JP2536737B2 - 誘導性負荷の電流検出回路 - Google Patents

誘導性負荷の電流検出回路

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JP2536737B2 JP60202932A JP20293285A JP2536737B2 JP 2536737 B2 JP2536737 B2 JP 2536737B2 JP 60202932 A JP60202932 A JP 60202932A JP 20293285 A JP20293285 A JP 20293285A JP 2536737 B2 JP2536737 B2 JP 2536737B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、誘導性負荷に流れる電流を検出する回路に
関する。
〔従来の技術〕
自動車の排気ガス規制と燃費や運転性の改善のため
に、空燃比フィードバック補正システムが採用される。
第4図はその一例で、1はエアクリーナ、2は燃料タン
ク、3はスロットル、4は吸気マニホルド、5はシリン
ダ、6は空燃比制御用の電磁弁ソレノイド(VSV)であ
る。吸気マニホルド4内は空気Aと燃料Fの混合気(A
+F)で、A/Fが空燃比となる。空気Aにはエアクリー
ナ1からスロットル3を経由して吸気マニホルド4に入
る1次空気A1と、VSV6を通って吸気マニホルド4に入
る2次空気A2とがあり、1次空気A1だけでは13.0〜1
3.5程度となる基本空燃比を、2次空気A2を加えて14.0
〜15.5程度に補正する。
2次空気A2の量はVSV6の弁開度で制御される。VSV6
は誘導性負荷であり、そこにパルス状の電流を流すこと
でデューティ制御できる。第5図はその説明図で、
(a)は駆動回路、(b)は動作波形である。(b)の
波形は周期T一定のパルス列で、そのデューティが変化
する。これを(a)の回路のトランジスタTRのベースに
入力すると、そのスイッチング動作の結果VSVには同図
(b)に示す実線波形の電流ILが流れる。破線は平均
値である。VSVの弁開度はこの通電電流ILに比例し、こ
れに2次空気A2の量が比例するので、最終的に空燃比A
/Fが制御される。
ところで、通電電流ILは電源電圧VB(バッテリ)の
変動や、VSVコイルの直流抵抗のバラツキ或いは温度変
化に左右されるので、その値を検出して希望値に保つ制
御が必要となる。また、VSVを定電流駆動する場合、そ
の機械的な摩擦によるヒステリシス特性を改善する必要
がある。つまり、トランジスタTRのスイッチング周波数
F(=1/T)を固定してパルス幅を連続的に変化させる
と、VSVのコイル(インダクタンスL、抵抗R)の時定
数L/Rによって通電電流ILが決定される。ILは脈流値
ΔILを持ち、その平均値(破線で示す)が弁開度(ス
トローク量)を決定する。ところが、ILの増加時と減
少時では同じ電流値でもストローク量に差が出る。これ
を示したのが第6図(a)のヒステリシス特性(実線)
である。
このヒステリシスを改善して第6図(a)の破線のよ
うにする1つの方法は、同図(b)に示すディザ信号を
重畳することである。この方法は本来のスイッチング周
波数F=1/Tだけでなく、それより低い周波数f=1/tに
よって2重に制御するので、回路構成が複雑になる。代
りに脈流値ΔILを大きくしてもヒステリシスが小さく
なる点に着目し、最近では同図(c)のようにトランジ
スタTRオフ時の時定数L/(R+R′)を小さくするよう
に抵抗R′を用いる方法がある。この方法によると、I
Lの波形は(d)(e)のようになる。(d)は拡大
図、(e)は縮小図で、(d)の2点鎖線が抵抗R′を
用いた場合である(実線はR′なしの場合)。但し、こ
の方法も温度或いは電源変動等の影響で電流が変化す
る。
第7図は以上の諸点を解決した定電流形駆動回路で、
(a)はブロック図、(b)は回路図である。電流検出
部10は抵抗R0を用いてVSVに流れる電流を検出する。増
幅器11は抵抗R0に発生する電圧値を検出して増幅す
る。偏差積分器12は増幅器11による検出値と外部からの
制御入力との差を出力し、この偏差を基に回路13がデュ
ーティ信号(第5図(b)で示した周期T一定の入力)
を発生する。出力駆動回路14はこのデューティ信号で動
作する回路で、第6図(c)に示したタイプである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第7図の回路では増幅器11が差動増幅器DIF1を中心に
構成され、抵抗R0の電位差を検出する。ところが、こ
の差動増幅形電流検出方式では、検出抵抗R0をあま
り大きくできない。トランジスタTRオフ時のフライバ
ック電圧が大きいため、増幅器の動作電圧範囲を考慮す
ると増幅度R2/R1を大きくとれない、同相電圧(=V
B)が差動電圧(=検出電圧)より極めて大きいので、
使用する抵抗のバラツキが増幅度誤差を左右する(R1
=R1′,R2=R2′でなければならない)、等の欠点が
ある。
第8図と第9図は上述した作動増幅型とは異なるタイ
プの電流検出回路で、第8図は非反転増幅型、第9図は
加算増幅型である。第8図の非反転増幅型ではトランジ
スタTRオフ時のサージ吸収用にVSVと直列に電流制御抵
抗RsとゼェナーダイオードDz(動作抵抗値Rz)を接続す
る。この直列抵抗値Rs+Rzが第7図のR′に相当する。
検出抵抗はR0であり、駆動トランジスタTRはこれと直
列に、且つRs,Dzとは並列に接続される。この方式の欠
点は、ダイオードDzのゼェナー電圧VzをVz>VBに設定
するため、トランジスタTRオフ時の消費電力(∝Vz×I
L)が大きくなって放熱や信頼性の点で難がある点であ
る。
一方、第9図の加算増幅型はトランジスタTRのオン時
は非反転増幅器AMPによる非反転増幅を、またオフ時に
は差動増幅器DIF2による差動増幅を行い、両増幅出力を
加算器ADDで加算して偏差積分入力とする。この場合、
オン時の検出抵抗はR0であるが、オフ時はR′とな
る。従って、R′≫R0に設定できるので、第7図で説
明したの同相電圧問題は生じない。
ところが、実際の出力回路は出力電流を大とするため
に第10図のように多段構成とする必要がある。同図の例
はトランジスタTR′をTRにエミッタ・フォロワ接続した
もので、TR′がTRのベース電流IB)供給源となる。こ
のようにするとVSVに流れる電流ILも大きくなるが、ベ
ース電流IBが検出抵抗R0に流れるので、第8図および
第9図の回路ではオン時のILの検出誤差となる。この
ベース電流IBは抵抗RBで制限できるが、IBを小さく
するとトランジスタTRの電流増幅流通hFEが低下するた
め、そのコレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE(sat)が大
きくなり、トランジスタの消費電力(∝VCE(sat)×
L)が増大する。エミッタ・フォロワ接続の最終段を
飽和領域で使用するには10・IB=IL程度とするのが一
般的であるが、これではILの検出に10%の誤差が生ず
る。しかも、この条件を大電流領域で満足させると小電
流領域の誤差はそれより大になる。また、IB≒VB/RB
はバッテリ電圧VBの変動(10〜14V)の影響を受けるの
で、低電圧でも大電流の定電流制御をするにはRBを小
さくしなければならない。しかし、これでは高電圧時に
Bが大きくなるので、RBとして消費電力(≒VB 2/
RB)の大きいものを使用しなければならない。
本発明は、上述したベース電流IBの影響を除くため
に出力駆動回路の最終段に電界効果トランジスタを使用
し、誘導性負荷電流ILを高精度に検出しようとするも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の誘導性負荷の電流検出回路は、誘導性負荷を
駆動する素子に電界効果トランジスタを使用し、該トラ
ンジスタのソース側にオン時の電流検出用の第1の抵抗
を、またドレイン側に前記第1の抵抗の抵抗値より大き
な抵抗値を有しオフ時の電流を流す第2の抵抗を該負荷
と並列に接続し、該第1および第2の抵抗に発生する電
圧を共通の差動増幅器に供給して増幅するようにしてな
ることを特徴とし、また誘導性負荷を駆動する素子に電
界効果トランジスタを使用し、該トランジスタのソース
側にオン時の電流検出用の第1の抵抗を、またドレイン
側に前記第1の抵抗の抵抗値より大きな抵抗値を有しオ
フ時の電流を流す第2の抵抗を該負荷と並列に接続し、
該第1および第2の抵抗に発生する電圧を共通の非反転
増幅器に供給して増幅するようにしてなることを特徴と
するものである。
〔作用〕
第1図は本発明の原理説明図で、最終段にパワーMOS
FET Qを用いた出力駆動回路14と電流検出回路10および
その前段の回路13を示してある。但し、トランジスタT
R′がコレクタ出力でトランジスタQを駆動するため、
前段回路13の比較器入力+,−を第7図とは逆にしてあ
る。最終段のトランジスタQがFETであると、電流IB
は抵抗R0には流れない。このためトランジスタQオン
時の負荷電流ILの検出精度は向上する。また、トラ
ンジスタQのオン抵抗(RDS)は数Ω以下であるので、
消費電力(RDS×IL)も小さく、スイッチング時間も
バイポーラトランジスタと比べて1桁以上短いので、タ
ーンオン・ターンオフの損失を実用上無視できる。抵抗
Bも数100mWで十分なので、消費電力が少ない。さら
に、IBはトランジスタQのソース側へ流れないので、
オン時の電流検出値(R0による)はバッテリ電圧VB
変動の影響を受けない。このため検出値が安定する。
〔実施例〕
第2図は本発明の一実施例を示す回路図である。本例
は差動増幅型の電流検出回路で、その構成は第9図を基
本としている。従って、抵抗R0はオン時の負荷電流I
を、また抵抗R′はオフ時の負荷電流I′を検出すると
きに用いる。但し、第9図と異なるのは、オン時の電流
検出精度が向上するため、差動増幅器DIF2を省略して直
接R′の電圧を抵抗R3で加算して非反転増幅器AMPへ入
力できる点である。各抵抗の定数を R2>R3,R1>R′>R0 と設定する、増幅器AMPの出力V0 となる。
第3図は本発明の他の実施例で、非反転増幅型の回路
図である。本例ではオフ時の電流I′をPNPトランジス
タTR″で電流i′に変換して抵抗R0に流し、これを非
反転増幅AMPで増幅する。オン時の電流Iは直接抵抗R0
に流れる。第3図で、 R2>R1,RE,RB,Rc>R′>R0 と設定すると、増幅器AMPの出力V0 となる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、誘導性負荷に通電
する素子にFETを使用するので、制御電流値が大きく
(0〜10数A)、また電源電圧変動(10〜14V)があっ
てもオン時の負荷電流を精度良く検出でき、しかも回路
構成を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理説明図、第2図および第3図は本
発明の異なる実施例を示す回路図、第4図は空燃比フィ
ードバック補正システムの一例を示す構成図、第5図は
電磁弁ソレノイド駆動回路の一例を示す説明図、第6図
は電磁弁ソレノイドのヒステリシスの説明図、第7図は
従来の差動増幅型電流検出器を用いた電磁弁ソレノイド
の定電流駆動回路の一例を示す構成図、第8図および第
9図は従来の電流検出器の異なる例を示す回路図、第10
図は従来の出力回路の具体例を示す回路図である。 図中、10は電流検出回路、11は増幅器、14は出力駆動回
路、VSVは電磁弁ソレノイド(誘導性負荷)、AMPは反転
増幅器あるいは差動増幅器、QはパワーMOS FET、R0,
R′は電流検出抵抗。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘導性負荷を駆動する素子に電界効果トラ
    ンジスタを使用し、該トランジスタのソース側にオン時
    の電流検出用の第1の抵抗を、またドレイン側に前記第
    1の抵抗の抵抗値より大きな抵抗値を有しオフ時の電流
    を流す第2の抵抗を該負荷と並列に接続し、該第1およ
    び第2の抵抗に発生する電圧を共通の差動増幅器に供給
    して増幅するようにしてなることを特徴とする誘導性負
    荷の電流検出回路。
  2. 【請求項2】誘導性負荷を駆動する素子に電界効果トラ
    ンジスタを使用し、該トランジスタのソース側にオン時
    の電流検出用の第1の抵抗を、またドレイン側に前記第
    1の抵抗の抵抗値より大きな抵抗値を有しオフ時の電流
    を流す第2の抵抗を該負荷と並列に接続し、該第1およ
    び第2の抵抗に発生する電圧を共通の非反転増幅器に供
    給して増幅するようにしてなることを特徴とする誘導性
    負荷の電流検出回路。
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