JPH10181577A

JPH10181577A - 無段階調節ソレノイドコイルにより作動するブレーキシリンダ圧力弁用パルス幅変調駆動回路

Info

Publication number: JPH10181577A
Application number: JP9334500A
Authority: JP
Inventors: J Carl Barry; バリー・ジェイ・カール; H Kobin John; ジョン・エイチ・コーヴィン
Original assignee: American Standard Inc
Current assignee: Trane US Inc
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 1998-07-07
Anticipated expiration: 2017-12-04
Also published as: CA2202937C; US5815362A; JP3270379B2; CA2202937A1

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動回路に十分なエネルギを供給できないた
め、弁のスプールが膠着したときに、開放位置まで戻す
ことができなかった。また、このため、膠着したにすぎ
ないスプールを交換しなければならず、経済的でなかっ
た。【解決手段】制御装置から発信される入力電圧信号
と、ソレノイド作動弁のコイルからフィードバック信号
とを受信し、これに応答して、これらの信号に依存する
デューティーサイクルのパルス幅変調信号を発生するパ
ルス発生回路と、パルス発生回路から発生されたパルス
幅変調信号を受信し、これに応答して、エネルギ源のエ
ネルギをコイルに供給するためのパルス幅変調信号と一
致するデューティーサイクルのパルス幅変調出力信号を
発生する出力回路とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、ソレノ
イドにより作動される弁（以後ソレノイド作動弁と略
称）を制御する手段に関し、更に詳しくは、ブレーキシ
リンダ内の圧力を制御するのに使用される、＜無限に可
変な＞ソレノイド作動弁を駆動するためのパルス幅変調
駆動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】乗客運搬用の列車は、一般的に、鉄道車
両のブレーキを制御するため電気式空圧式ブレーキ制御
システムを備えている。これらのブレーキ制御システム
は、典型的には、列車に備えられた様々な装置から受信
される多くの入力に応じてブレーキの全般的な動作を制
御する電子ブレーキ制御装置を特徴としている。このよ
うなブレーキ制御装置は、様々なソレノイド作動弁の制
御を行い、これらのソレノイド作動弁を介して、空気の
作用で動作する複数の装置や容積体の１つ以上に加圧空
気流を給排している。

【０００３】この技術分野では公知であるように、ブレ
ーキ制御装置は典型的には弁駆動回路を通じて、ソレノ
イド作動弁の作動制御を行う。ブレーキ制御装置は、例
えば、弁駆動回路に入力電圧信号を通じて弁を駆動する
ことを指令する。ブレーキ制御装置は圧力検出装置等か
ら受信するフィードバック信号に応じて入力電圧信号を
調節する。この圧力検出装置は、特定のブレーキシリン
ダ内の圧力、或いは圧力を制御すべき他の空気圧作動部
材内の圧力を検出する。このフィードバックにより、ブ
レーキ制御装置は、バルブ駆動回路の動作と、最終的に
はソレノイド作動弁とを制御する閉ループ制御システム
として機能する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の弁駆動回路に
は、このような駆動回路固有の幾つかの不利な点があっ
た。第１に、従来の弁駆動回路は、弁のコイルに十分な
エネルギを分配することができないため、弁のスプール
が膠着したときに、それを移動させてより大きな力で全
開位置まで戻すのに充分なエネルギーを分配することが
できなかった。このような問題により、スプールが一時
的に膠着しただけで必ずしも壊れていないバルブの交換
を招く。このような欠点はバルブ交換のコストをもたら
すが、本発明では、以下で述べるように、別の方法でこ
のような欠点を克服している。従って、本発明における
バルブは、従来の制御弁駆動回路により駆動されるもの
に比べてより高い信頼性で動作することができる。

【０００５】第２に、従来の制御バルブ駆動回路は、出
力駆動回路にバイポーラ接合トランジスタ技術を用いて
いるが、これに対して本発明では電界効果型トランジス
タを用いている。従来技術における他の不利な点は、弁
駆動回路が別個の５０（Ｖ）の電源供給を必要とするこ
と、また、本発明と同様の状況下で列車の電力供給源が
オフされているときは作動不能であることである。これ
ら２つの不利な点は、従来の弁駆動回路の消費電力を増
加させ、本発明よりも多くの発熱を伴う。このことは、
従来の弁駆動回路の信頼性を本発明よりも遙かに低いも
のとしている。

【０００６】本発明は、従来の弁駆動回路の不利点を克
服したパルス幅変調駆動回路に関するものである。パル
ス幅変調駆動回路はソレノイド作動弁を駆動し、このソ
レノイド作動弁を介して様々な空気圧作動装置や容積部
へ圧力を供給し、あるいはそれらから圧力を排出してい
る。パルス幅変調駆動弁の圧力供給対象となる容積部と
しては、列車に備えられた様々なリザーバや車両空気圧
配管がある。パルス幅変調駆動弁の制御対象となる空気
圧作動装置としては、可変負荷リレー弁やＪ−１リレー
弁があり、これらは、ウエスチングハウスエアブレ
ーキカンパニー（ＷｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅＡｉｒ
ＢｒａｋｅＣｏｍｐａｎｙ）（ＷＡＢＣＯ）発行の
「オペレーション及びメンテナンス出版物」（Ｏｐｅｒ
ａｔｉｏｎ＆ＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＰｕｂｌｉ
ｃａｔｉｏｎｓ）に記載されているものである。

【０００７】本発明は数多くの装置に適用され得るが、
本発明のＰＷＭ駆動回路はブレーキシリンダに圧縮空気
流を給排する無段階ソレノイド作動弁の駆動と関連して
説明を行う。当業者であれば、本発明を、ここに説明す
る無段階ソレノイド作動弁のみならず、様々なソレノイ
ド作動弁にも適用できるでろう。しかしながら、本発明
が適用される特定のタイプのソレノイド作動弁に応じ
て、当業者にとって自明な変形を施すことが必要となる
かもしれない。以上の背景情報（従来の技術に関する情
報）は、本願の理解を深めるために提供されたものであ
ることに留意すべきである。従って、ここで使用される
如何なる技術用語も、この中で詳細に説明されていなけ
れば、如何なる特定の狭義の解釈に限定されるものでは
ない。

【０００８】従って、本発明の第１目的は、ブレーキシ
リンダ内の圧力を制御するために用いられる無段階ソレ
ノイド作動弁用のパルス幅変調駆動回路を提供すること
にある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、空気圧作動装
置や容積部への圧縮空気流を制御するために、種々のソ
レノイド作動弁の何れか１つをも駆動することが可能な
パルス幅変調駆動回路を提供することである。

【００１０】本発明のさらに他の目的は、従来の駆動回
路よりも多くの電力を無段階ソレノイド作動弁のコイル
に供給することにより、弁のスプールがスタックした時
に、それを移動させて強制的に全開放位置まで復帰させ
ることのできるパルス幅変調駆動回路を提供することで
ある。

【００１１】本発明のさらに他の目的は、無段階ソレノ
イド作動弁を作動させるように設計された従来の駆動回
路に比べて、消費電力が小さく発熱量の小さいパルス幅
変調駆動回路を提供することである。また、本発明の他
の目的は、無段階ソレノイド作動弁を様々な環境及び広
い温度範囲で駆動することのできるパルス幅変調駆動回
路を提供することである。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、従来の駆動回
路によって駆動されるソレノイド作動弁よりも信頼性の
高いソレノイド作動弁を提供することのできるパルス幅
変調駆動回路を提供することである。

【００１３】また、本発明のさらに他の目的は、列車の
電源がオフされている場合においても、特に従来の駆動
回路で要求されていた専用の電源を必要とせずに、動作
可能なパルス幅変調駆動回路を提供することである。

【００１４】また、本発明のさらに他の目的は、パルス
幅変調出力信号を介してソレノイド作動弁のコイルを励
磁して、パルス幅変調出力信号によって搬送される平均
電流にほぼ比例した力をソレノイド作動弁のコイルに発
生させることのできるパルス幅変調駆動回路を提供する
ことである。

【００１５】ソレノイド作動弁の技術分野における通常
の知識を有する者であれば、この明細書中の発明の詳細
な説明を読むことにより、上述したパルス幅変調駆動回
路の目的及び利点に加えて、他の様々な目的及び利点が
一層容易に明らかになるであろう。そのような目的及び
利点は、発明の詳細な説明を添付の図面及びクレームに
関連して考察すればとりわけ明瞭になるであろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施の形
態では、本発明は、制御装置からの入力電圧信号に応じ
て、ソレノイド作動弁を駆動するためのパルス幅変調駆
動回路を提供するものである。ソレノイド作動弁は、パ
ルス幅変調駆動回路から供給されるエネルギによって励
磁され得るコイルを備える。パルス幅変調駆動回路は、
パルス発生手段と出力手段を備える。パルス発生手段
は、制御装置からの入力電圧信号とコイルからのフィー
ドバック信号を受信し、これらの信号は組み合わされて
制御電圧を形成する。この制御電圧に応答して、パルス
発生手段は、制御電圧に依存するデューティーサイクル
を有するパルス幅変調信号を発生する。出力手段は、パ
ルス発生手段からパルス幅変調信号を受信し、これに応
答して、コイルの両端にパルス幅変調出力信号を発生す
る。パルス幅変調信号出力信号は、制御電圧に比例する
パルス幅を有し、エネルギ源からエネルギを搬送する。
そして、パルス幅変調出力信号はコイルを励磁して、パ
ルス幅変調出力信号によって搬送される平均電流にほぼ
比例する力を発生する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明を詳細に説明するに当た
り、発明を明瞭にすると共にその理解を容易にするた
め、添付図面において、同様の機能を有する同様の部材
を、同一符号を付して説明する。

【００１８】実施の形態１．図１乃至図６は、全体を１
００で表した、本発明に係るパルス幅変調駆動回路の好
適な実施の形態の要部の詳細を示している。パルス幅変
調駆動回路１００はソレノイド作動弁を駆動するために
用いられるものであり、このソレノイド作動弁は、様々
な空気作動装置や容積部の何れか１つ以上のものに圧力
を供給し、あるいはこれらから圧力を排出するものであ
る。なお、図１及び図２は本来１つの回路を示すところ
を紙面の関係で図１及び図２に分割したものである。

【００１９】パルス幅変調駆動回路１００は、好ましく
は、無段階ソレノイド作動弁を作動させており、この無
段階ソレノイド作動弁を通じて圧縮空気流がブレーキシ
リンダへ供給され、またブレーキシリンダから放出され
る。パルス幅変調駆動回路１００は、図２に示すコイル
を介して、全体を符号１で示すブレーキシリンダ作動弁
を駆動する。また、図１及び図２において、ブレーキ制
御装置（図示せず）等が、パルス幅変調駆動回路１００
を用いてブレーキシリンダ制御弁１の全体的な機能を制
御している。ブレーキシリンダ制御装置は、入力電圧指
令信号Ｖｃｏｍを介してパルス幅変調駆動回路１００に
ブレーキシリンダ弁１を駆動するよう指令する。ブレー
キ制御装置は、圧力検出装置等からのフィードバック信
号に応答して入力電圧指令信号を調節する。

【００２０】圧力検出装置は、圧力制御の対象としての
特定のブレーキシリンダや、他の空気圧作動部材の内部
圧力を検出する。このフィードバック信号を通じて、ブ
レーキシリンダ制御装置は閉ループ制御システムとして
の機能を果たし、この機能によって、パルス幅変調駆動
回路１００や、最終的にソレノイドにより作動されるブ
レーキシリンダ制御弁１の制御が行われる。

【００２１】パルス幅変調駆動回路１００は、電源フィ
ルタ１１０と電力レギュレータ１２０を備える。電源フ
ィルタ１１０は、電気技術分野において公知となってい
る様々な構成の回路によって実施できるものである。図
１に示す電源フィルタ１１０は、例えば、ダイオードＤ
１、直列チョークＣＫ１及びキャパシタＣ２等の一般的
に用いられている構成素子を特徴とする。

【００２２】ダイオードＤ１は、そのアノードが列車の
電源に接続されると共に、そのカソードが直列チョーク
ＣＫ１の一端に接続されている。キャパシタＣ２は直列
チョークＣＫ１の他端及び接地間に接続されている。回
路中における直列チョークＣＫ１は、直流電流をパルス
幅変調駆動回路１００へ通過させるが、パルス電流ある
いは交流電流に対しては高インピーダンスを示すもので
ある。キャパシタＣ２とチョークＣＫ１の接続点は、電
源の電力供給点＋Ｂであり、電力供給点＋Ｂを通じて、
電源フィルタ１１０は電源の供給電圧をパルス幅変調駆
動回路１００に供給する。

【００２３】電力レギュレータは、電子技術分野おいて
公知となっている様々な構成の回路によって実施できる
ものである。図３に示す電力レギュレータ１２０は、例
えば、ツェナーダイオードＺ４、キャパシタＣ７、Ｃ８
を含む入力系フィルタ、及びキャパシタＣ４を含む出力
系フィルタ、及び、任意に設けてもよい発光ダイオード
Ｄ６等の一般的な構成素子を特徴とする。

【００２４】電力レギュレータ１２０は、電源フィルタ
１１０と共有する電源の電力供給点＋Ｂから入力される
電力の低減及び調整を行う。電力レギュレータ１２０は
その出力端に、調整された第１の電力レベルとしての１
８（Ｖ）の直流電圧を出力し、パルス幅変調駆動回路１
００の様々な構成素子を作動させる。端子ＴＳI６は、
回路における電源帰還点−Ｂである。電力レギュレータ
１２０の入力側において、トランジスタＱ７はそのコレ
クタが電源の電力供給点＋Ｂに接続され、ベースはツェ
ナーダイオードＺ４及びキャパシタＣ８に接続されてお
り、また、ツェナーダイオードＺ４及びキャパシタＣ８
の他端は共に接地されている。

【００２５】抵抗器Ｒ２７は、トランジスタＱ７のコレ
クタ−ベース間に接続されている。キャパシタＣ７は電
力供給点＋Ｂと接地との間に接続されている。電力レギ
ュレータ１２０の出力側において、キャパシタＣ４は出
力端と接地との間に接続されている。発光ダイオードＤ
６、抵抗器Ｒ２８及びツェナーダイオードＺ５は電力レ
ギュレータ１２０の出力端間に直列に接続されている。

【００２６】キャパシタＣ７及びＣ８は、電源フィルタ
１１０から送信される電源供給電圧信号の変動電圧をフ
ィルタするものである。抵抗器Ｒ２７はトランジスタＱ
７のコレクタ−ベース間に適切なバイアスを供給するよ
うに選択され、一方、ツェナーダイオードＺ４は、トラ
ンジスタＱ７のベース電圧を電力帰還点よりも高電位の
１８（Ｖ）に保持するように選択される。

【００２７】ツェナーダイオードＺ５は、汎用のレギュ
レータとしてとして用いられると共に、抵抗器Ｒ２８に
関連しては、出力端に要求される電圧レベルが供給され
るように選択されると共に、トランジスタＱ７の導通時
に発光ダイオードＤ６に電流が供給されるように設定さ
れる。電源フィルタ１１０が電源供給電圧を電力供給点
＋Ｂに供給すると、トランジスタＱ７は導通する。トラ
ンジスタＱ７が導通すると、キャパシタＣ４は、トラン
ジスタＱ７のエミッタ端子からの出力に存在する如何な
る電圧変動をもフィルタする。

【００２８】トランジスタＱ７のベース−エミッタ接合
間の固有の電圧降下にも拘わらず、抵抗器Ｒ２８及び発
光ダイオードＤ６と直列に接続されたツェナーダイオー
ドＺ５は、第１の電力制限レベルである直流１８（Ｖ）
が電力レギュレータ１２０の出力端から出力されること
を保証する。図３から明らかなように、電力レギュレー
タ１２０が実際に電力制限を行うと、発光ダイオードＤ
６が発光する。

【００２９】パルス幅変調駆動回路１００は、ＰＷＭ発
生段２００、出力段３００及びフィードバック回路４０
０を備えることを特徴とする。フィードバック回路４０
０は、入力制御回路２３０の第２段２３５を介して、出
力段３００とＰＷＭ発生段２００を接続する。特に、入
力制御回路２３０は、オペアンプ２３６でフィードバッ
ク回路４００から発信されるフィードバック信号を受信
し、このフィードバック信号を通じて、ＰＷＭ発生段２
００及び出力段３００の制御を行う。この制御動作につ
いては以下で詳しく述べる。

【００３０】図１及び図４に示すように、ＰＷＭ発生段
２００は、２段の入力制御回路２３０を備える。第１段
目の入力制御回路２３０は、図４に示す差動入力増幅回
路２３１を備える。第２段目の入力制御回路２３０は、
図１に示すオペアンプ回路２３５を備える。図４におい
て、差動入力増幅回路２３１は、オペアンプ２３２及び
２つの入力端ＴＳI３とＴＳI４を備える。抵抗器Ｒ３１
は、入力端ＴＳI３とオペアンプの２３２の非反転入力
端を接続し、抵抗器Ｒ３２とキャパシタＣ９は、共に接
地と非反転入力端を接続している。

【００３１】抵抗器Ｒ３３は、入力端ＴＳI４とオペア
ンプ２３２の反転入力端を接続し、抵抗器３４及びキャ
パシタＣ１０は反転入力端と差動入力増幅回路２３１の
出力端ＶＩＮを接続している。差動入力増幅回路２３１
は、入力端ＴＳI３においてブレーキ制御装置から入力
電圧指令信号Ｖｃｏｍを受信する。差動入力増幅回路２
３１の出力ＶＩＮは、入力端ＴＳI３とＴＳI４の電位差
に比例する。差動入力増幅回路２３１の出力ＶＩＮは、
図１に示す入力制御回路２３０の第２段目２３５に入力
される。

【００３２】入力制御回路２３０の第２段目２３５は、
抵抗器Ｒ５、Ｒ６及びオペアンプ２３６から構成される
分圧器を備えることを特徴とする。第２段目２３５への
入力ＶＩＮは抵抗器Ｒ５に供給され、ブレーキシリンダ
から供給される入力電圧指令信号Ｖｃｏｍと共に変化す
る作動電圧が、分圧器を介して、入力制御回路２３０の
オペアンプ２３６の非反転入力端に供給される。パルス
幅変調駆動回路１００の動作がオペアンプ２３６の非反
転入力に印加される動作電圧に依存することは、以下の
説明で明らかとなる。また、そのために、オペアンプ２
３６の非反転入力は、図１乃至図５に示す制御端子ＣＮ
としても言及される。

【００３３】ＰＷＭ発生段は、電子技術分野において公
知となっている様々な回路構成によって実施できるもの
である。例えば、図１に示すＰＷＭ発生段２００は、さ
らにＰＷＭチップ２２０及び周波数制御回路２１０を備
える。ＰＷＭチップ２２０は、図１に示す例えばＬＭ１
５２４Ｄのように、産業界で広く一般的に用いられてい
るものであればどのような形式のものでも良い。このＰ
ＷＭチップは、パルス幅変調発生装置に用いられている
標準的なチップである。また、他のＰＷＭチップとし
て、本発明の他の実施の形態においては、図７に示すよ
うにＴＬ４９４チップを用いてもよい。

【００３４】選択された形式のＰＷＭチップによって
は、それを本発明の範囲内で適正に動作させるために要
求される、バイアス回路や外部入力増幅回路等のように
異なる回路設計が必要になることは、当業者にとって自
明のことである。従って、本明細書中におけるパルス幅
変調駆動回路１００にＬＭ１５２４Ｄを用いることは、
例証に過ぎず、発明をこのように限定するものではな
い。

【００３５】ＰＷＭチップ２２０の動作は、周波数制御
回路２１０及び入力制御回路２３０に依存する。図１に
示すように、周波数制御回路２１０は、抵抗器Ｒ２及び
キャパシタＣ１を備え、これらの素子の値によって、Ｐ
ＷＭチップ２２０で発生するＰＷＭ信号のパルスの周波
数が決定される。抵抗器Ｒ２は、ＰＷＭチップ２２０の
ピン６と接地の間に接続され、キャパシタＣ１はピン７
と接地の間に接続されている。これらの素子の値は、入
力電圧指令信号Ｖｃｏｍに対する弁１の応答が最適化さ
れるように設定されることが望ましい。しかしながら、
このようにして設定される周波数から多少外れた程度で
は、パルス幅変調駆動回路１００の動作に悪影響が及ぶ
ことはない。従って、抵抗器Ｒ２とキャパシタＣ１は極
端に厳しい精度を要求されるものではない。

【００３６】ＰＷＭ発生段２００は、最終的に入力制御
回路２３０から受信する入力信号によって制御される。
すなわち、ＰＷＭチップ２２０は、ピン９で入力制御回
路２３０のオペアンプ２３６の出力を受信する。ピン９
における制御電圧Ｖｐｗｍｃが約１（Ｖ）の直流電圧で
ある場合、ＰＷＭチップ２２０はピン１１及びピン１４
からデューティーサイクルがほぼ０（％）のＰＷＭ信号
を出力する。ピン９における制御電圧Ｖｐｗｍｃが約４
（Ｖ）の直流電圧である場合、ＰＷＭチップ２２０はデ
ューティーサイクルがほぼ１００（％）のＰＷＭ信号を
出力する。ＰＷＭ発生段２００は、これらのＰＷＭ信号
を介して出力段３００を駆動する。

【００３７】パルス幅変調駆動回路１００の出力段３０
０は、切替回路３１０とコイル駆動回路３２０を備え
る。切替回路３１０は、抵抗器Ｒ７及びＲ８で構成され
るバイアス回路と、ｎチャネル形電解効果型トランジス
タＱ３と、抵抗器Ｒ１０とＲ１１で構成される分圧器
と、ｎｐｎ接合形トランジスタＱ１、ｐｎｐ接合形トラ
ンジスタＱ２と、電圧オフセット回路３１２とを備え
る。以下、これらの素子について詳しく説明する。ＰＷ
Ｍチップ２２０から出力されたＰＷＭ信号は、バイアス
回路の抵抗器Ｒ７に供給される。抵抗器Ｒ７は、トラン
ジスタＱ３のゲートと抵抗器８とに接続されており、ト
ランジスタＱ３をＰＷＭ信号で駆動できるように、トラ
ンジスタＱ３にバイアスを印加する。抵抗器Ｒ７及びＲ
８によって、ＰＷＭチップ２２０はトランジスタＱ３の
オン、オフ制御を行うことができる。

【００３８】トランジスタＱ１、Ｑ２は、互いのエミッ
タ同士が接続されるように、トーテムポール状に配設さ
れている。また、トランジスタＱ１、Ｑ２のそれぞれの
ベースは、分圧器の抵抗器Ｒ１０とＲ１１の接続点に接
続されている。トランジスタＱ１のコレクタは電源供給
点に接続されている。トランジスタＱ２のコレクタは、
トーテムポール状に配設されたトランジスタを接地から
オフセットする電圧オフセット回路３１２に接続されて
いる。ダイオードＤ２は、トランジスタＱ２のベース−
コレクタ間に接続され、電源供給電圧が極めて低下した
ときに、トーテムポール状に配設されたトランジスタＱ
１及びＱ２を作動させるものである。

【００３９】電圧オフセット回路３１２は、トランジス
タＱ２のコレクタ電位を電源供給電圧より低い、好適な
所定の電圧としての１０（Ｖ）に保持する。コレクタが
保持される所定の電圧は、電圧オフセット回路の構成素
子であるキャパシタＣ３、ツェナーダイオードＺ１及び
抵抗器Ｒ１２のそれぞれの値によって決定される。切替
回路３１０は、ｎｐｎ形トランジスタＱ１のエミッタと
ｐｎｐ形トランジスタＱ２のエミッタが接続される接続
点Ｎ１から出力を行う。接続点Ｎ１において、切替回路
３１０はコイル駆動回路３２０に電力供給を行う。

【００４０】出力段３００のコイル駆動回路３２０は、
抵抗器Ｒ１３、ｐチャネル形電界効果型トランジスタＱ
５、ツェナーダイオードＺ２、双方向ツェナーダイオー
ドＶＲ１、及び一対のフリーホイールダイオードＤ３か
ら構成されるバイアス回路を特徴とする。図１及び図２
に示すように、抵抗器Ｒ１３は接続点Ｎ１とトランジス
タＱ５のゲートを接続している。抵抗器Ｒ１６は電源供
給点と接続点Ｎ２を接続し、この接続点Ｎ２において、
トランジスタＱ５のソースとダイオードＺ２のカソード
が接続されている。

【００４１】抵抗器Ｒ１６は、部分的に、電源供給点と
トランジスタＱ５のソースとの接続点Ｎ２にバイアスを
供給するように働く。ツェナーダイオードＺ２はトラン
ジスタＱ５のゲート−ソース間を接続し、ゲート−ソー
ス間電圧がトランジスタ固有の上限値を超えないように
している。これにより、トランジスタＱ５は電源電圧の
一時的な超過等による様々な影響から保護されている。
双方向ツェナーダイオードＶＲ１は接続点Ｎ２とＮ３、
即ちトランジスタのソース−ドレーン間に接続されてい
る。ダイオードＶＲ１は、電源供給点や、制御されてい
るブレーキシリンダ作動弁のコイルからの誘導起電力の
反転による一時的な影響からトランジスタＱ５を保護し
ている。

【００４２】トランジスタＱ５を介して電源電圧によっ
て励磁されると、誘導素子としてのコイルは一時的にエ
ネルギを蓄積する。コイルが消磁されると、残存エネル
ギが駆動回路に逆流することにより、トランジスタＱ５
が損傷するおそれがある。一対の反転ダイオードＤ３は
互いに並列に接続され、ブレーキシリンダ弁のコイル１
に接続されている。フリーホイールダイオードＤ３は、
接地とトランジスタＱ５のドレーンの間においてコイル
の高圧側に接続され、コイルを誘導起電力の反転から保
護し、トランジスタＱ５がオフされても抵抗器Ｒ１７に
電流が供給されるようにしている。反転ダイオードＤ３
は、コイルの励磁及び消磁が繰り返されるような過渡状
態の制限を行う。

【００４３】さらに図１及び図２において、フィードバ
ック回路４００は電流検出用抵抗器Ｒ１７、抵抗器Ｒ１
５、キャパシタＣ５、単位ゲインオペアンプ４１０、抵
抗器Ｒ９、ポテンショメータＲ２５、及び抵抗器Ｒ３を
備える。電流検出用抵抗器Ｒ１７は、コイルの低圧側と
接地とを接続している。抵抗器Ｒ１５は、一端がオペア
ンプ４１０の非反転入力に接続され、他端が電流検出用
抵抗器Ｒ１７に接続されている。キャパシタＣ５は、オ
ペアンプ４１０の非反転入力と接地の間に配設されてい
る。オペアンプ４１０の入力端と反転入力端は接続され
ている。抵抗器Ｒ９は、ポテンショメータＲ２５の一端
とオペアンプ２３６の反転入力の共通電位であるフィー
ドバック点ＦＮと、オペアンプ４１０の出力端との間に
直列に配設されている。

【００４４】抵抗器Ｒ３は、ＰＷＭチップの出力である
ピン９と入力制御回路２３０のオペアンプ２３６の出力
との接続点と、ポテンショメータＲ２５の他端との間に
配設されている。このフィードバック点ＦＮを通じて、
フィードバック回路４００はフィードバック信号を入力
制御回路２３０に供給し、以下に示すようにＰＷＭ発生
段２００及び出力段３００を作動させている。

【００４５】図４に示すように、ブレーキ制御装置は入
力電圧指令信号Ｖｃｏｍを介してパルス幅変調駆動回路
１００に指令を行う。増幅回路２３１の出力ＶＩＮは、
この入力電圧指令信号に比例する。さらに、図１に示す
第２段２３５への入力ＶＩＮとＰＷＭチップ２２０のピ
ン９における受信電圧Ｖｐｗｍｃの間には比例関係があ
る。特に、図１に示すような構成では、第２段２３５に
対する入力ＶＩＮが約０（Ｖ）となると、ＰＷＭチップ
２２０はピン９で約１（Ｖ）の入力電圧Ｖｐｗｍｃを受
信し、殆ど出力を行なわないか、あるいは全く出力を行
うことはない。入力電圧ＶＩＮが約５（Ｖ）である場
合、ＰＷＭチップ２２０は約２．５（Ｖ）の入力電圧を
受信し、デューティーサイクルが約５０（％）のＰＷＭ
信号を出力する。入力電圧ＶＩＮが約１０（Ｖ）である
場合、ＰＷＭチップ２２０は約４（Ｖ）の入力電圧を受
信し、デューティーサイクルが約１００（％）のＰＷＭ
信号を出力する。

【００４６】パルス幅変調駆動回路１００の作動に関し
て、ＰＷＭ発生段２００は出力回路３００の切替回路３
１０に出力を供給する。即ち、ＰＷＭ発生段２００から
パルスが供給されなければ、バイアス用の抵抗器Ｒ７及
びＲ８を通じてトランジスタＱ３のゲートには電圧は供
給されない。この結果、トランジスタＱ３は導通しない
ので、抵抗器Ｒ１０及びＲ１１電源供給点には電流が供
給されることはない。トランジスタＱ３がオフされてい
る間は、分圧器の抵抗器Ｒ１０及びＲ１１は、トランジ
スタＱ１及びＱ２のベースにバイアスを供給するので、
ｎｐｎ形トランジスタＱ１がオンされると共に、ｐｎｐ
形のトランジスタＱ２がオフされる。電源供給電圧はト
ランジスタＱ１及びバイアス抵抗器Ｒ１３を介してトラ
ンジスタＱ５のゲートに供給される。この電源供給電圧
は十分に高いので、ｐチャネル形トランジスタＱ５はオ
フされる。トランジスタＱ５がオフされている間は、ブ
レーキシリンダ制御弁１のコイルにいずれのエネルギ源
からも、コイル駆動回路３２０を通じてエネルギ供給が
行われることはない。

【００４７】ＰＷＭ発生段２００がＰＷＭ信号を発生す
ると、トランジスタＱ３のゲートは各パルス信号の変調
のための約１０（Ｖ）の電圧を受信する。トランジスタ
Ｑ３のゲートにパルスが発生する度に、トランジスタＱ
３は導通し、電力供給源から抵抗器Ｒ１０及びＲ１１を
介して接地に電流が流れる。トランジスタＱ１及びＱ２
の電位は、分圧器Ｒ１０及びＲ１１によって引き下げら
れることにより、ｎｐｎ形トランジスタＱ１をオフさせ
ると共に、ｐｎｐ形トランジスタをオンさせる。トラン
ジスタＱ２が導通すると、トランジスタＱ５のゲートは
オフセット回路３１２によって決定される電位になる。
トランジスタＱ５はｐチャネル形電界効果型トランジス
タなので、この電圧はトランジスタＱ５をオンさせるに
は十分である。しかし、トランジスタＱ５がオンされる
と、出力段３００は、ブレーキシリンダ制御弁１のコイ
ルにコイル駆動回路３２０を通じて電源供給電圧を供給
する。

【００４８】本発明の動作において、コイル駆動回路３
２０は電源供給電圧をコイルにＰＷＭ出力信号として供
給し、このパルスは、一般的にＰＷＭ発生段２００から
受信するＰＷＭ信号と一致する期間を有する。コイル
は、これに応答して、コイル駆動回路３２０から受信し
たパルスを含む平均電流に直接比例する力をバルブスプ
ールに発生する。ＰＷＭ発生段２００が出力段３００に
ＰＷＭ信号を供給しない時は、コイル駆動回路３２０は
コイルにＰＷＭ出力信号を供給しない。コイルが消磁さ
れても、ブレーキシリンダ制御弁１は全閉位置に保持さ
れる。

【００４９】ＰＷＭ発生段２００が出力段３００にデュ
ーティーサイクルが５０（％）のＰＷＭ信号を供給する
と、コイル駆動回路３２０は、これと等しいデューティ
ーサイクルのＰＷＭ出力信号をコイルに供給する。電源
が正常に機能していれば、これは通常、ブレーキシリン
ダ制御弁１のスプールを全開位置まで移動させるのに十
分である。図４に示すように、入力電圧指令信号Ｖｃｏ
ｍをかいしてバルブスプールの位置を制御するのは勿論
ブレーキ制御装置である。

【００５０】通常の動作時において、コイルに供給する
ＰＷＭ出力信号のデューティーサイクルを０（％）から
５０（％）まで増やせば、ブレーキシリンダ作動弁を全
閉位置から全開位置まで移動させることができる。しか
しながら、時折、バルブスプールは動作が鈍くなった
り、動作しなくなったり（膠着）することがある。ブレ
ーキ制御装置は、ブレーキシリンダ内部の圧力を監視す
る圧力センサからのフィードバック信号により、いつバ
ルブスプールの動作が鈍くなったり、動作が妨げられる
かを知ることができる。バルブスプールの動作が実際に
妨げられると、ブレーキシリンダ制御装置は入力指令信
号Ｖｃｏｍを介してパルス幅変調駆動回路１００に指令
を発し、パルス幅変調駆動回路１００は、デューティー
サイクルが５１−１００（％）のＰＷＭ出力信号をコイ
ルに供給する。実際のデューティーサイクルは、前述の
フィードバックによって決定される。このデューティー
サイクルが５１−１００（％）という範囲は、バルブス
プールの機能が妨げられたときに、ブレーキ制御装置が
コイルに、さらに大きいエネルギを供給するのに有益で
ある。ブレーキシリンダあるいは他の容積部内の圧力が
指令通りのレベルに到達したことを確認するフィードバ
ック信号を、一度ブレーキ制御装置が受信すると、ＰＷ
Ｍ出力信号のデューティーサイクルは通常の範囲に復帰
する。

【００５１】次に、図１に示すフィードバック回路４０
０について説明する。フィードバック回路４００は、入
力制御回路２３０にコイルの状態を示すフィードバック
信号を供給する。具体的には、ブレーキシリンダ制御弁
１のコイルに流れる電流は、電流検出用の抵抗器Ｒ１７
にも流入する。抵抗器Ｒ１７は、ＰＷＭ出力信号によっ
てコイル１に発生する電圧を正確に測定するために適し
た手段である。抵抗器Ｒ１５及びキャパシタＣ５から構
成されるＲＣフィルタは、フィードバック信号から全て
の交流成分を除去する。

【００５２】このときオペアンプ４１０は、非反転入力
端である電流検出点ＣＳでフィードバック電圧を検出す
る。オペアンプ４１０は、このフィードバック電圧信号
を増幅し、抵抗器Ｒ９に供給する。このときフィードバ
ック信号は、抵抗器Ｒ９からオペアンプ２３６の反転入
力端へ、あるいはポテンショメータＲ２５及び抵抗器Ｒ
３を介してＰＷＭチップ２２０へと供給される。入力制
御回路２３０に対するフィードバック信号によって、電
源供給電圧が低下しても、フィードバック回路４００は
パルス幅変調駆動回路１００にブレーキシリンダ制御弁
１を有効的に駆動させることができる。

【００５３】フィードバック回路４００は、最終的に、
ＰＷＭ発生段２００のＰＷＭチップ２２０に供給される
入力に影響を与える。例えば、電源供給電圧が低下する
と、ブレーキシリンダ制御弁１が駆動されて望ましい状
態になるレベルまで、ＰＷＭチップ２２０に供給される
電圧Ｖｐｗｍｃが増加される。具体的には、パルス幅変
調駆動回路１００は、コイル１に供給されるＰＷＭ出力
信号のデューティーサイクルを増加させることにより電
源電圧の低下を補償する。低下した電源供給電圧がＰＷ
Ｍ出力信号の各パルスの大きさまで減少すると、ＰＷＭ
発生段２００は電源電圧を補償するためにパルス間の幅
を広げる。これにより、コイル１には十分なエネルギが
供給され、コイル１からはバルブスプールを望ましい位
置へ移動させるのに十分な力が発生される。

【００５４】フィードバック回路４００のポテンショメ
ータＲ２５は、上述したコイル１の発生する力を微調節
するために用いられる。コイル１の実効抵抗は加熱によ
り増加するので、これに対応してコイルに流れる電流が
減少することを通じて、フィードバック回路４００の電
流検出用の抵抗器Ｒ１７はこのヒートアップを検出す
る。フィードバック回路４００を介して、ＰＷＭ発生段
２００は、コイルに供給されるエネルギの熱損失を補償
するためにデューティーサイクルを増加させる。

【００５５】パルス幅変調駆動回路１００の他の特徴
は、電流制限回路としての機能を有することであり、こ
の電流制限回路は、コイル駆動回路３２０にダメージを
与える超過電流から出力段３００を保護するものであ
る。このような超過電流は、例えば、ソレノイド作動弁
１のコイルの短絡によって増大されるものである。電流
制限回路は、電気技術分野で公知の構成を有するもので
あればどのようなものでもよい。

【００５６】例えば、図２に示す電流制限回路３３０
は、ｐｎｐバイポーラ接合トランジスタＱ４、ｎｐｎバ
イポーラトランジスタＱ６、抵抗器Ｒ１４、Ｒ２６及び
ダイオードＤ７から構成される分圧器のように一般的に
用いられている構成でよい。また、トランジスタＱ５の
高圧側に抵抗器Ｒ１６を付加してもよい。具体的には、
抵抗器Ｒ１６は、電源供給点と接続点Ｎ２の間に接続さ
れる。接続点Ｎ２は、トランジスタＱ５のソース、ダイ
オードＺ２のカソード、及びトランジスタＱ４のベース
の接続点である。

【００５７】トランジスタＱ４のエミッタは電源供給点
に接続され、同じくコレクタは抵抗器Ｒ１４の一端に接
続されている。トランジスタＱ６のコレクタはダイオー
ドＤ７に接続され、同じくベースは抵抗器Ｒ１４の他端
に接続されている。抵抗器Ｒ２６は、一端が接地される
と共に、他端がトランジスタＱ６のベースと抵抗器Ｒ１
４の他端との接続点に接続されている。ダイオードＤ７
はそのカソードがトランジスタＱ６のコレクタに接続さ
れ、そのアノードは制御回路２３０の制御端子ＣＮに接
続されている。

【００５８】電流制限回路３３０の動作に関しては、抵
抗器Ｒ１６に流れる電流はブレーキシリンダ制御弁１の
コイルに流れる電流と殆ど等しいことが明らかである。
抵抗器Ｒ１６に流入する電流が所定の最大値を超える
と、抵抗器Ｒ１６は、ｐｎｐ型トランジスタＱ４をオン
させるのに十分な接続点Ｎ２の電圧レベルにまで、電源
供給電圧を引き下げる。これにより、分圧器は、抵抗器
Ｒ１４及びＲ２６がｎｐｎ型トランジスタＱ６をオンさ
せるのに十分な電圧を供給するように設定される。

【００５９】トランジスタＱ６がオンされると、電流は
コレクタからエミッタへと流入するので、ダイオードＤ
７のアノード電圧が、ダイオードＤ７の電圧降下にコレ
クタ−エミッタ間の電圧降下を組み合わせたものと等し
くなる。このような電圧降下の組み合わせは、ダイオー
ドＤ７及びトランジスタＱ６として選択された素子特有
の値によって決定する。入力制御回路２３０の制御端子
ＣＮは、ダイオードＤ７のアノードと、（抵抗器Ｒ５を
通じて）増幅回路２３１の出力端ＶＩＮに接続されてい
るので、抵抗器Ｒ１６に流入する電流が所定の最大値を
超える度に、トランジスタＱ４及びＱ６はオンする。

【００６０】これにより、増幅回路２３１が制御端ＣＮ
に供給している電圧が如何なる作動電圧であっても、こ
の作動電圧を上述の組み合わせ電圧に等しい電圧レベル
まで降下させる。電流制限回路３３０がオペアンプ２３
６の非反転入力端における作動電圧を上述したレベルま
で減少させると、ＰＷＭチップ２２０から発生されるＰ
ＷＭ信号のデューティーサイクルは所定のレベル、好ま
しくは約５（％）あるいはそれ以下まで減少する。従っ
て、電流制限回路３３０は遮断回路のように振る舞い、
超過電流あるいは潜在的に損害を与える可能性のある電
流が抵抗器Ｒ１６及びコイル駆動回路３２０に流入する
と、ＰＷＭ発生段２００は遮断回路のように機能する。

【００６１】電流制限回路３３０は、パルス幅変調駆動
回路１００が電源電圧の超過を補償するのを許容し、一
方、フィードバック回路４００は、パルス幅変調駆動回
路１００が電源供給電圧の低下あるいは微増を補償する
のを許容する。具体的には、電流制限回路３３０は、電
源電圧の超過サージ電圧に対応して、パルス幅変調駆動
回路１００を遮断しようとする。一方、フィードバック
回路４００は、電源電圧の低下に対応して、コイルに供
給されるＰＷＭ出力信号のデューティーサイクルを増加
させようとする。

【００６２】本発明の他の好適な特徴は、デューティー
サイクル制限タイマを備えることであり、このタイマ
は、パルス幅変調駆動回路１００が予め設定されたデュ
ーティーサイクルの比率で作動する時間を制限するもの
である。図５に示すように、デューティーサイクル制限
タイマ５００は、例えば、オペアンプ５１０、充電用Ｒ
Ｃ回路及び放電用ＲＣ回路を備える。充電用ＲＣ回路
は、抵抗器Ｒ２０，ダイオードＤ５及びキャパシタＣ６
から構成される。放電用ＲＣ回路は、キャパシタＣ６、
抵抗器Ｒ２１及びダイオードＤ４から構成される。

【００６３】抵抗器Ｒ２０はダイオードＤ５と直列接続
され、抵抗器Ｒ２１はダイオードＤ４と直列接続されて
いる。オペアンプ５１０は、その出力端が抵抗器Ｒ２０
及びダイオードＤ４に接続されている。キャパシタＣ６
は接地と、抵抗器Ｒ２１及びダイオードＤ５のカソード
の接続点との間に接続されている。抵抗器Ｒ１８及びＲ
１９は、電源供給電圧と接地との間に直列に接続されて
いる。オペアンプ５１０は、反転入力端が電圧分割用の
抵抗器Ｒ１８及びＲ１９の接続点に接続され、非反転入
力端が図２に示すフィードバック回路中の電流検出端Ｃ
Ｓに接続されている。

【００６４】図５に示すように、デューティーサイクル
制限タイマ５００の回路は、オペアンプ５２０及びダイ
オードＤ８を備える。抵抗器Ｒ２２及びＲ２３は、電源
供給点とオペアンプ５２０の非反転入力端との間に直列
に接続され、ツェナーダイオードＺ３は接地と、抵抗器
Ｒ２２及びＲ２３の接続点との間に接続されている。ツ
ェナーダイオードＺ３は、接続点の電圧が所定のレベル
を超過しないようにするために配設されているものであ
る。抵抗器Ｒ２２及びＲ２３は、ツェナーダイオードＺ
３と共に、オペアンプ５２の非反転入力端の電圧を所定
の電圧に保持しようとする。

【００６５】ダイオードＤ８のカソードは、オペアンプ
５２０に接続されている。さらに、電流制限回路３３０
のダイオードＤ７と同様に、制御回路２３０のダイオー
ドＤ８のアノードは制御端ＣＮに接続されている。抵抗
器Ｒ２４は、オペアンプ５２０の出力端と非反転入力端
との間にバイアスを印加するために、これらの端子に接
続されている。図５に示すように、オペアンプ５２０の
反転入力端は、抵抗器Ｒ２１とダイオードＤ５のカソー
ドとの接続点において、キャパシタＣ６に接続されてい
る。

【００６６】図１及び図５に示すように、デューティー
サイクル制限タイマ５００の回路は、フィードバック回
路４００の電流検出端ＣＳにおけるフィードバック電圧
を検出する。これにより、ソレノイド作動弁１のコイル
に流入する電流をかなり正確に制御することができる。
一度電流検出点ＣＳにおけるフィードバック電圧が、オ
ペアンプ５１０の出力端において電圧分割用抵抗器Ｒ１
８及びＲ１９によって設定された電圧を超過すると、オ
ペアンプ５１０の出力は高レベルになる。抵抗器Ｒ１８
及びＲ１９の抵抗値は、コイルに供給されるＰＷＭ出力
信号がでデューティーサイクルの予め設定された比率を
オペアンプ５１０の出力が超えると、高レベルになるよ
うに設定されるべきである。デューティーサイクルは、
７５（％）（即ちパルス幅が最高で７５（％））となる
ように設定することが好ましい。

【００６７】しかしながら、ＰＷＭ出力信号のデューテ
ィーサイクルが充電用のＲＣ回路によって決定される固
有の充電時間に合わせた比率を超えるまでは、デューテ
ィーサイクル制限タイマ５００はパルス幅変調駆動回路
１００を消磁しない。具体的には、ＰＷＭ出力信号のデ
ューティーサイクルがこの所定の比率を超えると、オペ
アンプ５１０の出力は高レベルとなる。そして、キャパ
シタＣ６は、抵抗器Ｒ２０及びダイオードＤ５を介して
所定の電圧まで充電する（このときオペアンプ５２０の
反転入力端の電位も所定値まで上昇される）のに充電時
間を要する。

【００６８】オペアンプ５２０の入力端に相対的に異な
る電圧が供給されると、オペアンプ５２０の出力は低レ
ベルとなる。このときダイオードＤ８は導通するので、
増幅回路２３１が制御点ＣＮに供給する如何なる作動電
圧をも降下させる。このように、一時的にパルス幅変調
駆動回路１００を消磁することにより、電流検出点ＣＳ
におけるフィードバック電圧は０（Ｖ）に低下する。

【００６９】パルス幅変調駆動回路１００は、放電ＲＣ
回路の固有の放電時間の間、消磁されたままである。具
体的には、入力制御回路３００の制御点ＣＮは、キャパ
シタＣ６が抵抗器Ｒ２１及びダイオードＤ４を介して放
電する間、低レベルに保持される。従って、キャパシタ
Ｃ６が放電すると、オペアンプ５２０の反転入力端の電
位は低下する。そして、オペアンプ５２０の入力端子間
に電圧が印加されると、オペアンプ５２０の出力端の電
位は再び高レベルとなる。もはやダイオードＤ８導通す
ることはなく、入力制御回路２３０の制御ノードＣＮの
電位はそのまま保持される。

【００７０】従って、デューティーサイクル制限タイマ
回路は、一時的に電流制限回路のように遮断回路として
機能する。しかしながら、その機能は、コイルに流入す
る電流よりもむしろＰＷＭ出力信号のデューティーサイ
クルに依存している。充電ＲＣ回路及び放電ＲＣ回路の
充電時間及び放電時間は、ほぼ同一時間に設定すること
が好ましい。例えば、充電時間を３０秒に設定すること
が好ましいとすると、デューティーサイクル制限タイマ
は、デューティーサイクルが予め設定された比率を３０
秒間に亘って超えるまで消磁されない。一度、パルス幅
変調駆動回路１００が消磁されると、デューティーサイ
クルタイマ回路は３０秒後に再びパルス幅変調駆動回路
１００を励磁する。

【００７１】他の好適なパルス幅変調駆動回路として
は、図６に示すような一対の駆動トランジスタ回路があ
る。出力段３００のコイル駆動回路３２０は、図２に示
す、抵抗器Ｒ１３、ツェナーダイオードＺ２及びトラン
ジスタＱ５からなる駆動トランジスタ回路に加えて、こ
れらの２つの駆動トランジスタ回路を備えることが好ま
しい。この好適なコイル駆動回路は、１つの駆動トラン
ジスタ回路から構成されるコイル駆動回路に比べて、発
熱量が少なく、消費電力が少ない。従って、この好適な
コイル駆動回路に付加されたパルス幅変調駆動回路は、
高度の信頼性を示す。

【００７２】図６において、一対の駆動トランジスタ回
路は、ｐチャネル電界効果型トランジスタＱ８及びＱ９
と、これらに接続されたバイアス用の抵抗器Ｒ２９、Ｒ
３０、及びツェナーダイオードＺ６、Ｚ７とを備える。
これらは、図１及び図２に示す駆動トランジスタ回路に
互いに並列に接続されている。具体的には、バイアス用
の抵抗器Ｒ１３及び、Ｒ２９、Ｒ３０の各一端は、切替
回路３１０の出力端において接続点Ｎ１に接続されてい
る。

【００７３】トランジスタＱ５及びＱ８、Ｑ９のよう
に、これらの各ソース端子は接続点Ｎ２に接続され、ま
た、各ドレーン端子は接続点Ｎ３に接続されている。ト
ランジスタＱ８のゲートは抵抗器Ｒ２９の他端に接続さ
れ、トランジスタＱ９のゲートは抵抗器Ｒ３０の他端に
接続されている。ツェナーダイオードＺ６はトランジス
タＱ８のゲート−ソース間に接続されている。同様に、
ダイオードＺ７はトランジスタＱ９のゲート−ソース間
に接続されている。

【００７４】ダイオードＺ６及びＺ７は、ダイオードＺ
２と同様に超過電圧保護機能を有し、これにより、ゲー
ト−ソース間電圧は各トランジスタ固有の限界値を超え
ることがない。この好適なコイル駆動回路において、双
方向ツェナーダイオードＶＲ１は接続点Ｎ２及びＮ３の
間に接続されている。双方向ツェナーダイオードＶＲ１
は、各駆動トランジスタを電源供給電圧の超過や、制御
対象であるブレーキシリンダ制御弁１のコイルからの誘
導電圧における跳ね上がり電圧から、各駆動トランジス
タを保護する。

【００７５】実施の形態２．図７は、本発明の第２の実
施の形態に係るパルス幅変調駆動回路１０１の要部を詳
しく示す図である。図１乃至図６に示すように、パルス
幅変調駆動回路１０１は、例えば実施の形態１で説明し
た無段階のブレーキシリンダ制御弁１のような様々なソ
レノイド駆動弁に用いられるものである。

【００７６】ブレーキ制御装置等の装置は、パルス幅変
調駆動回路１０１を備えるブレーキシリンダ制御弁１の
全般的な機能の制御を行うものである。最終的にブレー
キ制御装置は、信号ＶＩＮを介して、パルス幅変調駆動
回路１０１にブレーキシリンダ制御弁１を制御させる。
ブレーキ制御装置は、圧力検出装置等からのフィードバ
ック信号に応じてこの信号ＶＩＮを最終的に調節する。
この圧力検出装置は、ブレーキシリンダや、圧力制御が
行われていない空気圧作動部材の内部の圧力を検出す
る。このようなフィードバック信号を通じて、ブレーキ
制御装置は閉ループ制御システムとして機能し、この機
能によって、パルス幅変調駆動回路１０１が制御され、
最終的にソレノイドにより駆動されるブレーキシリンダ
制御弁１が制御される。

【００７７】ＰＷＭ駆動回路１０１は、ＰＷＭ発生段２
０１、出力段３０１及びフィードバック回路４０１を備
える。フィードバック回路４０１は、出力段３０１を発
生段２０１に接続し、これを通じてＰＷＭ発生段２０１
を制御し、その結果以下に詳しく記すように出力段３０
１の制御が行われる。

【００７８】ＰＷＭ発生段２０１は、ＰＷＭチップ２２
１及び周波数制御回路２１１を備える。図７に示すよう
に、ＰＷＭチップ２２１は、例えばＴＬ４９４のような
市販の形式のものでよい。このＰＷＭチップは、ＰＷＭ
発生器において用いられる標準的なチップである。選択
された形式のＰＷＭチップによっては、それを本発明の
範囲内で適正に動作させるために要求される、バイアス
回路や外部入力増幅回路等のように異なる回路設計が最
終的に必要になる場合がある。また、本明細書中におい
て、パルス幅変調駆動回路１０１においてＬＴ４９４を
用いることは、例示に過ぎず、発明をこのように限定す
るものではない。

【００７９】ＰＷＭ発生段２０１は、さらに入力制御回
路２３を備える。入力制御回路は、抵抗器ＲＩＮ、Ｒ
０、及びＲｆを備え、最終的にブレーキ制御装置から供
給される、好ましくは０〜１０（Ｖ）の範囲内にある直
流電圧である入力信号ＶＩＮを受信する。入力信号ＶＩ
Ｎは抵抗器ＲＩＮに供給され、入力制御回路２３を介し
て制御電圧ＶｐｗｍｃがＰＷＭチップ２２１のピン３に
供給される。以下、パルス幅変調駆動回路１０１の動作
が制御電圧Ｖｐｗｍｃに依存していることを明らかにす
る。

【００８０】ＰＷＭチップ２２１の動作は、周波数制御
回路２１１と、入力制御回路２３及びフィードバック回
路４０１からの入力に依存している。図７に示すよう
に、周波数制御回路２１１は抵抗器Ｒ１０、キャパシタ
Ｃ１０及びポテンショメータＲｐを備え、これらの素子
の値によって、ＰＷＭチップ２２１によって発生される
ＰＷＭ信号のパルス周波数が制御される。これらの素子
の値は、ブレーキシリンダ制御弁１の入力信号ＶＩＮに
対する応答が最適されるように選択されることが好まし
い。しかしながら、このような周波数から多少逸脱した
程度では、ＰＷＭ駆動回路１０１の動作に悪影響は生じ
ない。フィードバック回路４０１のポテンショメータＲ
ｐは周波数の微調整のために用いられるものである。

【００８１】ＰＷＭ発生段２０１は入力制御回路２３か
らの入力信号によって最終的に制御される。具体的に
は、図７に示すように素子の値が決定されると、入力信
号ＶＩＮがほぼ０（Ｖ）の直流電圧であるとき、ＰＷＭ
チップ２２１はピン３で制御電圧Ｖｐｗｍｃとして３．
５（Ｖ）の直流電圧を受信し、ピン１０及び１１からデ
ューティーサイクルがほぼ０（％）のＰＷＭ信号を発生
する。入力信号ＶＩｎが約１０（Ｖ）の直流電圧である
場合、ＰＷＭチップ２２１は制御電圧Ｖｐｗｍｃとして
３．５（Ｖ）の直流電圧を受信し、デューティーサイク
ルがほぼ１００（％）のＰＷＭ信号を発生する。ＰＷＭ
発生段２０１はＰＷＭ信号を介して出力段３０１を駆動
する。

【００８２】ＰＷＭ駆動回路１０１の出力段３０１は、
切替回路３１１とコイル駆動回路３２１を備え、これら
の回路はそれぞれ実施の形態１における切替回路３１０
とコイル駆動回路３２０と実質的に同一の機能を果たす
ものである。コイル駆動回路３２１の出力端とＰＷＭ発
生段２０１とを接続するフィードバック回路４０１は、
実施の形態１におけるフィードバック回路４００と本質
的に同一機能を果たすものである。実施の形態２におけ
るフィードバック回路４０１は電流検出抵抗Ｒｓと、抵
抗器Ｒ８及びキャパシタＣ４から構成されるＲＣフィル
タと、単位ゲインオペアンプ４１０と、抵抗器Ｒｆｂと
を備える。しかしながら、この回路によるフィードバッ
ク電圧信号は、最終的には、入力制御回路２３よりもむ
しろＰＷＭチップ２２１のピン１に供給される。

【００８３】ブレーキ制御装置は、最終的に、信号ＶＩ
Ｎを介してブレーキシリンダ制御弁１を駆動するように
ＰＷＭ駆動回路１０１に指令を行う。しかしながら、実
施の形態１におけるＬＭ１５２４Ｄとは異なり、入力信
号ＶＩＮと、ＰＷＭチップ２２１の入力ピンに入力され
る制御電圧Ｖｐｗｍｃとの間には反比例の関係がある。
具体的には、図４に示すように各素子の値が与えられた
場合に、入力電圧ＶＩＮが約０（Ｖ）の直流電圧となる
と、ＰＷＭチップ２２１はピン３で入力電圧Ｖｐｗｍｃ
としての約３．５（Ｖ）の直流電圧を受信するが、ＰＷ
Ｍ信号を発生することは、殆ど或いは全くない。

【００８４】入力電圧が約５（Ｖ）となると、ＰＷＭチ
ップ２２１は制御電圧Ｖｐｗｍｃとして約２．６（Ｖ）
の直流電圧を受信し、デューティーサイクルが約５０％
のＰＷＭ信号を発生する。入力電圧が約１０（Ｖ）とな
ると、ＰＷＭチップ２２１は制御電圧Ｖｐｗｍｃとして
約０．８（Ｖ）の直流電圧を受信し、デューティーサイ
クルが約１００％のＰＷＭ信号を発生する。

【００８５】図４には、電流制限回路あるいはデューテ
ィーサイクル制限回路が図示されていないが、本発明の
実施の形態２において、これら２つの回路を備えてもよ
い。実施の形態１及び２における回路構成の相違に基づ
き、上記２つの制限回路をＰＷＭ発生段１０１に含ませ
る変更は自明のことである。

【００８６】これら２つの実施の形態における回路全体
の構成の差異にも拘わらず、パルス幅変調駆動回路１０
０及び１０１の動作が実質的に同一であることは、本発
明の技術分野における当業者にとって自明のことであ
る。当業者であれば、本発明の実施の形態１における回
路動作の説明によって、実施の形態２における回路動作
を即座に理解可能である。

【００８７】本発明に係る２つの実施の形態を特許法の
定めるところにより詳細に説明したが、当業者であれ
ば、本発明の特許請求の範囲及びその精神から逸脱する
ことなく、様々な他の方法で本発明を実施できることを
理解するであろう。当業者であれば、前述した２つの実
施の形態は単なる例示に過ぎず、特許請求の範囲がこれ
らの実施の形態に限定されるものではないことを理解で
きるであろう。従って、科学と有益な技術の進歩を促進
するために、特許法の規定による一定の期間、上述の特
許請求の範囲に包含される全ての要旨に対する独占権を
特許により取得する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルス幅変調駆動回路の半分を示す
図である。

【図２】本発明のパルス幅変調駆動回路の他の半分を
示す図である。

【図３】図１及び図２に示すパルス幅変調駆動回路の
ための電力制限回路を示す図である。

【図４】図１及び図２に示すパルス幅変調駆動回路の
ための差動入力増幅回路を示す図である。

【図５】図１及び図２に示すパルス幅変調駆動回路の
デューティーサイクル制限タイマ回路を示す図である。

【図６】好ましくは図１及び図２に示すドライバＦＥ
Ｔ回路としてのパルス幅変調駆動回路と並列に接続され
る２つのドライバＦＥＴ回路を示す図である。

【図７】本発明の他の実施の形態に係るパルス幅変調
駆動回路を示す図である。

【符号の説明】

１コイル、１００パルス幅変調駆動回路、２００
パルス発生段（入力回路）、２２０ＰＷＭチップ、２
３０入力制御回路、３００出力段（出力回路）、３
１０切替回路、５００デューティサイクル制御タイ
マ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョン・エイチ・コーヴィンアメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、グリーア、ファーンリッジ・コート１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御装置から送信される入力電圧信号に
応答してソレノイド弁を駆動するためのパルス幅変調駆
動回路であって、上記ソレノイド作動弁は上記駆動回路
から供給されるエネルギに応答して励磁されるコイルを
備え、（ａ）上記制御装置から発信される上記入力電圧信号
と、上記コイルから発信されるフィードバック信号とを
受信し、これらの信号に応答して、これらの信号に依存
するデューティーサイクルのパルス幅変調信号を発生す
るパルス発生回路と、（ｂ）上記パルス発生回路から発生された上記パルス
幅変調信号を受信し、これらの信号に応答して、エネル
ギ源のエネルギをコイルに分配するためのパルス幅変調
信号と一致するデューティーサイクルのパルス幅変調出
力信号を発生する出力回路と、を備えるパルス幅変調駆動回路。
【請求項２】上記出力回路から上記コイルに供給され
る電流が所定の最大値を超えると、パルス幅変調信号の
デューティーサイクルを所定のレベルまで低下させて、
上記出力回路に損傷を及ぼす可能性のある電流から保護
する電流制限回路をさらに備える請求項１に記載のパル
ス幅変調駆動回路。
【請求項３】上記パルス幅変調出力信号のデューティ
ーサイクルが所定の比率を所定時間以上に亘って超える
と、ＰＷＭ駆動回路を予め選択された時間の間消磁させ
るデューティーサイクル制限タイマ回路をさらに備える
請求項１に記載のパルス幅変調駆動回路。
【請求項４】上記パルス発生回路は、（ａ）上記制御装置から送信される上記入力電圧信号
と上記コイルから送信されるフィードバック信号とを受
信し、これらの信号に応答して制御電圧を発生する入力
制御回路と、（ｂ）上記入力制御回路から発信される上記制御電圧
を受信し、上記制御電圧に応答して、デューティーサイ
クルが上記制御電圧に依存する上記パルス幅変調信号を
発生するＰＷＭチップと、（ｃ）上記ＰＷＭチップによって発生される上記パル
ス幅変調信号によって搬送されるパルスの周波数を設定
する周波数制御回路と、をさらに備える請求項１に記載のパルス幅変調駆動回
路。
【請求項５】上記出力回路は、（ａ）上記ＰＷＭチップから送信される上記パルス幅
変調信号によって作動する切替回路と、（ｂ）上記切替回路が作動されると、上記エネルギ源
から上記コイルにエネルギを分配するパルス幅変調出力
信号を発生させるように上記切替回路によって駆動され
るコイル駆動回路と、を備える請求項４に記載のパルス幅変調駆動回路。
【請求項６】制御装置から送信される入力電圧信号に
応答してソレノイド作動弁を駆動するパルス幅変調駆動
回路であって、上記ソレノイド作動弁は上記駆動回路か
ら受信するエネルギに応答して励磁されるコイルを備
え、（ａ）上記制御装置から供給される上記入力電圧信号
と、上記コイルから供給されるフィードバック信号とを
受信し、これらの信号を最終的に合成して制御電圧を形
成し、この制御電圧に応答して、該制御電圧に依存する
デューティーサイクルのパルス幅変調信号を発生するパ
ルス発生段と、（ｂ）上記パルス発生回路から発生された上記パルス
幅変調信号を受信し、これに応答して、エネルギ源から
のエネルギで上記コイルを励磁して、上記コイルに当該
パルス幅変調出力信号によって搬送される平均電流に比
例した力を発生させ、上記制御電圧に比例したパルス幅
を有するパルス幅変調出力信号を発生する出力回路と、を備えるパルス幅変調駆動回路。