JPS60189904A - ソレノイド駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （並業上の利用分野） 本発明はソレノイドのコイルに流れる電流を制御する回
路技術に関する。

（従来技術とその間組点） ソレノイドの駆動回路は抛々知られて（・る。例えは、
矩形波のような周期関数を用いてソレノイドに駆動電流
を加えて、ソレノイドの平均駆動電流を最大重」加ｋｌ
よりも少くすることが知られている。またソレノイドを
励磁して最初の変位が起きた後は励磁状態を保つのに必
要な電力は少なくて済むことも知られている。したがっ
て最初に大きいピーク−流を流して、それからは少ない
保持電流を流すことによりソレノイドの電力消費皺を減
らすことが可能である。このように電流を象らすのは、
例えはある時間経過後行なうことができる。ソレノイド
の力を変え−ることかできるように、ソレノイドの平均
電流の大きさを変えることか望ましいといえよう。

シュルツケ（Ｓｃｈｕｌｚｋｅ）らによる米国特許第４
．１８０，０２６号には一対のトランジスタでソレノイ
ドを駆動する回路の例が開示されている。

一方のトランジスタは駆動期間のみオンになっている。

トランジスタを２個用いるソレノイド駆動回Ｋ　ｂｓオ
ーバ（ｏｈｂａ）による米国特許第４．３４７．５４４
号と第４，３６０，８５５号にも開示されている。ドル
バチアン（Ｄｏｌｂａｃｈｉａｎ）らによる米国特許第
３．５８１，１５６号にはスイッチを用いてクラッチコ
イルを種々のモードで駆動することのできるスイッチ付
きｉｌ！、崗り２ツチ駆動回路が開示されている。ノ・
−バー（Ｈａｒｐｅｒ）による米国特許第４，３２７．
？＋　９’４号にはピーク電流から保持車流に比較的ゆ
っくりと減衰する回路が開示されている。

特に、電力消＊ｔｔを最小にするためと、ある場合には
ソレノイドの非馳形特性とヒステリシスとを最小にする
ために、自ｗＪ車の燃料噴射装置と伝動装置のソレノイ
ドに流れる′ｉｌＬ流を制（財）するのに、スイッチン
グ（オン・オフ）技術を用いたスイッチングコイル駆動
回路を使用することが知られている。

ソレノイド駆動回路はｗＬ電流シンク装置は篭九ソース
装激としてコイルに電流を供給することができる。電流
シンク装置としては、ソレノイドコイルの一端が電池に
接続される。トランジスタのようなスイッチによりコイ
ルの他端を銀地する（シンクする）ことにより、ソレノ
イドをオンにする。１１Ｌ薦ソース装置としては、ソレ
ノイドのコイルの一端か接地される。ソレノイド駆動回
路により制御されるスイッチによりコイルの他端を電池
電圧に接続することにより、ソレノイドをオンにする。

この構造はソレノイド駆動回路とソレノイド間の配線具
合でアースに短絡するという事故があったときに保請さ
れるという利点を有する。

もしこのようなことが起これば、ソレノイドはオンにな
らずにオフになる。現在のシンク構造ではオンになるで
あろう。ソレノイドをオフにするのが好ましい故障モー
ドである。なせならば二次故障モード（アースへの短絡
）と同じ一次故障モード（電気的接続か開放される）を
有する方が有利たからである。両構造とも駆動回路から
ソレノイドに至る配線は１本でよいという利点を有する
。

１９８２年６月に発行された５Ｇ８−ＡＴＥＳ半導体会
社の「燃料噴射装置の駆動側−−試験データシート」（
Ｉｎｊｅｃｔｏｒ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ−Ｔ
ｅｎｔａｔｉｖｅＤａｔａ　５ｈｅｅｔ”）ＫＮ　ソレ
ノイドコイルを流れる電流を制御する直列のトランジス
タと検出用抵抗器とを有する電流シンク装置が開示され
ている。第２のトランジスタがソレノイドコイルに並列
の電流径路を選択的に供給する。ソレノイドコイルを初
期ピーク電流から少ない保持電流へと減らすように２個
のトランジスタが制御される。しかし、植種のＩＬ電流
レベル独立に調整することについては何も述べられてい
ない。

ソレノイド駆動電流をピーク＊流から保持電流Ｖｃ紙ら
すことは知られているが、団加したソレノイドのコイル
電流に直瞭形に比例する力又は位置な供給するようにソ
レノイドを制御するために、ソレノイド駆動電流を選択
的に制御する手段は依然として望まれている。特に、ソ
レノイド駆動電流を制御する論理の改良が望まれている
といえよう。そうすれは効率が改善され、ソレノイドの
出力をもつと所望の変化に対応させることができょう。

以上の諸点は本発明が克服しようとする問題点の主なも
のである。

（発明の栴成的％徴、作用及び目的の要点）本発明は従
来技術における叙上の問題点の解決をその目的とするも
のである。この目的に指向して提案された本発明におい
ては、ソレノイド駆動回路はソレノイドコイルに流す一
流を制＠ｊして合計電力消費量を減らす。トランジスタ
とダイオードを用いてソレノイドに流れるｖＬ流を制（
２）する。

ソレノイドに流れる一流を検出するために、第１の検出
用抵抗器がソレノイドと直列に接続されている。検出用
抵抗器に加わる電圧を少なくとも１ｆ固の制御電圧と比
較するために、第１の比較器手段が検出用抵抗器に接続
されている。論理手段が比較器手段に接続されてい℃、
論′ｆ＠手段に入力されるアナログ入力の関数としてト
ランジスタをオンとオフにスイッチングする。ソレノイ
ドに流れる電流の平均唾を制御することにより、ソレノ
イドが供給する力が１ｊＬｔｉ＜の線形関数として制御
される。平均電流はピーク電流を流した後あらかじめ定
めた長さをもつ中間の減設期間を設けることにより制御
される。ｆａｌ１期間中、ソレノイドコイルに並列に接
続されたダイオードが時定数を大きくして、スイッチン
グ周波数を下ける役を果たす。

最初にソレノイド駆動回路に電力を供給した後、検出用
抵抗器を流れる１１Ｌ（Ｉｆ、が最初のビーク′ｆＩＬ
流レベル（ｉＰＫ）に達すると、第１の比較器が発生す
る出力により論理手段が作動して、ソレノイドコイルに
直列に接続されているトランジスタをオフにする。それ
から一定の時間が経過するまで、コイルと並列に接続さ
れているダイオードを通って減ｈｔ流が流れる。それか
ら、第１のトランジスタがオンとなりこのサイクルがく
り返される。ビー′クー流はアナログ電圧入力の関数で
ある。力又は位置がコイル電流に比例する線形ソレノイ
ドを制御するために１アナログ電圧はソレノイドに加え
られる平均ｉｉＬ流の大きさを決めることができる。

ある実施例においては、アナログ電圧入力に振動電圧を
１畳して、ピーク電流の振幅を振動させる。

こうすることにより、ソレノイドを流れる平均電流の大
きさに相当の振動効果を持たせてソレノイドを振動させ
ることにより、機械的粘着（ｍｃ’ｃｈａｎｉｃａｌ　
ｓｔｉｃｋｉｎｇ　）や磁気ヒステリーシスが誘導され
るのを最小にする。

論理手段は１個のフリップフロップとタイマーとを含む
。比較器手段はフリラグフロッグに接続されていて、論
理信号を発生する。第１のタイマ一手段がフリップフロ
ップ手段に接続されていて、あらかじめ定められた電流
減衰期間の長さを設定する。トランジスタ手段はフリッ
プフロップ手段に接続されている。

（発明の具体的構成・作用効果及び実施例）ソレノイド
駆動回路第２図の２０と第６図の４０　ハ各ｋ　Ｖｃｃ
と”ＢＡＴＴＥＲＹ　（ｖＬ池亀圧）の電圧を有する。

これらの電圧が加えられると、決められた初期ピーク電
流に達するまで全電池電圧がコイル２２．４２に加えら
れる。この電流レベルに達した後、ソレノイド駆動回路
２０．４０はコイルの一流を減らして低電流にする。ス
イッチングトランジスタを用いて、コイル電流があらか
じめ定められたピーク電流と低電流間を切替えられる。

電流減衰期間はあらかじめ定められている。電圧ＶｃＣ
と■ＢＡＴＴＥＲＹが加えられている間ソレノイドのコ
イル電流はピーク′ｆＩＬ流と低ｖＩＬ流間の切替えが
続く（第１Ａ図参照）。

次に説明することは第２図のシンク駆動回路２θと第６
図のソース駆動回路４００両方に一般的にあてはまる。

シンク駆動回路とソース駆動回路の違いはコイルと電池
の配置関係か異なるために’ＩＩＩ；にの検出方法が異
なる点である。

第２図を膠層すると、シンク駆動回路２０で（ま検出用
抵抗器２ｂを用いてコイル２２に流れる電流を測定する
。検出用抵抗器２６の一端はアースに接続されている。

トランジスタ２４のコレクタ・エミッタ径路は電池電位
とアース電位の間でコイル２２と検出用抵抗器２６に直
夕１ｊに接続されている。ツェナーダイオード２７がト
ランジスタ２４のペースとコレクタ間に接続されている
。非反転型の増幅器２９の正入力か検出用抵抗器２６と
トランジスタ２４のエミッタ間に接続されている。

増幅器２９に加えられる入力電圧はトランジスタ２４が
オンのときコイル２２に流れるＩＩＬ（ｌｔｔ、に比例
する。

増幅器２９の出力はビーク電流レベルを判定する比較器
３３の負入力に加えられる。比較器３３の正入力はアナ
ログ人力２１１に接続されている。

アナログ電圧の大きさはビーク電流の大きさに影響を与
え、ひいては平均コイル電流の大きさに影響を与える。

その結果力のようなコイルパラメータはアナログ電圧入
力の大きさを利用して調贅することができる。比較器３
３の正入力はまたスイッチ２１２とコンデンサ２１４と
抵抗器２１５の直列組を通って発振器２１３にも接続さ
れている。

発振器２１３から出力される発振電圧はアナログ電圧に
１畳されて、ソレノイドを振動させ、＠械γジ粘着や磁
気ヒステリシスが肪導されるのを防止する。こうして、
線形ソレノイドに加えられるソレノイド電流を変調して
、ソレノイドにより供給される瞬時の力と位置とを変え
ることができる。

発振波形、例えは矩形波又は三角波の周波数はコイルが
応答することができるように充分低く、例えば１００　
Ｈｚであるが、望ましくない変動がソレノイドコイルに
制御されるパラメータ、例えは液圧に生ずるほど低くは
ない。矩形波ＣＴｈＩ　Ｂ図膠層）又は三角波（第１Ｃ
図参照）の振幅は例えは名目上の平均電流に関する最大
コイルＷＬ流の１０％となるように設定される。いいか
えれは、付加されるリップルはソレノイドヒステリシス
が最小となるような周波数と振幅を有する。このヒステ
リシスはコイル機構がくつつくためであり、電流が増加
するときと減少するときとで異なる。

低周波の矩形波又は三角波のｖＩＬ流を加えることによ
り、機構に一定の運動を与え続けておくので、機構がく
っついたままになるのを防止することができる。

１１ｉ！回路５０は入力情報を処理して、抵抗器９４を
通してトランジスタ２４＆Ｃ出力を加える（第２図１照
）。ダイオード８８はコイル２２に並列な径路を有し、
ビーク電流に遅した後コイル２２内の電流紙衰を遅くす
るための低抵抗路を供給する。

電圧Ｖｃｃと”ＢＡＴＴＥＣＲＹが加、ｔらｔすると、
トランジスタ２４がオンになる。続いて、コイル２２を
流れる電流があらかじめ定められた初期ピーク電流レベ
ルに達すると、トランジスタ２４がオフになり、ダイオ
ード８８を通って減ｈｗＬ流が流れる。

一定の時間Ｔ０の間、トランジスタ２４はオフになって
いる１１Ａ図）。コイル２２と並列にダイオード８８に
よる低抵抗路が挿入されているから、コイルの減衰時定
数は大きくなる。既知の如り、酵導性抵抗性回路の放電
時定数は抵抗に反比例する。コイル２２に接続されてい
るダイオード８８にはこの減衰期間のみ電流が流れるこ
とができる。Ｔ１の期間が過きると、低電流レベルに達
する。それからトランジスタが再びオンになり、再びピ
ークｉｔｔ流に達した時点で、トランジスタ２４はオフ
になり、Ｔ１の時間オフになっている。

このシーケンスは電圧Ｖ。０と■ＢＡＴＴＥＲＹが加え
られている期間、すなわちコイル２２の所望の励磁期間
中続く。

こうしてトランジスタ２４がオンの間はコイル’ＩｊＬ
流が増し、オフの間はコイル電流が減る。ダイオード８
８があるために、ダイオード８８がない場合とくらべて
ピークｔＩＬ泥から低＊ｍへとゆっくり減衰する。この
結果、コイルが高周波で作動する場合より電力消費欺が
少なくなる。高周波で作動する場合忙はトランジスタ２
４のようなトランジスタの動車が矢る。

第６図のソース駆動回路４０を参照すると、電流検出累
子は電池亀圧側に接続されており、アース愉ではない。

差動増幅器４９は検出用抵抗器４６Ｖｃ加わる電圧を検
出する。差動増幅器４９の正入力は検出用抵抗器４６の
電調ＶＣ接続され、負入力は検出用抵抗器４６０他端に
接続されている。

回路４ｕの動作は回路２０の動作と似ている。トランジ
スタ４４はコイル４２と直列に接続されており、コイル
４２に流す駆動電流を制御する。ダイオード４８は減衰
ｍ流だけを通し、駆動電流を通さない。ツェナーダイオ
ード４７はトランジスタ４４を電圧保護する。トランジ
スタ４４は論理回路５０からトランジスタ８９を通して
駆動される。検出用抵抗器４６に一゛加わる電圧は増幅
器４９、トランジスタ９１、抵抗器９２を経由して比較
器３３に加えられる。前述の如く、アナログ入力から電
圧が比較器３３に加えられて、比較器３３の出力が論理
回路５υに加えられ、論理回路５ｕの出力がトランジス
タ４４に加えられる。

第４図を参照すると、ソース駆動回路４０とシンク駆動
回路２００両方に共通の論理回路５０が示されている。

比較器３３の出力は論理回路５００Å力５３に加えられ
る。論理回路５０の出力は回路２０のトランジスタ２４
と回路４０のトランジスタ４４に加えられる。以下第４
図とＴｈ５ＡＩｌから第５Ｃ図を参照しながら論理回路
５０の動作を説明する。

第５Ｃ図にピークＩＬＫ比較器３３から入力される波形
を示す。第４図において、集積回路５４は開業的に利用
可能なＮｏ、７４７４のようなり型フリップフロップで
ある。集積回路５４０入力には、クロック入力、クリア
入力、Ｄ入力、プリセット人力がある。出力はＱとｑ（
Ｑの反転）がある。

クリア入力が論理Ｏ（ゼロ）になると出力Ｑが論理Ｏに
なり、出力Ｃが論理１になる。プリセット入力に論理０
が加えられると、出力Ｑが論理１になり、出力６が論理
Ｏになる。クロック入力に正忙立上るパルスが加えられ
ると、Ｄ入力に加えられている論理入力レベルがＱ出力
に現われ、その反転レベルが６出力に現われる。

最初ＶｃＶｏｏとＶＢＡＴＴｇＲＹが加えられると、コ
ンデンサ５２により集積回路５４がプリセットされるの
で、Ｑ出力が論理１となり、トランジスタＱ１をオンに
する。集積回路５５は典型的に７４１２１であり、タイ
ミング機能を有する。集積回路５５のタイミング機能は
このときトリガされない。なぜならはトリガされるには
トリガ入力に論理０から１ＶＣ遷移する入力が入ること
が必要だからである。その期間Ｑ０がオンになっていて
、ＩＣ５のｄ出力が論理１Ｆｃなっている。

第５Ｃ図のＡ点に示すように、コイル２２を流れる電流
がピーク電流ＩＦ’Ｋに達すると、工ＰＫ比較器３３が
論理［］ＩＣ変る。するとＩＣ４がクリアされてＱ出力
が論理ＯＫなる。Ｉｐ４がクリアされて、Ｑ出力が論理
０から１に遷移すると、工Ｃ５がトリガされる。ＩＣ５
がトリガされるとＩＣ５の６出力が論理１から０に遷移
する。このときＩＣ４は何も影響されない。なぜならば
ＩＣ４が影響されるにはクロック入力にＯから１に遷移
する入力が必要だからである。

第５Ａ図に示すように、あらかじめ定められた時間Ｔ１
が経過すると、工Ｃ５の出力ｄがＯから１に遷移する。

するとＩＣ４のＱ出力が論理１状態に変り、丙びＱｌを
オンにする。このサイクルはＶＣＣとＶＢＡＴＴｇＲＹ
が加えられている間続く。

次に本発明の一実施例によるスイッチング駆動回路を用
いて線形カンレノイド（ｌｉｎｅａｒ　ｆｏｒｃｅｓｏ
ｌｅｎｏｉｄ）を駆動した試験結果を、線形駆動回路と
比較して示す。線形ソレノイドを駆動するのに要する電
力消費層はスイッチング駆動回路の方が線形駆動回路よ
りもはるかに少ない。

駆動トランジスタの合創嵐力消費緻 負　荷　゛　線形駆動　スイッチング駆動線形カンレノ
イド　１２ワツト　０．５ワットＲ＝２．５オーム Ｌ＝５ミリヘンリ ＶＢＡＴＴｇＲＹ　”　１４　Ｖ 電流１アンペア 当業者にとって各棟の変形や修正は容易であろう。例え
は論理回路に用いる回路素子は例示したものとは違うも
のでもよい。本出願明細曹・１面に開示された本発明の
進歩的技術ｆ基づく変形例が、すべて本発明の範囲に践
することはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第１Ｃ図は、本発明のソレノイド駆動回路の
動作説明用の波形図で、第１Ａ図はソレノイドに凭れる
平均電流の大きさを設定するため忙、一定のアナログ入
力が加えられたときの、シンク駆動回路とソース駆動回
路の両方に適用される波形を示す。また、第１Ｂ図と諏
１Ｃ図は第１Ａ図に類似した波形であるが、平均ソレノ
イド電流の大きさを振動させるために、アナログ電圧入
力に振動電圧入力として、夫々矩形波と三角波を１ｋｍ
１．した場合を示す。 第２図は本発明の一実施例であるシンク駆動回路として
のソレノイド駆動回路図であり、一部はブロック図で示
しである。スイッチがモード６になっているときｍＩＡ
図の波形が適用され、スイッチがモード４になっている
ときはＴｈＩＢ図、又は第１Ｃ図の波形が適用される。 第３図は、本発明のソレノイド駆動回路の他の実施例で
あるソレノイドコイルと篭池亀位間に接続されたソース
駆動回路を示すものであり、一部にブロックが用いられ
ている。スイッチがモード６にあるときｉｌＡ図の波形
が適用され、スイッチがモード４にあるときは第１Ｂ図
又はｍＩｃ図が適用される。 第４図は、本発明のソレノイド駆動回路の各実施例を示
す第２図と第３図の両回路に対して適用される論理回路
の具体例の詳細を示した回路図であり、一部はブロック
を用いて示されである。 第５Ａ図、第５Ｂ図、第５Ｃ図は叱２−と第６図の両回
路に適用される時間に関する波形であり、夫々コイル電
流、検出用抵抗器に加わる電圧、ピークを流比較器出力
である。 代理人　浅　村　皓 ＦＩＧ、１Ａ ＦＩＧ、１日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１ソレノイドと直列に接続され、ソレノイドを通る
   一方の電流径路を形成するトランジスタ手段と、 ソレノイドと並列に接続され、１１Ｌ匠の紙良径路を形
   成するダイオードと、 ソレノイドと直接に接続され、ソレノイドを流れる電流
   を検出するための検出用抵抗器と、前記トランジスタの
   コレクタとペース間に接続され、前記トランジスタを亀
   圧保換するためのツェナーダイオードと、 前記検出用抵抗器に接続され、前記検出用抵抗器に加わ
   る検出用電圧の関数とアナログ電圧とを比較するだめの
   比較器手段と、 前記比較器手段と前記トランジスタ手段とに接続され、
   ソレノイド電流とアナログ電圧との関数である入力１１
   号を受イｇして、前記比較器手段の関数として前記トラ
   ンジスタ手段をオン・オフスイッチングし、その結果ソ
   レノイドｉ動１１ＬηＬかピーク電流まで増加した後あ
   らかじめ定められた時ＮＪ陳良するという期間をつくり
   、保持用ピーク電流をアナログ電圧の関数とする論理手
   段と、を含んで成り、町加亀流の線型関数として力を供
   給するソレノイドに流れる電流を旧」■して電力消費量
   を減少させたことを特徴とするソレノイド駆動回路。 （２〕　特許請求の範囲第（１）項記載の装置において
   、ｍＪ記第１の比較器手段に接続され、前記アナログ亀
   出入力を震える発振信号源を災に含み、ソレノイドを動
   かし続けることによってコイル機構の機械的粘嘴による
   ソレノイドのヒステリシスと磁気的ヒステリシスとを最
   小にすることを特徴とする、ソレノイド駆動回路。 （３）特許請求の範囲第（２）項記載の装置において、
   前記発振信号源はソレノイドコイルか応答することがで
   きるように充分低く、かつソレノイドコイルに制御され
   るパラメータに望ましくない変動かないように元号高い
   周波数の信号を発生することを％徴とする、ソレノイド
   駆動回路。 （４）％許請求の範囲第（３）項記載の装置において、
   前記発振信号源は約１００Ｈｚの周波数の信号を発生す
   ることを特徴とする、ソレノイド駆動回路。 （５）　特許請求の範囲諏４項記載の装置において、前
   記発振信号源は矩形波を発生するよ５＆Ｃなっているこ
   とを特徴とする、ソレノイド駆動回路。 （６）特許請求の範囲第（４）項記載の装置において、
   前記発振信号源は三角波を発生するよう妃なっているこ
   とを％敵とする、ソレノイド駆動回路。