JPH0579870B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は油圧機器等に用いられる電磁切換弁
の駆動回路、特に微小電流の制御信号でソレノイ
ドの付勢・消勢を制御する半導体スイツチング素
子の異常発熱防止に関するものである。

［従来の技術］ 電磁切換弁のソレノイドをオン・オフするとき
に生じる電磁ノイズの影響を信号線や外部機器に
与えないようにするため、微小電流でソレノイド
の動作を制御する微小電流信号操作電磁弁が例え
ば特開昭62−49085号公報等に開示されている。

第４図は微小電流の制御信号で電磁弁のソレノ
イドを付勢・消勢する従来の駆動回路を示す回路
図である。図に示すように、外部の直流励磁電源
３に接続された一対の電源端子１，２の一方の端
子１に電磁弁のソレノイド４が接続されており、
このソレノイド４にはパワートランジスタ５のコ
レクタ・エミツタ出力回路が直列に接続されてい
る。パワートランジスタ５にスイツチング制御信
号を与える入力回路は発光ダイオード（以下、
LEDという）６ａと受光フオトトランジスタ６
ｂからなるフオトカプラ６を有する。LED６ａ
は電流制限素子である定電流ダイオード７とツエ
ナーダイオード８を介して信号入力端子９，１０
に接続され、フオトトランジスタ６ｂのコレクタ
は抵抗１１を電源ラインに、エミツタはベース抵
抗１９を介してパワートランジスタ５のベースに
接続されている。１２は定電圧ダイオード、１３
は平滑コンデンサであり、抵抗１１と定電圧ダイ
オード１２及び平滑コンデンサ１３とで外部の直
流励磁電源３の非平滑直流出力を平滑してフオト
トランジスタ６ｂに供給している。

入力回路の信号入力端子１０には外部制御信号
手段１５の出力素子としての入力側トランジスタ
１４のコレクタが接続され、また信号入力端子９
と１０との間には入力側トランジスタ１４のオフ
時における漏れ電流対策用の定電流ダイオード１
６が接続され、入力側トランジスタ１４のエミツ
タと信号入力端子９との間には信号入力用電源１
７が接続されている。なお、１８はソレノイド４
の両端子間に接続されたサージ吸収素子である。

前記のように構成された駆動回路において、立
上りと立下りに有限の時間的変化をもつパルス状
の外部入力信号が外部制御信号手段１５から入力
側トランジスタ１４のベースに入力されると、そ
の立上りによつてまず漏れ電流対策用の定電流ダ
イオード１６を介して入力側トランジスタ１４の
コレクタ・エミツタ間に入力電流I_INが流れ始め
るが、この入力電流I_INは第５図ａの入力電流波
形図に示すように或る時間をかけて増加する。こ
の入力電流I_INの増大に伴い信号入力端子９，１
０間の電圧V₁が上昇するが、電圧V₁がツエナー
ダイオード８のツエナー電圧V₂に達する迄は定
電流ダイオード１６に流れる電流I₁はI_INに等し
く、入力電流I_INは定電流ダイオード１６のみに
流れる。この電流I₁の増加によつて電圧V₁がツエ
ナー電圧V₂に達すると、ツエナーダイオード８
がブレークダウンしてフオトカプラ６のLED６
ａに電流I₂が流れ、フオトトランジスタ６ｂがオ
ンし始める。この状態では前記入力電流I_INはI_IN
＝I₁＋I₂となる。

一方、入力電流I_INが更に増大して定電流ダイ
オード１６に流れる電流I₁が定電流特性域に入る
と電流I₁は第６図に示すように一定電流I_ISとな
り、以後はLED６ａに流れる電流I₂が入力電流I_IN
の増大に伴つて増大する。このLED６ａに流れ
る電流I₂が徐々に増大すると、フオトトランジス
タ６ｂに流れる電流I₃が増大しながらパワートラ
ンジスタ５のベースに与えられることになる。入
力電流I_INの増大により電流I₃が増大してパワート
ランジスタ５のオフ領域（遮断領域）から非飽和
状態である比例領域△Ｉを通過してオン領域（導
通領域）に達するとパワートランジスタ５が導通
する。このパワートランジスタ５の導通により直
流励磁電源３からソレノイド４に励磁電流が流れ
てソレノイド４を付勢する。ソレノイド４を付勢
後、入力電流I_INはLED６ａと直列に接続された
定電流ダイオード７の特性で定まる一定電流I_2S
によりI_IN＝I_1S＋I_2Sとなり、飽和状態になる。

この状態からソレノイド４をオフさせるべく外
部制御信号手段１５から入力されている外部入力
信号を断つ場合、外部入力信号の立下りも或る有
限の時間をもつて行なわれる。従つてこの場合、
外部入力信号の立下りと共に入力電流I_INが減少
しれ行くと、LED６ａに流れている電流I₂も徐々
に減少し、フオトトランジスタ５に流れている電
流I₃も徐々に減少する。そして、電流I₃がパワー
トランジスタ５の比例領域を通つてオフ領域に達
したときにパワートランジスタ５が遮断してソレ
ノイド４を消勢する。

このように、励磁電源ラインと分離した信号ラ
インに10〜20ｍＡ程度の微小電流を流すことによ
りソレノイド４の付勢・消勢を行ない、信号ライ
ンに対するソレノイド４の付勢・消勢時の電磁ノ
イズの影響を小さくするようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ 前記従来の電磁弁駆動回路において、外部制御
信号手段１５から入力される外部入力信号が有限
の時間的変化をして、入力電流I_INが第５図ａに
示すように或る有限の時間をかけて増大・減少す
る場合には、パワートランジスタ５がスイツチン
グする間に比例領域△Ｉで動作する有限の時間が
存在する。このため、外部入力信号の立上り・立
下りの波形に応じてパワートランジスタ５の比例
領域△Ｉにおける動作時間が長くなり、第５図ｂ
の発熱損失特性を示す波形図に示すように比例領
域△Ｉにおけるパワートランジスタ５の発熱量Ｗ
が大きくなり、ソレノイド４の付勢・消勢を繰り
返す場合にパワートランジスタ５が熱破壊される
恐れがあつた。

また、外部入力信号にノイズ成分があると、入
力電流I_INが第７図ａに示すように比例領域△Ｉ
で変動するので、入力電流I_INの変動に伴いパワ
ートランジスタ５が第７図ｂに示すようにオン・
オフ動作を繰り返し、場合によつては発振状態に
なつて異常発熱を生じ、パワートランジスタ５が
熱破壊に至る危険性もあつた。

この発明はかかる短所を解決するためになされ
たものであり、外部入力信号のスイツチング応答
速度にかかわりなしに、ソレノイドの付勢・消勢
を行なう半導体パワースイツチング素子のスイツ
チング応答を高速にすることで発熱損失を極力小
さくし、半導体パワースイツチング素子を安定し
て使用することができる電磁弁駆動回路を得るこ
とを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明の電磁弁駆動回路では、前述の課題を
達成するために、一対の電源端子間にソレノイド
と直列に接続した半導体スイツチング素子と、予
め定められた電圧値以上の印加電圧を受けたとき
に導通する非直線素子を介して前記半導体スイツ
チング素子の制御入力端にスイツチング制御信号
を与える入力回路を備えたものにおいて、 前記半導体スイツチング素子の制御入力端に電
流が流れたときにこれを検出して前記非直線素子
の両端間を側路する短絡回路を更に備えている。

この場合、前記短絡回路としては、前記半導体
スイツチング素子の制御入力端に直列に接続され
た発光ダイオードと前記非直線素子に並列に接続
されたフオトトランジスタからなるフオトカプラ
で構成することが好ましい。

［作用］ この発明においては、外部からのスイツチング
指令信号を与えて入力回路の非直線素子を導通さ
せて低インピーダンスにしたときに、非直線素子
を介して半導体スイツチング素子の制御入力端に
電流が流れ始めると同時にこの制御入力端の電流
をフイードバツクして短絡回路により非直線素子
を側路させ、入力回路から半導体スイツチング素
子の制御入力端に与えられる制御電流を急激に増
大させることにより、半導体スイツチング素子の
オン時のスイツチング動作に際して比例領域を高
速で通過させ、直ちに導通状態に遷移させるもの
である。

また外部からのスイツチング指令信号を断つた
ときは、入力回路の非直線素子の両端電圧が所定
の電圧値以下になつたときに半導体スイツチング
素子の制御入力端の電流減少をフイードバツクし
て短絡回路による非直線素子の側路を開き、制御
入力端に与えていた制御電流を急激に減少させる
ことにより、半導体スイツチング素子のオフ時の
スイツチング動作に際して比例領域を高速で通過
させ、直ちに遮断領域へ遷移させるものである。

この場合、前記短絡回路としてフオトカプラを
使うと、信号回路のソレノイド回路を電気的に絶
縁することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す回路図であ
り、図において、１〜１９は第４図に示した従来
例と全く同じものである。パワートランジスタ５
にスイツチング制御信号を与える入力回路の前記
非直線素子としてのツエナーダイオード８にはそ
の両端間に短絡側路を形成するフオトカプラ２０
が接続されている。すなわち、フオトカプラ２０
の入力側LED２０ａは前述入力回路のフオトカ
プラ６の出力素子であるフオトトランジスタ６ｂ
と直列に接続され、フオトカプラ２０の出力側の
フオトトランジスタ２０ｂは入力回路の前記非直
線素子としてのツエナーダイオード８の両端間に
並列接続されて前述側路を形成するようになされ
ている。

前記のように構成された駆動回路において、外
部制御入力手段１５から時間的に徐々に増大する
外部入力信号が入力側トランジスタ１４に入力さ
れると、定電流ダイオード１６を通して入力側ト
ランジスタ１４のコレクタ・エミツタ間に入力電
流I_INが流れ始め、第２図ａの入力電流波形図に
示すように入力電流I_INが徐々に増加する。

この入力電流I_INが更に増大して、信号入力端
子９，１０間の電圧V₁がツエナーダイオード８
のツエナー電圧V₂に達すると、第２図ａのＡ点
でツエナーダイオード８がブレークダウンして低
インピーダンスになり、フオトカプラ６のLED
６ａに電流にI₂が流れ始め、入力電流I_INがI_IN＝I₁
＋I₂になり、フオトカプラ６のフオトトランジス
タ６ｂが導通し始める。このフオトトランジスタ
６ｂが導通し始めて、電流I₃が流れ始めるとフオ
トカプラ２０のLED２０ａが発光を開始し、ツ
エナダイオード８と並列に接続されたフオトトラ
ンジスタ２０ｂが導通し始める。このフオトトラ
ンジスタ２０ｂが導通し始めるとツエナーダイオ
ード８の両端に発生していた電圧が減少し始め
る。さらに入力電流I_INが増大し、LED６ａに流
れる電流I₂が増大して、フオトトランジスタ６ｂ
すなわちLED２０ａに流れる電流I₃が増大する
と、フオトカプラ２０のフオトトランジスタ２０
ｂが完全に導通して、信号入力端子９，１０間の
電圧V₁が直接フオトカプラ６のLED６ａと定電
流ダイオード７とに加えられ、電流I₂が急激に増
加する。この結果、入力電流I_INが急増して第２
図ａのＢ点に達する。この入力電流I_INすなわち
電流I₂の急増によつてフオトトランジスタ６ｂが
急速に導通状態になり、パワートランジスタ５は
急速に比例領域を通過して導通領域に遷移し、パ
ワートランジスタ５を直ちにオンさせる。このよ
うに、パワートランジスタ５が比例領域を急速に
通過するから、第２図ｂの発熱損失特性を示す波
形図に示すようにパワートランジスタ５の比例領
域における総発熱量Ｗを小さくすることができ
る。

このようにしてパワートランジスタ５が導通し
てソレノイド４が付勢された後、外部制御入力手
段５からの外部入力信号をオフにすると、入力電
流I_INの減少開始と共に入力端子９，１０間の電
圧V₁が徐々に下降する。この電圧V₁の下降によ
りツエナーダイオード８を側路中のフオトトラン
ジスタ２０ｂを通つてLED６ａに流れる電流I₂が
減少し始め、フオトトランジスタ６ｂがオフし始
める。このとき、ツエナーダイオード８はフオト
トランジスタ２０ｂで短絡された状態となつてい
るため電流I₂はLED６ａに直接流れ、入力電流I_IN
が増大するときにフオトカプラ６が導通し始めた
Ａ点よりも低いＣ点、すなわち電圧V₁がツエナ
ー電圧V₂以下になる点までツエナーダイオード
８はオン状態を保持する。入力電流I_INが減少し
てＣ点にまで達するとフオトトランジスタ６ｂに
流れる電流I₃の減少によりフオトカプラ２０のフ
オトトランジスタ２０ｂが遮断する。フオトトラ
ンジスタ２０ｂが遮断するとLED６ａに流れて
いる電流I₂はツエナーダイオード８により直ちに
遮断され、入力電流I_INはＣ点からＤ点に急激に
遷移する。一方、電流I₂の遮断によりフオトカプ
ラ６が急激にオフとなり、パワートランジスタ５
も直ちに完全なオフ状態に移行する。したがつ
て、ソレノイド４の遮断時においてもパワートラ
ンジスタ５が比例領域を急速に通過し、第２図ｂ
に示すように発熱量Ｗを小さくすることができ
る。

またパワートランジスタ５が導通状態になるた
めの入力電流値I_INONと遮断状態になるための入力
電流値I_INOFとに、I_INON＞I_INOFの関係でヒステリシ
スを与えることができ、第７図ａに示すように入
力電流にノイズ成分があつても、これらノイズ成
分に影響されずに第７図ｃに示すようにパワート
ランジスタ５を安定にスイツチング動作させるこ
とができる。

［発明の効果］ この発明は以上に説明したように、外部からの
スイツチング指令信号を受けて入力回路の非直線
素子が導通し、非直線素子に制御電流が流れ始め
て半導体スイツチング素子の制御入力端に電流が
流れ始めたときに、制御入力端の電流をフイード
バツクして短絡回路を閉じ、入力回路が半導体ス
イツチング素子の制御入力端に与える制御電流を
急激に増大させて制御入力端の電流を急増し、半
導体スイツチング素子を直ちに導通状態にするこ
とができる。

さらに、外部からのスイツチング指令信号が減
少して入力回路の制御電流が減少して非直線素子
の両端電圧が一定以下になつた後、半導体スイツ
チング素子の制御入力端の電流減少をフイードバ
ツクして短絡回路を開き、制御入力端に与える制
御電流を急激に減少して半導体スイツチング素子
を遮断状態に急速遷移させるようにしたので、半
導体スイツチング素子の動作にヒステリシス特性
をもたせることができ、外部入力信号の時間的変
化に関係なる半導体スイツチング素子が比例領域
を急速に通過するから、比例領域における発熱損
失を大幅に低減することができる。

また、半導体スイツチング素子が比例領域を急
速に通過することとヒステリシス特性をもたせた
ことにより、外部入力信号にノイズ成分が乗つて
いても繰り返しオン・オフによる発振を防止し、
発振による異常発熱なしに半導体スイツチング素
子を動作させることができるから、半導体スイツ
チング素子を安定して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す回路図、第２
図ａ，ｂは前記実施例の動作を示す波形図、第３
図は前記実施例のパワートランジスタの出力特性
図、第４図は従来例を示す回路図、第５図ａ，ｂ
は従来例の動作を示す波形図、第６図は定電流ダ
イオードの動作特性図、第７図ａ，ｂは従来例の
入出力特性を示す波形図、第７図ｃは本発明の実
施例の入出力特性を示す波形図である。 ４……ソレノイド、５……パワートランジス
タ、６，２０……フオトカプラ、７，１６……定
電流ダイオード、８……ツエナーダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の電源端子間にソレノイドと直列に接続
   した半導体スイツチング素子と、予め定められた
   電圧値以上の印加電圧を受けたときに導通する非
   直線素子を介して前記半導体スイツチング素子の
   制御入力端にスイツチング制御信号を与える入力
   回路を備えた電磁弁駆動回路において、 前記半導体スイツチング素子の制御入力端に電
   流が流れたときにこれを検出して前記非直線素子
   の両端間を側路する短絡回路を更に備えたことを
   特徴とする電磁弁駆動回路。 ２ 短絡回路がフオトカプラを含む請求項１記載
   の電磁弁駆動回路。