JPS6151406B2

JPS6151406B2 -

Info

Publication number: JPS6151406B2
Application number: JP15536877A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Kawa
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1986-11-08
Also published as: JPS5486762A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、印字装置等に使用される電磁石駆
動回路に関し、特にエネルギーの変換効率を高め
た高速駆動に適する電磁石駆動回路を提供するも
のである。

第１図は、従来の電磁石駆動回路の代表的な一
例である。面において、MGは電磁石、Ｑ１はト
ランジスタ、Ｄはダイオード、Ｒ１とＲ２は抵控
器、Ａは信号入力端子、Ｖ_Dは電源端子であり、
またＩは駆動電流、Ｖ_CはトランジスタＱ１のコ
レクタ電圧を示す。

また第２図は、第１図の駆動回路の動作を説明
するための波形図である。図面の各波形の符号
は、それぞれ第１図の符号に対応している。

次に、第１図の電磁石駆動回路の動作について
説明する。その信号入力端子Ａに、第２図のＡに
示すような入力信号が与えられると、入力信号が
ハイレベルになつた時点で、抵抗器Ｒ１を介して
トランジスタＱ１のベース電流が流れ、トランジ
スタＱ１がオン状態となる。その結果、電磁石
MGには、電源端子Ｖ_Dからの駆動電圧が加わ
り、第２図のＩに示されるような駆動電流が流
れる。

そして、入力信号がローレベルになると、トラ
ンジスタＱ１はオフ状態となり、駆動電流Ｉは急
激に減少される。しかし、電磁石MGが誘導性負
荷であるため、逆起電力が発生し、トランジスタ
Ｑ１のコレクタ電圧Ｖ_Cは第２図のＶ_Cのように変
化されて、駆動電圧Ｖ_Dよりも大きくなる。した
がつて、駆動電流Ｉは、抵抗器Ｒ２とダイオード
Ｄを通つて流れ続け、徐々に減少する。

この場合に、抵抗器Ｒ２の値が大きくなるにし
たがつて、駆動電流Ｉの立下りは、第２図の点線
I′に示すように急峻になり、コレクタ電圧Ｖ_Cも
点線Ｖ_C′のように大きくなる。

ところが、電磁石MGを高速度動作させるため
に、この抵抗器Ｒ２の値を大きくして駆動電流Ｉ
の立下りを急峻にすると、従来の電磁石駆動回路
では次のような不都合を生じる。

(1) 逆起電圧が大きくなり、トランジスタＱ１と
して高耐圧のものが必要となるので、装置のコ
ストが高くなる。

(2) 電磁石MGに蓄積されていたエネルギーを外
部で消費するため、エネルギーの変換効率が悪
くなり、電源容量が大きいものを必要とする。

(3) 抵抗器Ｒ２における消費電力が大きいので大
容量の抵抗器が必要となる。この点は、トラン
ジスタＱ１のスイツチング周期が短かくなると
特に著しい。

なお、抵抗器Ｒ２をツエナーダイオードやバリ
スタ等の素子で置換えることもできるが、その動
作は抵抗器の場合と類似している。

また、一般に、電磁石の応答時間は、コイルに
印加される電圧によつて決定されるので、高速駆
動するためには、極めて大きな印加電圧が必要で
ある。

しかしながら、印加電圧を大きくすることは、
必然的に大きな電力を消費することになり、ジユ
ール熱が増大して、コイルの焼損を生じる恐れが
ある。

この発明は、このような問題を解決するため
に、電磁石に直列に接続されたスイツチ手段がオ
ン、オフを繰り返えすように制御することによ
り、印加電圧を大きくしても、小電力で電磁石が
駆動できるようにするとともに、スイツチ手段を
オフにしたとき、電磁石に生じる逆起電力を有効
に活用することにより、エネルギーの変換効率を
高めた電磁石駆動回路を提供することを目的とし
ている。

次に、図面を参照しながら、この発明の電磁石
駆動回路について詳細に説明する。

第３図は、この発明の駆動回路の動作を説明す
るための回路図である。図面において、Ｑ２とＱ
３はトランジスタ、Ｒ３〜Ｒ５は抵抗器、Ｂは信
号入力端子であり、またＶ_BはトランジスタＱ２
のベース電圧を示す。その他の符号は第１図と同
様である。

まず、この第３図の回路で付加された部分から
説明すると、信号入力端子Ｂに入力信号が加えら
れて、ハイレベルであるとき、トランジスタＱ３
は抵抗器Ｒ５を介してオン状態となり、またロー
レベルであるときは、オフ状態となる。

そして、トランジスタＱ３がオン状態となる
と、トランジスタＱ２のベース電圧Ｖ_Bは、Ｖ_B＜
Ｖ_DのときＶ_B＝Ｖ_CＲ４／Ｒ３＋Ｒ４となる。

また、トランジスタＱ３がオフ状態となると、
トランジスタＱ２のベース電圧Ｖ_Bは、Ｖ_B＜Ｖ_D
のときＶ_B＝Ｖ_C となる。

この場合に、Ｖ_BＶ_Dならば、トランジスタＱ
２とダイオードＤはオン状態となる。ただし、ダ
イオード４の順方向端子間電圧、トランジスタの
ベース・エミツタ間順方向電圧、およびコレク
タ・エミツタ間飽和電圧は無視するものとする。

次の第４図は、第３図の駆動回路の動作を説明
するための波形図である。図面の各波形の符号
は、それぞれ第３図の符号に対応している。

さて、一方の信号入力端子Ｂからの入力信号が
ハイレベルの状態にあるとき、他方の信号入力端
子Ａからの入力信号がハイレベルになると、駆動
電流Ｉは電磁石MGのインダクタンスおよび直流
抵抗分で定まる時定数にしたがつて、徐々に増大
する。この入力端子Ａからの入力信号がハイレベ
ルの期間においてはＶ_B＜Ｖ_Dであるから、トラン
ジスタＱ２はオフ状態を保つ。

次に入力端子Ａの信号がローレベルになると、
電磁石MGの逆起電圧のためにＶ_CはＶ_Dよりも大
きくなろうとするが、同時に入力端子Ｂの入力信
号がローレベルになり、トランジスタＱ３がオフ
状態となるので、トランジスタＱ２がオン状態と
なり、Ｖ_CはＶ_Dより若干大きくなる程度でその上
昇が止まる。

したがつて、入力端子Ｂの信号がローレベルと
なる期間Ｔにおいては、駆動電流Ｉは徐々に減少
し、電磁石MGへ蓄積されていたエネルギーの殆
んどは、引き続き電磁石内部で消費され、吸引力
として働く。

そして、入力端子Ｂの信号が再びハイレベルに
なると、トランジスタＱ３がオン状態となり、こ
のとき駆動電流Ｉが流れ続けていれば逆起電圧の
ためにＶ_Cは上昇する。しかし、Ｖ_B＞Ｖ_Dとなれ
ばトランジスタＱ２がオン状態となるので、結局
Ｖ_CはＶ_CＶ_DＲ３＋Ｒ４／Ｒ４の条件を満たし、一定の値を越えることはない。

この場合に、抵抗器Ｒ３とＲ４の値および両者
の比を適当に選んでおけば、駆動電流Ｉはトラン
ジスタＱ２で消費され、第４図に示すように急激
に減少することになる。なお、トランジスタＱ２
は、不飽和領域で動作される。

次に、第５図は、この発明の電磁石駆動回路の
一実施例を示す回路図である。図面において、
AMPは増幅器、COMは電圧比較器、Ｒ６は抵抗
器、Ｃは信号入力端子であり、またＥは増幅器
AMPの出力信号を示す。その他の符号は、第１
図および第３図と同様である。

抵抗器Ｒ６は、駆動電流Ｉを検出するためのも
のであり、充分小さい低抗値のものが用いられ
る。

増幅器AMPは、この抵抗器Ｒ６の端子間電圧
を増幅し、その出力信号Ｅを電圧比較器COMの
一方の入力側へ送出する。

また、電圧比較器の他方の入力側には、信号入
力端子Ｃからの入力信号が印加されており、この
電圧比較器COMによつて両者が比較される。

そして、増幅器AMPからの出力信号Ｅが信号
入力端子Ｃからの入力信号より大きくなると、信
号入力端子Ａをローレベルにし、逆に出力信号Ｅ
が入力端子Ｃからの入力信号よりdVだけ小さく
なると、再び信号入力端子Ａをハイレベルにす
る。

第５図の回路において、トランジスタＱ１とト
ランジスタＱ２とが両方ともにオンの場合、駆動
電流Ｉが、抵抗器Ｒ６、誘導性負荷である電磁石
MG、トランジスタＱ１の経路で流れる。

そして、駆動電流Ｉが徐々に増加し、抵抗器Ｒ
６の両端に生じる電圧が所定電圧より高くなる
と、電圧比較器COMは、トランジスタＱ１をオ
フにする。

トランジスタＱ１がオフになると、電磁石MG
は、誘導性負荷であるために逆起電圧を生じ、ト
ランジスタＱ２、ダイオードＤ１で形成される電
流路を通して、電流が、低損失で、電磁石MGへ
帰還されることになる。

駆動電流Ｉが徐々に小さくなると、電圧比較器
COMは、再びトランジスタＱ１をオンにし、以
下、このようなチヨツパー動作が繰り返えされ
る。

この第５図の駆動回路を用いれば、入力端子Ｃ
の入力信号電圧Ｖによつて電磁石MGに流れる駆
動電流Ｉが制限されるため、この電圧Ｖを変える
ことにより電磁石MGへ供給するエネルギーを制
御することができる。

第６図は、第５図の駆動回路の動作を説明する
ための波形図である。図面の各波形の符号は、そ
れぞれ第５図の符号に対応している。

電磁石に直列に接続されたスイツチ手段として
のトランジスタＱ１は、比較手段としての電圧比
較器のCOMにより、オン状態とオフ状態とを繰
り返えすように制御される。

一方、トランジスタＱ１がオフの時、電磁石
MGに生じた逆起電力は、トランジスタＱ２、お
よびダイオードＤ１からなる電流路により、電磁
石MGに抵損失で帰還されるので、トランジスタ
Ｑ１がオフになつても、電磁石MGには、電流が
途切れることはなく、第６図のＥに示すような鋸
歯状の連続的な電流が流れる。

信号入力端子Ｃへ入力信号電圧Ｖが与えられて
いるとき、他の信号入力端子Ｂの入力信号を上記
の電圧Ｖになつている期間よりも期間Ｔだけ長く
ローレベルにすると、この入力端子Ｂの入力信号
がローレベルの期間における駆動電流Ｉの減少は
徐々に行なわれる。したがつて、電磁石MGに蓄
積されていたエネルギーは有効に利用される。

次に、入力端子Ｂの入力信号をハイレベルにす
ると、駆動電流Ｉは急激に減少するが、この場合
にもトランジスタＱ１のコレクタ電圧Ｖ_Cの最大
値は、先の第３図について説明しちのと同様に、
駆動電圧Ｖ_Dおよび抵抗器Ｒ３とＲ４の値によつ
て決められる値以上にはならない。

なお、トランジスタＱ２のベース・エミツタ間
の逆耐電圧がＶ_Dよりも大きければ、ダイオード
Ｄを除去することが可能である。

以上に詳細に説明したとおり、この発明の電磁
石駆動回路によれば、スイツチ手段がオン、オフ
を繰り返えすように制御することにより、電磁石
を高速応答させるために所定の電圧を用いても、
電磁石で消費される電力を小さくすることが可能
になるとともに、スイツチ手段のオフの時に、電
磁石に生じる逆起電力を、抵損失で電磁石に帰還
させることも可能になる。

したがつて、エネルギー変換効率のよい電磁石
駆動回路が得られる、という優れた効果が奏せら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁石駆動回路の代表的な一
例、第２図は第１図の駆動回路の動作を説明する
ための波形図、第３図はこの発明の電磁石駆動回
路の動作を説明するための回路図、第４図は第３
図の駆動回路の動作を説明するための波形図、第
５図はこの発明の電磁石駆動回路の一実施例を示
す回路図、第６図は第５図の駆動回路の動作を説
明するための波形図である。図面において、MGは電磁石、Ｑ１〜Ｑ３はト
ランジスタ、Ｄはダイオード、Ｒ１〜Ｒ６は抵抗
器、AMPは増幅器、COMは電圧比較器、Ａ〜Ｃ
は信号入力端子、Ｖ_Dは電源端子であり、またＩ
は駆動電流、Ｖ_CはトランジスタＱ１のコレクタ
電圧、Ｖ_BはトランジスタＱ２のベース電圧、Ｅ
は増幅器AMPの出力信号を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１電源に接続された電磁石と、該電磁石に直列
に接続されたスイツチ手段と、前記スイツチ手段
のオフ時に電磁石の逆起電力を電磁石に抵損失で
帰還するための電流路と、電磁石に流れる電流を
検出する検出手段と、該検出手段の信号と所定の
信号とを比較して前記スイツチ手段がオン状態と
オフ状態とを繰り返えすように制御するための比
較手段とを設け、前記スイツチ手段のオフ時には
電磁石の逆起電力を前記電流路により低損失で帰
還させて前記電磁石に鋸歯状の連続的な電流を流
し、エネルギーの変換効率を高めたことを特徴と
する電磁石駆動回路。２特許請求の範囲第１項記載の電磁石駆動回路
において、電磁石に流れる電流を検出する検出手
段は、抵抗器からなることを特徴とする電磁石駆
動回路。３特許請求の範囲第１項記載の電磁石駆動回路
において、電磁石の逆起電力を電磁石に低損失で
帰還するための電流路には、ダイオードが設けら
れていることを特徴とする電磁石駆動回路。