JP4920970B2 - Current control circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電磁切換弁や電磁開閉器のソレノイドのような負荷に流す電流を制御する電流制御回路に関する。 The present invention relates to a current control circuit for controlling a current flowing through a load such as an electromagnetic switching valve or a solenoid of an electromagnetic switch.
電磁切換弁を例にとって説明すると、従来、電磁切換弁においては、ボディ内に摺動可能に挿入され、スプリングによって中立状態に付勢されるスプールを、電磁ソレノイドの励磁により、プッシュピンを介して押圧して移動させて、流路を切り換えるようになっている。 An electromagnetic switching valve will be described as an example. Conventionally, in an electromagnetic switching valve, a spool that is slidably inserted into a body and is biased to a neutral state by a spring is excited via a push pin by excitation of an electromagnetic solenoid. The flow path is switched by pressing and moving.
このような電磁ソレノイドを駆動するための従来のソレノイド駆動回路と電流制御回路としては、図7に示すものが知られている。スイッチング素子SWが電磁ソレノイド1に直列に接続されており、スイッチング素子SWのゲートには、電流制御回路4からのスイッチング制御信号が印加されるようになっている。そして、図8に示すように、外部から入力される励磁指令がONになると、電流制御回路4から、励磁指令ONの間中ONとなるスイッチ制御信号が出力され、電源電圧による定格のソレノイド電流を流し、励磁指令がOFFになると、電流制御回路4からのスイッチ制御信号をOFFとする。尚、電磁ソレノイドには、サージアブソーバとしてのバリスタ2が並列に接続されている。
As a conventional solenoid drive circuit and current control circuit for driving such an electromagnetic solenoid, the one shown in FIG. 7 is known. A switching element SW is connected in series to the
しかしながら図7に示す回路であると、スプールの切換完了後にも、電源電圧による定格のソレノイド電流が流れ続ける。スプールをスプリングの付勢力に抗して切換状態を保持するために本来必要な電流は、切換時の定格のソレノイド電流よりも小さくて済むために、切換完了後も定格のソレノイド電流を流し続けると、そのほとんどがジュール熱となって放熱してしまい、消費電力の無駄となってしまうという問題がある。 However, in the circuit shown in FIG. 7, the rated solenoid current by the power supply voltage continues to flow even after the spool switching is completed. Since the current required to maintain the switching state against the urging force of the spring against the spool may be smaller than the rated solenoid current at the time of switching, if the rated solenoid current continues to flow even after the switching is completed, However, most of the heat is dissipated as Joule heat, resulting in a waste of power consumption.
かかる問題を回避するために、特許文献1で提案する駆動回路では、図9に示すように、電源の両端子間に、電磁ソレノイド1と第1スイッチング素子SW1とを直列に接続し、その電磁ソレノイド1に、還流ダイオード6と第2スイッチング素子SW2との直列回路と、サージアブソーバ2とをそれぞれ並列に接続している。電流制御回路4は、第1スイッチング素子SW1と第2スイッチング素子SW2とをON/OFF制御しており、図10に示すように、励磁指令がONの間、第2スイッチング素子をONにし、励磁指令がONになってからスプールによる切換が完了するまでは、第1スイッチング素子をONにし続け、その後、励磁指令がOFFになるまでは、第1スイッチング素子を所定の周期でON/OFFして電磁ソレノイドに流れる電流を制御している。
In order to avoid such a problem, in the driving circuit proposed in
これによって、スプールの移動による切換完了までは電磁ソレノイド1に定格電流を流してスプールを駆動する励磁電流とし、切換完了後はスプールが切換状態を保つために十分なソレノイド吸引力となるような保持電流となるように、スイッチング制御することにより電磁ソレノイド1に流れる電流を低減する。このとき、スイッチング制御により電磁ソレノイド1への電圧印加がOFFになる時間は、ソレノイド1に蓄えられた磁気エネルギーによる電流を還流ダイオード6を経由してソレノイド1に流している。また、励磁指令がOFFになると、還流ダイオード6を経由する還流回路を絶って、ソレノイドに蓄えられた磁気エネルギーによる電流をサージアブソーバ2で吸収して応答遅れが生じないようにしている。こうして、特許文献1の構成によれば消費電力を低減させることができる。
As a result, until the switching is completed by the movement of the spool, a rated current is passed through the
ところで、電源電圧の変動があった場合、それに伴って保持電流が変動するため、変動の大きさによっては、保持電流が低くなりすぎて、ソレノイドを十分に保持することができず、切換不良を起こすおそれがある、という問題がある。 By the way, when the power supply voltage fluctuates, the holding current fluctuates accordingly, and depending on the magnitude of the fluctuation, the holding current becomes too low to hold the solenoid sufficiently, and switching failure occurs. There is a problem that it may occur.
このような電源電圧の変動は、例えば、共通の電源電圧によって複数の電磁切換弁を独自のタイミングでON/OFF制御する場合において、1つの電磁切換弁が保持状態にあるときに、別の電磁切換弁がONとなるとき等に発生するおそれがある。 For example, when a plurality of electromagnetic switching valves are controlled to ON / OFF at a unique timing by a common power supply voltage, when one electromagnetic switching valve is in a holding state, This may occur when the switching valve is turned on.
または、他の例として、電源にバッテリーを使う場合、バッテリーの出力電圧が充電直後は高く(定格電圧よりも高く)、経時的に漸次減少していく、という時間的にゆっくりとした変動が挙げられる。この場合、充電直後のフル出力は、消費電力の無駄使いとなり、バッテリーの消耗を早めることになる。 Or, as another example, when a battery is used as a power source, the output voltage of the battery is high immediately after charging (higher than the rated voltage) and gradually decreases over time. It is done. In this case, the full output immediately after charging is a wasteful consumption of power and accelerates battery consumption.
一般的に電源電圧変動に対する常套的解決手段としては、保持電流を検出しフィードバックして、パルス幅を制御するようなPWM制御を行なうことが考えられるが、そのような解決手段は、負荷毎にそれぞれ電流検出回路とPWM制御演算回路を設ける必要があるため構成が複雑になり、品質的にも故障発生確率が高く、高価になるという問題がある。 In general, as a conventional solution to power supply voltage fluctuations, it is conceivable to perform PWM control such as detecting and feeding back a holding current and controlling the pulse width. each complicated configuration because it is necessary to provide a current detection circuit and the PWM control calculation circuit, higher even failure probability quality, there are problems that it becomes expensive.
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、負荷に流れる電流を電圧のデューティ比で制御するものにおいて、電源電圧の影響を受けない電流制御回路を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a current control circuit that is not affected by the power supply voltage in the case where the current flowing through the load is controlled by the duty ratio of the voltage.
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、2つの異なる電圧Voh、Volが発振出力可能となり、該2つの電圧のデューティ比Rd=tvoh/(tvoh+tvol)、(tvoh:Vohの出力継続時間、tvol:Volの出力継続時間、|Voh|>|Vol|)によって電源電圧Vpが負荷に作用する時間を制御し、結果として等価印加電圧Ve≡Vp・Rdを負荷に供給して、負荷に流れる電流を制御するための電流制御回路において、
前記デューティ比Rdを持った2つの異なる電圧Voh、Volが発振出力可能なオペアンプを用いた無安定マルチバイブレータからなる発振回路を有し、前記オペアンプは、発振時に、その−側端子に、直列接続された抵抗RtとコンデンサCtとの接続点が接続され、その+側端子に、一端にオペアンプの出力電圧が印加された抵抗Rfの他端と一端に所定電圧Vzが印加された抵抗Rsの他端との接続点が接続され、
前記オペアンプは、その電源電圧として、前記電源電圧Vpまたは前記電源電圧Vpの変動を反映した電圧が供給され、発振出力される少なくとも1つの電圧Vohが電源電圧Vpの変動に応じて変動するものとなっており、電源電圧Vpが上昇するに連れてデューティ比が減少し、電源電圧Vpが減少するに連れてデューティ比が増加しており、その電源電圧Vpの変動割合よりも、等価印加電圧Ve≡Vp・Rdの変動割合が小さくなっていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
It has an oscillation circuit composed of an astable multivibrator using an operational amplifier capable of oscillating and outputting two different voltages Voh and Vol having the duty ratio Rd. The operational amplifier is connected in series to its negative terminal during oscillation. A connection point between the resistor Rt and the capacitor Ct is connected, and the other terminal of the resistor Rf, to which the output voltage of the operational amplifier is applied to one end, and the resistor Rs, to which the predetermined voltage Vz is applied, are connected to the + side terminal. The connection point with the end is connected,
The operational amplifier is supplied with the power supply voltage Vp or a voltage reflecting the fluctuation of the power supply voltage Vp as the power supply voltage, and at least one voltage Voh that is oscillated and output fluctuates according to the fluctuation of the power supply voltage Vp. The duty ratio decreases as the power supply voltage Vp increases, and the duty ratio increases as the power supply voltage Vp decreases . The equivalent applied voltage Ve is more than the fluctuation ratio of the power supply voltage Vp. It is characterized in that the fluctuation ratio of ≡Vp · Rd is small .
請求項2記載の発明は、請求項1記載の抵抗Rfと抵抗Rsの抵抗値の比率が、電源電圧Vpの変動割合に対する等価印加電圧Ve=Vp・Rdの変動割合が所望の範囲となるように設定されることを特徴とする。
According to a second aspect of the invention, the ratio of the resistance value of the resistor Rf and the resistor Rs of
請求項3記載の発明は、請求項1または2に記載の前記発振回路が、電源電圧Vp>所定電圧Vzを満足する場合には発振して2つの電圧Voh、Volを交互に出力し、電源電圧Vp<所定電圧Vzを満足する場合には発振を停止してVohのみを出力することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the oscillation circuit according to the first or second aspect oscillates and outputs two voltages Voh and Vol alternately when the power supply voltage Vp> the predetermined voltage Vz is satisfied. When voltage Vp <predetermined voltage Vz is satisfied, oscillation is stopped and only Voh is output.
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の前記所定電圧Vzが、ツェナダイオードZDからなる基準電圧回路によって生成されることを特徴とする。
Fourth aspect of the present invention, the predetermined voltage Vz according to any one of
請求項5記載の発明は、請求項4記載の前記基準電圧回路が、複数の所定電圧のうちのいずれかの所定電圧を選択的に出力可能であることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is characterized in that the reference voltage circuit according to
請求項6記載の発明は、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の前記電源電圧が、バッテリー電圧であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, the power supply voltage according to any one of the first to fifth aspects is a battery voltage.
請求項7記載の発明は、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の電流制御回路が、可動部材を復元力に抗した位置に維持するために負荷に流すことが必要な保持電流のための回路であることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, the current control circuit according to any one of the first to sixth aspects of the holding current required to flow through the load in order to maintain the movable member at a position against the restoring force. It is a circuit for this.
請求項8記載の発明は、請求項7記載のものが、電磁切換弁の電磁ソレノイドの保持電流のための回路であることを特徴とする。 The invention described in claim 8 is characterized in that the circuit described in claim 7 is a circuit for holding current of an electromagnetic solenoid of an electromagnetic switching valve.
請求項1記載の発明によれば、電源電圧が上昇するに連れてデューティ比が減少し、電源電圧が減少するに連れてデューティ比が増加する特性を発振回路がそれ自身で持つことにより、電源電圧の変動に拘わらず、負荷に流れる電流をほぼ等しくなるように補正することができる。発振回路自身によるデューティ比の変化を利用するので、複雑なフィードバック制御を不要とすることができ、回路構成を簡単にすることができ、よって、低コストで達成することができる。 According to the first aspect of the present invention, the oscillation circuit itself has the characteristic that the duty ratio decreases as the power supply voltage increases and the duty ratio increases as the power supply voltage decreases. Regardless of voltage fluctuations, the current flowing through the load can be corrected to be substantially equal. Since the change of the duty ratio by the oscillation circuit itself is used, complicated feedback control can be eliminated, the circuit configuration can be simplified, and can be achieved at low cost.
電源電圧Vpの変動よりも等価印加電圧Ve≡Vp・Rdの変動が小さくなるようにデューティ比Rdが変化する特性を発振回路がそれ自身で持つことにより、電源電圧の変動に拘わらず、負荷に流れる電流をほぼ等しくなるように補正することができる。発振回路自身によるデューティ比の変化を利用するので、複雑なフィードバック制御を不要とすることができ、回路構成を簡単にすることができ、よって、低コストで達成することができる。 Since the oscillation circuit itself has the characteristic that the duty ratio Rd changes so that the fluctuation of the equivalent applied voltage Ve≡Vp · Rd becomes smaller than the fluctuation of the power supply voltage Vp, it can be applied to the load regardless of the fluctuation of the power supply voltage. It is possible to correct the flowing currents to be substantially equal. Since the change of the duty ratio by the oscillation circuit itself is used, complicated feedback control can be eliminated, the circuit configuration can be simplified, and can be achieved at low cost.
オペアンプを用いた無安定マルチバイブレータとすることで、特殊部品を用いることなく、回路構成を簡単にすることができる。 By using an astable multivibrator using an operational amplifier, the circuit configuration can be simplified without using special parts.
オペアンプの電源電圧として、前記電源電圧Vpまたは前記電源電圧Vpの変動を反映した電圧が供給され、オペアンプの+側端子に出力電圧と所定電圧との電圧を抵抗Rsと抵抗Rfとで分圧した電圧が帰還されることにより、電源電圧の上昇と共に等価印加電圧が増加するという常識に反して、ほぼ一定の等価印加電圧とすることができる。 As the power supply voltage of the operational amplifier, the power supply voltage Vp or a voltage reflecting the fluctuation of the power supply voltage Vp is supplied, and the output voltage and a predetermined voltage are divided by the resistor Rs and the resistor Rf to the + side terminal of the operational amplifier. By feeding back the voltage, it is possible to make the equivalent applied voltage almost constant, contrary to the common sense that the equivalent applied voltage increases as the power supply voltage increases.
請求項2記載の発明によれば、抵抗Rfと抵抗Rsの比率を適宜に設定することにより、要求される等価印加電圧の変動割合を満足するように簡単に設計することができるようになる。 According to the second aspect of the present invention, by appropriately setting the ratio of the resistance Rf and the resistance Rs, it is possible to easily design so as to satisfy the required fluctuation ratio of the equivalent applied voltage.
請求項3記載の発明によれば、電源電圧が高いときには発振し、電源電圧が低いときには発振しないようにして、電源電圧が高いときの消費電力を節約することができるようになる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to save power consumption when the power supply voltage is high by oscillating when the power supply voltage is high and not oscillating when the power supply voltage is low.
請求項4記載の発明によれば、ツェナダイオードによって所定電圧を簡単に生成することができると共に、電源電圧VpがVzよりも小さくなると、所定電圧が印加されないようにして、発振を停止させることができるようになる。 According to the fourth aspect of the present invention, the predetermined voltage can be easily generated by the Zener diode, and when the power supply voltage Vp becomes lower than Vz, the predetermined voltage is not applied and the oscillation is stopped. become able to.
請求項5記載の発明によれば、複数の所定電圧のうちのいずれかの所定電圧を選択的に出力することにより、きめ細かい制御を行なうことができるようになる。 According to the fifth aspect of the present invention, fine control can be performed by selectively outputting any one of a plurality of predetermined voltages.
請求項6記載の発明によれば、本発明を経時変化するバッテリー電圧に適用することで、経時変化による影響を緩和させることができるようになる。 According to the sixth aspect of the present invention, by applying the present invention to a battery voltage that changes with time, it is possible to reduce the influence of the change with time.
請求項7記載の発明によれば、本発明を、可動部材を移動させるためではなく、可動部材を復元力に抗した位置を維持するために負荷に流すことが必要な保持電流のための回路として適用することができる。 According to the invention described in claim 7 , the present invention is not a circuit for moving the movable member, but a circuit for holding current that needs to flow through a load to maintain the position of the movable member against the restoring force. Can be applied as
請求項8記載の発明によれば、本発明を電磁切換弁の電磁ソレノイドの保持電流のための回路として適用することができる。 According to the invention described in claim 8 , the present invention can be applied as a circuit for the holding current of the electromagnetic solenoid of the electromagnetic switching valve.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の電流制御回路を含み負荷に電流を流すための回路のブロック図の一例である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an example of a block diagram of a circuit including a current control circuit according to the present invention for flowing a current through a load.
図1において、負荷はソレノイド10であり、ソレノイド10にはソレノイド駆動回路12が接続される。ソレノイド駆動回路12は例えば、図7や特許文献1で示されたような図9のソレノイド駆動回路とすることができ、電源電圧Vpがそれぞれ供給されている。ソレノイド駆動回路12には、ソレノイドの励磁電流の制御を行なう電流制御回路14と、本発明による保持電流の制御を行なうための電流制御回路16と、指令信号を出すための入力信号処理回路18からの信号がゲート回路を介して入力される。
In FIG. 1, the load is a
電流制御回路14は、励磁指令がONとなると、所定時間ONとなる矩形波信号を出力するもので、ワンショット回路で構成される。この所定時間とは、電磁切換弁であれば可動部材となるスプールが移動して切換完了するのに必要な時間となる。
The
電流制御回路16は発振回路からなり、以下で詳述するように、そのデューティ比が電源電圧により変化する特性を持つ。この電流制御回路14と電流制御回路16との出力をOR回路等で加算することにより、図10(b)に示すようなスイッチ制御信号が生成される。
The
図1は、ソレノイド10が電磁切換弁の電磁ソレノイドとして使用された例である。複数のソレノイド10に対応して、各々ソレノイド駆動回路12、電流制御回路14及び入力信号処理回路18が備えられている。但し、電流制御回路16は共通となっており、そのために、電流制御回路16は、各電磁切換弁のON/OFFの影響を受けて電源電圧が変動しやすい状況にある。
FIG. 1 is an example in which a
図2は、本発明による電流制御回路16の詳細回路図であり、発振回路であるオペアンプを用いた無安定マルチバイブレータ20で構成される。
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the
図において、無安定マルチバイブレータ20は、オペアンプ22を備えており、オペアンプ22の電源電圧としては、一定電圧ではなく変動し得る電源電圧Vpが供給される。この場合、電源電圧Vpそのものではなくとも、電源電圧Vpに比例する電圧等の電源電圧Vpの変動を反映した電圧が供給されればよい。そして、オペアンプ22の−側端子には、コンデンサCtと抵抗Rtとからなる直列回路24の抵抗RtとコンデンサCtとの接続点が接続される。また、オペアンプ22の+側端子には、抵抗Rsと抵抗Rfとの接続点が接続される。抵抗Rfの一端には、オペアンプ22の出力電圧Voが印加される。そして、抵抗Rsの一端には、基準電圧回路26を構成するツェナダイオードZDが接続されており、変動し得る電源電圧Vpに対して所定電圧Vzが印加されている。よって、オペアンプ22の+側端子には、出力電圧Voと所定電圧Vzとの電圧を抵抗Rsと抵抗Rfとで分圧した電圧が正帰還されている。
In the figure, the
以上の無安定マルチバイブレータの作用を説明すると、次のようになる。抵抗Rsと抵抗Rfとの接続点の電圧Vtは、 The operation of the above astable multivibrator will be described as follows. The voltage Vt at the connection point between the resistor Rs and the resistor Rf is
オペアンプ22の出力が、Vo=Vohのとき、つまり電流を吐き出す方向で飽和しているときは、コンデンサCtに充電中であり、抵抗Rsと抵抗Rfとの接続点の電圧Vtは、(1)式より
When the output of the
コンデンサCtの電圧をVc(t)とすると、充電中は、
オペアンプ22の出力は、Vc=Vtのときに反転するから、Vcl=Vtl、Vch=Vthである。
Since the output of the
コンデンサCtの電圧がVchになるまでの充電時間をtcとすると、(4)式から
同様に、コンデンサCtの電圧がVclになるまでの放電時間をtdとすると、(5)式から Similarly, when the discharge time until the voltage of the capacitor Ct becomes Vcl is td,
発振周期Tは、
図1に例示するように電源電圧Vpが供給されると共にその電源電圧Vpの供給が電流制御回路16のデューティ比Rdによってスイッチング制御されるソレノイド10に対して実質的に印加される等価印加電圧は、Ve=Rd×Vpとなる。
As shown in FIG. 1, an equivalent applied voltage that is substantially applied to the
オペアンプ22の電源電圧は、電源電圧Vpの変動下にあるので、Vohは電源電圧Vpの影響を受け、通常電源電圧Vpより若干小さい値を持つ一方、Volは電源電圧Vpの影響をほとんど受けない。さらにオペアンプ22には、その+側端子に出力電圧Vo(Voh,Vol)と所定電圧Vzとの電圧を抵抗Rsと抵抗Rfとで分圧した電圧が帰還されており、抵抗Rsの一端には電源電圧Vpによらない所定電圧Vzが印加されるために、電源電圧Vpの変動の影響を受けてデューティ比Rd=tvoh/(tvoh+tvol)、(tvoh=tc:Vohの出力継続時間、tvol=td:Volの出力継続時間)が変化する特性を持つ。具体的には、電源電圧Vpが上昇するに連れて、デューティ比が減少し、電源電圧が減少するに連れて、デューティ比が増加する特性を備える。このとき、発振周波数も変化する。この特性は、外部の電流値といった検出値をフィードバック制御する必要なく、無安定マルチバイブレータ20自身によって達成されるために、この特性を利用すれば、特別な部品を用いることなく簡単な構成で電源電圧Vpを相殺して、等価印加電圧Veが電源電圧Vpの変動割合よりも小さい変動割合となるようにすることができる。
Since the power supply voltage of the
さらに、kを適切な範囲の値に選択することによって、電源電圧Vpの変動に対する等価印加電圧Ve=Rd×Vpの変動が所定の範囲に収まるように設定することができる。 Furthermore, by selecting k within a suitable range, it is possible to set so that the variation of the equivalent applied voltage Ve = Rd × Vp with respect to the variation of the power supply voltage Vp falls within a predetermined range.
ここで、kの値とデューティ比Rdの関係、kの値と等価印加電圧Veとの関係を定性的に見るために、Vp=Vps(1+ΔVp)(Vps:基準電圧(または定格電圧))とし、便宜上、Voh=Vp−a・Vps、Vol=b・Vps、Vz=c・Vpsとして、(8)式を用いて、様々なk(0<k<1)に対して、Vp/Vpsを横軸に、デューティ比Rdを縦軸としたグラフを描くと図3Aに示すようになり、Vp/Vpsを横軸に、Ve/Ves(Vesは、Vp=VpsのときのVeである)を縦軸としたグラフを描くと、図3Bに示すようになる。尚、図3のグラフを作成するに当たり、a、b、cのパラメータについては、(a)はc=0.4、即ちVz=0.4Vps、(b)はc=0.6、即ちVz=0.6Vpsとし、a=0.04、b=0.03とした。実際の一般的なオペアンプでは、上述のように、Vohは、オペアンプに供給される電源電圧に対して1V程度低く、また、Volは、オペアンプに供給される電源電圧にほとんど依存しないほぼ一定値をとるが、上記式のようにVoh=Vp−a・Vps、Vol=b・Vpsと近似してもその傾向は変わるものではない。 Here, in order to qualitatively see the relationship between the value of k and the duty ratio Rd, and the relationship between the value of k and the equivalent applied voltage Ve, Vp = Vps (1 + ΔVp) (Vps: reference voltage (or rated voltage)). For convenience, it is assumed that Voh = Vp−a · Vps, Vol = b · Vps, Vz = c · Vps, and using equation (8), Vp / Vps is set for various k (0 <k <1). When a graph with the duty ratio Rd as the vertical axis is drawn on the horizontal axis, the result is as shown in FIG. 3A. Ve / Ves (Ves is Ve when Vp = Vps) is plotted with Vp / Vps as the horizontal axis. When the graph with the vertical axis is drawn, it is as shown in FIG. 3B. In preparing the graph of FIG. 3, for parameters a, b, and c, (a) is c = 0.4, that is, Vz = 0.4 Vps, and (b) is c = 0.6, that is, Vz. = 0.6 Vps, a = 0.04, b = 0.03. In an actual general operational amplifier, as described above, Voh is about 1 V lower than the power supply voltage supplied to the operational amplifier, and Vol has a substantially constant value almost independent of the power supply voltage supplied to the operational amplifier. However, even if it approximates to Voh = Vp−a · Vps and Vol = b · Vps as in the above equation, the tendency does not change.
図3Aから、電源電圧Vpの基準電圧(定格電圧)Vpsの増加・減少に対して、デューティ比Rdが反対の減少・増加の傾向になることが分かり、図3Bから、電源電圧Vpの基準電圧(定格電圧)Vpsに対する変動割合に対して、等価印加電圧Veの基準等価印加電圧Vesに対する変動割合を小さくすることができることが分かる。kを所望の範囲(例えば0.9前後または0.9以上)に設定することにより、等価印加電圧Veをほとんど変化しないようにすることができる。よって、要求される許容変動幅に対して、これを満足するようにRsとRfを選択することによって、仕様を満足する回路の設計を行なうことができる。 3A shows that the duty ratio Rd tends to decrease and increase in the opposite direction with respect to the increase and decrease of the reference voltage (rated voltage) Vps of the power supply voltage Vp. From FIG. 3B, the reference voltage of the power supply voltage Vp can be seen. It can be seen that the fluctuation ratio of the equivalent applied voltage Ve to the reference equivalent applied voltage Ves can be reduced with respect to the fluctuation ratio of (rated voltage) Vps. By setting k to a desired range (for example, around 0.9 or 0.9 or more), the equivalent applied voltage Ve can be hardly changed. Therefore, by selecting Rs and Rf so as to satisfy the required allowable fluctuation range, a circuit that satisfies the specifications can be designed.
以上の例は、電流制御回路16の随時の電源電圧変動に対応する例であったが、本発明は電源電圧が所定値以上にあるときにデューティ比をその電源電圧に応じて発振させて、所定値以下の範囲で発振させないようにして、使用することも可能である。
The above example is an example corresponding to the power supply voltage fluctuation at any time of the
この場合に、図2の回路構成は変わらないが、Vzの値を、前記所定値となるように設定する。Vp>Vzの関係にある場合には、図2の等価回路は図4(a)のように表され、電流制御回路16は、電源電圧Vpの大きさに依存したデューティ比で発振する。一方、Vp<Vzの関係にある場合には、図2の等価回路は図4(b)のように表され、常時、Vt>Vohとなり、発振が停止する。
In this case, the circuit configuration of FIG. 2 is not changed, but the value of Vz is set to be the predetermined value. When Vp> Vz, the equivalent circuit of FIG. 2 is expressed as shown in FIG. 4A, and the
これによれば、例えば図5に示すように、電源電圧Vpが経時的に減少していく傾向のあるバッテリー電圧のようなものの場合に、電源電圧Vpが所定電圧Vzよりも大きい範囲では発振して、電源電圧Vpが低下して所定電圧Vzよりも小さくなると、発振が停止する。よって、所定電圧Vzを定格電圧に設定すれば、電源電圧Vpが定格電圧以上である場合には発振をして消費電力を節約し、電源電圧が定格電圧以下となった場合には、フル出力とすることができるようになる。 According to this, for example, as shown in FIG. 5, when the power supply voltage Vp is a battery voltage that tends to decrease with time, the power supply voltage Vp oscillates in a range larger than the predetermined voltage Vz. When the power supply voltage Vp decreases and becomes lower than the predetermined voltage Vz, the oscillation stops. Therefore, if the predetermined voltage Vz is set to the rated voltage, it oscillates to save power consumption when the power supply voltage Vp is equal to or higher than the rated voltage, and full output when the power supply voltage becomes lower than the rated voltage. And will be able to.
図6は、本発明によるさらに別の発振回路20−1を持つ電流制御回路の例であり、この例では、基準電圧回路26−1が複数の所定電圧Vzを出力可能となっている点で、前実施形態と異なっている。具体的には、基準電圧回路26−1は、電圧の異なるツェナダイオードVz1、Vz2、及びスイッチS1を有しており、切換信号により所定電圧Vz1と所定電圧Vz2を切り換えている。 FIG. 6 shows an example of a current control circuit having still another oscillation circuit 20-1 according to the present invention. In this example, the reference voltage circuit 26-1 can output a plurality of predetermined voltages Vz. This is different from the previous embodiment. Specifically, the reference voltage circuit 26-1 has Zener diodes Vz1 and Vz2 having different voltages and a switch S1, and switches between the predetermined voltage Vz1 and the predetermined voltage Vz2 by a switching signal.
所定電圧Vz1と所定電圧Vz2との値の設定及び切換を適宜行なうことにより、さらに細かい制御が可能となる。例えば、所定電圧Vz1と所定電圧Vz2とを切り換えることで、基準デューティ比を変化させることが可能になる。または、所定電圧Vz1によって発振を停止させ、所定電圧Vz2によって発振を発生させる、または、その逆の制御を行なうといったことも可能である。さらには、図5の制御と組み合わせて、図5(a)の電源電圧Vpの経時的変化に対する閾値をVz1に設定する一方で、所定電圧Vz2によって、デューティ比を変化させるといった制御も可能である。 By appropriately setting and switching the values of the predetermined voltage Vz1 and the predetermined voltage Vz2, finer control can be performed. For example, the reference duty ratio can be changed by switching between the predetermined voltage Vz1 and the predetermined voltage Vz2. Alternatively, the oscillation can be stopped by the predetermined voltage Vz1 and the oscillation can be generated by the predetermined voltage Vz2, or vice versa. Further, in combination with the control of FIG. 5, it is possible to control the duty ratio to be changed by the predetermined voltage Vz2 while setting the threshold for the temporal change of the power supply voltage Vp of FIG. 5A to Vz1. .
本実施形態によれば、以下の効果を有する。
・簡単な構成で電源電圧の変動に対して補正を行なうことができ、低コストで実現できる。
・電源の定格電圧に対して使用上許容できる範囲を広げることができる。使用上許可する電圧を低めに設定すると、保持電流を予め高めに設定する必要があり、省エネルギー効果を損なうことになり、逆に保持電流を低めにすると使用する電圧の許容範囲が狭くなるが、本発明では、かかる問題を一掃することができる。
・負荷への電流値を電圧のデューティ比により制御しているために、定格電圧が同じであれば、異なる電力の負荷に対して同じ電流制御回路を使用することができる。例えば、電磁切換弁においても、弁のサイズによって、必要な励磁電流、保持電流の値が異なるソレノイドが複数種類あるが、同じデューティ比制御が適用できるので、これらの複数のソレノイドに対して1つの電流制御回路を共通に使用することができ、低コストとすることができる。
The present embodiment has the following effects.
-The power supply voltage can be corrected with a simple configuration and can be realized at low cost.
-The allowable range for use with respect to the rated voltage of the power supply can be expanded. If the voltage allowed for use is set lower, the holding current must be set higher in advance, which will impair the energy saving effect, and conversely, if the holding current is lowered, the allowable range of the voltage used will be narrowed. In the present invention, such a problem can be eliminated.
Since the current value to the load is controlled by the voltage duty ratio, the same current control circuit can be used for different power loads if the rated voltage is the same. For example, even in an electromagnetic switching valve, there are a plurality of types of solenoids having different values of required excitation current and holding current depending on the valve size. However, since the same duty ratio control can be applied, there is one solenoid for these solenoids. The current control circuit can be used in common, and the cost can be reduced.
尚、以上の例においては、電磁切換弁におけるソレノイドのための電流制御回路を例にとったが、これに限るものではなく、電流制御が必要な任意の負荷に対して適用することが可能である。例えば、電磁開閉器の場合においても、コイルの焼付け・発熱を防止するために、保持電流を励磁電流よりも低くすると好ましいが、そのような保持電流の電流制御回路として、本発明の電流制御回路は適用可能である。 In the above example, the current control circuit for the solenoid in the electromagnetic switching valve is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to any load that requires current control. is there. For example, even in the case of an electromagnetic switch, it is preferable that the holding current is lower than the exciting current in order to prevent the coil from burning and heat generation. Is applicable.
10 ソレノイド(負荷)
16 電流制御回路
20 無安定マルチバイブレータ(発振回路)
22 オペアンプ
26 基準電圧回路
Rs,Rf 抵抗
ZD ツェナダイオード
10 Solenoid (load)
16
22
Claims (8)
前記デューティ比Rdを持った2つの異なる電圧Voh、Volが発振出力可能なオペアンプを用いた無安定マルチバイブレータからなる発振回路を有し、前記オペアンプは、発振時に、その−側端子に、直列接続された抵抗RtとコンデンサCtとの接続点が接続され、その+側端子に、一端にオペアンプの出力電圧が印加された抵抗Rfの他端と一端に所定電圧Vzが印加された抵抗Rsの他端との接続点が接続され、
前記オペアンプは、その電源電圧として、前記電源電圧Vpまたは前記電源電圧Vpの変動を反映した電圧が供給され、発振出力される少なくとも1つの電圧Vohが電源電圧Vpの変動に応じて変動するものとなっており、電源電圧Vpが上昇するに連れてデューティ比が減少し、電源電圧Vpが減少するに連れてデューティ比が増加しており、その電源電圧Vpの変動割合よりも、等価印加電圧Ve≡Vp・Rdの変動割合が小さくなっていることを特徴とする電流制御回路。 Two different voltages Voh and Vol can be oscillated and output, and the duty ratio Rd = tvoh / (tvoh + tvol) of the two voltages, (tvoh: output duration of Voh, tvol: output duration of Vol, | Voh |> | Vol |) in the current control circuit for controlling the time during which the power supply voltage Vp acts on the load, and as a result, supplies the equivalent applied voltage Ve≡Vp · Rd to the load and controls the current flowing through the load.
It has an oscillation circuit composed of an astable multivibrator using an operational amplifier capable of oscillating and outputting two different voltages Voh and Vol having the duty ratio Rd. The operational amplifier is connected in series to its negative terminal during oscillation. A connection point between the resistor Rt and the capacitor Ct is connected, and the other terminal of the resistor Rf, to which the output voltage of the operational amplifier is applied to one end, and the resistor Rs, to which the predetermined voltage Vz is applied, are connected to the + side terminal. The connection point with the end is connected,
The operational amplifier is supplied with the power supply voltage Vp or a voltage reflecting the fluctuation of the power supply voltage Vp as the power supply voltage, and at least one voltage Voh that is oscillated and output fluctuates according to the fluctuation of the power supply voltage Vp. The duty ratio decreases as the power supply voltage Vp increases, and the duty ratio increases as the power supply voltage Vp decreases . The equivalent applied voltage Ve is more than the fluctuation ratio of the power supply voltage Vp. A current control circuit characterized in that the fluctuation ratio of ≡Vp · Rd is small .
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