JP2002319505A

JP2002319505A - ソレノイド駆動装置

Info

Publication number: JP2002319505A
Application number: JP2001123458A
Authority: JP
Inventors: Kiyokatsu Sato; 清勝佐藤
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ソレノイドを接続するためのワイヤハーネス
の量を減じるとともに、部品点数の削減が可能なソレノ
イド駆動装置を実現する。【解決手段】グランドＧに一端が接続されたソレノイ
ド３０の他端に、電流検出をするための抵抗３２が接続
され、該抵抗３２にＮＭＯＳ３３が接続されている。ダ
イオード３４のカソードがソレノイド３０の他端に接続
され、ダイオード３４のアノードは、グランドＧに接続
されている。ＮＭＯＳ３３がオンしたときには、バッテ
リ３１から抵抗３２を介してソレノイド３０に電流が流
れ、ＮＭＯＳ３３がオフしたときには、回生電流がグラ
ンドＧからダイオード３４を介してソレノイド３０に流
れる。よって、ダイオード３４のアノードとソレノイド
３０をリード線で接続しなくても、ソレノイド３０の電
流駆動が可能である。また、抵抗３２には、回生電流が
流れないので、発熱が少なく、ＩＣ化が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に組込ま
れるソレノイドに電流を流して駆動するソレノイド駆動
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の自動車では、高精度で高速の制御
を行なうために、制御用の電子部品を搭載し、電子制御
を行なっている。例えば自動変速車（オートマ車）で
は、その自動変速を実現するために油圧利用している。
オートマ車には、油圧の制御を行なうためのソレノイド
と、そのソレノイドに電流を流すソレノイド駆動装置が
搭載されている。

【０００３】自動車等に搭載されるソレノイド駆動装置
に関する技術としては、例えば特開平３−１７７６６８
号公報、特開平４−５０５５０号公報、或いは特開平８
−２４０２７７号公報に記載されたものがある。図５
は、前記文献に示された従来のソレノイド駆動装置を示
す構成図である。このソレノイド駆動装置は、ソレノイ
ド１０に電流を流して駆動するものであり、負極がグラ
ンドに接続されたバッテリ１１と、バッテリ１１の正極
にドレインが接続されたスイッチング素子としてのＮチ
ャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下、ＮＭＯＳという）
１２とを、備えている。

【０００４】ＮＭＯＳ１２のゲートには、制御回路１３
から制御信号Ｓ１２が与えられる。ＮＭＯＳ１２のソー
スには、ダイオード１４のカソードとソレノイド１０の
一端とが接続されている。ダイオード１４のアノードは
グランドに接続され、ソレノイド１０の他端は、抵抗１
５の一端に接続されている。抵抗１５の他端がグランド
に接続されている。抵抗１５は、ソレノイド１０に流れ
る電流を検出するための電流検出回路であり、抵抗１５
の両端が、増幅器１６の正相入力端子（＋）と逆相入力
端子（−）とに接続されている。

【０００５】増幅器１６の出力端子は、抵抗１７の一端
に接続されている。抵抗１７の他端は、コンデンサ１８
の一方の電極に接続され、コンデンサ１８の他方の電極
が、グランドに接続されている。

【０００６】図６（ａ）〜（ｄ）は、図５のソレノイド
駆動装置の動作を示す波形図であり、この図６を参照し
つつ、従来のソレノイド駆動装置の動作を説明する。こ
のソレノイド駆動装置では、制御回路１３は、図６
（ａ）のように、高レベル（以下、“Ｈ”という）と低
レベル（以下、“Ｌ”という）とを繰り返す制御信号Ｓ
１３を、ＮＭＯＳ１２のゲートに与える。制御信号Ｓ１
３が“Ｈ”のときに、ＮＭＯＳ１２がオンし、ソレノイ
ド１０の一端１０ａをバッテリ１１の正極に接続する。
バッテリ１１の正極に一端１０ａが接続されると、ソレ
ノイド１０には、バッテリ１１の正極、ソレノイド１０
及び抵抗１５、グランド及びバッテリ１１の負極の順に
流れる電流Ｉ_１が流れる。

【０００７】ＮＭＯＳ１２がオンした直後の電流Ｉ_１の
電流値は、図６（ｂ）のように、ＮＭＯＳ１２がオンす
る直前にソレノイド１０に流れている電流の電流値と等
しいが、時間の経過とともに増加する。制御信号Ｓ１３
が“Ｌ”に変化すると、ＮＭＯＳ１２がオフする。ＮＭ
ＯＳ１２がオフすると、ソレノイド１０に逆起電力が発
生する。この逆起電力により、グランドからダイオード
１４のアノード、ダイオード１４のカソード、ソレノイ
ド１０、抵抗１５及びグランドの方向に回生電流Ｉ_０が
流れる。ＮＭＯＳ１２がオンした直後の回生電流Ｉ_０の
電流値は、その直前に流れていた電流Ｉ_１の電流値と同
じであるが、時間が経過すると減少する。

【０００８】電流Ｉ_１及び回生電流Ｉ_０が流れることに
より、抵抗１５の両端にはソレノイド１０に流れる電流
に比例した電圧が発生する。増幅器１６は、抵抗１５の
両端で発生する電圧を増幅して電流検出信号とする。増
幅器１６の逆相入力端子は、グランドに接続されている
ので、逆相入力端子の入力電圧はグランドの電圧に固定
され、増幅器１６の正相入力端子の入力電圧が電流Ｉ_１
及び回生電流Ｉ_０に比例した値になる。

【０００９】増幅器１６は、逆相入力端子に入力された
電圧と正相入力端子に入力された電圧の差分を増幅し、
図６（ｃ）のように脈動する電圧を出力する。抵抗１７
及びコンデンサ１８からなる平滑回路は、増幅器１６の
出力電圧を、図６（ｄ）のように平滑化し、平滑化した
信号Ｓ１７を出力する。この信号Ｓ１７は、例えば制御
回路１３に帰還される。制御回路１３は信号Ｓ１７を参
照し、制御信号Ｓ１３のディューティ比を変化させる。
即ち、ＰＷＭ制御を行なう。これにより、ソレノイド路
１０に流れる電流が最適化される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ソレノイド駆動装置には、次のような課題があった。ソ
レノイド駆動装置の制御回路１３、ＮＭＯＳ１２、抵抗
１５、増幅器１６、抵抗１７及びコンデンサ１８等は、
通常、図５のように制御ユニット２０に収容される。こ
れらに対し、ソレノイド１０は制御ユニット２０から離
れた場所に設置される。そのため、ＮＭＯＳ１２のソー
スとソレノイド１０との間を、リード線で接続するとと
もに、ソレノイド１０と抵抗１５との間をリード線で接
続する必要がある。即ち、一つのソレノイド１０に２本
のリード線が必要になる。複数のソレノイド１０を駆動
するとき、或いは、ソレノイド１０と制御ユニット２０
との間の距離が長い場合等では、ワイヤーハーネスの量
が多くなる。その場合、特に、自動車等の場合には、ワ
イヤーハーネスの量が多いと、その分だけ重量が増加す
るので、これが燃費の悪化の一因になっていた。

【００１１】また、抵抗１７とコンデンサ１８とで構成
される平滑回路は、ソレノイド１０に流れる電流を平均
化した出力信号Ｓ１７を出力することになる。そのた
め、ソレノイド１０に流れる電流が急激に変化しても、
平滑回路の出力信号Ｓ１７はそれに追随しない。よっ
て、平滑回路の出力信号Ｓ１７をソレノイド１０の駆動
の制御に利用するときには、高速な制御ができないこと
が想定される。

【００１２】一方、抵抗１５には、バッテリ１１からの
電流Ｉ_１ばかりでなく、回生電流Ｉ _０も流れるので発熱
し、電力損失が大きかった。また、その発熱量が多いの
で、モノリシックにＩＣ（集積回路）に作り込むことが
できず、部品点数の減少化やソレノイド駆動装置の小型
化の妨げになっていた。

【００１３】本発明は、ワイヤーハーネスの量を減じる
とともに、電力損失の少ないソレノイド駆動装置を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の観点に係るソレノイド駆動装置は、
グランドに一端が接続されたソレノイドと、前記ソレノ
イドの他端に一端が接続された負荷素子を有し、該負荷
素子に流れる電流を検出して該電流に対応する電流検出
信号を生成する電流検出回路と、前記負荷素子の他端と
電源との間に接続され、該負荷素子及び該電源の間をオ
ン、オフし、オンしたときに該電源から前記ソレノイド
に前記電流を流して該ソレノイドを駆動するスイッチン
グ素子と、前記グランドと前記ソレノイドの他端との間
に接続され、前記スイッチング素子がオフしたときに前
記ソレノイドに発生する逆起電力によって生じる前記電
流を該グランドから該ソレノイドに流して該ソレノイド
を駆動する整流素子と、を備えることを特徴とする。

【００１５】このような構成を採用したことにより、ソ
レノイドと、ソレノイドに流れる電流を検出する電流検
出回路中の負荷素子と、スイッチング素子とが、直列に
電源とグランドとの間に接続される。また、スイッチン
グ素子がオフしているときにグランドからソレノイドに
電流を流す整流素子が、グランドとソレノイドの他端と
の間に並列に接続される。よって、グランドを介してソ
レノイドの一端と整流素子の一端とが接続され、スイッ
チング素子がオフしたときにソレノイドに発生する逆起
電力に応じて電流を流す閉路が形成される。よって、ソ
レノイドの両端にリード線を接続する必要がなくなる。
また、このとき、負荷素子には、電流が流れないので、
発熱量が少なく、電力損失が少ない。

【００１６】上記目標を達成するために、本発明の第２
の観点に係るソレノイド駆動装置は、前記電流検出信号
を前記スイッチング素子がオンしているときにサンプリ
ングし、前記スイッチング素子がオンしている期間とオ
フしている期間とに前記ソレノイドに流れた電流を表す
信号として保持するサンプルホールド回路をさらに備え
ることを特徴とする。

【００１７】このような構成を採用したことにより、ソ
レノイドに流れる電流が増加或いは減少するときには、
スイッチング素子がオンしている期間或いはオフしてい
る期間にソレノイドに流れる電流も変化する。サンプル
ホールド回路が、スイッチング素子がオンしている期間
の電流検出信号をサンプリングして保持するので、ソレ
ノイドに流れる電流の変化を早く、表示することにな
る。

【００１８】なお、前記電流検出信号を前記スイッチン
グ素子がオンしているときにサンプリングし、前記スイ
ッチング素子がオンしている期間とオフしている期間と
に前記ソレノイドに流れた電流を表す信号として保持す
るサンプルホールド回路をさらに備えてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
ソレノイド駆動装置の構成図である。このソレノイド駆
動装置は、例えば電磁弁に組込まれたソレノイド３０
に、電流をモニタしつつ、電流を流して駆動するもので
あり、ソレノイド３０の駆動電源であるバッテリ３１
と、ソレノイド３０に流れる電流を電圧に変換する負荷
素子である抵抗３２と、スイッチング素子であるＮＭＯ
Ｓ３３と、整流素子であるダイオード３４と、抵抗３２
と相まって電流検出回路を構成する増幅器３５とを備え
ている。

【００２０】バッテリ３１の負極はグランドＧに接続さ
れている。ソレノイド３０の一端３０ａは、そのグラン
ドＧに接続されている。ソレノイド３０の他端３０ｂ
が、抵抗３２の一端に接続されている。抵抗３２の他端
がＮＭＯＳ３３のソースに接続され、ＮＭＯＳ３３のド
レインがバッテリ３１の正極に接続されている。

【００２１】ソレノイド３０の他端３０ｂと抵抗３２の
一端の接続ノードには、ダイオード３４のカソードと、
増幅器３５の逆相入力端子（−）が接続されている。ダ
イオード３４のアノードは、グランドＧに接続されてい
る。増幅器３５の正相入力端子（＋）は、抵抗３２とＮ
ＭＯＳ３３のソースとの接続ノードに接続されている。

【００２２】増幅器３５の出力端子には、この増幅器３
５の出力信号をサンプリングして保持するサンプルホー
ルド回路３６が接続されている。ＮＭＯＳ３３のゲート
には、ＮＭＯＳ３３のオンオフを制御する制御信号Ｓ３
７を発生する制御回路３７が接続されている。制御回路
３７には、サンプルホールド回路３６のサンプリングタ
イミングを設定する演算回路３８が、さらに、接続され
ている。

【００２３】抵抗３２、ＮＭＯＳ３３、増幅器３５、制
御回路３７、演算回路３８及びサンプルホールド回路３
６は、制御ユニット４０内のモノリシックＩＣ４１に作
り込まれている。制御ユニット４０内には、さらに、ダ
イオード３４が収容されている。

【００２４】図２は、図１中の増幅器３５を示す回路図
である。この増幅器３５には、正相入力端子（＋）に一
端が接続された抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１の他端に一端が接
続された抵抗Ｒ２と、逆相入力端子（−）に一端が接続
された抵抗Ｒ３とを備えている。

【００２５】抵抗Ｒ２の他端には、ＰＮＰ型トランジス
タＴｒ１のエミッタとＰＮＰ型トランジスタＴｒ２のエ
ミッタとが接続されている。トランジスタＴｒ１のコレ
クタは、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ３のコレクタ及びベ
ースに接続されている。トランジスタＴｒ３のエミッタ
は、グランドＧに接続されている。トランジスタＴｒ１
のベースとトランジスタＴｒ２のコレクタ及びベースと
は、定電流源３５ａに接続されている。

【００２６】一方、抵抗Ｒ３の他端には、ＰＮＰ型トラ
ンジスタＴｒ４のエミッタとＰＮＰ型トランジスタＴｒ
５のエミッタとが接続されている。トランジスタＴｒ４
のコレクタには、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ６のコレク
タが接続されている。トランジスタＴｒ６のベースは、
トランジスタＴｒ３のコレクタに接続され、トランジス
タＴｒ６のエミッタがグランドＧに接続されている。ト
ランジスタＴｒ４のベースとトランジスタＴｒ５のベー
ス及びコレクタとが、定電流源３５ａに接続されてい
る。

【００２７】トランジスタＴｒ４のコレクタ及びトラン
ジスタＴｒ６のコレクタの接続ノードには、ＰＮＰ型ト
ランジスタＴｒ７のべースが接続されている。トランジ
スタＴｒ７のエミッタは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続ノ
ードに接続され、トランジスタＴｒ７のコレクタが、抵
抗Ｒ４を介してグランドに接続されている。トランジス
タＴｒ７のコレクタが増幅器３５の出力端子になってい
る。

【００２８】図３は、図１中のサンプルホールド回路の
要部を示す回路図である。サンプルホールド回路３６
は、増幅器３５の出力端子に一端が接続されたスイッチ
３６ａと、スイッチ３６ａの他端に一方の電極が接続さ
れたコンデンサ３６ｂとを備えている。コンデンサ３６
ｂは、増幅器３５の出力電圧をサンプリングして保持す
るものであり、コンデンサ３６ｂの他方の電極は、グラ
ンドに接続されている。コンデンサ３６ｂの一方の電極
とスイッチ３６ａの接続ノードには、抵抗３６ｃの一端
が接続されている。スイッチ３６ａは、コンデンサ３６
ｂと増幅器３５との間をオンオフするものであり、演算
回路３８からパルス信号Ｓ３８が与えられる。

【００２９】図４（ａ）〜（ｆ）は、図１の動作を示す
波形図であり、この図４を参照しつつ、図１のソレノイ
ド駆動装置の動作を説明する。制御回路３７は、図４
（ａ）のように、“Ｈ”と“Ｌ”を繰り返す制御信号Ｓ
３７をＮＭＯＳ３３のゲートに与える。ＮＭＯＳ３３
は、制御信号Ｓ３７が“Ｈ”のときにオンして、バッテ
リ３１と抵抗３２との間を接続する。これにより、バッ
テリ３１から抵抗３２を介してソレノイド３０に、図４
（ｂ）の電流Ｉ_１が流れる。

【００３０】制御信号Ｓ３７が“Ｌ”のとき、ＮＭＯＳ
３３はオフし、抵抗３２とバッテリ３１との間を遮断す
る。ＮＭＯＳ３３が抵抗３２とバッテリ３１との間を遮
断すると、逆起電力により、一端３０ａがグランドＧに
接続されたソレノイド３０の他端３０ｂの電圧が低下
し、ダイオード３４に順方向電圧が印加される。順方向
電圧が印加されたダイオード３４は、導通状態になり、
グランドＧからソレノイド３０に、図４（ｂ）の回生電
流Ｉ_０を流す。即ち、ダイオード３４及びソレノイド３
０は、グランドＧを介して１つの閉ループを形成してい
る。これにより、ソレノイド３０が電流Ｉ_１と回生電流
Ｉ_０とで駆動される。

【００３１】抵抗３２には、図４（ｃ）のように、電流
Ｉ_１のみが流れる。電流Ｉ_１が抵抗３２に流れていると
きには、増幅器３５の正相入力端子（＋）及び逆相入力
端子（−）が正の電圧で、且つ、正相入力端子（＋）の
入力電圧が逆相入力端子（−）の入力電圧よりも高くな
る。

【００３２】増幅器３５では、トランジスタＴｒ１〜Ｔ
ｒ６及び定電流源３５ａが、定電流源回路として機能
し、抵抗Ｒ２に流れる電流と抵抗Ｒ３に流れる電流とが
等しくなるように動作する。例えば、電流Ｉ_１が流れて
いるときに、正相入力端子（＋）の入力電圧が、逆相入
力端子（−）の入力電圧より高くなると、トランジスタ
Ｔｒ１，Ｔｒ２のエミッタの電圧が高くなり、トランジ
スタＴｒ１，Ｔｒ２のベース・エミッタ間電圧が増加す
る。これにより、抵抗Ｒ２に流れる電流が増加する。抵
抗Ｒ２に流れる電流が増加し始めると、その抵抗Ｒ３に
流れる電流が減少し、トランジスタＴｒ７のベース電圧
を低下させる。

【００３３】トランジスタＴｒ７のベース電圧が低下す
ることにより、トランジスタＴｒ７のベース・エミッタ
間電圧が増加し、トランジスタＴｒ７のエミッタ電流が
増加する。これにより、抵抗Ｒ２に流れる電流が減じら
れ、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２とに流れる電流が等しくなる。
ベース・エミッタ間電圧が増加したトランジスタＴｒ７
は、コレクタ電流を抵抗Ｒ４を介してグランドへ流す。
抵抗Ｒ４は、トランジスタＴｒ７のコレクタ電流に対応
する電圧を生成し、電流検出信号Ｓ３５として出力す
る。電流検出信号Ｓ３５の波形は、図４（ｄ）のよう
に、抵抗３２に流れる電流と相似形になる。

【００３４】演算回路３８は、制御回路３７が出力する
制御信号Ｓ３７が“Ｈ”のときに、サンプルホールド回
路３６がサンプリングを行なうタイミングを示すパルス
信号Ｓ３８を図４（ｅ）のように、出力する。

【００３５】サンプルホールド回路３６中のスイッチ３
６ａは、図４（ｆ）のように、パルス信号Ｓ３８が
“Ｈ”の期間にオンし、コンデンサ３６ｂに電流検出信
号Ｓ３５の電圧を充電する。電流検出信号Ｓ３５の電圧
を充電したコンデンサ３６ｂは、充電電圧を保持し、出
力する。抵抗３６ｃは、コンデンサ３６ｂが放電して充
電電圧が変動することを抑制する。

【００３６】以上のように、この実施形態は、次のよう
な利点を有する。（１）ソレノイド３０の一端をグランドＧに接続した
ので、ソレノイド３０を制御ユニット４０との間を接続
するリード線数が一本に減じられる。そのため、ワイヤ
ーハーネスの量を減じることができ、ソレノイド３０が
多数ある場合の重量増加を最小限に留めることができ
る。（２）サンプルホールド回路３６を設け、ソレノイド
３０に流れる電流を表す信号をサンプルホールド回路３
６から出力するようにしたので、ソレノイド３０に流れ
る電流Ｉ_１が変化しても、その変化を早く示すことが可
能になる。

【００３７】（３）サンプルホールド回路３６によ
り、電流Ｉ_１が抵抗３２に流れている期間における増幅
器３５の出力信号Ｓ３５をサンプリングするようにした
ので、ソレノイド３０に流れる電流を、平滑回路よりも
適切に示すことができる。（４）抵抗３２には、電流Ｉ_１のみが流れるので、抵
抗３２での発熱量が抑制され、電力損失が少ない。（５）抵抗３２での発熱量が少ないので、モノリシッ
クＩＣ４１に作り込むことも可能になり、ソレノイド駆
動装置の部品点数の減少と小型化とが実現可能になる。

【００３８】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
ず、種々の変形が可能である。例えば、サンプルホール
ド回路３６に与えるパルス信号Ｓ３８は、演算回路３８
で発生させなくても、外部から与える構成にしてもよ
い。この場合、サンプリングタイミングが可変になり、
目的に応じたタイミングでソレノイド３０に流れる電流
をモニタすることが可能になる。よって、例えばソレノ
イド３０に流れる電流の最大値等を観測することもでき
る。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ソレノイドの接続に用いるワイヤーハーネスの量
を減じることが可能になるとともに、電力損失の少ない
ソレノイド駆動装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すソレノイド駆動装置の
構成図である。

【図２】図１中の増幅器を示す回路図である。

【図３】図１中のサンプルホールド回路の要部を示す回
路図である。

【図４】図１のソレノイド駆動装置の動作を示す波形図
である。

【図５】従来のソレノイド駆動装置を示す構成図であ
る。

【図６】図５のソレノイド駆動装置の動作を示す波形図
である。

【符号の説明】

３０ソレノイド３１バッテリ３２電流検出回路を構成する抵抗３３スイッチング素子としてのＮＭＯＳ３４整流素子としてのダイオード３５電流検出回路を構成する増幅器３６サンプルホールド回路３７制御回路３８演算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】グランドに一端が接続されたソレノイド
と、前記ソレノイドの他端に一端が接続された負荷素子を有
し、該負荷素子に流れる電流を検出して該電流に対応す
る電流検出信号を生成する電流検出回路と、前記負荷素子の他端と電源との間に接続され、該負荷素
子及び該電源の間をオン、オフし、オンしたときに該電
源から前記ソレノイドに前記電流を流して該ソレノイド
を駆動するスイッチング素子と、前記グランドと前記ソレノイドの他端との間に接続さ
れ、前記スイッチング素子がオフしたときに前記ソレノ
イドに発生する逆起電力によって生じる前記電流を該グ
ランドから該ソレノイドに流して該ソレノイドを駆動す
る整流素子と、を備えることを特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項２】前記電流検出信号を前記スイッチング素子
がオンしているときにサンプリングし、前記スイッチン
グ素子がオンしている期間とオフしている期間とに前記
ソレノイドに流れた電流を表す信号として保持するサン
プルホールド回路をさらに備えることを特徴とする請求
項１に記載のソレノイド駆動装置。