバ等の磁気を利用したセンサの場合には、センサがスイッチング電源回路１１に備えられたチョークコイル１５での磁気変化の影響を直接受け、検出精度を悪化させてしまうことがあった。さらに、最近ではセンサ装置の小型化と高精度化が要求されるようになり、センサと電源回路部はますます隣接するようになってきており、そのために電源回路で発生する磁気ノイズによる影響が無視できなくなってきた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、物理量の変化を電気信号に変換するセンサにより、前記物理量の変化をデジタル信号のデータに変換するセンサ装置において、本発明では、前記センサからの電気信号をサンプルし、デジタルデータに変換するアナログ・デジタル変換手段と、スイッチング動作の停止機能を備えたスイッチング電源手段と、前記スイッチング電源手段に対して、少なくとも前記アナログ・デジタル変換手段が前記電気信号のサンプルを完了するｔ時間前からサンプル完了までの間のスイッチング動作を停止させるための停止信号を出力するタイミング制御手段とを備えたことを特徴とするものである。また、前記センサは、磁気を利用して回転位置や直線位置を検出する位置センサであってもよい。
【０００７】
本発明によれば、センサからのアナログ信号をデジタルデータに変換するアナログ・デジタル変換手段において、入力信号のサンプルを完了する所定時間手前からサンプルを完了するまでの間、各動作指令を出力しているタイミング制御手段がスイッチング電源手段に対してスイッチング動作停止信号を出力し、スイッチング動作を停止させることにより、アナログ・デジタル変換手段がセンサ信号のサンプル時のノイズを最も受けるタイミングにおいて、スイッチング電源手段からのノイズ発生を停止させることができるので、スイッチング電源手段からの磁気ノイズの影響によるセンサの検出精度悪化を抑えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセンサ装置の一実施形態を図１および図２により説明する。図１には、センサとして磁気を利用した回転位置センサである、レゾルバを用いた本実施形態の回転位置センサ装置の構成を表したブロック図を示している。図２には、本実施形態の回転位置センサ装置の動作を説明したタイミングチャートを示している。また、図３および図４の従来例と同一の構成に対しては同一符号を付け、その説明を省略する。
励磁コイル２ａ−２ｄ、および検出コイル３ａ−３ｄにより構成されている、レゾルバ１の励磁コイル２ａ−２ｄに対して、ＴＣ９からの励磁信号exs を交流励磁回路５により増幅した交流電圧を印加する。検出コイル３ａ−３ｄからは、ロータ４の回転位置の正弦値、余弦値に振幅変調された出力が得られる。レゾルバ１から得られた２相の出力は、それぞれ増幅器６ａ、６ｂにて差動増幅され、増幅器７ａ、７ｂを経て、Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂに入力される。Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂでは、ＴＣ９からのＡ／Ｄ変換開始指令adstにより、２相の信号をサンプル・ホールドし、ホールド後の電圧をデジタル変換してＣＰＵ１０に出力する。
【０００９】
Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂにてデジタル変換処理をおこなうのに必要な各動作指令やタイミング調整等をおこなっているＴＣ９は、図２に示されるように、Ａ／Ｄ変換開始指令adstに同期し、かつＡ／Ｄ変換開始指令adstを出力する所定時間t1前の、少なくともＡ／Ｄ変換器８ａ、８ｂが入力電圧をサンプルするために必要な時間であるセットアップ時間に対し余裕をみた時間、例えば５μs 前から、スイッチング電源回路１１内のＳＲＣ１２に対して、スイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止信号dtc を出力する。ＳＲＣ１２ではスイッチング動作停止信号dtc が入力されると、トランジスタ１３のベース端子に接続されているＳＲＣ１２の出力端子を“Ｈ”レベルに保持する。その結果、トランジスタ１３はオフとなり、チョークコイル１５での磁気変化は急激に減少する。
ＴＣ９は、ＳＲＣ１２にスイッチング動作停止信号dtc を出力した後、少なくともＡ／Ｄ変換器８ａ、８ｂ内部で、サンプルを完了し入力電圧をホールドするまでに必要とされる時間を考慮して、Ａ／Ｄ変換開始指令adstを出力した所定時間t2後の、例えば２μs 経た後に、ＳＲＣ１２のスイッチング動作停止信号dtc を解除する。なお、スイッチング動作停止時間t1とt2は、Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂの特性を考慮するだけでなく、レゾルバ１に対し直接、磁気的影響を与え、検出精度を悪化させるチョークコイル１５での磁気変動が十分減衰する時間に設定することが望ましい。
ＣＰＵ１０では、ＴＣ９よりＡ／Ｄ変換完了後に出力される割り込み信号tintにより、Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂより伝達された２相のレゾルバ信号をもとに演算処理をおこない、回転位置データpos を得る。
【００１０】
上記のように構成した本実施形態によれば、回転位置センサであるレゾルバの出力信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器８ａ、８ｂに対して、各動作指令を出力しているＴＣ９が、Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂに動作指令であるＡ／Ｄ変換開始指令adstを出力する前に、Ａ／Ｄ変換開始指令adstに同期してＳＲＣ１２にスイッチング動作停止指令dtc を出すことにより、回転位置センサ信号のサンプルを完了する直前におけるチョークコイル１５での磁気変化を大幅に減少させることができ、スイッチング電源回路１１からの磁気ノイズの影響による検出精度の悪化を抑えることができる。
また、スイッチング電源回路１１のスイッチング動作を停止させることにより、停止期間中は回転位置センサ装置の回路電源に電圧降下が生じることになるが、スイッチング動作を停止させる時間は前述の点を考慮してもわずかであり、センサ装置の動作に問題となることはない。
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々変形して実施できる。例えば、スイッチング電源回路１１にはステップダウン型レギュレータ回路での例を示したが、ステップアップ型レギュレータ回路においても同様の原理により適用することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のセンサ装置によれば、Ａ／Ｄ変換器の動作を制御しているタイミングコントローラにおいて、Ａ／Ｄ変換器を動作させる時にはスイッチング電源回路の動作についても制御することにより、センサ信号のサンプル時に問題となるスイッチング電源回路からの磁気ノイズの影響を減少させることができ、センサの検出精度悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態のセンサ装置の構成を表したブロック図である。
【図２】  本実施形態でのセンサ装置における動作を説明したタイミングチャートを示す図である。
【図３】  従来のセンサ装置の構成を表したブロック図である。
【図４】  従来のセンサ装置における動作を説明したタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
１  レゾルバ、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  励磁コイル、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  検出コイル、４  ロータ、５  交流励磁回路、６ａ，６ｂ  増幅器、７ａ，７ｂ  増幅器、８ａ，８ｂ  Ａ／Ｄ変換器、９  タイミングコントローラ、１０ＣＰＵ、１１  スイッチング電源回路、１２  スイッチングレギュレータコントローラ、１３  トランジスタ、１５  チョークコイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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