JP5012724B2

JP5012724B2 - 電磁負荷の駆動装置

Info

Publication number: JP5012724B2
Application number: JP2008202113A
Authority: JP
Inventors: 宏昭瀧藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2028-08-05
Also published as: JP2010041823A

Description

本発明は、電磁負荷の駆動装置に係り、詳しくは複数の電磁負荷に共通の直流電源から電力をＰＷＭ制御で供給する電磁負荷の駆動装置に関する。

車両走行の動力源をバッテリとした産業車両においては、油圧回路の切換弁として使用される電磁弁の駆動電圧が前記バッテリの定格電圧より低い場合があり、その場合、バッテリの出力電圧を降圧して使用される。また、電磁弁は複数使用される場合が多く、複数の電磁弁（電磁負荷）を共通の直流電源で、ＰＷＭ制御で駆動する。

複数の電磁負荷をＰＷＭ制御で駆動するためには、電磁負荷の数だけマイコンのＰＷＭ出力を準備する必要があるが、マイコンのＰＷＭ信号の出力ポートの数は限られており、ＰＷＭ信号の出力ポートが多いマイコンは高価である。

従来、全体として２つの電源回路を含むスイッチング電源回路が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このスイッチング電源回路は、図３に示すように、スイッチングトランスＴ１，Ｔ２の各々の１次側は共通直流電源Ｖにそれぞれ並列に接続されている。各スイッチングトランスＴ１，Ｔ２の１次側にはそれぞれスイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が直列に接続され、２次側には負荷ＲＬ１，ＲＬ２が接続されている。両スイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２に対して共通のパルス発生回路ＰＧ及び積分回路ＩＴが設けられている。スイッチングトランジスタＴｒ１の制御端子には、共通のパルス発生回路ＰＧ及び積分回路ＩＴの出力信号が、レベル比較回路ＣＭ１、アンド回路ＡＮＤ１及びスイッチング回路ＳＷ１を介して入力される。スイッチングトランジスタＴｒ２の制御端子には、共通のパルス発生回路ＰＧ及び積分回路ＩＴの出力信号が、レベル比較回路ＣＭ２、位相反転回路ＩＮＶ、アンド回路ＡＮＤ２及びスイッチング回路ＳＷ２を介して入力される。そして、両スイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は互いに位相が１８０°ずらされた状態でスイッチング動作を行うように構成されている。

また、車両の電気負荷への配線系統に配設され、異常電流が流れたときに、配線系統にダメージが生じる前に電流を遮断する保護装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この保護装置は、配線系統における配線の途中に、所定値以上の大電流が所定時間以上流れたときにそのことによって遮断状態になる過電流遮断器と、前記過電流遮断器と直列に配設された半導体スイッチと、前記配線を流れる電流に応じた検出値を出力する検出手段とが設けられている。また、前記検出手段からの出力に基づいて、電流を遮断すべきかどうか判定する判定手段と、該判定手段により電流を遮断すべきと判定されたときに、前記配線を流れる電流が遮断されるように前記半導体スイッチをオフ状態に切り替える制御手段とを備えている。前記制御手段は、遅くとも前記過電流遮断器が遮断状態になる以前に、前記半導体スイッチをオフ状態に切り替える。
特開平３−２２６２７０号公報特開２００１−３０９５４６号公報

特許文献１の構成では、共通のパルス発生回路ＰＧ及び積分回路ＩＴを用いて両スイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をＰＷＭ制御するが、両スイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を互いに位相が１８０°ずらされた状態でスイッチング動作を行うべく構成するために、位相反転回路（ＩＮＶＩＣ）が必要となる。そして、２回路のみが共通のパルス発生回路ＰＧ及び積分回路ＩＴで同時に駆動可能で、３回路以上を同時に駆動することは考慮されていない。また、特許文献１では、負荷に過電流が流れた際に関しても何ら配慮がなされていない。

一方、特許文献２の保護装置を実施しようとすると、配線を流れる電流に応じた検出値を出力する検出手段として差動増幅回路が必須となり、差動増幅回路を構成するために部品点数が増え構成が複雑になると考えられる。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は電磁負荷が３つ以上であっても共通のＰＷＭ信号を用いて制御することができ、１つの電磁負荷に過電流が流れる状態になった際、共通のＰＷＭ信号を変化させることなく、正常な電磁負荷を駆動し続けることができる電磁負荷の駆動装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、共通の直流電源に複数の電磁負荷がそれぞれスイッチング素子を介して並列に接続された電磁負荷の駆動装置である。そして、前記複数の電磁負荷と直列に接続された各スイッチング素子の制御端子にそれぞれ接続されたアンド回路と、前記各アンド回路の一方の入力端子にそれぞれ接続されたオン・オフ信号出力部と、前記各アンド回路の他方の入力端子にそれぞれ抵抗を介して接続された共通のＰＷＭ信号出力部とを備えている。また、前記各アンド回路の他方の入力端子に出力部がそれぞれ接続されたオープンコレクタタイプのコンパレータと、前記電磁負荷に過電流が流れたときに対応する前記コンパレータの出力がロウになるように前記コンパレータの入力部に信号を出力する過電流保護回路とを備えている。

この発明では、共通の直流電源に複数の電磁負荷がそれぞれスイッチング素子を介して並列に接続されており、各スイッチング素子は共通のＰＷＭ信号出力部から出力されるＰＷＭ信号と、オン・オフ信号とが入力されるアンド回路の出力信号によりスイッチング制御される。ＰＷＭ信号は抵抗を介してアンド回路の入力端子に入力され、ＰＷＭ信号が入力される入力端子にはオープンコレクタタイプのコンパレータの出力信号も入力される。前記コンパレータはオープンコレクタタイプで、電磁負荷に過電流が流れたときに過電流保護回路からの出力に基づいてロウになるとき以外は、アンド回路の入力端子への入力はＰＷＭ信号に対応した入力になる。そのため、オン・オフ信号がオンに保持されている間ＰＷＭ信号の周波数でスイッチング素子がオン・オフされる。また、過電流保護回路が電磁負荷に過電流が流れたことを検出すると、コンパレータの出力がロウになり、ＰＷＭ信号のハイ、ロウに拘わらずアンド回路の出力がロウになり、スイッチング素子はオフ状態に保持される。コンパレータの出力がロウの状態でＰＷＭ信号がハイになっても、ＰＷＭ信号出力部が抵抗を介してアンド回路の入力端子に接続されているため、ハイ信号とコンパレータの出力との差のエネルギーは抵抗で消費され、他の電磁負荷に対応するアンド回路へのＰＷＭ信号に支障を来すことはない。したがって、電磁負荷が３つ以上であっても共通のＰＷＭ信号を用いて制御することができ、１つの電磁負荷に過電流が流れる状態になった際、共通のＰＷＭ信号を変化させることなく、正常な電磁負荷を駆動し続けることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記過電流保護回路は、前記電磁負荷に流れる電流を検出する電流検出用抵抗と、前記電流検出用抵抗と並列に接続されたコンデンサと、前記電流検出用抵抗と前記コンデンサのプラス側端子とを接続する配線の中間に設けられるとともに前記アンド回路の他方の入力端子にハイの信号が入力されるときにオンになるスイッチと、前記スイッチがオフの状態で前記コンデンサを放電させる放電用抵抗とを備え、前記コンデンサのプラス側端子が前記コンパレータの反転入力端子に接続されている。

この発明では、電磁負荷に過電流が流れると、電流検出用抵抗に過電流が流れ、電流検出用抵抗と並列に接続されているコンデンサの電圧が高くなり、コンパレータの反転入力端子に入力される電圧がリファレンス電圧以上になる。そして、コンパレータの出力がロウ（０Ｖ）になり、アンド回路への入力がロウになってスイッチング素子がオフになる。また、電流検出用抵抗とコンデンサのプラス側端子とを接続する配線の中間に設けられたスイッチがオフになる。スイッチがオフになると、コンデンサのエネルギーが放電用抵抗を介して放電される。コンデンサの電圧がリファレンス電圧より小さくなるまで放電されると、再びＰＷＭ信号がコンパレータの出力に優先される状態になり、オン・オフ信号がオンの間、スイッチング素子がＰＷＭ信号の周波数でスイッチングされる。このとき電磁負荷に過電流が流れる状態が解除されていなければ、再び前記と同様にして、コンデンサの電圧がリファレンス電圧以上になり、スイッチング素子及びスイッチがオフの状態になる。そして、同様の作用が繰り返される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記電磁負荷に過電流が流れている状態にあるか否かを検出する過電流検出部を備え、前記過電流検出部から予め設定された時間、過電流状態検出信号が継続するとその電磁負荷に対応する前記アンド回路へのオン・オフ信号出力部の出力をオフ状態にする制御手段を備えている。

この発明では、過電流状態検出信号が予め設定された時間継続すると、制御手段によりオン・オフ信号出力部の出力がオフ状態に保持される。したがって、電磁負荷に過電流が流れ続けている状態では、一度スイッチングを停止したスイッチング素子がスイッチングの再開、停止を繰り返す状態になることを防止することができる。

本発明によれば、電磁負荷が３つ以上であっても共通のＰＷＭ信号を用いて制御することができ、１つの電磁負荷に過電流が流れる状態になった際、共通のＰＷＭ信号を変化させることなく、正常な電磁負荷を駆動し続けることができる。

以下、本発明をバッテリフォークリフトの油圧回路の電磁弁をオン・オフ制御する駆動装置に具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、共通の直流電源としてのバッテリ１１に、複数の電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３がそれぞれスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１を介して並列に接続されている。バッテリ１１としては、例えば、定格電圧４８Ｖのバッテリが使用されている。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１としてＭＯＳＦＥＴが使用されている。各スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１はそれぞれ電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３の下側（バッテリ１１に遠い側）において、ドレインが各電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３の一端に接続され、ソースが電流検出用抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１を介してバッテリ１１のマイナス側端子に接続されている。電流検出用抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１はそれぞれ電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３に流れる電流を検出する。電流検出用抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１は、電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３にスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１をオフにすべき過電流が流れたときに、電流検出用抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１とスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１との接合点の電圧が後記する各コンパレータのリファレンス電圧以上になる値（例えば、１Ω以下の値）に設定されている。

各スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１の制御端子としてのゲートは、アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の出力端子に接続されている。各アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１は２入力の構成で、制御手段としてのマイクロコンピュータ１２はＣＰＵ及びメモリ（図示せず）を備え、そのオン・オフ信号出力部１３ａ，１３ｂ，１３ｃがそれぞれ各アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の一方の入力端子に接続されている。マイクロコンピュータ１２の共通のＰＷＭ信号出力部１４は、各アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の他方の入力端子にそれぞれ抵抗Ｒ１３，Ｒ２３，Ｒ３３を介して接続されている。ＰＷＭ信号出力部１４からは例えば１０ｋＨｚでデューティ比２５％のパルス信号が出力される。

各アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の他方の入力端子には、コンパレータＩＣ１２，ＩＣ２２，ＩＣ３２の出力端子がそれぞれ接続されている。各コンパレータＩＣ１２，ＩＣ２２，ＩＣ３２としては、オープンコレクタタイプのコンパレータが使用されている。

各電流検出用抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１と並列にそれぞれコンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１が接続されている。各電流検出用抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１と各コンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１のプラス側端子とを接続する配線の中間には、各アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の他方の入力端子にハイの信号が入力されるときにオンになるスイッチＱ１２，Ｑ２２，Ｑ３２が設けられている。この実施形態では各スイッチＱ１２，Ｑ２２，Ｑ３２としてＭＯＳＦＥＴが使用され、ゲートが各コンパレータＩＣ１２，ＩＣ２２，ＩＣ３２の出力側に接続されている。各コンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１には、各スイッチＱ１２，Ｑ２２，Ｑ３２がオフの状態でコンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１を放電させる放電用抵抗Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２がそれぞれ接続されている。放電用抵抗Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２としては、抵抗値が電流検出用抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１の抵抗値より２桁以上、好ましくは３桁以上大きな値（例えば、数ｋΩ）のものが使用されている。

各コンパレータＩＣ１２，ＩＣ２２，ＩＣ３２は、非反転入力端子がリファレンス電源１５に接続されてリファレンス電圧Ｖｒｅｆが入力され、反転入力端子が各コンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１にそれぞれ接続されている。リファレンス電源１５は、例えば、バッテリ１１より出力電圧が低い別の電源が使用されている。そして、各コンパレータＩＣ１２，ＩＣ２２，ＩＣ３２にはオープンコレクタタイプのコンパレータが使用されているため、コンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１の電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆより小さい状態では、各アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の他方の入力端子への入力信号はＰＷＭ信号出力部１４の出力信号のハイ、ロウに従う。また、コンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１の電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上では、各コンパレータＩＣ１２，ＩＣ２２，ＩＣ３２の出力がロウ（０Ｖ）になり、各アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の他方の入力端子への入力信号はＰＷＭ信号出力部１４の出力信号のハイ、ロウに拘わらずロウ信号が入力されるようになっている。各コンパレータＩＣ１２，ＩＣ２２，ＩＣ３２、各電流検出用抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１、各コンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１及び各スイッチＱ１２，Ｑ２２，Ｑ３２は、過電流保護回路を構成する。

マイクロコンピュータ１２には、各コンパレータＩＣ１２，ＩＣ２２，ＩＣ３２の反転入力端子に接続されて過電流検出部１６ａ，１６ｂ，１６ｃとして機能する入力端子がそれぞれ設けられている。マイクロコンピュータ１２は、過電流検出部１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの入力信号により、電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３に過電流が流れている状態にあるか否かを検出（判断）する。そして、過電流検出部１６ａ，１６ｂ，１６ｃから予め設定された時間、過電流状態検出信号が継続するとその電磁負荷（例えば、電磁負荷ＳＬ１）に対応するアンド回路（アンド回路ＩＣ１１）へのオン・オフ信号出力部１３ａの出力をオフ状態にする。

次に前記のように構成された駆動装置の動作を説明する。各電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３を駆動制御する回路は同じ動作を行うため、電磁負荷ＳＬ１について説明する。図２に共通ＰＷＭ信号、オン・オフ信号、コンパレータＩＣ１２の出力信号、アンド回路ＩＣ１１の出力信号、電磁負荷ＳＬ１を流れる電流の経時変化を示す。

電磁負荷ＳＬ１にはスイッチング素子Ｑ１１がオンのとき電流が流れ、電磁負荷ＳＬ１を流れた電流は電流検出用抵抗Ｒ１１を流れる。コンデンサＣ１１は電流検出用抵抗Ｒ１１に印加される電圧と同じ電圧に充電される。スイッチング素子Ｑ１１はアンド回路ＩＣ１１からハイ信号が出力されている状態でオンになり、ロウ信号が出力されている状態でオフになる。アンド回路ＩＣ１１の一方の入力端子にはオン・オフ信号出力部１３ａからの出力信号が入力される。したがって、オン・オフ信号出力部１３ａからオン信号が出力されている状態でアンド回路ＩＣ１１の他方の入力端子にオン信号が入力される間、アンド回路ＩＣ１１からハイ信号が出力されてスイッチング素子Ｑ１１がオンになる。この実施形態ではＰＷＭ信号出力部１４からデューティ比２５％のパルス信号が出力されるため、バッテリ１１の定格電圧の１／４の電圧（１２Ｖ）が電磁負荷ＳＬ１に印加される。

電磁負荷ＳＬ１に過電流が流れない通常状態では、コンデンサＣ１１の充電電圧、即ちコンパレータＩＣ１２の反転入力端子に入力される電圧は、非反転入力端子に入力されるリファレンス電圧Ｖｒｅｆより小さい。そのため、アンド回路ＩＣ１１の他方の入力端子への入力信号は、ＰＷＭ信号出力部１４から出力されるＰＷＭ信号のハイ、ロウに従い、アンド回路ＩＣ１１の出力はＰＷＭ信号に対応した所定周波数及び所定デューティ比でハイ、ロウが変化してスイッチング素子Ｑ１１がスイッチング制御される。

一方、例えば、電磁負荷ＳＬ１の短絡故障により電磁負荷ＳＬ１に過電流が流れると、電流検出用抵抗Ｒ１１にも過電流が流れ、コンデンサＣ１１両端にリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上の電圧が充電されて、コンパレータＩＣ１２の出力信号がロウ（０Ｖ）となる。そして、ＰＷＭ信号出力部１４から出力されるＰＷＭ信号のハイ、ロウに関係なく、アンド回路ＩＣ１１の他方の入力端子への入力信号がロウになってアンド回路ＩＣ１１の出力がハイになり、スイッチング素子Ｑ１１がオフとなって過電流が制限される。

この時ＰＷＭ信号出力部１４とコンパレータＩＣ１２の出力端子との間には抵抗Ｒ１３が存在するので、ＰＷＭ信号出力部１４からハイ信号が出力した際に共通ＰＷＭ信号は変化しないため他の電磁負荷ＳＬ２，ＳＬ３の駆動に影響を与えない。そして、コンパレータＩＣ１２の出力がロウになるとスイッチＱ１２もオフとなり、コンデンサＣ１１に充電された電圧は放電用抵抗Ｒ１２を介して放電され、コンデンサＣ１１の電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆより小さくなるまでＱ１１をオフにする。

コンデンサＣ１１の電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆより小さくなり、再びスイッチング素子Ｑ１１がオンした時に短絡が復旧されていなければ、先ほどと同様にスイッチング素子Ｑ１１が再びオフとなる。

しかし、マイクロコンピュータ１２は過電流検出部１６ａからの入力信号によりコンデンサＣ１１の両端電圧を監視しており、予め設定された以上の時間、コンデンサＣ１１の電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上の場合は、負荷短絡と判断してオン・オフ信号出力部１３ａの出力をオフにする。また、図示しない表示部に電磁負荷ＳＬ１が故障であることを表示させる。

マイクロコンピュータ１２を構成するＣＰＵは、オン・オフ信号出力用の端子を多く備えている。しかし、ＰＷＭ信号出力部１４の数は限られており、共通化できるスイッチング素子に対するＰＷＭ信号出力部を共通化することにより、ＣＰＵを大型化することなく複数の電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３を１つのＰＷＭ信号出力部１４の出力信号を利用して駆動される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）電磁負荷の駆動装置は、共通のバッテリ１１に複数の電磁負荷ＳＬ１等がそれぞれスイッチング素子Ｑ１１等を介して並列に接続されている。そして、複数の電磁負荷ＳＬ１等と直列に接続された各スイッチング素子Ｑ１１等の制御端子にそれぞれ接続されたアンド回路ＩＣ１１等と、各アンド回路ＩＣ１１等の一方の入力端子にそれぞれ接続されたオン・オフ信号出力部１３ａ等と、各アンド回路ＩＣ１１等の他方の入力端子にそれぞれ抵抗Ｒ１３等を介して接続された共通のＰＷＭ信号出力部１４とを備えている。また、各アンド回路ＩＣ１１等の他方の入力端子に出力部がそれぞれ接続されたオープンコレクタタイプのコンパレータＩＣ１２等と、電磁負荷ＳＬ１等に過電流が流れたときに対応するコンパレータＩＣ１２等の出力がロウになるようにコンパレータＩＣ１２等の入力部に信号を出力する過電流保護回路とを備えている。したがって、電磁負荷ＳＬ１等が３つ以上であっても共通のＰＷＭ信号を用いて制御することができ、１つの電磁負荷ＳＬ１等に過電流が流れる状態になった際、共通のＰＷＭ信号を変化させることなく、正常な電磁負荷を駆動し続けることができる。

（２）過電流保護回路は、電磁負荷ＳＬ１等に流れる電流を検出する電流検出用抵抗Ｒ１１等と、電流検出用抵抗Ｒ１１等と並列に接続されたコンデンサＣ１１等と、電流検出用抵抗Ｒ１１等とコンデンサＣ１１等のプラス側端子とを接続する配線の中間に設けられたスイッチＱ１２等を備えている。スイッチＱ１２等はアンド回路ＩＣ１１等の他方の入力端子にハイの信号が入力されるときにオンになり、コンデンサＣ１１等にスイッチＱ１２等がオフの状態でコンデンサＣ１１等を放電させる放電用抵抗Ｒ１２等が並列に接続され、コンデンサＣ１１等のプラス側端子がコンパレータＩＣ１２等の反転入力端子に接続されている。したがって、１つの電磁負荷ＳＬ１等に過電流が流れる状態になった際、共通のＰＷＭ信号を変化させることなく、簡単な構成で正常な電磁負荷を駆動し続けることができる。

（３）マイクロコンピュータ１２は、電磁負荷ＳＬ１等に過電流が流れている状態にあるか否かを検出する過電流検出部１６ａ等を備え、過電流検出部１６ａ等から予め設定された時間、過電流状態検出信号が継続するとその電磁負荷ＳＬ１等に対応するアンド回路ＩＣ１１等へのオン・オフ信号出力部１３ａ等の出力をオフ状態にする。したがって、電磁負荷ＳＬ１等に過電流が流れ続けている状態では、一度スイッチングが停止されたスイッチング素子Ｑ１１等がスイッチングの再開、停止を繰り返す状態になることを防止することができる。

（４）放電用抵抗Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２の抵抗値は電流検出用抵抗Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１の抵抗値より２桁以上大きな値に設定されている。したがって、電流検出用抵抗Ｒ１１等に過電流が流れてコンデンサＣ１１等の充電電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上になってＱ１２等がオフになった後、放電用抵抗Ｒ１２等を介してコンデンサＣ１１のエネルギーが放電されて電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆより小さくなるまでの時間を確保することができる。その結果、マイクロコンピュータ１２は、過電流検出部１６ａ等に入力された検出信号により、過電流状態が設定時間以上継続したか否かの判断を確実に行うことができる。

（５）過電流検出部１６ａ等はコンデンサＣ１１等の充電電圧に基づいて過電流状態を検出するため、簡単な構成で電磁負荷ＳＬ１等が過電流状態にあるか否かを検出（判断）することができる。

（６）スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１は各電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３の下側（バッテリ１１と反対側）に接続されているため、バッテリ１１と各電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３との間に接続される構成に比較して簡素で安価な回路にすることができる。

（７）ＰＷＭ信号出力部１４から出力されるパルス信号のデューティ比により、バッテリ１１の出力電圧を各電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３の定格電圧に変更することができ、オン・オフ信号出力部１３ａ等からオン信号が出力されている間、電磁負荷ＳＬ１等をスイッチング制御することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 電磁負荷は電磁弁に限らず、リレーやコンタクタであってもよい。また、電磁負荷は同じ種類のもの、電磁弁のみ、リレーのみ、あるいはコンタクタのみに限らず、電磁弁、リレーあるいはコンタクタを混合して使用する場合に適用してもよい。

○ 電磁負荷ＳＬ１等の数は３つに限らず、複数であればよく、２つであっても４つ以上であってもよい。マイクロコンピュータ１２（ＣＰＵ）にはオン・オフ信号の出力端子の数が、ＰＷＭ信号出力部１４と異なり多く設けられているため、電磁負荷の数が多くなっても対応し易い。電磁負荷の定格電圧が同じであればＰＷＭ信号出力部１４が１つのまま、オン・オフ信号出力部の数だけ電磁負荷を制御することができる。

○ 電磁負荷の数が多い構成において、オン・オフ信号の出力端子の数は足りたのに、過電流検出部１６ａ等を構成する入力端子の数が足りない場合、マルチプレクサを使用して、過電流検出部を構成してもよい。例えば、４入力のマルチプレクサを使用すれば、１つの入力端子に４つの過電流検出用の入力信号を入力することができ、入力端子が足りなくなるのを防止することができる。

○ バッテリ１１の定格電圧は４８Ｖに限らず、４８Ｖより低い電圧や高い電圧であってもよく、例えば、３６Ｖ〜８０Ｖの定格電圧のバッテリを使用してもよい。
○ ＰＷＭ信号出力部１４から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比は２５％に限らず、電磁負荷ＳＬ１等の定格電圧とバッテリ１１の定格電圧との比に対応して設定される。例えば、バッテリ１１の定格電圧が４８Ｖで、電磁負荷ＳＬ１等の定格電圧が２４Ｖであれば、デューティ比は５０％になる。

○ ＰＷＭ信号出力部１４から出力されるＰＷＭ信号の周波数は１０ｋＨｚに限らず、電磁負荷ＳＬ１等のインダクタンスによって周波数を変えてもよい。
○ リファレンス電源１５として、バッテリ１１と別の電源を使用する代わりに、バッテリ１１の電圧を分圧抵抗で目的の電圧に分圧した分圧電圧を使用してもよい。

○ 過電流保護回路は、電磁負荷ＳＬ１等に過電流が流れたときに対応するコンパレータＩＣ１２等の出力がロウになるようにコンパレータＩＣ１２の入力部に信号を出力する構成であればよく、電流検出用抵抗Ｒ１１等と並列に接続されたコンデンサＣ１１等、放電用抵抗Ｒ１２等及びスイッチＱ１２等は必須ではない。例えば、コンデンサＣ１１等、放電用抵抗Ｒ１２等及びスイッチＱ１２等を省略して、スイッチング素子Ｑ１１と電流検出用抵抗Ｒ１１との接合点の電圧が直接コンパレータＩＣ１２等の反転入力端子に入力される構成としてもよい。この場合も、電磁負荷ＳＬ１等に過電流が流れる状態になると、コンパレータＩＣ１２の出力がロウになり、スイッチング素子Ｑ１１等がオフになる。

○ 過電流検出部１６ａを省略して、電磁負荷ＳＬ１等に過電流が流れる状態になったとき、マイクロコンピュータ１２（ＣＰＵ）からの指令でオン・オフ信号出力部１３ａからのオン信号を停止させず、過電流保護回路の作用のみでスイッチング素子Ｑ１１等をオフ状態に保持させる構成としてもよい。

○ スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１及びスイッチＱ１２，Ｑ２２，Ｑ３２はＭＯＳＦＥＴに限らず、他のトランジスタ、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型
トランジスタ）やバイポーラトランジスタを使用してもよい。

○ スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１にＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴに代えてＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴを使用するとともに、アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の出力端子とスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１の制御端子との間に反転回路（ＮＯＴ回路）を設けてもよい。この場合、アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の出力がハイになると、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１の制御端子への入力信号はロウになってＰチャネルのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１はオン状態になり、電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３に電流が流れる。即ち、アンド回路ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１の出力がハイになると、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１はオン状態になり、電磁負荷ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３に電流が流れる。

○ バッテリフォークリフトに装備された電磁負荷ＳＬ１等の駆動制御に限らず、同じ定格電圧の複数の電磁負荷を駆動制御する駆動装置に適用してもよい。例えば、工場で使用される電気機器に適用してもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記放電用抵抗の抵抗値は前記電流検出用抵抗の抵抗値より２桁以上大きな値に設定されている。

（２）請求項３に記載の発明において、過電流検出部は前記コンデンサの電圧を入力し、その電圧値に基づいて過電流状態を検出する。

一実施形態の駆動装置の回路図。共通ＰＷＭ信号、オン・オフ信号、コンパレータの出力信号、アンド回路の出力信号等の関係を示すタイムチャート。従来技術のスイッチング電源回路の回路図。

符号の説明

Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ３１…過電流保護回路を構成するコンデンサ、Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１…スイッチング素子、Ｑ１２，Ｑ２２，Ｑ３２…過電流保護回路を構成するスイッチ、Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１…同じく電流検出用抵抗、Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２…放電用抵抗、Ｒ１３，Ｒ２３，Ｒ３３…抵抗、ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３…電磁負荷、ＩＣ１１，ＩＣ２１，ＩＣ３１…アンド回路、ＩＣ１２，ＩＣ２２，ＩＣ３２…過電流保護回路を構成するコンパレータ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…オン・オフ信号出力部、１４…ＰＷＭ信号出力部、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…過電流検出部。

Claims

共通の直流電源に複数の電磁負荷がそれぞれスイッチング素子を介して並列に接続された電磁負荷の駆動装置であって、
前記複数の電磁負荷と直列に接続された各スイッチング素子の制御端子にそれぞれ接続されたアンド回路と、
前記各アンド回路の一方の入力端子にそれぞれ接続されたオン・オフ信号出力部と、
前記各アンド回路の他方の入力端子にそれぞれ抵抗を介して接続された共通のＰＷＭ信号出力部と、
前記各アンド回路の他方の入力端子に出力部がそれぞれ接続されたオープンコレクタタイプのコンパレータと、
前記電磁負荷に過電流が流れたときに対応する前記コンパレータの出力がロウになるように前記コンパレータの入力部に信号を出力する過電流保護回路と
を備えていることを特徴とする電磁負荷の駆動装置。
前記過電流保護回路は、前記電磁負荷に流れる電流を検出する電流検出用抵抗と、前記電流検出用抵抗と並列に接続されたコンデンサと、前記電流検出用抵抗と前記コンデンサのプラス側端子とを接続する配線の中間に設けられるとともに前記アンド回路の他方の入力端子にハイの信号が入力されるときにオンになるスイッチと、前記スイッチがオフの状態で前記コンデンサを放電させる放電用抵抗とを備え、前記コンデンサのプラス側端子が前記コンパレータの反転入力端子に接続されている請求項１に記載の電磁負荷の駆動装置。
前記電磁負荷に過電流が流れている状態にあるか否かを検出する過電流検出部を備え、前記過電流検出部から予め設定された時間、過電流状態検出信号が継続するとその電磁負荷に対応する前記アンド回路へのオン・オフ信号出力部の出力をオフ状態にする制御手段を備えている請求項１又は請求項２に記載の電磁負荷の駆動装置。