JP3063407B2 - 誘導性負荷の駆動回路 - Google Patents

誘導性負荷の駆動回路

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JP3063407B2
JP3063407B2 JP4210501A JP21050192A JP3063407B2 JP 3063407 B2 JP3063407 B2 JP 3063407B2 JP 4210501 A JP4210501 A JP 4210501A JP 21050192 A JP21050192 A JP 21050192A JP 3063407 B2 JP3063407 B2 JP 3063407B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は誘導性負荷の駆動回路
に係り、特に自動ピアノの鍵やペダル駆動用ソレノイド
等の駆動に用いて好適な駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3はこの種の駆動回路にあって、電圧
制御型駆動回路と呼ばれるものの構成を示す回路図であ
る。この図において、1は誘導性負荷としてのソレノイ
ドである。このソレノイド1の一端はNPNトランジス
タ2のコレクタに接続されており、他端は電源電圧Vが
印加される。また、ソレノイド1にはダイオード3が並
列接続されている。このダイオード3は、NPNトラン
ジスタ2がON状態からOFF状態に切り換えられた場
合に、それまでソレノイド1に流れていた電流をキック
バック電流として電源側に逃すために設けられたもので
ある。NPNトランジスタ2は、エミッタが接地されて
おり、ベースには抵抗4およびコンデンサ5の並列接続
を介し駆動信号PWMが入力される。この駆動信号PW
Mは、図示しないパルス幅変調回路により、ソレノイド
1に流すべき電流の目標値に応じたデューティ比にパル
ス幅変調されている。なお、NPNトランジスタ2のベ
ース−エミッタ間には保護抵抗6が接続されている。こ
のような構成によれば、駆動信号PWMのデューティ比
に応じた平均電流がソレノイド1に流れ、これに伴って
ソレノイド1により発生される磁界により被駆動体(図
示略)が駆動される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した電
圧制御型駆動回路は、駆動信号に対する応答が遅いとい
う問題があった。すなわち、NPNトランジスタ2がO
FF状態となると、図3に示すようにソレノイド1の両
端がダイオード3(図4では図示略)によって短絡され
ることによりループ回路が形成される。そして、それま
でソレノイド1に流れていた電流は、このループ回路内
を循環しつつ徐々に減衰する。この場合、ループ回路を
循環する電流の減衰速度は、ソレノイド1のインダクタ
ンスLと内部抵抗RL との比である時定数τによって決
定される。したがって、駆動信号PWNのパルスが遮断
されたにもかかわらず、ソレノイド1に電流が流れ続け
るので、ソレノイド1の動作が緩慢になり、高い応答性
の要求に対し十分に応えることができなかった。
【0004】また、一般に、ソレノイドは、発熱状態に
あると内部の時定数τ、特に、内部抵抗RL が上昇する
ので、一定電圧下ではソレノイド1による被駆動体の推
力が低下する。上述の例では、この推力低下を見込んで
駆動信号PWMのデューティ比をより大きくして制御す
るために、さらに、ソレノイド1が発熱するという問題
があった。
【0005】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、電流目標値に対
し正確かつ高速に応答するとともに、発熱による推力低
下しにくい誘導性負荷の駆動回路を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は上述した課題
を解決するために、誘導性負荷の一端および接地線間に
介挿された第1のスイッチ手段と、前記誘導性負荷の他
端および電源間に介挿された第2のスイッチ手段と、前
記誘導性負荷の一端から前記電源へ向う電流を通過させ
る第1のダイオードと、前記接地線から前記誘導性負荷
の他端へ向う電流を通過させる第2のダイオードと、前
記第1および第2のスイッチ手段がON状態の時に、前
記誘導性負荷に流れる電流値を検出する第1の電流検出
手段と、前記第1および第2のスイッチ手段がOFF状
態の時に、前記誘導性負荷に流れる電流値を検出する第
2の電流検出手段と、前記第1、第2の電流検出手段に
よって検出された電流値と目標値との比較によりパルス
幅変調信号を生成するとともに、前記パルス幅変調信号
によって前記第1および第2のスイッチ手段を制御する
制御手段とを具備することを特徴としている。
【0007】
【作用】上記構成によれば、第1および第2のスイッチ
手段がON状態では、電源→第2のスイッチ手段→誘導
性負荷→第1のスイッチ手段→接地という経路にて電流
が流れる。一方、第1および第2のスイッチ手段がOF
F状態では、接地→第2のダイオード→誘導性負荷→第
1のダイオード→電源という経路を電流が流れる。この
電流は、電源から接地へ向う方向と逆方向に流れるもの
であるので、急速に減衰し、電流値が0となる。また、
第1および第2のスイッチ手段の制御は、ON状態およ
びOFF状態時に誘導性負荷に流れる電流値を帰還する
ことによって行なわれる。
【0008】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図1は、この実施例による誘導性負荷
の駆動回路の構成を示す回路図である。上述した電圧制
御型駆動回路では、ソレノイド1の他端には、電源電圧
が直接印加されていた。しかしながら、この実施例では
図示のように、ソレノイド1の他端はPNPトランジス
タ7のコレクタに接続されており、このPNPトランジ
スタ7のエミッタに電源電圧Vが接続されている。PN
Pトランジスタ7のエミッタ−ベース間には保護抵抗8
が接続され、さらに、PNPトランジスタ7のベースと
ソレノイド1の一端とには、抵抗9およびコンデンサ
0が並列接続されている。そして、ソレノイド1とPN
Pトランジスタ7のコレクタとの接続点には、ダイオー
ド11および検出抵抗12が直列に接続されている。こ
のダイオード11は、電源電圧Vに対して逆方向に接続
され、検出抵抗12は接地されている。また、ダイオー
ド11および検出抵抗12の接続点は、抵抗13を介し
て演算増幅器14の反転入力端に接続されている。
【0009】また、上述した従来の電圧制御型駆動回路
では、NPNトランジスタ2のエミッタが直接接地され
ていたが、この実施例では、検出抵抗15を介して接地
されている。検出抵抗15とNPNトランジスタ2のエ
ミッタとの接続点は、抵抗16を介して演算増幅器1
4の非反転入力端に供給されており、この非反転入力端
は、抵抗17およびコンデンサ18の並列接続を介して
接地されている。そして、演算増幅器14の出力信号
は、抵抗19およびコンデンサ20の並列接続を介して
演算増幅器14の反転入力端に負帰還されるとともに、
抵抗21を介して演算増幅器22の反転入力端に供給さ
れる。ここで、演算増幅器14の出力点をとする。一
方、演算増幅器22の非反転入力端には、抵抗23を介
して、ソレノイド1に流すべき電流の目標値に応じた通
電量指定信号Mが入力されている。この非反転入力端
は、抵抗24およびコンデンサ25の直列接続を介して
接地されている。
【0010】そして、演算増幅器22の出力信号は、
ンデンサ26および抵抗27の直列接続を介して演算増
幅器22の反転入力端に帰還されるとともに、比較器2
8の非反転入力端に供給される。かかる演算増幅器22
の出力信号レベルは、通電量指定信号Mのレベルと演算
増幅器14の出力信号レベルとの差に、抵抗21、27
の抵抗値によって定まる係数を乗算したものとなり、そ
の極性は、演算増幅器14の出力信号レベルが、通電量
指定信号Mのレベルよりも高い場合には、負となり、逆
に、演算増幅器14の出力信号レベルが、通電量指定信
号Mのレベルよりも低い場合には、正となる。
【0011】一方、比較器28の反転入力端Aには、図
示しない三角波発生回路(あるいは鋸歯状波発生回路)
が出力する三角波(あるいは鋸歯状波)が入力される。
比較器28の出力信号は抵抗4を介しNPNトランジス
タ2のベースに供給される。このような構成によれば、
比較器28はパルス幅変調回路として機能し、その出力
信号は、演算増幅器22の出力信号レベルに応じたデュ
ーティ比を有するパルス幅変調信号となる。
【0012】次に、上述した実施例の動作について説明
する。比較器28による出力信号が、図2に示すよう
に、時刻t1 においてハイレベルとなると、NPNトラ
ンジスタ2およびPNPトランジスタ7が共にON状態
となる。したがって、ソレノイド1の一端はNPNトラ
ンジスタ2を介して接地され、他端はPNPトランジス
タ7を介して電源に接続された状態となり、電流は、電
源→PNPトランジスタ7→ソレノイド1→NPNトラ
ンジスタ2→検出抵抗15→接地という経路を流れ、時
定数τによって定まる速度で徐々に上昇していく。この
結果、接続点の電圧は、図2に示すように、時刻t1
においてそれまでソレノイド1に流れていた電流値に対
応する電圧値から徐々に上昇していく。ところで、この
ON状態では、検出抵抗12はダイオード11によって
遮断されるので、接続点の電圧は「0」となる。この
結果、NPNトランジスタ2およびPNPトランジスタ
7がON状態においては、接続点の電圧(演算増幅器
14の出力信号レベル)は、接続点の電圧にのみ依存
したものとなる。
【0013】このように、ソレノイド1に流れる電流が
徐々に上昇していくと、接続点の電圧も時刻t1 から
上昇する。これにより、演算増幅器22の出力信号レベ
ルは、前述した理由から下降する。この結果、現時点に
おいてハイレベル状態となっている比較器28の出力信
号は、演算増幅器22の出力信号レベルに応じてローレ
ベル状態となる。すなわち、比較器28の出力信号は、
三角波のレベルとの比較によって、演算増幅器22の出
力信号が小さい場合には短時間で立下がり、演算増幅器
22の出力信号が大きい場合には長時間で立下がるよう
になる。
【0014】このようにして、比較器28の出力信号
が、時刻t2 において立ち下がると、NPNトランジス
タ2およびPNPトランジスタ7が共にOFF状態とな
る。したがって、ソレノイドの一端はダイオード3を介
して電源に接続され、他端はダイオード11を介して接
地された状態となり、それまでソレノイド1に流れてい
た電流は、検出抵抗12→ダイオード11→ソレノイド
1→ダイオード3という経路を介して電源へと戻され
る。このとき、電源および接地間の電圧は、ソレノイド
1を流れる電流の向きに対して逆向きに印加されるの
で、極めて短期間でソレノイド1の電流が遮断される。
そして、電流は接地→電源という逆方向に流れるので、
接続点の電位は、図2に示すように、負であって、時
刻t2 においてそれまでソレノイド1に流れていた電流
値に対応する負電圧値から、上昇していく形となる(絶
対値としては下降する)。ところで、このOFF状態で
は、検出抵抗15はNPNトランジスタ2によって遮断
されるので、接続点の電圧は「0」となる。すなわ
ち、NPNトランジスタ2およびPNPトランジスタ7
がOFF状態における接続点の電圧は、接続点の電
圧にのみ依存したものであって、極性が反転したものと
なる。このように、ソレノイド1に流れる電流が下降し
ていくと、接続点の電圧も時刻t2 から下降する。こ
れにより、演算増幅器22の出力信号レベルは、前述し
た理由から上昇する。
【0015】この結果、現時点においてローレベル状態
となっている比較器28の出力信号は、演算増幅器22
の出力信号レベルに応じてハイレベル状態となる。すな
わち、比較器28の出力信号は、三角波のレベルとの比
較によって、ソレノイド1に流れる電流が小さい場合に
は短期間で立上がり、逆に、ソレノイド1に流れる電流
が大きい場合には長期間で立上がるようになる。
【0016】このようして、比較器28による出力信号
が、時刻t3 において立ち上がる。以後、同様な動作が
繰り返される結果、比較器28の出力信号は、ソレノイ
ド1に常時流れる電流に基づいて、図2に示すように、
パルス幅変調(PWM)される。
【0017】上述したようにこの実施例では、ソレノイ
ド1に流れる電流を急速に遮断することができるととも
に、ソレノイド1に常時流れる電流を帰還することによ
って、NPNトランジスタ2およびPNPトランジスタ
7を制御するので、ソレノイド1に流れる電流の平均値
を、目標とする電流値(通電量指定信号M)に一致させ
ることができる。したがって、ソレノイド1の発熱を防
止することができるので、発熱による推力低下は発生し
にくくなる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、電流目
標値に対し正確かつ高速に応答することができるととも
に、発熱による推力低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例による誘導性負荷の駆動
回路の構成を示す回路図である。
【図2】 同実施例の動作を説明する波形図である。
【図3】 従来の、誘導性負荷の駆動回路の構成を示す
回路図である。
【図4】 同駆動回路において、ソレノイド1の電流が
遮断される過程の等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1……ソレノイド(誘導性負荷)、2……NPNトラン
ジスタ(第1のスイッチ手段)、7……PNPトランジ
スタ(第2のトランジスタ)、3……ダイオード(第1
のダイオード)、11……ダイオード(第2のダイオー
ド)、15…検出抵抗(第1の電流検出手段)、12…
…検出抵抗(第2の電流検出手段)、28……比較器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘導性負荷の一端および接地線間に介挿
    された第1のスイッチ手段と、 前記誘導性負荷の他端および電源間に介挿された第2の
    スイッチ手段と、 前記誘導性負荷の一端から前記電源へ向う電流を通過さ
    せる第1のダイオードと、 前記接地線から前記誘導性負荷の他端へ向う電流を通過
    させる第2のダイオードと、 前記第1および第2のスイッチ手段がON状態の時に、
    前記誘導性負荷に流れる電流値を検出する第1の電流検
    出手段と、 前記第1および第2のスイッチ手段がOFF状態の時
    に、前記誘導性負荷に流れる電流値を検出する第2の電
    流検出手段と、 前記第1、第2の電流検出手段によって検出された電流
    値と目標値との比較によりパルス幅変調信号を生成する
    とともに、前記パルス幅変調信号によって前記第1およ
    び第2のスイッチ手段を制御する制御手段とを具備する
    ことを特徴とする誘導性負荷の駆動回路。
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