JP5186204B2 - Actuator drive controller - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチング素子としてMOSFETを備えたアクチュエータ駆動制御装置に関する。 The present invention relates to an actuator drive control device including a MOSFET as a switching element.
この種の従来技術に関連するものとして、特許文献1に開示されたリニヤソレノイド駆動装置が挙げられる。
A linear solenoid driving device disclosed in
上記リニヤソレノイド駆動装置は、スイッチング素子としてMOSFETを備えている。MOSFETはMetal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略で、ゲート、ドレイン、およびソースの3端子を有するFET(いわゆる電界効果トランジスタ)の1種である。また、MOSFETはゲート端子の絶縁用に金属電極(酸化膜)を備えているため、他のトランジスタやFETに比べて寄生容量(コンデンサー容量)値が大きいという特性を有している。 The linear solenoid driving device includes a MOSFET as a switching element. MOSFET is an abbreviation for Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, and is a kind of FET (so-called field effect transistor) having three terminals of a gate, a drain, and a source. Further, since the MOSFET includes a metal electrode (oxide film) for insulating the gate terminal, it has a characteristic that the parasitic capacitance (capacitor capacitance) value is larger than that of other transistors and FETs.
この種の従来技術にあっては、リレーやMOSFET等の動作によりアクチュエータ駆動制御を行なう際に過渡的な状態で電源―グランド間に大きな過度電流、いわゆる突入電流が流れるおそれがあるので、電子回路における過大な電圧の上昇を抑えるための保護回路、すなわちスナバ回路を設けたり、または制御ソフトで上記突入電流の影響を抑制することが考えられる。なお、上記スナバ回路は、直列で接続された小さな抵抗およびコンデンサから構成されたものや、ダイオードで構成されたものがある。 In this type of prior art, a large transient current, so-called inrush current, may flow between the power supply and ground in a transient state when actuator drive control is performed by operation of a relay, MOSFET, etc. It is conceivable to provide a protection circuit, that is, a snubber circuit for suppressing an excessive increase in voltage at, or to suppress the influence of the inrush current with control software. The snubber circuit includes a small resistor and a capacitor connected in series, and a snubber circuit including a diode.
上記構成では、突入電流による過大な電圧の上昇をスナバ回路により抑えることによってアクチュエータ制御信号に影響を及ぼすことを防止できるとともに、過度電流でトランジスタや制御用デバイスが破壊されてしまうのを防ぐことができる。
しかしながら、前記従来技術では、スナバ回路を設けるために抵抗とコンデンサなどの部品点数が増えるのでコストの増大を招くという問題があり、また突入電流の影響を抑制する制御ソフトを備えた場合もコストの増大を招くという問題があった。 However, the prior art has a problem in that the number of components such as resistors and capacitors increases to provide a snubber circuit, resulting in an increase in cost. In addition, there is a cost in the case of having control software that suppresses the influence of inrush current. There was a problem of causing an increase.
そこで、本発明は、突入電流による過大な電圧の上昇を抑制してトランジスタや制御用デバイスを保護し、かつアクチュエータの駆動制御を円滑に行なうことができるとともに、コストを抑えることができるアクチュエータ駆動制御装置を提供することを目的とする。 Thus, the present invention protects transistors and control devices by suppressing an excessive increase in voltage due to an inrush current, and enables actuator drive control to be performed smoothly and at the same time to reduce costs. An object is to provide an apparatus.
上記目的を達成する請求項1の発明は、電源と、電力で駆動するアクチュエータと、このアクチュエータへ該電源からの電力を供給するアクチュエータ駆動回路と、このアクチュエータ駆動回路内に配設され、該アクチュエータ駆動回路の開閉を行なうMOSFETと、このMOSFETのON−OFF制御を行なうCPUとを備えたアクチュエータ駆動制御装置において、前記CPUに対して信号の送受信を行なう上位制御手段を備え、前記アクチュエータは、吸引ソレノイドと復帰ソレノイドを備え、該吸引ソレノイドと復帰ソレノイドのそれぞれに前記MOSFETが接続され、前記アクチュエータ駆動回路内で電源からの電源電圧が印加される電源ラインと該MOSFETのドレイン端子との間に所定の抵抗値を有する抵抗と、該電源ラインを開閉するリレーとを配置し、
該CPUは、該上位制御手段からの指令信号によって、前記吸引ソレノイドに接続された前記MOSFET、または前記復帰ソレノイドに接続された前記MOSFETの通電を開始する前に前記リレーを閉じ、該MOSFETの通電を開始して設定された時間が経過した後に、該MOSFETの通電を終了してから該リレーを開き、該リレーを開いてから設定された時間が経過した後に、ACK信号を該上位制御手段へ送信し、該上位制御手段は、前記CPUへ該指令信号を送信してから、該ACK信号を受信するまでの時間を計測し、計測した時間の長さに応じて、制御を終了するか、繰返すかの判断を行なうことを特徴とする。
The invention of
The CPU closes the relay before starting to energize the MOSFET connected to the suction solenoid or the MOSFET connected to the return solenoid by a command signal from the host control means, and energizes the MOSFET. After the set time has passed, the relay is opened after the MOSFET has been de-energized, and after the set time has elapsed since the relay was opened, the ACK signal is sent to the upper control means. The upper control means measures the time from the transmission of the command signal to the CPU until the reception of the ACK signal, and ends the control according to the length of the measured time, It is characterized by determining whether to repeat .
請求項1の発明によれば、アクチュエータの停止時に、電源ラインとMOSFETのドレイン端子との間に介設した抵抗により発振し、MOSFETのドレイン端子とソース端子間で擬似的なコンデンサが形成されるので、MOSFETの寄生容量に電荷を充電することにより、ドレイン端子とソース端子間で電位差が発生する。次いで、MOSFETのONにより電力が電源ラインを介してアクチュエータへ供給されて電流がMOSFETへ流れる。このとき、MOSFETでは上記寄生容量に電荷が蓄えられているので、突入電流の電圧は電源電圧から上記寄生容量の電荷を引いた分のみとなり、突入電流の電圧ピーク値が抑えられて過大な電圧の上昇が抑制される。したがって、電源ラインとMOSFETのドレイン端子との間に上記抵抗を介設するのみの簡素な構成で部品点数を削減してコストを抑制できるとともに、突入電流による過大な電圧の上昇を抑えてトランジスタや制御用デバイスを保護し、かつアクチュエータの駆動制御を円滑に行なうことができる。 According to the first aspect of the present invention, when the actuator is stopped, oscillation is caused by the resistance interposed between the power supply line and the drain terminal of the MOSFET, and a pseudo capacitor is formed between the drain terminal and the source terminal of the MOSFET. Therefore, a potential difference is generated between the drain terminal and the source terminal by charging the parasitic capacitance of the MOSFET. Next, when the MOSFET is turned on, electric power is supplied to the actuator via the power supply line, and current flows to the MOSFET. At this time, since the charge is stored in the parasitic capacitance in the MOSFET, the voltage of the inrush current is only the amount obtained by subtracting the charge of the parasitic capacitance from the power supply voltage, and the voltage peak value of the inrush current is suppressed and an excessive voltage is generated. Rise is suppressed. Therefore, the cost can be reduced by reducing the number of parts with a simple configuration in which the resistor is interposed between the power supply line and the drain terminal of the MOSFET, and an excessive increase in voltage due to the inrush current is suppressed. The control device can be protected and the drive control of the actuator can be performed smoothly.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1〜図5は本発明の一実施形態を示し、図1はアクチュエータ駆動制御装置1のブロック図、図2はアクチュエータ駆動回路5の配線図、図3はアクチュエータ駆動制御装置1の動作を示すフローチャート、図4はアクチュエータ駆動制御装置1の施錠時のタイミングチャート、図5はアクチュエータ駆動制御装置1の解錠時のタイミングチャートである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 5 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a block diagram of an actuator
図1に示すように、アクチュエータ駆動制御装置1は、バッテリ電源2より電源ライン3を介して12Vの電力が供給され、電動のアクチュエータ4を駆動するアクチュエータ駆動回路5と、上位制御手段としてのパッシブユニット6を介して電源2に接続される電源回路7と、パッシブユニット6および電源回路7と接続されるメッセージ入出力回路8と、アクチュエータ駆動回路5、電源回路7、メッセージ入出力回路8、リセット回路9およびクロック発振回路10と接続されるCPU11とから主として構成されている。
As shown in FIG. 1, the actuator
パッシブユニット6は、乗員が携帯するリモコンキー12で図示しない車両ドアの鍵を施解錠する装置に適用されている。例えば、パッシブユニット6は、リモコンキー12と交信をしてリモコンキー12の認証を行ない、正規のリモコンキー12からの信号であると判断されると、メッセージ入出力回路8を介してCPU11に施錠指令または解錠指令を送信する。また、パッシブユニット6は、施錠指令または解錠指令を送信した後、操作が完了したことを示す図4、図5のACK信号SG3、SG6がCPU11から返信されるまでの時間を計測しており、所定の時間間隔よりも短い場合にはエラーと判断し、再度施解錠制御を繰返す。
The
アクチュエータ4は、上記車両ドアの鍵を施解錠する施錠側ソレノイド(復帰)13および解錠側ソレノイド(吸引)14から構成されている。
The
CPU11は、パッシブユニット6からの施錠指令または解錠指令によって施錠側ソレノイド13、または解錠側ソレノイド14の回路を閉じて、それぞれのソレノイド13,14が構成する電磁石によってロック部材(図示せず)を施錠位置、または解錠位置に変位させる。また、CPU11は、上記施解錠操作を行なった後に、施解錠操作が完了したことを示す上記ACK信号SG3、SG6を所定時間経過後にパッシブユニット6に返信する。
The
図2に示すように、アクチュエータ駆動回路5は、電源電圧が印加される電源ライン3の途中に配置されるヒューズ21と、電源ライン3を開閉するスイッチ素子としてのリレー22と、抵抗R1〜R4を介してCPU11に接続されるととも、ダイオードD1を介して電源ライン3に接続され、CPU11の制御によりリレー22を作動させるトランジスタ23と、ソレノイド13,14の下流側にそれぞれ設けられる施錠側MOSFET24、および解錠側MOSFET25とを備えている。これらのMOSFET24,25はそれぞれゲート端子G、ドレイン端子D、およびソース端子Sを有している。そして、各ソース端子Sはそれぞれ接地されている。
As shown in FIG. 2, the
施錠側MOSFET24のゲート端子Gは、抵抗R5を介してCPU11に接続されるとともに、抵抗R5のCPU11側は抵抗R6を介して接地され、抵抗R5のMOSFET24側はコンデンサC1を介して接地されている。同様に、解錠側MOSFET25のゲート端子Gは、抵抗R7を介してCPU11に接続されるとともに、抵抗R7のCPU11側は抵抗R8を介して接地され、抵抗R7のMOSFET25側はコンデンサC2を介して接地されている。
The gate terminal G of the
施錠側MOSFET24のドレイン端子Dは、施錠側ソレノイド13の下流側に接続されるとともに、抵抗R9を介して電源ライン3に接続されている。また、施錠側MOSFET24のドレイン端子Dとリレー22の出力側との間には、ダイオードD2が介設されている。同様に、解錠側MOSFET25のドレイン端子Dは、解錠側ソレノイド14の下流側に接続されるとともに、抵抗R10を介して電源ライン3に接続されている。また、解錠側MOSFET25のドレイン端子Dとリレー22の出力側との間には、ダイオードD3が介設されている。
The drain terminal D of the
次に、上記アクチュエータ駆動制御装置1の施錠動作を図3のフローチャートにより説明する。図3の手順S1として乗員が車両ドアの施錠操作をリモコンキー12で行なうと施錠信号が送信されるので、手順S2としてパッシブユニット6は、メッセージ入出力回路8を介してCPU11に施錠指令を送信し、その後、操作が完了したことを示す図4のACK信号SG3がCPU11から返信されるまでの時間を計測する。
Next, the locking operation of the actuator
次いで、上記施錠指令に応じて、手順S4としてCPU11はトランジスタ23によりリレー22をONさせるとともに、手順S5として施錠側MOSFET24をONさせる。このとき、図4に示すように、CPU11は、リレー22へ制御信号SG1を出力してから時間T1後に、MOSFET24へ制御信号SG2を出力し、それから時間T2後に、上記制御信号SG2の出力を停止する。次いで、時間T3後にリレー22の制御信号SG1の出力を停止する。
Next, in response to the locking command, in step S4 , the
上記手順S4にてリレー22がONするとともに、上記手順S5にてMOSFET24がONする結果、電源2−電源ライン3−リレー22−施錠側ソレノイド13−施錠側MOSFET24の回路が形成され、電源2より電力が施錠側ソレノイド13へ供給されるので、手順S6として施錠側ソレノイド13が作動して、手順S7として車両ドアが施錠された後、手順S8としてCPU11からパッシブユニット6へ図4に示すACK信号SG3を返信する。なお、ソレノイド13の駆動後、電源2の電源電圧が不安定になるため、リレー22の制御信号SG1の出力停止より時間T4経過したから上記ACK信号SG3が出力される。
As a result of the
次いで、手順S9として、パッシブユニット6は施錠指令を送信してからACK信号SG3の返信が所定の時間間隔以上である場合には正常であると判断して、一連の施錠側ソレノイド13の駆動制御を終了する。一方、上記手順S9にて上記ACK信号SG3の返信が所定の時間間隔よりも短い場合にはエラーと判断し、手順S10としてリセット回路9よりリセット指令を出力してリセットした後、手順S2に戻って再度施錠制御を繰返す。
Next, in step S9, the
次に、上記アクチュエータ駆動制御装置1の解錠動作を図3のフローチャートにより説明する。図3の手順S1としてリモコンキー12から車両ドアの解錠信号が送信されると、手順S2としてパッシブユニット6は、メッセージ入出力回路8を介してCPU11に解錠指令を送信し、その後、操作が完了したことを示す図5のACK信号SG6がCPU11から返信されるまでの時間を計測する。
Next, the unlocking operation of the actuator
次いで、上記解錠指令に応じて、手順S4としてCPU11はトランジスタ23によりリレー22をONさせるとともに、手順S5として解錠側MOSFET25をONさせる。このとき、図5に示すように、CPU11はリレー22へ制御信号SG4を出力してから時間T1後に、解錠側MOSFET25へ制御信号SG5を出力し、それから時間T2後に、上記制御信号SG5の出力を停止する。次いで、時間T3後にリレー22の制御信号SG4の出力を停止する。
Next, in accordance with the unlocking command, the
上記手順S4にてリレー22がONするとともに、上記手順S5にて解錠側MOSFET25がONした結果、電源2−電源ライン3−リレー22−解錠側ソレノイド14−解錠側MOSFET25の回路が形成され、電源2より電力が解錠側ソレノイド14へ供給されるので、手順S6として解錠側ソレノイド14が作動して、手順S7として車両ドアが解錠された後、手順S8としてCPU11からパッシブユニット6へ図5に示すACK信号SG6を返信する。なお、ソレノイド14の駆動後、電源2の電源電圧が不安定になるため、リレー22の制御信号SG1の出力停止より時間T4経過したから上記ACK信号SG6が出力される。
As a result of the
次いで、手順S9として、パッシブユニット6は解錠指令を送信してからACK信号SG6の返信が所定の時間間隔以上である場合には正常であると判断して、一連の解錠側ソレノイド14の駆動制御を終了する。一方、上記手順S9にて上記ACK信号SG6の返信が所定の時間間隔よりも短い場合にはエラーと判断し、手順S10としてリセット回路9よりリセット指令を出力してリセットした後、手順S2に戻って再度解錠制御を繰返す。
Next, as a procedure S9, the
また、施錠側ソレノイド13の停止時に、電源ライン3と施錠側MOSFET24のドレイン端子Dとの間に介設した抵抗R8により発振し、施錠側MOSFET24のドレイン端子Dとソース端子S間で擬似的なコンデンサが形成されるので、施錠側MOSFET24の寄生容量に電荷が充電されることにより、ドレイン端子Dとソース端子S間で電位差が発生する。その後、施錠側MOSFET24のONにより電源電圧が電源ライン3を介して施錠側ソレノイド13へ印加されて施錠側MOSFET24を介して電流が流れる。このとき、施錠側MOSFET24では寄生容量に電荷が蓄えられているので、突入電流の電圧は12Vの電源電圧から寄生容量の電荷分を引いた分のみとなり、突入電流の電圧ピーク値が抑えられて過大な電圧の上昇が抑制される。同様に、解錠側ソレノイド14の作動時にも突入電流による過大な電圧の上昇が抑制される。
Further, when the locking
以上、説明したように本発明では、電源ライン3とMOSFET24,25のドレイン端子Dとの間に上記抵抗R9、R10を介設するのみの簡素な構成で部品点数を削減してコストを抑制できるとともに、突入電流による過大な電圧の上昇を抑制してトランジスタ23、MOSFET24、25や他の制御用デバイスを保護することができる。
As described above, according to the present invention, the cost can be reduced by reducing the number of parts with a simple configuration in which the resistors R9 and R10 are interposed between the
また、通常操作ではリレー22を開閉した際の電圧がMOSFET24,25の寄生容量により吸収されるが、何らかの理由により寄生容量を超える過大な電圧が掛かった場合や、他の影響(例えば静電気や半田付け時の作業環境)などでMOSFET24,25に大きな電気的負荷が掛かり、寄生容量が大きく変化してしまった場合には、突入電流による過大な電圧の上昇に伴い偽ACK信号となってパッシブユニット6に送信されてしまう。その結果、上記手順S9にて上記偽ACK信号の返信が所定の時間間隔よりも短いのでエラーと判断し、再度施解錠制御を繰返すという不具合が生じる。そこで、本発明では、上記抵抗R9、R10を設けてMOSFET24,25の寄生容量に常に充電することにより、上記突入電流による過大な電圧の上昇に伴って偽ACK信号が発生することを抑制できるので、ソレノイド13,14の駆動制御を円滑に行なうことができる。
In normal operation, the voltage when the
1 アクチュエータ駆動制御装置
2 バッテリ電源(電源)
3 電源ライン
4 アクチュエータ
5 アクチュエータ駆動回路
6 パッシブユニット
11 CPU
13,14 ソレノイド
22 リレー
24,25 MOSFET
R9、R10 抵抗
1 Actuator drive controller 2 Battery power supply
3
13, 14
R9, R10 resistance
Claims (1)
前記CPUに対して信号の送受信を行なう上位制御手段を備え、
前記アクチュエータは、吸引ソレノイドと復帰ソレノイドを備え、
該吸引ソレノイドと復帰ソレノイドのそれぞれに前記MOSFETが接続され、
前記アクチュエータ駆動回路内で電源からの電源電圧が印加される電源ラインと該MOSFETのドレイン端子との間に所定の抵抗値を有する抵抗と、
該電源ラインを開閉するリレーとを配置し、
該CPUは、
該上位制御手段からの指令信号によって、前記吸引ソレノイドに接続された前記MOSFET、または前記復帰ソレノイドに接続された前記MOSFETの通電を開始する前に前記リレーを閉じ、
該MOSFETの通電を開始して設定された時間が経過した後に、該MOSFETの通電を終了してから該リレーを開き、
該リレーを開いてから設定された時間が経過した後に、ACK信号を該上位制御手段へ送信し、
該上位制御手段は、
前記CPUへ該指令信号を送信してから、該ACK信号を受信するまでの時間を計測し、
計測した時間の長さに応じて、制御を終了するか、繰返すかの判断を行なうことを特徴とするアクチュエータ駆動制御装置。 A power source, an actuator driven by electric power, an actuator driving circuit for supplying electric power from the power source to the actuator, a MOSFET disposed in the actuator driving circuit for opening and closing the actuator driving circuit, and the MOSFET In an actuator drive control device including a CPU that performs ON-OFF control,
Comprising high-order control means for transmitting and receiving signals to and from the CPU;
The actuator includes a suction solenoid and a return solenoid,
The MOSFET is connected to each of the suction solenoid and the return solenoid,
A resistor having a predetermined resistance value between a power supply line to which a power supply voltage from a power supply is applied in the actuator drive circuit and a drain terminal of the MOSFET;
A relay for opening and closing the power line ,
The CPU
In response to a command signal from the upper control means, the relay connected to the MOSFET connected to the suction solenoid or the MOSFET connected to the return solenoid is started before energization,
After the set time has elapsed after starting the energization of the MOSFET, the relay is opened after the energization of the MOSFET is terminated,
After a set time has elapsed since the relay was opened, an ACK signal is transmitted to the upper control means,
The upper control means
Measure the time from sending the command signal to the CPU until receiving the ACK signal,
An actuator drive control device characterized by determining whether to end or repeat the control according to the measured length of time .
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