JP2011237130A - 比例弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検出用抵抗の抵抗値が変化して、比例弁の開度を精度良く制御することができなくなった状態で、比例弁の開度が制御されることを防止した比例弁駆動装置を提供する。
【解決手段】第１トランジスタ２１をオフ状態とすると共に、第２トランジスタ５１をオン状態としたときの第１抵抗２２の端子間電圧Ｖsと、第２抵抗５３の抵抗値Ｒ2と、第２直流電源２７の出力電圧Ｖ2とにより、第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1を算出する抵抗値算出手段１１と、第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1が規定範囲（ＲL≦Ｒ1≦ＲH）から外れたときに、比例弁開度制御手段１３による比例弁３０の開度の制御を禁止する比例弁制御禁止手段１２とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、定電流制御により比例弁を駆動する比例弁駆動装置に関する。

従来より、例えばガス燃焼機器に使用される比例弁の駆動装置の構成として、図３に示したように、比例弁６０の電磁コイル部６１をトランジスタ７０及び電流検出用の抵抗７１を介して直流電源の出力部間（Ｖcc−ＧＮＤ）に接続し、抵抗７１の端子間電圧Ｖsをオペアンプ７２の負入力端子に入力すると共に、マイクロコンピュータ７３から出力される設定電圧Ｖrefをオペアンプ７２の正入力端子に入力した構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図３に示した構成によれば、抵抗７１の端子間電圧Ｖsが設定電圧Ｖrefとなるように、オペアンプ７２からトランジスタ７０のベース端子への入力電圧が制御される。そして、これにより、比例弁６０の電磁コイル部６１に供給される電流ＩcがＩc＝Ｖs／Ｒs（Ｒs：抵抗７１の抵抗値）に定電流制御され、比例弁６０がＩcに応じた開度に制御される。

特開平８−３１２９４０号公報

上述した従来の比例弁駆動装置では、電流検出用抵抗の端子間電圧に基づいて比例弁の電磁コイル部への通電量を制御している。そのため、経年劣化等により電流検出用抵抗の抵抗値が変化して、電流検出用抵抗の端子間電圧と比例弁の電磁コイル部の通電量との対応関係が変化すると、比例弁の電磁コイル部への通電量の変更により、比例弁の開度を精度良く制御することができなくなる。

そこで、本発明は、電流検出用抵抗の抵抗値が変化して、比例弁の開度を精度良く制御することができなくなった状態で、比例弁の開度が制御されることを防止した比例弁駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、第１直流電源と、該第１直流電源の正負の出力部間に直列に接続された第１スイッチング素子及び第１抵抗と、電磁コイル部が前記第１直流電源の正負の出力部間に前記第１スイッチング素子及び前記第１抵抗と直列に接続された比例弁と、前記第１抵抗の端子間電圧が所定電圧となるように、前記第１スイッチング素子を作動させて前記比例弁の電磁コイル部への通電量を制御することにより、前記比例弁の開度を制御する比例弁開度制御手段とを備えた比例弁駆動装置の改良に関する。

そして、前記第１抵抗の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、前記抵抗値検出手段により検出された前記第１抵抗の抵抗値が、所定範囲から外れたときに、前記比例弁開度制御手段による前記比例弁の開度の制御を禁止する比例弁制御禁止手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、経年劣化等により前記第１抵抗の抵抗値が前記所定範囲を超えて変化したときに、前記比例弁制御禁止手段により、前記比例弁開度制御手段による前記比例弁の開度の制御が禁止される。そのため、前記第１抵抗の抵抗値が前記所定範囲を超え、前記第１抵抗の端子間電圧に基づく前記比例弁の電磁コイル部への通電量の制御の精度が低下した状態で、前記比例弁の開度が制御されることを回避することができる。

また、前記第１抵抗の一方の端子が、前記第１直流電源の負側の出力部に接続され、前記抵抗値検出手段は、負側の出力部が前記第１直流電源の負側の出力部と接続された第２直流電源と、該第２直流電源の正側の出力部と前記第１抵抗の他方の端子との間に、直列に接続された第２スイッチング素子及び第２抵抗と、前記第１抵抗の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記第１スイッチング素子をオフ状態とすると共に、前記第２スイッチング素子をオン状態としたときの前記電圧検出手段による検出電圧と、前記第２抵抗の抵抗値と、前記第２直流電源の出力電圧とに基づいて、前記第１抵抗の抵抗値を算出する抵抗値算出手段とを有することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記第１スイッチング素子をオフ状態とすると共に、前記第２スイッチング素子をオン状態とすると、前記第２直流電源の正側の出力部から負側の出力部に、前記第２スイッチング素子と前記第２抵抗と前記第１抵抗とを介して電流が流れる。そして、この場合に前記電圧検出手段により検出される電圧は、前記第２直流電源の出力電圧を前記第１抵抗及び前記第２抵抗で分圧した電圧となる。そのため、前記抵抗値算出手段は、この分圧した電圧と、前記第２抵抗の抵抗値と、前記第２直流電源の出力電圧とに基づいて、前記第１抵抗の抵抗値を算出することができる。

また、前記第１抵抗と前記第２スイッチング素子との間に、前記第２スイッチング素子から前記第１抵抗への方向を順方向として接続されたダイオードを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記第２スイッチング素子がオフ状態であって、前記比例弁開度制御手段が前記第１スイッチング素子を作動させて前記比例弁の電磁コイル部への通電量を制御しているときに、前記第１直流電源から前記第２スイッチング素子に電流が回り込むことを、前記ダイオードにより阻止することができる。そして、この電流の回り込みによる前記第２スイッチング素子の破損を防止することができる。

本発明の比例弁駆動装置の構成図。 ガス燃焼機器の運転開始時における比例弁駆動装置の作動フローチャート。 従来の比例弁駆動装置の構成図。

本発明の実施の形態について、図１，２を参照して説明する。

図１に示した比例弁駆動装置１は、ガス燃焼機器に搭載して使用されるものであり、ガスバーナ（図示しない）に接続された燃料ガスの供給管（図示しない）に設けられた比例弁３０の開度を制御する機能と、電流検出用の第１抵抗２２の抵抗値を検出する機能を備えている。

比例弁３０は、電磁コイル部３１に流れる電流Ｉcの大きさに比例してその開度が変化するものであり、比例弁駆動装置１は、電磁コイル部３１に流れる電流Ｉcを変更して、比例弁３０の開度を変更する。

比例弁駆動装置１は、マイクロコンピュータ１０（以下、マイコン１０という）、直流電圧Ｖ1（例えば、ＤＣ２４Ｖ、ＤＣ４０Ｖ）を出力する第１直流電源２６、直流電圧Ｖ2（例えば、ＤＣ５Ｖ）を出力する第２直流電源２７、第１直流電源２６の正側の出力部と負側の出力部（ＧＮＤ）との間に、比例弁３０の電磁コイル部３１と直列に接続された第１トランジスタ２１（本発明の第１スイッチング素子に相当する）と第１抵抗２２、及びオペアンプ２０を備えている。

オペアンプ２０の正入力端子はマイコン１０のアナログ出力ポートＰo2に接続され、負入力端子は比例弁３０の電磁コイル部３１と接続され、出力端子は第１トランジスタ２１のベース端子に接続されている。オペアンプ２０は、負入力端子に入力される電圧Ｖs（第１抵抗２２の端子間電圧）が、正入力端子に入力される電圧Ｖref（本発明の所定電圧に相当する）となるように出力電圧を変更する。これにより、比例弁３０の電磁コイル部３１に流れる電流Ｉcが一定（Ｉc＝Ｖref／Ｒ1，Ｒ1：第１抵抗２２の抵抗値）に制御される。

また、比例弁３０の電磁コイル部３１と第１抵抗２２との接続箇所Ａは、第３抵抗２３を介してマイコン１０のＡＤ入力（アナログ／デジタル変換入力）ポートＰi1に接続され、ＡＤ入力ポートＰi1はダイオード２４を介してＶ2にプルアップされている。

マイコン１０は、メモリ（図示しない）に保持された比例弁制御用のプログラムを実行することにより、抵抗値算出手段１１、比例弁制御禁止手段１２、及び比例弁開度制御手段１３として機能する。

比例弁開度制御手段１３は、バーナの目標燃焼量に応じて決定される比例弁３０の目標開度を、比例弁３０の開度と電磁コイル部３１に流れる電流の大きさとの相関マップに適用して、電磁コイル部３１に対する目標通電量Ｉaを設定する。そして、比例弁開度制御手段１３は、出力ポートＰo2から出力する電圧Ｖrefのレベルを、Ｖref＝Ｉa×Ｒ1により決定する。なお、比例弁３０の開度と電磁コイル部３１に流れる電流の大きさとの相関マップのデータ、及び第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1のデータは、予めメモリに保持されている。

比例弁開度制御手段１３は、このようにして、比例弁３０の目標開度に応じたレベルの電圧Ｖrefを出力ポートＰo2から出力することにより、比例弁３０の電磁コイル部３１に対する通電量を制御して、比例弁３０の開度を目標開度に保持する。

さらに、比例弁駆動装置１は、第２直流電源２７の正側の出力部と、比例弁３０の電磁コイル部３１及び第１抵抗２２の接続箇所Ａとの間に、直列に接続された第２トランジスタ５１（本発明の第２スイッチング素子に相当する）とダイオード５２と第２抵抗５３とを有している。

第２トランジスタ５１のベース端子は、反転素子２５を介してマイコン１０の出力ポートＰo1に接続され、出力ポートＰo1の出力がHighレベル（Ｖ2レベル）であるときは第２トランジスタ５１がオン状態（導通状態）となり、出力ポートＰo2の出力がLowレベル（グランドレベル）であるときには第２トランジスタ５１がオフ状態（遮断状態）となる。

ダイオード５２は、第１トランジスタ２１がオン状態とされたときに、第１直流電源２６の正側の出力部から第１トランジスタ２１を介して、第２トランジスタ５１に電流が回り込むことを阻止するためのものである。

なお、第２トランジスタ５１、ダイオード５２、第２抵抗５３、マイコン１０の出力ポートＰo1、反転素子２５を介した出力ポートＰo1から第２トランジスタ５１のベースへの接続回路、マイコン１０のＡＤ入力ポートＰi1（本発明の電圧検出手段に相当する）、第２抵抗５３から比例弁３０の電磁コイル部３１と第１抵抗２２との接続箇所Ａ及び第３抵抗２３を介したＡＤ入力ポートＰi1への接続回路、及び抵抗値算出手段１１により、本発明の抵抗値検出手段が構成される。

抵抗値算出手段１１は、第２トランジスタ５１をオン状態として第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1を算出する。ここで、第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1が、経年劣化等により初期値から大きく変化すると、上述した比例弁開度制御手段１３による電圧Ｖrefの設定による比例弁３０の開度制御の精度が低下する。

そして、このように、比例弁３０の開度制御の精度が低下した状態でガス燃焼機器を運転させると、バーナの目標燃焼量に対する比例弁３０の開度が不適切なものとなって、バーナの燃焼不良が生じるおそれがある。

そこで、比例弁制御禁止手段１２は、第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1が予め設定された範囲から外れたときに、比例弁開度制御手段１３による比例弁３０の開度制御を禁止する処理を行う。比例弁３０の開度制御を禁止して、ガス燃焼機器の運転を不能とすることで、バーナの燃焼不良が生じることを防止することができる。

以下、図２に示したフローチャートに従って、この処理について説明する。図２に示したフローチャートは、ガス燃焼機器の運転開始操作がなされたときに、バーナの点火処理に先立って実行される。

ＳＴＥＰ１〜４は抵抗値算出手段１１による処理である。抵抗値算出手段１１は、ＳＴＥＰ１で、出力ポートＰo2の出力電圧Ｖrefのレベルを０Ｖ（ＧＮＤレベル）とし、これにより第１トランジスタ２１をオフ状態とする。続くＳＴＥＰ２で、抵抗値算出手段１１は、出力ポートＰo1の出力をHighレベル（Ｖ2レベル）とし、これにより第２トランジスタ５１をＯＮ状態とする。

このように、第１トランジスタ２１をオフ状態とすると共に、第２トランジスタ５１をオン状態にすると、マイコン１０のＡＤ入力ポートＰi1に入力される電圧Ｖs（第１抵抗２２の端子間電圧）は、以下の式（１）に示したように、第２直流電源２７の出力電圧Ｖ2を第１抵抗２２及び第２抵抗５３で分圧した電圧となる。

但し、Ｖ2：第２直流電源２７の出力電圧、Ｒ1：第１抵抗２２の抵抗値、Ｒ2：第２抵抗５３の抵抗値。

なお、第２トランジスタ５１及びダイオード５２における電圧降下分は、第１抵抗２２及び第２抵抗５３における電圧降下分に対して無視できるレベルである。

そこで、抵抗値算出手段１１は、ＳＴＥＰ３で、ＡＤ入力ポートＰi1に入力される第１抵抗２２の端子間電圧Ｖsを読み込み、続くＳＴＥＰ４で、上記式（１）を変形した以下の式（２）により、第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1を算出する。

続くＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７、及びＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１１は、比例弁制御禁止手段１２による処理である。

比例弁制御禁止手段１２は、ＳＴＥＰ５で、第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1が、予め設定された下限抵抗値ＲL〜上限抵抗値ＲHの規定範囲（本発明の所定範囲に相当する）内にあるか否かを判断する。なお、この規定範囲は、比例弁開度制御手段１３による比例弁３０の開度の制御の精度が、規定レベルに維持される範囲に設定される。

そして、第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1が規定範囲内であるとき（ＲL≦Ｒ1≦ＲH）はＳＴＥＰ６に進む。この場合は、比例弁開度制御手段１３による比例弁３０の開度制御を、問題なく実行することができるため、比例弁制御禁止手段１２は、ＳＴＥＰ６で出力ポートＰo1の出力をLowレベルとして第２トランジスタ５１をＯＦＦ状態にし、続くＳＴＥＰ７で比例弁開度制御手段１３による比例弁３０の開度の制御を許可する。そして、ＳＴＥＰ８に進み、比例弁制御禁止手段１２は処理は終了する。

一方、ＳＴＥＰ５で、第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1が下限抵抗値ＲL〜上限抵抗値ＲHの規定範囲から外れたとき（Ｒ1＜ＲL、又はＲH＜Ｒ1）には、ＳＴＥＰ１０に分岐する。この場合は、比例弁開度制御手段１３による比例弁３０の開度制御の精度が悪化し、ガス燃焼機器を運転させたときにバーナの燃焼不良が生じるおそれがある。

そこで、比例弁制御禁止手段１２は、ＳＴＥＰ１０で出力ポートＰo1の出力をHighレベルとして第２トランジスタ５１をオフ状態にし、続くＳＴＥＰ１１で比例弁開度制御手段１３による比例弁３０の開度制御を禁止する。これにより、ガス燃焼機器の運転が不能となるため、比例弁３０の開度制御が不良な状態でバーナに点火されて、バーナの燃焼不良が生じることを防止することができる。

また、比例弁制御禁止手段１２は、続くＳＴＥＰ１２で、比例弁３０の開度制御の不良により、ガス燃焼機器の運転が不能とされたことを、ランプやブザー等により使用者に報知する（エラー報知）。そして、ＳＴＥＰ８に進み、比例弁制御禁止手段１２は処理を終了する。

なお、本実施の形態では、第２直流電源２７の正側の出力部と、比例弁３０の電磁コイル部３１及び第１抵抗２２の接続箇所Ａとの間に、直列に接続された第２トランジスタ５１とダイオード５２と第２抵抗５３とを備えて、第２トランジスタ５１をＯＮ状態にすることにより、第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1を検出したが、他の構成により第１抵抗２２の抵抗値Ｒ1を検出するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、第１直流電源２６から第２トランジスタ５１への電流の回り込みを阻止するためのダイオード５２を設けたが、ダイオード５２を設けない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、本発明の第１スイッチング素子及び第２スイッチングとしてトランジスタを用いたが、ＦＥＴ等の他の種類のスイッチング素子を用いてもよい。

１…比例弁駆動装置、１０…マイクロコンピュータ、１１…抵抗値算出手段、１２…比例弁制御禁止手段、１３…比例弁開度制御手段、２０…オペアンプ、２１…第１トランジスタ、２２…第１抵抗、２６…第１直流電源、２７…第２直流電源、３０…比例弁、３１…（比例弁の）電磁コイル部、５１…第２トランジスタ、５２…（電流の回り込み防止用の）ダイオード、５３…第２抵抗。

Claims (3)

1. 第１直流電源と、
   該第１直流電源の正負の出力部間に直列に接続された第１スイッチング素子及び第１抵抗と、
   電磁コイル部が前記第１直流電源の正負の出力部間に前記第１スイッチング素子及び前記第１抵抗と直列に接続された比例弁と、
   前記第１抵抗の端子間電圧が所定電圧となるように、前記第１スイッチング素子を作動させて前記比例弁の電磁コイル部への通電量を制御することにより、前記比例弁の開度を制御する比例弁開度制御手段と
   を備えた比例弁駆動装置において、
   前記第１抵抗の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、
   前記抵抗値検出手段により検出された前記第１抵抗の抵抗値が、所定範囲から外れたときに、前記比例弁開度制御手段による前記比例弁の開度の制御を禁止する比例弁制御禁止手段と
   を備えたことを特徴とする比例弁駆動装置。
2. 請求項１記載の比例弁駆動装置において、
   前記第１抵抗の一方の端子が、前記第１直流電源の負側の出力部に接続され、
   前記抵抗値検出手段は、
   負側の出力部が前記第１直流電源の負側の出力部と接続された第２直流電源と、
   該第２直流電源の正側の出力部と前記第１抵抗の他方の端子との間に、直列に接続された第２スイッチング素子及び第２抵抗と、
   前記第１抵抗の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記第１スイッチング素子をオフ状態とすると共に、前記第２スイッチング素子をオン状態としたときの前記電圧検出手段による検出電圧と、前記第２抵抗の抵抗値と、前記第２直流電源の出力電圧とに基づいて、前記第１抵抗の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と
   を有することを特徴とする比例弁駆動装置。
3. 請求項２記載の比例弁駆動装置において、
   前記第１抵抗と前記第２スイッチング素子との間に、前記第２スイッチング素子から前記第１抵抗への方向を順方向として接続されたダイオードを備えたことを特徴とする比例弁駆動装置。

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