JPS62189347A

JPS62189347A - 電流の急速転送装置

Info

Publication number: JPS62189347A
Application number: JP61267859A
Authority: JP
Inventors: マリオ　インカルドナ
Original assignee: Iveco Fiat SpA
Current assignee: Iveco SpA
Priority date: 1985-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1987-08-19
Also published as: GB8627060D0; SE8604820D0; SE8604820L; US4775914A; GB2182815A; DE3627077A1; GB2182815B; DE3627077C2; IT1182673B; IT8567953A0; FR2591045A1

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、電流を誘導負荷へ急速に転送するための装置
に関する。

〔従来の技術、および、発明が解決しようとする問題点〕

例えば、電子制御されたディーゼルエンジンの噴射シス
テムにおいて、高速電気弁やソレノイドを制御するため
に、大電流をできるだけ短時間のうちに誘導素子へ転送
する必要があることは広く知られている。

現在、大電流を誘導素子へ急速に転送するために使用さ
れている装置は、直流の低電圧を変換器に送り、そこか
らコンデンサに高電圧を充電するという動作原理を実質
的に備えている。このようにして充電されたコンデンサ
は、スイッチを介して誘導負荷に接続され、該誘導負荷
に所望の電流を供給している。このような装置の欠点は
、主として、コンデンサ端末において相当に高い電圧（
実質的に、１００〜２００■の範囲）を維持すること必
要がであり、また、負荷に必要な電流量の関係で、比較
的に大容量のコンデンサが求められることである。この
ため、コンデンサおよび装置全体の寸法が非常に大きく
なる。さらに、負荷への電流供給を急速に遮断するため
に、前記コンデンサは、内部インピーダンス、信軌性、
および、動作温度について、極めて厳しい特性がもとめ
られるので、製造コストが高くなる。スイッチ端末に過
電圧が発生する欠点もある。このため、スイッチには、
例えば、ツェナーダイオードを並列に接続する等により
適切に保護をする必要がある。

しかし、このようにツェナーダイオードを並列に接続す
ると、大容量の電力が消費されることになり、動作条件
として、相当の高周波数で誘導負荷の反復制御を行わな
ければならない。

従って、本発明の目的は、従来の装置が有する欠点を伴
わずに、電流を誘導負荷に急速に転送することのできる
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、所定の低電圧供
給手段によって発生される電流を、少なくとも１つの誘
導負荷へ急速転送するための装置を提供し、この装置は
、　前記電流供給手段に接続されたインダクタと、前記
誘導負荷に並列接続されるように設けられたコンデンサ
と、短い応答時間を有し、複数の予め順次配置された回
路構成に従つて、前記電流供給手段、前記インダクタ、
および、前記コンデンサを相互に接続するように制御さ
れる複数のスイッチ手段と、を備えて構成される。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例の幾つかが添付図面を参照して述
べられる。これらの実施例は、本発明を限定するもので
はない。

第１図において、参照符号ｌは、直流電源２が発生する
電流を誘導員ｒｉｆ３に急速転送するための装置を示し
ている。この誘導負荷３は、例えば、ディーゼルエンジ
ンの噴射弁等を作動させるための電気弁またはソレノイ
ドとして構成することができる。

電流の急速転送装置１の回路は実質的に２つのノード５
，６に接続されており、これらノード５゜６は３つのブ
ランチ？、８．９によって相互に接続されている。特に
、ブランチ７は実質的にインダクタ１０を構成している
。このインダクタ１゜は、一方の端子がノード５に接続
され、他方の端子がダイオード１１のカソード−アノー
ド接続を介してノード６に接続されている。また、イン
ダクタ１０は、電子スイッチ１２を介して電源２に直列
に接続されている。電源２はバッテリとすることが好ま
しい。図示のように、電子スイッチ１２の回路は、実質
的にスイッチ１３と、そのスイッチ１３に並列接続され
たダイオード１４とを具備している。電子スイッチ１２
は、従来形の電子回路（図示しない）によって制御され
、極めて短い応答時間（制御信号の到着からスイッチ１
３の開閉までの時間間隔）を提供する。

ノード５と６との間において、ブランチ８は電子スイッ
チ１６だけを提供し、この電子スイッチ１６は電子スイ
ッチ１２と同一であり、スイッチ１７とそれに並列接続
されたダイオード１８を具備している。

ノード５と６との間において、ブランチ９はコンデンサ
２０に並列接続された誘導負荷３と、電子スイッチ２１
とを提供する。電子スイッチ２１は、電子スイッチ１２
および１６と同一であり、スイッチ２２とそれに並列接
続されたダイオード２３とを具備している。

ブランチ９には、複数の実質的に同一のブランチ（その
うちの１つを９°で示す）を並列接続することができ、
各ブランチは誘導負荷を有し、これら各誘導負荷に対し
て所定の電流が転送されることになる。

第２図に示す参照符号２５は、本発明に係る第２の実施
例の電流の急速転送装置を示し、この装置２５は装置１
と同様なものである。装置２５の構成部品の大部分は、
装置１の対応する構成部品と実質的に同じ方法で接続さ
れ、同様の機能を果たすことになる。図において、装Ｗ
１と装置ｆｆ１２５との共通の構成部品は同一の参照符
号で示しである。第２図の実施例において、ブランチ８
および９は実質的に変化していないが、インダクタ１０
は変圧器３０を介して、ブランチ７に接続されている。

変圧器３０は、その−次巻線３１がインダクタ１０に並
列接続され、その二次巻線３２がダイオード３３に直列
接続されている。このため、変圧器３０はダイオード３
３と共に、装置２５の新しいブランチ７を形成する。変
圧器３０の一次巻線３１と二次巻線３２とに隣接する黒
点は、両巻線間で交換される信号の整合符号を示してい
る。

第３図および第４図憶は２つの異なる動作条件下で、第
１図に示す回路の所定位置において測定した電流信号（
ｉｌ＋１１　と、電圧信号（■４゜Ｖｓ）との時間グラ
フである。また、第５図は第２図に示す回路の対応する
位置において測定した電流信号（ｉｔ＋１ｇ＋１ｓ）と
、電圧信号（■１゜ｖ８）との時間グラフである。

添付図面を参照して、装Ｗ１および装置２５の動作を説
明する。特に、装置１は２つの異なるモードで動作する
ので、まず第１図および第３図を参照し、次に第１図お
よび第４図を参照して、それらのモードを各別に説明す
る。

第１図および第３図に示すように、第１の動作段階にお
いて、電子スイッチ１２および１６は閉じられ、スイッ
チ２１は開かれる。その結果、時間ｔ０と時間ｔ、との
間でインダクタ１０内を流れる電流１１はバッテリ２の
電圧とインダクタ１０のインダクタンスとの比率に比例
して上昇する。

次の段階において、スイッチ１６が開かれ、スイッチ１
２および２１は閉じたままとされる。その結果、電流ｉ
、は前記スイッチがトリップされる時間ｔ１において１
０に等しくなり、誘導負荷３とコンデンサ２０とを具備
する回路に流れる。この回路は並列共振回路を構成し、
その回路にはインダクタ１０が接続される。その結果、
電流１１はサイン曲線を描いて零まで下降する。一方、
誘導負荷３内の電流ｉ、は時間１ｔにおけるＩＯまで上
昇する。この間に電子スイッチ１６の端子電圧Ｖ、は正
のサイン半波を描いている。この電圧■、の符号は、反
転方向に進み、コンデンサ２０に発振を持続させるため
に逆に充電されることによって反転される。これに伴い
、ダイオード１８は直接バイアスされ、ノード５とノー
ド６とは実質的に短絡されることになる。この短絡によ
り、コンデンサ２０が短絡され、電流ｉ！の指数関数的
減少が発生ずると共に、前記したように電流ｉ。

かさらに上昇する。

電流ｉ、が電流１２に等しくなると（第３図の時間ｔ３
）、電流はダイオード１８内を循環することを止め、誘
導負荷３およびインダクタ１０は直列接続されたスイッ
チ１２を介してバッテリ２から給電される。これ以降の
時間について、スイッチ（チョッパ）１２は交互に開閉
され、電流ｉｌおよび電流１２は時間ｔ、まで所定の値
に維持される。時間ｔ３から時間ｔ、までの間中、電流
ｉ。

および電流１２は同一の値である。スイッチ１２が閉じ
られると、前記電流はバッテリに直列接続されたインダ
クタ１０および誘導負荷３に流れ、スイッチ１２が開か
れると、それら電流はダイオード１１と誘導負荷３およ
びインダクタ１ｏには流れなくなる。

次の段階（時間ｔａ）において、スイッチ１６が閉じら
れ、スイッチ１２およびスイッチ２１が開かれる。その
結果、インダクタ１ｏを流れる電流１はダイオード１１
を介して遮断され、指数関数的に減少する。一方、電流
ｉ、はサイン半波を描いて減少し、時間ｔ、において時
間ｔ４と実質的に同じ値で、且つ、逆パターンとなる。

従って、スイッチ２１の端子電圧Ｖ、は正の円弧の半波
を描く。しかし、この電圧■おは負の方向に向かうので
ダイオード２３は直接バイアスされ、コンデンサ２０は
短絡され、電流ｉ！は指数関数的に減少して零に至る。

このような減少は、スイッチ２２が時間り、において閉
じられた場合に実行され得る。ただし、このスイッチ２
２の閉成は時間ｔ４から時間ｔ、までの期間の第２四半
区間で実行する必要があり、この場合、誘導負荷３の電
流１２は、より急速に零に戻されることになる。

つまり、第３図ｄに示すように、電流１１は、１／２期
間（ＴＩ）以内にインダクタ１ｏから誘導負荷３に転送
される。その次の期間Ｔ２において、誘導負荷３内の電
流は所定の最小値以上に維持され、最後の期間Ｔ、にお
いて、誘導負荷３内の電流は、反転されて徐々に零まで
下降する。期間Ｔ、は前記したようにスイッチ２１を適
切に動作させることにより、さらに減少され得る（期間
Ｔ４）。

電流１２のグラフに示されるように、電流ｉ！は急速に
Ｉｏに至り、所定の時間間隔（Ｔ、）に渡って所定の最
低値以上に維持され、次の短い時間間隔（Ｔ、）におい
て下降し、符号を反転させる。このようなパターンは、
誘導負荷３が電磁石である場合、特に有用である。その
理由は、電磁石は短い期間（Ｔ、）内に供給される強い
磁化電流（■。）と、期間Ｔｔに渡って制御設定を維持
するための所定の最小値以上の電流と、電磁石コアを確
実に完全消磁し電磁石の支持装置の動作を妨害しないよ
うにするための逆符号の電流と、を必要とするからであ
る。

装置ｌの第２の動作モードは、スイッチ１２゜１６．２
１の制御順序を変更することによって実行することがで
きる。これについて、第１図および第４図を参照して説
明する。このモードにおいて、前記スイッチの制御は、
第３図の時間１ｔまでに説明したものと同一のパターン
に従う。時間ｔ、以降、スイッチ１３および１７は開成
されたまま保持され、コンデンサ２０は電圧ｖＡの符号
を変化させ、ダイオード１８は直接バイアスされること
になる。このため、コンデンサ２０は短絡され、電流１
Ｎは指数関数的に減少する０時間ｔ。

において、スイッチ１７は閉じられ、スイッチ２２は開
かれ、スイッチ１３は開かれたままとなる。

この結果、電流１２は減少し、正の１／４波と負の１／
４波ともサイン半波を提供する。このため、電圧Ｖ、は
、時間ｔ４まで正のサイン半波を描くことになる。次に
スイッチ２２が閉じられ、スイッチ１７が開かれる。こ
れによって、誘導負荷３は、インダクタ１０への電流を
発生する。インダクタ１０は時間ｔ、までサイン波を描
くような電流１１を発生させるように充電される。電流
ｉＩは、時間１Ｓにおいて、電流１２０時間ｔ４におけ
る値と等しくなる。電圧Ｖ、の符号は、時間ｔ！ｉから
反転する方向に向かうので、ダイオード１８が直接バイ
アスされ、誘導負荷３とコンデンサ２０とが短絡され、
電流ｉ２が零に維持される。ダイオード１８の直接バイ
アスは、電流ｉ、を指数関数的に減少させ、徐々に零に
向かわせる。この状況は、時間ｔ６においてスイッチ１
７を開きスイッチ２２を閉じると、誘導負荷３からイン
ダクタ１０への電流転送が開始され、その転送が時間ｔ
？において完了することにより実行され得る。この時の
電流ｉＩ＋　Ｉ　Ｚと電圧ＶＡ、Ｖ、との対応する波形
は、第４図に破線で示す逼りである。

第３図および第４図に示す波形は、直流ダイオードバイ
アスを零とし、誘導負荷３のインダクタンスとインダク
タ１０のインダクタンスとを同一とした時に作られるも
のである。

第２図および第５図を参照して装Ｗ２５の動作を説明す
る。時間ｔ０においては、スイッチ１３だけが閉じられ
る。このため、電流ｉ、は時間ｔ１における所定の植１
゜まで上昇を続けることになる。時間１．において、ス
イッチ１３は開かれ、電流Ｉ０は変圧器３０の二次巻線
３２に即座に転送され、同一の値■。を与えようとする
。この条件下（時間１＋）で、スイッチ２２が閉じられ
、スイッチ１７は開かれたままとされるため、電流ｉ、
がサイン曲線的に二次巻ｗＡ３２から誘導負荷３へ転送
される。電流ｉ！が値Ｉ０になると（時間ｔｔ）、コン
デンサ２０の端子電圧の符号は反転される。このため、
ダイオード１８が直接バイアスされ、コンデンサ２０が
短絡され、電流１２が時間ｔ、まで指数関数的に下降す
る。電流１２を所定の値以上に維持するため、スイッチ
（チタッパ）１３は時間ｔ、から時間ｔ４までの間の所
定の時間長さに渡って周期的に開閉される。このように
周期的に開閉することにより、電流ｉ！は時間１．−１
．において説明したように、インダクタ１０の動作を利
用することによって、所定の値以内に維持される。この
状態が時間ｔ４まで続き、時間ｔ４においてスイッチ１
７が閉じられ、スイッチ２２が開かれる。このため、電
流１２はサイン曲線の半波を描き、時間（、における最
大値から時間１．における最小値まで変化する６時間ｔ
、において、電流ｉ、の値は、時間ｔ４における値と同
一で且つ符号が逆となる。時間ｔ、からコンデンサ２０
の端子電圧の符号が変化するため、ダイオード２３は直
接バイアスされる。これにより、誘導負荷３とコンデン
サ２０とが短絡され、誘導負荷３の電流ｉ、が指数関数
的に減少する。この場合も、電流ｉの指数関数的減少は
、時間ｔ、においてスイッチ２２を閉じ、誘導負荷３と
コンデンサ２０とを短絡させることにより、時間１Ｓ以
前に開始させることができる。ただし、スイッチ２２の
開成は、電流１２が負に変化した後で行う必要がある。

本発明に係る電流の急速転送装置の利点は、前述した通
りであり、まず第一に、本装置は低電圧のみを使用する
ことにより、大電流であっても急速に誘導負荷に転送す
ることができると共に、インダクタ１０およびコンデン
サ２０等の素子を使用するだけで、電力の浪費を防止す
ることができる。また、本装置は、使用する電子スイッ
チの数を少なくすることを可能とし、特に、スタティッ
クＭＯＳ型電界効果トランジスタを使用して装置を構成
することができる。電流の急速転送袋［１および２５を
使用することで得られる他の利点は、負荷電流を遮断し
た時に該負荷電流を急速に零化できること、電流遮断時
に、負荷の負電流によって、本装置を利用した装Ｗ（例
えば、電磁石コアを有するもの）を消磁できること、実
質的な損失無しに負荷電流を無限に維持し得ること、イ
ンダクタ１０と誘導負荷３とに同一のインダクタンスを
与えることによりインダクタ１０を最適化できること、
である。

当業者には明らかなように、上述した電流の急速転送装
置１および２５は、本発明の範囲を逸脱することなく様
々に変更することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電流の急速転送装置の第１の実施
例を概略的に示す回路図、第２図は本発明の電流の急速転送装置の第２の実施例を
概略的に示す回路図、第３図および第４図は２つの異なる動作条件下で、第】
図に示す回路の所定位置において測定した複数の電気信
号を示す時間グラフ、第５回は第２図に示す回路の所定位置において測定した
複数の電気信号を示す時間グラフである。〔符号の説明〕１．２５・・・電流急速転送装置、２・・・電流供給手段、３・・・誘導負荷、５．６・・
・ノード、７．８．９・・・ブランチ、１０・・・イン
ダクタ、１１．１４．１８．２３・・・ダイオード、１
２．１６．２１・・・スイッチ手段、１３，１７．２２
・・・スイッチ、２０・・・コンデンサ、３０・・・変
圧器、３１・・・−次巻線、３２・・・二次巻線。

Claims

【特許請求の範囲】

１．所定の低電圧供給手段（２）によって発生される電
流を、少なくとも１つの誘導負荷（３）へ急速転送する
ための装置であって、前記電流供給手段（２）に接続されたインダクタ（１０
）と、前記誘導負荷（３）に並列接続されるように設けられた
コンデンサ（２０）と、短い応答時間を有し、複数の予め順次配置された回路構
成に従って、前記電流供給手段（２）、前記インダクタ
（１０）、および、前記コンデンサ（２０）を相互に接
続するように制御される複数のスイッチ手段（１２，１
６，２１）と、を具備する電流の急速転送装置。
２．２つの主なノード（５，６）を実質的に提供する回
路を具備し、該ノード（５，６）は複数のブランチによ
って接続され、該複数のブランチ上に、前記電流供給手
段（２）、前記インダクタ（１０）、および、前記コン
デンサ（２０）が配置されるようになっている特許請求
の範囲第１項に記載の装置。
３．前記複数のブランチの内の第１のブランチ（７）は
、前記インダクタ（１０）、第１のスイッチ手段（１２
）、および、前記電流供給手段（２）を具備する特許請
求の範囲第２項に記載の装置。
４．前記複数のブランチの内の第１のブランチ（７）は
、電気的遮断手段（３０）を介して前記インダクタ（１
０）に接続されるようになっている特許請求の範囲第２
項に記載の装置。
５．前記電気的遮断手段（３０）は変圧器から成り、該
変圧器の二次巻線（３２）は前記第１のブランチ（７）
に接続され、該変圧器の一次巻線（３１）は前記インダ
クタ（１０）に接続されるようになっている特許請求の
範囲第４項に記載の装置。
６．前記ノード（５，６）を接続する前記複数のブラン
チ内の第２のブランチ（８）は、第２のスイッチ手段（
１６）を具備する特許請求の範囲第１項から第５項まで
のいずれか１項に記載の装置。
７．前記ノード（５，６）を接続する前記複数のブラン
チ内の第３のブランチ（９）は、前記コンデンサ（２０
）に直列接続された第３のスイッチ手段（２１）を具備
し、前記コンデンサ（２０）は前記誘導負荷（３）に並
列接続されるようになっている特許請求の範囲第１項か
ら第６項までのいずれか１項に記載の装置。
８．前記第３のブランチ（９）は、複数のブランチ（９
，９’）を具備する特許請求の範囲第７項に記載の装置
。
９．前記スイッチ手段（１２，１６，２１）は、電子式
となっている特許請求の範囲第１項から第８項までのい
ずれか１項に記載の装置。
１０．前記電子スイッチ手段（１２，１６，２１）は、
実質的にスイッチ（１３，１７，２２）、および、該ス
イッチのそれぞれに並列接続された一方向導通部品（１
４，１８，２３）を具備する特許請求の範囲第９項に記
載の装置。
１１．前記電子スイッチ手段は、ＭＯＳ型電界効果トラ
ンジスタで構成されている特許請求の範囲第１０項に記
載の装置。