(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源側から負荷側に電力線を介して電力を供給し、電力線を介して負荷側から電源側に電流通信を行う回路であって、
負荷側に設けられ、電源側から供給される電圧を定電圧化する定電圧回路と、
負荷側に設けられ、定電圧回路の負荷電流を変化させて、電流通信を行う電流変化回路とを備え、
電流変化回路は、負荷電流の変化の周期が所定の周期よりも短い信号を通信するときに、変化させる負荷電流を、負荷電流の変化の周期が所定の周期よりも長い信号を通信するときの負荷電流よりも増加させることを特徴とする電力線利用の電流通信回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電子制御ユニット間で、電力を供給しながらデータ通信を行う電力線利用の電流通信回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、たとえば実開平５−４８４８８などで、電力線を利用した信号伝送についての先行技術が開示されている。この先行技術では、車輌に搭載する電子制御装置を複数に分散して配置し、主制御装置から１または複数の負荷装置に電力とともに信号を伝送して、ワイヤハーネスを省線化するようにしている。車載用の電子制御装置、たとえばエアバッグ制御用の電子制御装置では、車体のドアに衝撃センサとともに電子制御装置を配置し、エアバッグの膨張の制御をする電子制御装置から電力の供給を受けるとともに、逆方向に信号を伝送する必要がある。
【０００３】
図５は、本発明の基礎技術として、電力線利用の電流通信回路の概略的な構成を示す。この電流通信回路は、エアバッグシステムを構成する複数の電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と略称する）の間で電力の供給と逆方向に信号伝送を行う。車輌のドアなどに配置されるサブＥＣＵ１は、メインＥＣＵ２から通信ライン３および接地ライン４を介して電力の供給を受け、電流通信によって信号を送る。サブＥＣＵ１内には、通信ライン３を介して供給される動作用電力の電圧を５Ｖに安定化する５Ｖレギュレータ５、５Ｖレギュレータ５によって安定化された電源電圧Ｖｃｃによって動作するマイクロコンピュータであるマイコン６、マイコン６からメインＥＣＵ２に伝送するデータについて電流通信を行う通信回路７、通信ライン３などに重畳されるノイズを除去するコンデンサ８などが含まれる。５Ｖレギュレータ５の出力は、マイコン６の電源電圧Ｖｃｃとしてばかりではなく、サブＥＣＵ１内の内部回路、たとえば衝撃センサ関係などの動作用電源電圧としても使用される。マイコン６の接地電圧Ｖｓｓは、接地ライン４に接続される。
【０００４】
通信回路７内には、電流制限抵抗９および保護抵抗１０がエミッタと接地との間、およびコレクタと通信ライン３との間にそれぞれ直列に挿入されるＮＰＮトランジスタ１１と、ＮＰＮトランジスタ１１のベースをコレクタで駆動するＰＮＰトランジスタ１２が含まれる。ＮＰＮトランジスタ１１のベースとＰＮＰトランジスタ１２のコレクタとの間には、入力抵抗１３が接続される。ＰＮＰトランジスタ１２のコレクタと接地との間には、出力抵抗１４が接続される。ＰＮＰトランジスタ１２のエミッタとベースとの間には、バイアス抵抗１５が接続され、ＰＮＰトランジスタ１２のベースとマイコン６の出力ＯＵＴ端子との間には駆動抵抗１６が接続される。
【０００５】
メインＥＣＵ２内には、バッテリや発電機などから供給される直流電圧＋Ｂをたとえば１０Ｖに安定化して供給する電源１７と、電源１７の出力と通信ライン３との間に接続されるセンシング抵抗１８と、センシング抵抗１８の両端の電圧を増幅する差動アンプ１９と、差動アンプ１９の出力電圧を入力し、アナログ／デジタル変換（以下、「Ａ／Ｄ」と略称する）する機能を有するＡ／Ｄポートを備えるマイコン２０と、差動アンプ１９の出力が異常値とならないように監視するコンパレータ２１および基準電圧源２２が含まれる。マイコン２０は、５Ｖの電源電圧Ｖｃｃと接地電圧Ｖｓｓによって動作する。
【０００６】
サブＥＣＵ１内では、５Ｖレギュレータ５から５Ｖに安定化された電源電圧によって、マイコン６や内部回路が動作し、必要に応じて通信回路７から通信ライン３を介してメインＥＣＵ２に信号を伝送する。信号伝送のため、サブＥＣＵ１のマイコン６の出力ＯＵＴ端子で、トランジスタ１２，１１に駆動する。トランジスタ１１が導通すると、通信ライン３を介してメインＥＣＵ２の電源１７から供給される電流は、保護抵抗１０からトランジスタ１１のコレクタ・エミッタ間を通り、電流制限抵抗９を介して接地に流れる。トランジスタ１１が遮断すると、この電流も遮断され、通信ライン３を介して供給される電流は、５Ｖレギュレータ５からマイコン６および内部回路に供給される電流のみとなる。電流制限抵抗９は、たとえば１５０Ωであり、保護抵抗は４７Ωである。センシング抵抗１８は、１０Ωである。トランジスタ１１が導通するときには、標準で２９ｍＡ程度の電流が流れ、センシング抵抗１８の両端の電位差は、２９×１０＝２９０ｍＶだけ増加する。この電流の変化は、差動アンプ１９で電圧の変化に変換して増幅される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
実開平５−４８４８８の先行技術では、主制御装置から負荷装置に電力を供給する際の電源電圧を変化させて信号を伝送している。電力の供給方向と信号の伝送方向とが同方向であり、逆方向の信号伝送を行うことはできない。また、電力供給用の電圧を変化させて信号が伝送されるので、ノイズなどの影響を受けやすくなる。
【０００８】
図５に示すような構成であれば、サブＥＣＵ１側からメインＥＣＵ２に電流と逆方向に信号伝送を行うことができる。電流通信による電圧変化は、前述のように０．３Ｖ程度であり、実開平５−４８４８８のスイッチング用ダイオードの順方向電圧降下分よりも小さい。また、一定の電流の増減でデータの通信を行うので、ノイズなどの影響を受けにくい。
【０００９】
しかしながら、図５の構成では、通信電流のばらつきが大きくなる問題がある。サブＥＣＵ１の５Ｖレギュレータ５は、いわゆる３端子レギュレータとして半導体集積回路化され、標準化されているけれども、出力電圧の精度は±１０％である。この出力と、電流通信用の出力トランジスタ１１のベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅの温度変化に対するばらつきや、電流制限抵抗９の精度±５％とでほぼ通信電流が決定され、標準値であるＴＹＰ＝２９ｍＡに対して±６ｍＡ程度のばらつきが生じる。すなわち±２０％ずれが生じる可能性がある。このようにばらつきが大きいと、マイコン２０のＡ／Ｄポートで読み込む際のしきい値や、コンパレータ２１が通信ライン３の異常を検出するための基準電圧源２２の設定が困難となる。
【００１０】
コンデンサ８は、通信ライン３から発生するノイズを抑えるために設けられているけれども、コンデンサ８の容量を増すと、通信ライン３を介してサブＥＣＵ１からメインＥＣＵ２に伝達する通信波形がなまって、高速の通信を行うことが困難になるので、コンデンサ８の容量をあまり大きくすることはできず、充分なノイズ除去を行うことができない。
【００１１】
また、通信回路７は、マイコン６の出力で駆動される駆動用のトランジスタ１２と、トランジスタ１２で駆動され、メインＥＣＵ２からの電源電圧が供給される通信ライン３に接続される出力用のトランジスタ１１とを含む。このため、入力抵抗１３や出力抵抗１４あるいは保護抵抗１０などを必要とし、構成部品が多くなってコスト高となる。
【００１２】
本発明の目的は、通信回路の構成部品を低減し、しかも通信電流の精度を向上させることができる電力線利用の電流通信回路を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源側から負荷側に電力線を介して電力を供給し、電力線を介して負荷側から電源側に電流通信を行う回路であって、
負荷側に設けられ、電源側から供給される電圧を定電圧化する定電圧回路と、
負荷側に設けられ、定電圧回路の負荷電流を変化させて、電流通信を行う電流変化回路とを備え、
電流変化回路は、負荷電流の変化の周期が所定の周期よりも短い信号を通信するときに、変化させる負荷電流を、負荷電流の変化の周期が所定の周期よりも長い信号を通信するときの負荷電流よりも増加させることを特徴とする電力線利用の電流通信回路である。
【００２２】
本発明に従えば、負荷電流の変化の周期が所定周期より短い信号を通信するときには、負荷電流が増加するように変化させるので、電流変化量が多くなり、コンデンサなどによる波形のなまりを受けても、重要で緊急を要する信号などは、負荷電流を増やして確実に伝送させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の概略的な電気的構成を示す。本実施形態は、図５に示す技術を前提とし、問題点を解決すべく改良してある。サブＥＣＵ３１は、メインＥＣＵ３２と、通信ライン３３および接地ライン３４を介して接続される。１または複数のサブＥＣＵ３１とメインＥＣＵ３２とは、自動車に搭載されるエアバッグシステムを構成する。サブＥＣＵ３１は、内部回路として衝撃センサおよびその信号処理回路を含み、５Ｖレギュレータ３５によって電源電圧が安定化されて供給される。電源電圧５Ｖは、デジタル回路の標準的な電源電圧であり、５Ｖレギュレータ３５は、標準的な３端子ＩＣレギュレータとして、各社から市販されている。マイコン３６は、５Ｖレギュレータ３５の出力電圧を電源電圧Ｖｃｃとし、出力ＯＵＴ端子からメインＥＣＵ３２への通信用の出力を導出する。
【００２４】
本実施形態では、通信回路３７が、５Ｖレギュレータ３５の出力側５Ｖの電圧で動作する。５Ｖレギュレータ３５の入力側には、ノイズ低減用のコンデンサ３８が接続される。５Ｖレギュレータ３５の出力側では、電流制限抵抗３９を介して出力用のＮＰＮトランジスタ４１のコレクタに、５Ｖレギュレータ３５の出力が与えられる。トランジスタ４１のエミッタは接地され、ベースにはバイアス抵抗４５を介して５Ｖレギュレータ３５の出力電圧が導かれる。トランジスタ４１のベースは、さらに駆動抵抗４６を介してマイコン３６の出力ＯＵＴに接続される。このように、サブＥＣＵ３１の５Ｖ電源に、通信回路３７を接続し、マイコン３６によってトランジスタ４１を駆動し、通信ライン３３の電流を制御する。なお、電流制限抵抗３９の抵抗値は１５０Ωである。
【００２５】
メインＥＣＵ３２には、サブＥＣＵ３１に供給する１０Ｖを安定化する電源４７が含まれ、信号電流検出用のセンシング抵抗４８を介して通信ライン３３に電源電流が供給される。この電源電流は、トランジスタ４１が遮断しているときには、サブＥＣＵ３１の内部回路およびマイコン３６の消費電流に対応し、トランジスタ４１が導通すると電流制限抵抗３９およびトランジスタ４１のコレクタ・エミッタ間に流れる電流が加わる。センシング抵抗４８の両端の電圧変化は、差動アンプ４９によって増幅され、メインＥＣＵ３２に含まれるマイコン５０のＡ／Ｄポートに与えられる。差動アンプ４９の出力電圧は、さらにコンパレータ５１で基準電圧源５２の出力電圧と比較され、差動アンプ４９の出力電圧が基準電圧源５２の電圧を超えるような異常時には、マイコン５０の入力端子ＩＮに割込み信号などが与えられ、電圧異常などに対する処理が行われる。センシング抵抗４８の抵抗値は１０Ωである。
【００２６】
本実施形態では、５Ｖレギュレータ３５の出力電圧によって通信回路３７で、負荷電流が増大するようなスイッチング制御を行っているけれども、実験の結果、５Ｖレギュレータの出力電圧ラインの電圧変動は５Ｖレギュレータ３５のフィードバッグ制御によって抑えられ、サブＥＣＵ３１内の動作には影響が生じないことを確認している。図５の通信回路７と本実施形態の通信回路３７とを比較すれば容易に判るように、本実施形態の通信回路３７は５Ｖレギュレータ３５の出力で動作するので、５Ｖレギュレータ３５の各種保護機能を利用することができ、電流通信回路３７の構成が簡略化され、使用部品が低減されている。
【００２７】
図２は、本発明の実施の他の形態のサブＥＣＵ５５の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。マイコン５６内には、通信回路５７の一部の回路も内蔵する。この結果、通信回路５７には、電流制限抵抗５９，６０のみが含まれる。マイコン５６内には、出力ＭＯＳ  ＦＥＴ６１，６２が含まれ、それぞれの出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２が電流制限抵抗５９，６０を介して５Ｖレギュレータ３５の出力に接続される。本実施形態では、マイコン５６内で出力ＭＯＳ  ＦＥＴ６１，６２を同時に制御し、電流制限抵抗５９，６０に同時に電流を流して定電流通信を行う。本実施形態では、２つの出力ＭＯＳ  ＦＥＴ６１，６２にスイッチング素子を分割しているけれども、電流値に応じてさらに多くの出力ＭＯＳ  ＦＥＴを用いることもできる。２分割の場合、電流制限抵抗５９，６０の抵抗値は、図１の電流制限抵抗３９の２倍の３００Ωである。本実施形態のようにマイコン５６の外部の通信回路５７としては、電流制限抵抗５９，６０のみを含むようにしているので、通信回路５７の使用部品は低減され、しかも電流制限抵抗５９，６０はこれらの電流制限抵抗をマイコン５６内に形成する場合よりも精度よく製造することができるので、電流通信を行う負荷電流の精度を高めることができる。
【００２８】
図３は、本発明の実施のさらに他の形態のサブＥＣＵ６５の構成を示す。本実施形態のマイコン６６には、３つのスイッチング素子が内蔵され、通信回路６７は３つの電流制限抵抗６９，７０，７１を含む。３つの電流制限抵抗６９，７０，７１は、いずれも３００Ωであり、５Ｖレギュレータ３５の出力に接続され、負荷電流２段階に変化させることができる。ベースとなる通信は、出力ＯＵＴ１ａおよびＯＵＴ１ｂを同時にオン／オフさせて行い、拡張通信はさらに出力ＯＵＴ２をオン／オフさせて行う。このため、５Ｖレギュレータ３５の出力側の負荷電流の変化が大きくなると予想され、５Ｖレギュレータ３５の出力は整流ダイオード７２を介してサブＥＣＵ６５の内部回路およびマイコン６６に供給される。この供給電圧は、５Ｖレギュレータ３５の出力電圧より、整流ダイオード７２の順方向電圧降下分だけ減少するので、５Ｖレギュレータ３５の基準電圧を電圧調整ダイオード７３によって増加させる。整流ダイオード７２と電圧調整ダイオード７３との順方向電圧降下は、たとえばシリコンダイオードであれば０．６〜０．７Ｖ程度で等しく、整流ダイオード７２による電圧降下分だけ５Ｖレギュレータ３５の出力電圧を上昇させて、内部回路およびマイコン６６には５Ｖを供給することができる。この供給電圧の平滑のために、平滑コンデンサ７４も設けられる。
【００２９】
図４は、図３の実施形態で電流通信を行う際の通信電流の変化を示す。拡張通信は、ＯＵＴ１ａ，１ｂとＯＵＴ２とを並列に動作させて行うので、電流値が大きくなり、ベースとなるＯＵＴ１ａ，１ｂによる通信よりも短い周期の信号でも確実に伝達させることができる。また通信電流のレベルが異なるので、図１のメインＥＣＵ３２側のマイコン５０のＡ／Ｄポートで、入力電圧のしきい値を変えれば、２系統の通信を分けて通信することもできる。本実施形態で、通信回路６７に含まれる電流制限抵抗６９，７０，７１の個数を増やし、マイコン６６内のスイッチング回路の数を増やせば、さらに多くの種類の電流通信を同時に行うことも可能となる。
【００３０】
以上説明した各実施形態では、メインＥＣＵ３２側の構成は共通としている。マイコン５０のＡ／Ｄポートでは、たとえば７μｓｅｃ毎にＡ／Ｄが可能である。したがって、マイコン５０は、たとえば２０μｓｅｃおきにＡ／Ｄポートの入力をチェックするように動作プログラムを作成しておくことによって、効率よくＡ／Ｄポートの入力を確認することができる。図４に示すような低いレベルのベース通信は、たとえば周期が数１０ｍｓｅｃ程度で行われるので、Ａ／Ｄポートが２０μｓｅｃおきにチェックされれば、１回の信号を何回もチェックすることができる。短時間の拡張通信は、たとえば数１０μｓｅｃの周期としておくことによって、２０μｓｅｃおきのＡ／Ｄポートの入力確認では、１回〜２回程度の検出を行うことができ、短期間に多くの情報を伝達することができる。
【００３１】
また、各実施形態は、自動車に搭載されるエアバッグシステムも構成するようにされているけれども、一般に複数の電子制御ユニットを分散して配置し、メインとなる電子制御ユニットからサテライトとなる１または複数の電子制御ユニットに電源を供給し、その電力線を利用して信号を逆方向に伝送するような用途にも本発明を適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電源側から負荷側に供給される電源電圧を定電圧化する定電圧回路の負荷電流を変化させて電流通信を行うので、通信回路の構成部品を低減し、簡略化することができる。
【００３６】
また、変化の周期が短い信号は電流変化値が大きくなるので、確実に信号伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の他の形態のサブＥＣＵ５５の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施のさらに他の形態のサブＥＣＵ６５の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図３の実施形態の出力および通信電流の波形図である。
【図５】本発明の基礎となる構成を示す概略的なブロック図である。
【符号の説明】
３１，５５，６５  サブＥＣＵ
３２  メインＥＣＵ
３３  通信ライン
３４  接地ライン
３５  ５Ｖレギュレータ
３６，５６，６６  マイコン
３７，５７，６７  通信回路
３８  コンデンサ
３９，５９，６０，６９，７０，７１  電流制限抵抗
４１  トランジスタ
４７  電源
４８  センシング抵抗
４９  差動アンプ
５１  コンパレータ
６１，６２  出力ＭＯＳ  ＦＥＴ
７２  整流ダイオード
７３  電圧調整ダイオード
７４  平滑コンデンサ
【図１】
0003840319.tif 000002
【図２】
0003840319.tif 000003
【図３】
0003840319.tif 000004
【図４】
0003840319.tif 000005
【図５】
0003840319.tif 000006