JP3063336B2 - プランジャソレノイドの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自己保持型のプラン
ジャソレノイドのドライブ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】プランジャソレノイド（以下、「ソレノ
イド」と呼ぶ）には、大別して、通電保持型のソレノイ
ドと、自己保持型のソレノイドとがある。

【０００３】そして、通電保持型のソレノイドは、電力
が供給されている期間、保持力が発生して吸引状態にあ
り、電力が供給されていない期間、保持力が消滅して復
帰状態にある。したがって、この通電保持型のソレノイ
ドは、吸引状態にあるときに停電などがあってドライブ
電圧が供給されなくなると、復帰状態に戻るので、使用
上のトラブルが発生しにくい。

【０００４】例えば、データレコーダのピンチローラや
リールのドライブ用に使用した場合、再生中に停電があ
っても、データレコーダは停止状態になるだけなので、
データレコーダやテープを傷めることがない。

【０００５】しかし、通電保持型のソレノイドは、吸引
状態にあるとき、常に電力を消費しているので、消費電
力が大きくなってしまう。また、発熱も大きくなり、小
型の機器には適さない。

【０００６】これに対して、自己保持型のソレノイド
は、例えば負極性のドライブパルス電圧が供給されると
吸引状態となり、正極性のドライブパルス電圧が供給さ
れると復帰状態に戻るとともに、どちらのドライブ電圧
も供給されていないときには、その吸引状態あるいは復
帰状態を保持するようにされている。

【０００７】したがって、この自己保持型のソレノイド
は、電力の消費が少なく、省電力機器に適しているとと
もに、発熱も少ないので、小型の機器にも適している。
しかし、吸引状態にあるときに停電などがあってドライ
ブ電圧が供給されなくなっても、その吸引状態が保持さ
れ、復帰状態に戻ることがないので、トラブルを生じる
ことがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、自己保
持型のソレノイドは、電力の消費が少なく、省電力機器
あるいは小型の機器に適しているが、吸引状態にあると
きに停電などがあっても、復帰状態に戻ることがないの
で、トラブルを生じることがある。

【０００９】この発明は、自己保持型のソレノイドにお
ける、このような問題点を解決しようとするものであ
る。

【００１０】このため、この発明においては、自己保持
型のプランジャソレノイドと、このプランジャソレノイ
ドに所定のドライブパルス電圧を供給して上記プランジ
ャソレノイドを吸引状態及び復帰状態にドライブするド
ライブ回路と、このドライブ回路に制御信号を供給して
上記ドライブパルス電圧を出力させるマイクロコンピュ
ータと、上記ドライブ回路及び上記マイクロコンピュー
タにそれらの動作電圧を供給する直流電源と、この直流
電源と、上記ドライブ回路及び上記マイクロコンピュー
タの電源ラインとの間に直列接続された逆流防止用のダ
イオードと、このダイオードの出力側において、上記電
源ラインに接続され、上記直流電源の出力電圧により充
電されるコンデンサと、上記直流電源の出力電圧が所定
値以上であるかどうかを検出する電圧検出回路と、この
電圧検出回路の検出出力を、上記マイクロコンピュータ
から上記ドライブ回路に供給される制御信号に加算して
上記ドライブ回路に供給する加算回路と、上記検出出力
を上記加算回路に出力するかしないかを選択する回路と
を有し、正常動作時には、上記マイクロコンピュータか
らの制御信号を上記ドライブ回路に出力し、上記直流電
源の出力電圧が上記所定値以上ではなくなったときに
は、必要に応じて上記コンデンサの充電電圧により、上
記ドライブ回路の動作を維持するとともに、上記電圧検
出回路の検出出力により上記ドライブ回路を制御して上
記プランジャソレノイドを復帰状態に戻すようにしたプ
ランジャソレノイドの駆動回路とするものである。

【００１１】

【作用】正常時には、マイクロコンピュータ３からの制
御信号がドライブ回路２に供給されてプランジャソレノ
イド１が吸引状態あるいは復帰状態に制御されるが、電
源４の出力電圧が低下したときには、これが電圧検出回
路１１により検出され、その検出出力に基づく別の制御
信号が、マイクロコンピュータ３からの制御信号と並列
にドライブ回路２に供給され、この結果、プランジャソ
レノイド１は復帰状態に戻される。

【００１２】

【実施例】図１において、１は制御対象のプランジャソ
レノイド、２はそのドライブ回路、３はマイクロコンピ
ュータ、４は直流電源を示す。

【００１３】そして、直流電源４の出力電圧Ｖ4 が、後
述する逆流防止用のダイオードＤ11及び電源ライン５を
通じてマイコン３の電源端子Vcc 及びドライブ回路２の
電源端子Vcc に供給される。

【００１４】この場合、ドライブ回路２は、１チップＩ
Ｃ化されているもので、図３に等価的に示すように、４
個のスイッチング用のトランジスタＱ1 〜Ｑ4 がブリッ
ジ接続され、その一方の１対の接続点が電源端子Vcc 及
び接地端子GND とされ、他方の１対の接続点が出力端子
OUT1、OUT2とされている。そして、これら出力端子OUT
1、OUT2間に、ソレノイド１が接続される さらに、ドライブ回路２は入力端子IN1 、IN2 を有し、
これら入力端子IN1 、IN2 の電圧レベルにしたがって、
トランジスタＱ1 〜Ｑ4 のオン・オフが制御され、出力
端子OUT1、OUT2は“Ｈ”レベル、“Ｌ”レベルあるいは
高出力インピーダンスとなるものである。すなわち、こ
の例においては、 IN1＝“Ｈ”、 IN2＝“Ｌ”のとき、OUT1＝“Ｌ”、OUT
2＝“Ｈ” IN1＝“Ｌ”、 IN2＝“Ｈ”のとき、OUT1＝“Ｈ”、OUT
2＝“Ｌ” IN1＝“Ｈ”、 IN2＝“Ｈ”のとき、OUT1、OUT2＝高出
力インピーダンス となるものである。

【００１５】また、この例においては、ソレノイド１
は、 OUT1＝“Ｌ”、OUT2＝“Ｈ”のとき、吸引状態になる。 OUT1＝“Ｈ”、OUT2＝“Ｌ”のとき、復帰状態になる。 OUT1、OUT2＝高出力インピーダンスのとき、現状の保持
状態になる。 ものとする。

【００１６】さらに、マイコン３は、ユーザのキー操作
やこの回路の使用されている装置の動作状態などにした
がって、ソレノイド１の制御信号を形成するものであ
る。このため、マイコン３は、出力ポート（図示せず）
の出力端子P1、P2を有するとともに、その出力ポートの
出力トランジスタ（あるいは出力ＦＥＴ）はオープンコ
レクタとされている。そして、これら出力端子P1、P2が
プルアップ抵抗器Ｒ1 、Ｒ2 を通じて電源ライン５に接
続されるとともに、ドライブ回路２の入力端子IN1 、IN
2 に接続され、これら端子IN1 、IN2 の電圧レベルを制
御するようにされている。

【００１７】さらに、直流電源４は、この回路の使用さ
れている装置の電源を等価的に示したものであり、実際
には、例えば商用交流電圧をＡＣ／ＤＣ変換してドライ
ブ回路２及びマイコン３の動作電圧を形成している。

【００１８】そして、正常時には、マイコン３の出力端
子P1、P2からの制御信号により、ドライブ回路２の入力
端子IN1 、IN2 の電圧レベルが制御され、この結果、ド
ライブ回路２の出力端子OUT1、OUT2の電圧レベルが上記
のように制御されてソレノイド１に吸引パルス電圧ある
いは復帰パルス電圧が供給され、ソレノイド１は吸引状
態あるいは復帰状態に制御される。

【００１９】すなわち、ソレノイド１を吸引状態にする
場合には、マイコン１からの制御信号により、一時的
に、IN1 ＝“Ｈ”、IN2 ＝“Ｌ”とされて、OUT1＝
“Ｌ”、OUT2＝“Ｈ”とされ、端子OUT2が正方向のドラ
イブパルス電圧がソレノイド１に供給され、このドライ
ブパルス電圧によりソレノイド１は吸引状態とされる。
そして、その後は、IN1 ＝“Ｈ”、IN2 ＝“Ｈ”とされ
て、端子OUT1、OUT2は高出力インピーダンス状態とさ
れ、ソレノイド１の吸引状態が保持される。

【００２０】また、ソレノイド１を復帰状態にする場合
には、マイコン１からの制御信号により、一時的に、IN
1 ＝“Ｌ”、IN2 ＝“Ｈ”とされて、OUT1＝“Ｈ”、OU
T2＝“Ｌ”とされ、端子OUT1が正方向のドライブパルス
電圧がソレノイド１に供給され、このドライブパルス電
圧によりソレノイド１は復帰状態に戻される。そして、
その後は、IN1 ＝“Ｈ”、IN2 ＝“Ｈ”とされて、端子
OUT1、OUT2は高出力インピーダンス状態とされ、ソレノ
イド１の復帰状態が保持される。

【００２１】さらに、停電などにより直流電源４の出力
電圧Ｖ4 が突然出力されなくなる場合に対処するため、
この発明においては、さらに、次のように構成される。

【００２２】すなわち、上述のように電源ライン５に逆
流防止用のダイオードＤ11が接続されるとともに、この
ダイオードＤ11の出力側において、電源ライン５に、コ
ンデンサＣ11が接続される。このコンデンサＣ11は、電
源４の出力電圧Ｖ4 が低下したときに、この回路全体の
電圧を必要な期間だけ保持するためのものであり、した
がって、比較的大きな容量とされる。

【００２３】さらに、電源４の出力電圧Ｖ4 の検出回路
として電圧比較回路１１が設けられる。そして、抵抗器
Ｒ11、Ｒ12の直列回路が電源４に並列接続されて電源４
の出力電圧Ｖ4 の分圧電圧Ｖ12が取り出され、この電圧
Ｖ12が比較回路１１の非反転入力端子に供給されるとと
もに、抵抗器Ｒ13及び定電圧ダイオードＤ12により所定
の基準電圧Ｖ14が形成され、この電圧Ｖ14が比較回路１
１の反転入力端子に供給される。

【００２４】そして、この比較回路１１の出力電圧Ｖ15
が、抵抗器Ｒ14→トランジスタＱ11→抵抗器Ｒ15、Ｒ16
の信号ラインを通じてトランジスタＱ12のベースに供給
されるとともに、このトランジスタＱ12のコレクタはマ
イコン３の出力端子P1に接続される。なお、このとき、
端子P1と、トランジスタＱ12のコレクタとは、負論理の
ワイヤードオア回路１２を構成していることになる。

【００２５】さらに、マイコン３に出力ポート（図示せ
ず）が用意され、その出力ポートの出力端子P3に抵抗器
Ｒ18、Ｒ19及びコンデンサＣ12を有する時定数回路１３
が接続され、その出力電圧Ｖ16がトランジスタＱ13のベ
ースに供給されるとともに、そのコレクタが抵抗器Ｒ17
を通じてトランジスタＱ14のベースに接続される。そし
て、このトランジスタＱ14のコレクタ・エミッタ間が、
トランジスタＱ11のエミッタと電源ライン５との間に直
列接続される。

【００２６】このような構成によれば、電源４の出力電
圧Ｖ4 が低下したとき、各部の電圧が図２に示すように
変化し、ソレノイド１は復帰状態に戻される。

【００２７】すなわち、図２において、時点ｔ3 が、電
源４の出力電圧Ｖ4 の供給が停止した時点であるとす
る。また、ダイオードＤ11の降下電圧を電圧Ｖf とす
る。

【００２８】すると、時点ｔ3 以前には、電源４の出力
電圧Ｖ4 は正常であり、ダイオードＤ11からは電圧Ｖ13
（＝Ｖ4 −Ｖf ）が出力され、この電圧Ｖ13が電源ライ
ン５を通じてマイコン３及びドライブ回路２にそれらの
動作電圧として供給されている。

【００２９】また、時点ｔ3 以前は出力電圧Ｖ4 が正常
なので、Ｖ12＞Ｖ14であり、したがって、これら電圧Ｖ
12、Ｖ14の比較出力である電圧Ｖ15は“Ｈ”レベルであ
る。

【００３０】そして、Ｖ15＝“Ｈ”であれば、トランジ
スタＱ11はオフであり、抵抗器Ｒ15、Ｒ16の接続点の電
圧Ｖ18が“Ｌ”レベルなので、トランジスタＱ12もオフ
である。そして、トランジスタＱ12がオフであれば、ト
ランジスタＱ12が出力端子P1あるいは入力端子IN1 に接
続されていないのと等価である。

【００３１】したがって、時点ｔ3 以前には、上述のよ
うに、マイコン３によりドライブ回路２を通じてソレノ
イド１を、吸引状態あるいは復帰状態に制御することが
できる。

【００３２】そして、ソレノイド１が吸引状態にあると
きに、電源４の出力電圧Ｖ4 の供給が停止すると、不都
合を生じると予測される場合には、マイコン３によりそ
の出力端子P3を“Ｈ”レベルとする。図２においては時
点ｔ1 にP3＝“Ｈ”とした場合である。

【００３３】そして、時点ｔ1 にP3＝“Ｈ”にすると、
時定数回路１３の出力電圧Ｖ16が、時点ｔ1 から次第に
上昇し、時点ｔ2 にある電圧まで上昇すると、これによ
りトランジスタＱ13がオンになってトランジスタＱ14が
オンになる。すると、この時点ｔ2 からトランジスタＱ
11のエミッタ電圧Ｖ17は“Ｈ”レベルとなる。

【００３４】しかし、Ｖ17＝“Ｈ”であっても時点ｔ3
以前は、上述のように電圧Ｖ15によりトランジスタＱ11
はオフであり、トランジスタＱ12がオフである。したが
って、時点ｔ3 以前は、マイコン３によりソレノイド１
は吸引状態あるいは復帰状態に制御される。

【００３５】そして、時点ｔ3 に電源４の出力電圧Ｖ4
の供給が停止すると、電圧Ｖ4 は時点ｔ3 から次第に低
下していき、これに比例して電圧Ｖ12も次第に低下して
いく。

【００３６】そして、電圧Ｖ12が低下して時点ｔ4 にＶ
12≦Ｖ14になると、Ｖ15＝“Ｌ”になるので、トランジ
スタＱ11がオンとなるとともに、このとき、そのエミッ
タには電圧Ｖ17が供給されているので、時点ｔ4 からＶ
18＝“Ｈ”になる。したがって、時点ｔ4 からトランジ
スタＱ12がオンになるので、時点ｔ4 からドライブ回路
２はIN1 ＝“Ｌ”となる。また、このとき、コンデンサ
Ｃ11に充電されている電圧によりドライブ回路２は正常
な動作が可能であるとともに、IN2 ＝“Ｈ”である。

【００３７】したがって、時点ｔ4 にIN1 ＝“Ｌ”、IN
2 ＝“Ｈ”になるので、ドライブ回路２によりソレノイ
ド１に復帰状態に戻される。

【００３８】そして、時点ｔ5 になると、電圧Ｖ16がト
ランジスタＱ13のベース・エミッタ間電圧以下となるの
で、トランジスタＱ13はオフとなり、これによりトラン
ジスタＱ14がオフとなってトランジスタＱ11もオフにな
り、さらに、トランジスタＱ12もオフとなる。したがっ
て、時点ｔ5 からIN1 ＝“Ｈ”、IN2 ＝“Ｈ”となり、
出力端子OUT1、OUT2は高インピーダンス状態となるとと
もに、電源ライン５の電圧Ｖ13もかなり低下しているの
で、ソレノイド１は復帰状態を続ける。

【００３９】こうして、時点ｔ3 に電源４の出力電圧Ｖ
4 の供給が停止しても、続く時点ｔ4 にソレノイド１は
復帰状態に戻される。

【００４０】なお、時定数回路１３、特にコンデンサＣ
12は、電圧Ｖ4が低下したときに、ソレノイド１が復帰
状態に戻るまで、トランジスタＱ13をオンさせておくた
めのものである。また、抵抗器Ｒ19は、トランジスタＱ
13のオン・オフを連続して繰り返したとき、コンデンサ
Ｃ13の電荷を放電させるためのものである。

【００４１】次に、この駆動回路の各部の設定方法につ
いて説明する。まず、抵抗器Ｒ11、Ｒ12の抵抗比と、定
電圧ダイオードＤ12のツェナー電圧Ｖ14とにより、電源
４の出力電圧Ｖ4 が正常値からどの程度低下したとき
に、ソレノイド１を復帰状態に戻す制御信号を形成する
かを設定することができる。

【００４２】例えば、電圧Ｖ4 がαＶ4 以下（α＜１）
になったときに、ソレノイド１を復帰状態に戻したいと
すれば、 Ｒ12／（Ｒ11＋Ｒ12）＝β とすると、 αβＶ4 ＝Ｖ14 となるような値α、βの設定を行うとともに、定電圧ダ
イオードＤ12の選定を行う。微妙な調整は定電圧ダイオ
ードＤ12に合わせて抵抗器Ｒ11、Ｒ12の抵抗比を設定す
ればよい。

【００４３】以上の設定により、電圧Ｖ4 がαＶ4 まで
低下したとき、比較回路１１の出力電圧Ｖ15が“Ｈ”レ
ベルから“Ｌ”レベルになるが、ソレノイド１を復帰状
態に戻すためには、もう１つの条件を満たしていなけれ
ばならない。すなわち、電圧Ｖ15が“Ｈ”レベルから
“Ｌ”レベルになってトランジスタＱ11がオンになって
も、十分なレベルの電圧Ｖ17がトランジスタＱ11のエミ
ッタに供給されていなければ、トランジスタＱ12はオン
にならずにオフのままであり、したがって、ソレノイド
１は復帰状態に戻らない。

【００４４】そして、十分なレベルの電圧Ｖ17をトラン
ジスタＱ11のエミッタに供給するには、トランジスタＱ
14がオンであればよく、このためにはトランジスタＱ13
がオンである必要があり、さらに、このためには、マイ
コン３の出力端子P3が“Ｈ”レベルになっていることが
必要である。

【００４５】したがって、電源４の電圧Ｖ4 が低下した
ときに、ソレノイド１に復帰状態に戻すパルス電圧を供
給するかしないかを、マイコン３の出力端子P3のレベル
で選択できることになる。

【００４６】そして、ソレノイド１を復帰状態に戻す必
要がないときには、出力端子P3を“Ｌ”レベルにしてお
けば、電圧Ｖ4 が低下してもソレノイド１はそれまでの
状態を保持するので、逆に、電圧Ｖ4 が０から次第に立
ち上がって行く過程で、ソレノイド１が動作してはなら
ない場合などの安全機構として使用することができる。

【００４７】以上のように、この発明によれば、電源４
の出力電圧Ｖ4 が規定値以上であるかどうかを比較回路
１１により検出し、電圧Ｖ4 が規定値以下となったとき
には、その検出出力電圧Ｖ15に基づく制御信号を、トラ
ンジスタＱ11、Ｑ12及びオア回路１２を通じてマイコン
３からの制御信号とは並列にドライブ回路２に供給して
いる。したがって、ソレノイド１が吸引状態にあるとき
に、電源４の出力電圧Ｖ4 の供給が停止するようなこと
があると、ソレノイド１は直ちに復帰状態に戻り、トラ
ブルを生じることがない。

【００４８】また、このように電源４の出力電圧Ｖ4 が
供給されなくなると、ソレノイド１は復帰状態に戻るの
で、ソレノイド１として自己保持型のものを使用するこ
とができ、省電力化を実現できる。すなわち、省電力化
とソレノイドの安定な動作との両立を実現できる。

【００４９】さらに、電源４の出力電圧Ｖ4 が供給され
なくなった場合に、ソレノイド１を復帰状態に戻すとき
の条件の設定の自由度が大きいので、広い範囲に適用す
ることができる。

【００５０】図４に示す例においては、マイコン３がＡ
／Ｄコンバータを内蔵しているとき、そのＡ／Ｄコンバ
ータ及びソフトウエアにより、電圧比較回路１１を実現
した場合である。また、トランジスタＱ11〜Ｑ14に代わ
ってＦＥＴ（Ｑ11〜Ｑ14）としている。

【００５１】すなわち、この例においては、電圧Ｖ12が
マイコン３に供給されるとともに、マイコン３におい
て、ソフトウエアにより基準電圧Ｖ14と電圧比較され、
その比較出力が、マイコン３の出力ポートの出力端子P4
に出力電圧Ｖ15として出力される。なお、抵抗器Ｒ20
は、マイコン３の端子Vcc の電圧Ｖ13が低下したとき
に、ＦＥＴ（Ｑ11）をオンさせるためのプルダウン抵抗
器である。

【００５２】したがって、図１の例と同様、電源４の電
圧Ｖ4 が低下したとき、ソレノイド１を復帰状態に戻す
ことができる。また、電源投入時には、Ｖ15＝“Ｌ”で
あるが、時定数回路１３及びＦＥＴ（Ｑ13、Ｑ14）によ
り、ＦＥＴ（Ｑ12）はオフの状態にあり、ドライブ回路
２を誤動作させることがない。

【００５３】なお、上述において、ダイオード１１の電
圧降下が問題となるときには、ダイオード１１の代わり
に、複数の並列接続したダイオード、ショットキーダイ
オードあるいはトランジスタのコレクタ・エミッタ間な
どを接続すればよい。

【００５４】

【発明の効果】この発明によれば、電源４の出力電圧Ｖ
4 が規定値以上であるかどうかを比較回路１１により検
出し、電圧Ｖ4 が規定値以下となったときには、その検
出出力電圧Ｖ15に基づく制御信号を、トランジスタＱ1
1、Ｑ12及びオア回路１２を通じてマイコン３からの制
御信号とは並列にドライブ回路２に供給している。した
がって、ソレノイド１が吸引状態にあるときに、電源４
の出力電圧Ｖ4 の供給が停止するようなことがあると、
ソレノイド１は直ちに復帰状態に戻り、トラブルを生じ
ることがない。

【００５５】また、このように電源４の出力電圧Ｖ4 が
供給されなくなると、ソレノイド１は復帰状態に戻るの
で、ソレノイド１として自己保持型のものを使用するこ
とができ、省電力化を実現できる。すなわち、省電力化
とソレノイドの安定な動作との両立を実現できる。

【００５６】さらに、電源４の出力電圧Ｖ4 が供給され
なくなった場合に、ソレノイド１を復帰状態に戻すとき
の条件の設定の自由度が大きいので、広い範囲に適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一例を示す系統図である。

【図２】図１の例の各部の波形図である。

【図３】ドライブ回路の一部の等価回路図である。

【図４】この発明の他の例を示す系統図である。

【符号の説明】

１ プランジャソレノイド ２ ドライブ回路 ３ マイクロコンピュータ ４ 直流電源 ５ 電源ライン １１ 電圧比較回路 １２ ワイヤードオア回路 １３ 時定数回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自己保持型のプランジャソレノイドと、 このプランジャソレノイドに所定のドライブパルス電圧
   を供給して上記プランジャソレノイドを吸引状態及び復
   帰状態にドライブするドライブ回路と、 このドライブ回路に制御信号を供給して上記ドライブパ
   ルス電圧を出力させるマイクロコンピュータと、 上記ドライブ回路及び上記マイクロコンピュータにそれ
   らの動作電圧を供給する直流電源と、 この直流電源と、上記ドライブ回路及び上記マイクロコ
   ンピュータの電源ラインとの間に直列接続された逆流防
   止用のダイオードと、 このダイオードの出力側において、上記電源ラインに接
   続され、上記直流電源の出力電圧により充電されるコン
   デンサと、 上記直流電源の出力電圧が所定値以上であるかどうかを
   検出する電圧検出回路と、 この電圧検出回路の検出出力を、上記マイクロコンピュ
   ータから上記ドライブ回路に供給される制御信号に加算
   して上記ドライブ回路に供給する加算回路と、 上記検出出力を上記加算回路に出力するかしないかを選
   択する回路とを有し、 正常動作時には、上記マイクロコンピュータからの制御
   信号を上記ドライブ回路に出力し、上記直流電源の出力
   電圧が上記所定値以上ではなくなったときには、必要に
   応じて上記コンデンサの充電電圧により、上記ドライブ
   回路の動作を維持するとともに、 上記電圧検出回路の検出出力により上記ドライブ回路を
   制御して上記プランジャソレノイドを復帰状態に戻すよ
   うにしたプランジャソレノイドの駆動回路。