JPH06175701A - 誘導性負荷の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘導性負荷に流れる電流を高速に減衰させる
ことにより、誘導性負荷によって駆動される被駆動体の
戻りを迅速に行うことができる誘導性負荷の駆動回路を
提供することを目的とする。 【構成】 ソレノイド１の一端をＰＮＰトランジスタＴ
Ｒ1を介して電源に接続すると共にダイオードＤ2を逆方
向に介して接地し、かつ、ソレノイド１の他端をＮＰＮ
トランジスタＴＲ2を介して接地すると共にダイオード
Ｄ1を逆方向に介して電源に接続した。また、パルス幅
変調された駆動パルスが入力されるとそれに従ってＮＰ
ＮトランジスタＴＲ2をＯＮ状態とし、駆動パルスが所
定時間以下の間隔で継続して入力されている場合に、Ｐ
ＮＰトランジスタＴＲ1をＯＮ状態とする切換手段を設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は誘導性負荷の駆動回路
に係り、特に自動ピアノの鍵盤駆動用ソレノイド等の駆
動に用いて好適な駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はこの種の駆動回路にあって、電圧
制御型駆動回路と呼ばれるものの構成例を示す回路図で
ある。図４において、１は誘導性負荷としてのソレノイ
ドである。このソレノイド１の一端はＮＰＮトランジス
タＴＲ4のコレクタに接続されており、他端は電源電圧
ＶOが印加される。また、ソレノイド１にはダイオード
Ｄ3が並列接続されている。このダイオードＤ3は、ＮＰ
ＮトランジスタＴＲ4がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り
換えられた場合にそれまでにソレノイド１に流れていた
電流をキックバック電流としてループさせるために設け
られたものである。ＮＰＮトランジスタＴＲ4は、エミ
ッタが接地されており、ベースには駆動信号ＰＷＭが入
力される。この駆動信号ＰＷＭは、図示しないパルス幅
変調回路により、ソレノイド１に流すべき電流の目標値
に応じたデューティ比にパルス幅変調されている。

【０００３】かかる構成によれば、駆動信号ＰＷＭがＮ
ＰＮトランジスタＴＲ4に出力されることにより、ＮＰ
ＮトランジスタＴＲ4のＯＮ／ＯＦＦ切換が繰り返し行
われる。ＮＰＮトランジスタＴＲ4がＯＮ状態である期
間は、ソレノイド１に対し、ＮＰＮトランジスタＴＲ4
を介して電源電圧Ｖ0にほぼ等しい電圧が印加される。
このため、ソレノイド１に流れる電流Ｉ1は、インダク
タンスＬによって決定される時定数に従って増加する。
また、この期間、ソレノイド１に流れる電流Ｉ1は電流
Ｉ2としてＮＰＮトランジスタＴＲ4を通過する。そし
て、ＮＰＮトランジスタＴＲ4がＯＦＦ状態に切り換え
られると、それまでソレノイド１に流れていた電流Ｉ1
はダイオードＤ3を介し電流Ｉ3として放電され、電流Ｉ
3はインダクタンスＬによって決定される時定数に従っ
て徐々に減少する。このようにして、駆動信号ＰＷＭの
デューティ比に応じた平均電流がソレノイド１に流れ、
これに伴ってソレノイド１により発生される磁界により
被駆動体（図示略）が駆動される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した通
り、従来の電圧制御型駆動回路は、ソレノイド１にダイ
オードＤ3が並列接続されているため、駆動信号ＰＷＭ
のエネルギーがソレノイド１内に効率的に伝達される。
しかしながら、駆動信号ＰＷＭの供給をなくしＮＰＮト
ランジスタＴＲ4をＯＦＦ状態にしても、キックバック
電流がソレノイド１内をしばらく流れ続け、しかも、キ
ックバック電流の減衰速度が遅く、被駆動体の非駆動状
態への戻りが遅いという問題があった。

【０００５】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、誘導性負荷に効率的にエネルギーを伝えるこ
とができると共に、誘導性負荷に流れる電流を高速に減
衰させることにより誘導性負荷によって駆動される被駆
動体の戻りを迅速に行うことができる誘導性負荷の駆動
回路を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明による誘導性負
荷の駆動回路は、誘導性負荷の一端および電源間に介挿
された第１のスイッチ手段と、前記誘導性負荷の他端お
よび接地線間に介挿された第２のスイッチ手段と、前記
誘導性負荷の他端から前記電源に向う電流を通過させる
第１のダイオードと、前記接地線から前記誘導性負荷の
一端へと向う電流を通過させる第２のダイオードと、パ
ルス幅変調された駆動パルスが入力され、該駆動パルス
に従って前記第１または第２のスイッチ手段の一方を導
通状態とすると共に該駆動パルスが所定時間以下の間隔
で継続して入力されている場合のみ前記第１または第２
のスイッチ手段の他方を導通状態とするスイッチ切換手
段とを具備することを特徴としている。

【０００７】

【作用】前記スイッチ切換手段が、駆動パルスに従って
第２のスイッチ手段を導通状態とすると共に駆動パルス
が所定時間以下の間隔で継続して入力されている場合に
のみ第１のスイッチ手段を導通状態とするものである場
合について、本発明の作用を説明する。上記構成によれ
ば、駆動パルスが所定時間以下の間隔で継続して入力さ
れている期間に駆動パルスがＯＮとなると、第１および
第２のスイッチ手段が導通状態となり、電源→第１のス
イッチ手段→誘導性負荷→第２のスイッチ手段→接地と
いう経路を電流が流れる。また、この期間に駆動パルス
がＯＦＦとなると、第２のスイッチ手段が遮断状態とな
り、電源→第１のスイッチ手段→誘導性負荷→第１のダ
イオード→電源という経路を電流が流れる。この駆動パ
ルスが所定時間以下の間隔で継続して入力されなくなる
と、第１のスイッチ手段は遮断状態となり、この結果、
接地→第２のダイオード→誘導性負荷→第１のダイオー
ド→電源という経路を電流が流れる。この電流は、電源
から接地へ向かう方向と逆方向に流れるものであるの
で、急速に減衰し、電流値が０となる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
について説明する。図１はこの発明の一実施例による誘
導性負荷の駆動回路の構成を示す回路図である。この図
において、パルス幅変調された駆動信号ＰＷＭは、抵抗
Ｒ9を介してＮＰＮトランジスタＴＲ2のベースに供給さ
れると共に、抵抗Ｒ1およびコンデンサＣ1により構成さ
れるローパスフィルタＬＰＦに入力される。そして、抵
抗Ｒ1およびコンデンサＣ1から得られるローパスフィル
タＬＰＦの出力信号は、コンパレータ２の非反転入力端
に入力される。また、電源電圧Ｖ1の電源と接地との間
には抵抗Ｒ2およびＲ3が介挿されており、抵抗Ｒ2およ
びＲ3の接続点の電圧がしきい値レベルとしてコンパレ
ータ２の反転入力端に入力されている。そして、ローパ
スフィルタＬＰＦからの入力信号がこのしきい値レベル
を超えるとコンパレータ２の出力信号がハイレベルとな
る。これらローパスフィルタＬＰＦおよびコンパレータ
２により、駆動信号ＰＷＭが所定時間以下の間隔で継続
して入力されているか否かが判定され、所定時間以下の
間隔で継続して入力されている場合にコンパレータ２の
出力信号がハイレベルとなる。そして、コンパレータ２
の出力信号は、抵抗Ｒ5を介してＮＰＮトランジスタＴ
Ｒ3のベースに供給される。また、コンパレータ２の出
力端と電源端子（電源電圧Ｖ1）との間には抵抗Ｒ4が介
挿されている。

【０００９】一方、ソレノイド１の一端は、ＰＮＰトラ
ンジスタＴＲ1のコレクタに接続されており、他端はＮ
ＰＮトランジスタＴＲ2のコレクタに接続されている。
ここで、ＰＮＰトランジスタＴＲ1のエミッタには電源
電圧Ｖ0が印加され、ＮＰＮトランジスタＴＲ2のエミッ
タは接地されており、電源→ＰＮＰトランジスタＴＲ1
→ソレノイド１→ＮＰＮトランジスタＴＲ2→接地とい
う経路で電流が流れるようになっている。また、ソレノ
イド１の一端はダイオードＤ2のカソードにも接続され
ており、他端はダイオードＤ1のアノードにも接続され
ている。そして、ダイオードＤ2のアノードは接地され
ており、ダイオードＤ1のカソードは電源端子（電源電
圧Ｖ0）に接続されている。そのため、ダイオードＤ2→
ソレノイド１→ダイオードＤ1→電源という経路で回生
電流が流れるようになっている。さらに、電源端子（電
源電圧Ｖ0）とＮＰＮトランジスタＴＲ3のコレクタとの
間には、抵抗Ｒ6および抵抗Ｒ7が介挿されており、ＮＰ
ＮトランジスタＴＲ3のエミッタは接地されている。ま
た、抵抗Ｒ6およびＲ7の接続点の電圧が抵抗Ｒ8を介し
てＰＮＰトランジスタＴＲ1のベースに印加されてお
り、ＮＰＮトランジスタＴＲ3がＯＮ状態となると、Ｐ
ＮＰトランジスタＴＲ1がＯＮ状態となる。

【００１０】このような構成によれば、駆動信号ＰＷＭ
はローパスフィルタＬＰＦによってＤＣ波形に変換され
て、コンパレータ２の非反転入力端に入力される。ここ
で、駆動信号ＰＷＭのデューティ比が一定の値（例えば
約３％等の低い値）を超えており、かつ、駆動信号ＰＷ
Ｍが継続して入力されている期間、コンパレータ２への
入力信号が一定のしきい値を超え、コンパレータ２の出
力信号がハイレベルとなる。この結果、ＮＰＮトランジ
スタＴＲ3およびＰＮＰトランジスタＴＲ1がＯＮ状態と
なる。この間、駆動信号ＰＷＭがハイレベルの時は、駆
動信号ＰＷＭが抵抗Ｒ9を介してＮＰＮトランジスタＴ
Ｒ2のベースに印加されＮＰＮトランジスタＴＲ2がＯＮ
状態となり、その結果、電源→ＰＮＰトランジスタＴＲ
1→ソレノイド１→ＮＰＮトランジスタＴＲ2→接地とい
う経路で電流Ｉ2が流れる。また、駆動信号ＰＷＭがロ
ーレベルになると、ＮＰＮトランジスタＴＲ2がＯＦＦ
状態となり、電源→ＰＮＰトランジスタＴＲ1→ソレノ
イド１→ダイオードＤ1という経路でキックバック電流
Ｉ1が流れる。

【００１１】一方、駆動信号ＰＷＭの供給が途絶える
と、コンパレータ２の出力信号がローレベルとなる。こ
の場合、ＮＰＮトランジスタＴＲ3およびＰＮＰトラン
ジスタＴＲ1がＯＦＦ状態となる。その結果、それまで
にソレノイド１を流れていた電流は、ダイオードＤ2→
ソレノイド１→ダイオードＤ1という経路を介して回生
電流Ｉ3として電源へと戻される。

【００１２】以下、この動作について、図２および図３
を参照し詳述する。まず、図３に示すように、ある時刻
ｔ＝０において、ＰＮＰトランジスタＴＲ1がＯＦＦ状
態になったとすると、その瞬間、図２（ａ）に示すよう
に接地側から電源側へと向う電流−Ｖ0／ＲL（ただし、
ＲLはソレノイド１の内部抵抗）がソレノイド１に流れ
る。

【００１３】そして、図３に太実線Ｃによって示すよう
に、ソレノイド１に流れる電流は時定数τ＝Ｌ／ＲLの
指数曲線に従って増加し、駆動回路の状態は、図２
（ｂ）に示す安定状態、すなわち、電源側から接地側へ
電流Ｖ0／ＲLが流れる状態に向って徐々に移行する。

【００１４】しかし、ダイオードＤ1およびＤ2が介在し
ているため、ソレノイド１に流れる電流は正とならず、
電流が０となることを以て過渡状態が終了する。ここ
で、ＰＮＰトランジスタＴＲ1がＯＦＦ状態になってか
らソレノイド１に流れる電流が０となるまでの時間は約
０．６９３τとなり、極めて短時間でソレノイド１の電
流が遮断される。

【００１５】図３における曲線Ｄは、従来の電圧制御型
駆動回路の場合におけるソレノイド１に流れる電流の変
化を比較のため図示したものである。この場合、ソレノ
イド１に流れる電流は、電流値０に向って指数関数的に
減少するので、無限時間経過後においても完全に０とは
ならない。また、本実施例においては、上述の通り、Ｐ
ＮＰトランジスタＴＲ1の遮断時間ｔ＝０から約０．６
９３τ秒経過後にソレノイド１の電流が遮断される。こ
れに対し、従来の電圧制御型駆動回路においては、上記
時刻ｔ＝０．６９３τよりも後の時刻ｔ＝τにおいて
も、依然として電流０．３７Ｖ0／ＲLがソレノイド１に
流れる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、誘導性負荷の一端および電源間に介挿された第１の
スイッチ手段と、前記誘導性負荷の他端および接地線間
に介挿された第２のスイッチ手段と、前記誘導性負荷の
他端から前記電源に向う電流を通過させる第１のダイオ
ードと、前記接地線から前記誘導性負荷の一端へと向う
電流を通過させる第２のダイオードと、パルス幅変調さ
れた駆動パルスが入力され、該駆動パルスに従って前記
第１または第２のスイッチ手段の一方を導通状態とする
と共に該駆動パルスが所定時間以下の間隔で継続して入
力されている場合のみ前記第１または第２のスイッチ手
段の他方を導通状態とするスイッチ切換手段とを備えた
ので、誘導性負荷に流れる電流を高速に減衰させること
により、誘導性負荷によって駆動される被駆動体の戻り
を迅速に行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例による誘導性負荷の駆動
回路の構成を示す回路図である。

【図２】 同実施例においてソレノイド１の電流が遮断
される過程の等価回路を示す回路図である。

【図３】 同実施例においてソレノイド１の電流が遮断
される過程を示す波形図である。

【図４】 従来の電圧制御型駆動回路の構成を示す回路
図である。

【符号の説明】

１……ソレノイド、Ｄ1，Ｄ2……ダイオード、ＴＲ1…
…ＰＮＰトランジスタ、 ＴＲ2，ＴＲ3……ＮＰＮトラ
ンジスタ、２……コンパレータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘導性負荷の一端および電源間に介挿さ
   れた第１のスイッチ手段と、 前記誘導性負荷の他端および接地線間に介挿された第２
   のスイッチ手段と、 前記誘導性負荷の他端から前記電源に向う電流を通過さ
   せる第１のダイオードと、 前記接地線から前記誘導性負荷の一端へと向う電流を通
   過させる第２のダイオードと、 パルス幅変調された駆動パルスが入力され、該駆動パル
   スに従って前記第１または第２のスイッチ手段の一方を
   導通状態とすると共に該駆動パルスが所定時間以下の間
   隔で継続して入力されている場合のみ前記第１または第
   ２のスイッチ手段の他方を導通状態とするスイッチ切換
   手段とを具備することを特徴とする誘導性負荷の駆動回
   路。