JPH1096480A - 電磁弁駆動回路 - Google Patents
電磁弁駆動回路Info
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- JPH1096480A JPH1096480A JP8250427A JP25042796A JPH1096480A JP H1096480 A JPH1096480 A JP H1096480A JP 8250427 A JP8250427 A JP 8250427A JP 25042796 A JP25042796 A JP 25042796A JP H1096480 A JPH1096480 A JP H1096480A
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Abstract
する。 【解決手段】 複数のスイッチングトランジスタTR
1、TR2とフライホイールダイオードD1、D2から
構成されたハーフブリッジ駆動回路ソレノイドコイル1
へ供給される電流に応じて開閉駆動される電磁弁と、複
数のスイッチングトランジスタTR1、TR2及びこれ
らトランジスタと並列的に配設されたフライホイールダ
イオードD1、D2とを有し、指令信号に応じたデュー
ティ比でソレノイドコイル1へ電流を供給するハーフブ
リッジ駆動回路3と、ソレノイドコイル1の両端電圧を
平滑化して検出するクランプ電圧保持回路4bと、この
電圧の検出値と予め設定された電圧とを比較して、検出
値が設定値よりも大きいときに異常を判定する異常検知
回路4aとを備える。
Description
れる電磁弁駆動回路の改良に関する。
る比例電磁切換弁、高速比例電磁切換弁、サーボソレノ
イド弁等の電磁弁(以下、単に電磁弁とする)を、直流
電源によって駆動する駆動回路では、電磁弁のソレノイ
ドコイルと電源の+側との間にスイッチング手段として
のスイッチを介装したハイサイド・スイッチ回路と、ソ
レノイドコイルと電源の0Vラインとの間にスイッチを
介装したローサイド・スイッチ回路が知られている。
しては、ハーフブリッジ駆動回路が知られており、この
ハーフブリッジ駆動回路は、上記ハイサイド・スイッチ
回路とローサイドスイッチを併せた回路により構成さ
れ、ソレノイドコイルと二本の電源ライン間に2つのス
イッチを直列に配設した回路となっている。
ッジ駆動回路を原形として構成されたもので、まず、フ
ルブリッジ駆動回路について説明する。
動回路として一般的に知られており、直流モー夕の回転
方向は巻線に流れる電流の方向に応じて決まるので、直
流電源によって直流モータを正転/逆転駆動したい場合
にフルブリッジ駆動回路が採用されている。
すように、スイッチsw1とsw2及びスイッチsw3
とsw4の2組のスイッチが、交互にオン/オフするス
イッチペアを構成し、これら2組のスイッチペアは同時
にオンになることはない。
ペアが同時にオンになると、直流モータMへスイッチs
w1とsw2を通って電流iaが流れ、逆に、スイッチ
sw3とsw4のスイッチペアが同時にオンになると、
直流モータMには逆方向へ電流ibが流れるので、直流
電源で直流モータMを正/逆回転駆動することができ
る。
されたダイオードD1〜D4は、双方のスイッチペアが
オフとなった時に、直流モータMのコイルから発生する
逆起電圧を抑制するフライホイールダイオードである。
ドコイルに流れる電流の方向には無関係であり、電流量
に応じて図示しない可動欽芯(プランジャ)を吸引する
力を発生することができるので、高応答化を要するもの
はハーフブリッジ駆動回路が用いられる。
うに、上記フルブリッジ駆動回路からどちらか一方のス
イッチペアとフライホイールダイオードを削除したもの
である。
スイッチペアが同時にオンになると、ソレノイドコイル
1にはスイッチsw1とsw2を通って電流iaが通電
される一方、スイッチsw1、sw2が同時にオフにな
ると、フライホイールダイオードD1とD2を通って電
流ibが急速に回生される。したがって、コイル電流の
挙動を速くすることで電磁弁の高応答化を図るものであ
る。
るハイサイド・スイッチ及びローサイド・スイッチは、
図5、図6に示すように、一つのスイッチsw1とフラ
イホイールダイオードD1から構成されており、図5に
ハイサイド・スイッチ駆動回路を、図6にローサイド・
スイッチ駆動回路をそれぞれ示す。
いて、スイッチsw1がオンになるとソレノイドコイル
1にはスイッチsw1を通って電流iaが通電され、逆
にスイッチsw1がオフになると、図中破線のように、
フライホイールダイオードD1を通って電流ibが緩や
かに回生される。
路においても、上記と同様にスイッチsw1がオンにな
ると、ソレノイドコイル1にはスイッチsw1を通って
電流iaが通電され、スイッチsw1がオフになるとフ
ライホイールダイオードD1を通って電流ibが緩やか
に回生される。
来のハーフブリッジ駆動回路によって応答性の高い電磁
弁駆動回路を構成した場合、ハーフブリッジ駆動回路は
ソレノイドコイルと電源ライン間に2つのスイッチが直
列に入った構成であるため、どちらか一方のスイッチが
短絡故障しても、他方のスイッチが正常であれば見かけ
上はコイル電流の制御が可能であることから、駆動回路
の異常状態を容易に検知することができないという問題
があり、どちらか一方のスイッチが短絡故障すると、ス
イッチがオフになったときのソレノイドコイル電流の急
速回生ができなくなり高応答化が損なわれ、また、ディ
ザ電流の挙動(振幅)が小さくなって電磁弁のヒステリ
シスが大きくなり、さらに、ソレノイドコイルに対して
2つのスイッチが直列に入る構成により安全に対する冗
長設計となっているが、駆動回路の故障を検知してフィ
ードバックできないという問題があった。
れたもので、ハーフブリッジ駆動回路によって電磁弁の
駆動を高い応答性を持って行いながらも、駆動回路の異
常を確実に検知可能な電磁弁駆動回路を提供することを
目的とする。
供給される電流に応じて開閉駆動される電磁弁と、複数
のスイッチング手段と及びこれらスイッチング手段と並
列的に配設されたフライホイールダイオードとを有し、
指令信号に応じたデューティ比で前記コイルへ電流を供
給するハーフブリッジ駆動回路とを備えた電磁弁駆動回
路において、前記コイルの両端電圧を検出する電圧検知
手段と、この電圧の検出値と予め設定された電圧とを比
較して、検出値が設定値よりも大きいときに異常を判定
する異常判定手段とを備える。
て、前記電圧検知手段は、電流がオフのときのクランプ
電圧の検出値をレベル化する保持手段を備える。
グ手段とフライホイールダイオードから構成されたハー
フブリッジ駆動回路では、複数のスイッチング手段のオ
ン、オフによるデューティ制御によりコイルへの供給電
流を制御して電磁弁を駆動しており、複数のスイッチン
グ素子が正常に動作しているときには、オフ時のコイル
の両端電圧は所定の設定値よりも大きいが、複数のスイ
ッチング手段のうちのひとつが短絡故障すると、コイル
両端電圧は減少して設定値より小さくなるため、ハーフ
ブリッジ駆動回路の異常を確実に検出することができ
る。
化することにより、デューティ制御により変動するコイ
ル両端電圧と所定の設定値との比較を容易に行い、異常
の判定を精度良く行うことができる。
図面に基づいて説明する。
性をもって駆動するため、ハーフブリッジ駆動回路3を
備えた駆動回路2に本発明を適用した場合を示す。
指令入力電圧を、PWM変換回路7によってソレノイド
コイル1へ流す電流に応じたデューティ比のパルス信号
へ変換しており、PWM変換回路7からの電流はスイッ
チング手段としてのトランジスタTR1、TR2及びフ
ライホイールダイオードD1、D2を主体に構成された
ハーフブリッジ駆動回路3へ入力され、このハーフブリ
ッジ駆動回路3は前記従来例と同様に電磁弁のソレノイ
ドコイル1を駆動する。フライホイールダイオードD
1、D2は、半導体スイッチとしてのトランジスタTR
1、TR2がオフのとき、ソレノイドコイル1の回生電
流を流す。
流検出回路8によって検出されてPWM変換回路7へフ
ィードバックされる。なお、図中基本波発振回路6はP
WM変換回路7に基準周波数信号を供給し、ディザ回路
5は電磁弁の膠着を抑制するためのディザ信号を電流i
に加算する。
1の両端電圧の測定値に基づいて、ハーフブリッジ駆動
回路3の異常を検知する異常検知回路4が設けられる。
1の両端電圧を検出する差動増幅回路4cと、差動増幅
回路4cで検出された電流がオフのときの電圧波形をレ
ベル化するクランプ電圧保持回路4bと、このレベル化
されたクランプ電圧と所定の異常検知レベル設定電圧と
を比較する比較器4aから構成される。
1及び抵抗R2〜R6から構成され、検出電圧レベルが
大きい(電源電圧以上となる)ので抵抗R2〜R6で減
衰して適正なゲインに調整する。
D3、抵抗R7、R8及びコンデンサC1より、充放電
の時定数が違う平滑回路を構成しており、抵抗値はR7
≫R8に設定される。すなわち、PWM周波数と同期し
た電流オフ時の検出電圧波形は、クランプ電圧保持回路
4bでレベル化される。
抵抗R9、R10から構成されて、レベル化されたクラ
ンプ保持電圧と異常検知レベルとを比較して異常状態で
あれば、出力端子22から異常検知信号を出力する。
イル1に流す電流に応じて、PWM変換回路7でオン/
オフ時間のduty比を制御したPWM電流指令信号に
変換され、図中(イ)では、図2の(イ)に示すような
パルスとなる。
1の(ロ)において、図2の(ロ)に示す脈流の電流波
形となり平均電流制御となる。
ていると、差動増幅回路4cが検出した ソレノイドコ
イル1の端子電圧Vの波形は、図1の(ハ)において、
図2の(ハ)に示すような矩形波となる。
レノイドコイル1の端子電圧の検出値は、オン時にV×
α、オフ時に−(V+2VF)×αとなり、このαは差
動増幅回路4cのゲインであり、回路電圧に応じた適正
値に予め設定される。なお、VFはダイオードD1、D
2の順方向電圧降下である。
回路3が正常動作時のオフ時のコイル端子電圧波形
(ハ)と短絡故障時の波形(ハ)’を比較すると、クラ
ンプ電圧保持値は正常時の(ニ)に対して短絡故障時に
は(ニ)’に示すようにその絶対値が減少する。なお、
クランプ電圧保持値は、PWM周波数と同期して間欠的
に出力されたものを、クランプ電圧保持回路4bでレベ
ル化したものである。
知レベルと、上記クランプ電圧とを比較して、クランプ
電圧の方が小さいときに異常検知信号を出力し、この異
常検知信号を図示しない上位制御装置や表示装置で処理
することにより、どちらか一方のスイッチング手段が短
絡故障したことを、確実に検知することができ、保守、
修理を容易に行うことが可能となり、電磁弁駆動回路の
信頼性を向上させる。
流iは、ソレノイドコイル1の端子間電圧をE、ソレノ
イドコイルのインダクタンスをL、抵抗をR、図示しな
いプランジャの位置をxとすると、次式より求めること
ができる。
力、第二項はプランジャの運動による逆起電力、第三項
がソレノイドコイル1における電圧降下を表している。
イル1の端子間電圧(E)はLdi/dtの微分項か
ら、過渡的に非常に大きな逆起電圧が生じるため、通常
はサージ電圧抑制回路を設けて抑制(クランプ)する。
2の順方向電圧降下をVFとすると、ハーフブリッジ駆
動回路3の2つのスイッチングトランジスタTR1、T
R2が正常に動作していると、オフ時のクランプ電圧
(E)はE=V+2VFとなるが、どちらか一方のスイ
ッチングトランジスタが短絡故障しているとE=VFと
なる。
VF≫VFであることより、ハーフブリッジ駆動回路3
では、電流がオフのときの回生電流の挙動が速くなり、
高応答化が図れるが、どちらか一方のスイッチングトラ
ンジスタが短絡故障した状態では、電流の制御は可能で
あるが、回生電流の挙動が緩やかになって応答性は悪く
なることが判る。
を検出して所定の異常検知レベルと比較することで、ソ
レノイドコイル1の駆動回路2の異常検知が可能となる
のである。
のようなハイサイド・スイッチ、およびローサイド・ス
イッチ駆動回路では、クランプ電圧(E)はE=VFで
あり、ハーフブリッジ駆動回路3のどちらか一方のスイ
ッチングトランジスタが短絡故障するとクランプ電圧
(E)はE=VFとなり、回生電流の挙動が上記駆動回
路2と同じとなることが判る。
記のようなハーフブリッジ駆動回路3の他、ハイサイド
・スイッチ回路、およびローサイド・スイッチ回路とフ
ライホイールダイオードの替わりにツェナーダイオード
を用いた回路があるが、この回路においても上記と同様
にして、短絡故障による異常の検知が可能であることが
判る。すなわち、ツェナーダイオードのツェナー電圧を
Vzとすると、電流がオフのときの自己誘導による逆起
電圧のクランプ電圧(E)をE=Vz、Vz≫VFとす
れば高応答化が図れる。
レノイドコイル電流は、PWM駆動による平均制御であ
るが、ソレノイドコイル自身が過熱状態となるとコイル
抵抗が大きくなるため、ソレノイドコイルへ供給する電
流の制御領域が狭まり、大きな電流域では連続駆動とな
る。したがって、ソレノイドコイルの過熱に対しても上
記異常検知回路4によって、異常の検知が可能である。
ッチング手段のうちのひとつが短絡故障すると、検出し
たオフ時のコイル両端電圧は減少して設定値を超えるた
め、ハーフブリッジ駆動回路の異常を確実に検出するこ
とができ、スイッチング手段のうちのひとつが短絡故障
したことを確実に検知することで、保守、修理を容易に
行うことが可能となり、電磁弁駆動回路の信頼性を向上
させることができるのである。
値を平滑化することにより、異常の判定を精度良く行う
ことができ、異常の検出精度を向上させることができ
る。
ロック図である。
イル電流、正常時のコイル端子電圧(ハ)、短絡故障時
のコイル端子電圧(ハ)’、正常時のクランプ電圧
(ニ)及び短絡故障時のクランプ電圧(ニ)’と時間の
関係を示す。
である。
る。
である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 コイルへ供給される電流に応じて開閉駆
動される電磁弁と、複数のスイッチング手段と及びこれ
らスイッチング手段と並列的に配設されたフライホイー
ルダイオードとを有し、指令信号に応じたデューティ比
で前記コイルへ電流を供給するハーフブリッジ駆動回路
とを備えた電磁弁駆動回路において、前記コイルの両端
電圧を検出する電圧検知手段と、この電圧の検出値と予
め設定された電圧とを比較して、検出値が設定値よりも
小さいときに異常を判定する異常判定手段とを備えたこ
とを特徴とする電磁弁駆動回路。 - 【請求項2】 前記電圧検知手段は、電流がオフのとき
のクランプ電圧の検出値をレベル化する保持手段を備え
たことを特徴とする請求項1に記載の電磁弁駆動回路。
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JP3801273B2 (ja) | 2006-07-26 |
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