JPH0524872Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】 この考案は比例電磁弁に
関する。

【0002】

【従来の技術】 従来、比例電磁弁の駆動方式と
しては、電流制御トランジスタのコレクタに一定
電圧を与えておいて制御入力信号に応じた直流電
流を前記電流制御トランジスタから出力させ、こ
の出力電流により比例電磁弁のソレノイドコイル
を励磁する電流制御方式と、出力用のスイツチン
グトランジスタの導通時間を制御入力信号に応じ
て制御することによりソレノイドコイルへの出力
電流を制御するスイツチング方式とが使用されて
いた。

【0003】 前者は直流増幅であるため、応答性に
優れると共に電源電圧変動などの変動要因に対し
ても充分補正でき、安定した方式であるといえる
が、充分な応答性を得るためには電流制御トラン
ジスタのコレクタに供給する電圧として高い電圧
が必要であり、トランジスタの消費電力が大きく
なつてその発熱量が無視できなくなるので、大電
力トランジスタと大きな放熱器が必要となるとい
う欠点がある。

【0004】 後者はスイツチング方式であるため、
電流制御トランジスタの消費電力は少なく、小形
のパワートランジスタですむが、電流制御トラン
ジスタの負荷がコイル即ち誘導性負荷であるため
トランジスタのスイツチングオフ時にサージ電圧
が発生し、このサージ電圧を吸収するためにトラ
ンジスタの負荷側にダイオードやバリスタなどの
サージ吸収素子を入れなければならず、その結
果、制御電流のオフ時間が長くなるためパワー増
幅器としての応答性が遅くなり、電源電圧の瞬時
変動に対して安定性が得られなくなるという欠点
がある。

【0005】 尚、一般的なオーデイオ用トランジス
タ電力増幅器では、エミツタフオロワ出力トラン
ジスタの電力損失を少なくする方式として例えば
特開昭57−107618号公報に示されるような方式が
知られている。このものでは、出力トランジスタ
のコレクタ電圧を検出し、これと入力信号との直
流レベルの差が一定値に保たれるように直流電源
からのコレクタ供給電圧をスイツチング可変電圧
回路で制御する。この方式は出力トランジスタの
負荷の直流インピーダンスがほぼ一定に保たれる
オーデイオ回路の場合には有効であるが、負荷が
比例電磁弁のソレノイドコイルのように使用中に
発熱するものの場合は負荷自体のインピーダンス
が負荷の発熱により大幅に変化するので、負荷の
使用温度範囲の全域について出力トランジスタの
電力損失を必要最低限に維持することは出来な
い。

【0006】 また、実開昭60−27511号公報には、
ビデオテープレコーダのリールモータのような負
荷に一定値の駆動電流を供給するための電流出力
増幅器において、増幅器の出力端子電圧と電源電
圧との偏差電圧を基準電圧と比較し、この比較誤
差によつて電源電圧をスイツチング制御して前記
偏差電圧を一定に保持するようにし、以つて負荷
抵抗が小さい場合に増幅器の出力段の電力損失を
少なくすることが示されている。しかしながら、
この先行公報は、負荷がVTR用モータのような
低インピーダンスの場合の定電流制御に際して増
幅器出力段の電力損失を低減する方式を示すだけ
であり、高い誘導性負荷インピーダンスをもつソ
レノイドコイルの励磁電流を脈動波形信号、すな
わち所謂デイザー信号を重畳した制御入力で電流
帰還制御する場合の出力増幅段の電力損失を必要
最低限にすることを示すものではない。

【0007】

【考案が解決しようとする課題】 比例電磁弁に
おいては、そのソレノイドコイルへ与える駆動電
流にデイザー波形信号を重畳して可動鉄心の動き
のヒステリシスを減らし、弁の比例動作特性を確
保することが常套であるが、このデイザー信号の
脈動波形は電流制御トランジスタの入力電流に或
る最適な波形と振幅で重畳されるため、デイザー
信号の周期的な降下時に電流制御トランジスタの
エミツタ電圧が大きく落ち込み、このときコレク
タ電圧が一定であるとトランジスタにおける電力
損失がデイザー信号の周期的な降下のたびに大き
く増加する。

【0008】 この考案で課題とするところは、前記
従来技術の欠点を除去して、デイザー波形を重畳
した制御入力信号による直流電流制御方式の性能
を確保しながら、負荷であるソレノイドコイルの
使用温度範囲の全域にわたつて電流制御トランジ
スタの電力損失を必要最低限に維持できるように
し、電流制御トランジスタの発熱をスイツチング
方式なみに、或いはそれ以下に少なくし、使用ト
ランジスタを小形化すると共にそれに用いる放熱
器も小面積化して、増幅器を含む電装部を電磁弁
ボデイに搭載できるようにした比例電磁弁を提供
することである。

【0009】

【課題を解決するための手段】 本考案では、制
御入力信号に脈動波形信号を重畳する加算アンプ
と、該加算アンプからの前記脈動波形信号を重畳
した制御入力信号に対して比例動作する電圧増幅
器と、該電圧増幅器の出力によりベース電流を制
御されるエミツタホロワ接続の電流増幅トランジ
スタと、該トランジスタのエミツタ出力電流によ
り励磁されてその電流値に比例した磁気吸引力を
生じるソレノイドコイルと、該ソレノイドコイル
に流れる電流を検出して前記電圧増幅器に帰還す
るフイードバツク回路とを備えた比例電磁弁にお
いて、特に前記課題を達成するために、前記トラ
ンジスタのコレクタ−エミツタ間電圧を検出する
電圧検出回路と、該電圧検出回路の出力をあらか
じめ設定された基準電圧と比較してその偏差に対
応した誤差電圧を出力する誤差増幅器と、前記誤
差電圧に基づいて前記偏差がなくなるように前記
トランジスタのコレクタに直流電源からの供給電
圧を可変制御して与えるスイツチング可変電圧回
路とを設けたものである。尚、前記基準電圧は、
当然のことながら前記電流増幅トランジスタが電
流制御動作するに足りる必要最低限の電圧以上に
設定されるものであることは述べるまでもない。

【0010】

【作用】 この考案の比例電磁弁では、電流増幅
トランジスタのコレクタ−エミツタ間電圧が常に
一定値を保つように該トランジスタのコレクタ電
圧が可変制御され、従つて該トランジスタの消費
電力は前記基準電圧で定まるところの最低限にな
り、しかも本来のデイザー波形を重畳した直流電
流制御方式の動作を支障なく行うことが可能であ
る。

【0011】 すなわち、この考案の比例電磁弁で
は、前記電流制御トランジスタはエミツタフオロ
ワ型の出力増幅回路を形成し、前記電圧増幅器と
ともに前記制御入力信号に対する電流帰還型の直
流電流増幅器を構成しており、この増幅器の負荷
電流に対する電流帰還動作は通常の電流負帰還増
幅器のそれと変りない。制御入力信号が変化した
とき、電流制御トランジスタのエミツタ電圧は入
力電流に追従して変化するが、この考案のパワー
増幅器では常に前記電流制御トランジスタのコク
レタ−エミツタ間の電圧を検出して、これが設定
電圧値に保たれるようにコレクタ供給電圧を制御
する。

【0012】 またデイザーとしての前記脈動波形信
号は一般的な比例電磁弁では100Hz程度の低周波
信号であり、一方、スイツチング可変電圧回路の
スイツチング周波数は通常の如く数十ｋHzの高周
波であるので、制御入力信号に重畳された前記脈
動波形信号の変化に対しても前記電流制御トラン
ジスタのコレクタ−エミツタ間電圧の定電圧制御
は確実に安定して行なわれる。

【0013】 電流制御トランジスタのエミツタには
ソレノイドコイルが負荷として接続されるが、比
例電磁弁のソレノイドコイルは使用中に動作サイ
クルに応じて発熱し、その直流インピーダンスが
通常は20％程度増加する。このような負荷インピ
ーダンスの上昇は電流制御トランジスタのエミツ
タ電圧を上昇させるが、この考案の比例電磁弁で
は電流制御トランジスタのコレクタ電圧だけでな
く、エミツタ電圧の変化をも含めたコレクタ−エ
ミツタ間電圧を検出してコレクタ供給電圧をスイ
ツチング電圧制御により追従制御しているので、
負荷の温度変化によるインピーダンス変化があつ
ても、電流制御トランジスタのコレクタ−エミツ
タ間電圧は常に設定値に保たれ、したがつて電流
制御トランジスタの電力損失は常に必要最低限に
維持可能である。

【0014】

【実施例】 この考案の好ましい実施例を図面と
共に説明すれば、図１において、符号１０は比例
電磁弁のソレノイドコイルであり、このソレノイ
ドコイル１０に対して信号入力手段１１から与え
られる制御入力信号に応じた直流電流が供給さ
れ、比例電磁弁のスプールに機械的に結合された
可動鉄心に対してその駆動のための磁気吸引力が
発生される。

【0015】 本実施例の比例電磁弁の増幅系は、信
号入力手段１１からの制御入力信号に発振器９か
らの低周波脈動波形信号を重畳する加算アンプ１
と、ソレノイドコイル１０に流れる出力電流を検
出する電流検出抵抗２と、前記加算アンプ１の出
力を入力端子に受け前記電流検出抵抗２の両端間
に現れる電圧を帰還入力端子に受けてこれらの偏
差出力を出力する演算増幅器３と、この演算増幅
器３の出力によるコイル１０に流れる電流を制御
する電流増幅トランジスタ４とを含み、基本的に
は負荷に流れる電流によつて抵抗２に生じる電圧
が制御入力信号電圧と比例関係になるように演算
増幅器３で演算して、所謂電流フイードバツク制
御を行う前記直流電流制御方式の構成を備えてい
る。

【0016】 １２は直流電源であり、その出力はス
イツチング電圧可変回路７を介して前記電流増幅
トランジスタ４のコレクタに供給されている。ま
たこのトランジスタ４のコレクタ電圧を一方の入
力端に受け且つエミツタ電圧を他方の入力端に受
けてコレクタ−エミツタ間電圧を検出する電圧検
出用演算増幅器５が設けられ、その検出電圧を誤
差増幅器６で設定手段８からの基準電圧と比較
し、両者の偏差に応じた出力によりスイツチング
可変電圧回路７の出力電圧値を制御するようにし
てある。尚、このスイツチング可変電圧回路７
は、図示するように誤差増幅器６からの偏差出力
に応じたパルス（例えばPWM信号パルス）を電
圧制御トランジスタに与えてスイツチング制御を
行なう他励式スイツチング電圧制御回路で構成す
るのがよい。

【0017】 今、デイザーのための脈動波形信号を
重畳した制御入力信号が図２ａのように変化し
て、負荷ソレノイド１０に図２ｂのように比例し
た電流が流れた場合を考える。この場合、トラン
ジスタ４のコレクタ電圧は前記エミツタ電圧より
高くしており必要があり、従来方式では高い応答
性を得るためにコレクタには図２ｃのVCのよう
にエミツタ電圧VEより充分高い一定電圧を常時
与えていた。この場合、電流制御トランジスタ４
のエミツタ電圧は図２ｃのVEのように変化し、
この場合の電流制御トランジスタの消費電力Ｐは
負荷電流をILとすると、Ｐ＝（VC−VE）×ILと
なり、これは図２ｄのように脈動波形信号が重畳
された制御入力信号の変化に伴なう大きな電力損
失となり、特に脈動波形信号の振幅によつてその
立下り時に大きな電力損失が生じる。

【0018】 これに対して本考案では、図１におい
て電流制御トランジスタ４のエミツタ電圧VEと
コレクタ電圧VCとを常時検出して演算増幅器５
でその偏差電圧（コレクタ−エミツタ間電圧）を
とり、この偏差電圧と基準電圧との誤差を誤差増
幅器６で増幅してスイツチング可変電圧回路７を
制御し、脈動波形信号を重畳した制御入力信号に
よつて負荷電流ILが変化してエミツタ電圧VEが
変化した場合にも、電流制御トランジスタ４のコ
レクタ−エミツタ間電圧（VC−VE）が常に設定
手段８の基準電圧に等しくなるように制御するも
のである。

【0019】 即ち、図１の構成において今仮に脈動
波形信号を重畳した制御入力信号が図２ａのよう
に変化して、負荷ソレノイド１０に図２ｂのよう
に比例した電流が流れた場合、電流制御トランジ
スタ４のエミツタ電圧は図２ｅのVEのように変
化する。VEが変化したときに、トランジスタ４
のエミツタ電圧VEとコレクタ電圧VCとの差電圧
である演算増幅器５の出力電圧が設定手段８で設
定した基準電圧と等しくなるように、スイツチン
グ可変電圧回路７が誤差増幅器６の偏差出力によ
つて制御され、コレクタ電圧VCが追従して高く
される。このような動作によつて、図２ｅのよう
にコレクタ電圧VCがエミツタ電圧VEよりも基準
電圧分だけ常に高い値となるように可変制御され
る。この場合のトランジスタ４の消費電力Ｐは、
基準電圧V₀とすれば、Ｐ＝（VC−VE）×IL＝V₀
×ILとなり、トランジスタ４における電力損失
Ｐは図２ｆに示すように必要最低限の値に維持さ
れる。この場合、制御入力信号が一定の間はコレ
クタ電圧VCは脈動波形信号によるデイザー電流
を流すのに必要な最小の電圧でよいため、前記電
力損失は一定の極めて小さい値となる。また脈動
波形信号の振幅が変化しても前記電力損失の変動
はエミツタ電圧の立下り期間中のみに生じるだけ
である。

【0020】 即ち、本考案によれば、脈動波形信号
を重畳した制御入力信号に応じてエミツタ電圧
VEが低下するとコレクタ電圧VCも相応に低くな
り、エミツタ電圧VEが上昇するとそれに対応し
てコレクタ電圧VCも高くなるように追従制御さ
れるため、コレクタ電圧を常に必要最低限に制御
することが可能となり、電流制御トランジスタの
消費電力を少なくして小形パワートランジスタの
使用が可能となるものである。

【0021】 また本考案では電流トランジスタ４の
コレクタ−エミツタ間電圧を検出してコレクタ供
給電圧を追従制御しているので、負荷の温度変化
によるインピーダンス変化があつても、電流制御
トランジスタ４のコレクタ−エミツタ間電圧が設
定値V₀に保たれ、したがつて電流制御トランジ
スタの電力損失は常に必要最低限に維持可能であ
る。

【0022】

【考案の効果】 以上に述べた如く、本考案によ
れば、比例電磁弁の使用温度範囲の全域にわたつ
て電流制御トランジスタの電力損失を負荷の温度
にかかわらず常に必要最低限に維持できるように
なり、電流制御トランジスタの消費電力が少ない
ため、小形パワートランジスタを使用することが
できるようになり、放熱器も小形化できるのでア
ンプ自体が小形になり、従来は別置きしなければ
ならなかつたアンプ部を弁に搭載可能とし、従来
の直流電流制御方式の利点とスイツチング方式の
利点とを合わせ持ち、両者の欠点を除去した比例
電磁弁が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示す回路図であ
る。

【図２】ａ〜ｆは作動説明用の波形図である。

【符号の説明】

１……加算アンプ ２……電流検出抵抗 ３……演算増幅器 ４……電流制御トランジスタ ５……電圧検出用演算増幅器 ６……誤差増幅器 ７……スイツチング可変電圧回路 ８……基準電圧設定手段 １２……直流電源。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御入力信号に脈動波形信号を重
   畳する加算アンプと、該加算アンプからの前記脈
   動波形信号を重畳した制御入力信号に対して比例
   動作する電圧増幅器と、該電圧増幅器の出力によ
   りベース電流を制御されるエミツタホロワ接続の
   電流増幅トランジスタと、該トランジスタのエミ
   ツタ出力電流により励磁されてその電流値に比例
   した磁気吸引力を生じるソレノイドコイルと、該
   ソレノイドコイルに流れる電流を検出して前記電
   圧増幅器に帰還するフイードバツク回路とを備え
   た比例電磁弁において、前記トランジスタのコレ
   クタ−エミツタ間電圧を検出する電圧検出回路
   と、該電圧検出回路の出力をあらかじめ設定され
   た基準電圧と比較してその偏差に対応した誤差電
   圧を出力する誤差増幅器と、前記誤差電圧に基づ
   いて前記偏差がなくなるように前記トランジスタ
   のコレクタに直流電源からの供給電圧を可変制御
   して与えるスイツチング可変電圧回路とを備えた
   ことを特徴とする比例電磁弁。