JP2009207018A - 電磁石コイル駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】励磁ＯＦＦの高速化が図れ、また電磁波ノイズの輻射を効果的に減衰でき、しかもトランジスタ破壊を確実に防止することが可能な電磁石コイル駆動回路を提供する。
【解決手段】リレーまたはソレノイド等に使用するコイル、そのコイルに駆動電流を供給するトランジスタ、そのコイルに直列接続する複数個数のツェナーダイオード、同ツェナーダイオードに直列に接続する接合容量（Ｃｊｏ）の大きな高速ショットキーバリアダイオード、コイルの片側に接続する直流電圧源、コイルの電源側に接続するバイパスコンデンサ、トランジスタのベース、エミッタ間に接続する抵抗、トランジスタのベースに接続してトランジスタのオン／オフを制御する電圧源、同電圧源とトランジスタのベースを接続するベース抵抗により構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リレーやソレノイド等を利用する電子機器の電磁石コイル駆動回路に関する。

良く使われるコイル駆動回路として、図３に示すコイル駆動回路は、リレーのＯＮ／ＯＦＦ、ソレノイドのＯＮ／ＯＦＦ制御に広く使用されている。この回路は、スイッチングダイオードなどのシリコンダイオードを、コイルに並列に接続し、コイル駆動ＯＦＦ時に瞬時的にコイル両端に発生する電圧が高くらならないようにして、駆動トランジスタの破壊を防止している。

特許文献１に記載されている回路は、コイルの並列にツェナーダイオードと一般ダイオードを直列に接続した閉回路を構成し、ツェナーダイオードとスイッチングダイオードの直列回路の複数組みを構成し、それぞれの組みで降伏電圧の異なるツェナーダイオードを用意し、どれか一つのツェナーダイオードとスイッチングダイオードの直列回路をスイッチで選択することで、異なるコイルの励磁時間の調整を可能としている。

特許文献２に記載されている回路は、スイッチングトランジスタを用いたリアクトル駆動回路でのターンオフ速度を緩和しようとするものである。

特開昭６３−１０２１３４号公報 特開平０４−１１５７１５号公報

以下、前述の従来技術の課題とされている点を述べる。

（１）良く使われるコイル駆動回路
従来から良く利用されているコイル駆動回路は、コイルの電流オフ時に瞬時的に発生する過渡的な高電圧から、駆動トランジスタの破壊を防止するフリーホイールダイオードとも呼ばれるスイッチングダイオードをコイルに並列に接続している。コイルのドライブ停止瞬間の直前にコイルに流れていた電流ｉ［Ａ］とすると、コイルに蓄えられた電磁エネルギ−Ｅは、Ｅ＝（１／２）×Ｌ×ｉ^２［Ｊ］で表される。

この電磁エネルギーＥは、フリーホイールダイオードが無い場合は、コイルの電流駆動停止瞬間に高電圧となってコイル両端に現れるため、駆動トランジスタの絶対定格Ｖｃｅｏ［Ｖ］を遥かに越えた高電圧が発生させ、同トランジスタ素子を破壊してしまう課題がある。

この電磁エネルギーＥの解放による高電圧を防止する方法として、コイルと並列にスイッチングダイオードを接続して閉回路を形成すると、コイル電流は、コイルとスイッチングダイオードで形成される閉回路に電流をループさせることで、電磁エネルギーＥを消費させることができる。

この電磁エネルギーＥは、コイル周辺の磁場の発生と、コイル内部抵抗成分による熱の発生、電磁波の発生により放出されると考えられる。

コイル電流ＯＦＦ時に瞬間的に上昇する過渡電圧Ｖｔ［Ｖ］は、電源電圧Ｖｃｃ［Ｖ］に対し、ダイオードの順方向電圧降下Ｖｆ［Ｖ］とすると、トランジスタとコイルの接続点電圧を、Ｖｔ＝約Ｖｃｃ＋Ｖｆ［Ｖ］に抑えることができる。

例えば、Ｖｃｃ＝１２［Ｖ］，Ｖｆ＝０．６［Ｖ］ならば、Ｖｔ＝約１２．６［Ｖ］である。

ただし、上昇電圧が約Ｖｃｃ＋Ｖｆ［Ｖ］に保たれる時間の間、コイルとダイオード間で電流がループして流れるため、コイル励磁が消去されるのが遅れ、その結果、リレーの場合は接点動作の遅延し、ソレノイドの場合は可動鉄心部の動作が遅れる問題がある。

（２）特許文献１では、（１）の方式に比べて、ツェナーダイオード１本分の電圧をＶｚとおくと、Ｖｔ＝Ｖｚ＋Ｖｆ［Ｖ］まで上昇する。その結果、電磁エネルギーは初期電流ｉ（０）とおいて、初期の電磁エネルギーＥ＝（１／２）×Ｌ×ｉ（０）^２が、過渡電圧Ｖｔ（ｔ）が出現中の時間区間に消費される電力Ｐ（ｔ）＝Ｖｔ（ｔ）×ｉ（ｔ）と考えると（ここでｔは時刻［ｓ］とする）、以下のような近似式が成立すると考えられる。

Ｅ＝（１／２）Ｌ×ｉ（０）^２≒∫Ｖｔ（ｔ）×ｉ（ｔ）ｄｔ
このため、Ｖｔがツェナーダイオードの降伏電圧でＶｚ［Ｖ］だけ高くなる分、Ｖｔの継続時間は短くなる。その結果、（２）は、（１）よりも高速にコイルの励磁状態を切ることができる。

（３）特許文献２の方式は、ターンオフ速度を緩和する方式で、本発明の目指す目的とは方向性が逆にある。これは特許文献２の課題とされている点というより、目指す目的が反対方向であるため、利用目的が異なるものである。

本発明の目的は、励磁ＯＦＦの高速化が図れ、また電磁波ノイズの輻射を効果的に減衰でき、しかもトランジスタ破壊を確実に防止することが可能な電磁石コイル駆動回路を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、トランジスタで電磁石コイルを直流電流で駆動する電磁石コイル駆動回路において、
前記電磁石コイルには電磁エネルギーＥ＝（１／２）Ｌ×ｉ^２［Ｊ］（ここでＬはコイルのインダクタンス［Ｈ］、ｉはコイル励磁ＯＦＦ瞬間の直前にコイルに流れている電流［Ａ］）を蓄積するところの電磁石コイルに、並列に高速ショットキーダイオード（順方向電圧Ｖｆ［Ｖ］）と、降伏電圧Ｖｚ［Ｖ］のツェナーダイオードを複数（ｎ個，ｎ≧２）直列に接続することで、電磁石コイルの電流駆動ＯＦＦ時に発生する過度電圧Ｖｔ＝Ｖｃｃ＋ｎ×Ｖｚ＋Ｖｆ［Ｖ］を、
Ｖｔ＝Ｖｃｃ＋ｎ×Ｖｚ＋Ｖｆ［Ｖ］＜Ｖｃｅｏ［Ｖ］
の条件を満たしつつ、（ここでＶｃｃ＝電源電圧［Ｖ］）トランジスタの絶対定格Ｖｃｅｏ［Ｖ］以内でできるだけ高くし、電流駆動ＯＦＦからコイルに流れる過渡電流の時間を短縮して前述の電磁エネルギーＥを放出させ、電磁石コイルの励磁が消えるまでの時間を可能限り短縮し、かつ、前記電磁石コイルとツェナーダイオードと接合容量の大きなショットキーバリアダイオードを直列させた回路で閉回路を形成し、コイルから輻射される不要輻射電波の低減効果を持たせたことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は、トランジスタで電磁石を駆動する電磁石コイル駆動回路において、電磁石をＯＦＦ時に発生するマイナスの過度電圧をコレクタ端子とグランド間に逆方向に接続したショットキーバリアダイオードにより吸収し、電磁石ＯＦＦ後に発生する不要輻射電波の低減効果を持たせたことを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、励磁ＯＦＦの高速化が図れ、また電磁波ノイズの輻射を効果的に減衰でき、しかもトランジスタ破壊を確実に防止することが可能な電磁石コイル駆動回路を提供することができる。

本発明の電磁石コイル駆動回路は、リレーまたはソレノイド等に使用するコイル、そのコイルに駆動電流を供給するトランジスタ、そのコイルに直列接続する複数個数のツェナーダイオード、同ツェナーダイオードに直列に接続する接合容量（Ｃｊｏ）の大きな高速ショットキーバリアダイオード、コイルの片側に接続する直流電圧源、コイルの電源側に接続するバイパスコンデンサ、トランジスタのベース、エミッタ間に接続する抵抗、トランジスタのベースに接続してトランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御する電圧源（例えばＭＰＵのポート端子）と同電圧源とトランジスタのベースを接続するベース抵抗により構成する。

本発明の動作原理は、コイルが励磁時に蓄積する電磁エネルギーＥ＝（１／２）Ｌ×ｉ^２［Ｊ］が、駆動電流ＯＦＦの瞬間に放出されることが、その過渡現象として高い電圧を発生させる原因となっており、過渡現象時の過渡電流ｉ（ｔ）の現れる時間は、過渡電圧と過渡電流の積による電力消費の時間積分値∫Ｖｔ（ｔ）×ｉ（ｔ）ｄｔ［Ｊ］が、ほぼ電磁エネルギーＥ＝（１／２）Ｌ×ｉ^２［Ｊ］の値と一致することから、その過渡電圧Ｖｔ（ｔ）をできるだけ高い電圧に維持すればコイルを流れる過渡電流の現れる時間は短縮され、コイルの励磁を高速に切れるという電気的物理原理に基づいている。

以下、本発明の一実施例について詳細に説明する。最初に図１により、本発明の実施例に係る電磁石コイル駆動回路の全体構成を説明する。

ＤＣ電源１２Ｖ（図面では丸付き番号で表記している）は、リレー駆動回路を動作させ、ＤＣ電源５Ｖ（２）はＭＰＵ（１）を動作させるもので、ここでは、リレー（４、５、６）のコイル（４）に大電流が流れることも想定し、その大電流によりＭＰＵ（１）に供給される電源電圧が降下しないように、電源（２，１４）を独立にしている。（なおコイル電流が小さく、その電流による電源電圧降下が、ＭＰＵ電源電圧の動作保証範囲内に確実に収められる場合は、これらの電源装置を共通化し、１２Ｖ電源（１４）から、電源用レギュレータＩＣ等を用いて５Ｖ電源（２）を供給しても良い。）
出力ポート（ＭＰＵの１０番ピン）はＭＰＵ（１）の出力端子で、トランジスタ（７）をＯＮする場合は、Ｈｉｇｈ電圧（約５Ｖ）を出力して、トランジスタ（７）をＯＦＦする場合は、Ｌｏｗ電圧（約０Ｖ）を出力する。ベース抵抗（８）は、出力ポートの出力電圧からベースに流れる電流を制限する抵抗で、ベースエミッタ間抵抗（９）は、出力ポート出力電圧がＬｏｗ時に、トランジスタ（７）がＯＮ状態にならないように、トランジスタ（７）のベース〜エミッタ間電圧を０Ｖに保つものである。

コイル内部抵抗（５）は、コイル（巻き線）の抵抗成分で、図１上では、コイルはインダクタンス成分（４）と内部抵抗成分（５）で構成されていると仮定している。

ツェナーダイオード（１０，１１）は、これらを直列にして降伏電圧Ｖｚ＝１５［Ｖ］を足し合わせた、降伏電圧３０［Ｖ］（＝１５＋１５［Ｖ］）のツェナーダイオードとして動作する。ショットキーバリアダイオード（１２）は、直列されたツェナーダイオード（１０、１１）とショットキーバリアダイオード（１２）の降伏電圧ｎ×Ｖｚ＋Ｖｆ［Ｖ］（ここではｎ＝２）に達したときに順方向に電流を流し、コイル（４、５）とこれらのダイオード（１０、１１、１２）間でループした電流を生じさせる。

以降、具体的な電気回路の各種について、電子回路シミュレータ（ｓｐｉｃｅ）を用いて、それぞれの動作検証結果を説明する。

以下のシミュレーションでは、市販されているミニパワーリレーの仕様に合わせた、インダクタンスＬ＝１．３７［Ｈ］、巻き線の抵抗成分＝１６０［Ω］をコイル使用を仮定した。

リレーの場合は、鉄片動作時にインダクタンスが大きく（ここではＬ＝１．３７［Ｈ］）、鉄片開放字にインダクタンスが小さくなる（ここでは０．３７［Ｈ］）物理的性質があり、ここでは、リレーＯＦＦ瞬間の過渡現象を解析するため、鉄片動作字のインダクタンス＝１．３７［Ｈ］を仮定した。

図２は、コイルにダイオードを全くつけない場合に、トランジスタ（２ＳＣ１８１５，Ｖｃｅｏ＝５０［Ｖ］（最小）耐圧）をＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示したものである。

コイルＯＮの状態では、コイル末端のトランジスタのコレクタ側電圧Ｖｃｅは約０［Ｖ］であるが、コイルＯＦＦの瞬間、極めて短い時間（約２０［ｕＳ］）区間で、数［ｋＶ］（最大で約１１［ｋＶ］）まで上昇し、コイル電流は約７２［ｍＡ］から、急激に−３［ｍＡ］にまで落ち込み、以降０［ｍＡ］の完全な励磁ＯＦＦ状態になる。

このような高電圧がトランジスタのコレクタ〜エミッタ間に加わると絶対定格Ｖｃｅｏ＝５０［Ｖ］を超過して、トランジスタ（２ＳＣ１８１５）は素子破壊を起こしてしまい、回路故障に至る。

ここでコイルＯＮ時に蓄積される電磁エネルギーは、
Ｅ＝（１／２）×Ｌ×ｉ^２＝（１／２）×１．３７×（７０Ｅ−３）^２＝３．３６［ｍＪ］
で、この電磁エネルギーが２０［μＳ］とい極めて短い時間で開放されるため、このような高電圧が発生する。

図３は、コイルにスイッチングダイオード（１Ｎ９１４）を並列接続した場合に、トランジスタ（２ＳＣ１８１５，Ｖｃｅｏ＝５０［Ｖ］（最小）耐圧）をＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示したものである。

コイルＯＮの状態では、コイル末端のトランジスタのコレクタ側電圧は約０［Ｖ］であるが、コイルＯＦＦの瞬間、図２の回路より相対的に非常に長い時間（約２５．１８［ｍＳ］）区間で，１２．５［Ｖ］〜１２．８［Ｖ］程度のほぼ一定電圧を保ち、この時間区間でコイル電流は約７２［ｍＡ］から０［ｍＡ］にまで左下がりでなだらかに落ち込み、以降０［ｍＡ］の完全な励磁ＯＦＦ状態になる。

このように、コイル電流はゆっくりと完全な励磁ＯＦＦに至るため、コイルが鉄片を吸着している時間は長引く。その結果、リレースイッチ接点動作が、トランジスタＯＦＦ駆動から相当分遅れてしまう課題がある。

なお、ここで過渡電圧が約１２．５Ｖ〜１２．８程度にほぼ一定電圧になっているのは、スイッチングダイオードの順方向電圧降下Ｖｆ＝０．６Ｖのため、過渡電圧Ｖｔ＝Ｖｃｃ＋Ｖｆ［Ｖ］が保たれているからである。そこで、次のようにしていく。

図４は、コイルにスイッチングダイオード（１Ｎ９１４）とツェナーダイオード（ＢＺＸ８４Ｃ１５Ｌ）を並列接続した場合に、トランジスタ（２ＳＣ１８１５，Ｖｃｅｏ＝５０［Ｖ］（最小）耐圧）をＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示したものである。

コイルＯＮの状態では、コイル末端のトランジスタのコレクタ側電圧は約０［Ｖ］であるが、コイルＯＦＦの瞬間、図３の回路より相対的短い時間（約４．５９８［ｍＳ］、図３の約５．５倍高速）区間で、約２７．７［Ｖ］〜２８．５［Ｖ］程度のほぼ一定電圧を保ち、この時間区間でコイル電流は約７２［ｍＡ］から０［ｍＡ］にまで左下がりで直線的に落ち込み、以降０［ｍＡ］の完全な励磁ＯＦＦ状態になる。

このように、コイル電流は、図３の約５．５倍もの速さで完全な励磁ＯＦＦに至るため、コイルが鉄片を吸着している時間は短縮される。その結果、リレースイッチ接点動作が、トランジスタＯＦＦ駆動の遅れが大きく改善されている。

なお、ここで過渡電圧が約２７．７［Ｖ］〜２８．５［Ｖ］程度にほぼ一定電圧になっているのは、スイッチングダイオードの順方向電圧降下Ｖｆ＝０．６Ｖと、ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖｚ＝１５［Ｖ］により、過渡電圧Ｖｔ＝Ｖｃｃ＋Ｖｚ＋Ｖｆ［Ｖ］が保たれているからである。

一方、図４のコイル励磁ＯＦＦの後、最大振幅幅約２４［Ｖ］と大きな電圧振動が約１．１２［ｍＳ］間見える。すなわち、スイッチのＯＦＦの度に電磁波が発生し、回路上でノイズ源となっている。この電圧振動区間の波形を拡大したのが図５で、図５のＦＦＴを行ったものが図６である。図６のスペクトラムが示すように、相当の電磁波の発生が認められる。

この電圧振動、すなわちノイズが発生する原因は、元々の電磁エネルギーの残分が、コイル、ツェナーダイオード、スイッチングダイオードの閉回路において、ダイオードにはＰＮ接合間容量が存在するために、ＬＣ共振回路を構成することと、特にツェナーダイオードは降伏電圧を発生させる条件で、広域の周波数帯ノイズを出す性質があり、これらがノイズ発生の原因と考えられる。

図７は、コイルにスイッチングダイオード（１Ｎ９１４）とツェナーダイオード（ＢＺＸ８４Ｃ１５Ｌ）２個の直列回路を、コイルに並列接続した場合に、トランジスタ（２ＳＣ１８１５，Ｖｃｅｏ＝５０［Ｖ］（最小）耐圧）をＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示したものである。

コイルＯＮの状態では、コイル末端のトランジスタのコレクタ側電圧は約０［Ｖ］であるが、コイルＯＦＦの瞬間、図４より相対的短い時間（約２．６４２［ｍＳ］、図４の約１．７倍高速）区間で、約４２．５［Ｖ］〜４４．２［Ｖ］程度のほぼ一定電圧を保ち、この時間区間でコイル電流は約７２［ｍＡ］から０［ｍＡ］にまで左下がりで直線的に落ち込み、以降０［ｍＡ］の完全な励磁ＯＦＦ状態になる。

このように図７の回路のコイル電流は、図４の回路の約１．７５倍、図３の回路の約９．５倍もの速さで完全な励磁ＯＦＦに至るため、コイルが鉄片を吸着している時間は短縮される。その結果、リレースイッチ接点動作が、トランジスタＯＦＦ駆動の遅れが大きく改善されている。

なお、ここで過渡電圧が約４２．５［Ｖ］〜４４．２［Ｖ］程度にほぼ一定電圧になっているのは、スイッチングダイオードの順方向電圧降下Ｖｆ＝０．６Ｖと、ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖｚ＝１５［Ｖ］２本分＝３０［Ｖ］により、
過渡電圧Ｖｔ＝Ｖｃｃ＋２×Ｖｚ＋Ｖｆ［Ｖ］＝１２＋２×１５＋０．６＝４２．６［Ｖ］
が保たれているからである。

一方、図７では、コイル励磁ＯＦＦの後、最大振幅幅約２４［Ｖ］と大きな電圧振動が約１．１２［ｍＳ］見える。すなわち、スイッチのＯＦＦの度に、電磁波が発生し、回路上でノイズ源となっている。この電圧振動区間の波形を拡大したのが図８で、図８のＦＦＴを行ったものが図９である。このように相当な強度の電磁波ノイズが認められる。このノイズ輻射のメカニズムは、前述の図４の説明で記述したものと同じである。

図１０は、ショットキーバリアダイオード（１Ｎ５８１７）とツェナーダイオード（ＢＺＸ８４Ｃ１５Ｌ）２個の直列回路を、コイルに並列接続した場合に、トランジスタ（２ＳＣ１８１５，Ｖｃｅｏ＝５０［Ｖ］（最小）耐圧）をＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示したものである。

コイルＯＮの状態では、コイル末端のトランジスタのコレクタ側電圧は約０［Ｖ］であるが、コイルＯＦＦの瞬間、図４よりも相対的短い時間（約２．６８８［ｍＳ］、図７の約１．０倍と同等に高速）区間で、約４１．４５［Ｖ］〜４３．６［Ｖ］程度のほぼ一定電圧を保ち、この時間区間でコイル電流は約７２［ｍＡ］から０［ｍＡ］にまで左下がりで直線的に落ち込み、以降０［ｍＡ］の完全な励磁ＯＦＦ状態になる。

このようにコイル電流は図７の約１．０倍と同等に速く、完全な励磁ＯＦＦに至るため、コイルが鉄片を吸着している時間は同様に短縮される。この結果では、リレースイッチ接点動作は、トランジスタＯＦＦ駆動の遅れは図７と殆ど同等になる。

なお、ここで過渡電圧が約４１．４５［Ｖ］〜４３．６［Ｖ］程度にほぼ一定電圧で、前者より低めになっているのは、スイッチングダイオードの順方向電圧降下Ｖｆ＝０．６Ｖに対し、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）はＶｆ＝０．２［Ｖ］と低いため、ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖｚ＝１５［Ｖ］２本分により、
過渡電圧Ｖｔ＝Ｖｃｃ＋２×Ｖｚ＋Ｖｆ［Ｖ］＝１２＋２×１５＋０．２＝４２．２［Ｖ］
が保たれているからである。

一方、図３、図４、図７のコイル励磁ＯＦＦの後、最大振幅幅約２４［Ｖ］と大きな電圧振動が約１．１［ｍＳ］見えていたものが、図１０ではかなりきれいに消え、約０．０５［ｍＳ］に収まっている。

図３〜図１０を比較すると、図１０でスイッチのＯＦＦの度に電磁波ノイズの発生は大きく減衰している。この電圧振動区間のＦＦＴを行ったものが図１２で、このスペクトラムの示すようにノイズ輻射は激減している。

図６、図９、図１２を比較してみると、Ｃｊｏ＝１９０［ｐＦ］と、接合容量の大きなショットキーバリアダイオードによるノイズ低減の効果がノイズの周波数分布にはっきり現れている。

この電磁波ノイズが大きく減衰した理由は、スイッチングダイオード１Ｎ９１４のＣｊｏ＝４［ＰＦ］に対し、ショットキーバリアダイオード１Ｎ５８１７は、Ｃｊｏ＝１９０［ＰＦ］と大きいことが、ノイズを効果的に吸収したものと考えられる。

なお、図１では、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ，１３）がトランジスタ（７）のコレクタとグランド間に電流の順方向に対し、逆に取り付けてある。

このＳＢＤは、Ｖｃｅがグランド電位（０［Ｖ］）より低い電圧が、前記で述べてきた過渡現象中に発生した場合、その過渡現象の電圧振動のマイナス電位部に現れるエネルギーを吸収する効果がある。

ただし前記のシミュレーション・パラメータ条件の場合は効果が見られなかった。

本発明の実施例に係る電磁石コイル駆動回路の全体構成を説明するための回路図である。 コイルにダイオードを接続しないで、トランジスタをＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示した図である。 コイルにスイッチングダイオードを並列接続して、トランジスタをＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示した図である。 コイルにスイッチングダイオードとツェナーダイオードを並列接続して、トランジスタをＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示した図である。 その過渡時における電圧振動区間の波形を拡大して示した図である。 その過渡時におけるノイズＦＦＴ解析図である。 コイルにスイッチングダイオードとツェナーダイオード２個の直列回路を、コイルに並列接続して、トランジスタをＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示した図である。 その過渡時における電圧振動区間の波形を拡大して示した図である。 その過渡時におけるノイズＦＦＴ解析図である。 ショットキーバリアダイオードとツェナーダイオード２個の直列回路を、コイルに並列接続して、トランジスタをＯＦＦした瞬間の時刻近傍のＶｃｅ電圧とコイル電流の過渡現象を、回路図を含めて示した図である。 その過渡時における電圧振動区間の波形を拡大して示した図である。 その過渡時におけるノイズＦＦＴ解析図である。

符号の説明

１…ＭＰＵ、２…５［Ｖ］ＤＣ電源の内部抵抗Ｒｓｅｒ＝０．１［Ω］、３…バイパスコンデンサ１０［μＦ］、４…リレーのコイル部のインダクタンス成分１．３７［Ｈ］、５…リレーのコイル部の（巻き線）抵抗成分）１６０［Ω］、６…リレーの可動接点部、７…コイル駆動用トランジスタ（２ＳＣ１８１５）、８…ＭＰＵ出力ポート端子〜トランジスタ・ベース間電流制限抵抗２［ｋΩ］、９…トランジスタへの外部接続ベース〜エミッタ間抵抗１０［ｋΩ］、１０…ツェナーダイオード（ＢＺＸ８４Ｃ１５Ｌ，降伏電圧＝１５［Ｖ］）、１１…ツェナーダイオード（ＢＺＸ８４Ｃ１５Ｌ，降伏電圧＝１５［Ｖ］）、１２…ショットキーバリアダイオード（１Ｎ５８１７，Ｃｊｏ＝１９０［ｐＦ］）、１３…ショットキーバリアダイオード（１Ｎ５８１７，Ｃｊｏ＝１９０［ｐＦ］）、１４…１２［Ｖ］ＤＣ電源の内部抵抗Ｒｓｅｒ＝０．１［Ω］、１５…配線抵抗０．１［Ω］、１６…バイパスコンデンサ１００［μＦ］

Claims (2)

1. トランジスタで電磁石コイルを直流電流で駆動する電磁石コイル駆動回路において、
   前記電磁石コイルには電磁エネルギーＥ＝（１／２）Ｌ×ｉ^２［Ｊ］（ここでＬはコイルのインダクタンス［Ｈ］、ｉはコイル励磁ＯＦＦ瞬間の直前にコイルに流れている電流［Ａ］）を蓄積するところの電磁石コイルに、並列に高速ショットキーダイオード直列に接続することで、電磁石コイルの電流駆動ＯＦＦ時に発生する過度電圧Ｖｔ＝Ｖｃｃ＋ｎ×Ｖｚ＋Ｖｆ［Ｖ］を、
   Ｖｔ＝Ｖｃｃ＋ｎ×Ｖｚ＋Ｖｆ［Ｖ］＜Ｖｃｅｏ［Ｖ］
   の条件を満たしつつ、（ここでＶｃｃ＝電源電圧［Ｖ］）トランジスタの絶対定格Ｖｃｅｏ［Ｖ］以内で高くし、電流駆動ＯＦＦからコイルに流れる過渡電流の時間を短縮して前記電磁エネルギーＥを放出させ、電磁石コイルの励磁が消えるまでの時間を短縮し、かつ、前記電磁石コイルとツェナーダイオードと接合容量の大きなショットキーバリアダイオードを直列させた回路で閉回路を形成したことを特徴とする電磁石コイル駆動回路。
2. トランジスタで電磁石を駆動する電磁石コイル回路において、
   前記電磁石をＯＦＦ時に発生するマイナスの過度電圧をコレクタ端子とグランド間に逆方向に接続したショットキーバリアダイオードにより吸収することを特徴とする電磁石コイル駆動回路。

Images