JPH10136564A

JPH10136564A - サージ吸収回路

Info

Publication number: JPH10136564A
Application number: JP8287897A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Hata; 尚廣秦
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】サージ吸収素子としてのツェナーダイオード
のツェナー電圧を下げることができ、電力容量の小さい
ツェナーダイオードを使用できるサージ吸収回路を提供
する。【解決手段】サージ吸収回路はバッテリー４、アクチ
ュェータ駆動用のソレノイドバルブ２、ソレノイド駆動
用のＦＥＴ１、サージ吸収素子としてのツェナーダイオ
ード３、電流逆流防止用としてのダイオード５などから
構成される。ＦＥＴ１がオンからオフになったときに
は、ソレノイドバルブ２に蓄えられていたエネルギーが
ツェナーダイオード３とダイオード５を経てソレノイド
バルブ２の他端に転流する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サージ吸収回路に
関し、特に、誘導負荷（インダクタンス負荷）の駆動回
路において負荷駆動素子をサージから保護するためのサ
ージ吸収回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サージ吸収回路は、誘導負荷の駆動回路
において、負荷の駆動素子であるスイッチング素子をサ
ージから保護するために広く使用され、例えば、車両の
ブレーキ液圧制御装置の電子制御ユニットにおけるアク
チュエータ駆動用のソレノイドバルブの駆動回路におい
て使用されている。このようなソレノイドバルブの駆動
回路の一例を図５に示した。

【０００３】すなわち、図５に示したサージ吸収回路
（従来例１）では、誘導負荷であるソレノイドバルブ５
２にスイッチング素子であるＦＥＴ５１とサージ吸収素
子としてのツェナーダイオード５３を並列に接続してい
る。ここで、ＦＥＴ５１を保護するためのクランプ電圧
は、ツェナーダイオード５３のツェナー電圧ＶZDと同じ
である。また、このクランプ電圧は、ＦＥＴ５１におけ
るドレインＤとソースＳの間の耐電圧より小さくなるよ
うに設定される。これにより、ＦＥＴ５１をオンからオ
フにした場合に発生する、ソレノイドバルブ５２のイン
ダクタンスからのバックサージのエネルギーがツェナー
ダイオード５３側に流れて吸収される結果、バックサー
ジからＦＥＴ５１が保護される。なお、この場合、ソレ
ノイドバルブ５２からのバックサージのエネルギーはツ
ェナーダイオード５３においてほとんど全てが熱に変換
される。

【０００４】より詳しくは、ＦＥＴ５１がオン状態で
は、図５において破線で示したように、バッテリー５４
からソレノイドバルブ５２を経てＦＥＴ５１に電流が流
れる。一方、ＦＥＴ５１がオンからオフになったときに
は、ソレノイドバルブ５２に蓄えられていたエネルギー
がバックサージとなって実線で示したように、ツェナー
ダイオード５３を介してバッテリー５４に流れる。

【０００５】なお、図６に、ＦＥＴ５１がオン状態の
時、並びにオンからオフになる時のＦＥＴ５１のドレイ
ン−ソース間の電圧Ｖｄｓ、ＦＥＴ５１のドレイン電流
ｉｄ、ツェナーダイオード５３の電流ｉZD、並びにツェ
ナーダイオード５３の消費電力をそれぞれ示した。同図
から、ＦＥＴ５１がオンからオフになった直後には、ソ
レノイドバルブ５２からのバックサージのエネルギーに
よって電圧Ｖｄｓは上昇する。そして、このエネルギー
はツェナーダイオード５３を介して放電され、電圧Ｖｄ
ｓはバッテリー５４の電圧ＶB まで漸次減少する。

【０００６】一方、上記のようなバックサージを、フラ
イホイールダイオードを介してエネルギー転流すること
で、同様にスイッチング素子を保護するようにした構成
（従来例２）も知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１のようにバックサージをツェナーダイオードのクラン
プ電圧で電圧クランプして熱に変換する構成の場合、ツ
ェナーダイオードのツェナー電圧をクランプ電圧と同じ
にしなければならない。このため、ツェナーダイオード
として電力容量の大きなものが必要となり、ツェナーダ
イオードの発熱量が大きいという欠点がある。特に、近
年、車両のブレーキ液圧制御装置やその制御ユニットな
どをエンジンルーム内に収納するようになっている。そ
して、この場合には、熱的環境が更に厳しくなることか
ら、ツェナーダイオードの放熱性向上のための放熱構造
が別途必要になるという問題がある。

【０００８】また、従来例２の場合、ダイオードからの
発熱は、電力容量の大きなツェナーダイオードを用いた
従来例１の場合よりも抑えられるが、負荷エネルギーに
より電流が転流している間に負荷にも電流が流れること
になる。このため、負荷駆動性（応答性）が悪いという
問題があった。つまり、ソレノイドバルブをオフしたい
場合でもすぐにオフにすることが困難であり、このた
め、ブレーキ液圧制御装置の電子制御ユニットにおける
作動応答性が低下するという不都合があった。

【０００９】本発明は、サージ吸収素子としてのツェナ
ーダイオードのツェナー電圧を下げることができて、ツ
ェナーダイオードとして電力容量の小さいものを用いる
ことが可能なサージ吸収回路を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のサージ吸収回路
は、スイッチング素子により誘導負荷を駆動するシステ
ムにおいて前記誘導負荷によるバックサージを前記スイ
ッチング素子の耐電圧より低い所定のクランプ電圧でク
ランプすることによって前記スイッチング素子を保護す
るサージ吸収回路において、ツェナーダイオードと逆流
防止用ダイオードとを直列に接続してなるクランプ部
を、前記誘導負荷と前記スイッチング素子の間と、前記
システムの正電位との間に接続したことを特徴とする。

【００１１】より具体的には、ツェナーダイオードのツ
ェナー電圧は、クランプ電圧から正電位電圧を減じた値
に設定される。また、正電位は、例えば車両のバッテリ
ーの正電位である。さらに、誘導負荷は、具体的には例
えば、車両のブレーキ液圧制御装置の電子制御ユニット
におけるアクチュエータ駆動用のソレノイドバルブであ
る。

【００１２】本発明においては、上記のようにツェナー
ダイオードと逆流防止用ダイオードの直列接続回路を、
誘導負荷とスイッチング素子の間と、システムの正電位
との間に接続する構成としたので、ツェナーダイオード
におけるツェナー電圧をシステムの正電位の電圧分だけ
低く設定できる。このため、負荷駆動性（応答性）を悪
化させることなく、ツェナーダイオードにおける発熱量
を小さくすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態のサー
ジ吸収回路を説明する。なお、以下の説明では、本発明
を、車両のブレーキ液圧制御装置の電子制御ユニットに
おけるアクチュエータ駆動用のソレノイドバルブの駆動
回路において、ソレノイドバルブの駆動素子をサージか
ら保護するためのサージ回路に適用した例を説明する
が、これに限定されることはなく、本発明のサージ吸収
回路は、誘導負荷を駆動するシステムにおいて負荷駆動
部をサージから保護するために一般的に使用できること
は言うまでもない。

【００１４】まず、図１、図２により、ブレーキ配管の
レイアウトがＸ系統に構成される車両に適用されたブレ
ーキ液圧制御装置およびその電子制御ユニットについて
説明する。まず、図１を参照して、ブレーキペダル１０
に加えられたブレーキ操作力は、負圧式倍力装置１１に
より倍加されてマスタシリンダ１２に加えられる。マス
タシリンダ１２は２つの圧力室を有しており、左前車輪
ブレーキ１３および右後車輪ブレーキ１４はアクチュエ
ータ１５を介してマスタシリンダ１２の一方の圧力室に
接続され、また、右前車輪ブレーキ１６および左後車輪
ブレーキ１７はアクチュエータ１８を介してマスタシリ
ンダの２つの他方の圧力室に接続される。

【００１５】アクチュエータ１５は、常開型の電磁遮断
弁１９、常開型の電磁遮断弁２０、逆止弁２１および２
２、常閉型の電磁遮断弁２４、常閉型の電磁遮断弁２
５、並びに電動機駆動の容積型ポンプとしてのプランジ
ャ型ポンプ２８から構成されている。また、アクチュエ
ータ１８は、常開型の電磁遮断弁２９、常開型の電磁遮
断弁３０、逆止弁３１および３２、常閉型の電磁遮断弁
３４、常閉型の電磁遮断弁３５、並びに常閉型の電磁遮
断弁３５、電動機駆動のプランジャ型ポンプ３８から構
成されている。

【００１６】なお、電動機３９によりプランジャ型ポン
プ２８、３８はそれぞれ駆動される。また、電磁遮断弁
１９、２０、２４、２５、２９、３０、３４、３５は液
圧制御弁を構成する。さらに、図１において２３と３３
は低圧リザーバであり、２６と３６はダンパ室、２７と
３７はオリフィスである。

【００１７】図１において、電磁遮断弁１９、２０、２
４、２５、２９、３０、３４、３５並びに電動機３９
は、それぞれ図２に示す電子制御ユニット１１０によ
り、車両の制動中における車輪の挙動に応じて車輪のロ
ックを回避するように電気的に操作される。このような
ロックの回避操作の一例を以下に説明する。

【００１８】電子制御ユニット１１０は、各車輪に装備
された回転センサーからの信号により各車輪の挙動を検
出し、各車輪ブレーキのブレーキ液圧の減圧や増圧の必
要性を判定し、電磁遮断弁１９、２０、２４、２５、２
９、３０、３４、３５および電動機３９を操作する。な
お、運転者がブレーキ操作を行わない車両の走行中は、
図１のように、電磁遮断弁１９、２０、２４、２５、２
９、３０、３４、３５は作動されず、電動機３９も作動
していない。

【００１９】ここで、車両走行中において運転者がブレ
ーキペダル１０にブレーキ操作力を加えた場合、マスタ
シリンダ１２の一方の圧力室から左前車輪ブレーキ１３
と右後車輪ブレーキ１４に、また他方の圧力室から左前
車輪ブレーキ１６と左後車輪ブレーキ１７にそれぞれブ
レーキ液が圧送される。この結果、これら車輪ブレーキ
１３、１４、１６および１７のブレーキ液圧がブレーキ
操作力に対応した液圧に増圧し、各車輪にブレーキ操作
力に応じた制動力が加えられる。

【００２０】一方、車両の制動中において、例えば右後
車輪がロック傾向になった場合、電子制御ユニット１１
０は、右後車輪ブレーキ１４のブレーキ液圧の減圧を必
要と判定し、電磁遮断弁２１、２５および電動機３９を
作動させる。これにより、右後車輪ブレーキ１４がマス
タシリンダ１２の一方圧力室から遮断されるとともに低
圧リザーバ２３に接続され、右後車輪ブレーキ１４のブ
レーキ液が低圧リサーバ２３へ流出して、この車輪ブレ
ーキ１４のブレーキ液圧が急減圧される。

【００２１】また、低圧リザーバ２３に流入したブレー
キ液は、プランジャ型ポンプ２８によりダンパ室２６と
オリフィス２７を通してマスタシリンダ１２側へ戻され
る、その際、プランジャ型ポンプ２８の吐出脈動はダン
パ室２６とオリフィス２７とで減衰される。そして、電
子制御ユニット１１０は、電磁遮断弁２０を作動させ続
けると同時に電磁遮断弁２５の作動解除および作動を所
定周期で繰り返す。これにより、左後車輪ブレーキ１４
のブレーキ液がパルス状に低圧リザーバ２３に流出し、
同車輪ブレーキ１４のブレーキ液圧が階段状に緩やかに
減圧される。

【００２２】また、電子制御ユニット１１０が右後車輪
のロック傾向が解消したと判定した場合、電磁遮断弁２
０、２５の作動が解除される。すると、右後車輪ブレー
キ１４から低圧リザーバ２３へのブレーキ液の流出が止
まり、マスタシリンダ１２側のブレーキ液が電磁遮断弁
２０を通して右後車輪ブレーキ１４へ圧送されるため、
右後車輪ブレーキ１４のブレーキ液圧が急増圧される。

【００２３】さらに、図２において、車両への取り付け
用ゴムマウント１０１を有する本体１０２は、マスタシ
リンダ１２から車輪ブレーキ１３、１４、１６および１
７に至る液圧経路を形成している。この本体１０２の上
部には、図１の点Ａ〜Ｆで示す箇所に該当する６個のポ
ートが配置されている。本体１０２の右側面には電動機
３９が水密に接合され、本体１０２の内部にはプランジ
ャ型ポンプ２８、３８が組み込まれている。また、本体
１０２の中央のプラグ１０３は、本体１０２内にダンパ
室２６を形成するためのものである。

【００２４】カバー１０６の内部に配置された電子制御
ユニット１１０は、アルミニウム合金製の板部材１１０
Ａの片面にＦＰＣ（フレキシブル・プリント・サーキッ
ト・ボード）１１０Ｂを接着してなる基板のＦＰＣ上に
多数の電子部品１１０Ｃを組付けて構成される。この基
板の板１１０Ａは、ＦＰＣ１１０Ｂを接着した面とは反
対側の面で伝熱板１１１に熱的に接触されている。ま
た、枠体１０６Ａには、電子制御ユニット１１０と電動
機３９とバッテリーとの間を電気的に接続するための４
個の導電体がインサート形成されている。なお、図２の
１２１は、カバー１０６の内部空間を呼吸可能とするた
めに本体１０２に形成された呼吸穴を示す。以上説明し
たブレーキ液圧制御装置たる本体１０２，電子制御ユニ
ット１１０は、ゴムマウント１０１を介して車両のエン
ジンルームに取り付けられる。

【００２５】図３に、実施の形態のサージ吸収回路の回
路構成を示した。このサージ吸収回路は、車両のバッテ
リー４、誘導負荷としてのアクチュェータ駆動用のソレ
ノイドバルブ２、ソレノイド駆動用のＦＥＴ１、サージ
吸収素子としてのツェナーダイオード３、並びに電流逆
流防止用としてのダイオード５、などから構成される。
なお、ＦＥＴ１としては、例えばパワーＭＯＳＦＥＴが
使用される。

【００２６】より詳しくは、ソレノイドバルブ２の一端
はバッテリー４の（＋）側に接続されており、ソレノイ
ドバルブ２の他端はＦＥＴ１のドレインに接続されてい
る。また、ＦＥＴ１のドレインにはツェナーダイオード
３のカソードが接続されている。さらに、ツェナーダイ
オード３のアノードはダイオード５のアノード電極に接
続されている。そして、ダイオード５のカソードはバッ
テリー４の（＋）側に接続されている。

【００２７】以上の構成である実施の形態のサージ吸収
回路の動作は次の通りである。ＦＥＴ１がオン状態で
は、図３において破線で示したように、バッテリー４か
らソレノイドバルブ２を経てＦＥＴ１に電流が流れる。
また、ＦＥＴ１がオンからオフになったときには、ソレ
ノイドバルブ２に蓄えられていたエネルギーがバックサ
ージとなって実線で示したように、ツェナーダイオード
３とダイオード５を経てバッテリー４に流れる。

【００２８】即ち、ＦＥＴ１がオンのときには、ソレノ
イドバルブ２には１／２・Ｌ・ｉ²（Ｌはソレノイドバ
ルブ２のインダクタンス、ｉはＦＥＴ１がオンのときに
ソレノイドバルブ２に流れる電流値）のエネルギーが蓄
えられていることになる。そして、ＦＥＴ１をオンから
オフに切り換え、ソレノイドをオフ状態としたときに
は、上記のエネルギーによりソレノイドバルブ２のイン
ダクタンスが電流を流し続けようとする結果、バックサ
ージが発生し、このバックサージによる電流（サージ電
流）は、実線で示すようにツェナーダイオード３とダイ
オード５を介してソレノイドバルブ２に流れ、ソレノイ
ドバルブ２のリアクタンスにより消費される。

【００２９】なお、バッテリー４は、上記のようなサー
ジ電流を流しても電位変動が起きにくい、低インピーダ
ンスのものであり、本発明においてはこのような電位が
安定なものを使用し、その正電位にツェナーダイオード
と逆流防止用ダイオードの直列接続回路を接続する。

【００３０】そして、上記のようにＦＥＴ１がオンから
オフとなり、ソレノイドバルブ２がオンからオフになっ
た時には、ＦＥＴ１のドレイン−ソース間の電圧Ｖｄ
ｓ、ＦＥＴ１のドレイン電流ｉｄ、ツェナーダイオード
３の電流ｉZD、並びにツェナーダイオード３の消費電力
は図４に示したような遷移を示す。また、バックサージ
によるツェナーダイオード３における電力損失（△ｔ区
間での発熱量に相当）は、ＰＺＤ（△ｔ）＝∫ＰＺＤｄ
ｔ＝∫Ａ×Ｂｄｔとなる。なお、図５の従来例の場合
は、図６に示したように、ツェナーダイオードにおける
電力損失は、ＰＺ′Ｄ（△ｔ）＝∫ＰＺ′Ｄｄｔ＝∫
Ａ′×Ｂ′ｄｔとなる。

【００３１】よって、サージ吸収時におけるＦＥＴ１の
ドレイン−ソース間のクランプ電圧が同じである場合、
図３の本実施の形態の場合は、ツェナーダイオード３の
ツェナー電圧ＶZDは（ＶA −ＶB ）に、つまり、バッテ
リー４の電圧ＶB 分だけ差し引いた値に設定すれば良
い。例えば、ＶA ＝３３Ｖ、ＶB ＝１４Ｖとすれば、本
実施の形態ではツェナーダイオードのツェナー電圧ＶZD
は（３３Ｖ−１４Ｖ）＝１９Ｖとすれば良いのに対し、
従来例ではツェナー電圧ＶZDは３３Ｖとなる。

【００３２】また、サージ吸収時においてツェナーダイ
オード３に流れる電流ｉZDは本実施の形態と従来例にお
いて同じである。このため、本実施の形態のツェナーダ
イオード３における消費電力ＰZD（Δｔ）は、従来例に
よるＰ′ZD（Δｔ）よりもずっと小さくなり、その分、
発熱量が小さくなる。

【００３３】

【発明の効果】本発明のサージ吸収回路によれば、誘導
負荷からのバックサージをクランプする際において、サ
ージ吸収素子であるツェナーダイオードのツェナー電圧
を正電位の分だけ低く設定することができるので、ツェ
ナーダイオードにおける電力消費が小さくなり、発熱量
を少なくできる。

【００３４】このため、ツェナーダイオードとして電力
容量の小さいものが使用できるようになる。また、ツェ
ナーダイオードからの必要放熱量を小さく抑えることが
でき、特別な放熱構造が必要でないので、電子制御ユニ
ットなどをエンジンルーム内に容易に搭載できるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のサージ吸収回路が適用さ
れるブレーキ液圧制御システムの概略の説明図である。

【図２】図１のシステムの電子制御ユニットの全体の構
成を示した説明図である。

【図３】図２の電子制御ユニットにおいてアクチュエー
タ駆動機構に適用されるサージ吸収回路の回路図であ
る。

【図４】図３のサージ吸収回路における動作の説明図で
ある。

【図５】従来のサージ吸収回路の説明図である。

【図６】図５のサージ吸収回路における動作の説明図で
ある。

【符号の説明】

１、５１ＦＥＴ２、５ソレノイドバルブ３、５３ツェナーダイオード４、５４バッテリー５ダイオード

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０３Ｋ 17/16 Ｈ０３Ｋ 17/16 Ｆ 19/003 19/003 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチング素子により誘導負荷を駆動
するシステムにおいて前記誘導負荷によるバックサージ
を前記スイッチング素子の耐電圧より低い所定のクラン
プ電圧でクランプすることによって前記スイッチング素
子を保護するサージ吸収回路において、ツェナーダイオードと逆流防止用ダイオードとを直列に
接続してなるクランプ部を、前記誘導負荷と前記スイッ
チング素子の間と、前記システムの正電位との間に接続
したことを特徴とするサージ吸収回路。
【請求項２】前記ツェナーダイオードのツェナー電圧
を、前記クランプ電圧から前記正電位電圧を減じた値に
設定することを特徴とする請求項１記載のサージ吸収回
路。
【請求項３】前記正電位が車両のバッテリーの正電位
であることを特徴とする請求項１または２記載のサージ
吸収回路。
【請求項４】前記誘導負荷が車両のブレーキ液圧制御
装置の電子制御ユニットにおけるアクチュエータ駆動用
のソレノイドバルブであることを特徴とする請求項１、
２または３記載のサージ吸収回路。