JP2001326057A - ヒータの定電力駆動回路 - Google Patents
ヒータの定電力駆動回路Info
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Abstract
化を図る。 【解決手段】 限界電流式酸素センサ1の検出素子2に
添設されたヒータ3と電源ラインとの間には、電流制限
抵抗5が接続され、ヒータ3と接地ラインとの間には、
パワーMOS−FET6が接続されている。ヒータ3の
抵抗値がR1のときの電流制限抵抗5及びヒータ3に流
れる電流値をI1としたとき、ヒータ3の抵抗値がR2
のときの電流制限抵抗5及びヒータ3に流れる電流値I
2がI1のほぼ√(R1/R2)倍になるように電流制
限抵抗5及びヒータ3の抵抗値が設定されている。
Description
式酸素センサのヒータを定電力駆動するヒータの定電力
駆動回路に関する。
ジルコニアをイオン伝導体として用い、このイオン伝導
体の両面に監視電圧を印加するための多孔質材料からな
る電極を配置すると共に、一方の電極から拡散律速され
たガスを供給するようにしたものである。イオン伝導体
には、酸素イオンの移動に基づく電流が流れ、その電流
値は印加電圧と温度に依存する。このため、この種の限
界電流式酸素センサでは、内部の検出素子が400℃程
度の監視温度に設定されて動作をする。このため、素子
上面には、素子を加熱する目的で白金ペースト等を印刷
・焼成して形成されたヒータが設けられる。
例えば約1.5Wのように定電力駆動する必要がある。
しかし、印刷技術によって形成されたヒータでは、その
厚さ、幅等がばらついて、抵抗値も大きくばらつくこと
が避けられないため、ヒータに予め決められた電力を供
給するのに必要な電圧もセンサ毎にばらついていた。
て、図3に示すものが使用されていた。限界電流式酸素
センサ1の検出素子2に添設されたヒータ3は、トラン
ジスタ31によって駆動される。トランジスタ31のエ
ミッタ側はダイオード32を介して電源に接続され、コ
レクタ側はヒータ3へ電圧を供給すると共に、抵抗3
3、ヒータ電圧調整用ボリューム34及び抵抗35を介
して接地されている。ボリューム34によって調整され
た電圧は、オペアンプ36に入力されている。抵抗37
によってバイアスされたトランジスタ31のベースに
は、オペアンプ36の出力が抵抗38を介して入力され
ている。従って、ユーザは、ヒータ3に所定の電力が供
給されるように、個々のセンサ毎にヒータ電圧調整用ボ
リューム34を調整する必要があった。
の駆動回路では、センサの供給者側から見ると、センサ
毎に所定の電力(例えば1.5W)でヒータが駆動され
るのに必要なヒータ電圧を測定し、それをデータシート
やデータ記録媒体に記録してセンサに添付しなければな
らないという問題がある。また、センサの使用者側から
見ると、供給者側から提供された電圧データに従って、
ヒータ電圧を測定しながらボリュームを注意深く操作し
て所定の電圧に正確に合わせるという面倒な調整作業が
必要になる。また、一度合わせた電圧が長期にわたって
安定するように、ボリュームのロータをペイントロック
するなどの作業も必要になってくる。
めになされたもので、ヒータ電圧の無調整化を図り、セ
ンサの供給側及び使用側の双方の労力軽減を図ることが
できるヒータの定電力駆動回路を提供することを目的と
する。
タの定電力駆動回路は、ヒータと直列に接続された電流
制限抵抗と、この電流制限抵抗とヒータとの直列回路を
一定電圧で駆動する駆動回路とを備えてなることを特徴
とする。
値よりも小さい場合、ヒータに流れる電流値は基準値よ
りも大きくなるが、電流制限用抵抗での電圧降下分も大
きくなるため、ヒータ電圧は基準値よりも小さくなる。
また、逆にヒータの抵抗値が基準値よりも大きい場合に
は、ヒータに流れる電流値は基準値よりも小さくなる
が、電流制限用抵抗での電圧降下分は小さくなるため、
ヒータ電圧は基準値よりも大きくなる。従って、ヒータ
の抵抗値がばらついても、常にヒータ電力は、一定とな
るように動作し、ヒータ電圧の無調整化が可能になる。
流制限抵抗及びヒータに流れる電流値をI1としたと
き、ヒータの抵抗値がR2のときの電流制限抵抗及びヒ
ータに流れる電流値I2がI1のほぼ√(R1/R2)
倍になるように電流制限抵抗及びヒータの抵抗値が設定
されていると、ヒータの抵抗値がばらついても殆ど一定
のヒータ電力が得られる。
駆動回路は、ヒータと直列に接続された電流検出用抵抗
と、この電流検出用抵抗とヒータとの直列回路を駆動す
る駆動回路と、前記電流検出用抵抗の両端電圧を入力し
て前記電流検出用抵抗に流れる電流値を検出すると共
に、前記ヒータの両端電圧を入力し、前記検出された電
流値とヒータの両端電圧から前記ヒータの消費電力が所
定範囲に収まるように前記駆動回路を制御するコントロ
ーラとを備えたことを特徴とする。
用抵抗が接続され、コントローラが電流検出用抵抗の両
端電圧からヒータに流れる電流値を検出し、更にヒータ
の両端電圧を監視して、これらの監視情報からヒータ電
力が所定値になるように駆動回路をコントロールするの
で、ヒータの抵抗値がばらついてもヒータ電力は一定と
することができ、この場合にもヒータ電圧の無調整化を
図ることができる。
明の好ましい実施の形態について説明する。図1は、本
発明の第1の実施形態に係るヒータの定電力駆動回路を
示す回路図である。限界電流式酸素センサ1の検出素子
2に添設されたヒータ3と電源ラインとの間には、電流
制限抵抗5が接続され、ヒータ3と接地ラインとの間に
は、パワーMOS−FET6が接続されている。パワー
MOS−FET6は、ゲートに供給されるオン信号によ
ってヒータ3を駆動する駆動回路を構成する。
MOS−FET6がターンオンしたときに0.1V程度
の電圧を負担するとすれば、残りの4.9Vが電流制限
用抵抗5とヒータ3とに印加されることになる。いま、
ヒータ3の抵抗値が3Ωで、ヒータ3に例えば1.5W
の電力を供給するとすれば、電流制限抵抗5の抵抗値は
約3.9Ωとなる。
ータ3に流れる電流値をI1とし、ヒータ3の抵抗値が
R2のときにヒータ3に流れる電流値をI2とすると、
定とすることができる。以上の点を踏まえて、ヒータ3
の抵抗値がばらついた場合の本実施態様でのヒータ電力
を下記表1に示す。
タ電力を表2に示す。
ータ3の抵抗値が3Ω〜6Ωまでばらついても、ヒータ
3の消費電力は、1.5W±0.1Wの範囲に収まって
おり、殆ど定電力であることが分かる。
ータの定電力駆動回路の構成を示す回路図である。この
回路では、限界電流式酸素センサ1のヒータ3と直列に
電流検出用抵抗11が接続され、この電流検出用抵抗1
1と電源ラインとの間に駆動回路としてのトランジスタ
12が接続され、ヒータ3のマイナス側は接地されてい
る。電流検出用抵抗11とトランジスタ12のコレクタ
との接続点の電圧は、抵抗14及びコンデンサ15から
なる積分器を介してマイクロコントローラ13のAN1
端子に供給されている。電流検出用抵抗11とヒータ3
との接続点の電圧は、抵抗16及びコンデンサ17から
なる積分器を介してマイクロコントローラ13のAN0
端子に供給されている。マイクロコントローラ13は、
A/D変換器内蔵のコントローラで、AN0,AN1端
子の電圧をそれぞれA/D変換し、AN0,AN1端子
間の電圧から電流検出用抵抗11に流れる電流値を検出
すると共に、AN0端子の電圧からヒータ3に印加され
ているヒータ電圧を検出する。マイクロコントローラ1
3は、検出された電流値及びヒータ電圧からヒータ3の
消費電力が1.5Wになるように、内部プログラムによ
ってパルス幅が調整された5Vの方形波のコントロール
信号CNTを出力する。このコントロール信号CNT
は、抵抗18及びコンデンサ19からなる積分器を通し
てオペアンプ20の反転入力端子に入力される。オペア
ンプの非反転入力端子には、ヒータ電圧が入力されてお
り、オペアンプ20は、両入力電圧が等しくなるように
抵抗21を介してトランジスタ12を制御する。
Ωとすると、ヒータ3に流れる電流値は、AN1−AN
0であり、ヒータ3の消費電力は(AN1−AN0)×
AN0で計算される。マイクロコントローラ13は内部
プログラムによって方形波の出力(CNT)の幅を調整
することにより、ヒータ3の消費電力を一定値に制御す
る。この回路によっても、ヒータ電圧の無調整化が実現
できる。
タの抵抗値がばらついてもヒータ電力は一定とすること
ができ、ヒータ電圧の無調整化を図ることができるの
で、データシートやデータ記録媒体の添付並びにヒータ
電圧調整作業といったヒータ電圧管理の手間が省け、セ
ンサ現物とデータのミスマッチ等の品質トラブルが避け
られる。また、回路調整用のボリュームを削減でき、調
整不良等のトラブルも避けられ、長期にわたってヒータ
に安定した一定電力を供給することができるという効果
を奏する。
駆動回路の回路図である。
駆動回路の回路図である。
タ、5…電流制限抵抗、6…パワーMOS−FET、1
1…電流検出用抵抗、12,31…トランジスタ、13
…マイクロコントローラ、20,36…オペアンプ。
Claims (4)
- 【請求項1】 ヒータと直列に接続された電流制限抵抗
と、 この電流制限抵抗とヒータとの直列回路を一定電圧で駆
動する駆動回路とを備えてなることを特徴とするヒータ
の定電力駆動回路。 - 【請求項2】 前記ヒータの抵抗値がR1のときの前記
電流制限抵抗及びヒータに流れる電流値をI1としたと
き、前記ヒータの抵抗値がR2のときの前記電流制限抵
抗及びヒータに流れる電流値I2がI1のほぼ√(R1
/R2)倍になるように前記電流制限抵抗及びヒータの
抵抗値が設定されていることを特徴とする請求項1記載
のヒータの定電力駆動回路。 - 【請求項3】 ヒータと直列に接続された電流検出用抵
抗と、 この電流検出用抵抗とヒータとの直列回路を駆動する駆
動回路と、 前記電流検出用抵抗の両端電圧を入力して前記電流検出
用抵抗に流れる電流値を検出すると共に、前記ヒータの
両端電圧を入力し、前記検出された電流値とヒータの両
端電圧から前記ヒータの消費電力が所定範囲に収まるよ
うに前記駆動回路を制御するコントローラとを備えたこ
とを特徴とするヒータの定電力駆動回路。 - 【請求項4】 前記ヒータは、限界電流式酸素センサの
ヒータであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
1項記載のヒータの定電力駆動回路。
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- 2001-05-09 US US09/851,112 patent/US6548786B2/en not_active Expired - Lifetime
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