JP2606801B2

JP2606801B2 - 駆動回路

Info

Publication number: JP2606801B2
Application number: JP24807787A
Authority: JP
Inventors: 正巳岡野
Original assignee: 株式会社ゼクセル
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: JPH0192817A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明では、高速で開閉する電磁弁等に用いられる駆
動回路に関する。

（従来の技術）高速で開閉する電磁弁のための従来の駆動回路は、第
２図に示すように構成されている。すなわち、電磁弁の
ソレノイド１（負荷）の一端は、バッテリー３（電源）
の正極に接続され、他端はドライブ用トランジスタ４と
第１検出抵抗５を介してバッテリー３の負極に接続され
ている。

ソレノイド１への供給電流は、オペアンプ13により制
御される。すなわち、ドライブ用トランジスタ４と第１
検出抵抗５の間の接続点Ｐの電圧Vp（供給電流に比例す
る）が、抵抗18を介してオペアンプ13に負帰還される。
オペアンプ13では、上記電圧Vpが基準電圧Vrに等しくな
るように出力電圧を制御し、この出力電圧により抵抗22
を介してバイアス用トランジスタ23をバイアス制御す
る。これによりバッテリー３から抵抗29およびバイアス
用トランジスタ23を流れる電流が制御され、この電流が
ドライブ用トランジスタ４のベース電流となって、この
ドライブ用トランジスタ４が制御される。この結果、ド
ライブ用トランジスタ４のコレクタ電流すなわちソレノ
イド１への供給電流が一定に制御される。

また、ソレノイド１への電流供給，停止の切り替え
は、ON,OFF制御用トランジスタ30（制御素子）によって
制御される。すなわち、トランジスタ30はＨまたはＬレ
ベルの入力制御信号に基づいてON,OFFし、そのON時には
オペアンプ13の出力端子が抵抗22およびトランジスタ30
を介して接地されて、バイアス用トランジスタ23および
ドライブ用トランジスタ４がOFFになり、ソレノイド１
への給電が停止する。また、トランジスタ30のOFF時に
は、バイアス用トランジスタ23がONになり、ドライブ用
トランジスタ４がONになり、ソレノイド１への給電がな
される。

（発明が解決しようとする問題点）上記従来装置では、ドライブ用トランジスタ４がOFF
の時に、オペアンプ13によるフィードバック制御ループ
は形成されず、また、第１検出抵抗５に電流が流れない
ので電圧Vpはゼロとなっている。この結果、オペアンプ
13は飽和してしまい、その出力電圧が電源電圧まで高く
なっている。

したがって、次にドライブ用トランジスタ４がONした
時に、このトランジスタ４ではベース，エミッタ間の電
圧が一時的に非常に高くなって殆ど飽和状態となってし
まい、ソレノイド１への供給電流がオペアンプ13の制御
により期待すべき一定値を大きく超えてしまう。なお、
供給電流が一時的に過剰になる現象は、オーバーシュー
トと称されている。

また、オペアンプ13が飽和状態から正常な能動状態に
復帰するまで時間がかかり、応答性が悪いので、例えば
上記オーバーシュートから一定値に落ち着くまでに時間
がかかる。

上記オーバーシュートは、安定した制御を妨げるもの
である。しかも、この飽和によるオーバーシュート時の
供給電流のピーク値は、バッテリー３の電圧により変動
するため、例えば高速電磁弁に適用した場合には、バッ
テリー３の電圧変動の影響を受けて開閉のタイミングが
狂ってしまうことがある。

さらに、オペアンプ13のフィードバック制御によりオ
ーバーシュートが一定値に収れんする際に供給電流の振
動が生じる。この振動を抑制するために、抵抗20とコン
デンサ21からなる積分回路を、オペアンプ13の出力端子
と反転入力端子との間に介在させているが、上記オーバ
ーシュートが非常に大きいため、積分回路の時定数を大
きくしなければならず、フィードバック制御の応答性が
悪かった。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、その要旨は、次の（イ）〜（ハ）の構成を備えたこ
とを特徴とする駆動回路にある。

（イ）電源に接続され、制御対象となるべき負荷とドラ
イブ用トランジスタと第１検出抵抗とを、接地側に向か
って順に直列をなして組み込んだ電流供給回路。

（ロ）オペアンプ。このオペアンプの非反転入力端子に
は基準電圧が入力され、その反転入力端子には、上記ド
ライブ用トランジスタと第１検出抵抗との間の接続点が
接続されている。このオペアンプの出力端子は、上記ド
ライブ用トランジスタの制御端子に接続されている。

（ハ）上記ドライブ用トランジスタの制御端子と接地側
との間に介在されたバイパス回路。このバイパス回路
は、接地側に向かって順にバイパス用スイッチング手段
と第２検出抵抗を直列接続してなり、両者の間の接続点
は、上記オペアンプの反転入力端子に接続されている。
このバイパス用スイッチング手段は制御信号に応答して
オン，オフする。

（作用）バイパス用スイッチング手段がONとなると、ドライブ
用トランジスタがOFFとなり、負荷への電流供給が停止
するとともに、バイパス回路を経て電流が流れる。この
時、バイパス回路における第２検出抵抗での降下電圧が
オペアンプに負帰還されて、オペアンプのフィードバッ
ク制御ループが形成されているため、オペアンプは飽和
せず出力電圧は電源電圧まで高くならない。したがっ
て、次にバイパス用スイッチング手段がOFFとなり、ド
ライブ用トランジスタがONした時に、負荷への供給電流
のオーバーシュートを著しく低減することができ、負荷
に対して安定し給電制御を行なうことができる。

また、ドライブ用トランジスタの飽和によるオーバー
シュートがないので、供給電流は立ち上がり時点でさえ
も電源電圧の変動の影響を受けずに済み、この点からも
安定した給電制御を行なうことができる。

さらに、大きなオーバーシュートによる供給電流の振
動を考慮しなくてすむので、フィードバック制御の応答
性を向上させることができる。また、オペアンプが飽和
しないので供給電流の立ち上がり時点での応答性も向上
できる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて説明す
る。図中１はディーゼル機関への燃料噴射制御に用いら
れる高速電磁弁のソレノイドであり、このソレノイド１
は、一端がヒューズ２を介してバッテリー３の正極に接
続され、他端が、ダーリントン接続されたドライブ用ト
ランジスタ４と抵抗値の小さい第１検出抵抗５とからな
る直列回路を介してバッテリー３の負極に接続されてい
る。これらソレノイド1,ヒューズ2,トランジスタ4,第１
検出抵抗５を組み込んだ回路が電流供給回路となる。ま
た、ソレノイド１には逆起電圧吸収用の抵抗６とコンデ
ンサ７とが接続されている。

バッテリー３の正極には抵抗８とツェナーダイオード
９が接続されており、抵抗８とツェナーダイオード９と
の間の接続点から延びる正極側制御母線11を一定の電圧
にしている。

第１検出抵抗５とバッテリー３の負荷との間の接続点
は接地され、この接続点からは負極側制御母線12が延び
ている。

トランジスタ４は、オペアンプ13によりコレクタ電流
を制御され、ON,OFF制御用トランジスタ30によりON,OFF
制御されるようになっている。

上記オペアンプ13の２つの電源端子は、制御母線11,1
2にそれぞれ接続されている。制御母線11,12間には、更
に、電界効果型トランジスタ14とバイアス抵抗15とから
なる定電流回路と、基準抵抗16が接続されている。この
基準抵抗16と定電流回路の接続点の電圧が基準電圧Vrと
なってオペアンプ13の非反転入力端子に入力されてい
る。

トランジスタ４と第１検出抵抗５の間の接続点Ｐ（第
１接続点）は、第２検出抵抗17および抵抗18を介して、
オペアンプ13の反転入力端子に接続されている。

オペアンプ13の出力端子と反転入力端子との間には、
抵抗20とコンデンサ21とからなる積分回路が介在されて
いる。

オペアンプ13の出力端子には、抵抗22を介してバイア
ス用トランジスタ23のベース（制御端子）が接続されて
おり、このトランジスタ23のエミッタがトランジスタ４
のベース（制御端子）に接続されている。これにより、
オペアンプ13の出力端子の電圧変動が、トランジスタ23
のベース，エミッタを介してトランジスタ４のベースに
伝達されるようになっている。

トランジスタ23のコレクタは、定電流回路25を介して
バッテリー３の正極に接続されている。この定電流回路
25は、電流の上限値を一定にするものであり、トランジ
スタ26を有している。トランジスタ26のベースは、ツェ
ナーダイオード27と接地抵抗28との間に接続され、エミ
ッタは抵抗29を介してバッテリー３とツェナーダイオー
ド27との間に接続され、コレクタはトランジスタ23に接
続されている。

前述のON,OFF制御用トランジスタ30のベースは、抵抗
31を介して入力端子32に接続されるとともに、バイアス
抵抗33を介して負極側制御母線12に接続されている。

トランジスタ30のコレクタは抵抗35を介して正極側制
御母線11に接続されている。このコレクタと抵抗35との
間の接続点には、バイパス用トランジスタ36（バイパス
用スイッチング手段）のベースが接続されている。この
トランジスタ36のエミッタは、トランジスタ23のエミッ
タとトランジスタ４のベースとの間に接続されている。
またトラジスタ36のコレクタは第２検出抵抗17と抵抗18
との間に接続されている。したがって、この接続点Ｐ′
（第２の接続点）は抵抗18を介してオペアンプ13の反転
入力端子に接続されていることになる。

上記バイパス用トランジスタ36および第２検出抵抗17
によりバイパス回路40が構成されている。

上述構成において、入力端子32にＬレベルの制御信号
が入力された時にはON,OFF制御用トランジスタ30がOFF
する。すると、バイパス用トランジスタ36のベース電圧
が高くなり、このトランジスタ36がOFFする。トランジ
スタ36がOFFすると、ドライブ用トランジスタ４のベー
ス電圧が高くなってこのトランジスタ４がONし、定電流
回路25からトランジスタ23を経た電流Ibが、トランジス
タ４のベース電流となる。この結果、ソレノイド１に電
流Iaが供給される。

トランジスタ４がONしてソレノイド１に電流Iaが供給
されている状態において、この電流Iaは、オペアンプ13
のフィードバック制御により、温度変化に伴なうトラン
ジスタ４の増幅率の変動やバッテリー３の電圧の変動等
によらず、一定にすることができる。

詳述すると、第１接続点Ｐの電圧Vpは、第１検出抵抗
５での電圧降下により次式のようになっている。

Vp＝R₅・Ia ……（１）この式で、R₅は第１検出抵抗５の抵抗値であり、ま
た、ベース電流Ibは供給電流Iaに比べて非常に小さいの
で無視している。電圧Vpはオペアンプ13に負帰還されて
おり、オペアンプ13では、電圧Vpが基準電圧Vrとなるよ
うに出力電圧を制御する。例えば、バッテリー３の電圧
が高い時にはオペアンプ13の出力電圧を低くして、トラ
ンジスタ４のベース，エミッタ間電圧を低下させ、ベー
ス電流Ibを小さくする。また、バッテリー３の電圧が低
い時にはオペアンプ13の出力電圧を高くしてトランジス
タ４のベース，エミッタ間電圧を高くし、ベース電流を
大きくする。

この結果、供給電流Iaは次式で示すように一定値とな
る。

Ia＝Vr/R₅ ……（２）入力端子32にＨレベルの制御信号が入力された時に
は、バイアス抵抗33の電圧降下によりトランジスタ30が
ONする。すると、バイパス用トランジスタ36のベース電
圧が低下して、このトランジスタ36がONする。トランジ
スタ36がONすると、トランジスタ４のベース電圧が低く
なってこのトランジスタがOFFとなり、ソレノイド１へ
の電流供給が停止される。この時、定電流回路25からト
ランジスタ23を経た電流Ibは、トランジスタ36と第２検
出抵抗17からなるバイパス回路40および第１検出抵抗５
を経て接地側すなわちバッテリー３の負極へと流れる。

上記のように、トランジスタ４がOFFの時でもバイパ
ス回路40が導通されてオペアンプ13によるフィードバッ
ク制御ループが形成され、第２接続点Ｐ′の電圧Vp′が
フィードバックされるので、オペアンプ13は飽和しな
い。

上記電圧Vp′は次式で表わすことができる。

Vp′＝（R₁₇＋R₅）・Ib ……（３）ただし、R₁₇は第２検出抵抗17の抵抗値である。ここ
で、上記電圧Vp′が基準抵抗値Vrと等しくなるように、
抵抗値R₅,R₁₇およびIbの条件を予め決めておく。この条
件はVp′＝Vrに前述の（３）式を代入することにより得
られ、次式のようになる。

（R₅＋R₁₇）・Ib＝Vr ……（４）この（４）式を満足することにより、オペアンプ13は
トランジスタ４がONの時とほぼ同等の能動状態となる。

上記のようにオペアンプ13が飽和しておらず、その出
力電圧が高くないので、次にトランジスタ４がOFFからO
Nに切替わった時に、トランジスタ４が飽和しないか
ら、供給電流Iaの大きなオーバーシュートは生じず、無
視できる程にオーバーシュートを抑えることができ、ソ
レノイド１への安定した給電制御を行なうことができ
る。

また、供給電流Iaが立ち上がり時でさえもバッテリー
３の電圧変動の影響を受けなくなるので、電磁弁の開閉
タイミングの狂いを確実に防止することができる。

また、仮に定電流回路25がないとすると、上記バイパ
ス回路40を導通させてオペアンプ13を飽和させない工夫
をしても、バッテリー３の電圧が非常に高い場合にはト
ランジスタ４のON時に大きなベース電流が流れてオーバ
ーシュートが生じるおそれがある。しかし、本実施例で
は、バッテリー３の電圧に殆ど関係なく定電流回路25か
らトランジスタ４に一定のベース電流Ibが流れるため、
この点からもオーバーシュートを確実に防止できる。

オペアンプ13が飽和状態でなく能動状態で上記トラン
ジスタ４の切替わりが行なわれるため、供給電流Iaの立
ち上がり時でもオペアンプ13の応答性が良好である。

コンデンサ21と抵抗20とからなる積分回路は、オーバ
ーシュートから一定値に収れんする時の供給電流の振動
を抑えるものであるが、オーバーシュートが非常に小さ
いので時定数を小さくすることができ、この点からも、
オペアンプ13の応答性を良くすることができる。

本発明は上記実施例に制約されず種々の態様が可能で
ある。例えば、定電流回路25はなくてもよい。この場
合、オペアンプ13の出力電圧の変動に応じて、トランジ
スタ４のベース電流が変動し、これによりソレノイド１
への供給電流を一定に維持する。

（発明の効果）以上説明したように、本発明ではドライブ用トランジ
スタがOFFの時に、バイパス回路を介してオペアンプの
フィードバック制御ループが形成されるため、オペアン
プは飽和せず、次にドライブ用トランジスタがONした時
に、負荷への供給電流のオーバーシュートを著しく低減
することができ、負荷に対して安定した給電制御を行な
うことができる。また、供給電流は立ち上がり時でさえ
も、電源電圧の変動の影響を受けずに済み、さらに安定
した給電制御を行なうことができる。また、オペアンプ
が飽和しないことおよび、大きなオーバーシュートによ
る給電電流の振動を考慮しなくて済むこと等により、フ
ィードバック制御の応答性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は従来
の駆動回路の概略的構成を示す回路図である。１……負荷（電磁弁のソレノイド）、３……電源（バッ
テリー）、４……ドライブ用トランジスタ、５……第１
検出抵抗、13……オペアンプ、17……第２検出抵抗、23
……バイアス用トランジスタ、36……バイパス用トラン
ジスタ（バイパス用スイッチング手段）、40……バイパ
ス回路、P,P′……接続点。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】次の（イ）〜（ハ）の構成を備えたことを
特徴とする駆動回路。（イ）電源に接続され、制御対象となるべき負荷とドラ
イブ用トランジスタと第１検出抵抗とを、接地側に向か
って順に直列をなして組み込んだ電流供給回路。（ロ）オペアンプ。このオペアンプの非反転入力端子に
は基準電圧が入力され、その反転入力端子には、上記ド
ライブ用トランジスタと第１検出抵抗との間の接続点が
接続されている。このオペアンプの出力端子は、上記ド
ライブ用トランジスタの制御端子に接続されている。（ハ）上記ドライブ用トランジスタの制御端子と接地側
との間に介在されたバイパス回路。このバイパス回路
は、接地側に向かって順にバイパス用スイッチング手段
と第２検出抵抗を直列接続してなり、両者の間の接続点
は、上記オペアンプの反転入力端子に接続されている。
このバイパス用スイッチング手段は制御信号に応答して
オン，オフする。