JP3515311B2 - 通電制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は電磁弁の開弁時と閉
弁時とでコイルに異なる向きの電流を流す通電制御回路
に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来から、例えばモータといった電気的
負荷への通電を制御するため、直流電源から電気的負荷
への電力供給路にＮＰＮトランジスタを挿入し、ＮＰＮ
トランジスタのベース電流を制御することで電源から電
気的負荷への通電を制御するといった構成の回路が知ら
れている。このような構成では、電源から電気的負荷に
流れる大電流をＩＣ出力といった小電流で直接制御する
ことができ、またベース電流の電流値を可変することで
電気的負荷への通電量を制御することができる。 【０００３】一方燃焼機器において、例えば小型湯沸器
においては、バーナの燃焼熱により加熱されることで熱
起電力を発生する熱電対から電磁石のコイルに通電さ
せ、発生した磁力によりガス流路内の弁体を開弁状態に
保持するといった電磁式マグネット安全弁（以下、単に
マグネット弁と呼ぶ）を備えたものがある。このような
構成では、異常があった場合には熱電対の発生する熱起
電力が低下してガス流路を遮断するため安全である。し
かしながらこういった回路では、バーナ着火直後に熱電
対の発生する熱起電力がマグネット弁の開弁状態を保持
できるレベルまで上昇するのに時間がかかるため、着火
から所定時間（例えば２０秒）はマグネット弁を強制的
に吸着開弁保持させるといった構成が必要となる。その
ため燃焼開始時には電池からコイルに直接通電するとい
った方法が考えられるが、一般に熱電対の発生熱起電力
は小さく、この熱起電力から必要な吸着力を得るためコ
イルの抵抗値は数１０ｍΩと低く設定しており、このコ
イルに直接電池を接続する構成ではスイッチング素子等
を設けることにより回路抵抗が大きくなってしまい、熱
電対の発生熱起電力から必要な通電量が得られなくなっ
てしまう。そのため、マグネット弁の電磁石に熱電対と
接続されるコイル（以下、第１コイルとよぶ）とは別に
第２コイルを巻回し、燃焼開始から所定時間（例えば２
０秒）は電池から第２コイルに通電することで磁力を発
生させ、マグネット弁の吸着開弁状態を強制的に保持さ
せるといった構成がとられている。こういった構成で
は、燃焼開始から所定時間（２０秒）だけ第２コイルに
通電させるための通電制御回路が必要となり、上述した
ＮＰＮトランジスタによる回路が用いられている。 【０００４】更に最近では、燃焼が所定時間（例えば２
０分）継続した場合には燃焼を強制停止させるといった
所謂消し忘れ防止タイマを備えるものがある。このよう
な構成では、使用者がうっかり消火し忘れた場合にも、
２０分経過すれば自動的に消火するため安全である。こ
のような回路で燃焼を強制停止させる場合には、マグネ
ット弁のコイルに逆電流を流し、吸着磁力を低下させて
離脱させるといった方法がとられる。その際更に別のコ
イルを巻回しようとすると、スペースやコストの問題が
生じるため、強制吸着と強制離脱とに第２コイルを共用
している。こういった従来の通電制御回路について、図
２を用いて説明する。この回路は、電源となる電池１１
と、マグネット弁の電磁石に巻回され電池１１により通
電される第２コイル１２と、電池１１から第２コイル１
２への電力供給路を開閉するＮＰＮトランジスタ１３
と、ＮＰＮトランジスタ１３のスイッチングを制御する
制御部２０と、ＮＰＮトランジスタ１３から第２コイル
１２への電力供給路にマイナスの電位を発生させるため
の逆電流回路２５とにより構成される。 【０００５】第２コイル１２は、ガス流路を開閉するマ
グネット弁の電磁石に巻回される。この電磁石には、炎
検知のための１次熱電対１４と不完全燃焼を検出するた
めの２次熱電対１５とに直列に接続される第１コイル１
６も巻回されている。バーナの燃焼時には、炎により１
次熱電対１４が加熱されて発生した熱起電力により第１
コイル１６に通電されて磁力が発生し、マグネット弁の
吸着開弁状態が保持される。また熱交換器のフィンが閉
塞して内胴に設けられた検出窓から燃焼ガスが漏れ出す
と、２次熱電対１５が加熱されて１次熱電対１４と逆向
きの熱起電力を発生し、第１コイル１６への通電量を減
少させマグネット弁を離脱させてガスを遮断し、不完全
燃焼を防止する。 【０００６】ＮＰＮトランジスタ１３は、コレクタが電
池１１の正極に，ベースが制御部２０に、またエミッタ
が第２コイル１２に接続され、第２コイル１２の他端は
電池１１の負極に接続される。 【０００７】制御部２０は可変抵抗と、ＮＰＮトランジ
スタ１３のベースを電池１１の負極に接続するスイッチ
とで表わされる。燃焼開始時にはこのスイッチをオフし
てＮＰＮトランジスタ１３をオンし、電池１１から第２
コイル１２に通電させる。その際可変抵抗により抵抗値
を変えることでベース電流を調節し、第２コイル１２へ
の通電量を制御することができる。その後所定時間（例
えば２０秒）継続した時点でスイッチをオンしてＮＰＮ
トランジスタ１３をオフし、第２コイル１２への通電を
遮断する。 【０００８】逆電流回路２５は燃焼時間が所定時間（例
えば２０分）継続した時点で駆動し、Ａ点に電池の負極
側よりマイナスの電位を発生させる。 【０００９】次にこの回路の動作について説明する。燃
焼開始操作がされると制御部２０がスイッチをオフする
ため、ＮＰＮトランジスタ１３のベース電位が電池１１
の正極電位とほぼ等しくなり、ＮＰＮトランジスタ１３
がオンして電池１１から第２コイル１２に電流が流れ
（矢印ａ）、第１コイル１６による吸着磁力と同方向の
磁力を発生して、マグネット弁が強制的に吸着開弁保持
される。その後バーナからの加熱により１次熱電対１４
の発生熱起電力が上昇して所定のレベルに達すると、第
１コイル１６の発生磁力によりマグネット弁の吸着開弁
保持が可能となる。そのため、燃焼開始から２０秒が経
過した時点で制御部２０がスイッチ２２をオンし、ＮＰ
Ｎトランジスタ１３をオフして第２コイル１２への通電
を遮断しても、１次熱電対１４からの発生熱起電力によ
りマグネット弁の吸着開弁状態が保持されて燃焼が継続
する。そのため、途中失火やフィン詰まりが発生した場
合にはマグネット弁が閉弁してガスが遮断される。 【００１０】その後燃焼が２０分間継続すると、逆電流
回路２５が駆動してＡ点に電池の負極側よりマイナスの
電位を発生させる。そのため、第２コイル１２に燃焼開
始時と逆向きの電流が流れ（矢印ｂ）、マグネット弁が
強制離脱され、ガスが遮断される。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】このように、逆電流回
路２５によりＡ点に電池の負極よりマイナスの電位を発
生させて第２コイル１２に逆電流を流すといった構成と
することで、マグネット弁の強制吸着と強制離脱とを第
２コイル１２により行なうことができる。しかしなが
ら、逆電流回路２５の発生させるマイナスの電位により
ＮＰＮトランジスタ１３のエミッタ・ベース間に順方向
電圧が加わりオン電圧を越えてしまうと、ＮＰＮトラン
ジスタ１３がオンして電池１１から逆電流回路２５に電
流が流れてしまい、第２コイル１２に十分な逆電流が流
れないといった不具合が生じる。そのため、逆電流回路
２５によるマイナス電位の大きさが制限され、その結果
マグネット弁の電磁石を大きくする，第２コイル１２の
巻数を増やす等といった対策が必要となり、設計上大き
な制約を受け、スペースやコストといった面で問題とな
っていた。本発明の通電制御回路は上記課題を解決し、
コイルに十分な逆電流を流すことができる通電制御回路
を提供することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の通電制御回路は、順方向に通電されることで電磁弁
の開弁方向の磁力を発生し、逆方向に通電されることで
該電磁弁の閉弁方向の磁力を発生するコイルと、上記コ
イルに接続して順方向に通電する直流電源と、上記直流
電源の正極と上記コイルとの間に設けられ、上記電磁弁
の開弁時に該直流電源から該コイルへの電力供給ライン
をオンするスイッチング素子と、上記電磁弁の閉弁時に
上記スイッチング素子と上記コイルとの間に上記直流電
源の負極よりもマイナスの電位を発生させて、該コイル
に逆方向に通電する逆電流回路とを備え、上記スイッチ
ング素子にＰＮＰトランジスタを用いたことを要旨とす
る。 【００１３】上記構成を有する本発明の通電制御回路
は、電磁弁の開弁時には、ＰＮＰトランジスタにより直
流電源からコイルへの電力供給ラインをオンしてコイル
に順方向に通電し、電磁弁の開弁方向の磁力を発生させ
る。また、電磁弁の閉弁時には、スイッチング素子とコ
イルとの間に直流電源の負極よりもマイナスの電位を発
生させてコイルに逆方向に通電し、電磁弁の閉弁方向の
磁力を発生させる。このマイナスの電位はＰＮＰトラン
ジスタのコレクタに印加されるため、ＰＮＰトランジス
タのスイッチングへの影響が殆どなく、直流電源の負極
側電位と発生させるマイナス電位との電位差を大きくし
てコイルへの逆電流を大きくすることができる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の通電制御回路
の好適な実施例について説明する。図１は、本発明の一
実施例としての通電制御回路の回路図である。基本的な
構成は従来例の通電制御回路（図２）と同一であるが、
ＮＰＮトランジスタの代りにＰＮＰトランジスタ４０を
用いる点と、制御部５０の抵抗５１の抵抗値を一定とし
た点と、逆電流回路３０の回路構成とで異なる。その他
重複する部分に関しては、同一符号を付しその説明を省
略する。 【００１５】制御部５０は抵抗５１と、ＰＮＰトランジ
スタ４０のベースを電池１１の負極に接続するスイッチ
５２とで表わされる。燃焼開始時にはこのスイッチ５２
をオンしてＰＮＰトランジスタ４０をオンし、電池１１
から第２コイル１２に通電させる。その後所定時間（例
えば２０秒）継続した時点でスイッチ５２をオフしてＰ
ＮＰトランジスタ４０をオフし、第２コイル１２への通
電を遮断する。即ち、燃焼開始後１次熱電対１４の発生
熱起電力が十分に上昇するまでには時間がかかり、その
間第１コイル１６の磁力ではマグネット弁を開弁保持で
きないため、燃焼開始から所定時間（２０秒）は電池１
１から第２コイル１２に通電してマグネット弁を強制的
に開弁保持するのである。 【００１６】逆電流回路３０は、抵抗３１とＭＯＳＦＥ
Ｔ３２とからなる直列回路と、抵抗３１と第２コイル１
２との間に設けられるコンデンサ３３と、消し忘れ防止
タイマと連動するスイッチ３４とからなる。 【００１７】ＭＯＳＦＥＴ３２は、抵抗３１とコンデン
サ３３との間にドレインが接続され、ゲートはスイッチ
３４のコモン端子Ｃに、またソースは電池１１の負極に
接続される。 【００１８】スイッチ３４は、消し忘れ防止タイマと連
動して動作し、燃焼開始操作と共にコモン端子Ｃとノー
マルオープン端子ＮＯとを接続し、その後燃焼が所定時
間（例えば２０分）継続した時点でコモン端子Ｃとノー
マルクローズ端子ＮＣとを接続する。 【００１９】次にこの回路の動作について説明する。燃
焼開始操作がされると制御部５０がスイッチ５２をオン
するため、ＰＮＰトランジスタ４０のベース電流が抵抗
５１を通って流れ、ＰＮＰトランジスタ４０がオンして
電池１１から第２コイル１２に電流が流れ（矢印ａ）、
第１コイル１６による吸着磁力と同方向の磁力を発生し
て、マグネット弁が強制的に吸着開弁保持される。ま
た、スイッチ３４がコモン端子Ｃとノーマルオープン端
子ＮＯとを接続するため、ＭＯＳＦＥＴ３２がオフし、
電池１１から抵抗３１を介してコンデンサ３３に充電さ
れる。 【００２０】バーナからの加熱により１次熱電対１４の
発生熱起電力が所定レベルまで上昇すると、第１コイル
１６の発生磁力によりマグネット弁の吸着開弁保持が可
能となる。そのため燃焼開始から２０秒が経過した時点
で制御部５０がスイッチ５２をオフし、ＰＮＰトランジ
スタ４０をオフして第２コイル１２への通電を遮断して
も、１次熱電対１４からの発生熱起電力によりマグネッ
ト弁の吸着開弁状態が保持されて燃焼が継続する。その
ため、途中失火やフィン詰まりが発生した場合にはマグ
ネット弁が閉弁してガスが遮断される。尚、トランジス
タ１３をオフしてもコンデンサ３３の充電電流が第２コ
イル１２に流れ、吸着方向の磁力を発生するが、充電電
流を第１コイル１６による炎検知や不完全燃焼防止機能
に影響しないような小電流とし、かつ２０分以内でコン
デンサ３３をほぼ満充電できるように抵抗３１の抵抗値
を大きく設定している。 【００２１】その後燃焼が２０分間継続すると、消し忘
れ防止タイマに連動してスイッチ３４がコモン端子Ｃと
ノーマルクローズ端子ＮＣとを接続する。そのため、Ｍ
ＯＳＦＥＴ３２がＯＮしてコンデンサ３３のプラス側電
位が電池１１の負極側電位にほぼ等しくなる。このとき
コンデンサ３３には電池電圧Ｅとほぼ同じ電圧まで充電
されているため、Ａ点の電位はほぼ−Ｅとなり、第２コ
イル１２に燃焼開始時と逆向きの電流を流して（矢印
ｂ）、マグネット弁を強制離脱してガスを遮断すること
ができる。Ａ点に発生させる電位はＰＮＰトランジスタ
４０のスイッチングに基本的には影響しないため、逆電
流回路３０から印加できる電圧はＮＰＮ型を用いる場合
と比較すると数十倍以上にすることができる。そのた
め、マグネット弁の電磁石や第２コイル１２等の仕様の
制約を緩和することができる。 【００２２】以上説明したように、本実施例の通電制御
回路によれば、ＰＮＰトランジスタ４０を用いること
で、逆電流回路３０によりＡ点に印加するマイナスの電
位をスイッチングに影響しないようにすることができる
ため、第２コイル１２への逆電流を大きくしてマグネッ
ト弁の仕様の制約を緩和することができ、マグネット弁
を小型化してコストを低減することができる。また、コ
ンデンサ３３への充電時間を長くして抵抗３１の抵抗値
を大きくすることで、ＭＯＳＦＥＴ３２のオン時にコン
デンサ３３のプラス側電位を電池のマイナス側電位にほ
ぼ等しくすることができるため、電池１１とコンデンサ
Ｃ１との間にスイッチング素子や逆流防止ダイオードを
設けずに構成でき、逆電流回路３０の部品点数を少なく
して省スペース，低コストで実現できる。また、抵抗３
１により充電電流を小さくすることで、コンデンサ３３
への充電経路の一部に第２コイル１２を設けることがで
きるため、コンデンサ３３と第２コイル１２との間にス
イッチング素子を設けずに構成することができ、回路構
成をより簡単にすることができる。更に、コンデンサ３
３への充電経路にスイッチング素子やダイオード等を設
けないため、充電電圧の損失を少なくすることができ、
コンデンサ３３の放電初期電圧を大きくすることができ
る。加えて、コンデンサ３３に蓄えた電荷により第２コ
イル１２に逆向きの電流を流してマグネット弁を閉弁さ
せるといった構成により、マグネット弁を閉弁させる信
頼性を高くすることができる。例えば、電池電圧により
第２コイル１２に逆電流を流して電磁弁を閉弁させる構
成では、逆向きの励磁により発生した逆方向の磁力がマ
グネット弁の吸着レベルを越えてしまうと、マグネット
弁がそのまま吸着開弁保持されてしまう恐れがあるが、
コンデンサの放電電圧を印加する構成では印加電圧が時
間と共に減少していくため、逆向きの励磁により発生し
た逆方向の磁力がマグネット弁の吸着レベルを越えてし
まった場合にも、時間と共に吸着レベルを下回り、マグ
ネット弁を確実に閉弁させることができる。 【００２３】尚、本実施例においては、熱電対の発生す
る熱起電力によりマグネット弁を保持するといった構成
を用いて説明したが、これに限ったものではなく、開弁
時及び閉弁時にコイルに異なる向きで通電する構成の電
磁弁であれば実施できる。例えば、コイルに通電するこ
とで発生した磁力により開弁させ、永久磁石の磁力によ
り吸着して開弁状態を保持し、コイルに開弁時とは逆向
きの電流を流して永久磁石の磁力を打ち消す磁力を発生
させて閉弁させるといった構成の電磁弁にも適用でき
る。その際の電磁弁はガス流路を開閉するガス電磁弁に
限ったものでなく、例えば水流路を開閉する水電磁弁等
にも適用できる。 【００２４】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。 【００２５】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明の通電制御
回路によれば、直流電源の負極側電位と発生させるマイ
ナス電位との電位差を大きくしてコイルへの逆電流を大
きくすることができ、コイルや電磁弁の仕様の制約を緩
和することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】一実施例としての通電制御回路の回路図であ
る。 【図２】従来例としての通電制御回路の回路図である。 【符号の説明】 １２…第２コイル、 １４…１次熱電対、 １５…２次
熱電対、１６…第１コイル、 ５０…制御部。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 順方向に通電されることで電磁弁の開弁
   方向の磁力を発生し、逆方向に通電されることで該電磁
   弁の閉弁方向の磁力を発生するコイルと、 上記コイルに接続して順方向に通電する直流電源と、 上記直流電源の正極と上記コイルとの間に設けられ、上
   記電磁弁の開弁時に該直流電源から該コイルへの電力供
   給ラインをオンするスイッチング素子と、 上記電磁弁の閉弁時に上記スイッチング素子と上記コイ
   ルとの間に上記直流電源の負極よりもマイナスの電位を
   発生させて、該コイルに逆方向に通電する逆電流回路と
   を備え、 上記スイッチング素子にＰＮＰトランジスタを用いたこ
   とを特徴とする通電制御回路。