JPH01295666A - 負荷制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、負荷を一定電流で駆動する負荷制御装置に関
し、特に誘導性負荷を一定電流で駆動する負荷制御装置
に好適に実施される。

従来の技術 リニアソレノイドは位置制御を必要とするアクチュエー
タ、たとえばアクセルペダルが踏み込まれていない状態
におけるエンジン回転数を制御するアイドル・スピード
・コントロール、排ガス再循環制御における排ガス再循
環量を制御するＥＧＲバルブの制御などに用いられる。

リニアソレノイドを用いるアクチュエータは、リニアソ
レノイド中を流れる平均電流値を制御することによって
、位置制御を行うことができる。

リニアソレノイドは誘導性負荷であるので、制御電圧と
ソレノイド中を流れる電流には位相差を生じさせる。し
たがって、前記電流値を検出し、目標電流値との差から
制御電圧のデユーティ比を制御することが必要となる。

第５図はりニアソレノイドを一定を流で駆動する従来の
負荷制御装置の電気回路図であり、第６図は第５図の駆
動回路を説明するための波形図である０個別半導体ある
いはマイクロコンピュータなどによって構成される制御
回路５１は、リニアソレノイド５２中を流れる電流の平
均電流値を制御するため、信号ライン５Ｚ５２上に第６
図（１）に示すデユーティ制御信号を送出する。このデ
ユーティ制御信号によって、トランジスタＱ５１は導通
／遮断動作を行い、第６図〈２）に示すように、抵抗Ｒ
５２と抵抗値設定回路ＴＲ５１との接続点における電圧
波形はデユーティ制御信号に同期して変化する。電圧Ｖ
、は抵抗Ｒ５１，Ｒ５２および抵抗値設定回路ＴＲ５１
によって設定することができ、具体的には抵抗値設定回
路ＴＲ５１の抵抗値を変更することによって定めること
ができる。

増幅回路ＩＣ５１は電圧Ｖ、と電圧Ｖ、との差を積分し
て出力する回路を構成しており、積分時定数は抵抗Ｒ５
３とコンデンサＣ５１とによって定められる。電圧Ｖ、
はりニアソレノイド中に流れる電流の平均電流を電圧変
換した値であり（後述する）、リニアソレノイド５２中
に流れる電流の平均電流が目４Ｉ！！電流値と一致して
いる場合は、コンデンサＣ５１に蓄積される電荷と放出
される電荷が等しいと考えることができる。したがって
、第６図（１）に示すように制御回路５１から送出され
るデユーティ制御信号のハイレベルの期間を時間Ｔ１０
−レベルの期間を時間Ｔ、、とすると、第１式が成立す
る。

さらに、第１式を電圧Ｖ、を求める式に変形すると、第
２式となる。

第２式から、電圧Ｖ、は制御回路５ｔから出力されるデ
ユーティ制御信号のローレベルのデユーティ比と電圧Ｖ
、を乗じた値となる。したがって。

電圧■１がリニアソレノイド５２中に流れる電流の平均
電流値を電圧値に変換した値であり、電圧■１が抵抗値
設定回路ＴＲ５１によって設定されるある値に固定され
ていると仮定すると、リニアソレノイド５２中に流れる
電流の平均電流はデユーティ制御信号のデユーティ比に
よって決めることができる。

増幅回路ＩＣ５１の出力電圧波形は第６図（４）のライ
ン１５１に示す波形であり、トランジスタＱ５１のコレ
クタ電圧を抵抗Ｒ５４およびコンデンサＣ５２で構成さ
れる積分回路によって積分された電圧波形は、第６図（
４）のライン１５２に示す波形となる。増幅回路ＩＣ５
１の出力電圧と抵抗Ｒ５４およびコンデンサＣ５２で構
成される積分回路の出力電圧は、比較器ＩＣ５２で比較
され、その出力はトランジスタＱ５２のベースに与えら
れる。ｌ・ランジスタＱ５２のコレクタはトランジスタ
Ｑ５３のベースに与えられ、リニアソレノイド５２中に
流れる電流を制御する。

第６図（５）はトランジスタＱ５３のベースに与えられ
る電圧波形を示し、トランジスタＱ５３のベース電圧が
ハイレベルとなると、トランジスタＱ５３は導通状態と
なりリニアソレノイド５２はバッテリ５３から電力が供
給される。したがって、第６　Ｕ；！Ｊ　（６）に示す
ようにリニアソレノイド５２中に流れる電流は増加する
。また、トランジスタＱ５３のベース電圧がローレベル
となると、トランジスタＱ５３は遮断状態となり、リニ
アソレノイド５２中く流れる電流は減少する。

抵抗Ｒ５５はトランジスタＱ５３が導通状態におけるリ
ニアソレノイド５２中に流れる電流を検出するための抵
抗である。抵抗Ｒ５５の両端に現われる電圧は増幅回路
ＩＣ５３によって増幅された後、抵抗Ｒ５６およびコン
デンサＣ５３によって構成される積分回路に入力される
。積分回路の出力は、トランジスタＱ５３が導通状態に
おけるリニアソレノイド５２中を流れる平均電流値を電
圧値に変換された値として増幅回路ＩＣ５１の非反転入
力端子に与えられる。また、ｌ・ランジスタＱ５３が遮
断状態においては、ダイオードＤ１を介してベース電流
が流入しトランジスタＱ５４は導通状態となり、リニア
ソレノイド５２中に流れる電流に比例した電流がｌ・ラ
ンジスタＱ５４を介して抵抗Ｒ５７からコンデンサＣ５
３に充電される。抵抗値設定回路ＴＲ５２はトランジス
タＱ５３が導通状態における場かと遮断状態における場
合のりニアソレノイド５２中に流れる電流値を電圧に変
換するゲインを同一に設定するための抵抗である。ダイ
オードＤ２はトランジスタＱ５３の遮断時におけるリニ
アソレノイド５２中のエネルギを放出させるためのフラ
イバックダイオードである。

第６図（３）は増幅回路ＩＣ５１の非反転入力端子に入
力される電圧波形であり、トランジスタＱ５３が導通状
態においては、抵抗Ｒ５６およびコンデンサＣ５３によ
って積分された電圧が、トランジスタＱ５３が遮断状態
においては、抵抗Ｒ５７およびコンデンサＣ５３によっ
て積分された電圧が増幅回路ＩＣ５１の非反転入力にリ
ニアソレノイド５２中に流れる平均電流値として与えら
れる。

上述した従来の負荷制御装置においては、回路部品を抵
抗、コンデンサ、トランジスタ、演算増幅器などによっ
て構成されているので、部品点数がきわめて多くなり、
したがって、回路基板も大きくなるという欠点を有して
いる。

本発明の目的は、上述の問題点を解決するためになされ
たもので、部品点数の少ない負荷制御装置を提供するこ
２とにある。

課題を解決するための手段 本発明は、負荷に直列に接続されるスイッチング素子と
、 負荷およびスイッチング素子を流れる負荷電流を検出す
る手段と、 前記負荷に流すべき電流に対応した電圧を発生する目標
値発生手段と、 前記負荷電流検出手段の電位と前記目標値発生手段の電
圧とを比較する比較器と、 該比較器の出力に応答して、目標値発生手段の電圧の方
が大きい期間と負荷電流検出手段の電位の方が大きい期
間とが等しくなるように前記スイッチング手段をデユー
ティ制御するｖ制御手段とを含むことを特徴とする負荷
制御装置である。

作　　用 本発明においては、目標値発生手段から負荷に流すべき
電流に対応した出力が与えられ、その出力は比較器の一
方の入力に与えられる。負荷電流検出手段には負荷に流
れる電流に相当する電圧が発生しその電圧は比較器の他
の入力に与えられる。

比較器の出力は制御手段に与えられ、目標値発生手段の
出力の方が大きい期間と、負荷電流検出手段の出力の方
が大きい期間とが等しくなるように負荷をデユーティ制
御する。

実施例 第１図は本発明の一実施例である負荷制御装置の電気回
路図である。制御回路１からはりニアソレノイド２を流
れる電流を制御するためのデユーティ制御信号が信号ラ
インｓｌ　ｌ上に送出され、このデユーティ制御信号は
抵抗３を介してトランジスタ４のベースに与えられる。

トランジスタ４はＰＮＰ型トランジスタで、ローレベル
の信号がベースに印加されると導通状態となり、抵抗５
を介してｌ・ランジスタロにベース電流を供給する。

その結果、トランジスタ６は導通状態となりリニアソレ
ノイド２はバッテリ７からの電力が供給される。リニア
ソレノイド２に流れる負荷電流はトランジスタ６から検
出抵抗８中を流れ、検出抵抗８の両端にリニアソレノイ
ド２中に流れる電流に相当する電圧が発生する。検出抵
抗８に現われる電圧は比較器９の反転入力端子に与えら
れる。

制御回路１からはりニアソレノイド２中を流れる目標電
流に相当するデユーティ制御された信号が信号ラインｓ
１２上に送出され、その信号はデユーティ・電圧変換回
路１０に与えられる。デユーティ・電圧変換回路１０は
抵抗１０ａおよびコンデンサ１０ｂから構成される、い
わゆる充放電回路であり、その出力は比較器９の非反転
入力端子に与えられる。抵抗１１は、いわゆるプルアッ
プ抵抗で、制御回路１の出力端子がオープンコレクタ回
路によって構成されている場合などに用いられる。

比較器９の出力は信号ラインｓ１３上に送出され、その
信号は制御回路１に与えられる。抵抗１２およびダイオ
ード１３は、いわゆるフライバック回路を構成し、リニ
アソレノイド２を電流制御するトランジスタ６の遮断状
態におけるリニアソレノイド２が有するエネルギを放出
させるための回路である。

第２図はりニアソレノイドに流れる平均電流とアクチュ
エータの変位量との関係を示すグラフである。第２図に
示すように、リニアソレノイドに流れる平均電流とアク
チュエータの変位量とは比例関係を有しており、したが
ってリニアソレノイドに流れる平均電流を制御すること
によりアクチュエータの変位量を制御することができる
。

第３図はりニアソレノイドに流れる電流の制御を説明す
るためのタイムチャートである。第３図（１）における
ライン１１はりニアソレノイド２中に流れる電流波形を
示し、第３図（２）はトランジスタ６の導通／遮断の状
態を示す、リニアソレノイド２を流れる電流は前述した
ようにトランジスタ６を制御回路１から送出されるデユ
ーティ制御信号に基づいて導通／遮断制御することによ
り増加／減少させることができる。リニアソレノイド２
を流れる電流は制御回路１から送出されるデユーティ制
御信号の繰返し周波数が高ければほぼ直線的に変化する
と考えられる。したがって、リニアソレノイド２に流れ
る平均電流値ＩＡは第３式に示すように、リニアソレノ
イド２に流れる最小電流ＩＬと最大ｉｆｉ　Ｉ　Ｗとの
単純平均を求めることにより算出することができる。

第３図（２）に示すように時刻ｔ１においてトランジス
タ６が導通状態になると、リニアソレノイド２に流れる
電流は上昇を開始する。検出抵抗８に発生するりニアソ
レノイド電流に相当する電圧は比較器９の反転入力に与
えられ、リニアソレノイド電流の目標電流に相当する電
圧がデユーティ・電圧変換回路１０から比較器９の非反
転入力端子に与えられている。したがって、時刻ｔ１か
ら比較器９の出力は反転するまでの時間Ｔ、を計測し、
前回計測した時間１／２・Ｔ　Ｏ１＋１１１−１１　と
比較され、同じである場きは時間Ｔ、と同じ時間Ｔ０が
さらにトランジスタ６が導通状態となる。しかし、時間
Ｔ、ｌが前回計測した１　／　２　・Ｔ　ｏｗ、−＋　
、より長い場合は、時間Ｔ、は時間Ｔ、よりも予め定め
られた時間ΔＴだけ長くトランジスタ６がオンさ五る。

さらに、時間Ｔ、が前回計測した１／２・Ｔ、□ｏ−１
，よりも短い場合、時間Ｔ０は時ｍ’ｒ、よりも予め定
められた時間ΔＴｆｉ＜）ランジスタロをオンさせる。

リニアソレノイド２をデユーティ制御するデユーティ制
御信号の繰返し周波数は予め定めらているので、トラン
ジスタ６を遮断状態とする時間Ｔ０□Ｉａｌはデユーテ
ィ制御信号の周期Ｔからトランジスタ６をオンさせてい
る時間Ｔ０□１を差し引いた時間となる。

この操作を繰り返すことにより、リニアソレノイド２に
流れる平均１を流値を目標電流値に一致させることがで
きる。

以上のように、制御回路１から信号ラインｓ１２を介し
て出力されるリニアソレノイド２を流れる目標電流値に
相当するデユーティ比を変えることにより、リニアソレ
ノイド２中に流れる平均電流値を制御することができる
。

第４図は本実施例における負荷制御装置の動作フローチ
ャートで、以下さらに詳しく説明する。

ステップＳ１において、リニアソレノイド２を駆動する
ため仁、トランジスタ６がオンされる。ステップｓ２に
おいて制御回路１はトランジスタ６が導通された時刻ｔ
１から比較器９の出力が反転するまでの時間Ｔｇを計測
する。ステップＳ３において、ステップＳ２において計
測された時間Ｔ−が前回計測された１／２・Ｔ　０１ｌ
ｌａ−１１と等しいか否かが判断される０等しい場合は
ステップｓ４／＼進み、トランジスタ６をさらに継続し
て導通させる時間Ｔ０として時間Ｔ１が選択される。そ
してステップｓ５へ進み、時間Ｔ０の期間トランジスタ
６が継続して導通される。ステップＳ６では、トランジ
スタ６が遮断される時間が演算される。前述のように、
リニアソレノイド２を導通／遮断制御するデユーティ制
御信号の繰返し周波数Ｔは一定であるので、その繰返し
周期は一定である。したがって、トランジスタ６を遮断
させる時間Ｔ。。

、くイ）は周期Ｔからトランジスタ６を導通させた時間
を差し引くことになる。ステップＳ７では、ステップｓ
６で演算された時間Ｔ。ＦＦ（ａｌの期間トランジスタ
ロが遮断される。ステップＳ８では、トランジスタ６を
導通させた時間Ｔ０□。、が次の周期における時間Ｔ８
との比較のため記憶される。

ステップｓ３において時間Ｔ、が時間１／２・Ｔ　０１
１１１１−１１と一致しない場合は、ステップＳ９へ進
み、これらの大小が比較される０時間Ｔ麿が時間１／２
・Ｔ０□１１−１１より大きい場きには、ステップｓｌ
ｏへ進み、時間Ｔｌｌに予め定める時間ΔＴを加えた時
間が時間Ｔ、とじて算出され、ステップＳ５へ進む、ま
た時間Ｔ、が時間１／２・Ｔｏｌ、−１より小さい場合
は、ステップａｌｌへ進み、時間Ｔ０として時間Ｔ１１
から予め定める時間へＴが差し引かれた時間が時間Ｔ０
として算出され、ステップｓ５へ進む。

以上のように、本実施例に従えば目標電流値がリニアソ
レノイドに流れる最大電流値と最小電流値との単純平均
値となるように制御され、リニアソレノイドに流れる平
均電流値が一定となるように制御される。

発明の効果 以上のように本発明に従えば、少ない部品点数で、負荷
を予め定めた電流値となるようにデユーティ制御するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である負荷制御装置の電気回
路図、第２図はりニアソレノイドに流れる平均電流とア
クチュエータの変位量との関係を示すグラフ、第３図は
りニアソレノイドに流れる電流の制御を説明するための
タイムチャート、第４図は本実施例における負荷制御装
置の動作フローチャート、第５図はりニアソレノイドを
一定電流で駆動する従来の負荷制御装置の電気回路図、
第６図は第５図の駆動回路を説明するための波形図であ
る。 １・・・制御回路、２・・・リニアソレノイド、６・・
・トランジスタ、８・・・検出抵抗、９・・・比較器、
１ｏ・・・デユーティ・電圧変換回路、１２・・・抵抗
、２３・・・ダイオード 代理人　　弁理士　画数　圭一部 第１図 第２図 （小）□（太） 平均電流 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 負荷に直列に接続されるスイッチング素子と、負荷およ
   びスイッチング素子を流れる負荷電流を検出する手段と
   、 前記負荷に流すべき電流に対応した電圧を発生する目標
   値発生手段と、 前記負荷電流検出手段の電位と前記目標値発生手段の電
   圧とを比較する比較器と、 該比較器の出力に応答して、目標値発生手段の電圧の方
   が大きい期間と負荷電流検出手段の電位の方が大きい期
   間とが等しくなるように前記スイッチング手段をデュー
   ティ制御する制御手段とを含むことを特徴とする負荷制
   御装置。