JP2010093454A - ソレノイドドライバ - Google Patents

Abstract

【課題】ソレノイドドライバをデジタル回路で構成しつつ、ソレノイドコイルのデューティ駆動において誤差要因となる外部環境因子の大きさに基づいて、駆動デューティ比を補正する。
【解決手段】ＯＲ回路２４により、マイコン１０から出力された目標デューティ信号に応じてオンオフする第１カウンタ２３の出力と、第２カウンタ２５の出力とを組み合わせる。第２カウンタ２５のオン期間は、第１カウンタ２３のオン期間の終了に引き続いて開始され、ソレノイドコイル６０のデューティ駆動における誤差要因となる、ソレノイドコイル６０の温度や電源電圧などの外部環境因子によって定められる。このため、ソレノイドドライバをデジタル回路で構成しつつ、誤差要因となる外部環境因子に基づいて、駆動デューティ比を補正することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイドコイルをデューティ駆動するソレノイドドライバに関するものである。

従来のソレノイドドライバは、例えば特許文献１に記載されるように、デューティ駆動されるソレノイドコイルに流れる電流と、供給すべき目標値との差を偏差積分し、この偏差積分の出力とのこぎり波とを比較することにより、ソレノイドコイルを駆動するデューティ信号を生成出力していた。

このソレノイドドライバは、オペアンプやコンパレータなどを用いたアナログ回路として構成されている。このため、回路面積が大きくなるとともに、精度を確保するために、抵抗値などの調整も必要であった。

このため、特許文献２には、ソレノイドドライバをデジタル回路により構成することが示されている。この特許文献２のソレノイドドライバは、２つのカウンタを備えている。一方のカウンタは、マイコンからカウント初期値が与えられ、カウント値がオーバーフローするまでカウントを続ける。このカウント期間中、その一方のカウンタはハイレベルのキャリー信号を出力し、オーバーフロー後は、そのキャリー信号がローレベルになる。他方のカウンタは、デューティ駆動の周期を決定するもので、常にゼロからカウントを開始し、オーバーフローすると、自身をリセットして再びゼロからのカウントを開始するとともに、上述した一方のカウンタにロード信号を出力する。このロード信号により、一方のカウンタは、マイコンからの初期値が再セットされ、再度、その初期値からカウントを開始する。

２つのカウンタが、上述した動作を繰り返すことにより、一方のカウンタのキャリー信号はハイとローとを繰り返し、そのハイとローとの比により、ソレノイドコイルがデューティ駆動される。
実開昭５４−２３２５５号公報 特開平５−３５３０３号公報

上述した特許文献２に記載されるように、ソレノイドドライバをデジタル回路として構成することにより、回路規模の減少などの効果を得ることができる。

ただし、特許文献２に記載のソレノイドドライバでは、ソレノイドコイルがデューティ駆動されるときに誤差要因となる、例えば、周囲温度や電源電圧などの外部環境因子について、なんら考慮されていない。このため、マイコンからのデータに従ってソレノイドコイルのデューティ駆動を行なっても、所望の電流量が得られない虞がある。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、ソレノイドドライバをデジタル回路で構成しつつ、ソレノイドコイルのデューティ駆動において誤差要因となる外部環境因子の大きさに基づいて、駆動デューティ比を補正することが可能なソレノイドドライバを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載のソレノイドドライバは、
ソレノイドコイルがデューティ駆動されるときに、誤差要因となる外部環境因子を測定する測定手段と、
目標デューティ比を示す目標デューティ信号に基づき、その目標デューティ信号のオン期間とオフ期間とのいずれかに応じた期間をカウントすることにより、目標デューティ信号のオン期間に応じた期間に第１のオン信号を出力する第１のカウンタと、
測定手段による測定結果に基づいて、第１のカウンタから出力されるオン信号に引き続いて出力すべき第２のオン信号の長さを算出する算出手段と、
算出手段が算出した第２のオン信号の長さに相当する期間をカウントすることにより、第１のカウンタが第１オン信号の出力を終了した直後から第２のオン信号を出力する第２のカウンタと、
第１のカウンタが出力する第１のオン信号と、第２のカウンタが出力する第２のオン信号とを組み合わせて、ソレノイドコイルをデューティ駆動するためのデューティ駆動信号を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載のソレノイドドライバは、上述したように、第１のカウンタが第１オン信号の出力を終了した直後から、外部環境因子の測定結果に基づき算出された長さの第２のオン信号を出力する第２のカウンタを有している。この第２のオン信号は、出力手段により、第１のオン信号と組み合わされ、ソレノイドコイルをデューティ駆動するためのデューティ駆動信号とされる。従って、請求項１に記載のソレノイドドライバによれば、ソレノイドドライバをデジタル回路で構成しつつ、ソレノイドコイルのデューティ駆動において誤差要因となる外部環境因子の大きさに基づいて、駆動デューティ比を補正することができる。

請求項２に記載したように、外部環境因子は、ソレノイドコイルの温度であって、測定手段は、ソレノイドコイルの温度を測定しても良い。ソレノイドコイルの温度が上昇することによりソレノイドコイルの抵抗値が変化し、ソレノイドコイルに流れる電流値に影響を及ぼすためである。

具体的には、請求項３に記載したように、算出手段は、測定手段によって測定される温度が高くなるほど、第２のオン信号の長さをより長くするように算出する。これにより、温度上昇によりソレノイドコイルの抵抗が増加しても、電流値の減少を抑制することができる。

また、請求項４に記載したように、外部環境因子は、電源電圧であって、測定手段は、ソレノイドドライバに供給される電源電圧を測定しても良い。電源電圧が変動すると、駆動デューティ比が一定であっても、ソレノイドコイルの電流値が変動するためである。

具体的には、請求項５に記載したように、算出手段は、測定手段によって測定される電源電圧が大きくなるほど、第２のオン信号の長さをより短くするように算出する。これにより、電源電圧の変動に伴うソレノイドコイルの電流値の変動を抑制することができる。

請求項６に記載したように、第１のカウンタと、第２のカウンタとは、異なるクロック信号に基づいて、カウント動作を行うようにしても良い。例えば、第２のカウンタのクロック周波数を、第１のカウンタのクロック周波数よりも高くすることにより、第１のオン信号の分解能よりも第２のオン信号の分解能を高めることができ、より緻密に駆動デューティ比を補正することができる。

以下、本発明の実施形態によるソレノイドドライバを図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態によるソレノイドドライバの全体構成を示す構成図である。

図１において、マイコン１０は、各種のセンサ信号などに基づいて、ソレノイドコイル６０によって駆動される駆動部材（図示せず）の駆動量を定め、その駆動量を実現するための目標デューティ信号を出力する。

マイコン１０から出力された目標デューティ信号はデジタル／デジタル変換部（Ｄ／Ｄ変換部）２０に入力される。Ｄ／Ｄ変換部２０は、第１〜第３カウンタ２３，２５，２１と、レジスタ２２と、ＯＲ回路２４と、デューティ調整ロジック部２６とから構成されている。

Ｄ／Ｄ変換部２０において、第３カウンタ２１が、マイコン１０からの目標デューティ信号を受け、この第３カウンタは、例えば目標デューティ信号がオンとなっている間（オン期間）、第３クロック信号に従って、ゼロからカウントアップ動作を行う。従って、第３カウンタ２１のカウント値は、目標デューティ信号におけるオン期間に対応したものとなる。

レジスタ２２は、第３カウンタ２１のカウント値を保存するものである。すなわち、第３カウンタ２１のカウント値がレジスタ２２に書き込まれ、レジスタ２２は、その書き込まれたカウント値を保持する。なお、レジスタ２２への書き込みは、少なくとも第３カウンタ２１のカウント動作が停止したタイミングで行なわれる。

第１カウンタ２３は、第３カウンタ２１のカウント動作が停止したタイミングで、レジスタ２２に保持されたカウント値が初期値としてセットされると、第１クロック信号に従って、その初期値からゼロまでカウントダウン動作を行うものである。そして、第１カウンタ２３は、そのカウントダウン動作を行っている間は、ハイレベルの信号を出力し、カウントダウン動作が停止するとローレベルの信号を出力する。

なお、上述した例では、第３カウンタ２１がカウントアップ動作を行い、第１カウンタ２３がカウントダウン動作を行ったが、逆に、第３カウンタ２１が最大値からカウントダウン動作を行い、第１カウンタ２３がセットされた初期値から最大値までカウントアップ動作を行っても良い。この場合、第１カウンタ２３がカウントアップ動作を行っている間ハイレベルの信号を出力し、カウントアップ動作が停止するとローレベルの信号を出力するようにすれば良い。

第２カウンタ２５は、第１カウンタ２３のカウント動作が停止したタイミングで、第１カウンタ２３からカウント停止信号を受け、そのカウント停止信号に応答して、カウント動作を開始する。この第２カウンタ２５には、デューティ調整ロジック部２６によって算出されたカウント値がセットされる。第２カウンタ２５は、第２クロック信号に従って、そのセットされたカウント値からカウントダウン動作（あるいはカウントアップ動作）を行う。そして、第２カウンタ２５はカウントダウン動作を行っている間、ハイレベルの信号を出力し、カウントダウン動作が停止すると、ローレベルの信号を出力する。

デューティ調整ロジック部２６は、ソレノイドコイル６０の温度を検出する温度検出部２７、及び電源電圧（＋ＶＢ）を検出する電圧検出部２８の検出結果に基づいて、第２カウンタ２５がカウントダウン動作（あるいはカウントアップ動作）すべき期間を算出する。そして、算出した期間に応じたカウント値を、第２カウンタ２５にセットする。

具体的には、デューティ調整ロジック部２６は、図２に示すように、ソレノイドコイル６０の温度が高くなるほど、第２カウンタ２５がカウントダウン動作する期間が長くなるように、第２カウンタのカウント値、すなわちデューティ補正値を算出する。ソレノイドコイル６０の温度が上昇するほどソレノイドコイル６０の抵抗値が増加する。すると、ソレノイドコイル６０を流れる電流値が減少する虞が生じる。それに対して、本実施形態のように、ソレノイドコイル６０の温度が高くなるほど、第２カウンタ２５のカウント動作の期間を長くすることにより、温度上昇によりソレノイドコイル６０の抵抗が増加しても、ソレノイドコイル６０を流れる電流値の減少を抑制することができる。

なお、温度検出部２７は、例えば、ダイオードの立ち上がり電圧Ｖｆが、温度によって変化することを利用し、ソレノイドコイル６０の近傍に設けられたダイオードの立ち上がり電圧Ｖｆの変化から温度を検出したり、温度係数の大きい抵抗に定電流を流し、その両端電圧の差から温度を検出したりするものである。

また、デューティ調整ロジック部２６は、図３に示すように、電圧検出部２８によって検出される電源電圧（＋ＶＢ）が高くなるほど、第２カウンタ２５がカウントダウン動作する期間が短くなるように、第２カウンタのカウント値、すなわちデューティ補正値を算出する。電源電圧が変動すると、駆動デューティ比が一定であっても、ソレノイドコイルの電流値が変動する虞がある。上述したように、電源電圧（＋ＶＢ）が高くなるほど、第２カウンタ２５のカウント動作の期間を短くすることにより、電源電圧（＋ＶＢ）の変動に伴うソレノイドコイル６０の電流値の変動を抑制することができる。

ＯＲ回路２４は、第１カウンタ２３から出力される信号と、第２カウンタ２５から出力される信号とを合成して、ソレノイド駆動部３０に出力する。ソレノイド駆動部３０は、ＯＲ回路２４から出力された駆動デューティ信号の電圧レベルの変換などを行い、ＭＯＳトランジスタ４０のゲートに駆動デューティ信号を印加する。これにより、ＭＯＳトランジスタ４０は、駆動デューティ信号に従ってオンオフされ、ソレノイドコイル６０がデューティ駆動される。なお、ダイオード５０は還流ダイオードである。

本実施形態では、上述したように、第２カウンタ２５は、第１カウンタ２３がカウントを停止したタイミングでカウント動作を開始し、そのカウント動作を行っている間はハイレベルの信号を出力する。このため、ＯＲ回路２４が出力する駆動デューティ信号は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１カウンタ２３がカウント動作を開始したときにハイレベル（オン）になり、第２カウンタ２５がカウント動作を終了したときにローレベル（オフ）となる。

このように、本実施形態では、マイコン１０から出力された目標デューティ信号に応じてオンオフする第１カウンタ２３の出力を、第２カウンタ２５の出力で補正している。第２カウンタ２５の出力がオンとなる第２カウンタ２５のカウント期間は、ソレノイドコイル６０のデューティ駆動における誤差要因となる、ソレノイドコイル６０の温度や電源電圧などの外部環境因子によって定められる。このため、本実施形態によれば、ソレノイドドライバをデジタル回路で構成しつつ、ソレノイドコイル６０のデューティ駆動において誤差要因となる外部環境因子に基づいて、駆動デューティ比を補正することができる。

また、本実施形態では、第１カウンタ２３と、第２カウンタ２５とは、異なるクロック信号に基づいて、カウント動作を行うように構成されている。この際、例えば、第２カウンタ２５のクロック周波数を、第１カウンタ２３のクロック周波数よりも高くすると、第１カウンタ２３よりも第２カウンタ２５の方が、１カウント当たりの期間が短くなる。この結果、第１カウンタ２３の出力におけるオン期間の分解能よりも、第２カウンタ２５の出力におけるオン期間の分解能を高めることができ、より緻密に駆動デューティ比を補正することができる。

さらに、本実施形態では、第１カウンタ２３と第３カウンタ２１も、異なるクロック信号に従ってカウント動作を行なう。この結果、Ｄ／Ｄ変換部２０に入力される目標デューティ信号のデューティ比に対して、Ｄ／Ｄ変換部２０から出力される駆動デューティ信号のデューティ比を任意に調整可能となる。図５は、目標デューティ信号と、駆動デューティ信号との関係の一例を示す図である。図５に示すように、本実施形態では、目標デューティ信号に対して駆動デューティ信号のデューティ比を任意に調整可能であるため、例えば、ＭＯＳトランジスタ４０の電流−電圧特性などに応じて、ソレノイドコイル６０に最適な電流が流れるように、駆動デューティ信号のデューティ比を調整することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することができる。

例えば、上述した実施形態では、第３カウンタ２１は、目標デューティ信号がオンしている間、カウント動作を行うものであった。しかしながら、第３カウンタ２１は、目標デューティ信号がオフしている間、カウント動作を行うものであっても良い。この場合、第１カウンタ２３も、目標デューティ信号のオフ期間に相当する期間だけカウント動作を行うことになるので、第１カウンタ２３を、カウント動作を行っているときローレベルの信号を出力し、カウント動作を停止しているときハイレベルの信号を出力するように構成する。さらに、第１カウンタ２３がカウントを開始したときに、第１カウンタ２３から第２カウンタ２５にカウント開始信号を出力させ、第２カウンタ２５は、このカウント開始信号に応じてカウント動作を開始するように構成する。

このような構成によっても、目標デューティ信号のオン期間に対応する期間だけ、第１カウンタ２３からハイレベルの信号が出力され、それに引き続いて、第２カウンタ２５からハイレベルの信号を出力させることができる。

また、上述した実施形態では、ソレノイドコイル６０の温度と、電源電圧とに基づいて、デューティ補正値として、第２カウンタ２５のカウンタ初期値を算出した。しかしながら、ソレノイドコイル６０の温度と、電源電圧との少なくとも一方に基づいて、デューティ補正値を算出するようにしても良い。

実施形態によるソレノイドドライバの全体構成を示す構成図である。 デューティ調整ロジック部における、ソレノイドコイルの温度に基づいて算出されるデューティ補正値の一例を示す特性図である。 デューティ調整ロジック部における、電源電圧に基づいて算出されるとデューティ補正値の一例を示す特性図である。 （ａ）は、第１カウンタの出力を示し、（ｂ）は第２カウンタの出力を示し、（ｃ）は、第１及び第２カウンタの出力に基づきＯＲ回路から出力される駆動デューティ信号を示すグラフである。 目標デューティ信号と、駆動デューティ信号との関係の一例を示す図である。

符号の説明

１０ マイコン
２０ Ｄ／Ｄ変換部
２１ 第３カウンタ
２２ レジスタ
２３ 第１カウンタ
２４ ＯＲ回路
２５ 第２カウンタ
２６ デューティ調整ロジック
２７ 温度検出部
２８ 電圧検出部
３０ ソレノイド駆動部
４０ ＭＯＳトランジスタ
５０ 還流ダイオード
６０ ソレノイドコイル

Claims (6)

1. ソレノイドコイルをデューティ駆動するソレノイドドライバであって、
   前記ソレノイドコイルがデューティ駆動されるときに、誤差要因となる外部環境因子を測定する測定手段と、
   目標デューティ比を示す目標デューティ信号に基づき、その目標デューティ信号のオン期間とオフ期間とのいずれかに応じた期間をカウントすることにより、前記目標デューティ信号のオン期間に応じた期間に第１のオン信号を出力する第１のカウンタと、
   前記測定手段による測定結果に基づいて、前記第１のカウンタから出力されるオン信号に引き続いて出力すべき第２のオン信号の長さを算出する算出手段と、
   前記算出手段が算出した第２のオン信号の長さに相当する期間をカウントすることにより、前記第１のカウンタが第１オン信号の出力を終了した直後から第２のオン信号を出力する第２のカウンタと、
   前記第１のカウンタが出力する第１のオン信号と、前記第２のカウンタが出力する第２のオン信号とを組み合わせて、前記ソレノイドコイルをデューティ駆動するためのデューティ駆動信号を出力する出力手段と、を備えることを特徴とするソレノイドドライバ。
2. 前記外部環境因子は、ソレノイドコイルの温度であって、前記測定手段は、前記ソレノイドコイルの温度を測定することを特徴とする請求項１に記載のソレノイドドライバ。
3. 前記算出手段は、前記測定手段によって測定される温度が高くなるほど、前記第２のオン信号の長さをより長くするように算出することを特徴とする請求項２に記載のソレノイドドライバ。
4. 前記外部環境因子は、電源電圧であって、前記測定手段は、前記ソレノイドドライバに供給される電源電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載のソレノイドドライバ。
5. 前記算出手段は、前記測定手段によって測定される電源電圧が大きくなるほど、前記第２のオン信号の長さをより短くするように算出することを特徴とする請求項２に記載のソレノイドドライバ。
6. 前記第１のカウンタと、前記第２のカウンタとは、異なるクロック信号に基づいて、カウント動作を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のソレノイドドライバ。

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