CN103534767A - 电磁铁线圈的驱动装置 - Google Patents

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CN103534767A CN201280023761.8A CN201280023761A CN103534767A CN 103534767 A CN103534767 A CN 103534767A CN 201280023761 A CN201280023761 A CN 201280023761A CN 103534767 A CN103534767 A CN 103534767A
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Abstract

本发明提供一种电磁铁线圈的驱动装置，其抑制电磁铁的线圈中流过的电流的变化，实现线圈电流的稳压化。本发明具备：与电磁铁的线圈（10）串联连接，控制对线圈（10）供给的电流的半导体开关（Q1）；电容器（C1）；将电容器（C1）的充放电的电压与2个不同的电压进行比较，根据比较结果生成使半导体开关（Q1）进行开关动作的信号的比较器（30）；基于线圈（10）的施加电压对电容器（C1）充电的充电电路（50）；基于稳压后的电压对电容器（C1）充电的充电电路（60）；和进行电容器（C1）的放电的放电电路（70）。充电电路（50）具备电阻（R1）和与电阻（R1）并联连接的补偿电路（51、52）。各补偿电路（51、52）中，电阻与齐纳二极管串联连接。

Description

电磁铁线圈的驱动装置
技术领域
本发明涉及使电流在电磁铁的线圈中流过来驱动该线圈的电磁铁线圈的驱动装置。
背景技术
以往，这种驱动装置已知记载在例如专利文献1中。
该现有的驱动装置具备：与电磁铁的线圈串联连接、控制对该线圈供给的电流的半导体开关；电容器；将电容器的电压与2个电压进行比较，根据比较结果生成使半导体开关进行开关动作的信号的带有磁滞功能的比较器；和进行该电容器的充电和放电的充放电电路。
这样结构的驱动装置中，半导体开关根据从比较器输出的信号进行开关动作，由此对电磁铁的线圈供给规定的电流，对线圈进行励磁。
电磁铁的线圈中励磁力由供给的电流决定，所以优选测量流过线圈的电流并使其为恒定值。因此，以往，使用霍尔元件或电流检测电阻等测量流过线圈的电流，进行使该测量电流恒定的控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3365181号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，使用霍尔元件的情况下存在外部磁场的影响和制造费用增加的课题，使用检测电阻的情况下存在检测电阻中的电力损失，不优选。
在这样的背景下，要求在解决这些技术问题的同时，在电磁铁的线圈的施加电压上升、线圈的电流增加的情况，或者环境温度变化、线圈的电流减少的情况下，应对这些电流的变化，实现线圈电流的稳压化。
于是，本发明使鉴于以上的问题点而完成的，其目的在于提供一种电磁铁线圈的驱动装置，其能够尽可能地抑制由电磁铁的线圈的施加电压上升等引起的线圈电流的变化，实现线圈电流的稳压化。
解决技术问题的技术手段
为了达成上述目的，本发明由以下结构构成。
本发明的一个方式的电磁铁线圈的驱动装置，特征在于，具备：半导体开关，其与电磁铁的线圈串联连接，控制对上述线圈供给的电流；电容器；比较器，其将上述电容器的充放电的电压与2个不同的电压进行比较，并根据比较结果生成使上述半导体开关进行开关动作的信号；第一充电电路，其基于上述线圈的施加电压对上述电容器充电；和放电电路，其进行上述电容器的放电，上述第一充电电路具备第一电阻和与上述第一电阻并联连接的至少一个补偿电路，上述补偿电路中，电阻与齐纳二极管（稳压二极管）串联连接。
此外，上述电磁铁线圈的驱动装置还可以具备基于稳压后的电压来对上述电容器充电的第二充电电路。
此外，上述补偿电路可以具备由第二电阻与第一齐纳二极管串联连接而成的第一补偿电路、和第三电阻与第二齐纳二极管串联连接而成的第二补偿电路，上述第一齐纳二极管与上述第二齐纳二极管彼此的齐纳电压（稳定电压）不同。
此外，上述第一充电电路还可以具备与上述第一电阻元件串联连接的热敏电阻元件。
此外，上述热敏电阻元件可以具有正的温度系数。
此外，本发明的其他方式的电磁铁线圈的驱动装置，特征在于，具备：半导体开关，其与电磁铁的线圈串联连接，控制对上述线圈供给的电流；电容器；比较器，其将上述电容器的充放电的电压与2个不同的电压进行比较，并根据比较结果生成使上述半导体开关进行开关动作的信号；第一充电电路，其基于上述线圈的施加电压对上述电容器充电；和放电电路，其进行上述电容器的放电，上述第二充电电路具备第一电阻和热敏电阻元件；上述第一电阻与上述热敏电阻元件串联或并联连接。
此外，上述电磁铁线圈的驱动装置，还可以具备基于稳压后的电压来对上述电容器充电的第二充电电路。
此外，上述热敏电阻元件可以具有正的温度系数。
发明的效果
这样结构的本发明中，能够尽可能地抑制由电磁铁的线圈的施加电压的上升等引起的线圈电流的变化，实现线圈电流的稳压化。
附图说明
图1是本发明的电磁铁线圈的驱动装置的第一实施方式的电路图。
图2是表示第一实施方式的动作的波形例的图。
图3是表示电磁铁的线圈的施加电压与电流的关系的图。
图4是本发明的电磁铁线圈的驱动装置的第二实施方式的电路图。
图5是本发明的电磁铁线圈的驱动装置的第三实施方式的电路图。
具体实施方式
以下基于附图说明本发明的实施方式。
（第一实施方式的结构）
图1是本发明的电磁铁线圈的驱动装置的第一实施方式的电路图。
该第一实施方式中，从电源20对电磁铁的线圈10供给电流，并且即使电源20的电源电压VDD发生变化，也可使恒定的电流在线圈10中流过。
为此，如图1所示，在第一实施方式中，具备：作为半导体开关的场效应晶体管Q1；带有磁滞功能的比较器30；反相器（inverter）41、42；电容器C1；对电容器C1充电的2个充电电路50、60；和使电容器C1的电荷放电的放电电路70。
此外，该第一实施方式中，如图1所示，电阻R6与齐纳二极管ZD1在电源线80与地之间串联连接，从电阻R6与齐纳二极管（稳压二极管）ZD1的共同连接部得到稳压后的内部电压VCC。
电磁铁的线圈10的一端与电源线80连接，直接被施加电源电压VDD。这是为了提高电源的效率。此外，线圈10的另一端与场效应晶体管Q1的漏极连接。在线圈10的两端并联连接有续流用的二极管D1。二极管D1起到在场效应晶体管Q1断开时，利用因线圈10中产生的逆电动势而产生的电压，使电流在线圈10中流过的作用。
场效应晶体管Q1与线圈10串联连接，控制从电源20对线圈10供给的电流。为此，场效应晶体管Q1的漏极与线圈10连接，场效应晶体管Q1的源极接地。此外，场效应晶体管Q1的栅极与反相器42的输出端子连接。
比较器30将电容器C1的充放电电压（两端电压）Vc与2个电压VH、VL进行比较（参照图2），将与该比较结果对应的信号作为使场效应晶体管Q1进行开关动作的信号来输出。为此，比较器30如图1所示，具备运算放大器IC1和用于使其具有磁滞效果的电阻R7和电阻R8。此外，运算放大器IC1为集电极开路型，如图1所示在输出端连接电阻R11，能够输出电压。
运算放大器IC1的反相输入端子（－）与电容器C1的一端连接，电容器C1的另一端接地。运算放大器IC1的非反相输入端子（＋）通过电阻R7施加基准电压Vref。在运算放大器IC1的非反相输入端子（＋）与输出端子之间，连接电阻R8。对运算放大器IC1的一个电源端子供给内部电压VCC，运算放大器IC1的另一个电源端子接地。
根据这样结构的比较器30，通过使用对电阻R7的一端施加的基准电压Vref，能够得到在比较电容器C1的两端电压Vc时使用的上限阈值电压VH和下限阈值电压VL（参照图2）。
反相器41使比较器30的输出逻辑反转，将该逻辑反转后的二值信号对反相器42供给。反相器42使反相器41的输出逻辑反转，将该逻辑反转后的二值信号对场效应晶体管Q1的栅极供给。
如图1所示，充电电路50是基于线圈10的施加电压对电容器C1充电的电路，一端侧与电源线80连接，另一端侧经二极管D2与电容器C1的一端连接。然后，充电电路50具备：反馈电阻R1；和与反馈电阻R1并联连接的第一补偿电路51和第二补偿电路52。
反馈电阻R1的一端与电源线80连接，反馈电阻R1的另一端经二极管D2与电容器C1的一端连接。第一补偿电路51中，电阻R2与齐纳二极管ZD2串联连接，该串联电路与反馈电阻R1并联连接。第二补偿电路52中，电阻R3与齐纳二极管ZD3串联连接，该串联电路与反馈电阻R1并联连接。
如图1所示，充电电路60是基于在齐纳二极管ZD1的两端产生的稳压后的内部电压VCC对电容器C1充电的电路。为此，充电电路60具备由电阻R4和电阻R5构成的将内部电压VCC分压的分压电路。然后，电阻R4与电阻R5的共同连接部经二极管D2与电容器C1的一端连接。此外，电阻R4与电阻R5的共同连接部经二极管D5与运算放大器IC的输出端子连接。
如图1所示，放电电路70中，电阻R9与二极管D3串联连接，电阻R9的一端与电容器C1的一端连接，二极管D3的阴极与运算放大器IC1的输出端子连接。
（第一实施方式的动作）
接着，参照图1和图2说明第一实施方式的动作的一例。
在图2的时刻t1，图1所示的电容器C1的电压Vc成为比较器30的下限阈值电压VL以下时，比较器30的输出电压Vout从低电平变为高电平。
伴随该变化，电容器C1分别开始由充电电路50和充电电路60进行的充电。该充电时，对电容器C1充电的充电电流Ii，如图1所示由电流I1和电流I2这2个成分组成。这2个电流I1、I2经过二极管D2对电容器C1充电。电流I1从作为线圈10的施加电压的电源电压VDD经充电电路50供给。此外，电流I2基于利用充电电路60的电阻R4、R5将稳压后的内部电压VCC分压后的电压供给。
之后，充电器C1的充电进行，在图2的时刻t2，电容器C1的电压Vc成为比较器30的上限阈值电压VH以上时，比较器30的输出电压Vout从高电平变为低电平。
伴随该变化，电容器C1的充电电荷开始由放电电路70进行的放电。来自电容器C1的放电电流Io，经电阻R9和二极管D3流入运算放大器IC1的输出端子。
之后，电容器C1的放电进行，在图2的时刻t3，电容器C1的电压Vc成为比较器30的下限阈值电压VL以下时，比较器30的输出电压Vout从低电平变为高电平。伴随该变化，电容器C1开始由充电电路50和充电电路60进行的充电。
通过这样一系列动作，电容器C1反复充电和放电，从比较器30输出与其对应的脉冲作为输出电压Vout。比较器30的输出电压Vout通过反相器41、42分别被逻辑反转，通过从反相器42输出的脉冲进行场效应晶体管Q1的开关控制。
接着，在第一实施方式中，对于电源电压VDD上升的情况下的充电电路50、60和放电电路70的各动作，参照图1详细叙述。
如上所述，第一实施方式中，电容器C1的充电电流Ii由电流I1和电流I2这2个成分组成。在这样的动作下，电源电压VDD上升的情况下，电流I2不增加，而是恒定的。其理由在于，电流I2是基于利用充电电路60的电阻对使电源电压VDD稳压后的内部电压VCC分压后的电压而得到的。
另一方面，电流I1在电源电压VDD上升时、即线圈10的施加电压上升时，要随着该上升而增加。但是，电流I1从电源电压VDD经充电电路50供给。并且，如图1所示，充电电路50具备反馈电阻R1和与反馈电阻R1并联连接的第一补偿电路51和第二补偿电路52。
因此，在电源电压VDD上升的情况下，伴随该上升，第一补偿电路51的电阻R2和第二补偿电路52的电阻R3与反馈电阻R1并联连接，参与充电电流Ii的充电。以下说明这一点。
第一实施方式中，内部电压VCC被稳压化，所以电源电压VDD与内部电压VCC的电压差（VDD－VCC）的增加，反映了电源电压VDD的增加。然后，第一补偿电路51的齐纳二极管ZD2的齐纳电压VZD2和第二补偿电路52的齐纳二极管ZD3的齐纳电压VZD3成VZD2＜VZD3的关系。
于是，电源电压VDD与内部电压VCC的电压差（VDD－VCC）与齐纳电压VZD2、VZD3的大小关系，分为以下（1）～（3）式的情况。
（VDD－VCC）＜VZD2……（1）
VZD2＜（VDD－VCC）＜VZD3……（2）
VZD3＜（VDD－VCC）……（3）
（1）式是伴随电源电压VDD的上升的电压差（VDD－VCC）低于齐纳二极管ZD2的齐纳电压VZD2，在齐纳二极管ZD2中没有流过电流的情况。此时，齐纳二极管ZD3没有流过电流。从而，参与充电电路50的充电的电阻只有电阻R1。
（2）式是伴随电源电压VDD的上升的电压差（VDD－VCC）在齐纳二极管ZD2的齐纳电压VZD2以上，且齐纳二极管ZD3的齐纳电压VZD3以下的情况。该情况下，齐纳二极管ZD3中没有流过电流，但齐纳二极管ZD2中流过电流。因此，参与充电电路50的充电的电阻是电阻R1、R2，这2个电阻R1、R2并联连接形成并联电路。
（3）式是伴随电源电压VDD的上升的电压差（VDD－VCC）在齐纳二极管ZD3的齐纳电压VZD3以上的情况。该情况下，齐纳二极管ZD2、ZD3双方中流过电流。因此，参与充电电路50的充电的电阻是电阻R1、R2、R3，这3个电阻R1、R2、R3并联连接形成并联电路。
通过这样的动作，第一实施方式中，电源电压VDD的上升越大，参与充电电路50的充电的电阻的合成电阻值越小。因此，电源电压VDD增加的情况下，对电容器C1的充电电流Ii增加，电容器C1的充电期间T1变短。另一方面，即使电源电压VDD上升，放电电阻即电阻R9的电阻值也没有变化，所以电容器C1的放电电流Io恒定，其放电时间T2恒定。
因此，比较器30的输出电压Vout高电平的期间变短，但低电平的期间恒定。然后，比较器的输出电压Vout被反相器41逻辑反转之后，进一步被反相器42逻辑反转，并被施加到场效应晶体管Q1的栅极。
其结果，在第一实施方式中，在电源电压VDD上升的情况下，能够缩短场效应晶体管Q1的接通动作的时间，能够抑制线圈10中流过的电流的增加。
接着，参照图3说明第一实施方式的具体效果。
图3的曲线a表示在第一实施方式中，没有充电电路50的补偿电路51、52的情况下的电源电压VDD与电磁铁的线圈10中流过的电流的关系。根据曲线a，可知电源电压VDD上升时，电磁铁的线圈10中流过的电流随着该上升而增加。
图3的曲线b表示第一实施方式的电源电压VDD与电磁铁的线圈10中流过的电流的关系。根据曲线b，在第一实施方式中，通过充电电路50的补偿电路51、52的动作，即使电源电压VDD上升，电磁铁的线圈10中流过的电流也大致恒定，能够抑制电流的增加。
此外，根据图3的曲线b，电源电压在（VZD2＋VCC）和（VZD3＋VCC）处弯折，线圈10的电流被抑制。这是因为电源电压相当于这2个电压的情况下，补偿电路51、52的电阻R2、R3起到充电电阻的作用。
例如，电源电压VDD超过（VZD2＋VCC）时，补偿电路51的电阻R2与电阻R1并联连接，充电电路50的充电电阻的值变小。因此，对电容器C1的充电电流增加，充电期间T1变短，比较器30的输出电压Vout的高电平的期间变短。由此，场效应晶体管Q1的接通时间变短，线圈10中流过的电流的增加被抑制。
如以上说明，第一实施方式如图1所示，设置充电电路50，该充电电路50具备反馈电阻R1、和与反馈电阻R1并联连接的第一补偿电路51和第二补偿电路52。因此，根据第一实施方式，在电源电压上升的情况下，能够尽可能地抑制电磁铁的线圈10中流过的电流的变化，实现线圈电流的稳压化。
（第二实施方式）
图4是本发明的电磁铁线圈的驱动装置的第二实施方式的电路图。
该第二实施方式从电源对电磁铁的线圈10供给电流，并且在线圈10的温度上升，该线圈10的电阻值上升，电流发生变化的情况下，对该电流进行补偿，使其成为恒定的电流。
为此，第二实施方式如图4所示，具备：作为半导体开关的场效应晶体管Q1；带有磁滞功能的比较器30；反相器41、42；电容器C1；对电容器C1充电的2个充电电路50a、60；和使电容器C1的电荷放电的放电电路70。
换言之，第二实施方式基于图1所示的第一实施方式的结构，将图1所示的充电电路50置换为图4所示的充电电路50a。从而，以下的结构的说明中，对于相同构成要素附加相同符号，尽可能地省略其详细说明。
如图4所示，充电电路50a由反馈电阻R1和热敏电阻元件RT1构成，它们串联连接。该串联电路的一端与电磁铁的线圈10的一端连接，其另一端经二极管D2与电容器C1的一端连接。本例中，热敏电阻元件RT1的一端与线圈10的一端连接，反馈电阻R1的一端经二极管D2与电容器C1的一端连接。
热敏电阻元件RT1是电阻值根据温度变化而变化的元件。此处，热敏电阻元件RT具有正的温度特性，能够使用正特性的热敏电阻等。
这样结构的第二实施方式的基本动作，与第一实施方式的基本动作相同，所以省略其说明。
接着，该第二实施方式中，对于在环境温度上升并由此电磁铁的线圈10的电阻值增加的情况下的动作，参照图4进行说明。
该情况下，伴随线圈10的电阻值的增加，线圈10中流过的电流减少。此外，环境温度的上升使充电电路50a的热敏电阻元件RT1的电阻值增加。该电阻值的增加使充电电路50a的充电电阻增加，所以电流I1减少，电容器C1的充电时间变长，比较器30的输出电压Vout的高电平的期间变长。由此，场效应晶体管Q1的接通时间变长，线圈10中流过的电流增加，实现线圈10中流过的电流的稳压化。
如以上说明，第二实施方式中，如图4所示，设置使反馈电阻R1与热敏电阻元件RT1串联连接而成的充电电路50a。因此，根据第二实施方式，在环境温度上升，电磁铁的线圈10的电阻值增加的情况下，能够尽可能地抑制电磁铁的线圈10中流过的电流的变化，实现线圈电流的稳压化。
（第三实施方式）
图5是本发明的电磁铁线圈的驱动装置的第三实施方式的电路图。
该第三实施方式在电磁铁的线圈10的施加电压上升，或者环境温度上升，由此发生的线圈10中流过的电流变化（增减）的情况下，抑制该变化，使线圈10中流过恒定的电流。
为此，第三实施方式如图5所示，具备：作为半导体开关的场效应晶体管Q1；带有磁滞功能的比较器30；反相器41、42；电容器C1；对电容器C1充电的2个充电电路50b、60；和使电容器C1的电荷放电的放电电路70。
换言之，第三实施方式基于图1所示的第一实施方式的结构，将图1所示的充电电路50置换为图5所示的充电电路50b。从而，以下的结构的说明中，对于相同结构要素附加相同符号，尽可能地省略其详细说明。
充电电路50b如图5所示，在图1的充电电路50中追加了热敏电阻元件RT2。热敏电阻元件RT2具有正的温度特性，能够使用正特性的热敏电阻等。
充电电路50b使充电电路50与热敏电阻元件RT1串联连接。然后，使该串联电路的一端侧与线圈10的一端连接，使其另一端侧经二极管D2与电容器C1的一端连接。
接着，参照图5说明第三实施方式的动作。
该第三实施方式中，在电源电压VDD上升，线圈10的电流增加的情况下，通过与第一实施方式同样的动作，缩短场效应晶体管Q1的接通动作的时间，使线圈10中流过的电流减少。
另一方面，在环境温度上升，线圈10的电阻值增加的情况下，线圈10中流过的电流减少。此外，环境温度的上升使充电电路50a的热敏电阻元件RT2的电阻值增加。该电阻值的增加使充电电路50b的充电电阻增加，所以电流I1减少，电容器C1的充电时间变长，比较器30的输出电压Vout的高电平的期间变长。由此，场效应晶体管Q1的接通时间变长，使线圈10中流过的电流增加。
因此，第三实施方式中，在电磁铁的线圈10的施加电压上升，或者环境温度上升，并由此线圈10的电流发生增减的情况下，能够抑制该增减，从而使恒定的电流在线圈10中流过。
（实施方式的变形例等）
（1）上述各实施方式中，在比较器30与场效应晶体管Q1之间设置有反相器41、42（例如参照图1），但这些不是必要的，也可以省略。
（2）上述各实施方式中，设置有充电电路60（例如参照图1），但这不是必要的，也可以省略。
（3）上述第二实施方式中，如图4所示，使充电电路50a的热敏电阻元件RT1与反馈电阻R1串联连接，但也可以改为使热敏电阻元件RT1与反馈电阻R1并联连接。
附图标记的说明
10…电磁铁的线圈，20…电源，30…比较器，41、42…反相器，50、50a、50b、60…充电电路，51…第一补偿电路，52…第二补偿电路，70…放电电路，80…电源线，Q1…场效应晶体管，C1…电容器，R1…反馈电阻，R2、R3…电阻，ZD2、ZD3…齐纳二极管，RT1、RT2…热敏电阻元件。

Claims (8)

1.一种电磁铁线圈的驱动装置，其特征在于，具备：
半导体开关，其与电磁铁的线圈串联连接，控制对所述线圈供给的电流；
电容器；
比较器，其将所述电容器的充放电的电压与2个不同的电压进行比较，并根据比较结果生成使所述半导体开关进行开关动作的信号；
第一充电电路，其基于所述线圈的施加电压对所述电容器充电；和
放电电路，其进行所述电容器的放电，
所述第一充电电路具备第一电阻和与所述第一电阻并联连接的至少一个补偿电路，
所述补偿电路中，电阻与齐纳二极管串联连接。
2.如权利要求1所述的电磁铁线圈的驱动装置，其特征在于：
还具备基于稳压后的电压来对所述电容器充电的第二充电电路。
3.如权利要求2所述的电磁铁线圈的驱动装置，其特征在于：
所述补偿电路具备：
由第二电阻与第一齐纳二极管串联连接而成的第一补偿电路；和
由第三电阻与第二齐纳二极管串联连接而成的第二补偿电路，
所述第一齐纳二极管和所述第二齐纳二极管彼此的齐纳电压不同。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电磁铁线圈的驱动装置，其特征在于：
所述第一充电电路还具备与所述第一电阻元件串联连接的热敏电阻元件。
5.如权利要求4所述的电磁铁线圈的驱动装置，其特征在于：
所述热敏电阻元件具有正的温度系数。
6.一种电磁铁线圈的驱动装置，其特征在于，包括：
半导体开关，其与电磁铁的线圈串联连接，控制对所述线圈供给的电流；
电容器；
比较器，其将所述电容器的充放电的电压与2个不同的电压进行比较，并根据比较结果生成使所述半导体开关进行开关动作的信号；
第一充电电路，其基于所述线圈的施加电压对所述电容器充电；和
放电电路，其进行所述电容器的放电，
所述第二充电电路具备第一电阻和热敏电阻元件；
所述第一电阻与所述热敏电阻元件串联或并联连接。
7.如权利要求6所述的电磁铁线圈的驱动装置，其特征在于：
还具备基于稳压后的电压来对上述电容器充电的第二充电电路。
8.如权利要求6或7所述的电磁铁线圈的驱动装置，其特征在于：
所述热敏电阻元件具有正的温度系数。
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