JPH06242844A - ソレノイド電流制御方法とその装置 - Google Patents

ソレノイド電流制御方法とその装置

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JPH06242844A
JPH06242844A JP5324771A JP32477193A JPH06242844A JP H06242844 A JPH06242844 A JP H06242844A JP 5324771 A JP5324771 A JP 5324771A JP 32477193 A JP32477193 A JP 32477193A JP H06242844 A JPH06242844 A JP H06242844A
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solenoid
current
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resistor
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Laverne A Caron
アンドルー キャロン ラヴァーン
Edward F Handley
フランシス ハンドリー エドワード
W Paul Kuo
ポール クウォー ウェイツォン
E James Lane
ジェイムズ レーン イー.
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/003Dynamic electric braking by short circuiting the motor
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
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    • HELECTRICITY
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    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車の電装部品におけるコンピュータのイ
ンターフェースおよび電磁石等のソレノイドに正確な電
流を簡単な構成で安定に供給するソレノイド電流制御装
置の提供。 【構成】 ソレノイドにパルス電流を送出するスイッチ
ング回路34と、ソレノイドのインダクタンスで積分さ
れ定常電流になった電流量を示すピーク信号を発生する
検出回路38と、ピーク信号を基準電流と比較してその
差を示す偏差信号を発生する回路64と、偏差信号によ
りソレノイド制御信号をゲートして、ピーク信号が所定
の最大最小に達すると、それぞれの時点でスイッチング
回路をオン・オフするソレノイド電流制御信号を発生す
る論理ゲート76を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気ソレノイドの電流を
駆動および制限する装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電気ソレノイドは自動車への適用に使用
されてきており、その動作電流を制御するためのさまざ
まな制御方式が設計されている。さまざまな制御方式と
なる一つの理由はシステムの電源電圧およびソレノイド
特性がさまざまであるためである。代表的な自動車への
応用には12Vもしくは24V電源により給電されるソ
レノイドに対する5Vで作動するコンピュータのインタ
ーフェイスが含まれている。各ソレノイドの抵抗値は比
較的低くして、適当な最低のシステム電圧が印加された
場合でも、適切な電流が発生して関連するアーマチュア
を有効に吸引することを保証しなければならない。
【0003】しかしながら、抵抗値の低いソレノイドに
比較的高いシステム電圧が印加されると、所要電流より
も大きい電流が発生して、ソレノイドは余剰エネルギー
を熱として強制的に放散しなければならない。例えば、
3Ωの抵抗値を有するソレノイドに印加する電圧が7V
と30Vの間で変動する場合、電力は16Wと300W
の間で変動する。低いシステム電圧で起動できてしかも
高いシステム電圧により発生する余剰エネルギーを放散
することができるソレノイドを製作するのは困難でコス
トがかかり、得られるソレノイドは多くの応用に対して
実用に供することができない大きさとなりがちである。
【0004】ソレノイドに印加される電流を制御する一
般的方法にはリニア制御方式を使用した方法がある。し
かしながら、リニア制御方式の場合、制御方式内のソレ
ノイドドライバ、すなわちソレノイド電流制御装置はソ
レノイドを駆動するのに必要ではない余剰エネルギーを
吸収してしまう。このような方式の欠点は、例えば、ス
イッチモード制御方式における所要エネルギーよりも多
いエネルギーがソレノイドドライバおよびソレノイドへ
供給されることである。
【0005】ハイサイドソレノイドドライバ、すなわち
ソレノイドの電源側に配置されたソレノイドドライバ、
がソレノイド制御方式に使用されることがある。しかし
ながら、これらにはレベルシフト回路を付随する必要が
あるため、コストが付加されより複雑となる。回路がよ
り精巧なものとなると、付随するインターフェイス回路
のコストおよび複雑さが増大する。もう一つの欠点はロ
ーサイドソレノイドドライバを使用する制御方式で使用
される(例えば、NPNバイポーラトランジスタやNチ
ャネル電界効果型トランジスタ等の)半導体はハイサイ
ドソレノイドドライバに使用されるものよりも低コスト
で特性の良いものがいくらでも適用可能であるという事
実である。
【0006】前記したものを電気ソレノイドの制御に関
して使用する場合、ある程度の効率で機能はするが、後
述する本発明の改良された方法および装置の利点は得ら
れない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的は
比較的複雑でなく、比較的低廉である改良型スイッチモ
ードソレノイドドライバおよび電気ソレノイドの印加電
流を正確に制御してソレノイドおよび関連するドライバ
により放散される電力を最少限に抑える方法を提供する
ことである。
【0008】本発明のもう一つの目的はソレノイドの印
加電流を選択的に制限することである。
【0009】本発明のさらにもう一つの目的はいくつか
の電気ソレノイドの一つに印加される電流を正確に制御
する改良型装置および方法を提供することである。
【0010】本発明のさらにもう一つの目的はアーマチ
ュア吸引動作中にソレノイドへ起動電流を供給しアーマ
チュアが吸引された後には、減少された保持電流を供給
すればよいことになるソレノイドドライバを提供するこ
とである。
【0011】本発明の一つの特徴はソレノイドドライバ
が電源との短絡による破損から保護されることである。
【0012】本発明のもう一つの特徴は事故検出手段が
設けられていることである。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記およびその他の目的
を実現するために、本発明の第1の実施例にはシステム
電源、すなわち電流源、からの電流を制御して電気ソレ
ノイドを起動させ起動状態を保持するためのローサイド
スイッチモードソレノイドドライバが含まれている。電
流はソレノイド制御信号に応答して所定の電流基準信号
に対して印加される。スイッチングトランジスタを使用
してソレノイドへ印加される電流を急速にオンオフして
パルス電流を発生する。ソレノイドを流れる電流を表わ
す信号が上限値に増大するまで電流はオンされ、そこで
電流はオフされる。信号が下限値に低減するまで電流は
オフのままとされ、そこで電流は再びオンされる。その
後ソレノイドのインダクタンスがパルス電流を積分し、
実質的な定常電流とする。ソレノイドドライバはソレノ
イドを流れる電流を検出しそれに応答してそこを流れる
電流量を表わすピーク信号を発生する検出回路も含んで
いる。検出回路はソレノイドおよびスイッチングトラン
ジスタと直列接続された電流感知抵抗を含んでいる。感
知抵抗はソレノイドに直列接続されているため、抵抗の
両端間に生じる電圧はソレノイドを流れる電流量を代表
する。
【0014】感知抵抗の両端間に生じる電圧は出力にピ
ーク検出器が接続されている差動増幅器に印加されてソ
レノイドを流れるピーク電流を表わすピーク信号が生じ
る。ピーク信号は、所定の電流基準信号と共に、コンパ
レタへ入力され、それにより両者の差を表わす偏差信号
が発生される。偏差信号は、ソレノイド制御信号と共
に、論理NORゲートへ入力され、その結果スイッチン
グトランジスタを制御するソレノイド電流制御信号が発
生される。
【0015】本発明にはマイクロプロセッシングユニッ
トも含まれ、その一つの機能は電流設定点信号を発生す
ることである。電流設定点回路がマイクロプロセッシン
グユニットの出力から電流設定点信号を受信し、それに
応答して電流基準信号を発生する。アナログ/デジタル
コンバータがピーク検出器とマイクロプロセッシングユ
ニットの入力との間に接続されていて、アナログピーク
信号をソレノイドを流れる電流量を表わすデジタル監視
信号に変換し、マイクロプロセッシングユニットはそれ
を使用してシステム障害を診断しかつエラーを記録して
故障の検査を容易にする。
【0016】本発明の第2の実施例にはシステム電源、
すなわち電流源、からの電流を制御して複数の電気ソレ
ノイドの中の1個を起動させて起動状態を保持するため
のローサイドスイッチモードソレノイドドライバが含ま
れている。第2の実施例のソレノイドドライバは第1の
実施例のソレノイドドライバと同様に機能するがさらに
ダーリントン増幅器および各ソレノイドの関連回路を含
んでいる。また各ソレノイドに対する論理NORゲート
も含んでおり、各NORゲートには複数個のソレノイド
の中の特定の1個を選定するための独立したソレノイド
制御信号が入力される。
【0017】本発明の第3の実施例にはシステム電源、
すなわち電流源、からの電流を制御して電気ソレノイド
を起動させ起動状態を保持するためのハイサイドスイッ
チモードソレノイドドライバが含まれている。第3の実
施例のソレノイドドライバは、電流源とソレノイドの間
にスイッチングトランジスタが配置されている点が第1
の実施例のソレノイドドライバとの主たる相異点であ
り、したがってこのソレノイドドライバはハイサイドソ
レノイドドライバと呼ばれる。このソレノイドドライバ
は第1の実施例のソレノイドドライバと同様に機能する
が、さらにソレノイド電流制御信号を受信しそれに応答
してスイッチングトランジスタを制御する電流制御トラ
ンジスタを含んでいる。
【0018】本発明の前記およびその他の目的および特
徴は添付図に関して本発明の最善の実施態様を示す以下
の詳細説明から容易にお判り願えるものと思われる。
【0019】
【実施例】ソレノイドドライバは、ハイサイドソレノイ
ドドライバとローサイドソレノイドドライバの2つの大
きなカテゴリーに分けることができる。簡略化されたハ
イサイドソレノイドドライバの回路図を図1に示す。全
図を通して参照番号10で示すハイサイドソレノイドド
ライバは一般的にシステム電源すなわち電源12とそれ
により制御される関連ソレノイド14の間に配置され
る。ハイサイドソレノイドドライバは電源回路16、マ
イクロプロセッシングユニット18、バッファ20、お
よびスイッチングトランジスタ22も含んでいる。
【0020】簡略化されたローサイドソレノイドドライ
バ10の回路図を図2に示す。一般的に参照番号24で
示すローサイドソレノイドドライバは代表的にそれによ
り制御されるソレノイド14と地気間に配置される。ロ
ーサイドソレノイドドライバは電源16、マイクロプロ
セッシングユニット18、バッファ20、およびスイッ
チングトランジスタ26も含んでいる。ローサイドソレ
ノイドドライバはハイサイドソレノイドドライバよりも
低コストでより望ましい特性を有する半導体デバイスを
広範に選択して使用できるという利点がある。本発明の
3つの実施例の中の最初の2つの実施例では、このよう
な要因による利点がソレノイドドライバの設計に取り入
れられている。
【0021】ソレノイドは関連するアーマチュアの吸引
を保証する充分な起磁力すなわちアンペアターンを有す
るように設計しなければならない。しかしながら、アー
マチュアが吸引されると磁気回路の磁気リラクタンスが
減少し、小さい電流でアーマチュアを吸引位置に保持す
ることができる。アーマチュアが吸引されるとソレノイ
ドを流れる電流を低減するような制御回路を使用する
と、ソレノイドが放散しなければならない過剰エネルギ
ー量も低減され、したがってソレノイドのサイズ、重量
およびコストを低減することができる。保持電流は起動
電流よりも低いため、アーマチュア解除時間が短縮され
る。この種の制御回路は、使用するとソレノイドの性能
コスト比を著しく向上することができ、本発明の3つの
実施例のソレノイドドライバ制御回路にも組み入れられ
ている。
【0022】ソレノイドの印加電流を制御する一般的方
法はリニア制御方式を使用する方法であるが、このよう
な制御方式における関連ソレノイドドライバはソレノイ
ドを駆動するのに必要ではない過剰エネルギーを吸収し
なければならない。この欠点はソレノイドへ電流パルス
を送るスイッチモード制御方式を使用して克服すること
ができる。このような方式では、ソレノイドのインダク
タンスによりパルスが積分されて実質的に定常状態電流
となる。このような方式を使用するとソレノイドおよび
ソレノイドドライバへ印加する電力が最少限に抑えら
れ、したがって、本発明の3つの実施例のソレノイドド
ライバにも使用されている。
【0023】本発明の第1の実施例を図3に示す。電気
ソレノイド14を起動させて起動状態を保持する電流を
制御するためのローサイド、スイッチモード、ソレノイ
ドドライバを一般的に参照番号28で略示する。ソレノ
イド14に印加される電流の制御は3つの要因、すなわ
ち、ソレノイド制御信号30、基準電流信号32および
ソレノイド14を流れる電流の測定値の関数となる。ソ
レノイド制御信号30はソレノイド14を起動すべきこ
とを示している。基準電流信号32はそれに対してソレ
ノイド14を流れる実際の電流を表わす信号を比較する
基準を提供し、ソレノイド14を流れる電流が所定限界
を越える場合および所定限界よりも降下する場合に、そ
れぞれ、ソレノイドの印加電流を制御する回路が開路お
よび閉成される。
【0024】ソレノイド14に接続されたコレクタ33
および電流感知抵抗36を介して接地されたベース35
およびエミッタ37を有するスイッチングトランジスタ
34、すなわちスイッチング手段、を使用して電流が迅
速にオン/オフされソレノイド14に印加するパルス電
流が得られる。パルス電流はソレノイドのインダクタン
スにより積分されて実質的に定常電流となる。スイッチ
ングトランジスタ34のコレクタ33とエミッタ37の
間に電界減衰保護ダイオード39が接続されていてスイ
ッチングトランジスタ34を保護している。基準電流信
号32は所定の“引き入れ”期間に対してソレノイド1
4を起動させ(図示せぬ)関連するアーマチュアを吸引
するのに充分な電流を供給するように設定される。前記
したように、アーマチュアが吸引されるとソレノイド1
4の磁気リラクタンスが低減し、吸引されたアーマチュ
アを正しい位置に保持するのに必要な電流も低減する。
この時、電流基準信号32はアーマチュアをその吸引位
置に維持するのに必要なレベルへ低減される。
【0025】ソレノイド14を流れる電流はソレノイド
14およびスイッチングトランジスタ34に直列接続さ
れている電流感知抵抗36の両端間電圧を測定して監視
される。電流感知抵抗36がソレノイド14と直列とさ
れているため、電流感知抵抗36の両端間に生じる電圧
の量はソレノイド14を流れる電流の量を代表する。電
流感知抵抗36は全図を通して参照番号38で示す検出
回路、すなわち検出手段、の一部であり、それも差動増
幅器40および全図を通じて参照番号42で示すピーク
検出器を含んでいる。
【0026】差動増幅器40は反転入力端44、非反転
入力端46および出力端48を有している。ピーク検出
器42はピーク検出コンデンサ50、ピーク検出ブリー
ド抵抗51およびカソード54とアノード56を有する
ピーク検出ダイオード52を含んでいる。ピーク検出ダ
イオード52のアノード56は差動増幅器40の出力4
8に接続され、ピーク検出コンデンサ50およびピーク
検出ブリード抵抗51はピーク検出ダイオード52のカ
ソード54と大地間に接続され、ピーク検出コンデンサ
50とピーク検出ダイオード52のカソード54との接
続は実際上ピーク検出器42の出力となっている。
【0027】スイッチングトランジスタ34のエミッタ
37は差動増幅器入力抵抗47を介して差動増幅器40
の非反転入力端46にも接続され、第1の差動増幅器利
得抵抗60が差動増幅器40の反転入力端44と大地間
に接続されている。第2の差動増幅器利得抵抗62が差
動増幅器40の反転入力端44とピーク検出ダイオード
52のカソード54間に接続されている。
【0028】ソレノイドドライバ28は電流感知抵抗3
6をスイッチングトランジスタ34のコレクタ回路内に
配置してスイッチングトランジスタ34がオンであって
もオフであっても電流感知抵抗36に電流が流れるよう
に設計することができる。これによりソレノイド電流の
監視が簡単になるが、電流感知抵抗36の両端間で読み
取られる電圧はレベルシフトされていなければならない
ことがあるため、差動増幅器40はより複雑でコストの
高いものとなることがある。この問題の一つの解決方法
として、電圧を分圧して差動増幅器40の許容範囲内の
レベルまで低減し、次に増幅することが考えられるが、
この方法は複雑で費用がかかる。もう一つの方法とし
て、ノートン増幅器を使用することが考えられるが、使
用できる増幅器の特性が変動するため、これは実用化さ
れていない。
【0029】図3に示すように、電流感知抵抗36をス
イッチングトランジスタ34のエミッタ回路内に配置す
ることがこの問題の理想的な解決策に思えるが、ソレノ
イド電流はスイッチングトランジスタ34がオンの時し
か感知されず、スイッチングトランジスタ34がオフの
時にはゼロの偽電流値が測定される。しかしながら、関
連する部品に適切な値を割り当てることにより、ピーク
検出器42はソレノイド14の電流の減衰率に似た減衰
率を有することができる。
【0030】第1および第2の差動増幅器利得抵抗(6
0および62)の抵抗比により差動増幅器40の利得が
決定され、第1および第2の差動増幅器利得抵抗(60
および62)の抵抗の絶対値によりピーク検出コンデン
サ50の放電率が決定される。放電率tは次式に従って
決定される。
【0031】
【数1】 ここに、Rはピーク検出器放電抵抗 (図3では、R=R62+R60) Cはピーク検出器容量 Lはソレノイドインダクタンス RL はソレノイドの抵抗 (プラス、適用される場合のフライバック抵抗)であ
る。増幅器利得AV は次式から得られる。
【0032】
【数2】 ピーク検出コンデンサの両端間に(不図示)ピーク検出
放電抵抗を配置することができるが、図3の回路に示す
ように、第1および第2の差動増幅器利得抵抗(60お
よび62)を(1)および(2)式に従って適切に選定
すれば省くことができる。
【0033】さらに、ピーク検出器42によりソレノイ
ドドライバ28は電流源12との短絡による破損に対し
て保護される。ソレノイドドライバ28が電流源12と
短絡すると、電流基準信号32で表わされる値を遥かに
超える瞬時値を有する電流が強制的に電流感知抵抗36
へ流れる。したがって、差動増幅器40がピーク検出器
42の出力電圧を最大限に引き上げる。
【0034】正規の誘導負荷を介して駆動される電流の
上昇率は負荷インダクタンスと抵抗の比(L/R)であ
る負荷の時定数の関数として減速される。したがって、
関連する制御回路により電流を規定限界内に維持するこ
とができる。しかしながら、短絡状態の下では上昇率は
ほぼ瞬時的なものとなり、関連する制御回路の部品は充
分迅速に応答して電流を限界内に維持することができな
い。このような状況では電流はシステム電圧、すなわち
電流源、と電流感知抵抗36の抵抗値と出力装置の利得
のみにより制限される。
【0035】第1の実施例のソレノイドドライバ28の
場合、制御回路が応答してスイッチングトランジスタ3
4がオフとされると、ピーク検出器がスイッチングトラ
ンジスタ34を再びオンとするのに充分な応答をするの
にかなりの時間を要する。電流はハイレベル電流の短い
スパイクを有するローレベル電流となる。したがって、
ソレノイドドライバ28の消費電力は最少となり、電源
との継続的短絡に対抗することができる。
【0036】前記した短絡保護を行うには、(1)式の
他にもいくつかの要求を満さなければならない。ピーク
検出器42は正規の範囲よりも作動範囲が広くなければ
ならない。代表例として電流感知抵抗36を流れる1A
の電流がピーク検出器42の出力58に生じる1Vの電
圧で表わされるソレノイドドライバ28が含まれる。同
様に、2Aの電流を引き入れるアーマチュアは2Vの電
圧で表わされる。短絡時にはピーク検出器42の出力5
8は3.5もしくは4Vの著しく高いレベルとされる。
このレベルの電圧が1もしくは2Vまで減衰するにはか
なりの時間を要し、したがって短絡時のデューティサイ
クルは低くなる。満すべきもう一つの条件として差動増
幅器40により駆動されるインピーダンスを充分高く維
持して差動増幅器40が迅速に応答できるようにするこ
とが含まれる。
【0037】第1の実施例には反転入力端66と、非反
転入力端68と出力端70を有するコンパレタ64、す
なわち比較手段、も含まれている。第1のコンパレータ
利得抵抗72がコンパレータ64の非反転入力端68と
ピーク検出器42の出力端58との間に接続されてい
る。第2のコンパレタ利得抵抗74がコンパレータ64
の非反転入力端68とコンパレータ64の出力70との
間に接続されている。制御入力端78と、基準入力端8
0と出力端82を有する論理NORゲート76、すなわ
ちゲート手段、も含まれている。その制御入力端78は
ソレノイド制御信号を受信し、その基準入力端80はコ
ンパレータ64の出力端70に接続されている。論理N
ORゲート76の出力端82はスイッチングトランジス
タ34のベース35に接続されている。
【0038】ソレノイド14が起動されると、電流感知
抵抗36の両端間に生じる電圧が差動増幅器40の非反
転入力端46に印加される。差動増幅器40の出力端4
8に接続されたピーク検出器42はソレノイド14を流
れるピーク電流を表わすピーク信号を発生する。ピーク
信号はコンパレータ64の非反転入力端68へ入力さ
れ、所定の電流基準信号32がその反転入力端66へ入
力され、その間の差を表わす偏差信号が発生される。偏
差信号はソレノイド制御信号30と共に論理NORゲー
ト76へ入力され、ソレノイド電流制御信号が発生され
てスイッチングトランジスタ34へ付加されそれを制御
する。ソレノイド電流制御信号によりソレノイド電流が
所定の上限を越えた時にスイッチングトランジスタ34
がオフとされ、ソレノイド制御信号30がまだ存在して
いてソレノイド電流が所定の下限よりも降下する時にス
イッチングトランジスタ34がオンとされる。
【0039】第1の実施例にはフライバックダイオード
84も含まれている。フライバックダイオード84はソ
レノイド14の両端間に接続されていてソレノイド14
を放電させる。フライバックダイオード84はカソード
86およびアノード88を有し、カソード86はフライ
バック抵抗90を介して電源12に接続されていて回路
のターンオフ特性を向上させ、フライバック抵抗90に
よりソレノイド14は充電するよりも迅速に放電するこ
とができる。
【0040】第1の実施例にはマイクロプロセッシング
ユニット18、全図を通して参照番号92で示す電流設
定点回路、およびアナログ/デジタルコンバータ94も
含まれている。電流設定点回路92はマイクロプロセッ
シングユニット18の出力端96とコンパレータ64の
反転入力端66との間に接続されており、アナログ/デ
ジタルコンバータ94はピーク検出器42の出力端58
とマイクロプロセッシングユニット18の入力端98と
の間に接続されている。
【0041】電流設定点回路92はマイクロプロセッシ
ングユニット18の出力端96とコンパレータ64の反
転入力端66との間に接続された第1の設定点抵抗10
0と、コンパレタ64の反転入力端66と正の電圧源と
の間に接続された第2の設定点抵抗102と、コンパレ
タ64の反転入力端66と地気との間に接続された第3
の設定点抵抗104と、コンパレータ64の反転入力端
66と地気との間に接続された設定点コンデンサ106
を含んでいる。
【0042】マイクロプロセッシングユニット18の一
つの機能は電流設定点信号を発生することである。後者
は所定の“吸引”期間中維持される初期振幅を有し、こ
の振幅は後続期間中に低減される。電流設定点回路92
はマイクロプロセッシングユニット18から電流設定点
信号を受信しそれに応答して電流基準信号32を発生す
る。
【0043】図4に全図を通して参照符号32で示す電
流基準信号32がグラフ表示されている。電流設定点信
号に応答して、電流基準信号32は最初の部分108に
示すような対応する初期振幅を有し、それによって発生
するソレノイド電流によりアーマチュアを吸引できるよ
うにされている。電流基準信号32は後続期間中に後続
部分110に示すような対応する低減された振幅を有
し、ソレノイドに印加される電流によりアーマチュアを
その吸引位置に維持できるようにされている。初期部分
108の振幅および持続時間はアーマチュア吸引、すな
わち引き入れ、電流を表わしそれはシステム電圧の関数
となる。
【0044】図5に代表的なスイッチモード電流の波形
を示す。引き入れ時間すなわち関連するソレノイドアー
マチュアが最初に吸引される期間、および保持時間すな
わちアーマチュアがその吸引位置に保持される期間中に
ソレノイドを流れる電流値が一般的に示されている。図
6は図5の円6で示すスイッチモード電流波形の拡大図
である。図6に示す波形は所定の上下限間で変動するソ
レノイド電流を反映している。図示するソレノイド電流
の周期および振幅はコンパレタのヒステリシスと回路の
遅延の関数となる。
【0045】マイクロプロセッシングユニット18(図
3)のもう一つの機能はソレノイド電流を監視して異常
を記録しシステム問題の診断を容易にする手段を提供す
ることである。ピーク検出器42の出力58がアナログ
/デジタルコンバータ94を介してマイクロプロセッシ
ングユニット18に接続されているのはこのためであ
る。アナログ/デジタルコンバータ94によりアナログ
ピーク信号はデジタル監視信号へ変換されてマイクロプ
ロセッシングユニット18へ入力される。
【0046】検出された電流が所定値よりも高ければ異
常を記録することができ、所望により、ソレノイドドラ
イバ28をオフとすることができる。検出された電流が
所定値よりも低ければソレノイド14が断路すなわち開
路されているかもしくは出力ピンが大地に短絡している
ことを示している。再び、適切な予防もしくは保守活動
を行って異常が記録される。
【0047】関連するソレノイドはあまり頻繁に作動し
ないため、アンチロックブレーキシステムによりソレノ
イドドライバの応用に対してユニークな状況が提供され
る。このような応用で使用されるソレノイドのテスト方
法には図7にグラフ表示したような一連の短いテストパ
ルス112をソレノイドに印加することが含まれる。パ
ルス幅は1/2〜2mSの範囲であり、パルス間の周期
は60〜100mSの範囲であり、パルス振幅は300
〜500mAの範囲である。信号の様子はソレノイドの
特性に応じて変動するが、代表的に好ましい信号は1m
Sのパルス幅と、400mAの振幅と、80mSのパル
ス間周期を有している。
【0048】一連のテストパルス112の中間点におい
て、電流感知抵抗36(図3)が感知する電流が測定さ
れる。テストに使用するパルスは短か過ぎてソレノイド
14は応答することができず、代表的な応答時間は5〜
7mSの範囲である。しかしながら、パルス112はソ
レノイド14を流れる測定可能な電流を発生するのに充
分な長さであり、測定された電流は所定の範囲内になけ
ればならず、さもないとエラーが記録される。
【0049】本発明の第2の実施例を図8に示す。いく
つかの電気ソレノイド14の中の一つの電流を制御する
ローサイドスイッチモードソレノイドドライバが参照符
号114で示されている。論理ゲート手段が各ソレノイ
ド14に対する論理NORゲート76を含みスイッチン
グ手段が各ソレノイド14に対するダーリントン増幅器
116を含んでいる点以外は、ソレノイドドライバ11
4は第1の実施例のソレノイドドライバ28と同じであ
る。
【0050】ダーリントン増幅器は基本的にはコレクタ
が一緒に接続されているドライバトランジスタ118お
よび出力トランジスタ120を含むトランジスタ回路で
あり、ドライバトランジスタ118のエミッタは出力ト
ランジスタ120のベースに直接接続されていてドライ
バトランジスタ118のエミッタ電流が出力トランジス
タ120のベース電流に等しくなるようにされている。
実際上、この回路は一つのベース端子122と、一つの
コレクタ端子124と、一つのエミッタ端子を有する合
成トランジスタとして機能する。図示する各ダーリント
ン増幅器116には出力トランジスタ120の共通コレ
クタとエミッタとの間に接続された電界減衰保護ダイオ
ード128も含まれている。
【0051】いくつかのソレノイド14の各々が電流源
12と関連するダーリントン増幅器116のコレクタ端
子124との間に接続されている。各ダーリントン増幅
器116のベース端子122と大地との間にはベース抵
抗130が接続され、各ダーリントン増幅器116のコ
レクタ端子124と地気との間にはスイッチングコンデ
ンサ132が接続されている。各ダーリントン増幅器1
16のベース端子122は一つのNORゲート76の出
力端82にも接続されている。第1の実施例と同様に、
フライバックダイオード134およびフライバック抵抗
136が各ソレノイド14に直列に接続されている。
【0052】差動増幅器40の非反転入力端46を各ダ
ーリントン増幅器116のエミッタ端子126に接続す
る入力抵抗146と差動増幅器40の非反転入力端46
と地気との間に接続された入力コンデンサ148が付加
されている点を除けば、全図を通しての参照符号138
で示す検出回路、すなわち検出手段も第1の実施例に示
す38と同じである。第2の実施例のコンパレータ6
4、すなわち比較手段、にはコンパレータ64の出力端
70と正の電圧源との間に接続されたコンパレータ出力
抵抗150が含まれている。
【0053】特定のソレノイド14を選定するための独
立したソレノイド制御信号30が各NORゲート76に
入力される。第1の実施例と同様に、ソレノイド制御信
号30により選定ソレノイド14に関連するNORゲー
ト76の半分がイネーブルされる。この信号が存在する
と、コンパレータ64の発生する偏差信号がソレノイド
14を流れる電流が下限よりも低いことを示す場合は常
に選定ソレノイド14に関連するダーリントン増幅器1
16がソレノイド14へ電流を流すように切り替えられ
る。
【0054】選定ソレノイド14を流れる電流が上限を
越えると、それに関連するダーリントン増幅器116は
そこへ流れる電流を遮断するように切り替えられる。1
個だけのソレノイド14ではなく数個のソレノイド14
の中の1個を選定することを除けば、ソレノイドドライ
バ114の動作は第1の実施例のソレノイドドライバ2
8と同様である。
【0055】本発明の第3の実施例を図9に示す。それ
はシステム電源、すなわち電源12、からの電流を制御
して電気ソレノイド14を起動させて起動状態を保持す
る点において第1の実施例のソレノイドドライバ28と
同様である。それは、ローサイドソレノイドドライバで
はなく、参照符号151で示すハイサイドドライバであ
る点が基本的に異っている。ローサイドおよびハイサイ
ドソレノイドドライバは同様な部品を沢山使用している
が、いくつかの部品の配置が幾分異っている。主な違い
はハイサイドソレノイドドライバはローサイドソレノイ
ドドライバのようにソレノイド14と地気との間ではな
く、電源12とソレノイド14との間に配置されている
ことである。
【0056】ハイサイドソレノイドドライバのスイッチ
ング手段にはコレクタ154と、ベース156とエミッ
タ158を有するスイッチングトランジスタ152およ
びスイッチングトランジスタ152のエミッタ158と
電流源12に接続されたカソード162とスイッチング
トランジスタ152のコレクタ154に接続されたアノ
ード164を有するスイッチングダイオード160が含
まれている。スイッチング手段にはコレクタ168と、
ベース170とエミッタ172を有する電流制御トラン
ジスタ166も含まれている。
【0057】電源12とスイッチングトランジスタ15
2のベース156との間に第1のスイッチング抵抗17
4が接続され、スイッチングトランジスタ152のベー
ス156と電流制御トランジスタ166のコレクタ16
8との間に第2のスイッチングトランジスタ176が接
続されている。電流制御トランジスタ166のエミッタ
172は接地され、そのベース170はNORゲート7
6の出力82に接続されている。
【0058】電流感知抵抗36と地気との間にソレノイ
ド14が接続されている点を除けば、参照符号180で
示す検出回路、すなわち検出手段、も第1の実施例の検
出回路38と同じである。その他の部品として、ソレノ
イド14の両端間に接続されたスイッチングコンデンサ
182、および接地されたアノード186と電流感知抵
抗36とソレノイド14の直列回路の両端間に接続され
たカソード188を有するフライバックダイオード18
4が含まれている。
【0059】さらに、差動増幅器40の反転入力44と
ソレノイド14の非接地端との間に第1の入力抵抗19
0が接続され、差動増幅器40の非反転入力端46とフ
ライバックダイオード184のカソード188との間に
第2の入力抵抗192が接続されている。差動増幅器4
0の非反転入力端46と地気との間には第3の差動増幅
器利得抵抗194も接続されている。ハイサイドソレノ
イドドライバ151にはスイッチングトランジスタ15
2のコレクタ154に接続されたアノード198とフラ
イバックダイオード184のカソード188に接続され
たカソード200を有する絶縁ダイオード196も含ま
れている。
【0060】第2の実施例のコンパレータ64、すなわ
ち比較手段、と同様に第3の実施例のコンパレータ64
にもさらにコンパレータ64の出力70と正の電圧源と
の間に接続されたコンパレータ出力抵抗150が含まれ
ている。ハイサイドソレノイドドライバ151はおよそ
0.1%の精度を有する抵抗を使用した真の差動増幅器
40を必要とする。また、差動増幅器利得網が幾分異な
るため、ピーク検出コンデンサ50の両端間には独立し
たピーク検出ブリード抵抗202が接続されている。ソ
レノイドドライバ151の動作は第1の実施例のソレノ
イドドライバ28と同様である。
【0061】図示されてはいないが、当業者ならば第2
の実施例のローサイドソレノイドドライバ114の場合
と同様に第3の実施例のハイサイドソレノイドドライバ
151を修正して数個のソレノイド14の中の1個へ印
加する電流を容易に制御できることが判ると思われる。
【0062】本発明の最善の実施態様について説明して
きたが、本発明の関連技術に詳しい人であれば特許請求
の範囲に明記された本発明を実施するためのさまざまな
別の設計や実施例を考えることができるものと思われ
る。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ソレノイ
ドにパルス電流を流しソレノイドのインダクタンスによ
る積分によって実質的な定電流を得、その電流値と基準
電流値との差によってパルス電流の振幅を制御すること
によって所定の定電流を保持するので、ソレノイドに流
れる電流を低廉、かつ正確な任意の値に制御して供給す
ることができ、また、起動時に必要な電流を供給し、動
作後には動作維持のための他の電流値の供給に切り替る
ことも容易であるという効果がある。
【0064】さらに、本発明は電流設定点信号を発生
し、かつその他の機能の制御を実行するためにマイクロ
プロセッシングユニットを使用する時は、アナログピー
ク信号をソレノイドを流れる電流量を表わすデジタル監
視信号に使用することにより、システム診断および故障
検査を容易にすることができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】簡略化したハイサイドソレノイドドライバの回
路図。
【図2】簡略化したローサイドソレノイドドライバの回
路図。
【図3】本発明のソレノイド電流制御装置の第1の実施
例の回路図であり、ソレノイドを起動させて起動状態を
保持するローサイドスイッチモードソレノイドドライバ
を示す。
【図4】電流基準信号を表わすグラフ。
【図5】スイッチモード電流波形を表わすグラフ。
【図6】図4のスイッチモード電流波形の拡大部を表わ
すグラフ。
【図7】ソレノイドテストパルスを表わすグラフ。
【図8】本発明のソレノイド電流制御装置の第2の実施
例の回路図で、複数個のソレノイドの中の1個を起動さ
せて起動状態を保持する電流を制御するためのローサイ
ドスイッチモードソレノイドドライバを示す。
【図9】本発明のソレノイド電流制御装置の第3の実施
例の回路図で、ハイサイドソレノイドドライバを示す。
【符号の説明】
10 ハイサイドソレノイドドライバ 12 電源 14 ソレノイドドライバ 16 電源回路 18 マイクロプロセッシングユニット 20 バッファ 22 スイッチングトランジスタ 24 ローサイドソレノイドドライバ 26 スイッチングトランジスタ 28 ソレノイドドライバ 30 ソレノイド制御信号 32 基準電流信号 33 コレクタ 34 スイッチングトランジスタ 35 ベース 36 電流感知抵抗 37 エミッタ 38 検出回路 40 差動増幅器 42 ピーク検出器 44 反転入力端 46 非反転入力端 48 非反転出力端 50 検出コンデンサ 51 ブリード抵抗 52 ピーク検出ダイオード 54 カソード 60、62 差動増幅器利得抵抗 64 コンパレータ 66 反転入力端 68 非反転入力端 70 出力端 74 利得抵抗 76 NORゲート 78 制御入力端 80 基準入力端 82 出力端 84 フライバックダイオード 86 カソード 88 アノード 90 フライバック抵抗 92 電流設定点回路 94 A/Dコンバータ 96 出力端 98 入力端 100、102、104 設定点抵抗 106 設定点コンデンサ 108 電流基準信号の部分 112 テストパルス 114 ロサイドスイッチモードソレノイドドライバ 116 ダーリントン増幅器 118 ドライバトランジスタ 120 出力トランジスタ 122 ベース端子 124 コレクタ端子 128 電界減衰保護ダイオード 134 フライバックダイオード 136 フライバック抵抗 138 検出回路 146 入力抵抗 148 入力コンデンサ 150 出力抵抗 151 ハイサイドソレノイドドライバ 152 スイッチングトランジスタ 154 コレクタ 156 ベース 158 エミッタ 160 スイッチングトランジスタ 162 カソード 164 アノード 166 電流制御トランジスタ 168 コレクタ 170 ベース 172 エミッタ 174 スイッチング抵抗 180 検出回路 182 スイッチングコンデンサ 184 フライバックダイオード 186 アノード 188 カソード 194 差動増幅器利得抵抗 196 絶縁ダイオード 198 アノード 202 ブリード抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード フランシス ハンドリー アメリカ合衆国 49008 ミシガン州 キ ャラマズー エッジムア アヴェニュー 731 (72)発明者 ウェイツォン ポール クウォー アメリカ合衆国 49008 ミシガン州 キ ャラマズー パー 4 サークル 936 (72)発明者 イー. ジェイムズ レーン アメリカ合衆国 48356 ミシガン州 ハ イランド プルート 1600

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源からの電流を制御して少くとも1個
    の電気ソレノイド(14)を起動させ動作状態を保持す
    る方法であって、該方法は、 所定の電流基準信号を供給し、 ソレノイドの起動時に少くとも1個のソレノイド(1
    4)を選定するソレノイド制御信号を供給し、 選定されたソレノイド(14)を流れる電流を測定し、 選定されたソレノイド(14)を流れるピーク電流を表
    わすピーク信号を発生し、 ピーク信号を電流基準信号と比較し、 ピーク信号と電流基準信号との間の差を表わす偏差信号
    を発生し、 前記偏差信号によりソレノイド制御信号を抽出し、 前記偏差信号が所定値よりも低ければソレノイド電流制
    御信号を発生し、 前記偏差信号が所定値を越えるまで少くとも1個のソレ
    ノイド(14)へ電流を印加し、 前記偏差信号が所定値を越えたら少くとも1個のソレノ
    イド(14)から電流を切断し、 前記ステップを繰り返して少くとも1個のソレノイド
    (14)へ迅速に脈動する電流を供給し、ソレノイドの
    インダクタンスによりパルス電流を積分して実質的に定
    常状態電流とし、 少くとも1個のソレノイド(14)がもはや起動されな
    くなったらソレノイド制御信号を切断する、ステップか
    らなる、ソレノイド電流制御方法。
  2. 【請求項2】 ソレノイド制御信号に応答しかつ所定の
    電流基準信号に対して電源からの電流を制御してソレノ
    イド(14)を起動させ起動状態を保持する装置であっ
    て、 ソレノイド(14)に印加される電流を迅速にスイッチ
    ングしてパルス電流を発生し、ソレノイドのインダクタ
    ンスによりパルス電流を積分して実質的に定常電流とさ
    せるスイッチング手段(34,116,152)と、 ソレノイド(14)を流れる電流を検出し、それに応答
    してソレノイド(14)を流れる電流の量を表わすピー
    ク信号を発生する検出手段(38,138,180)
    と、 前記ピーク信号を所定の基準電流と比較してその間の差
    を表わす偏差信号を発生する比較手段(64)と、 前記偏差信号によりソレノイド制御信号を論理計算処理
    して通し、ピーク信号が所定の最大および最小値に達す
    る時にそれぞれスイッチング手段(34,116,15
    2)をオフおよびオンとするソレノイド電流制御信号を
    発生する論理ゲート手段(76)を具備するソレノイド
    電流制御装置。
  3. 【請求項3】 さらに、所定期間だけ初期振幅を有し後
    続する期間中は低振幅を有する電流設定点信号を発生
    し、所定期間だけソレノイド(14)を起動させて後続
    期間中は起動状態を保持するマイクロプロセッシングユ
    ニット(18)と、 前記マイクロプロセッシングユニット(18)の出力
    (19)から前記電流設定点信号を受信しそれに応答し
    て電流基準信号を発生し、該電流基準信号は所定期間中
    の電流設定点信号の振幅に対応する初期振幅と、後続期
    間中の前記電流設定点信号の振幅に対応する低い振幅を
    有する電流設定点回路(92)と、 前記ピーク検出器(42)の出力端(58)とマイクロ
    プロセッシングユニット(18)の入力端(98)との
    間に接続され、アナログピーク信号をソレノイド(1
    4)を流れる電流の量を表わすデジタル監視信号へ変換
    するアナログ/デジタルコンバータ(94)、を具備す
    る、請求項2記載のソレノイド電流制御装置。
  4. 【請求項4】 前記電流設定点回路(92)が、 前記マイクロプロセッシングユニット(18)の出力点
    (96)と前記比較手段(64)との間に接続されてい
    る第1の設定点抵抗(100)と、 前記比較手段(64)と電源の正電極との間に接続され
    た第2の設定点抵抗(102)と、 前記比較手段(64)と地気との間に接続された第3の
    設定点抵抗(104)と、 前記比較手段(64)と地気との間に接続され、電流設
    定点回路(92)から発生される電流基準信号が電源か
    らの電流の関数となる設定点コンデンサ(106)、を
    含む、請求項3記載のソレノイド電流制御装置。
  5. 【請求項5】 前記スイッチング手段がコレクタ(3
    3)と、エミッタ(37)と、ベース(35)を有する
    スイッチングトランジスタ(34)を含み、ソレノイド
    (14)が電源と前記スイッチングトランジスタ(3
    4)のコレクタ(33)との間に接続されている、請求
    項4記載のソレノイド電流制御装置。
  6. 【請求項6】 前記検出手段(38)が、前記スイッチ
    ングトランジスタ(34)のエミッタ(37)と地気と
    の間に接続された電流感知抵抗(36)と、 反転入力端(44)と、非反転入力端(46)と、出力
    端(48)を有し、非反転入力端(46)が前記スイッ
    チングトランジスタ(34)のエミッタ(37)に接続
    されている差動増幅器(40)と、 入力端(56)および出力端(58)を有し、入力端
    (56)が差動増幅器(40)の出力(48)に接続さ
    れているピーク検出器(42)を含む、請求項5記載の
    ソレノイド電流制御装置。
  7. 【請求項7】 関連するソレノイド制御信号により複数
    個の電気ソレノイドの中から選定される電気ソレノイド
    (14)が電流により起動され起動状態が保持される請
    求項3に記載された装置であって、 前記スイッチング手段には複数個の各ソレノイド(1
    4)と関連されたダーリントン増幅器(116)が含ま
    れ、各ダーリントン増幅器(116)はベース(12
    2)、コレクタ(124)およびエミッタ(126)端
    子を有し、複数個のソレノイド(14)の各々が電源と
    関連するダーリントン増幅器(116)のコレクタ端子
    (124)との間に接続されており、 前記検出手段(138)が各ダーリントン増幅器(11
    6)のエミッタ端子(126)に接続されており、前記
    検出手段(138)によって発生されるピーク信号は起
    動されたソレノイド(14)を流れる電流の量を表わし
    ており、 論理ゲート手段は複数個のソレノイド(14)の各々と
    関連するNORゲート(76)を含んでおり、各NOR
    ゲート(76)は第1の入力端(78)と、第2の入力
    端(80)と、出力端(82)を有し、各第1の入力点
    (78)には複数個のソレノイド(14)の中から特定
    の1個を起動するソレノイド制御信号が入力され、各第
    2の入力点(80)はそれぞれ前記比較手段(64)の
    出力端に接続されており、各出力端(82)はそれぞれ
    に対応する起動されたソレノイド(14)のダーリント
    ン増幅器(116)のベース(122)に接続されてい
    る、請求項4記載のソレノイド電流制御装置。
  8. 【請求項8】 前記検出手段(138)が、 前記ダーリントン増幅器(116)のエミッタ端子(1
    26)と地気との間に接続された電流感知抵抗(36)
    と、 反転入力端(44)と、非反転入力端(46)と、出力
    点(48)を有し、その非反転入力端(46)が前記ダ
    ーリントン増幅器(116)のエミッタ端子(126)
    に接続されている差動増幅器(40)と、 入力端(56)と出力端(58)を有し、その入力端
    (56)が前記差動増幅器(40)の出力端(48)に
    接続されているピーク検出器(42)、を含む、請求項
    7記載のソレノイド電流制御装置。
  9. 【請求項9】 前記スイッチング手段が、 コレクタ(154)と、ベース(156)と、エミッタ
    (158)を有するスイッチングトランジスタ(15
    2)と、 前記スイッチングトランジスタ(152)のエミッタ
    (158)と電源に接続されたカソード(162)と、
    前記スイッチングトランジスタ(152)のコレクタ
    (154)に接続されたアノード(164)を有するス
    イッチングダイオード(160)と、 コレクタ(168)と、ベース(170)と、エミッタ
    (172)を有し、エミッタ(172)が接地されてい
    る電流制御トランジスタ(166)と、 電源と前記スイッチングトランジスタ(152)のベー
    ス(156)との間に接続された第1のスイッチング抵
    抗(174)と、 前記スイッチングトランジスタ(152)のベース(1
    56)と前記電流制御トランジスタ(166)のコレク
    タ(168)との間に接続された第2のスイッチング抵
    抗(176)、を含む、請求項4記載のソレノイド電流
    制御装置。
  10. 【請求項10】 前記電気ソレノイド(14)が接地端
    および非接地端を有する請求項8に記載された装置であ
    って、前記検出手段はカソード(200)およびアノー
    ド(198)を有し、アノード(198)が前記スイッ
    チングトランジスタ(152)のコレクタ(154)に
    接続されているアイソレーションダイオード(196)
    と、 前記アイソレーションダイオード(196)のカソード
    (200)とソレノイド(14)の非接地端との間に接
    続された電流感知抵抗(36)と、 反転入力端(44)と、非反転入力端(46)と、出力
    端(48)を有する差動増幅器(40)と、 前記差動増幅器(40)の非反転入力端(46)と絶縁
    ダイオード(196)のカソード(200)との間に接
    続された第1の入力抵抗(192)と、 前記差動増幅器(40)の反転入力端(44)とソレノ
    イド(14)の非接地端との間に接続された第2の入力
    抵抗(190)と、 前記ソレノイド(14)の両端間に接続されたソレノイ
    ドコンデンサ(182)と、 入力端(56)と出力端(58)を有し、入力端(5
    6)は前記差動増幅器(40)の出力端(48)に接続
    されているピーク検出器(42)、を含む、請求項9記
    載のソレノイド電流制御装置。
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