(57)【要約】【課題】アクチュエータ等の負荷を接続する電力線通信ネットワークを通信速度の低下なく低コストに構成する。【解決手段】電力線から電力を供給される負荷を駆動する負荷駆動システムであって、前記電力線と前記負荷との間のスイッチングを制御する制御部と、前記電力線の電圧及び電流を利用して通信する通信部と、を有し、前記制御部は、前記スイッチングを行う場合に、前記スイッチングに起因する前記電力線の電流の遷移期間の幅に基づいて、前記遷移期間を、前記通信部によって通信されるシンボルに相当する期間の中心から遠ざけるように、前記スイッチングを行うタイミングを制御する。【選択図】図１
2018164221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線から電力を供給される負荷を駆動する負荷駆動システムであって、
前記電力線と前記負荷との間のスイッチングを制御する制御部と、前記電力線の電圧及び電流を利用して通信する通信部と、を有し、
前記制御部は、前記スイッチングを行う場合に、前記スイッチングに起因する前記電力線の電流の遷移期間の幅に基づいて、前記遷移期間を、前記通信部によって通信されるシンボルに相当する期間の中心から遠ざけるように、前記スイッチングを行うタイミングを制御することを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の負荷駆動システムであって、
前記通信部は、各シンボルに相当する期間の前半と後半の前記電力線の電圧及び電流のレベル差によって表現される値を前記各シンボルの値として通信し、
前記制御部は、前記遷移期間の中心を、隣接する二つのシンボルに相当する期間の境界に近づけるように、前記スイッチングを行うタイミングを遅らせることによって、前記スイッチングを行うタイミングを制御することを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項３】
請求項１に記載の負荷駆動システムであって、
前記制御部は、前記スイッチングを行う場合に、計測された前記電力線の電圧及び前記負荷の電流に基づいて、前記遷移期間の幅を計算することを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項４】
請求項３に記載の負荷駆動システムであって、
前記制御部は、
過去の１回以上の前記スイッチングに起因する前記遷移期間の幅の実測値と、前記過去の１回以上のスイッチングが行われたときの前記電力線の電圧及び前記負荷の電流と、に基づいて、前記電力線の電圧と前記負荷の電流と前記遷移期間の幅との関係を特定し、
前記特定された関係と、前記計測された電力線の電圧及び前記負荷の電流と、に基づいて、前記スイッチングに起因する前記遷移期間の幅を計算することを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項５】
請求項４に記載の負荷駆動システムであって、
前記制御部は、
過去の複数回の前記スイッチングに起因する前記遷移期間の幅の実測値と、前記過去の複数回のスイッチングが行われたときの前記電力線の電圧及び前記負荷の電流と、に基づいて、前記電力線の電圧及び前記負荷の電流から前記遷移期間の幅を計算する計算式の定数の平均値を特定し、
前記特定された定数の平均値と、前記計測された電力線の電圧及び前記負荷の電流と、を前記計算式に適用することによって、前記スイッチングに起因する前記遷移期間の幅を計算することを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項６】
請求項４に記載の負荷駆動システムであって、
前記制御部は、
前記計測された電力線の電圧及び前記負荷の電流を、所定の定数を含む計算式に適用することによって、前記スイッチングに起因する前記遷移期間の幅を計算し、
前記計算された遷移期間の幅と、前記スイッチングが行われた後に発生した前記遷移期間の幅の実測値との差に基づいて、前記差が小さくなるように前記定数を変更することを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項７】
請求項１に記載の負荷駆動システムであって、
前記電力線の電圧と、前記負荷の電流と、それらに対応する、前記遷移期間の幅と、の複数の組を保持する記憶部をさらに有し、
前記制御部は、前記スイッチングを行う場合に、計測された前記電力線の電圧と計測された前記負荷の電流とに対応する前記遷移期間の幅を前記記憶部から読み出すことを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項８】
請求項７に記載の負荷駆動システムであって、
前記制御部は、過去の複数回の前記スイッチングに起因する前記遷移期間の幅の実測値と、前記過去の複数回のスイッチングが行われたときの前記電力線の電圧及び前記負荷の電流と、に基づいて、前記電力線の電圧と前記負荷の電流とそれらに対応する前記遷移期間の幅との複数の組を特定して前記記憶部に格納することを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項９】
請求項４に記載の負荷駆動システムであって、
前記電力線の電圧を所定の下限値から所定の上限値までの範囲に制限する過電圧保護部をさらに有し、
前記制御部は、前記電力線の電圧が前記上限値に達したと判定された期間の幅、及び、前記電力線の電圧が前記下限値に達したと判定された期間の幅を、前記遷移期間の幅の実測値として取得することを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項１０】
請求項４に記載の負荷駆動システムであって、
前記電力線の電圧を所定の下限値から所定の上限値までの範囲に制限する過電圧保護部をさらに有し、
前記制御部は、前記過電圧保護部に電流が流れている期間の幅を前記遷移期間の幅の実測値として取得することを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項１１】
電力線から電力を供給される負荷を駆動する負荷駆動方法であって、
前記電力線と前記負荷との間のスイッチングを制御する制御部と、前記電力線の電圧及び電流を利用して通信する通信部と、を有し、
前記負荷駆動方法は、
前記制御部が、前記スイッチングを行う場合に、前記スイッチングに起因する前記電力線の電流の遷移期間の幅を取得する手順と、
取得した前記遷移期間の幅に基づいて、前記遷移期間を、前記通信部によって通信されるシンボルに相当する期間の中心から遠ざけるように、前記スイッチングを行うタイミングを制御する手順と、を含むことを特徴とする負荷駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力線通信装置を備えたアクチュエータ等の負荷を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車では、電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）による車両制御の高精度化と高機能化に伴って、車両の周辺情報を含む様々な車両情報の取得と車両各部の制御のために数多くのセンサ及びアクチュエータが搭載されるようになり、これらとＥＣＵとを電気的に接続する配線の本数が著しく増加してきた。配線数が増加すると自動車の製造コストが増加し、さらに車重増加により燃費が悪化するという問題があるため、配線の統廃合による配線数削減が求められている。ここで、配線数削減の手法として、センサ・アクチュエータ上に通信回路を設け、複数のセンサ・アクチュエータに対する電力供給と制御用の通信を１対の配線で行うことによって、従来別個に存在していた通信用配線を不要にする電力線通信の技術が存在する。ソレノイドバルブ及びモータ等の車載で用いられるアクチュエータは一般にＰＷＭ制御によるスイッチング制御が行われ、大きな遷移電流を電力線上に発生させるので、アクチュエータを含む電力線通信装置では遷移電流による通信エラーを回避することが重要であり、その方法として特許文献１、特許文献２に開示されるものが知られている。特許文献１では、電力供給のみを行う給電フェーズと、通信のみを行う通信フェーズの２つに電力線の使用を時分割し、通信時は給電によるノイズの影響を回避している。特許文献２では、アクチュエータのスイッチング時刻から一定時間経過後にのみ通信動作を行い、スイッチング直後に生じる遷移電流の影響を回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０６２０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１３０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、電力線の使用に通信フェーズと給電フェーズとを設け、通信が給電の影響を受けないようにしている。親局の直流電源から子局への給電が断続的になるので、子局のアクチュエータに供する直流電圧を生成するために子局側で蓄電機能を持つ電源回路を備えている必要がある。しかしながら、アクチュエータの動作には大電流が必要なため、蓄電を担うキャパシタに大容量のものが必要となりコストが高いという問題があった。
【０００５】
特許文献２は、給電と通信の期間を分離しないためアクチュエータに連続した給電が可能であり、特許文献１のような蓄電機能は不要である。しかしながら、同一電力線にこのようなアクチュエータ及びセンサを複数接続した場合、いずれかのアクチュエータがＰＷＭ制御によりスイッチングする度に発生に通信が中断するため、通信の停止・復旧が頻発するようになり通信の実効的な速度が低下してしまう。一方、同一電力線に接続された全てのセンサ・アクチュエータは、所望時間内にそれらの制御と通信を終える必要があるため、同一電力線に接続できるアクチュエータとセンサの接続可能数が減少することになる。
【０００６】
そこで、アクチュエータとセンサが同一電力線に複数接続され、かつ直流電源からの電力線への給電を継続している状況において、アクチュエータの遷移電流を回避しつつも通信時間が増加しない電力線通信装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の代表的な一例を示せば、電力線から電力を供給される負荷を駆動する負荷駆動システムであって、前記電力線と前記負荷との間のスイッチングを制御する制御部と、前記電力線の電圧及び電流を利用して通信する通信部と、を有し、前記制御部は、前記スイッチングを行う場合に、前記スイッチングに起因する前記電力線の電流の遷移期間の幅に基づいて、前記遷移期間を、前記通信部によって通信されるシンボルに相当する期間の中心から遠ざけるように、前記スイッチングを行うタイミングを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、親局からの電力線を通じた給電を継続しつつ、各子局が、自局のアクチュエータのスイッチングに伴う遷移電流が電力線上で行われる通信の妨げとならない期間に発生するようにスイッチングの時刻を自律的に制御するため、複数のアクチュエータを接続した電力線通信ネットワークを子局数増加による通信速度の低下なく低コストに構成可能である。上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の電力線通信装置を備えたアクチュエータおよび電力線通信装置の全体構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１のアクチュエータ子局から制御局への上り通信動作およびスイッチングタイミング調整動作の際の各部の波形および動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施例１のインバータおよびアクチュエータの構成例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例１の過電圧保護回路の電流電圧特性の説明図である。
【図５】本発明の実施例１の制御局から子局への下り通信時の動作を表すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施例２の遷移期間推定器の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例２のタイミング調整器の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例２のタイミング調整器の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施例３の遷移期間推定器の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施例４の遷移期間推定器の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施例５のアクチュエータ子局の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態として、いくつかの実施例を通して、電力線通信装置を備えたアクチュエータおよび電力線通信装置を開示する。電力線通信装置を備えたアクチュエータは、アクチュエータを流れている電流値を基に、アクチュエータに対する次のスイッチングに起因して電力線上に発生する遷移電流の時間幅を算出する遷移期間推定部を有する。また、アクチュエータをスイッチングするインバータへの駆動パルスの位相と電力線上での通信クロックサイクルの位相の差をノイズ幅推定値に基づき調節するタイミング制御部を有する。
【００１１】
アクチュエータのスイッチングに伴い、電力線上の電流波形が、スイッチング直後からある期間にわたって遷移する。また、同時に電力線上の電圧も乱れる。この遷移が通信エラーを招くかどうかは、遷移電流が発生するタイミングに依存する。制御局・子局双方の受信回路において、通信シンボルの値をサンプルリングし判定するタイミングというものが存在するが、そのタイミングに遷移電流が被ればこれは大きなノイズとして捉えられるのでエラーが発生し、被らなければエラーは発生しない。シンボルレートによって決定する通信シンボル期間のうち、期間の中心から外れた端のタイミングはサンプリングに用いないので、遷移が通信シンボル間の境界のタイミングで発生するよう、遷移期間幅に合わせて通信シンボル境界よりも早くアクチュエータのスイッチングを行うことで通信エラー発生を最小化できる。
【００１２】
以上の構成によって、電力線からの給電を継続した状況において、アクチュエータのスイッチングをしつつも電力線を用いた通信を実現できる。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１の電力線通信装置を備えたアクチュエータおよび電力線通信装置の全体構成例を示すブロック図である。
【００１４】
電子制御装置は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０１、直流電源２０１を備えたＥＣＵ側制御局２、電力線バス３０１、アクチュエータ子局４を有する。アクチュエータ子局４は電力線バス３０１に単独で、または複数が接続される。ＥＣＵ１とアクチュエータ子局４は、ＥＣＵ側制御局２と電力線バス３０１を通してデータの送受信を行う。通信の基本的方式として、子局４から制御局２への上り通信には電流を用いたベースバンド通信を用い、制御局２から子局４への下り通信には電圧を用いたベースバンド通信を用いる。上り通信を電流で行うのは、制御局２は直流電源として振る舞うので電力線３０１から見たインピーダンスが低く、電圧信号を子局４から制御局２へ届けることが困難なためである。
【００１５】
ＥＣＵ側制御局２は、直流電源２０１、電圧変調器２０２、電流復調器２０３及び通信回路２０４を有する。通信回路２０４はＥＣＵ１０１と送受信データのやりとりをし、アクチュエータ子局４との通信データの符号化／復号化および通信プロトコル制御を行う。具体的には、通信回路２０４は、アクチュエータ子局４への送信データＴＸｅｃｕを電圧変調器２０２へ渡し、受信データＲＸｅｃｕを電流復調器２０３から受け取る。
【００１６】
電圧変調器２０２は、エンコーダ（図示省略）および電圧レギュレータ（図示省略）によって構成され、エンコーダが送信データＴＸｅｃｕを所定のビットレートのマンチェスタ符号へと変換し、直流電源２０１の電圧を可変電圧レギュレータが所定の振幅で電圧降下させ電力線３０１へと供給することで下り通信信号を生成する。
【００１７】
電流復調器２０３はデコーダ（図示省略）および電流検出器（図示省略）によって構成され、電力線３０１を流れる電流波形ＩＢＵＳを電流検出器が観測することで子局４が送出する上り通信電流信号を捉え、デコーダが受信データを識別してＲＸｅｃｕとして通信回路２０４へと送出する。
【００１８】
アクチュエータ子局４は、アクチュエータ４０９、過大なバス電圧ＶＢＵＳから回路を保護する過電圧保護回路４０１、制御局２からの下り通信電圧信号を受信するための電圧復調器４０２、反対に上り通信電流信号を送出するための電流変調器４０３、通信プロトコルを制御する通信回路４０４、ＥＣＵ１０１からの命令に従いアクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御回路４０５、アクチュエータを駆動するインバータ４０８、インバータによるアクチュエータのスイッチングに起因する電力線上の遷移電流の発生期間幅を事前に推定する遷移期間推定器４０６、および、インバータのスイッチングタイミングを調整するタイミング調整器４０７を有する。
【００１９】
また、通信波形品質を向上するために、インピーダンス整合用のバス終端抵抗３０２およびＤＣブロッキング容量３０３を電力線の終端に取り付けることができる。この終端抵抗はアクチュエータに内蔵してもよい。
【００２０】
図２は、本発明の実施例１のアクチュエータ子局４から制御局２への上り通信動作およびスイッチングタイミング調整動作の際の各部の波形および動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【００２１】
まず、通信クロックＣＬＫと送信データＴＸａに応じて、電流変調器４０３が電流信号ＩＴＸを電力線上に流す。ここでは伝送路符号としてマンチェスタ符号を用いている。マンチェスタ符号では１シンボルを前後半の２つの期間に分け、ビット値を前後半のレベルの値の差で表現するため、ＥＣＵ側で受信された電流値に未知のオフセットが加わっていてもビット値を判定することが可能となる。通信クロックＣＬＫは、制御局の内部クロックをマスタとして全ての子局で同期されたものであり、詳しくは後述するが、制御局から子局へ同期信号を送付することで同期を実現することができる。
【００２２】
アクチュエータを制御する制御回路４０５がインバータ４０８に対しスイッチングを要求した時、スイッチング信号ＰＷＭ１が遷移する。これを何も制御せずインバータに直接入力すると、インバータがこのタイミングでアクチュエータをスイッチングすることになり、インバータが電力線から引き込む電流ＩＩＮＶがステップ状にΔＩだけ変化する。このΔＩの値は、誘導性であるアクチュエータに流れている電流値となる。
【００２３】
図３は、本発明の実施例１のインバータ４０８およびアクチュエータ４０９の構成例を示す説明図である。
【００２４】
インバータ４０８は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ４０８３、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０８４、これらを駆動するドライバ４０８１および４０８２から構成される。インバータ４０８は、スイッチングタイミング調整器４０７から供給されるスイッチング信号に基づき２つのＭＯＳＦＥＴを排他的にＯＮすることで、アクチュエータ４０９に矩形波状の電圧を印加する。アクチュエータ４０９は、電圧を印加すべき電動部４０９１、アクチュエータ４０９に流れる電流の電流値検出手段４０９２および４０９３から構成される。アクチュエータ４０９の電流値は信号Ｓ１として取り出され、制御回路４０５でアクチュエータ４０９の制御に用いられる。アクチュエータ４０９に流れる電流はインバータの出力電流でもあるので、電流値検出手段４０９２等は、インバータ内部に設けてもよい。
【００２５】
インバータが電力線からΔＩだけ電流をステップ状に引き込むとき、電源のある制御局と子局間の電力線が有するインダクタンスにより、電力線電流ＩＢＵＳはすぐにΔＩだけ増加することができない。そこで、もしΔＩが正であるときは、子局側電力線電圧ＶＢＵＳが低下し、過電圧保護回路によってある下限電圧Ｖｌでクランプされた上で電流が過電圧保護回路から供給されるようになる。逆にΔＩが負であるときは過電圧保護回路の上限電圧ＶｈでＶＢＵＳがクランプされる。
【００２６】
図４は、本発明の実施例１の過電圧保護回路の電流電圧特性の説明図である。
【００２７】
過電圧保護回路は図４に示す電流電圧特性を持てばよく、例として順方向電圧がＶＬ、降伏電圧がＶＨのツェナーダイオードで構成することができる。
【００２８】
ＶＢＵＳがＶＬまたはＶＨとなると、電力線に電圧ＶＥＣＵ−ＶＬまたはＶＨ−ＶＥＣＵが印加され、電力線電流ＩＢＵＳが増加または減少していく。この遷移はＩＢＵＳがΔＩだけ増加するところで終了する。遷移期間τの間はＩＢＵＳが急変するので、この期間が電流信号ＩＴＸのシンボル中心にある前後半のレベル変化のタイミングに跨ると、前後半のレベル差を制御局が正しく判別できなくなってしまう。そこで、遷移期間をシンボル中心から遠ざけるために、遷移電流がシンボル中心を避けシンボル境界で発生するようにスイッチングのタイミングを調整する（具体的には、遅らせる）のがタイミング調整器４０７である。
【００２９】
タイミング調整器４０７は、遷移期間τを推定し、遷移電流がシンボル境界で生じるよう、スイッチング信号ＰＷＭ１のタイミングを調整したＰＷＭ２を出力する。遷移の期間を最もシンボル中心から遠ざけるには、遷移期間の中心タイミングをシンボル境界に合わせればよく、本実施例ではビット境界よりもτ／２だけ早いタイミングでスイッチングを行うようにタイミング調整を行う。
【００３０】
遷移期間の中心がシンボル境界から遠ざかるほど、その遷移期間の前又は後ろのいずれかのシンボルの判別のマージンが小さくなる。すなわち、遷移期間の中心がシンボル境界に近づくほどシンボルの判別のマージンが大きくなり、遷移期間の中心がシンボル境界に一致するとマージンが最大になる。このため、タイミング調整器４０７は、遷移期間の中心タイミングをシンボル境界に近づけるように（望ましくは一致させるように）タイミング調整を行う。しかし、例えば遷移期間が各シンボルに相当する期間と比べて十分に小さい場合など、十分なマージンが確保できる場合には、必ずしも遷移期間の中心タイミングをシンボル境界に一致させなくてもよい。すなわち、タイミング調整器４０７は、遷移期間をシンボル中心から十分に遠ざけるようにスイッチング信号ＰＷＭ１のタイミングを調整すればよい。
【００３１】
遷移期間τは全く未知の値ではなく、子局が観測可能なパラメータから予測可能である。電流ＩＢＵＳの時間変化率は電力線に印加される電圧値に比例し、電力線のインダクタンス値に反比例する。従って、電流が遷移した期間幅τは、インダクタンス値を時間変化しない固定値と考えると、ＶＥＣＵ、ＶＬまたはＶＨ、およびΔＩ（＝Ｓ１）から計算・推定することができる。
【００３２】
図２のＩＢＵＳは、制御局が電流復調器２０３で検出する電力線電流波形を示している。制御局２と子局４との間の通信クロックは予め同期されたものであるので、シンボル中心のタイミングのみに注目してレベル変化を読み取り、変化の方向からマンチェスタ符号をＲＸｅｃｕとして復号することができる。
【００３３】
図５は、本発明の実施例１の制御局２から子局４への下り通信時の動作を表すタイミングチャートである。
【００３４】
下り通信には、電圧変調器２０２を用いた電圧通信を行う。上り通信と同じく、伝送路符号にはマンチェスタ符号を用いている。
【００３５】
下り通信では、通信を始める前に制御局２がビット１を連続して子局４に送りつけることで、子局４の持つ通信クロックを制御局２の通信クロックに同期させる。このクロック同期シーケンスを定期的に行うことによって、常に制御局２と子局４との間でクロック同期が保たれるようになる。
【００３６】
子局側での受信電圧ＶＢＵＳは、アクチュエータ４０９がスイッチングされると同じく期間幅τでＶＬまたはＶＨにクリッピングされるが、タイミング調整器４０７の存在によって、符号の復調に必要なシンボル中心のレベル変化の部分はクリッピングの影響を受けず、通信エラーなく受信ができる。
【００３７】
次に、遷移期間τを取得する方法について説明する。アクチュエータ子局４は、過去に行われた１回以上のスイッチングに起因する遷移期間の実測値と、それらのスイッチングが行われた時の電力線の電圧及びアクチュエータの電流に基づいて、電力線の電圧とアクチュエータの電流と遷移期間τとの関係を特定し、これからスイッチングを行おうとするときに計測された電力線の電圧及びアクチュエータの電流に上記の特定された関係を適用することによって、当該これから行おうとするスイッチングに起因する遷移期間τを計算（予測）してもよい。
【００３８】
具体的には、アクチュエータ子局４は、過去の複数回のスイッチングに起因する遷移期間τの実測値と、それらのスイッチングが行われた時の電力線の電圧とアクチュエータの電流と、に基づいて、電力線の電圧及びアクチュエータの電流から遷移期間τを計算する計算式の定数の平均値を特定し、これからスイッチングを行おうとするときに計測された電力線の電圧及びアクチュエータの電流と上記の特定された定数とを計算式に適用することによって、当該これから行おうとするスイッチングに起因する遷移期間τを計算してもよい。このような方法の詳細は、実施例２として後述する。
【００３９】
あるいは、アクチュエータ子局４は、これからスイッチングを行おうとするときに計測された電力線の電圧及びアクチュエータの電流を所定の定数を含む計算式に適用することによって、当該これから行おうとするスイッチングに起因する遷移期間τを計算し、その後、そのスイッチングが行われた後の遷移期間τの実測値と、計算された遷移期間τとの差に基づいて、その差が小さくなるように上記の定数を変更してもよい。このような方法の詳細は、実施例３として後述する。
【００４０】
あるいは、アクチュエータ子局４は、上記のような方法でスイッチングを行う度に遷移期間τを計算する代わりに、予め、電力線の電圧とアクチュエータの電流とそれらに対応する遷移期間τとの複数の組を例えばテーブルとして保持しておき、これからスイッチングを行おうとするときに計測された電力線の電圧及びアクチュエータの電流に対応する遷移期間τを読み出してもよい。このような方法の詳細は、実施例４として後述する。
【実施例２】
【００４１】
次に、本発明の実施例２について説明する。以下に説明する相違点を除き、実施例２のシステムの各部は、図１〜図５に示された実施例１の同一の符号を付された各部と同一の機能を有するため、それらの説明は省略する。
【００４２】
図６は、本発明の実施例２の遷移期間推定器４０６の構成例を示すブロック図である。
【００４３】
遷移期間推定器４０６の目的は、インバータ４０８によるアクチュエータスイッチング後に発生する遷移電流の期間幅τを、スイッチング前に推定することである。τが電流変動幅ΔＩに比例し電位差ＶＥＣＵ−ＶＢＵＳに反比例することを利用し、図６に示す遷移期間推定器４０６は、発生した遷移幅とそのときの電流・電圧値を実測することで比例定数ｋを算出し、次のスイッチング時のτをｋと電流・電圧値とから算出している。
【００４４】
遷移期間推定器４０６は、τを測定する遷移期間測定部と、ｋを算出するパラメータ抽出部と、次のスイッチングでの遷移期間幅τを計算する次遷移期間計算部の大きく三つの部分から構成される。
【００４５】
遷移期間測定部では、ＶＢＵＳと基準電圧ＶｔｈＨ及びＶｔｈＬとの大小比較を比較器６０１が行うことで、ＶＢＵＳがＶＨまたはＶＬにクランプしていることを検出する。電圧保護回路４０１のクランプ電圧ＶＨ、ＶＬは回路設計時に決定されるパラメータであるので、ＶＢＵＳがクランプ電圧に達したことを検出するための閾値ＶｔｈＨおよびＶｔｈＬは定数として比較器６０１および６０２に与えられる。ＶＨよりわずかに低い電圧を閾値ＶｔｈＨとして設定し、ＶＬよりわずかに高い電圧を閾値ＶｔｈＬとして設定することによって、遷移期間測定部は、ＶＢＵＳがＶｔｈＨより高い場合及びＶｔｈＬより低い場合にそれぞれＶＢＵＳがＶＨ及びＶＬ（すなわちクランプ電圧）に達したと判定することができる。遷移期間測定部は、遷移期間τよりも短い周期で発振するオシレータ６２１を有し、ＡＮＤゲート６０３、カウンタ６０４およびカウンタ６０５を用いて、ＶＢＵＳがクランプして電流が遷移している時間、すなわちτをデジタル値に変換する。
【００４６】
続くパラメータ抽出部は、比例定数ｋを算出するブロックである。パラメータ抽出部では、スイッチング信号ＰＷＭ１の立ち上りエッジまたは立下りエッジをエッジ検出器６０９が検出し、ワンショットパルスを出力する。ＰＷＭ１のエッジのタイミングは、インバータがアクチュエータをスイッチングする直前のタイミングであり、この時に遷移期間τを算出するのに必要なＶＥＣＵ＝ＶＢＵＳおよびΔＩ＝Ｓ１をラッチ６１２および６１３で取得する。
【００４７】
エッジ向き判定器６０８は、ＰＷＭ１のエッジが立ち上りなのか立下りなのかを判定し、その判定結果に応じてセレクタ６０７および６０６を制御する。ＰＷＭ１のエッジが立ち上りのとき、インバータ４０８の電流ＩＩＮＶが立ち上り、ＶＢＵＳがＶＬへとクランプされるので、セレクタ６０６はカウンタ６０５の出力するτの値を出力し、セレクタ６０７はＶＬの値を出力する。逆に、ＰＷＭ１のエッジが立ち下がりのときは、セレクタ６０６はカウンタ６０４の出力するτの値を出力し、セレクタ６０７はＶＨの値を出力する。なお、インバータの構成によってはＰＷＭ１のエッジの向きとＩＩＮＶの極性との関係が逆になる。
【００４８】
比例定数計算器６１０は、加算器６１１によって計算されたスイッチング時に制御局２と子局４との間の電力線に印加される電圧Ｖと、電流変化量Ｉ＝ΔＩと、スイッチング後に発生した電流の遷移期間幅τとをもとに、式（１）に示す演算を行い比例定数ｋを算出する。
【００４９】
【数１】
2018164221.tif 000003
【００５０】
また、測定されたＶ、Ｉ、τの値には電力線上のノイズや測定上のノイズが含まれており、１回のスイッチングの結果から算出されたｋの値がばらつく。このため、パラメータ抽出部は、このノイズの影響を取り除きｋの精度を向上することを目的として、複数回のｋの値を取得し平均化処理をおこなう平均化器６１４を備える。
【００５１】
次遷移期間計算部は、τ算出器６１５を備える。τ算出器６１５は、スイッチング信号ＰＷＭ１のエッジタイミング時のＶ、Ｉとパラメータ抽出部が出力するｋの平均値を受け取り、ＰＷＭ１のこのエッジがインバータを駆動しアクチュエータをスイッチングする際の遷移電流期間幅τｎｅｘｔを式（２）によって計算し、出力する。
【００５２】
【数２】
2018164221.tif 000004
【００５３】
図７は、本発明の実施例２のタイミング調整器４０７の構成例を示すブロック図である。また、図８は、本発明の実施例２のタイミング調整器４０７の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【００５４】
カウンタ４０７１は遷移期間推定部から送られるオシレータ６２１のクロックＬＯをカウントアップし、通信クロックＣＬＫの立ち上り毎に０リセットされる。ラッチ４０７２はＣＬＫの立ち上り時のカウンタ出力Ｓ４０７１をラッチすることで、カウンタの通信クロック毎の最高値Ｓ４０７２を取得する。加算器４０７４はのこぎり波のピーク値であるＳ４０７２から割り算器４０７３によって１／２にされたτｎｅｘｔを差し引くことで得られた値Ｓ４０７３を比較器４０７５へ出力する。
【００５５】
比較器４０７５は、のこぎり波状のＳ４０７１と、Ｓ４０７３とを比較し、Ｓ４０７３がＳ４０７１を上回ったタイミングでＳ４０７４が立ち上りラッチ４０７６をトリガする。以上の構成によって、通信クロックＣＬＫよりもτｎｅｘｔ／２だけ早いタイミングでＰＷＭ１がラッチされ、リタイミングされたスイッチング信号ＰＷＭ２が出力される。
【実施例３】
【００５６】
次に、本発明の実施例３について説明する。以下に説明する相違点を除き、実施例３のシステムの各部は、図１〜図８に示された実施例１及び実施例２の同一の符号を付された各部と同一の機能を有するため、それらの説明は省略する。
【００５７】
図９は、本発明の実施例３の遷移期間推定器４０６の構成例を示すブロック図である。
【００５８】
図９の構成例ではパラメータ抽出部において、比例定数ｋをτ、Ｖ、Ｉの関係式から計算するのではなく、τの実測値とｋを用いた推定値との比較を行い、誤差を最小化するようフィードバックすることで定める。本実施例の構成では比例定数計算器６１０で必要であったＩによる除算が不要となり、実施例２と比較して回路規模および演算時間を縮小することができる。
【００５９】
なお、後述するように、本実施例のτ算出器６１５は式（３）によってτｎｅｘｔを計算し、この式（３）は除算を含んでいる。しかし、制御局２が供給する電圧であるＶＥＣＵが固定値または既知である場合には分母にあたるＶは固定値となり、比例定数ｋに組み込むことが可能となるので、τ算出器６１５は除算器を備えなくてもよいことになる。
【００６０】
ただし、本実施例では、前述の実施例２と異なり、ｋが最適な値に収束するまでにいくらかのスイッチングを行うことが必要である。対策として、ｋの初期値として適当な値を制御局または子局が予め判断しておき、収束時間を早めることが可能である。
【００６１】
本実施例のパラメータ抽出部について説明する。誤差増幅器６１７は、セレクタ６０６が出力する遷移期間幅の実測値τと、ラッチ６１６により保持されているこのτの推定値τｎｅｘｔの差分を誤差として出力する。加算器６１８とラッチ６１９はアキュムレータを構成し、ｋを累算値として保持する。推定τが実測τよりも小さければｋを増加させ、逆に大きければｋを減少させることによって、もっとも誤差の小さいτを算出可能なｋを学習する。
【００６２】
本実施例の次遷移期間計算部のτ算出器６１５は、パラメータ抽出部が学習したｋの値を用いて、式（３）によってτｎｅｘｔを計算する。
【００６３】
【数３】
2018164221.tif 000005
【実施例４】
【００６４】
次に、本発明の実施例４について説明する。以下に説明する相違点を除き、実施例４のシステムの各部は、図１〜図９に示された実施例１〜実施例３の同一の符号を付された各部と同一の機能を有するため、それらの説明は省略する。
【００６５】
図１０は、本発明の実施例４の遷移期間推定器４０６の構成例を示すブロック図である。
【００６６】
実施例４の遷移期間推定器４０６は、実施例２および実施例３の遷移期間推定器４０６が備えていたパラメータ抽出部と次遷移期間計算部を備えず、代わりにテーブル作成・参照部を備える。本実施例においては比例定数ｋの概念は存在しない。テーブル６２０には、スイッチング直前の子局側電力線電圧値ＶＢＵＳとアクチュエータ電流Ｓ１と、直後のスイッチングによって発生する遷移電流期間幅τの推定値のテーブルが、インバータのエッジ方向毎に、アクチュエータ子局４のメモリに保存されており、スイッチング毎にメモリを読みだすことによってτｎｅｘｔを出力する。
【００６７】
メモリに保存されるテーブルは、事前のテストモードで電圧と電流を振ってそれぞれの電圧及び電流に対応するτを測定することによって作成される。実施例３と同様に、電力線電圧が固定または既知の場合はメモリに保存されるパラメータをＶ、Ｉ、τの３つではなくＩ、τの２つにしてメモリ量を削減することも可能である。
【００６８】
本実施例では電流・電圧と遷移時間の関係に線形モデルを持ち込まないので、実施例２および実施例３よりも精度のよいτの推定が可能である。テーブルは、前述のように子局がテストモードで作成してもよいが、子局の電力線上での取り付け位置が決まっている場合はＲＯＭとして予め作成済みのものを備えてもよく、その場合は遷移期間測定部は不要となる。
【実施例５】
【００６９】
次に、本発明の実施例５について説明する。以下に説明する相違点を除き、実施例５のシステムの各部は、図１〜図１０に示された実施例１〜実施例４の同一の符号を付された各部と同一の機能を有するため、それらの説明は省略する。
【００７０】
図１１は、本発明の実施例５のアクチュエータ子局４の構成例を示すブロック図である。
【００７１】
本実施例が実施例１と異なる点は、過電圧保護回路４０１が過電圧保護・電流検出器４１２に置き換えられ、遷移期間推定器４０６が過電圧保護・電流検出器４１２に流れる電流Ｓ２を検出できる点である。実施例１に示したＶＢＵＳからτを測定する構成では、実施例２〜４の遷移期間測定部に示すように、ＶＢＵＳがクランプ電圧ＶＬまたはＶＨになっていることを検出するために、ＶＬよりもわずかに高い電圧ＶｔｈＬおよびＶＨよりもわずかに低い電圧ＶｔｈＨを閾値として用意する必要があった。しかしながら、そのためにはＶＬとＶＨが既知でなくてはならないという制約が発生し、設計の自由度を狭めてしまっていた。図２のタイミング図に示すように、バス電流の遷移期間は過電圧保護回路４０１に電流が流れている期間でもあるので、この電流ＩＣＬＡＭＰの有無を検出することでτの測定が可能である。そこで、本実施例では遷移期間幅τの測定にＩＣＬＡＭＰを用いる。本実施例の遷移期間推定器４０６における遷移期間測定部は、全てＶＢＵＳではなくＩＣＬＡＭＰを観測し、比較器６０１と６０２はその正負を判定するのみとなる。例えば、十分に小さい閾値を設定し、ＩＣＬＡＭＰの絶対値がその閾値より大きい場合にはＩＣＬＡＭＰがあると判定してもよい。ただし、過電圧保護回路に電流検出器として抵抗を挿入した場合においては、過電圧保護回路のインピーダンスが高くなり、サージ電流が流れた際に電圧の上昇を抑えきれなくなるが、実施例１ではそのような問題は発生しない。
【００７２】
上記の実施例１から実施例５に示したアクチュエータは、負荷の一例であり、図１等に示したシステムは、負荷を駆動するシステムの一例である。本発明は、アクチュエータに限らず、電力線からの電力の供給をスイッチングすることによって駆動される任意の種類の負荷に適用することができる。
【００７３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００７４】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によってハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによってソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、不揮発性半導体メモリ、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶デバイス、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の計算機読み取り可能な非一時的データ記憶媒体に格納することができる。
【００７５】
また、制御線及び情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線及び情報線を示しているとは限らない。
【符号の説明】
【００７６】
１０１  ＥＣＵ
２  ＥＣＵ側制御局
２０１  直流電源
２０２  電圧変調器
２０３  電流復調器
２０４  通信回路
３０１  電力線バス
３０２  バス終端抵抗
３０３  ＤＣブロッキング容量
４  アクチュエータ子局
４０１  過電圧保護回路
４０２  電圧復調器
４０３  電流変調器
４０４  通信回路
４０５  制御回路
４０６  遷移期間推定器
４０７  タイミング調整器
４０８  インバータ
４０９  アクチュエータ
【図１】
2018164221.tif 000006
【図２】
2018164221.tif 000007
【図３】
2018164221.tif 000008
【図４】
2018164221.tif 000009
【図５】
2018164221.tif 000010
【図６】
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【図７】
2018164221.tif 000012
【図８】
2018164221.tif 000013
【図９】
2018164221.tif 000014
【図１０】
2018164221.tif 000015
【図１１】
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