JP3375020B2 - 双方向性流量制御弁の駆動回路 - Google Patents

双方向性流量制御弁の駆動回路

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JP3375020B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】は、双方向性流量制御弁の駆動回
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】無通電時に中間開度となり、コイルへの
一方向の通電電流の増加により前記中間開度より開度が
増加し、前記コイルへの反対方向の通電電流の増加によ
り前記中間開度より開度が減少する双方向性流量制御弁
は、コイルへの通電が遮断される故障が生じても弁開度
が全閉及び全開に急変しないという安全性を有するの
で、スロットルバルブなどに好適である。
【０００３】高位電源端子をコイルの一端に接続する第
１スイッチと、低位電源端子をコイルの一端に接続する
第２スイッチと、高位電源端子をコイルの他端に接続す
る第３スイッチと、低位電源端子を駆動コイルの他端に
接続する第４スイッチとからなる周知のＨ形ブリッジ回
路でこの種の双方向性流量制御弁のコイルを制御する場
合の従来の制御動作を以下に説明する。
【０００４】すなわち、弁の開度を無通電時の中間開度
とするには各スイッチをオフし、弁の開度を無通電時の
中間開度から増加するには第１、第４スイッチを開度指
令信号に応じてオンし、第３、第２スイッチをオフし、
弁の開度を無通電時の中間開度から減少するには第３、
第２スイッチを開度指令信号に応てオンし、第１、第４
スイッチをオフしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の双方向性流量制御弁の駆動回路には、Ｈ形ブリ
ッジ回路やその駆動回路の異常検出及び異常発生時の対
応が容易ではなく、装置の信頼性向上が難しいという問
題があった。まず、Ｈ形ブリッジ回路のオンすべきトラ
ンジスタがオープン故障したり、コイルが断線したり、
Ｈ形ブリッジ回路を制御するための制御信号を発生する
その制御回路が故障してオンすべきトランジスタがオフ
し続ける場合などにおいて、上記従来の動作方式ではＨ
形ブリッジ回路に流れる電流は０となるが、上記したよ
うに無通電時および、双方向通電時間を等しくした時の
中間開度状態でも同様に電流は０となるので、両者の判
別が困難となる。
【０００６】また、開度指令信号が一定である場合はコ
イル通電電流が一定となり、通常においてオン−オフ時
間が非常に短く設定されるので、弁がその開度で略静止
してしまい、静摩擦状態となって追従遅れやヒステリシ
ス特性が生じてしまうという問題もあった。本発明は上
記問題点に鑑みなされたものであり、コイルへの通電電
流遮断故障の発見が容易な双方向性流量制御弁の駆動回
路を提供することを、その一目的としている。
【０００７】また、本発明は、静摩擦状態による弁の追
従遅れが生じたり、弁の開度と通電電流との関係がヒス
テリシス特性となるという問題を回避することを、他の
目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
無通電時に中間開度となり、コイルへの一方向の通電電
流の増加により前記中間開度より開度が増加し、前記コ
イルへの反対方向の通電電流の増加により前記中間開度
より開度が減少する双方向性流量制御弁への通電電流を
制御するＨ形ブリッジ回路と、前記Ｈ形ブリッジ回路を
制御する制御回路とを備え、前記Ｈ形ブリッジ回路は、
高位電源端子を前記コイルの一端に接続する第１スイッ
チと、低位電源端子を前記コイルの一端に接続する第２
スイッチと、前記高位電源端子を前記コイルの他端に接
続する第３スイッチと、前記低位電源端子を前記コイル
の他端に接続する第４スイッチとからなり、前記制御回
路は、入力される開度指令信号により前記各スイッチを
所定周期で開閉する制御を行う双方向性流量制御弁の駆
動回路において、前記制御回路は、前記第１、第４スイ
ッチをオンし、前記第３、第２スイッチをオフする正方
向通電モードと、前記第１、第４スイッチをオフし、前
記第３、第２スイッチをオンする逆方向通電モードとを
一定のキャリヤ周波数で交互に繰り返すとともに、前記
無通電時の中間開度に相当する開度を得る場合に前記両
モードの実施時間を等しくし、前記無通電時の中間開度
より開度を増加する場合に前記正方向通電モードの実施
時間を増加するとともに前記逆方向通電モードの実施時
間を減少して前記コイルへの一方向の平均通電電流を増
加し、前記無通電時の中間開度より開度を減少する場合
に前記正方向通電モードの実施時間を減少するとともに
前記逆方向通電モードの実施時間を増加して前記コイル
への反対方向の平均通電電流を増加するものであること
を特徴としている。
【０００９】本発明の第２の構成は、上記第１の構成に
おいて更に、前記制御回路が、前記コイルの端部電圧と
前記各スイッチの制御電圧とを比較して前記各スイッチ
のオープン故障を検出するものであることを特徴として
いる。本発明の第３の構成は、上記第１の構成において
更に、前記制御回路が、前記Ｈ形ブリッジ回路への通電
電流を検出するとともに、前記通電電流が所定レベル以
下となる場合に前記コイルのオープン故障と判定するも
のであることを特徴としている。
【００１０】本発明の第４の構成は、上記第１の構成に
おいて更に、前記制御回路が、前記第１スイッチまたは
第２スイッチの制御電圧の切り換え時の前記コイルの端
部電圧から前記第１スイッチまたは第２スイッチの異常
を判定し、前記第３スイッチまたは第４スイッチの制御
電圧の切り換え時の前記端部電圧から前記第３スイッチ
または第４スイッチの異常を判定するものであることを
特徴としている。
【００１１】本発明の第５の構成は、上記第１の構成に
おいて更に、前記制御回路が、前記Ｈ形ブリッジ回路へ
の過電流通電を検出するとともに、前記過電流の検出時
にすべての前記各スイッチを遮断するものであることを
特徴としている。本発明の第６の構成は、上記第１の構
成において更に、前記制御回路が、制御入力端子に入力
される開度指令信号が所定時間内に変化するかどうかを
検出するとともに、変化しない場合に前記開度指令信号
が異常であると判定するものであることを特徴としてい
る。
【００１２】本発明の第７の構成は、上記第２〜第５の
いずれかの構成において更に、前記制御回路が、開度指
令信号が入力される制御入力端子の電位を、前記故障又
は異常又は過電流の検出時に高位電源電位又は低位電源
電位に固定するものであることを特徴としている。本発
明の第８の構成は、上記第２〜第５のいずれかの構成に
おいて更に、前記制御回路が、信号線を通じて外部から
開度指令信号が入力される制御入力端子に電流を給電す
る給電用スイッチング素子を有する給電回路部と、前記
制御入力端子を所定電位に設定するレベル固定用スイッ
チング素子と、前記制御回路へ電源電圧又は接地電圧を
印加する電源線又は接地線の断線により前記給電用スイ
ッチング素子を遮断する遮断回路部とを備えることを特
徴としている。
【００１３】
【作用及び発明の効果】本発明の駆動回路が駆動する双
方向性流量制御弁は、Ｈ形ブリッジ回路の互いに対角線
関係にある第１、第４スイッチをオンし、互いに対角線
関係にある第３、第２スイッチをオフする正方向通電モ
ードを開度指令信号のオンデューティ期間に実施し、第
１、第４スイッチをオフし、第３、第２スイッチをオン
する逆方向通電モードと開度指令信号のオフデューティ
期間に実施する。ここで、上記オンデューティ時間は、
キャリヤ（搬送波信号）の各周期においてパルスがハイ
レベルとなる期間であり、上記オフデューティ時間は、
キャリヤの一周期においてパルスがローレベルとなる時
間である。
【００１４】このようにすれば、正常時には開度に関わ
らず常時、Ｈ形ブリッジ回路及びコイルに通電が行われ
ることになり、その結果、Ｈ形ブリッジ回路又はコイル
への通電が遮断された場合（通電方向切り換え時の瞬時
的な遮断状態は除外する）には、上記制御回路又はＨ形
ブリッジ回路又はコイルへの断線が生じたものと見做す
ことができ、これらの異常を確実に判定することが可能
となる。
【００１５】また、本発明によれば、上記開度指令信号
のキャリヤ（搬送波信号）の各周期内において第１方向
の通電と反対方向の通電とを順次実行するので、上記従
来技術の項で説明したように上記開度指令信号のキャリ
ヤ（搬送波信号）の各周期内においてただどちらかの通
電だけを所定のデューティ比で行う場合に比較して弁体
に与える微振動すなわち微小な開度変化が大きく、この
ためにたとえ平均的には一定開度にて制御される場合で
も弁体は動摩擦状態となって摩擦係数が低下し、弁体の
レスポンスの向上や上記したヒステリシスの低減を実現
することができる。
【００１６】本発明の第２の構成によれば、上記第１の
構成において更に、コイルの端部電圧とスイッチの制御
電圧とを比較して各スイッチのオープン故障を検出す
る。すなわち、コイルのオープン故障時にはコイルの端
部電圧とスイッチの制御電圧との関係は正常時と同じで
あるが、スイッチのオープン故障時にはコイルの端部電
圧とスイッチの制御電圧との関係は正常時と異なるの
で、スイッチのオープン故障だけを容易かつ正確に判別
することができる。
【００１７】本発明の第３の構成によれば、上記第１の
構成において更に、Ｈ形ブリッジ回路への通電電流が所
定レベル以下となる場合にコイルのオープン故障と判定
する。すなわち、一個のスイッチのオープン故障時には
故障スイッチを含まない対のスイッチがオン時には電流
が流れるので、瞬時状態を無視すれば平均電流は０には
ならない。これに比べて、コイルのオープン故障時には
Ｈ形ブリッジ回路への通電電流はほとんど０となるの
で、コイルのオープン故障だけを容易かつ正確に判別す
ることができる。
【００１８】本発明の第４の構成によれば、上記第１の
構成において更に、第１スイッチまたは第２スイッチの
制御電圧の切り換え時のコイルの端部電圧から第１スイ
ッチまたは第２スイッチの異常を判定し、第３スイッチ
または第４スイッチの制御電圧の切り換え時の端部電圧
から第３スイッチまたは第４スイッチの異常を判定す
る。
【００１９】このようにすれば、コイルのインダクタン
スによる電流の影響などを回避して確実にオープン故障
を判定することができる。本発明の第５の構成によれ
ば、上記第１の構成において更に、過電流検出時にすべ
てのスイッチを遮断する。このようにすれば、Ｈ形ブリ
ッジ回路の各スイッチのショート故障を検出することが
できる。
【００２０】本発明の第６の構成によれば、上記第１の
構成において更に、制御入力端子に入力される開度指令
信号が所定時間内に変化しない場合に開度指令信号が異
常、例えば信号伝送ラインのはずれなどと判定する。す
なわち、開度指令信号はキャリヤの周期で繰り返される
パルス列からなり、このパルスのデューティ比（オンデ
ューティ）が０％又は１００％の場合にのみ、開度指令
信号が変化しないことになるが、このような極端な状態
の持続はほとんどなく、異常と判定しても運転上、支障
は生じない。このようにすれば、簡単な構成で信号伝送
ラインのはずれなどの開度指令信号の入力異常を検出す
ることができる。
【００２１】更に、双方向性流量制御弁の特性を、開度
指令信号のデューティ比が０％を超える値で最小開度と
なり、開度指令信号のデューティ比が１００未満の値で
最大開度となるように設定すれば、開度指令信号として
このようなデューティ比０％又は１００％を送信する必
要がなく、したがって、このようなデューティ比０％又
は１００％を受信した場合には、受信した開度指令信号
の異常と判定することができる。
【００２２】本発明の第７の構成によれば、上記第２〜
第５のいずれかの構成において更に、制御入力端子の電
位を上記故障又は異常又は過電流の検出時に高位電源電
位又は低位電源電位に固定する。このようにすれば、特
別の伝送線を増設することなく、開度指令信号を送出す
るコントローラにＨ形ブリッジ回路又はコイルのオープ
ン故障やショート故障を報知することができる。
【００２３】すなわち、この駆動回路の制御入力端子を
高位電源電位又は低位電源電位に固定すれば、開度指令
信号の送信出力端の電位がその分変動するので、これに
より特別の伝送線を増設することなく異常報知を実現す
ることができる。なお、上記した電位固定により送信側
から駆動回路への開度指令信号も変形されてしまうが、
異常検出時には駆動回路はもはや開度指令信号の正常な
受信を必要としないので、このような開度指令信号の変
形により悪影響を受けることがない。
【００２４】本発明の第８の構成によれば、上記第２〜
第５のいずれかの構成において更に、前記制御回路に接
続される電源線又は接地線が断線した場合に制御入力端
子に電流を給電する給電用スイッチング素子を遮断す
る。このようにすれば、上記断線時に、前記制御入力端
子に接続される信号線を電位固定する場合に、前記給電
用スイッチング素子から給電する電流を節減することが
できるとともに、上記給電用スイッチング素子から制御
入力端子へ流入する電流を流出させる必要がないので、
信号線の電位固定が容易となる。
【００２５】
【実施例】以下、双方向性流量制御弁としての空気流量
制御弁及びその駆動回路を図面を参照して説明する。こ
の実施例の空気流量制御弁の軸方向組立断面図を図４に
示し、その径方向断面図を図５に示す。
【００２６】この空気流量制御弁は、外観等を形成する
ハウジング１を有し、ハウジング１は、両端開口円筒状
のバルブ収容空間１０を有するバルブハウジング部２
と、バルブハウジング部２の軸方向一端に一体形成され
たソレノイドハウジング部１２とからなる。バルブ収容
空間１０に面するバルブハウジング部２の内周面の両端
部に一対の球軸受３が嵌入されている。これら球軸受３
は回動軸４を回転自在に支持しており、弁体５が一対の
球軸受３の間に位置して回転軸４に固定されている。１
３はバルブハウジング部２の右端開口に嵌入されてそれ
を閉鎖するプレートである。バルブハウジング部２の内
周面及び両球軸受３の端面により円筒形状の弁室Ｓが区
画形成されている。
【００２７】弁室Ｓは、バルブハウジング部２に開口さ
れた流入孔１１ａを通じて外部の空気流入空間に連通
し、またバルブハウジング部２に開口された流出ポート
１４ａ及び主流出孔１４を通じて外部の空気流出空間に
連通し図示しない流出用パイプに連通している。流出孔
１４、１４ａは後述するように弁体５の回動により開度
制御され、これにより流量が制御される。
【００２８】ソレノイドハウジング部１２は、バルブ収
容空間１０に隣接して弁室１０と同軸に形成された両端
開口円筒状の磁石ロータ収容空間１６と、磁石ロータ収
容空間１６の上部に隣接して磁石ロータ収容空間１６と
交差せずに直角に形成された両端開口円筒状のコイル収
容空間１７とを有する。コイル収容空間１７には、図６
に示すロータリーソレノイド６のコイル部６１が嵌入さ
れ、磁石ロータ収容空間１６にはロータリーソレノイド
６のヨーク６２の基部６２ａが収容されている。
【００２９】回動軸４の左端部には永久磁石６３が嵌
着、固定されており、永久磁石６３は磁石ロータ室１６
に挿入され、ヨーク６２の基部６２ａに開口された開口
６２ｂに回転自在に収容されている。１９は磁石ロータ
室１６の左端開口に嵌入されてそれを閉鎖するプレート
である。コイル６１に流れる電流の大きさ及び方向を制
御することにより、それぞれ軟磁性体からなるヨーク６
２及びコア６４からなる磁気回路を流れる磁束量が変化
し、この変化により、ヨーク６２の基部６２ａの開口６
２ｂに面する磁極の中心位置と大きさが変化する。その
結果、これらの磁極は、回動軸４に固定された永久磁石
６３に形成された磁極と吸引又は反発を生じ、結局、コ
イル６１に流れる電流の大きさ及び方向の制御により、
永久磁石６３及び回動軸４は回動する。
【００３０】ロータリーソレノイド６を駆動する駆動回
路７の一例を図１に示す。駆動回路７は、Ｈ形ブリッジ
回路７０と、Ｈ形ブリッジ回路７０を制御する制御回路
７１とからなる。Ｈ形ブリッジ回路７０は、ＮＰＮバイ
ポーラトランジスタＴ１〜Ｔ４からなり、トランジスタ
Ｔ１（本発明でいう第１スイッチ）は高位電源端子（バ
ッテリ電圧端子）＋Ｂとロータリーソレノイド６のコイ
ル６１の一端とを接続し、トランジスタＴ２（本発明で
いう第２スイッチ）はコイル６１の一端を電流検出用低
抵抗１０５を通じて接地線（低位電源端子）に接続し、
トランジスタＴ３（本発明でいう第３スイッチ）は高位
電源端子（バッテリ電圧端子）＋Ｂとロータリーソレノ
イド６のコイル６１の他端とを接続し、トランジスタＴ
４（本発明でいう第４スイッチ）はコイル６１の他端と
電流検出用低抵抗１０５を通じて接地線（低位電源端
子）に接続している。Ｄ１〜Ｄ４はフライバックダイオ
ードである。
【００３１】以下、制御回路７１について説明する。制
御回路７１は、開度指令信号Ｓを出力するコントローラ
２００に伝送ライン２０１を通じて接続される入力端子
１００を有し、入力端子１００には、コントローラ２０
０のオープンコレクタのドライバトランジスタ（開度指
令信号出力トランジスタ）Ｔｄの負荷を構成する負荷抵
抗Ｌが接続されている。なお、コントローラ２００は制
御回路７１には含まれない。
【００３２】入力端子１００の開度指令信号Ｓはアンド
回路１０３に入力され、また、ノット回路１０２で反転
されてアンド回路１０４に入力される。入力端子１００
の電位変動は開度指令監視回路１２０に入力され、回路
１２０の出力信号はアンド回路１０３、１０４に入力さ
れる。一方、コイル６１の上記一端の電位は、Ｄフリッ
プフロップ１１１、１１２の入力端子Ｄに入力され、Ｄ
フリップフロップ１１１のクロック入力端子には反転開
度指令信号Ｓ’が入力され、Ｄフリップフロップ１１２
のクロック入力端子には開度指令信号Ｓが入力される。
また、コイル６１の上記他端の電位は、Ｄフリップフロ
ップ１０９、１１０の入力端子Ｄに入力され、Ｄフリッ
プフロップ１０９のクロック入力端子には反転開度指令
信号Ｓ’が入力され、Ｄフリップフロップ１１０のクロ
ック入力端子には開度指令信号Ｓが入力される。これら
Ｄフリップフロップ１０９、１１２のＱ出力及びＤフリ
ップフロップ１１０、１１１の反Ｑ出力はノア回路１１
３を通じてナンド回路１０８に入力される。
【００３３】また、抵抗ｒ１と定電圧ダイオードＺＤ１
とからなる定電圧回路から出力される参照電圧Ｖｒｅｆ
１は、電流検出用の低抵抗１０５の電圧降下ΔＶとコン
パレータ１１４により比較され、コンパレータ１１４の
出力は、Ｄフリップフロップ１１５、１１６の入力端子
Ｄに入力される。Ｄフリップフロップ１１５のクロック
入力端子には反転開度指令信号Ｓ’が入力され、Ｄフリ
ップフロップ１１６のクロック入力端子には開度指令信
号Ｓが入力される。
【００３４】Ｄフリップフロップ１１５、１１６のＱ出
力はオア回路１１７で論理加算されてアンド回路１０７
を介してナンド回路１０８に入力される。一方、抵抗ｒ
２と定電圧ダイオードＺＤ２とからなる定電圧回路から
出力される参照電圧Ｖｒｅｆ２は、電流検出用の低抵抗
１０５の電圧降下ΔＶとコンパレータ１１６により比較
され、コンパレータ１０６の出力は、アンド回路１０７
を通じてナンド回路１０８に入力される。
【００３５】ナンド回路１０８の出力はＤフリップフロ
ップ１０１のクロック端子に入力され、その入力端子Ｄ
にはローレベルが常時入力される。Ｄフリップフロップ
１０１のＱ出力は、アンド回路１０３、１０４に入力さ
れるとともに、ナンド回路１１８を通じてドライバトラ
ンジスタ１１９に入力される。以下、この駆動回路７の
動作が説明される。
【００３６】以下、図１の駆動回路の動作を説明する。 （トランジスタＴ１〜Ｔ４正常時）トランジスタＴ１〜
Ｔ４の正常時には、フリップフロップ１０１のＱ出力端
子はハイレベルを出力するので、入力端子１００に入力
される開度指令信号Ｓに基づいて、アンド回路１０３の
出力は開度指令信号Ｓに追従する。
【００３７】一方、ノット回路１０２による信号反転に
より、アンド回路１０４の出力は開度指令信号Ｓがハイ
レベル時にはローレベルとなる。したがって、開度指令
信号Ｓがハイレベルの時（以下、オンデューティともい
う）には、トランジスタＴ１、Ｔ４がオンし、トランジ
スタＴ２、Ｔ３がオフする。一方、開度指令信号Ｓがロ
ーレベルの時（以下、オフデューティともいう）には、
トランジスタＴ１、Ｔ４がオフし、トランジスタＴ２、
Ｔ３がオンする。トランジスタＴ１、Ｔ４のオンにより
駆動コイル６１には一方向の電流ｉ１が流れ、トランジ
スタＴ２、Ｔ３のオンにより駆動コイル６１には反対方
向の電流ｉ２が流れる。
【００３８】すなわち、この実施例では、一方のペアを
なすトランジスタＴ１、Ｔ４と、他方のペアをなすトラ
ンジスタＴ２、Ｔ３が常時、相補（コンプリメンタリ）
動作を行う。かつ、開度指令信号Ｓは所定の搬送周波数
のキャリヤの１周期毎に上記双方向交互通電を繰り返
す。したがって、いま、各周期において一方向に電流ｉ
１が流れ、反対方向に電流ｉ２とが流れるものとする
と、コイル６１には、平均電流（ｉ１−ｉ２）が流れる
と見なせる。この通電方式によれば、制御が簡単でしか
もデューティ比と開度（平均電流）との関係の直線性が
向上する（ヒステリシスが減少する）。
【００３９】図３に、この開度指令信号Ｓと流量Ｑとの
関係を示す。開度指令信号Ｓのデューティ比が０からｄ
１までは、弁の漏れにより決定される最小の流量Ｑｍｉ
ｎが流れ、Ｑｍｉｎのデューティ比がｄ１になると、
今、理解を簡単とするために負荷であるコイル６１のリ
アクタンス分を無視すれば、上記説明のように、電流ｉ
１のデューティ比がｄ１、電流ｉ２のデューティ比が１
−ｄ１となり、総合デューティ比は２ｄ１−１となる。
この実施例では、開度指令信号Ｓがｄ１以上となると実
質的に弁が開き、流量Ｑが増大するように設定されてい
る。また、開度指令信号Ｓが５０％となると、総合デュ
ーティ比は０となり、非通電と同じになり、この時、前
述したように永久磁石６３は自身の磁力により最も安定
な位置（この位置が流量５０％としてある）に回動す
る。
【００４０】更に、開度指令信号Ｓのデューティ比を増
大していくと、総合デューティ比（２ｄ１−１）は、正
となり電流は逆転し、開度指令信号Ｓのデューティ比が
ｄ２となると、実質的に弁が全閉となり、デューティ信
号Ｓのデューティ比が１となると、総合デューティ比
（２ｄ１−１）も１となり、反対方向への全通電とな
る。
【００４１】具体的に説明すると、コイル６１に一方向
へ少しづつ平均電流を増加すると、それにつれて永久磁
石６３のＮ極、Ｓ極がヨーク６２の開口６２ｂに面して
形成されるＮ極、Ｓ極と吸引、反発して上記エアギャッ
プ最小角度位置から電流のデューティ比に応じた回動角
度位置まで時計回転方向へ回動する。平均電流の通電方
向を反対とすれば、当然、同様の原理で上記エアギャッ
プ最小角度位置から電流のデューティ比に応じた回動角
度位置まで反時計方向へ回動する。
【００４２】次に、異常時の動作を説明する。 トランジスタＴ１のショート故障時 トランジスタＴ３、Ｔ２がオンする時に、トランジスタ
Ｔ１、Ｔ２を通じて大電流が流れるので、この電流を電
流検出抵抗１０５を用いて検出し、コンパレータ１０６
へ入力する。コンパレータ１０６の他の入力を検出した
い過電流相当の電圧Ｖｒｅｆ２に調整しておけば、過電
流発生時にコンパレータ１０６の出力はローになる。そ
の結果、ＡＮＤゲ−ト１０７の出力はローになり、ＮＡ
ＮＤゲ−ト１０８の出力はローからハイに変わり、フリ
ップフロップ１０１のＱ出力はローになり、ＡＮＤゲ−
ト１０３、１０４の出力もデューティ入力に関わらずロ
ーになり、トランジスタＴ１〜Ｔ４はオフされ、コイル
６１への通電はカットされる。
【００４３】同様に、他のトランジスタＴ２〜Ｔ４又は
コイル６１のショート故障時も、過電流を検出すること
によって、コイル６１への通電をカットできる。 トランジスタＴ１のオープン故障時 開度指令信号Ｓがハイからローになるタイミングでコイ
ル６１の端子電圧（本発明でいう端部電圧）Ｖ１をフリ
ップフロップ１１１に取り込むと、端子電圧Ｖ１は正常
時にはハイになっているトランジスタＴ１のオープン故
障によりローになっている為、フリップフロップ１１１
の反Ｑ出力はハイになり、ＮＯＲゲ−ト１１３の出力は
ローになる。ＮＡＮＤゲ−ト１０８の出力はローからハ
イに変わり、フリップフロップ１０１の出力Ｑはローに
なり、ＡＮＤゲ−ト１０３、１０４の出力もデューティ
入力に関わらずローになり、トランジスタＴ１〜Ｔ４は
オフされ、コイル６１への通電はカットされる。
【００４４】同様に、他のトランジスタＴ２〜Ｔ４のオ
ープン故障時も、フリップフロップ１０９又は１１０又
は１１２の出力がハイになり、コイル６１への通電はカ
ットされる。以下、コイル６１の端子電圧Ｖ１又はＶ２
とトランジスタＴ１〜Ｔ４の開度指令信号Ｓ又はＳ’と
を、トランジスタＴ１〜Ｔ４の開度指令信号Ｓ又はＳ’
の切り替わりタイミングで比較する意味を図２を参照し
て以下に説明する。
【００４５】開度指令信号Ｓがハイ（Ｈ）からロー
（Ｌ）へ変化する立ち下がりエッジにおいて、各トラン
ジスタＴ１〜Ｔ４が正常であれば立ち下がりエッジより
多少の動作遅延後、コイル６１の端子電圧Ｖ１、Ｖ２も
反転し、端子電圧Ｖ１もハイからローへ変化する。ここ
で、トランジスタＴ１が上記立ち下がりエッジ以前の時
点（例えば時点Ｔａ）でオープン故障すると、本来は立
ち下がりエッジの時点では上記動作遅延のためにまだハ
イであるべき端子電圧Ｖ１がローに低下することにな
り、確実にトランジスタＴ１のオープン故障を検出する
ことができる。
【００４６】同様に、トランジスタＴ２がオープン故障
すると、反転開度指令信号Ｓ’がハイ（Ｈ）からロー
（Ｌ）へ変化する立ち下がりエッジ（開度指令信号Ｓが
ロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）へ変化する立ち上がりエッ
ジ）の時点では上記動作遅延のためにまだローであるべ
き端子電圧Ｖ１がハイなっていることになり、これを検
出することより確実にトランジスタＴ２のオープン故障
を検出することができる。
【００４７】同様に、トランジスタＴ３において反転開
度指令信号Ｓ’がハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）へ変化する
立ち下がりエッジ以前の時点（例えば時点Ｔｃ）でオー
プン故障すると、本来は立ち下がりエッジの時点では上
記動作遅延のためにまだハイであるべき端子電圧Ｖ２が
ローに低下することになり、確実にトランジスタＴ３の
オープン故障を検出することができる。
【００４８】同様に、トランジスタＴ４がオープン故障
すると、開度指令信号Ｓがハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）へ
変化する立ち下がりエッジ（反転開度指令信号Ｓ’がロ
ー（Ｌ）からハイ（Ｈ）へ変化する立ち上がりエッジ）
の時点では上記動作遅延のためにまだローであるべき端
子電圧Ｖ２がハイなっていることになり、これを検出す
ることより確実にトランジスタＴ４のオープン故障を検
出することができる。
【００４９】更に言えば、この実施例のＨ形ブリッジ回
路７０では、各トランジスタＴ１〜Ｔ４とそれぞれ並列
にフライバックダイオードＤ１〜Ｄ４が個別に接続され
ており、これらフライバックダイオードＤ１〜Ｄ４を通
じてコイル６１の両端に通電され、あたかもトランジス
タＴ１〜Ｔ４がオープン故障しているにもかかわらず、
トランジスタＴ１〜Ｔ４がオープン故障していないよう
に状態の端子電圧Ｖ１〜Ｖ２が発生することがある。
【００５０】したがって、フライバックエネルギーが最
も小さくか又は無視できる開度指令信号Ｓの変化タイミ
ング（正確には変化直前）における端子電圧Ｖ１、Ｖ２
と開度指令信号Ｓ、反開度指令信号Ｓ’との関係を調べ
れば、最も正確にトランジスタＴ１〜Ｔ４のオープン故
障を検出することができる。 コイル６１のオープン故障時 開度指令信号Ｓのハイからロー、ローからハイのいずれ
の変化のタイミングでも、電流検出抵抗１０５の電圧降
下は０となる。したがって、抵抗ｒ１及び定電圧ダイオ
ードＺＤ１により抵抗１０５に流れる数１０ｍＡの電流
に相当する値に調整された参照電圧Ｖｒｅｆ１が１入力
端子に入力されるコンパレータ１１４の出力はローのま
まになり、フリップフロップ１１５、１１６の出力Ｑは
いずれもローとなる。この為、オアゲ−ト１１７の出力
はローとなり、ＡＮＤゲ−ト１０７の出力もローにな
り、ＮＡＮＤゲ−ト１０８の出力はローからハイに変わ
り、フリップフロップ１０１の出力Ｑはローになり、Ａ
ＮＤゲ−ト１０３、１０４の出力もデューティ入力に関
わらずローになり、トランジスタＴ１〜Ｔ４はオフさ
れ、コイル６１への通電はカットされる。
【００５１】また、フリップフロップ１０１の出力がロ
ーになった場合は、インバータ１１８、１１９によって
入力端子１００もローに固定され、これにより、異常発
生をコントローラ２００に報知することができる。な
お、コントローラ２００には、制御入力端がライン２０
１に接続される受信トランジスタ（図示せず）が設置さ
れ、ドライバトランジスタＴｄがオフしている間のライ
ン２０１の電位の低下により駆動回路７における異常検
出を発見することができる。また、コントローラ２００
は上記受信トランジスタの入力電位が常時ローの場合に
ライン２０１の断線又は駆動回路７への電源電圧の供給
停止が生じたことを判別することもできる。 （変形態様）図７は図１の回路の変形態様を示す回路図
である。
【００５２】図７は、図１において、トランジスタ２０
２を負荷抵抗Ｌと高位電源線＋Ｖとの間に挿入し、トラ
ンジスタ２０２のベースと高位電源線＋Ｖとの間に抵抗
２０３を接続し、トランジスタ２０２のベースと接地線
との間に抵抗２０４を接続し、更にトランジスタＴｄの
エミッタ・コレクタ間にバイパス抵抗Ｔｄを並列接続し
たものである。高位電源線＋Ｖは、Ｈブリッジ回路７０
の高位電源（バッテリ電圧）＋Ｂと共通とすることがで
きることは当然である他、高位電源（バッテリ電圧）＋
Ｂを定電圧化した電源電圧を印加されることもできる。
【００５３】このようにすれば、図７において接地線が
断線した場合、トランジスタ２０２がオフして駆動回路
７からライン２０１への給電が遮断される。その結果、
ライン２０１は、トランジスタＴｄの動作状態の如何に
かかわらずコントローラ２００内の抵抗２０５によって
コントローラ２００の接地電位に固定されることとな
る。したがって、コントローラ２００は、トランジスタ
２０６により検出したライン２０１の電位状態により駆
動回路７の接地線の断線を検出することができる。
【００５４】また、駆動回路７の高位電源線＋Ｖが断線
した場合を考える。この場合にもトランジスタ２０２及
び抵抗Ｌを通じてライン２０１に給電がなされず、上記
接地線の断線時と同様にライン２０１は接地電位とな
る。したがって、コントローラ２００は、トランジスタ
２０６により検出したライン２０１の電位状態により駆
動回路７の高位電源線＋Ｖの断線を検出することができ
る。
【００５５】なお、トランジスタ２０６による上記断線
検出は、例えば以下の方法でなされる。例えばデューテ
ィ比が０％を超えるＰＷＭパルス信号などの印加により
ライン２０１が定期的にハイレベルとなるようにしてお
き、この状態でライン２０１が所定期間以上接地電位の
場合は、上記断線異常の発生可能性ありと判定すること
ができる。
【００５６】なお、図７において、トランジスタ２０２
及び抵抗Ｌは本発明でいう給電回路部を構成し、抵抗２
０３、２０４は本発明でいう遮断回路部を構成し、抵抗
２０５は信号線電位固定回路部を構成している。抵抗２
０５を信号線２０１の制御回路７１よりの配設すること
は当然可能である。 開度指令信号Ｓの入力異常 また、ライン２０１の断線等の異常によって、開度指令
信号Ｓが所定の時間（少なくともキャリヤの１周期以
上）以上変化しない場合は、開度指令監視回路１２０が
開度指令信号Ｓの受信異常と判定し、開度指令監視回路
１２０の出力をローとすることにより、トランジスタＴ
１〜Ｔ４をオフすることができる。
【００５７】なお、このような開度指令監視回路１２０
自体はハードウエア又はマイコンのソフトウエアにより
容易に実現できるので、その構成の図示説明は省略す
る。また、上記実施例では、Ｈ形ブリッジ回路７０とし
て、ＮＰＮバイポーラトランジスタ形式のインバータを
採用したが、相補バイポーラインバータ、相補ＣＭＯＳ
インバータを採用することもでき、ＮＭＯＳインバータ
を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の双方向性流量制御弁の駆動回路の回
路図である。
【図２】図１の駆動回路の各部の電位のタイミングチャ
ートである。
【図３】図１の流量制御回動弁の入力電圧のデューティ
比と空気流量との関係を示す特性図である。
【図４】図１の流量制御弁の軸方向断面図である。
【図５】図１のＡーＡ線矢視断面図である。
【図６】ロータリーアクチエータの断面図である。
【図７】本実施例の双方向性流量制御弁の駆動回路の変
形態様を示す回路図である。
【符号の説明】
６１はコイル、７０はＨ形ブリッジ回路、７１は制御回
路、Ｔ１〜Ｔ４はトランジスタ（第１〜第４スイッ
チ）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−66762（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−63527（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−190678（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−60779（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−107810（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 31/06 H01F 7/18

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】無通電時に中間開度となり、コイルへの一
    方向の通電電流の増加により前記中間開度より開度が増
    加し、前記コイルへの反対方向の通電電流の増加により
    前記中間開度より開度が減少する双方向性流量制御弁へ
    の通電電流を制御するＨ形ブリッジ回路と、前記Ｈ形ブ
    リッジ回路を制御する制御回路とを備え、前記Ｈ形ブリ
    ッジ回路は、高位電源端子を前記コイルの一端に接続す
    る第１スイッチと、低位電源端子を前記コイルの一端に
    接続する第２スイッチと、前記高位電源端子を前記コイ
    ルの他端に接続する第３スイッチと、前記低位電源端子
    を前記コイルの他端に接続する第４スイッチとからな
    り、前記制御回路は、入力される開度指令信号により前
    記各スイッチを所定周期で開閉する制御を行う双方向性
    流量制御弁の駆動回路において、 前記制御回路は、前記第１、第４スイッチをオンし、前
    記第３、第２スイッチをオフする正方向通電モードと、
    前記第１、第４スイッチをオフし、前記第３、第２スイ
    ッチをオンする逆方向通電モードとを一定のキャリヤ周
    波数で交互に繰り返すとともに、前記無通電時の中間開
    度に相当する開度を得る場合に前記両モードの実施時間
    を等しくし、前記無通電時の中間開度より開度を増加す
    る場合に前記正方向通電モードの実施時間を増加すると
    ともに前記逆方向通電モードの実施時間を減少して前記
    コイルへの一方向の平均通電電流を増加し、前記無通電
    時の中間開度より開度を減少する場合に前記正方向通電
    モードの実施時間を減少するとともに前記逆方向通電モ
    ードの実施時間を増加して前記コイルへの反対方向の平
    均通電電流を増加するものであることを特徴とする双方
    向性流量制御弁の駆動回路。
  2. 【請求項２】前記制御回路は、前記コイルの端部電圧と
    前記各スイッチの制御電圧とを比較して前記各スイッチ
    のオープン故障を検出するものである請求項１記載の双
    方向性流量制御弁の駆動回路。
  3. 【請求項３】前記制御回路は、前記Ｈ形ブリッジ回路へ
    の通電電流を検出するとともに、前記通電電流が所定レ
    ベル以下となる場合に前記コイルのオープン故障と判定
    するものである請求項１記載の流量制御弁用駆動回路。
  4. 【請求項４】前記制御回路は、前記第１スイッチまたは
    第２スイッチの制御電圧の切り換え時の前記コイルの端
    部電圧から前記第１スイッチまたは第２スイッチの異常
    を判定し、前記第３スイッチまたは第４スイッチの制御
    電圧の切り換え時の前記端部電圧から前記第３スイッチ
    または第４スイッチの異常を判定するものである請求項
    １記載の双方向性流量制御弁の駆動回路。
  5. 【請求項５】前記制御回路は、前記Ｈ形ブリッジ回路へ
    の過電流通電を検出するとともに、前記過電流の検出時
    にすべての前記各スイッチを遮断するものである請求項
    １記載の双方向性流量制御弁の駆動回路。
  6. 【請求項６】前記制御回路は、制御入力端子に入力され
    るＰＷＭ信号である開度指令信号が所定時間内に変化す
    るかどうかを検出するとともに、変化しない場合に前記
    開度指令信号が異常であると判定するものである請求項
    １記載の双方向性流量制御弁の駆動回路。
  7. 【請求項７】前記制御回路は、開度指令信号が入力され
    る制御入力端子の電位を、前記故障又は異常又は過電流
    の検出時に高位電源電位又は低位電源電位に固定するも
    のである請求項２〜５のいずれかに記載の双方向性流量
    制御弁の駆動回路。
  8. 【請求項８】前記制御回路は、信号線を通じて外部から
    開度指令信号が入力される制御入力端子に電流を給電す
    る給電用スイッチング素子を有する給電回路部と、前記
    制御入力端子を所定電位に設定する信号線電位固定回路
    部と、前記制御回路へ電源電圧又は接地電圧を印加する
    電源線又は接地線の断線により前記給電用スイッチング
    素子を遮断する遮断回路部とを備える請求項２〜５のい
    ずれか記載の双方向性流量制御弁の駆動回路。
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