JPWO2002086919A1 - ソレノイド駆動装置及び駆動方法 - Google Patents

Abstract

グランドＧに一端が接続されたソレノイド３０の他端に接続されたＮ−ＭＯＳトランジスタ３３が、バッテリ３１からの電流をソレノイド３０に流す。一方、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３がオフしたときに、発生する回生電流は、グラントにアノードが接続されたダイオード３４から抵抗３２を介してソレノイド３０に流れる。よって、ダイオード３４のアノードとソレノイド３０をリード線で接続しなくても、ソレノイド３０の電流駆動が可能である。また、抵抗３２には、バッテリ３１からソレノイド３０に流れる電流が流れないので、発熱が少なく、ＩＣ化が可能である。

Description

技術分野
本発明は、自動車、船舶、等に組込まれるソレノイドに電流を流して駆動するソレノイド駆動装置及びソレノイド駆動方法に関する。
背景技術
近時の自動車は電子制御装置を備える。電子制御装置は、ソレノイドを駆動するソレノイド駆動装置を含む。例えば、自動変速車（オートマチック車）は、ギアの切り替えなどを行うための油圧を制御するためのソレノイドと、そのソレノイドに電流を流して駆動するソレノイド駆動装置とを搭載する。自動車等に搭載されるソレノイド駆動装置に関する技術としては、例えば特開平３−１７７６６８号公報、特開平４−５０５５０号公報、或いは特開平８−２４０２７７号公報に記載されたものがある。なお、本発明は、これらの文献の内容を参考としてこの明細書に取り込むものとする。
従来のソレノイド駆動装置には、次のような課題がある。
ソレノイド駆動装置の制御回路等は、通常、制御ユニットに収容される。しかし、ソレノイドは制御ユニットから離れた場所に設置される。そのため、制御ユニットとソレノイドとの間を、複数のリード線で接続する必要がある。複数のソレノイドを駆動する場合や、ソレノイドと制御ユニットとの間の距離が長い場合等には、ワイヤーハーネスの量が多くなる。
制御回路は、ソレノイドに流れる電流を検出して、フィードバック制御に利用し、例えば、ソレノイドに流れる電流を最適化したり、電流をオフしたりする。ソレノイド電流の方向及び値は急激に変化する。このため、制御回路は、ソレノイドに流れる電流を検出し、検出値を平均化した出力信号を用いて処理を行うことになる。しかし、ソレノイドに流れる電流が急激に変化しても、平滑回路の出力信号はそれに追随せず、遅延してしまう。よって、平滑回路の出力信号をソレノイドの駆動の制御に利用するときには、高速な制御ができない虞がある。
また、一般に、ソレノイドを流れる電流の値を検出するためには、ソレノイドに小さい抵抗値の抵抗を接続し、この抵抗での電圧降下を検出する。この抵抗には、電源からの電流と回生電流とが流れ、電力損失が大く、発熱量が多い。このため、この抵抗をモノリシックＩＣ（集積回路）に作り込むことができず、部品点数の減少化やソレノイド駆動装置の小型化の妨げになっていた。
発明の開示
本発明は、ワイヤーハーネスの量を減じるとともに、部品数の削減或いは小型化が可能なソレノイド駆動装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、応答速度の速いソレノイド駆動装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のソレノイド駆動装置は、
グランドに一端が接続されたソレノイドと、
前記ソレノイドの他端と電源との間に接続され、該ソレノイドと該電源との間の電流路をオン・オフするスイッチング素子と、
前記グランドとソレノイドの他端との間に接続され、前記スイッチング素子がオフしたときに前記ソレノイドに発生する逆起電力によって生じる電流を流す回生回路と、
前記回生回路に流れる電流のレベルを検出して、検出したレベルに対応する電流検出信号を生成する電流検出回路と、
を備えることを特徴とする。
前記回生回路は、例えば、フライホイールダイオードと該フライホイールダイオードに接続された抵抗と、を備え、前記電流検出回路は、前記抵抗を流れる電流により前記抵抗で生ずる電圧降下をサンプリングし、サンプリングした電圧をホールドして出力する。この場合、前記回生回路は、例えば、アノードがグランドに接続されたフライホイールダイオードと、該フライホイールダイオードのカソードに一端が接続され、他端が前記スイッチング素子と前記ソレノイドの一端とに接続された抵抗と、を備える。
前記グランドは、自動車の車体等のソレノイドが設置されている装置のフレームを介して相互に接続されたフレームグランドである。
前記電流検出回路は、前記スイッチング素子がオフしているときに前記電流検出信号をサンプリングし、サンプリングした信号を、前記スイッチング素子がオンしている期間とオフしている期間とに前記ソレノイドに流れた電流を表す信号として保持するサンプルホールド回路をさらに備えてもよい。前記スイッチング素子がオンしている期間の長さに基づき、その直後に前記スイッチング素子が前記サンプリングを行うタイミングを設定する演算回路を備えてもよい。
前記電流検出回路の検出信号に基づいて、前記スイッチング素子のオン・オフのタイミングを制御する制御回路を配置してもよい。この場合には、前記制御回路は、スイッチング素子による電流路のオンとオフとからなるサイクルを繰り返し、前記電流検出回路は、各サイクルでの回生電流のレベルを検出し、制御回路は、検出されたレベルを用いて、次のサイクルのスイッチング素子のオン・オフを制御する、ようにしてもよい。
また、前記電流検出回路の検出信号に基づいて、前記スイッチング素子のオン期間又はオフ期間の長さを調整するパルス幅制御回路、前記電流検出回路の検出信号に基づいて、前記スイッチング素子のオン期間とオフ期間の比を調整するデューティ比制御回路、前記スイッチング素子のオンとオフとの周波数を調整する周波数制御回路等を配置してもよい。
例えば、前記スイッチング素子（３３、ＳＷ）と、回生回路（３４，３２，６１）と、電流検出回路（３５，３６、６２）と、は、グランド端子を有するモノリシックＩＣに組み込まれる。
また、この発明の第２の観点に係るソレノイド駆動装置は、
導電性材料から構成されたフレーム（５１）と、
一端が前記フレームに共通に接続された複数のソレノイド（３０）と、
各前記ソレノイドの他端と電源との間に接続され、対応するソレノイドと電源との間の電流路をオン・オフする複数のスイッチ（３３）と、
前記フレームと各前記ソレノイドの他端との間にそれぞれ接続され、各前記スイッチング素子がオフしたときに、対応する前記ソレノイドに発生する逆起電力によって生じる電流を流す複数の回生回路（３４，３２）と、
前記回生回路に流れる電流のレベルを検出して、検出したレベルに対応する電流検出信号を生成する電流検出回路（３５，３６）と、
を備えることを特徴とする。
さらに、この発明の第３の観点に係るソレノイド駆動方法は、
複数のソレノイドの各一端をフレームグランドに接続して共通化し、
各前記ソレノイドの他端と電源との間の電流路をオン・オフすることにより、各ソレノイドに電源からの電流を供給し、
各前記ソレノイドに発生する逆起電力によって生じる回生電流を還流回路を介して還流させ、
還流回路を流れる電流のレベルを検出して、前記電流路のオン・オフの制御に使用する、
ことを特徴とする。
この場合、前記電流路のオンとオフとを繰り返し、前記電流路のオフのタイミングで回生電流のレベルを検出し、検出した回生電流のレベルを、次のオンとオフの制御に使用する、ようにしてもよい。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明の実施例のソレノイド駆動装置の構成図である。
このソレノイド駆動装置は、例えば、電磁弁に組込まれたソレノイド３０に、電流をモニタしつつ、電流を流して駆動するものであり、バッテリ３１と、抵抗３２と、Ｎチャネル金属酸化絶縁膜半導体（Ｎ−ＭＯＳトランジスタ）３３と、ダイオード３４と、増幅器３５と、サンプルホールド回路３６と，スイッチング制御回路３７と，演算回路３８と，ＰＷＭ制御回路３９とを備えている。
バッテリ３１は、ソレノイド３０の駆動電源であり、その負極はグランドＧに接続されている。
ソレノイド３０の一端３０ａは、そのグランドＧに接続されている。グランドＧは、例えば、フレームグランドであり、自動車、電気・電子装置等の任意の装置の導電性のフレームや筐体である。
ソレノイド３０の他端３０ｂは、抵抗３２の一端とＮ−ＭＯＳトランジスタ３３のソースとに接続されている。抵抗３２の他端には、ダイオード３４のカソードが接続されている。このダイオードは、ソレノイド３０の回生電流を流すフライホイールダイオードである。ダイオード３４のアノードがグランドＧに接続されている。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３のドレインは、バッテリ３１の正極に接続されている。
ソレノイド３０の他端３０ｂと抵抗３２の一端との接続ノードに増幅器３５の逆相入力端子（−）が接続され、ダイオード３４のカソードと抵抗３２の他端との接続ノードに、増幅器３５の正相入力端子（＋）が接続されている。
増幅器３５の出力端子には、この増幅器３５の出力信号をサンプリングして保持するサンプルホールド回路３６が接続されている。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３のゲートには、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３のオン・オフを制御するスイッチング制御信号Ｓ３７を発生するスイッチング制御回路３７が接続されている。
スイッチング制御回路３７には、サンプルホールド回路３６のサンプリングタイミングを設定する演算回路３８が、接続されている。
抵抗３２、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３、増幅器３５、スイッチング制御回路３７、演算回路３８及びサンプルホールド回路３６は、制御ユニット４０内のモノリシックＩＣ４１に作り込まれている。制御ユニット（ソレノイド駆動回路）４０内には、さらに、ダイオード３４が収容されている。
図２は、図１中の増幅器３５の構成例を示す回路図である。
増幅器３５は、その正相入力端子（＋）に一端が接続された抵抗Ｒ１１と、逆相入力端子（−）に一端が接続された抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ１２の他端に一端が接続された抵抗Ｒ１３とを備える。
抵抗Ｒ１１の他端には、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ１１のエミッタとＮＰＮ型トランジスタＴｒ１２のエミッタとが接続されている。トランジスタＴｒ１１のコレクタは、ＰＮＰ型トランジスタＴｒ１３のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ１３のエミッタは、電源に接続されている。トランジスタＴｒ１１のベースとトランジスタＴｒ１２のコレクタ及びベースとは、定電流源４０ａに接続されている。
一方、抵抗Ｒ１３の他端には、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ１４のエミッタとＰＮＰ型トランジスタＴｒ１５のエミッタとが接続されている。トランジスタＴｒ１４のコレクタには、ＰＮＰ型トランジスタＴｒ１６のコレクタ及びベースが接続されている。トランジスタＴｒ１６のベースは、トランジスタＴｒ１３のベースに接続され、トランジスタＴｒ１６のエミッタが電源に接続されている。トランジスタＴｒ１４のベースとトランジスタＴｒ１５のベース及びコレクタとが、定電流源４０ａに接続されている。
トランジスタＴｒ１３のコレクタ及びトランジスタＴｒ１１のコレクタの接続ノードには、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ１７のベースが接続されている。トランジスタＴｒ１７のエミッタは、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３の接続ノードに接続され、トランジスタＴｒ１７のコレクタが、ＰＮＰ型トランジスタＴｒ１８のコレクタ及びベースと、ＰＮＰ型トランジスタＴｒ１９のベースとに接続されている。トランジスタＴｒ１８及びトランジスタＴｒ１９のエミッタは、電源に共通に接続されている。トランジスタＴｒ１９は、トランジスタＴｒ１８のカレントミラー回路を形成するものであり、トランジスタＴｒ１９のコレクタは、抵抗Ｒ１４を介してグランドに接続されている。抵抗Ｒ１４とトランジスタＴｒ１９のコレクタとの接続ノードが、増幅器３５の出力端子になっている。
図１中のサンプルホールド回路３６は、図３に示すように、増幅器３５の出力端子に一端が接続されたスイッチ３６ａと、スイッチ３６ａの他端に一方の電極が接続されたコンデンサ３６ｂとを備えている。コンデンサ３６ｂは、増幅器３５の出力電圧Ｓ３５をサンプリングして保持する。コンデンサ３６ｂの他方の電極は、グランドＧに接続されている。コンデンサ３６ｂの一方の電極とスイッチ３６ａの接続ノードには、抵抗３６ｃの一端が接続されている。スイッチ３６ａは、演算回路３８から供給されるサンプリングクロック信号Ｓ３８に従って、オン・オフし、コンデンサ３６ｂと増幅器３５の出力端子との間を接続・絶縁する。
図１中のスイッチング制御回路３７は、予め定められた所定周期で、かつ、ＰＷＭ制御回路３９が指示するデューティ比を有するスイッチング制御信号（パルス信号）Ｓ３７をＮ−ＭＯＳトランジスタ３３のゲートと演算回路３８とに供給する。
図１中の演算回路３８は、演算部３８ａ、タイマ３８ｂ、パルス生成器３８ｃ等を備える。演算部３８ａは、スイッチング制御回路３７の出力するスイッチング制御信号Ｓ３７のＨ（ハイ）レベルの期間をｔとし、Ｈレベル及びＬ（ロー）レベルからなる１サイクルの期間をＴとしたときに、サンプリングクロック信号Ｓ３８のパルスを発生させるタイミングＰを、式（１）で計算する。
Ｐ＝（Ｔ−ｔ）／２＋ｔ・・・（１）
タイマ３８ｂは、スイッチング制御信号Ｓ３７が、ＬレベルからＨレベルに立ち上がる際にリセットされ、時間を計測する。
パルス生成器３８ｃは、タイマ３８ｂの計測時間が、演算部３８ａで計測した時間に一致すると、サンプリングクロック信号Ｓ３８のパルスを出力する。
これにより、サンプルホールド回路３６は、スイッチング制御信号Ｓ３７のデューティ比にかかわらず、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３がオフしている期間の中心のタイミングで増幅器３５の出力電圧Ｓ３５を、サンプリングして出力する。
図１中のＰＷＭ制御回路３９は、サンプルホールド回路３６が出力するサンプリング信号（抵抗３２を流れる回生電流（還流電流）の電流レベル（値）が一定となるように、スイッチング制御回路３７の出力信号のデューティ比を制御するためのデューティ比制御信号Ｓ３９をスイッチング制御回路３７に供給する。なお、デューティ比を制御・調整する手法は任意であり、Ｐ（比例）制御、Ｐ・Ｉ（比例・積分）制御、Ｐ・Ｉ・Ｄ（比例・積分・微分）制御等の通常知られた任意の制御手法を採用することができる。例えば、Ｐ制御の場合には、ＰＷＭ制御回路３９は、サンプルホールド回路３６がサンプリングした電流レベルＩｄが、基準レベルＩｒよりもΔＩだけ大きい場合には、スイッチング制御回路３７が出力するスイッチング制御信号Ｓ３７のデューティ比Ｒを、Ｒ・ｋ・Ｉｒ／（Ｉｒ＋ΔＩ）倍することを指示するデューティ比制御信号Ｓ３９をスイッチング制御回路３７に出力する。なお、デューティ比Ｒ＝Ｔ_Ｈ／Ｔである。ここで、Ｔは、スイッチング制御信号Ｓ３７の周期、Ｔ_Ｈは、各一周期Ｔ中で、信号がハイレベルである期間である。また、検出した電流レベルＩｄが基準レベルＩｒよりも大きい場合には、デューティ比Ｒを所定値ΔＲだけ減少させ、電流レベルＩｄが基準レベルＩｒよりも小さい場合には、デューティ比Ｒを所定値ΔＲだけ増加させるようにしてもよい。
次に、上記構成のソレノイド駆動装置の動作を図４（ａ）〜図４（ｆ）を参照して説明する。
（１） まず、図１に示すソレノイド駆動装置の動作が安定している（安定状態にある）と仮定する。
スイッチング制御回路３７は、図４（ａ）に示すように、ハイ（Ｈ）レベルとロー（Ｌ）レベルとを交互に繰り返すスイッチング制御信号Ｓ３７をＮ−ＭＯＳトランジスタ３３のゲートに与える。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３は、スイッチング制御信号Ｓ３７がＨレベルのときにオンして、バッテリ３１とソレノイド３０との間を接続する。これにより、バッテリ３１からソレノイド３０に、図４（ｂ）に示すソレノイド電流Ｉ_１が流れる。
スイッチング制御信号Ｓ３７がＬレベルのとき、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３はオフし、ソレノイド３０とバッテリ３１との間を遮断する。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３がソレノイド３０とバッテリ３１との間を遮断すると、逆起電力により、一端３０ａがグランドＧに接続されたソレノイド３０の他端３０ｂの電圧が低下し、ダイオード３４に順方向電圧が印加される。順方向電圧が印加されたダイオード３４は、導通状態になり、グランドＧから抵抗３２を介してソレノイド３０に、図４（ｂ）の回生電流Ｉ_０を流す。即ち、ダイオード３４と抵抗３２とソレノイド３０とは、グランドＧを介して１つの閉ループを形成する。これにより、ソレノイド３０がソレノイド電流Ｉ_１と回生電流Ｉ_０とで駆動される。
抵抗３２には、図４（ｃ）のように、回生電流Ｉ_０のみが流れる。この回生電流Ｉ_０が抵抗３２に流れているときには、増幅器３５の正相入力端子（＋）及び逆相入力端子（−）が正の電圧で、且つ、正相入力端子（＋）の入力電圧が逆相入力端子（−）の入力電圧よりも高くなる。
増幅器３５では、図２に示すトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１６及び定電流源４０ａが、定電流源回路として機能し、抵抗Ｒ１１に流れる電流と抵抗Ｒ１３に流れる電流とが等しくなるように動作する。例えば、回生電流Ｉ_０が流れているときに、正相入力端子（＋）の入力電圧が、逆相入力端子（−）の入力電圧よりも高くなると、トランジスタＴｒ１１，トランジスタＴｒ１２のエミッタの電圧が高くなり、トランジスタＴｒ１１，１２のベース・エミッタ間電圧が下がる。このため、抵抗Ｒ１１に流れる電流が減少し、抵抗Ｒ１３に流れる電流が増加しようとする。これにより、トランジスタＴｒ１１のコレクタの電圧が上昇し始める。よって、トランジスタＴｒ１７のベース・エミッタ間電圧が高くなり、トランジスタＴｒ１７を流れて抵抗Ｒ１２に流れる電流が増加する。抵抗Ｒ１２に流れる電流が増加することにより、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１２との接続ノードの電圧が上昇し、抵抗Ｒ１３に流れる電流が減少する。このようにして、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１１とに流れる電流が等しくなるように動作する。
トランジスタＴｒ１７に流れる電流が増加すると、トランジスタＴｒ１８，Ｔｒ１９のベース電圧が下がり、トランジスタＴｒ１９のコレクタ電流が増加する。よって、抵抗Ｒ１４に流れる電流が増加し、増幅器３５の出力電圧Ｓ３５が増加する。この増幅器３５の出力電圧Ｓ３５が、図４（ｄ）に示すように、サンプルホールド回路３６へ出力される。
演算回路３８は、スイッチング制御回路３７が出力するスイッチング制御信号Ｓ３７がＬレベルのときに、サンプルホールド回路３６がサンプリングを行なうタイミングを示すＨレベルパルスを、式（１）で示すタイミングで、図４（ｅ）のように、出力する。系全体が安定状態にある際には、サンプリングクロック信号Ｓ３８は、一定の周期で出力される。
サンプルホールド回路３６中のスイッチ３６ａは、サンプリングクロック信号Ｓ３８がＨレベルの期間にオンし、コンデンサ３６ｂに出力電圧Ｓ３５を充電する。出力電圧Ｓ３５で充電されたコンデンサ３６ｂは、充電電圧を保持し、図４（ｆ）に示すように出力する。抵抗３６ｃは、コンデンサ３６ｂが放電して充電電圧が変動することを抑制する。系が安定状態にある際には、サンプル信号Ｓ３６は、図４（ｆ）に示すように、一定レベルに保持される。
この一定レベルは、ＰＷＭ制御回路３９が内部に保持する基準レベルとほぼ等しいレベルであり、ＰＷＭ制御回路３９は、スイッチング制御回路３７の出力するスイッチング制御信号Ｓ３７のデューティ比をそのまま維持するようなデューティ比制御信号Ｓ３９をスイッチング制御回路３７に出力する。
（２） ソレノイド電流が変化した場合、
次に、バッテリ３１の電圧低下等の何らかの原因により、タイミングｔ_１で系の状態が変化し、図４（ｂ）に示すようにソレノイド電流Ｉ_１が破線で示すそれまでの電流値より、実線で示すように低下したとする。
すると、図４（ｃ）に示すように、抵抗３２を流れる回生電流Ｉ_０も従来より減少し、図４（ｄ）に示すように、抵抗３２での電圧降下も減少する。
サンプルホールド回路３６は、増幅器３５から出力されるその以前よりも低い出力電圧Ｓ３５をサンプリングする。このため、サンプルホールド回路３６から出力されるサンプル信号Ｓ３６は、それ以前よりも電圧レベルが低下する。
ＰＷＭ制御回路３９は、サンプル信号Ｓ３６の電圧レベルと内部の基準レベルとを比較し、サンプル信号Ｓ３６の電圧レベルの方が低いため、スイッチング制御信号Ｓ３７のデューティ比を大きくするためのデューティ比制御信号Ｓ３９を出力する。
このデューティ比制御信号Ｓ３９に従って、スイッチング制御回路３７は、それ以前よりもデューティ比の大きい（Ｈレベル期間の長い）パルスを出力する。
デューティ比が大きくなることにより、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３の１周期Ｔに示すオン期間ｔの割合が増加し、バッテリ３１からソレノイド３０に流れる電流が増加する。従って、ソレノイド電流Ｉ_１が増加する。
演算回路３８は、ＰＷＭ制御回路３９からのデューティ比制御信号Ｓ３９に従って、数式（１）の周期ＴとＨレベル期間ｔとを判別し、サンプリングクロック信号（パルス信号）Ｓ３８を出力するタイミングを計算し、スイッチング制御信号Ｓ３７の立ち上がりエッジから、計算した期間Ｐだけ経過したタイミングでＨレベルパルスを出力する。すなわち、デューティ比が変化しても、スイッチング制御信号Ｓ３７がＬレベルで、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３がオフしている期間の中心で、サンプリングパルスが出力する。
サンプリングクロック信号Ｓ３８が図４（ｄ）のように演算回路３８から出力されると、スイッチ３６ａがオンし、図４（ｃ）の増幅器３５の出力電圧Ｓ３５を、コンデンサ３６ｂにサンプリングして保持する。
即ち、Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３がオフしている期間、即ち、回生電流がＩ_０が流れている期間のほぼ中間時点の回生電流Ｉ_０の値に対応する電圧がサンプルホールドされる。
これにより、図４（ｆ）のように、デューティ比が変化してから１サイクル以内に、サンプルホールド回路３６の出力信号が変化する。
ＰＷＭ制御回路３９は、サンプル信号Ｓ３６の電圧と内部の基準レベルとを比較し、サンプル信号Ｓ３６の電圧が基準電圧よりも大きければ、デューティ比を小さくするデューティ比制御信号Ｓ３９を出力し、サンプル信号Ｓ３６の電圧が基準電圧よりも小さければ、デューティ比を大きくするデューティ比制御信号Ｓ３９を出力し、サンプル信号Ｓ３６の電圧が基準電圧に等しければ、デューティ比を維持するようなデューティ比制御信号Ｓ３９を出力する。
このような動作を繰り返して、スイッチング制御信号Ｓ３７の数サイクルのうちに、ソレノイド電流Ｉ_１と回生電流Ｉ_０とは、元の値に戻る。
（３） 制御ユニット４０にソレノイド電流Ｉ_１を増減させる旨の指示が供給された場合、
次に、タイミングｔ_２で、外部よりＰＷＭ制御回路３９に、ソレノイド電流Ｉ_１を増加させる旨の指示信号が供給されたとする。
この場合、ＰＷＭ制御回路３９は、指示値に従って、内部の基準電圧を高くする。これにより、ＰＷＭ制御回路３９は、サンプル信号Ｓ３６の電圧が内部の基準電圧よりも小さいと判断し、デューティ比を大きくするデューティ比制御信号Ｓ３９を出力する。これにより、スイッチング制御信号Ｓ３７のデューティ比が大きくなり、ソレノイド電流Ｉ_１が増加する。
これにより、サンプルホールド回路３６から出力されるサンプル信号Ｓ３６の電圧も上昇する。ソレノイド電流Ｉ_１が指示された値に達して、サンプル信号Ｓ３６の電圧が基準電圧にほぼ等しくなるまで、上述のデューティ比を制御する動作が繰り返される。
このようにして、スイッチング制御信号Ｓ３７のデューティ比を制御することにより、即ち、ＰＷＭ制御を行うことにより、ソレノイド電流Ｉ_１を所定レベルに維持したり、或いは、ソレノイド電流Ｉ_１を調整することができる。
なお、ソレノイド電流Ｉ_１が外乱により増加した場合の制御ユニット４０の動作は、上記（２）で説明した動作とほぼ同様である。但し、スイッチングのデューティ比は小さくなる。また、外部からソレノイド電流を減少させる旨の指示がＰＷＭ制御回路３９に供給された場合の制御ユニット４０の動作は、上記（３）で説明した動作とほぼ同様である。但し、スイッチングのデューティ比は小さくなる。
本実施例のソレノイド駆動回路は、以下のような利点を有する。
（１） ソレノイド３０の一端をグランドＧに接続したので、ソレノイド３０と制御ユニット４０との間を接続するリード線の数が一本ですむ。そのため、ワイヤーハーネスの量を減じることができ、ソレノイド３０が多数ある場合の重量増加を抑えることができる。
従って、例えば、図５に示すように、自動車・船舶等の機械・装置５０に複数のソレノイド３０を制御ユニット４０から離間して配置し、各ソレノイド３０の一端をフレームグランド５１に接続し、他端をワイヤを介してソレノイド駆動回路４０に接続した場合には、非常に有効である。
（２） ソレノイド３０に流れる電流を表す信号をサンプルホールド回路３６でサンプリングして出力するようにしたので、ソレノイド３０に流れる電流が変化しても、その変化を早く示すことが可能になる。即ち、ソレノイド３０を流れる電流を平滑化して出力するような回路の回路を
（３） サンプルホールド回路３６により、電流Ｉ_０が抵抗３２に流れている期間における増幅器３５の出力電圧Ｓ３５をサンプリングするようにしたので、ソレノイド３０に流れる電流を、平滑化回路等を使用する場合よりも迅速に応答することができる。
（４） 抵抗３２には、回生電流Ｉ_０のみが流れるので、抵抗３２での発熱量が抑制され、電力損失が少ない。
（５） 抵抗３２での発熱量が少ないので、モノリシックＩＣ４１に作り込むことも可能になり、ソレノイド駆動装置の部品点数の減少と小型化とが実現可能になる。
（６） Ｎ−ＭＯＳトランジスタ３３がオンしている期間に基づき、サンプルホールド回路３６がサンプリングを行なうタイミングを設定するので、サンプルホールド回路３６の出力信号が、ソレノイド３０に流れる電流の変化に早く追従でき、ＰＷＭ制御を行なうときの精度が向上する。
なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、ソレノイド電流をスイッチングするためのスイッチとしてＮ−ＭＯＳトランジスタ３３を使用したが、Ｐ−ＭＯＳトランジスタや、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、等の他の半導体スイッチや、さらには、リレーなどでもよい。また、ソレノイド３０の回生電流を検出する手法として、抵抗３２の電圧降下を検出したが、回生電流を検出する手法は任意である。例えば、抵抗３２をグランドとフライホイールダイオード３４のアノードとの間に接続し、この抵抗３２での電圧降下を検出するようにしてもよい。さらに、フライホイールダイオード３４を流れる電流を電流トランスを用いて検出してもよい。
演算回路３８が出力するＨレベルパルスの出力タイミングは式（１）で示すタイミングに限定されない。また、出力タイミング及び／又はパルス幅を変更するようにしてもよい。
また、例えば、サンプルホールド回路３６に与えるサンプリングクロック信号Ｓ３８は、演算回路３８で発生させなくても、外部から与える構成にしてもよい。また、サンプリングのタイミング（サンプリングクロック信号Ｓ３８を出力するタイミング）を可変としてもよい。サンプリングタイミングを可変とすることにより、目的に応じたタイミングでソレノイド３０に流れる電流をモニタすることが可能になる。よって、例えばソレノイド３０に流れる電流の最大値を観測したり、最小値を観測したり、平均値を観測すること等も可能となる。
また、前述のように、デューティ比を制御する手法自体は任意であり、ＰＷＭ制御回路３９が内部に保持する基準レベルと、サンプルホールド回路３６の出力するサンプル信号Ｓ３６との電圧との偏差ｅに基づいて、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御などをおこなってもよい。
また、ソレノイド３０の電流をスイッチングのＰＷＭ（パルス幅変調）により制御したが、スイッチング周波数を制御してもよい。この場合には、ＰＷＭ制御回路３９に代えて、周波数制御回路を用意し、サンプルホールド回路３６の出力に応じて、スイッチング制御回路３７が出力するスイッチング制御信号Ｓ３７の周波数を制御するようにすればよい。
即ち、この発明は、図６に示すように、１）バッテリ３１からの電流を、制御信号に従ってスイチングＳＷ（ＳＷ_Ａ〜ＳＷ_Ｎ）でスイッチングして１又は複数のソレノイド３０（３０_Ａ〜３０_Ｎ）に供給し、２）ソレノイド３０（３０_Ａ〜３０_Ｎ）の回生電流を還流回路６１（６１_Ａ〜６１_Ｎ）を介して流し、３）この還流回路６１（６１_Ａ〜６１_Ｎ）を流れる回生電流のレベルを回生電流検出回路６２（６２_Ａ〜６２_Ｎ）で迅速に検出して制御回路６３（６３_Ａ〜６３_Ｎ）に供給し、４）制御回路６３（６３_Ａ〜６３_Ｎ）が回生電流のレベルに基づいてスイッチＳＷ（ＳＷ_Ａ〜ＳＷ_Ｎ）のスイッチングの制御を行う、というソレノイド駆動回路に広く適用可能である。
また、モノリシックＩＣに組み込む回路の範囲も任意である。
産業上の利用可能性
本発明は、ソレノイドを使用する産業分野に利用可能である。
本発明は、２００１年４月２０日に出願された特願２００１−１２３４６２号に基づき、本明細書中にその明細書、特許請求の範囲、図面全体を参考として取り込むものとする。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例に係るソレノイド駆動装置の構成図である。
図２は、図１中の増幅器の回路図である。
図３は、図１中のサンプルホールド回路の要部の回路図である。
図４（ａ）〜（ｆ）は、図１のソレノイド駆動装置の動作を説明するための波形図である。
図５は、複数のソレノイドとソレノイド駆動装置とを配置した自動車の構成例を示す図である。
図６は、この発明の実施の形態に係るソレノイド駆動装置の変形例を示す図である。

Claims (15)

1. グランドに一端が接続されたソレノイド（３０）と、
   前記ソレノイドの他端と電源との間に接続され、該ソレノイドと該電源との間の電流路をオン・オフするスイッチング素子（３３、ＳＷ）と、
   前記グランドと前記ソレノイドの他端との間に接続され、前記スイッチング素子がオフしたときに前記ソレノイドに発生する逆起電力によって生じる電流を流す回生回路（３４，３２，６１）と、
   前記回生回路に流れる電流のレベルを検出して、検出したレベルに対応する電流検出信号を生成する電流検出回路（３５，３６、６２）と、
   を備えることを特徴とするソレノイド駆動装置。
2. 前記回生回路は、フライホイールダイオード（３４）と該フライホイールダイオードに接続された抵抗（３２）と、を備え、
   前記電流検出回路（３５，３６、６２）は、前記抵抗を流れる電流により前記抵抗で生ずる電圧降下をサンプリングし、サンプリングした電圧をホールドして出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
3. 前記回生回路は、アノードがグランドに接続されたフライホイールダイオード（３４）と、該フライホイールダイオードのカソードに一端が接続され、他端が前記スイッチング素子と前記ソレノイドの一端とに接続された抵抗（３２）と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
4. 前記グランド（Ｇ）は、装置のフレームを介して相互に接続されたフレームグランドである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
5. 前記電流検出回路は、前記スイッチング素子がオフしているときに前記電流検出信号をサンプリングし、該サンプリングした信号を、前記スイッチング素子がオンしている期間とオフしている期間とに前記ソレノイドに流れた電流を表す信号として保持するサンプルホールド回路（３６）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
6. 前記スイッチング素子がオンしている期間の長さに基づき、その直後に前記スイッチング素子が前記サンプリングを行うタイミングを設定する演算回路（３８）を備えることを特徴とする請求項５に記載のソレノイド駆動装置。
7. 前記電流検出回路の検出信号に基づいて、前記スイッチング素子のオン・オフのタイミングを制御する制御回路（３７，３９）を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
8. 前記制御回路は、スイッチング素子による電流路のオンとオフとからなるサイクルを繰り返し、
   前記電流検出回路は、各サイクルでの回生電流のレベルを検出し、
   制御回路は、検出されたレベルを用いて、次のサイクルのスイッチ素子のオン・オフを制御する、
   ことを特徴とする請求項７に記載のソレノイド駆動装置。
9. 前記電流検出回路の検出信号に基づいて、前記スイッチング素子のオン期間又はオフ期間の長さを調整するパルス幅制御回路（３７，３９）を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
10. 前記電流検出回路の検出信号に基づいて、前記スイッチング素子のオン期間とオフ期間の比を調整するデューティ比制御回路（３７，３９）を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
11. 前記電流検出回路の検出信号に基づいて、前記スイッチング素子のオンとオフとの周波数を調整する周波数制御回路（４３）を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
12. 前記スイッチング素子（３３、ＳＷ）と、回生回路（３４，３２，６１）と、電流検出回路（３５，３６、６２）と、は、グランド端子を有するモノリシックＩＣに組み込まれている、ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
13. 電流を流す材料から構成されたフレーム（５１）と、
    一端が前記フレームに共通に接続された複数のソレノイド（３０）と、
    各前記ソレノイドの他端と電源との間に接続され、対応するソレノイドと電源との間の電流路をオン・オフする複数のスイッチ（ＳＷ）と、
    前記グランドと各前記ソレノイドの他端との間にそれぞれ接続され、各前記スイッチング素子がオフしたときに、対応する前記ソレノイドに発生する逆起電力によって生じる電流を流す複数の回生回路（３４，３２、６１）と、
    前記回生回路に流れる電流のレベルを検出して、検出したレベルに対応する電流検出信号を生成する電流検出回路（３５，３６、６２）と、
    を備えることを特徴とするソレノイド駆動装置。
14. 複数のソレノイドの各一端をフレームグランドに接続して共通化し、
    各前記ソレノイドの他端と電源との間の電流路をオン・オフすることにより、各ソレノイドに電源からの電流を供給し、
    各前記ソレノイドに発生する逆起電力によって生じる回生電流を還流回路を介して還流させ、
    還流回路を流れる電流のレベルを検出して、前記電流路のオン・オフの制御に使用する、
    ことを特徴とするソレノイド駆動方法。
15. 前記電流路のオンとオフとを繰り返し、
    前記電流路のオフのタイミングで回生電流のレベルを検出し、
    検出した回生電流のレベルを、次のオンとオフの制御に使用する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のソレノイド駆動方法。

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