JP6767328B2 - ソレノイド駆動回路 - Google Patents
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Description
しかし、還流ダイオードを備える駆動回路では、半導体スイッチング素子のPWM制御中は損失を少なくできるが、PWM制御を停止したときに応答良くオフ状態に移行させることができない。一方、アクティブクランプ回路を備えた駆動回路では、PWM制御を停止したときに応答良くオフ状態に移行させることができるが、PWM制御中は損失が大きくまた電流の振幅が大きくなるという問題があった。
図1は、ソレノイド駆動回路の一態様を示す回路図である。
図1のソレノイド駆動回路100は、例えば、車両のブレーキ液圧制御装置におけるアクチュエータ駆動用のソレノイドに適用される駆動回路であり、車両のブレーキ液圧制御装置などの電子制御装置は、ソレノイド駆動回路100を一体的に備えることができ、また、外部のソレノイド駆動回路100に対して制御信号を出力することができる。
但し、本発明のソレノイド駆動回路は、ブレーキ液圧制御装置におけるアクチュエータ駆動用のソレノイドに限定されることはなく、ソレノイド(誘導負荷)を駆動する駆動回路におけるサージ対策として広く適用できることは明らかである。
nチャネル型FETである第1半導体スイッチング素子20は、ドレイン端子Dがソレノイド10の他端に接続され、ソース端子Sは接地される。つまり、第1半導体スイッチング素子20は、所謂ローサイドスイッチである。
また、第1半導体スイッチング素子20は、接地側からソレノイド10に向けて電流を流す寄生ダイオード20aを有する。
第1半導体スイッチング素子20のゲート−ソース間電圧VGSとして閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、第1半導体スイッチング素子20はオン状態になり、ドレイン端子Dからソース端子Sに向かって電流(ドレイン電流)が流れ、ソレノイド10は磁場を発生させる。
ここで、ゲート電圧信号のPWM制御におけるデューティ比(PWM周期当たりのオン時間割合)に応じて、ソレノイド10に印加される平均電圧(ソレノイド10に流れる平均電流)が制御される。
サージ吸収回路30は、フリーホイール回路40、アクティブクランプ回路50、ブートストラップ回路60、放電回路70で構成される。
また、フリーホイール回路40の第1ダイオードD1と直列に第2半導体スイッチング素子42が接続される。第2半導体スイッチング素子42は、nチャネル型FETである。
第2半導体スイッチング素子42は、電源VB側から第1半導体スイッチング素子20に向けて電流を流す寄生ダイオード42aを有する。
アクティブクランプ回路50は、ツェナーダイオードZ(定電圧素子)を第2半導体スイッチング素子42のゲート−ドレイン端子間に接続して構成される。
また、第2半導体スイッチング素子42のゲート−ソース端子間には第1抵抗R1が接続される。
また、第1ツェナーダイオードZ1と第2ツェナーダイオードZ2との直列接続した2素子の構成に代えて、第1ツェナーダイオードZ1と第2ツェナーダイオードZ2との直列回路を1素子化した双方向ツェナーダイオードを用いることができる。
これにより、サージが発生して第2半導体スイッチング素子42のドレイン電圧が上昇したときに、ツェナーダイオードZは第2半導体スイッチング素子42よりも先に降伏(ブレークダウン)し、第2半導体スイッチング素子42のドレイン−ソース端子間の電圧を所定のクランプ電圧にクランプする。
そして、第2半導体スイッチング素子42のハーフオン状態では、ソレノイド10のエネルギーが、第2半導体スイッチング素子42で熱として消費される。
上記のように、アクティブクランプ回路50は、アクティブクランプ動作状態で第2半導体スイッチング素子42をハーフオン状態に駆動する手段(第2駆動手段)である。
係るフルオン状態では、大きなドレイン電流が継続して流れ、第2半導体スイッチング素子42の抵抗損失はハーフオン状態よりも小さくなる。つまり、第2半導体スイッチング素子42のハーフオン状態は、第2半導体スイッチング素子42の抵抗損失がフルオン状態よりも大きいオン状態である。
ブートストラップ回路60は、第2ダイオードD2、コンデンサC1及び第2抵抗R2で構成される。
更に、第2ダイオードD2とコンデンサC1との間は、第2半導体スイッチング素子42のゲート端子Gに接続される。
つまり、第1半導体スイッチング素子20がオンされ、コンデンサC1のマイナス側の電位が接地電位になると、コンデンサC1は第2ダイオードD2を介して電源電圧付近にまで充電される。
このように、ブートストラップ回路60は、第1半導体スイッチング素子20のPWM制御中のオフ状態で、第2半導体スイッチング素子42をフルオン状態に駆動する手段(第1駆動手段)である。
そして、コンデンサC1の電荷は、第1半導体スイッチング素子20がオフ状態で放電抵抗R3を介して放電され、ブートストラップ回路60が第2半導体スイッチング素子42に供給するゲート電圧は、第1半導体スイッチング素子20がオフされた時点から放電の進行に伴って徐々に電源電圧に近づき、第2半導体スイッチング素子42のゲート−ソース端子間の電圧VGSが閾値電圧よりも低くなったときに第2半導体スイッチング素子42はオフ状態に切替わることになる。
換言すれば、放電抵抗R3は、ブートストラップ回路60が第2半導体スイッチング素子42のゲート端子Gに供給する電圧を、第1半導体スイッチング素子20のPWM周期内で第2半導体スイッチング素子42がオフする電圧(電源電圧付近)にまで減衰させる。
第1半導体スイッチング素子20のPWM制御中(図2の時刻t0−時刻t1の間)は、第1半導体スイッチング素子20のオン状態でコンデンサC1に充電され、第1半導体スイッチング素子20がオフされるとコンデンサC1によって第2半導体スイッチング素子42をフルオン状態とするゲート電圧が供給される。
換言すれば、第1半導体スイッチング素子20のPWM制御中は、還流ダイオードである第1ダイオードD1による電流還流で第1半導体スイッチング素子20をサージから保護する。
一方、第1半導体スイッチング素子20のPWM制御が停止され(図2の時刻t1)、第1半導体スイッチング素子20のオフ時間が長くなると、コンデンサC1からの放電が進んで第2半導体スイッチング素子42のゲート電圧が電源電圧付近にまで低下し、第2半導体スイッチング素子42がオフ状態になって第1ダイオードD1を介した還流が停止されることになる。
つまり、第2半導体スイッチング素子42は、第1半導体スイッチング素子20のPWM制御の停止に伴って、ブートストラップ回路60によるフルオン状態から、アクティブクランプ回路50によるハーフオン状態に自動的に切替わる。
例えば、ソレノイド10がブレーキ液圧制御装置におけるアクチュエータ駆動用のソレノイドである場合、PWM制御を停止したときにソレノイド10を応答良くオフ状態に移行させる(ソレノイド電流を速やかに収束させる)ことができれば、ブレーキ液圧の応答性を改善できることになる。
そして、係る構成としたことで、第1半導体スイッチング素子20のPWM制御中は損失及び電流変化を抑制しつつ、第1半導体スイッチング素子20のPWM制御が停止されたときに充分な応答性でソレノイド10をオフ状態に移行させることができる。
図3において、アクティブクランプ回路80は、第1半導体スイッチング素子20のドレイン−ゲート端子間に、ツェナーダイオードZP(第1ツェナーダイオードZP1及び第2ツェナーダイオードZP2)を接続して構成される。
また、ゲート駆動回路90は、PWM信号に基づきゲート電圧信号を出力する回路であり、ゲート電圧信号の出力ラインにシリーズ抵抗RSを設けてある。
第1半導体スイッチング素子20がPWM制御中にオフされ、サージにより第1半導体スイッチング素子20のドレイン電圧が所定のクランプ電圧に達すると、ツェナーダイオードZPが降伏し、サージ電流はツェナーダイオードZP及びプルダウン抵抗RPDを介して流れるようになる。
係る構成では、ソレノイド10のエネルギーを第2半導体スイッチング素子42で熱として消費させるため、PWM制御を停止したときにはソレノイド10を応答良くオフ状態に移行させることができるが、第1半導体スイッチング素子20のPWM制御中は損失が大きく、また、電流変化の振幅が大きくなってしまう。
また、サージ吸収回路30を備えたソレノイド駆動回路100では、PWM制御中の還流ダイオードによってサージを吸収する状態から、PWM制御停止後のアクティブクランプ動作によってサージを吸収する状態に自動的に切替わり、簡便なシステム構成でPWM制御中に適したサージ吸収動作とPWM制御停止後に適したサージ吸収動作とを実現できる。
これにより、第1半導体スイッチング素子20のPWM制御が停止されたときに、第2半導体スイッチング素子42のアクティブクランプ回路50のツェナーダイオードZを降伏させて、図2に示した回路動作を実現できる。
放電抵抗R4の一端は、コンデンサC1のプラス側に接続され、放電抵抗R4の他端には第3半導体スイッチング素子91のドレイン端子Dが接続され、第3半導体スイッチング素子91のソース端子Sは接地される。
第3半導体スイッチング素子91がオンになると、コンデンサC1に蓄えられている電荷が放電抵抗R4及び第3半導体スイッチング素子91を介して放電され、第2半導体スイッチング素子42のゲート−ソース端子間の電圧VGSを応答良く低下させることができ、アクティブクランプ回路50によるアクティブクランプ動作への移行、引いては、ソレノイド10のオフ状態への移行を早めることができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、上記実施形態では、半導体スイッチング素子としてnチャネル型FETを用いるが、半導体スイッチング素子はnチャネル型FETに限定されないことは明らかである。
また、上記のソレノイド駆動回路100は、例えば、車両のブレーキ液圧を制御する電子制御装置内に組み込まれ、ブレーキ液圧を調整するアクチュエータ用のソレノイドを駆動する構成とすることができる。但し、ソレノイド駆動回路100を備える電子制御装置は、車両のブレーキ液圧制御装置に限定されるものではなく、ソレノイドを駆動制御する種々の電子制御装置は、本願発明に係るソレノイド駆動回路を備えることができる。
Claims (7)
- 電源に一端が接続されるソレノイドと、
前記ソレノイドの他端に接続される第1半導体スイッチング素子と、
を有し、
前記第1半導体スイッチング素子がPWM制御されるソレノイド駆動回路であって、
還流ダイオードと第2半導体スイッチング素子との直列回路を前記ソレノイドと並列に接続し、
前記第1半導体スイッチング素子のPWM制御中のオフ状態で前記第2半導体スイッチング素子をフルオン状態に駆動する第1駆動手段と、
前記第1半導体スイッチング素子のPWM制御が停止されたときに前記第2半導体スイッチング素子をハーフオン状態に駆動する第2駆動手段と、
を設けた、ソレノイド駆動回路。 - 前記第1駆動手段は、
前記第1半導体スイッチング素子のスイッチングによってコンデンサに充電し、昇圧電圧を前記第2半導体スイッチング素子のゲート端子に供給するブートストラップ回路と、
前記コンデンサの電荷を放電させる放電回路と、
を含んで構成され、
前記第2駆動手段は、
前記第2半導体スイッチング素子のドレイン−ソース間の電圧が所定のクランプ電圧を超えることを抑止するアクティブクランプ回路を含んで構成される、
請求項1記載のソレノイド駆動回路。 - 前記放電回路は、
一端が前記コンデンサの電源側に接続され他端が接地される放電抵抗を有する、
請求項2記載のソレノイド駆動回路。 - 前記放電抵抗は、
前記ブートストラップ回路が前記第2半導体スイッチング素子のゲート端子に供給する電圧を、前記第1半導体スイッチング素子のPWM周期内で前記第2半導体スイッチング素子がオフする電圧にまで減衰させる、
請求項3記載のソレノイド駆動回路。 - 前記放電回路は、
前記コンデンサの電源側と接地との間に接続される第3の半導体スイッチング素子を有する、
請求項2記載のソレノイド駆動回路。 - 前記第1半導体スイッチング素子は、前記第1半導体スイッチング素子のドレイン−ソース間の電圧が所定のクランプ電圧を超えることを抑止する第2アクティブクランプ回路を備え、
前記第2半導体スイッチング素子のアクティブクランプ回路のクランプ電圧は、前記第2アクティブクランプ回路のクランプ電圧よりも低い、
請求項2から請求項5のいずれか1つに記載のソレノイド駆動回路。 - 電源に一端が接続されるソレノイドと、
前記ソレノイドの他端に接続され第1半導体スイッチング素子と、
を有し、
前記第1半導体スイッチング素子がPWM制御されるソレノイド駆動回路であって、
カソードが前記電源に接続される第1ダイオードと、前記第1ダイオードのアノードにソースが接続される第2半導体スイッチング素子との直接回路を前記ソレノイドと並列に接続し、
前記第2半導体スイッチング素子のゲート−ソース間に第1抵抗を接続し、
ツェナーダイオードを前記第2半導体スイッチング素子のゲート−ドレイン間に接続し、
アノードが前記電源に接続される第2ダイオードと、一端が前記第2ダイオードのカソードに接続されるコンデンサと、前記コンデンサの他端に接続される第2抵抗との直列回路を前記ソレノイドと並列に接続し、
前記第2ダイオードと前記コンデンサとの間を前記第2半導体スイッチング素子のゲートに接続し、
前記第2ダイオードと前記コンデンサとの間に第3の抵抗の一端を接続し、
前記第3の抵抗の他端を接地した、
ソレノイド駆動回路。
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