(57)【要約】【課題】ＦＥＴのスイッチング動作時の損失を抑えて、従来よりＦＥＴの小型化及び低コスト化を図ることが可能な負荷駆動装置を提供する。【解決手段】本発明に係る負荷駆動装置１０では、アクチュエータ１１への駆動電流が大きくなると、スイッチング動作時にＦＥＴ１２のゲートに流れる電流も大きくなり、ＦＥＴ１２に寄生したコンデンサＣ１が急速に充電され、スイッチング動作時における過渡的なドレイン・ソース間の抵抗変化の時定数が小さくなる。これにより、スイッチング動作時のＦＥＴ１２における電圧降下が急峻に減衰し、アクチュエータ１１への駆動電流が大きくなった場合のＦＥＴ１２の損失が従来より低減される。即ち、本発明によれば、ＦＥＴ１２の発熱が抑えられて、ＦＥＴ１２の小型化及び低コスト化を図ることが可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷との間を導通状態と非導通状態とに切り替えるＦＥＴを備え、前記ＦＥＴをスイッチングすることで前記負荷への駆動電流をＰＷＭ制御する負荷駆動装置において、
前記負荷への駆動電流が大きくなるに従って、前記スイッチング動作時に前記ＦＥＴのゲートに流れる電流を大きくする制御電流変更手段を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
原動機付きの乗り物に搭載された電源と負荷との間を導通状態と非導通状態とに切り替えるＦＥＴを備え、前記ＦＥＴをスイッチングすることで前記負荷への電流をＰＷＭ制御する負荷駆動装置において、
前記原動機の回転数が大きくなるに従って、前記スイッチング動作時に前記ＦＥＴのゲートに流れる電流を大きくする制御電流変更手段を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項３】
前記負荷は、四輪駆動車における前後輪の駆動力の配分を変更するためのアクチュエータであることを特徴とする請求項２記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記制御電流変更手段は、制御信号用電源と前記ＦＥＴのゲートとの間に設けたマルチプレクサと、前記マルチプレクサによって選択的に前記ＦＥＴのゲートに接続可能な複数の異なる減流素子とを備えてなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記制御電流変更変更手段は、前記負荷に流れ得る前記駆動電流とスイッチング動作時に前記ＦＥＴのゲートに流す電流とを対応させたデータマップと、
前記負荷に流れた駆動電流又は外部からの情報により決定した負荷への駆動電流に基づき、前記データマップから前記ＦＥＴのゲートに流す電流を決定する電流値決定手段と、
前記電流値決定手段によって決定した電流を前記ＦＥＴのゲートに流すためのＤ／Ａコンバータとを備えてなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＥＴをスイッチングすることで、負荷への駆動電流をＰＷＭ制御する負荷駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の負荷駆動装置では、ＦＥＴをスイッチングする間隔（即ち、出力パルスの幅）のみを変更して、負荷に流す駆動電流をＰＷＭ制御する構成になっていた（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５３−４１３３１号公報（１頁  右欄４〜２４行目）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しなしながら、上記した従来のものでは、負荷に流す駆動電流が大きくなると、ＦＥＴのスイッチング動作時における損失が大きくなる。その理由は、ＦＥＴは、スイッチング動作時にドレイン・ソース間の抵抗が過渡的に変化し、従来は、その過渡的な抵抗変化の時定数が負荷への駆動電流の大小に拘わらず一定になっていたからである。この結果、負荷に流す駆動電流が大きくなるとその駆動電流とドレイン・ソース間の抵抗（又は、ドレイン・ソース間の電圧降下）とから求められる損失が大きくなっていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＦＥＴのスイッチング動作時の損失を抑えて、従来よりＦＥＴの小型化及び低コスト化を図ることが可能な負荷駆動装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る負荷駆動装置は、電源と負荷との間を導通状態と非導通状態とに切り替えるＦＥＴを備え、ＦＥＴをスイッチングすることで負荷への駆動電流をＰＷＭ制御する負荷駆動装置において、負荷への駆動電流が大きくなるに従って、スイッチング動作時にＦＥＴのゲートに流れる電流を大きくする制御電流変更手段を備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明に係る負荷駆動装置は、原動機付きの乗り物に搭載された電源と負荷との間を導通状態と非導通状態とに切り替えるＦＥＴを備え、ＦＥＴをスイッチングすることで負荷への電流をＰＷＭ制御する負荷駆動装置において、原動機の回転数が大きくなるに従って、スイッチング動作時にＦＥＴのゲートに流れる電流を大きくする制御電流変更手段を備えたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載の負荷駆動装置において、負荷は、四輪駆動車における前後輪の駆動力の配分を変更するためのアクチュエータであるところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の負荷駆動装置において、制御電流変更手段は、制御信号用電源とＦＥＴのゲートとの間に設けたマルチプレクサと、マルチプレクサによって選択的にＦＥＴのゲートに接続可能な複数の異なる減流素子とを備えてなるところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の負荷駆動装置において、制御電流変更変更手段は、負荷に流れ得る駆動電流とスイッチング動作時にＦＥＴのゲートに流す電流とを対応させたデータマップと、負荷に流れた駆動電流又は外部からの情報により決定した負荷への駆動電流に基づき、データマップからＦＥＴのゲートに流す電流を決定する電流値決定手段と、電流値決定手段によって決定した電流をＦＥＴのゲートに流すためのＤ／Ａコンバータとを備えてなるところに特徴を有する。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の負荷駆動装置では、負荷への駆動電流が大きくなると、スイッチング動作時にＦＥＴのゲートに流れる電流も大きくなり、ＦＥＴに寄生したコンデンサが急速に充電され、スイッチング動作時における過渡的なドレイン・ソース間の抵抗変化の時定数が小さくなる。これにより、スイッチング動作時のＦＥＴにおける電圧降下が急峻に減衰し、負荷への駆動電流が大きくなった場合のＦＥＴの損失が従来より低減される。即ち、本発明によれば、ＦＥＴの発熱が抑えられて、ＦＥＴの小型化及び低コスト化を図ることが可能になる。
【００１２】
＜請求項２の発明＞
請求項２の負荷駆動装置では、原動機の回転数が大きくなると、スイッチング動作時にＦＥＴのゲートに流れる電流も大きくなり、ＦＥＴに寄生したコンデンサが急速に充電され、スイッチング動作時における過渡的なドレイン・ソース間の抵抗変化の時定数が小さくなる。これにより、スイッチング動作時のＦＥＴにおける電圧降下が急峻に減衰し、原動機の回転数が大きくなった場合のＦＥＴの損失が従来より低減される。即ち、本発明によれば、ＦＥＴの発熱が抑えられて、ＦＥＴの小型化及び低コスト化を図ることが可能になる。
【００１３】
ところで、乗り物には、ノイズ（例えば、ラジオ等）の影響を受ける機器が搭載されているのでエミッション性能が問題になる。そして、原動機の回転数が小さいときには、車内の静粛性が高く、高いエミッション性能が要求される一方、原動機の回転数が大きいときには、原動機の騒音が大きく、車内の静粛性が低いため高いエミッション性能は要求されない。これに対し、スイッチング動作時のＦＥＴのゲートに流れる電流を大きくするほどエミッション性能が低下する。本発明では、原動機の回転数が小さいときには、スイッチング動作時におけるＦＥＴのゲートに流れる電流が小さくなるので、高いエミッション性能の要求に応えられる。また、原動機の回転数が大きくなり、高いエミッション性能が要求されなくなったときに、スイッチング動作時におけるＦＥＴのゲートに流れる電流が大きくなり、損失低減を図ることができる。
【００１４】
具体的には、四輪駆動車の前後輪の駆動力配分を行うためのアクチュエータは、原動機の回転数の増加に伴って比較的大きな駆動電流を必要とするので、請求項３の負荷駆動装置のように、上記アクチュエータを負荷とすれば、アクチュエータへの駆動電流と原動機の回転数とが共に大きくなったときに、ＦＥＴにおける電圧降下を急峻に減衰させることができ、乗り物におけるエミッション性能と損失低減の両方を従来より向上させることができる。
【００１５】
＜請求項４の発明＞
請求項４の負荷駆動装置では、マルチプレクサが複数の異なる減流素子を選択的にＦＥＴのゲートに接続することで、スイッチング動作時にＦＥＴのゲートに流れる電流を変更することができる。
【００１６】
＜請求項５の発明＞
請求項５の負荷駆動装置では、負荷に流れた駆動電流又は外部からの情報により決定した負荷への駆動電流に基づき、データマップからＦＥＴのゲートに流す電流を決定し、その決定した電流をＤ／ＡコンバータからＦＥＴのゲートに流すことでスイッチング動作時にゲートに流す電流を変更することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明を四輪駆動車に搭載されたＥＣＵとしての負荷駆動装置に適用した第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。本実施形態の四輪駆動車は、例えば車両の前側にエンジン（本発明に係る「原動機」に相当する）を搭載しており、前輪を常時駆動する。そして、車両の前後に延びたプロペラシャフトの途中に駆動力伝達装置を備え、その駆動力伝達装置の作動により、走行状況に応じてエンジンからプロペラシャフトを通して後輪に駆動力を伝達する。本実施形態の負荷駆動装置１０は、この駆動力伝達装置に内蔵のアクチュエータ１１（図１参照）を駆動して、四輪駆動車の前後の駆動トルクの配分を制御する。
【００１８】
詳細には、プロペラシャフトは駆動力伝達装置の入力部に接続された入力側プロペラシャフトと駆動力伝達装置の出力部に接続された出力側プロペラシャフトとからなり、負荷駆動装置１０からアクチュエータ１１に流す駆動電流によって、アクチュエータ１１に備えたソレノイド１１Ｓが励磁され、その磁力によって入力側と出力側のプロペラシャフト同士が結合される。そして、本実施形態では、エンジンの回転数が大きくなるに応じて、負荷駆動装置１０からアクチュエータ１１に流す駆動電流を大きくすることで、入力側と出力側のプロペラシャフトの結合力を高め、後輪の駆動トルクを大きくする構成になっている。
【００１９】
図１には、本実施形態の電気的な構成が示されている。自動車のバッテリー１３の正極とグランドＧＮＤとを繋ぐ電力ラインＬ１の途中には、負荷駆動装置１０に備えたＦＥＴ１２とダイオードＤ１とが直列接続されている。詳細には、ＦＥＴ１２のソースがグランドＧＮＤに接続され、ＦＥＴ１２のドレインがダイオードＤ１のアノードに接続され、さらに、ダイオードＤ１のカソードがバッテリー１３の正極に接続されている。そして、ダイオードＤ１の両端子から延ばしたラインが、負荷駆動装置１０に備えたケース１６に固定のコネクタ１７に接続され、そのコネクタ１７にアクチュエータ１１に備えたコネクタを接続することで、アクチュエータ１１のソレノイド１１Ｓが、ダイオードＤ１の両端子に接続されている。また、ダイオードＤ１のカソードとソレノイド１１Ｓとを接続するラインの途中には、抵抗Ｒ１０が設けられている。これらにより、ＦＥＴ１２をオンしたときには、電力ラインＬ１が通電状態になってアクチュエータ１１のソレノイド１１Ｓに駆動電流が流れる一方、ＦＥＴ１２をオフしたときには、電力ラインＬ１が非通電状態になり、ダイオードＤ１がオンしてソレノイド１１Ｓの励磁エネルギーが放出される。
【００２０】
前記抵抗Ｒ１０の両端末には、オペアンプＯＰ１の両入力端子を接続することで駆動電流計測回路１４が構成されている。この駆動電流計測回路１４は、抵抗Ｒ１０の両端子間の電位差に基づきアクチュエータ１１に流れる駆動電流を計測する。
【００２１】
図１において符合１９は、制御信号用電源であって、制御信号用電源１９とＦＥＴ１２のゲートとの間には、制御電流変更回路２０が設けられている。制御電流変更回路２０は、複数の異なる減流素子としての抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，・・・をマルチプレクサ１８に接続してなる。そして、ＦＥＴ１２をオフするときには、マルチプレクサ１８に備えた全てのスイッチをオフして制御信号用電源１９とＦＥＴ１２のゲートとの間を断絶し、ＦＥＴ１２をオンするときには、マルチプレクサ１８の何れかのスイッチをオンして抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，・・・の何れかを選択的に制御信号用電源１９とＦＥＴ１２のゲートとの間に接続する。本実施形態では、この制御電流変更回路２０と後述するマイコン２１とで本発明に係る「制御電流変更手段」が構成されている。
【００２２】
なお、各抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，・・・・とグランドＧＮＤとの間には、それぞれ抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，・・・が直列接続されて複数の分割回路が構成されている。従って、本実施形態では、マルチプレクサ１８によって、何れかの分割回路の出力がＦＥＴ１２のゲートに接続されることにもなり、これにより、ＦＥＴ１２のゲート・ソース間の電圧も切り替えられるようになっている。
【００２３】
図１において符合２１は、マイコンであって、エンジンの回転数、車速等の走行状況に係る情報を取得し、その情報とデータマップとからアクチュエータ１１（詳細にはソレノイド１１Ｓ）に流す駆動電流を決定する。そして、マイコン２１は、マルチプレクサ１８の何れかのスイッチをオンし、減流素子としての何れかの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，・・を通して、制御信号用電源１９をＦＥＴ１２のゲートに接続する。このとき、駆動電流の決定値に応じてＦＥＴ１２のオン時間を変更することで、アクチュエータ１１に印加する電圧のパルス幅を変更し、これによりアクチュエータ１１への駆動電流をＰＷＭ制御する。また、アクチュエータ１１に流れた駆動電流は、駆動電流計測回路１４によって計測され、その計測結果がマイコン２１に取り込まれる。
【００２４】
さて、マイコン２１は、データマップから決定したアクチュエータ１１への駆動電流に応じてマルチプレクサ１８を作動し、減流素子としての何れかの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，・・を制御信号用電源１９とＦＥＴ１２のゲートとの間に接続する。具体的には、マイコン２１は、アクチュエータ１１への駆動電流が大きくなるに従って、小さな抵抗がＦＥＴ１２のゲートに接続されるようにマルチプレクサ１８を作動する。これにより、アクチュエータ１１への駆動電流が大きくなるに従って、スイッチング動作時にＦＥＴ１２のゲートに流れる電流が大きくなり、ＦＥＴ１２に寄生したコンデンサＣ１（図１参照）が急速に充電されて、スイッチング動作時における過渡的なドレイン・ソース間の抵抗変化の時定数が小さくなる。
【００２５】
従って、アクチュエータ１１への駆動電流が大きなときは（図２（Ａ）参照）、アクチュエータ１１への駆動電流が小さいとき（図２（Ｂ）参照）に比べて、ＦＥＴをオンするスイッチング動作時におけるドレイン・ソースの間の電圧降下が急峻に減衰し、ドレイン・ソースの間に流れる電流Ｉと、ドレイン・ソースの間の電圧降下Ｖｄｓとの積から求められるＦＥＴ１２のスイッチング損失が小さくなる。即ち、本実施形態の負荷駆動装置１０によれば、ＦＥＴ１２の発熱を抑えて、ＦＥＴ１２の小型化及び低コスト化を図ることが可能になる。
【００２６】
ところで、乗り物には、ノイズ（例えば、ラジオ等）の影響を受ける機器が搭載されているのでエミッション性能が問題になる。そして、エンジンの回転数が小さいときには、社内の静粛性が高いので高いエミッション性能が要求される一方、エンジンの回転数が大きいときには、エンジンの騒音が大きいため高いエミッション性能は要求されない。ここで、スイッチング動作時にＦＥＴ１２のゲートに流れる電流を大きくするとノイズが発生してエミッション性能が低下するが、本実施形態では、エンジンの回転数が大きいときに、ＦＥＴ１２のゲートに流れる電流を大きくし、エンジンの回転数が小さいときには、ＦＥＴ１２のゲートに流れる電流を小さくするので、乗り物におけるエミッション性能に対する要求にも応えることができる。
【００２７】
＜第２実施形態＞
本実施形態の負荷駆動装置１０’は、図３に示されており、マイコン２１’の出力部にＤ／Ａコンバータ２３を接続して備え、このＤ／Ａコンバータ２３にてＦＥＴ１２のゲートに制御信号を付与する。また、マイコン２１’には、アクチュエータ１１への駆動電流とスイッチング動作時においてＦＥＴ１２のゲートに流す電流とを対応させたデータマップ２４が記憶されている。
【００２８】
上記以外は、前記第１実施形態と同じであるので、同一部位には、第１実施形態と同一の符合を付して重複した説明は省略する。
【００２９】
本実施形態の負荷駆動装置１０’では、マイコン２１’が、駆動電流計測回路１４にて実測したアクチュエータ１１への駆動電流に基づいて、データマップ２４からスイッチング動作時にＦＥＴ１２のゲートに流す電流を決定する。そして、マイコン２１’が、Ｄ／Ａコンバータ２３を作動させて、ＦＥＴ１２をオンオフすると共に、このときアクチュエータ１１への駆動電流に応じて、Ｄ／Ａコンバータ２３からＦＥＴ１２のゲートに流す電流の大きさを制御する。これにより、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３０】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記第２実施形態では、駆動電流計測回路１４にて測定したアクチュエータ１１への駆動電流に応じて、ＦＥＴ１２のゲートに流す電流を変更していたが、マイコン２１’が走行状況に関する情報から決定した駆動電流に基づいて、ＦＥＴ１２のゲートに流す電流を変更する構成にしてもよい。
【００３１】
（２）前記第１及び第２の実施形態の負荷駆動装置１０，１０’は、自動車に搭載したＥＣＵであったが、本発明に係る負荷駆動装置は、自動車以外の乗り物の負荷又は、乗り物に関係しない負荷を駆動するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る負荷駆動装置の回路図
【図２】（Ａ）駆動電流が大きいときのＦＥＴのドレイン・ソース間の電圧及び電流
（Ｂ）駆動電流が小さいときのＦＥＴのドレイン・ソース間の電圧及び電流
【図３】第２実施形態の負荷駆動装置の回路図
【符号の説明】
１０，１０’…負荷駆動装置
１１…アクチュエータ（負荷）
１２…ＦＥＴ
１４…駆動電流計測回路（駆動電流計測手段）
１８…マルチプレクサ
１９…制御信号用電源
２０…制御電流変更回路（制御電流変更手段）
２１，２１’…マイコン（制御電流変更手）
２３…Ｄ／Ａコンバータ
２４…データマップ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗
【図１】
2004235939.tif 000003
【図２】
2004235939.tif 000004
【図３】
2004235939.tif 000005