JP2016089872A

JP2016089872A - 電磁弁駆動装置

Info

Publication number: JP2016089872A
Application number: JP2014221566A
Authority: JP
Inventors: 一裕高橋; Kazuhiro Takahashi; 克美鶴見; Katsumi Tsurumi; 誠島田; Makoto Shimada
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】簡易な構成により、電力効率が改善された電磁弁駆動装置を提供する。
【解決手段】
高圧側主端子と低圧側主端子と制御端子とを有し、直流電源の一端と他端との間においてコイルと直列接続されるスイッチング素子と、電源端子と基準端子と信号出力端子とを有し、前記スイッチング素子をオンオフ駆動させる制御部と、を備え、前記電源端子は前記高圧側主端子に接続され、前記基準端子は前記低圧側主端子に接続され、前記信号出力端子は前記制御端子に接続されることを特徴とする電磁弁駆動装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルを有する電磁弁の駆動装置に関し、特に電力効率が改善された電磁弁駆動装置に関する。

特許文献１は、電磁弁の駆動電流を吸引電流と保持電流との間で切り換える電磁弁駆動回路を開示する。従来の電磁弁駆動装置は、電流監視部２３によって電磁弁３２の吸引電流を計測し、吸引電流がピーク値から減少し、再び増加して先のピーク値に達した時点で、電流切換え部２２が、電磁弁３２の駆動電流を吸引電流から保持電流に切り換える。このような機能により、電磁弁３２の高速作動性を保ちつつ消費電力の低減及び過度の温度上昇の防止を図ることができる。

特開２００２−１８１２２０号公報

近年、生産ラインにおける省エネ・環境への取り組みとして、各種アクチュエータにおける省電力化は、ますます強く求められるようになっている。本発明は、簡易な構成により、電力効率が改善された電磁弁駆動装置を提供する。

本発明の一態様によれば、電磁弁駆動装置は、高圧側主端子と低圧側主端子と制御端子とを有し、直流電源の一端と他端との間においてコイルと直列接続されるスイッチング素子と、電源端子と基準端子と信号出力端子とを有し、前記スイッチング素子をオンオフ駆動させる制御部と、を備え、前記電源端子は前記高圧側主端子に接続され、前記基準端子は前記低圧側主端子に接続され、前記信号出力端子は前記制御端子に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成により、電力効率が改善された電磁弁駆動装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電磁弁駆動装置の構成を示す回路図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る電磁弁駆動装置の構成を示す回路図である。本実施形態に係る電磁弁駆動装置は、例えばＭＯＳＦＥＴであり、スイッチング素子Ｑ１と制御部Ｃｎｔとを備える。スイッチング素子Ｑ１は、高圧側主端子（ドレイン端子）と低圧側主端子（ソース端子）と制御端子（ゲート端子）とを有する。スイッチング素子Ｑ１は、直流電源Ｖｄｃの一端と他端との間においてコイルＳｌと直列接続される。制御部Ｃｎｔは、電源端子Ｔ１と基準端子Ｔ２と信号出力端子Ｔ３とを有し、スイッチング素子Ｑ１をオンオフ駆動させる半導体集積回路である。電源端子Ｔ１は高圧側主端子（ドレイン端子）に接続され、基準端子Ｔ２は低圧側主端子（ソース端子）に接続され、信号出力端子Ｔ３は制御端子（ゲート端子）に接続される。

スイッチング素子Ｑ１と制御部Ｃｎｔとは、半導体モジュールＭを構成する。スイッチング素子Ｑ１の高圧側主端子は、半導体モジュールＭの出力端子Ｔｏを介して直流電源Ｖｄｃの一端と第１のダイオードＤ１のアノードとに接続される。スイッチング素子Ｑ１の低圧側主端子は、半導体モジュールＭの検出端子Ｔｓと検出抵抗Ｒｓとを介して、電磁弁を構成するコイルＳｌの一端に接続される。

第１のダイオードＤ１のカソードは、半導体モジュールＭの電源端子ＴｖとコンデンサＣの一端とに接続される。検出抵抗ＲｓとコイルＳｌとの接続点は、半導体モジュールＭの基準端子Ｔｇを介して基準電位ＧＮＤに接続されるとともに、第２のダイオードＤ２のカソードとコンデンサＣの他端とに接続される。コイルＳｌの他端は、第２のダイオードＤ２のアノードに接続されるとともに、スイッチＳｗを介して直流電源Ｖｄｃの他端に接続される。検出抵抗Ｒｓは、コイルＳｌに流れる電流に基づく検出電圧を半導体モジュールＭの検出端子Ｔｓに出力する。

制御部Ｃｎｔは、レギュレータＲｅｇと比較器Ｃｍｐとロジック部ＬｏｇｉｃとドライバＤｒｖと複数の端子とを備える。電源端子Ｔ１は半導体モジュールＭの電源端子Ｔｖに接続され、基準端子Ｔ２は半導体モジュールＭの基準端子Ｔｇに接続され、信号出力端子Ｔ３はスイッチング素子Ｑ１の制御端子に接続される。

レギュレータＲｅｇの入力端子は、電源端子Ｔ１と半導体モジュールＭの電源端子Ｔｖとを介して半導体モジュールＭの外部に導出される。直流電源Ｖｄｃから出力される直流電流は、第１のダイオードＤ１を介してコンデンサＣに流れ、駆動電源として制御部Ｃｎｔに供給される。レギュレータＲｅｇは、当該直流電流を所定の電圧に変換し、出力端子を介して制御部Ｃｎｔ内の各部に供給する。レギュレータＲｅｇの出力端子は、例えば半導体モジュールＭのレギュレータ端子Ｔｒｅｇを介して第１の抵抗Ｒ１の一端に接続される。第１の抵抗Ｒ１の他端は、半導体モジュールＭの基準端子Ｔｒｅｆと第２の抵抗Ｒ２の一端とに接続される。第２の抵抗Ｒ２の他端は基準端子Ｔｇ，Ｔ２を介して基準電位ＧＮＤに接続される。

比較器Ｃｍｐの反転入力端子は、スイッチング素子Ｑ１の低圧側主端子と検出抵抗Ｒｓとの接続点に接続される。比較器Ｃｍｐの非反転入力端子は、第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２との接続点に接続される。制御部Ｃｎｔの動作中、レギュレータＲｅｇの出力電流は第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２とに流れ続ける。第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２は、レギュレータＲｅｇの出力電圧を分圧し、基準電圧として比較器Ｃｍｐに出力する。比較器Ｃｍｐは、検出抵抗Ｒｓから出力される検出電圧と基準電圧とを比較して、比較結果をロジック部Ｌｏｇｉｃに出力する。

ロジック部Ｌｏｇｉｃは、比較器Ｃｍｐの比較結果と保護部（図示されない）の出力信号とに基づき、スイッチング素子Ｑ１のオンオフタイミングを制御し、制御信号をドライバＤｒｖに出力する。ドライバＤｒｖは、制御信号に基づき、スイッチング素子Ｑ１の駆動信号を生成し、スイッチング素子Ｑ１に出力する。

Ｓｗが開放状態から導通状態に移行すると、コンデンサＣが第１のダイオードＤ１を介して直流電源Ｖｄｃにより充電される。コンデンサＣの充電電圧が所定の電圧を上回ると、内部電源がレギュレータＲｅｇから各部に供給され、制御部Ｃｎｔが動作を開始する。制御部Ｃｎｔの駆動信号によりスイッチング素子Ｑ１がオン状態になると、直流電源ＶｄｃからコイルＳｌに直流電流が流れる。このとき、半導体モジュールＭの電源端子Ｔｖと基準端子Ｔｇとの電位差は、小さくなるものの、第１のダイオードＤ１とコンデンサＣとによって所定値以上に保持される。したがって、コンデンサＣの充電電荷によってスイッチング素子Ｑ１のオン状態は維持される。コイルＳｌに流れる電流は時間とともに増大し、検出抵抗Ｒｓから出力される検出電圧が基準電圧を超えると、比較器Ｃｍｐの出力信号のレベルが反転する。ロジック部Ｌｏｇｉｃは、比較器Ｃｍｐの出力信号に基づき、ドライバＤｒｖを介してスイッチング素子Ｑ１をオフさせる。スイッチング素子Ｑ１がオフ状態になると、コイルＳｌと第２のダイオードＤ２とに電流が流れ、コイルＳｌに蓄えられたエネルギーが消費される。スイッチング素子Ｑ１がオフ状態に移行してから所定時間が経過すると、制御部Ｃｎｔの駆動信号により、スイッチング素子Ｑ１が再びオン状態に移行する。スイッチング素子Ｑ１がオンオフすることにより、コイルＳｌに過剰な電流が流れないように制御される。

本実施形態にかかる電磁弁駆動装置によれば、制御部Ｃｎｔに流れる駆動電流は、基準端子Ｔ２に集約され、コイルＳｌにも供給される。したがって、半導体モジュールＭの基準端子Ｔｇを介して半導体モジュールＭから流れ出る電流をコイルＳｌに流すことができ、電磁弁駆動装置の電力効率を改善することができる。
また、半導体モジュールＭの電源端子Ｔｖに流れ込む電流量、すなわちレギュレータＲｅｇから流れ出る電流量を、電磁弁を駆動できない程度の電流量となるように設計することにより、従来の電磁弁駆動装置と同様に、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態にすることで電磁弁を停止させることができる。具体的には、第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２のインピーダンスを高くすることにより、第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２で消費される電流量とスイッチング素子Ｑ１がオフ状態のときに制御部Ｃｎｔで消費される電流量との総和は低減される。

上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。例えば、スイッチング素子Ｑ１と制御部Ｃｎｔとは、単一の半導体チップ上に形成されてなるモノリシックＩＣとして構成されても良い。また、第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２は、制御部ＣｎｔとともにモノリシックＩＣ或いは半導体モジュールＭを構成しても良い。また、検出抵抗Ｒｓは、カレントトランスのような周知の電流検出手段に置き換えても良い。

Ｍトランス
Ｃｎｔ制御部
Ｑ１スイッチング素子
Ｓｌコイル
Ｖｄｃ直流電源
Ｄ１第１のダイオード
Ｄ２第２のダイオード
Ｃコンデンサ

Claims

高圧側主端子と低圧側主端子と制御端子とを有し、直流電源の一端と他端との間においてコイルと直列接続されるスイッチング素子と、
電源端子と基準端子と信号出力端子とを有し、前記スイッチング素子をオンオフ駆動させる制御部と、を備え、
前記電源端子は前記高圧側主端子に接続され、前記基準端子は前記低圧側主端子に接続され、前記信号出力端子は前記制御端子に接続されることを特徴とする電磁弁駆動装置。
前記電源端子はダイオードを介して前記直流電源の一端に接続され、
前記基準端子は前記コイルを介して前記直流電源の他端に接続されることを特徴とする請求項１に記載される電磁弁駆動装置。
前記電源端子はダイオードを介して前記直流電源の一端に接続され、
前記基準端子は前記コイルの一端に接続され、
前記コイルの他端は前記直流電源の他端に接続されることを特徴とする請求項２に記載される電磁弁駆動装置。
前記ダイオードのアノードは前記直流電源の一端に接続され、
前記ダイオードのカソードは前記電源端子に接続され、
前記カソードと前記電源端子との接続点と前記基準端子との間にキャパシタが接続されることを特徴とする請求項３に記載される電磁弁駆動装置。
前記電源端子は前記コイルを介して前記直流電源の一端に接続されることを特徴とする請求項１に記載される電磁弁駆動装置。
前記直流電源の一端は前記コイルの一端に接続され、
前記電源端子は前記コイルの他端に接続され、
前記基準端子は前記直流電源の他端に接続されることを特徴とする請求項５に記載される電磁弁駆動装置。