JPH0686086U

JPH0686086U - ソレノイド駆動回路の保護装置

Info

Publication number: JPH0686086U
Application number: JP2808593U
Authority: JP
Inventors: 秀幸小島
Original assignee: 株式会社ユニシアジェックス
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】上流側で接地短絡が発生した時、通電カットせ
ずに確実にソレノイド駆動回路を保護する。【構成】上流側の端子の電圧レベルのモニタ値が「Ｈ」
となった時には、接地短絡していると判定し（ステップ
１）、励磁パターンの目標ステップを６ステップ進めて
上流側でオンしているトランジスタをオフさせる（ステ
ップ２）。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ソレノイド駆動回路の保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えば自動車のサスペンション制御等において、近年、ロータリーソレノイドを備えた３相式のステッピングモータをアクチュエータとして使用しているものがある（特願平３−３４６０７７号）。かかる３相式ステッピングモータ駆動用のロータリーソレノイドの駆動回路を示す図２において、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのソレノイド１ａ、１ｂ、１ｃがスター結線されてロータリーソレノイド１が構成されている。ＰＮＰトランジスタＱ₁ とＮＰＮトランジスタＱ₂は電圧Ｖ_Bの電源とアース間に直列接続し、Ｕ相のソレノイド１ａが端子２ｕを介してトランジスタＱ₁、Ｑ₂の接続点に接続することによりＵ相のプッシュ・プル駆動回路が構成されている。同様にしてソレノイド１ｂ、１ｃは夫々端子２ｖを介してトランジスタＱ₃、Ｑ₄の接続点に、端子２ｗを介してトランジスタＱ₅、Ｑ₆の接続点に接続している。

【０００３】インバータＩＮＶ１〜６は、夫々ＣＰＵ３のポートＰ₁〜Ｐ₆の出力信号を反転させてトランジスタＱ₁〜Ｑ₆に出力する。カソード、アノードが夫々トランジスタＱ₁、Ｑ₂の接続点、ＣＰＵ３のポートＰ₁に接続しているダイオードＤ₁は、ＣＰＵ３のポートＰ₁の出力信号がハイレベル「Ｈ」となって上流側トランジスタＱ₁がオンしている場合、万が一、例えば端子２ｕが接地短絡してローレベル「Ｌ」になった時に、ＣＰＵ３のポートＰ₁の出力信号「Ｈ」を強制的に「Ｌ」レベルにしてトランジスタＱ₁をオフさせるための短絡保護回路であり、ダイオードＤ₂、Ｄ₃も同様のものである。

【０００４】ソレノイド駆動回路には、主にハーネス等の異常により、ＣＰＵ３を内蔵しているコントロールユニットが故障に至るのを防ぐため、保護回路や出力モニタ回路が設けられている。Ｕ相の出力モニタ回路では、ダイオードＤ₄のカソードが端子２ｕに接続し、ＰＮＰトランジスタＱ₁のベースが、抵抗Ｒ₁を介してダイオードＤ₄のアノードに、抵抗Ｒ₂を介して電圧Ｖ_Cの電源に接続し、エミッタが電圧Ｖ_cの電源に、コレクタが抵抗Ｒ₃を介してアースに接続している。そしてトランジスタＱ₁ のコレクタ電圧がＣＰＵ３のポートＰ₇に入力されるようになっている。Ｖ、Ｗ相の出力モニタ回路もＵ相と同様に、ダイオードＤ₅、Ｄ₆と、トランジスタＱ ₈ 、Ｑ₉と、抵抗Ｒ₄〜Ｒ₉と、によって構成されている。

【０００５】次に動作を説明する。励磁パターンを示す図７において、「Ｈ」は上流側トランジスタをオン、「Ｌ」は下流側トランジスタをオン、「＊」は上流側、下流側トランジスタを共にオフして、プッシュプル駆動回路をハイインピーダンス状態にすることを示す。またモータをＣＷ方向に駆動する場合には励磁パターンを０→11へと順次切り換え、その逆のＣＣＷ方向に駆動する場合には励磁パターンを11→０へと切り換えるようにする。

【０００６】正常に動作している場合、例えば励磁パターン０の駆動信号がＣＰＵ３の各ポートＰ₁〜Ｐ₆から出力された時、トランジスタＱ₁、Ｑ₂が夫々オン、オフ、トランジスタＱ₃、Ｑ₄が夫々オフ、オン、トランジスタＱ₅、Ｑ₆が夫々オン、オフとなり、各ソレノイド１ａ、１ｂ、１ｃは、図２の矢印方向に通電される。そして励磁パターンを０→１→…→11へと切り換えることにより、各ソレノイド１ａ、１ｂ、１ｃへの通電方向が切り換わり、またロータリーソレノイド１が２相又は３相励磁されて３相式ステッピングモータが回転する。

【０００７】万が一、図７のパターン２の時、即ち、ＣＰＵ３のポートＰ₅の出力信号がハイレベル「Ｈ」となって上流側トランジスタＱ₅がオンしている時にＷ相の端子２ｗで接地短絡が発生した場合、端子２ｗの電圧レベルは略０Ｖとなる為、ダイオードＤ₃が導通してＣＰＵ３のポートＰ₅の「Ｈ」レベルの出力信号は強制的に「Ｌ」レベルに引き下げられ、上流側トランジスタＱ₅はオフして過電流が流れるのが防止される。またダイオードＤ₆も導通してトランジスタＱ₉がオンするので、ポートＰ₉の信号レベルはハイレベル「Ｈ」となり、端子２ｗの接地短絡が検出される。そして接地短絡が検出された時には、ＣＰＵ３において、ポートＰ₁、Ｐ₃、Ｐ₅の出力信号は「Ｌ」レベルに、ポートＰ₂、Ｐ₄、Ｐ₆の出力信号は「Ｈ」レベルに設定され、トランジスタＱ₁〜Ｑ₆を全てオフしてソレノイド駆動回路を保護するようにしている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、従来のソレイノド駆動回路の保護装置では、上流側トランジスタがオンしている相で例えばミディアムショートが発生したような場合では、保護回路の動作が十分でない。例えば、トランジスタＱ₅が上流側となってオンしている時にＷ相の端子２ｗに接続されたハーネスが接地短絡した場合、ダイオードＤ ₃ がオンしてＣＰＵ３のポートＰ₅の出力を強制的に「Ｌ」に引き下げようとするが、電源からアースまでの通電回路には、回路抵抗がある為、通電量が多くなると端子２ｗの電圧がトランジスタＱ₅が導通する電圧よりも高くなってしまうことがあり、トランジスタＱ₅を完全にオフさせることができない。またフェールセーフ処理は、ＣＰＵ３のソフトウェアでも行っているが、誤判定をして通電をカットすると元の通常動作に戻らなくなるので、異常判定を慎重に行う必要があるため、ディレー時間を設けている。しかしこのディレー時間が大きいため、コントロールユニット等に故障が発生する可能性がある。またこのディレー時間を短くすると通常動作時の逆の誤作動を引き起こす危険があり、フェールセーフの判定を行うためのディレー時間を短くすることにも限界がある。

【０００９】本考案はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、異常が発生した時、通電をカットすることなく確実にソレノイド駆動回路を保護することが可能なソレノイド駆動回路の保護装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため本考案は、図１に示すように、２つのスイッチ手段を電源と接地間に直列接続し、星型結線された複数のソレノイドの非結線側のソレノイド端子を前記２つのスイッチ手段の接続点に接続し、各スイッチ手段のオン・オフを周期的に切り換え制御して各ソレノイドの通電方向を周期的に切り換えることにより回転駆動するソレノイド駆動回路の異常の有無を検出し、異常検出時にソレノイド駆動回路を保護するソレノイド駆動回路の保護回路において、前記ソレノイド端子の電圧レベルがローレベルとなる状態を検出するモニタ手段と、該モニタ手段によりモニタされた信号レベルに基づいて、上流側になったソレノイドの接地短絡の有無を判定する判定手段と、該判定手段により接地短絡と判定された時、通電方向上流側でオンしているスイッチ手段がオフする励磁パターンに切り換える切り換え手段と、を備えるようにした。

【００１１】

【作用】

上記の構成によれば、上流側になったソレノイドが短絡した時、当該ソレノイド端子の電圧レベルはローレベルに引き落とされるので、モニタ手段によってその状態が検出され、判定手段により接地短絡であると判定される。そして接地短絡であると判定された時、励磁パターンが、上流側でオンしているスイッチ手段がオフするパターンに切り換え手段により切り換えられるので、通電をカットせずに、より確実にソレノイド駆動回路を保護することが可能となる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図２〜７に基づいて説明する。本考案の一実施例の回路構成は図２と同様の構成であり、この説明は同一符号を付して省略するが、この図２の出力モニタ回路がモニタ手段に相当する。例えば自動車のサスペンション制御のアクチュエータとして用いられる３相式ステッピングモータの駆動用に用いられるソレノイド駆動回路では、サスペンション制御において、３相式ステッピングモータのホールド時、あるいはモータセトリング制御（モータが回転している状態から停止する時、又は現在回転している方向と逆方向に回転させる時に、モータのロータのオーバーシュートを収束させるため、一時的にそのポジションにホールドさせる制御）時にオン・オフを短周期で繰り返すようなチョッパ制御を行っている。即ち、例えば図４は、図７の励磁パターンが、夫々、時刻ｔ₁、ｔ₂で０→１、１→２に切り換わった時の信号波形図であるが、励磁パターン０→１→２が所定時間毎に出力された後、時刻ｔ₃でモータをホールドするか或いはモータセトリングを行うチョッパ制御開始条件になった時、現在出力されている励磁パターン２の状態で上流側トランジスタであるＷ相のトランジスタＱ₅の駆動信号をハイレベル「Ｈ」に固定すると共に、下流側トランジスタとなってオンしている２つのトランジスタＱ₂、Ｑ₄を例えば周波数８ｋHzで同時にオン・オフさせる。これによりソレノイド１ａ、１ｂ、１ｃのインダクタンスで通電量が制限され、ステッピングモータの発熱が抑えられる。

【００１３】ＣＰＵ３には、このチョッパ制御時に異常検出を行うと同時に、万が一、上流側で接地短絡が発生した場合の処理を行うソフトウェアが内蔵されている。次にＣＰＵ３の動作を図３のフローチャート、及び信号波形図４〜６、励磁パターンの図７に基づいて説明する。ステップ（図中では「Ｓ」と記してあり、以下同様とする）１では、ポートＰ ₇ 〜Ｐ₉の出力モニタ値を入力し、上流側となっている相の端子の電圧レベルがローレベル「Ｌ」であるか否かを検出する。

【００１４】上流側となっている相の端子の電圧レベルがハイレベル「Ｈ」であれば、ステップ１→３に進む。ステップ３では、チョッパ制御中であるか否かを判定する。例えば図４において、時刻ｔ₃になるまでは、チョッパ制御が行われていないのでステップ３でこのルーチンを終了する。

【００１５】時刻ｔ₃で、３相式ステッピングモータをホールドした場合、あるいはモータセトリング制御に移行した場合、チョッパ制御が開始する。時刻ｔ₃以降では、現在出力されている励磁パターンが２であるので、上流側となっているＷ相のトランジスタＱ₅をオン状態に保持する一方、オンしている下流側のトランジスタＱ₂、Ｑ₄を８ｋHzでオン・オフさせる。この場合、図４の時刻ｔ₃後の時間軸を拡大した図５に示すように、端子２ｕ、２ｖの電圧レベルは同時に「Ｈ」又は「Ｌ」となり、「Ｈ」、「Ｌ」レベルが繰り返される。

【００１６】ステップ４では、チョッパ制御におけるソレノイド１の非通電時期に同期させて、ポートＰ₇〜Ｐ₉から出力モニタ信号を入力し、その信号レベルがローレベル「Ｌ」であるか否かを判定する。各端子２ｕ、２ｖ、２ｗで地絡短絡、断線の異常が発生していなければ、ソレノイド１の非通電時期において、各端子２ｕ、２ｖ、２ｗの電圧レベルは全て「Ｈ」となる。例えば図５において、時刻ｔ₄、ｔ₅では、チョッパ制御されるＵ、Ｖ相のトランジスタＱ₁〜Ｑ₄がオフとなり、ソレノイド１の非通電時期となるが、端子２ｕ、２ｖの端子電圧は、Ｗ相からハイレベル「Ｈ」の電圧が供給されて「Ｈ」となる。したがってポートＰ₇〜Ｐ₉の出力モニタ信号は全て「Ｌ」レベルとなるので、ステップ４において、異常が発生していないと判定され、ステップ４→８に進み、フェールタイマのタイマ値を「０」にクリアしてこのルーチンを終了する。

【００１７】また例えば時刻ｔ₆において、Ｕ相の端子２ｕで接地短絡が発生した場合、Ｕ相の出力モニタ値が「Ｈ」レベルとなるので、時刻ｔ₇で出力モニタ値を検出した時、ステップ４→５に進み、フェールタイマの値をインクリメントする。そして電圧レベルが「Ｌ」に維持されたままタイマ値が予め設定された値Ｔ₁以上になった時、ステップ６で各端子２ｕ、２ｖ、２ｗのいずれかでで地絡短絡、断線の異常が発生していると判定され、ステップ６→７に進み、モータフェールフラグを１にセットしてこのルーチンを終了するこのようにフェールタイマのタイマ値が設定値Ｔ₁以上になった場合のみ異常と判定するので、過渡時にソレノイド１ａ、１ｂ、１ｃの端子電圧レベルのいずれかが「Ｌ」となった場合の誤検出を防止できるが、その逆にこれが異常判定を行うときのディレー時間となってしまう。

【００１８】３相ステップモータでは３相のうち上流側がオンしている相と下流側がオンしている相があり、このうち下流側がオンしている相が接地短絡してもコントロールユニットを破損する心配はないが、上流側がオンしている相が接地短絡するとディレー時間中に過電流が流れ、コントロールユニットを破損させる可能性がある。

【００１９】これを防ぐため、例えば図６に示すように、励磁パターン２であり上流側トランジスタＱ₅がオンしている時刻ｔ₈で、もし端子２ｗの電圧レベルが「Ｌ」となった場合には、ポートＰ₉の信号レベルが「Ｈ」となるので、ステップ２に進み、この励磁パターン２を６ステップ進めて励磁パターン８に切り換えるる。これにより上流側でオンしていたトランジスタＱ₅がオフするようになる。またこれが誤判定であった場合には、通電がカットされていないので、すぐにもとの励磁パターンに戻せば、再び通常動作に戻る。このステップ１、２が夫々判定手段、切り換え手段に相当する。

【００２０】かかる構成によれば、チョッパ制御を行っている時を利用し、ロータリーソレノイド１への出力をモニタするタイミングをこのチョッパ制御に同期させて異常検出を行うと同時に、上流側になっているソレノイドが接地短絡してソレノイド端子の電圧レベルがローレベルとなった時には、励磁パターンを６ステップ切り換えることにより、通電をカットしないで上流側でオンしているトランジスタをオフにすることができる。したがって励磁パターンを切り換えるだけなので、異常と判定したら即、対応することが可能となり、また異常判定が誤判定であった場合には、励磁パターンを元にもどせばすぐに通常動作へ移行し、通常制御への移行も容易に行うことが可能となる。

【００２１】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、上流側になったソレノイドが接地短絡した時、上流側でオンしているスイッチ手段がオフする励磁パターンに切り換えてソレノイドを保護することにより、通電カットしないでソレノイドを保護することができるようになり、またモータの励磁パターンを切り換えるだけなので、異常と判定したら即、対応することが可能となり、通常動作への移行も容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の構成を示すブロック図。

【図２】本考案の一実施例の回路図。

【図３】図１のＣＰＵの動作を示すフローチャート。

【図４】図１の信号波形図。

【図５】図３の信号波形図の時間軸を拡大した信号波形
図。

【図６】同上信号波形図。

【図７】励磁パターンを示す図。

【符号の説明】

１ロータリーソレノイド３ＣＰＵＱ₁〜Ｑ₉ トランジスタ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】２つのスイッチ手段を電源と接地間に直列
接続し、星型結線された複数のソレノイドの非結線側の
ソレノイド端子を前記２つのスイッチ手段の接続点に接
続し、各スイッチ手段のオン・オフを、予め設定された
ソレノイドの励磁パターンに従って励磁パターン毎に周
期的に切り換え制御して各ソレノイドの通電方向を周期
的に切り換えることにより回転駆動するソレノイド駆動
回路の異常の有無を検出し、異常検出時にソレノイド駆
動回路を保護するソレノイド駆動回路の保護回路におい
て、前記ソレノイド端子の電圧レベルがローレベルとなる状
態を検出するモニタ手段と、該モニタ手段によりモニタされた信号レベルに基づい
て、通電方向上流側になったソレノイドの接地短絡の有
無を判定する判定手段と、該判定手段により接地短絡と判定された時、上流側でオ
ンしているスイッチ手段がオフする励磁パターンに切り
換える切り換え手段と、を備えたことを特徴とするソレノイド駆動回路の保護装
置。