JP2004134510A - 励磁制御回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動回路120により、外部から供給されるパルス信号に応答してソレノイドをなすコイル300を駆動する。また、ソレノイドの開放動作の際、逆起電力吸収回路110が、コイル300の逆起電力を吸収すると共に、還流回路130が、逆起電力吸収回路110を流れる還流電流IAを還流電流IBとして断続的に迂回させる。これにより、コイル300を流れる励磁電流Icを減衰波させる過程で、減衰が緩慢な領域と急激な領域とを適宜形成し、発熱を抑えながらソレノイドの励磁制御を実現する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソレノイドのコイルを励磁するための励磁制御回路に関し、特に、励磁電流の急激な減衰を抑制しながら励磁する用途に好適な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、例えば機械的な振動を制御するための技術分野等、各種の分野においてソレノイドが活用されている。ソレノイドの吸引動作(励磁時の動作)および開放動作(非励磁時の動作)を制御する場合、吸引動作時にはいわゆるチョッピング等によりコイルを励磁し、開放動作時にはコイルへの通電を遮断している。
【0003】
ところで、コイルへの通電を遮断した際に逆起電圧が発生し、励磁制御回路へダメージを与えてしまうため、この逆起電圧をフライホイールダイオードまたはツェナーダイオードにより適当に吸収し、コイルへ還流させる技術が従来からある。また、特開平6−132116号公報に記載されているように、逆起電圧を考慮して所望とするコイルの減衰特性を得る為、フライホイールダイオードとツェナーダイオードを組み合わせた励磁制御回路が知られている(特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平6−132116号公報
【0005】
フライホイールダイオードとツェナーダイオードを組み合わせた励磁制御回路の構成を簡略的に図4に示す。この図4に示す従来技術では、ソレノイドの吸引動作時にスイッチ32をオンさせ、駆動回路20からチョッピングによりコイル30を励磁し、チョッピング時に発生する逆起電力はダイオード31を通じてコイル30へ還流させている。また、ソレノイドの開放動作時にはスイッチ32をオフさせ、その際に発生する逆起電力はツェナーダイオード12およびダイオード11を通じて吸収し、コイル30へと還流させている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ソレノイを構成するコイルの特性上、励磁電流が遮断されるとコイルに逆起電力が発生し、励磁制御回路にダメージを与えかねない。このため、この種の励磁制御回路にはコイルが発生する逆起電力を吸収するための逆起電力吸収回路が設けられている。図4にその一例を示す。同図において、コイル30はソレノイド(図示省略)を構成し、その正電極(P)には駆動回路20の出力部が接続され、その負電極(N)は接地される。また、コイル30に対して、ダイオード11とツェナーダイオード12からなる逆起電力吸収回路10が並列に接続され、逆起電力吸収回路10と駆動回路20は励磁制御回路を構成する。
【0007】
この例によれば、駆動回路20がコイル30の励磁を停止すると、コイル30を流れる励磁電流の減衰分を補うようにコイル30に逆起電力が発生する。この逆起電力がツェナーダイオード12の降伏電圧を超えると、逆起電力吸収回路10に還流電流IAが流れる結果、コイル30の逆起電力が一定に制限される。即ち、ツェナーダイオード12がコイル30の逆起電力の一部を吸収し、これにより駆動回路20に対するダメージが緩和される。
【0008】
しかしながら、この従来技術によれば、ソレノイドの開放動作時にコイル30が発生する逆起電力を、ツェナーダイオード12により負担しているため、コイル30に還流される電流が必要以上に減衰してしまう。このため、ソレノイドが開放動作する場合、目標とする減衰特性を確保するためには、駆動回路20が余計にコイル30を通電しなければならない。この結果、消費電力が増加するという問題がある。
また、コイル30が発生する逆起電力に応じてツェナーダイオード12の負担が大きくなり、このツェナーダイオード12の発熱が過大になる。このため、他の電子部品の動作に影響を与える虞もある。
【0009】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、消費電流と発熱を有効に抑えながら、ソレノイドを適切に励磁することが可能な励磁制御回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
即ち、請求項1に記載された発明は、外部から供給されるパルス信号に応答してソレノイドをなすコイルを駆動する駆動回路(例えば後述する駆動回路120に相当する構成要素)と、前記コイルの還流電流の経路上に介挿され、前記コイルが発生する逆起電力を吸収する逆起電力吸収回路(例えば後述する逆起電力吸収回路110に相当する構成要素)と、前記逆起電力吸収回路に対し並列接続され、前記還流電流を断続的に迂回させる還流回路(例えば後述する還流回路130に相当する構成要素)と、を備えて構成される。
【0011】
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された励磁制御回路において、前記還流回路が、前記コイルの正電極と負電極との間に電流経路が接続され、前記還流電流を迂回させるタイミングを規定する信号に基づき導通する第1のトランジスタを備えたことを特徴とする。
請求項3に記載された発明は、請求項1または2に記載された励磁制御回路において、前記逆起電力吸収回路が、前記コイルの正電極と負電極との間に電流経路が接続された第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタの電流経路の端子間電圧が所定値を超えた場合に該第2のトランジスタを導通させる制御系と、を備えたことを特徴とする。
請求項4に記載された発明は、請求項3に記載された励磁制御回路において、前記第1および第2のトランジスタが、電界効果型トランジスタであることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態の形態を説明する。
図1に、この実施の形態に係る励磁制御回路(還流制御回路)100の構成を示す。同図において、コイル300は、励磁制御回路100により励磁制御すべきソレノイド(図示省略)の構成要素であり、その負電極が接地されている。また、励磁制御回路100は、逆起電力吸収回路110、駆動回路120、還流回路130、ゲート制御回路140から構成される。
【0013】
ここで、駆動回路120は、外部から供給されるパルス信号SPに応答してコイル300を駆動するものであり、その出力部がコイル300の正電極(P)に接続される。この駆動回路120に入力されるパルス信号は、ソレノイドの吸引動作および開放動作を制御する外部装置から供給される。逆起電力吸収回路110は、ソレノイドの還流電流IAの経路上に介挿されたダイオード111とツェナーダイオード112から構成される。このうち、ダイオード111のカソードはコイル300の正極に接続され、そのアノードがツェナーダイオード112のアノードに接続される。このツェナーダイオード112のカソードは接地され、コイル300の負極(N)に接続される。
【0014】
還流回路130は、ダイオード131とn型の電界効果型トランジスタ132から構成され、逆起電力吸収回路110に対して並列接続される。具体的には、ダイオード131のカソードが上述のコイル300の正極(P)に接続され、そのアノードが電界効果型トランジスタ132のドレインに接続され、この電界効果型トランジスタ132のソースは接地される。即ち、電界効果型トランジスタ132の電流経路は、ダイオード131を介してコイル300の正電極(P)と負電極(N)との間に接続される。電界効果型トランジスタ132のゲートには、ゲート制御回路140から制御信号SGが印加される。この制御信号SGは、逆起電力吸収回路110に流れる還流電流IAを還流回路130に迂回させるタイミング、即ち還流電流IBを還流回路130に流すタイミングを規定する。
【0015】
次に、図2に示す波形図を参照して、この実施の形態の動作を説明する。
図2に示すように、この実施の形態では、ソレノイドが吸引動作を行う際にコイル300の励磁電流Icを増加させ、その後、ソレノイドが開放動作に移る際に所定の時間内に励磁電流Icを徐々に減少させる。
【0016】
具体的に説明する。ソレノイドを吸引動作させる場合、時刻t1においてゲート制御回路140が制御信号SGをハイレベルに固定すると共に、駆動回路120がパルス信号SPを受けてパルス信号SQを出力する。これによりコイル300にパルス信号SQの電圧がコイル300の正電極(P)に印加され、コイル300に励磁電流Icが流れ始める。このときのパルス信号SQ(SP)のパルス幅は、コイル300の励磁電流Icの立ち上がり波形が所望の波形となるように適切に制御される。
【0017】
続いて、時刻t2でソレノイドが吸引動作から開放動作に移る場合、駆動回路120はパルス信号SQをロウレベルに固定する。パルス信号SQがロウレベルに固定されると、コイル300に対する励磁が停止し、励磁電流Icが減衰しようとする。このため、コイル300の負電極(N)に対して正電極(P)の電位が低くなるような逆起電圧が発生する。
【0018】
一方、ゲート制御回路140は、時刻t2において制御信号SGとしてパルス信号の出力を開始する。ここで、制御信号SGがロウレベルの期間では、還流回路130を構成する電界効果型トランジスタ132がオフ状態に制御される。
【0019】
このため、コイル300の逆起電圧が逆起電力吸収回路110にそのまま印加され、ツェナーダイオード112の降伏電圧を超えると、還流電流IAが流れ出す。従って、コイル300の逆起電力は、逆起電力吸収回路110により吸収される。この場合、ツェナーダイオード112の降伏電圧に応じて比較的大きな電力が吸収されるため、励磁電流Icが急速に減衰する。
【0020】
これに対し、制御信号SGがハイレベルの期間では、電界効果型トランジスタ132がオン状態に制御されるため、ツェナーダイオード112の降伏電圧に対して充分に小さな順方向電圧を有するダイオード131が顕在化する。この結果、コイル300の逆起電圧は還流回路130に印加されるようになり、還流回路130が還流電流IAを還流電流IBとして迂回させる。この場合、ダイオード131の順方向電圧に応じて比較的小さな電力が吸収されるため、励磁電流Icが緩やかに減衰する。
【0021】
時刻t2以後、電界効果型トランジスタ132の導通状態は、制御信号SGに応答して断続的に変化する。この電界効果型トランジスタ132の動作に応じて還流電流IAが還流電流IBとして断続的に迂回される。そして、還流電流IA,IBは、徐々に減衰しながら励磁電流Icとしてコイル300に供給され、時刻t3においてゼロになる。
【0022】
このように、上述の実施の形態によれば、時刻t2以前にコイル300に蓄積された磁気エネルギーが、時刻t2以後において逆起電力吸収回路110および還流回路130によりそれぞれ還流電流IAおよび還流電流IBとして交互に放出される。
このとき、逆起電力吸収回路110のツェナーダイオード112には還流電流IAとして比較的大きな電力が吸収されるが、逆起電力の一部を還流回路130が負担することで、逆起電力吸収回路110の消費電力が抑制される。従って、コイル300の逆起電力を有効に消費しながら、所望の時間内に励磁電流Icを減衰させ、ソレノイドの吸引動作及び開放動作を確保することが可能になる。
【0023】
また、上述の実施の形態によれば、吸引動作の期間でコイル300に蓄積された磁気エネルギーを開放動作の期間で段階的に還流電流として放出するので、目標とする減衰特性を確保するための余計な通電を不要とすることができ、逆起電力吸収回路110の消費電力を極めて有効に抑えることが可能になる。従って、消費電力による発熱を抑えることができる。
さらに、上述の実施の形態によれば、制御信号SGのデューティ比を適宜に設定することで、所望とする励磁電流Icの減衰特性を得ることができる。
なお、本発明に係る励磁制御回路は、ソレノイドを構成するコイルに還流する電流を制御する点に着目すれば、「還流制御回路」としても把握できる。
【0024】
図3に、上述の逆起電力吸収回路110の他の構成例を示す。
同図に示すように、ダイオード151のカソードが上述のコイル300の正電極(P)に接続され、そのアノードにはp型の電界効果型トランジスタ152のドレインが接続され、そのソースは接地されている。即ち、コイル300の正電極(P)と負電極(N)との間には電界効果型トランジスタ152の電流経路が接続される。また、ダイオード151のアノードにはツェナーダイオード153のアノードが接続され、そのカソードは抵抗素子154を介して接地される。これらツェナーダイオード153および抵抗素子154は電界効果型トランジスタ153の導通を制御するための制御系を構成する。
【0025】
続いて、その動作を説明すると、コイル300が逆起電力を発生する前の初期状態においては、コイル300の負電極(N)に対して正電極(P)の電位が高い状態になっている。この初期状態では、ダイオード151が逆バイアス状態にあるため、電界効果型トランジスタ152のゲートはコイル300の正電極から電気的に切り離され、抵抗素子154を介して接地レベルに固定される。従って、電界効果型トランジスタ152のソースとゲートが同電位になり、この電界効果型トランジスタ152がオフ状態となっている。
【0026】
上述の初期状態から駆動回路120が励磁を停止し、コイル300に逆起電力が発生すると、その負電極(N)に対して正電極(P)の電位が降下し、ダイオード151が順方向にバイアスされる。このため、ツェナーダイオード153のアノードがダイオード151を介してコイル300の正電極と電気的に接続され、このツェナーダイオード153が逆バイアス状態となる。
【0027】
そして、コイル300の逆起電力が所定値を超え、電界効果型トランジスタ152の電流経路の端子間電圧(ソース・ドレイン間電圧)がツェナーダイオード153の降伏電圧を超えると、電界効果型トランジスタ152のゲートがツェナーダイオード153およびダイオード151を介してコイル300の正電極(P)と電気的に接続され、そのゲート電圧が降下する。この結果、電界効果型トランジスタ152がオン状態になり、ダイオード151および電界効果型トランジスタ152を介して還流電流IAが流れる。結局、図3に示す構成によっても、上述の図1に示す構成と同様に、コイル300の逆起電力を吸収することが可能になる。
【0028】
図3に示す変形例によれば、素子サイズの大きなツェナーダイオードに代えて電界効果型トランジスタ152により逆起電力を負担するので、装置を小型化することが可能になる。また、逆起電力を電界効果型トランジスタ152に負担させることにより、装置の筐体(ヒートシンク)に放熱させることが可能になる。さらに、図1に示す還流回路130を構成する電界効果型トランジスタ132と、逆起電力吸収回路110を構成する図3に示す電界効果型トランジスタ152との2素子に、コイル300が発生する逆起電力を分散させることにより、1素子あたりの発熱量を低減させ、逆起電力を分担する素子の熱破壊を防止することが可能になる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ソレノイドを構成するコイルの逆起電力の発生に伴う還流電流を断続的に迂回させるようにしたので、消費電流と発熱を有効に抑えながら、ソレノイドを適切に励磁制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態に係る励磁制御回路の構成例を示す回路図である。
【図2】この発明の実施形態に係る励磁制御回路の動作を説明するための波形図である。
【図3】この発明の実施形態に係る逆起電力吸収回路の他の構成例を示す図である。
【図4】従来技術に係る励磁制御回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
100;励磁制御回路、110;逆起電力吸収回路、111;ダイオード、112;ツェナーダイオード、120;駆動回路、130;還流回路、131;ダイオード、132;電界効果型トランジスタ(n型)、140;ゲート制御回路、151;ダイオード、152;電界効果型トランジスタ(p型)、153;ツェナーダイオード、154;抵抗素子、300;コイル。
Claims (4)
- 外部から供給されるパルス信号に応答してソレノイドをなすコイルを駆動する駆動回路と、
前記コイルの還流電流の経路上に介挿され、前記コイルが発生する逆起電力を吸収する逆起電力吸収回路と、
前記逆起電力吸収回路に対し並列接続され、前記還流電流を断続的に迂回させる還流回路と、
を備えた励磁制御回路。 - 前記還流回路が、
前記コイルの正電極と負電極との間に電流経路が接続され、前記還流電流を迂回させるタイミングを規定する信号に基づき導通する第1のトランジスタを備えたことを特徴とする請求項1に記載された励磁制御回路。 - 前記逆起電力吸収回路が、
前記コイルの正電極と負電極との間に電流経路が接続された第2のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの電流経路の端子間電圧が所定値を超えた場合に該第2のトランジスタを導通させる制御系と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載された励磁制御回路。 - 前記第1および第2のトランジスタが、電界効果型トランジスタであることを特徴とする請求項3に記載された励磁制御回路。
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