JPS6281011A - 比例ソレノイドの制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、比例室Ａ’＆弁等のアクチューエータとして
使用される比例ソレノイドの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

比例ソレノイドを駆動するため、従来、第１３図に示す
よう々制御装置が実用されでいる。

この制御装置においては、ソレノイド１に流れる電流が
抵抗等からなる電流−電圧変換器２゛で対応する電圧と
して検出され、その電圧が平滑用フィルタ３で平滑され
る。そして目標電流を指令する指令電圧ｖ０と上記フィ
ルタ３よ多出力されるソレノイド電流に対応した直流電
圧Ｘ１）との偏差ｅが減算器４よ多出力され、この偏差
θと関数発生器５よ多出力される基準三角波信号とが比
較器６に入力される。

比較器６では、上記偏差ｅと基準三角波信号とが比較さ
れ、この偏差θが上記三角波電圧でいわゆるノタルス幅
変調（ＰＷＭ　）される。そして比較器６の出カッ臂ル
スが駆動回路７を介してトランジスタ８に入力され、そ
の結果、ソレノイド１は上記指令電圧ｖ０によって決定
された目標電流が流れるようにトランジスタ８で駆動さ
れる。

なお、トランジスタ８のオフ時にはフライホイ−ルダイ
オードＤを介してソレノイドに電流が流れる。

この従来の制御装置は、関数発生器５よシ出力される三
角波信号を変調用のキャリア信号として用いているので
、他励変調式の制御装置と呼ばれている。

第１４図〜第１５図は、上記関数発生器５の出力信号を
ディプ信号として兼用させた場合における駆動回路７の
出力波形とソレノイド電流の波形を各々示している。

同各図に示す如く、駆動回路７の出力の論理レベル力″
′１＃でトランジスタ８がオン状態にある場合には、ソ
レノイド１の電流が所定の時定数に従って増加し、また
トランジスタ８がオフした状態では所定の時定数に従っ
てソレノイド電流が減少する。

なお第１４図、第１５図および第１６図は、各各指令電
圧ｖ０が小、中および大の場合における波形な示してい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第１４図〜第１５図から明らかなように、この従来の制
御装置は、上記三角波信号をディプ信号として兼用させ
た場合に指令電圧ｖ０の変化に伴ってディプの振幅が変
化するという不都合がある。

また、三角波信号をディプ信号として兼用しない場合で
も、指令電圧ｖ０の値変化に伴ってソレノイ°　ド電流
のりッゾル■変化するという問題点をもつ。

さらに平滑用フィルタ３がフィードバック線路中に介在
されるので、たとえば指令電圧がステップ状に変化した
さいに、このフィルタ３の応答遅れのためにソレノイド
電流がオーバーシェードするという問題点があシ、かつ
、上記平滑用フィルタ３や関数発生器５を必要とするた
め、構成が複雑かつ高価になるという欠点も有している
。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
かかる従来装置の問題点に鑑み、比例ソレノイドに駆動
電流を流すスイッチ素子と、該ソレノイドに流れる電流
を検出してこれど対応する電圧に変換する電流−電圧変
換器と、上記ソレノイドに流すべき目標電流を指令する
指令電圧と上記電流−電圧変換器の出力電圧との偏差を
入力して該偏差がヒステリシス幅の上限値以上である場
合に上記スイッチ素子をオンさせるとともに、上記ヒス
テリシス幅の下限値以下である場合に上記スイッチ素子
をオフさせる手段とを設け、これＫよって自励によるパ
ルス幅変調を行っている。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示している。

この実施例では、比例ソレノイドｌＯの一端がトランジ
スタＩＩを介して電源の正極に接続され、他端が抵抗等
からなる電流−電圧変換器１２を介して電源の負極（接
地何種）に接続されている。

またソレノイド１０の４し端と電源の負極との間にフラ
イホイールダイオードＤが介在されている。

上記電流−電圧変換器１２の両端には、ソレノイド１０
に流れる電流ｌに対応した電圧ｖ（１）が現われる。そ
して減算器１３からは、ソレノイド１０に流すべき目標
電流を指令する指令電圧ｖ０と上記電圧ｖ（１）との偏
差ｅ＝ｖ０−ｖ（１）が出力される。

偏差電圧ｅが入力される比較器１４は、基準電圧±ｖｈ
のヒステリシス幅を有し、上記偏差電圧ｅが上限基準電
圧＋ｖｋ以上になると論理レベル″′１ｍの信号を出力
し、下限基準電圧−ｖｈになると論理レベル″０”の信
号を出力するように構成されている。

駆動回路１５は、比較器１４よ多信号“１１が出力され
たさいにトランジスタ１１をオンさせ、また信号″″０
”が出力されたさいに該トランジスタ１１をオフさせる
作用をもつ。

この実施例の作用は次のとおりである。すなわち、上記
偏差電圧θが上限基準電圧＋ｖｈよシも大きくなってト
ランジスタ１１がオンされると、ソレノイド１０に実線
で示すような駆動電流が流れ、これに伴いソレノイド１
０に流れる電流１に対応した電圧ｖ（ｉ）が減算器１３
にフィードバックさ戟る。

そしてソレノイド電流１が増大して前記偏差電圧ｅが下
限基準電圧−ｖｈ以下になると、トランジスタ１１がオ
フされて駆動電流が停止される。

トランジスタ１１のオフ後、ソレノイド１０に蓄積され
たエネルギーに基づく電流がフライホイールダイオード
Ｄを介して点線で示す如く流れるが、この電流は所定の
時定数で減衰してゆく。そして、この電流の減衰に伴っ
て偏差電圧ｅが下限基準電圧子ｖｈ工りも大きくなると
、再びトランジスタ１１がオンされてソレノイド１０に
駆動電流が流れる。

この実施例に係る制御装置は、以上の工うな動作を繰シ
返すので、駆動回路１５の出力は第２図（、）に示す如
く変化し、またソレノイド１０に流れる電流は同図（ｂ
）に示す工うに変化する。つまり、ソレノイド１０を流
れる平均電流の値が指令電圧ｖ０によって指令された目
標電流の値となるようにトランジスタ１１がオンオフ制
御される。

そして、この実施例の装置では、同図（、）に示した如
く目標電流の大きさに工ってトランジスタ１１のオン時
間とオフ時間の比率が変化され、こｆ′Ｌは該装置が自
浄式のパルス幅変調機能を有していることを示している
。

なお上記オン、オフ時間の比率変化は、同図（ｂ）に点
線で示した電流の上昇特性と下降特性によってもたらさ
れ石。そして同図に示す電流ＩＭＡ！は。

ただし、■、：電源電圧 ＲＬ：ソレノイドの直流抵抗 ＲＤ：電流−電圧変換器の抵抗値 で与えられ、また電流ＩＭＸＮは、 ただし、ｖＤ；ダイオードの順方向降下電圧（たとえば
０．７　Ｖ　） で与えられる。

第３図は本発明の他の実施例を示している。こ　。

の実施例では、ソレノイド１０の一端が第１のトランジ
スタ１６を介して電源の正極に接続さｎ、他端が抵抗等
からなる電流−電圧変換器１７および上記トランジスタ
１６とは極性を異にする第２のトランジスタ１８を介し
て電源の負極に接続さｎている。また、電流−電圧変換
器１７とトランジスタ１８の共通接続点と電源の正極間
に第１のフライホイールダイオードＤ１が介在され、ソ
レノイドｌＯの一端と電源の負極間に第２のフライホイ
ールダイオードＤ２が介在されている。さらにこの実施
例では、上記電流−電圧変換器１７が電源の負極からフ
ローティングされていることから、この変換器１７０両
端における電圧ｖＨ９ｖＬを入力する差動アンプ１９を
該変換器１７と前記減算器１３間に介在させである。

なお、この実施例に示す駆動回路１５’は、第１のトラ
ンジスタ１６に加える電圧とは逆相の電圧を第２のトラ
ンジスタ１８に加えるように構成されている。

この実施例においては、減算器１３より出力される偏差
電圧ｅの値が前記上限基準電圧子ｖｈ以上になると両ト
ランジスタ１６．１８がオン作動さｎ、これに伴って同
図に実線で示すような駆動電流がソレノイド１０に流詐
る。そして、偏差電圧ｅが下限基準電圧−ｖｈ以下にな
ると、両トランジスタ１６．１８がオフされ、その後、
同図に点線で示すような回生電流がフライホイールダイ
オードＤＩ、Ｄ２を介してソレノイド１０に流れる。

第１図に示した実施例では、第２図に示すよう、にトラ
ンジスタ１１がオフされたのち、ソレノイする。これに
対し、第３図に示した実施例では、第４図に示す如く、
上記ソレノイド電流かに向って減少することから、第１
図に示した実施例よりも同電流の減少速度が早い。これ
は自励周波数が第１図に示した実施例ニジも早くなるこ
とを意味し、したがってこの第３図の実施例によｎば、
より精度よくソレノイド１０の電流を制御することがで
きる。

また、この第３図の実施例は回生電流を流すようにして
いるので、そｎだけ消費電力が少ないこという利点をも
つ。

なお、この実施例に示す、電流−電圧変換器の一端ある
いは他端の電圧ｖＩＩおよびｖＬは、トランジスタ１６
．１８がオンされている場合（駆動時）とオフされてい
る場合（回生時）とにおいて各々下記表に示すような値
をもつ。

ただし、上表においてｖＤ１ハダイオードＤ１の順方向
降下電圧を示し、ま友ｖ（１）は電流−電圧変換器で検
出されるソレノイド電流に対応した電圧を第５図は、本
発明のさらに別の実施例を示している。

この実施例では、ソレノイドコイル１０の他端が第２の
トランジスタ１８および第１の電流−電圧変換器２０を
介して電源の負極に接続され、第２のフライホイールダ
イオードＤ２が第２の電流−電圧変換器２１を介して電
源の負極に接続されている。

この実施例においては、実線で示す駆動電流および点線
で示す回生電流の大きさが電源の負極を基準とする電圧
ｖＨ１およびＶ□２として検出されるので、差動アンプ
を介することなくこれらの電圧ｖ　、■　を直接フィー
−パックさせているが、電圧ｖＨ２が負の値として検出
されることから、減算器１３の前段に加算器２２を設け
てこの加算器２２に上記電圧Ｖ□２をフィードバックさ
せている。

なお、上記減算器１３と加算器２２は、第６図に示す如
く１つのオペアンプを用いて構成することができる。

ところで前記した第３図の実施例では、前記衣に示した
ように、差動アンプ１９に入力される前記電圧ｖＩＫが
駆動時と回生時とでｖＩｌ＋ＶＤ、たけ相違し、また電
圧ｖＬも同様にｖＢ十ｖＤ、たけ相違する。

、　　つまりアン７’１７の入力電圧ｖＨ９ｖＬの変化
値が電源電圧よりも大きくなる。

通常、差動アンプは電源電圧以上の値をもつ信号を入力
させることは不可能であり、したがって第３図の実施例
の場合、差動アンプ１９の前段に分圧手段を設けるか、
もしくは該アンプ１９を電圧ＶＢ＋ｖＤ１よりも高い電
源電圧で作動させる必要がある。

これに対し、第う図に示した実施例は差動アンプを用い
ないので、上記した対策を施こす必要がなく、シたがっ
てより実用性が高い。

この第５図に示した実施例においては、駆動回路１５′
の不安定動作やトランジスタ１６．１８の特性上のバラ
ツキによって該トランジスタ１６．１８の開閉のタイミ
ングがズした場合に次のような現象を生じる。

〔現象１〕 トランジスタ１６．１８が共にオンした第７図の状態に
おいて、第２のトランジスタ１８が先にオフしたとする
と、ソレノイド１０に第８図に示すような態様で電流が
流れる。このとき、この電流は電流検出器２１によって
検出されないので、ソレノイド１０に目標電流が流れて
いるにもかかわらずフィードバック電圧が零となり、そ
の結果、偏差電圧ｅが上限基準値ｖｈよりも大きくなっ
て再びトランジスタ１８がオンされる。

〔現象２〕 上記トランジスタ１６．１８がオフしてソレノイド１０
（−回生電流が流れている第９図の状態において、第２
のトランジスタ１８が先にオンしたとすると、ソレノイ
ド１０に第１０図に示す態様で電流が流れる。この電流
は２つの電流−゛電圧変換器２０．２１を通過するので
、通常のほぼ２倍の値をもつ電圧がフィード・ぐツクさ
れることになり、その結果、偏差電圧ｅが下限基準電圧
−ｖｈよりも小さくなって、トランジスタ１８が再びオ
フされる。

〔現象３〕 第７図に示した状態において、トランジスタ１６のみが
先にオフされると、第１０図に示した態様で電流が流れ
るので前記したようにフィードバック電圧が大きくなる
。したがって駆動回路１５′は、トランジスタ１８をオ
フさせる方向に作用する。

〔現象４〕 第９図に示した状態において、トランジスタ１６が先に
オンした場合には、第８図に示したように電流が流れる
ことからフィードバック電圧がＯとなり、この結果、駆
動回路１５′はトランジスタ１８をオンさせる方向に作
用する。

上記各現象１〜４のうち、現象３．４は制御上の支障と
はならないが、現象１，２は適正な制御を妨げることに
なる。

上記現象１，２を避けるためには、トランジスタ１６の
オン、オフ動作の６５にトランジスタ１６をオン、オフ
動作させればよいことになる。第１１図は、かかる考察
に基づき、前記駆動回路１５′とトランジスタ１８との
間に遅延回路２３を介在させた本発明の実施例を示して
いる。上記Ｊ低回路２３は、いかなる状況においてもト
ランジスター６の動作後にトランジスタ１８が作動され
るようにその遅延時間が設定されており、したがってこ
の実施例によれば、トランジスタ１６．１８の特性のバ
ラツキ等に基因した前記現象１，２を確実に防止するこ
とができる。

第１図、第３図、第５図および第１１図に示した各実施
例によれば、第２図から明らかなように、指令電圧ｖ０
（目標電流）の変更によらずソレノイド電流のり、プル
が一定に保持される。

ところで、上記各実施例において、ソレノイド１０に流
れる電流にディプを加える場合には、指令電圧ｖ０に三
角波信号を重畳させればよく、第１２図にはこの三角波
信号に基づいてソレノイド電流に三角波状のディプが加
えられた状態が示されている。

上記三角波は、指令電圧Ｖの直流レベルに重畳されるの
で、その振幅が指令電圧ｖ０によって変調される虞れは
なく、シたがって、第１２図に示した三角波状のディプ
信号の振幅は指令電圧ｖ０（指令電流）が変化されたと
しても一定に保持される。

なお、上記三角波信号の周波数は、同図に示す如＜　Ｐ
ＷＭの自助周波数に比して相当大きな値に設定されるの
が通常である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下のような利点が得られる。

ａ）指令電圧の変化によらず、ディザ信号の振幅を一定
に保持することができる。

ｂ）フィードバック線路に平滑用フィルタが介在されな
いので、指令電圧変化に対するソレノイド電流の応答が
早い。また、上記フィルタの過渡応答に基因したソレノ
イド電流のオー・ぐシーートも生じない。

Ｃ）自ｒｒ、ｇによるＰＷＭ制御が行なわれるので、変
調用のキャリア信号発生手段を必要とせず、また上記平
滑用フィルタを必要としない。したがって構成の簡単化
と低コスト化を図ることができる。

ｄ）指令電圧変化によらずソレノイド電流のりラブルが
一定に維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御装置の一実施例を概念的に示
す回路図、第２図は第１図に示した実施例の作用を説明
するための波形図、第３図は本発明の他の実施例を概念
的に示す回路図、第４図は第３図に示した実施例の作用
を示す波形図、第５図は本発明のさらに別の実施例を概
念的に示した回路図、第６図は加減算器の構成の一例を
示した回路図、第７図、第８図、第９図および第１０図
は各々第５図に示した実施例の作用を説明するための回
路図、第１１図は本発明のいま一つの実施例を概念的に
示した回路図、第１２図はディプ信号が加えられたソレ
ノイド電流の波形を例示した図、第１３図は従来の制御
装置の一例を概念的に示す回路図、第１４図、第１５図
および第１６図は第１３図に示した制御装置の作用を説
明するための波形図である。 １０・・・比（ＩＡＪソレノイド、１１．１６．１８・
・・トランジスタ、１２．１７．２０．２１・・・電流
−電圧変換器、１３・・・減算器、１４・・・瓦板器、
１５．１５’・・・駆動回路、１９・・・差動アンプ、
２２・・・加算器。 出願人　代理人　木　村　高　久 第１図 第２図 第３図 １１ＱＸ　　　　　　　　　ｚ＋−一一一一一一Ｉ／ 第４図 第７図　　　　　　第９図 第８１　　　　　　第１０図 第１３図 時間 目間 第１５図 時間 竺１ｅ：ｌＶＩ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 比例ソレノイドに駆動電流を流すスイッチ素子と、該ソ
   レノイドに流れる電流を検出してこれと対応する電圧に
   変換する電流−電圧変換器と、上記ソレノイドに流すべ
   き目標電流を指令する指令電圧と上記電流−電圧変換器
   の出力電圧との偏差を入力して該偏差がヒステリシス幅
   の上限値以上である場合に上記スイッチ素子をオンさせ
   るとともに、上記ヒステリシス幅の下限値以下である場
   合に上記スイッチ素子をオフさせる手段とを備えてなる
   比例ソレノイドの制御装置。