JPH1155937A

JPH1155937A - 誘導性負荷の駆動回路

Info

Publication number: JPH1155937A
Application number: JP20473797A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kawabata; 浩之川端; Shinichi Maeda; 真一前田; Hatsuo Okada; 初男岡田; Eiji Kato; 栄次加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 1999-02-26
Anticipated expiration: 2017-07-30
Also published as: JP3632385B2

Abstract

(57)【要約】【課題】誘導性負荷の駆動回路において、駆動回路の
応答性を確保し、且つラジオノイズの発生を抑制する。【解決手段】誘導性負荷７の通電経路をＮＰＮトラン
ジスタ３を介して導通・遮断する駆動回路１において、
トランジスタ３のベースＢ１−コレクタＣ１間に、ベー
スＢ１側をアノードとして直列に接続された２つのツェ
ナーダイオード９，１１を設け、更に一方のツェナーダ
イオード１１には、コンデンサ１３を並列接続する。こ
の回路では、トランジスタ３をオフして、誘導性負荷７
の通電を遮断すると、誘導性負荷７に逆起電力が発生す
るが、この逆起電力により、コレクタ電圧Ｖｃが、ツェ
ナーダイオード９の降伏電圧まで急峻に立ち上がり、そ
の後、両ダイオード９，１１の降伏電圧の和に対応した
クランプ電圧まで除々に変化する。この結果、コレクタ
電流Ｉｃの急峻な変化を抑制してラジオノイズを低減で
きると共に、駆動回路の応答性を確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源から電源
供給を受けて誘導性負荷を駆動する誘導性負荷の駆動回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、電磁弁等の誘導性負荷を駆動する駆動回路には、通
常、直流電源から誘導性負荷への電源供給系路を導通・
遮断するスイッチング素子とは別に、誘導性負荷への通
電を遮断した際に誘導性負荷に発生する逆起電力からス
イッチング素子を保護するために、誘導性負荷からスイ
ッチング素子に加わる電圧を、スイッチング素子の耐圧
よりも小さい所定のクランプ電圧以下にクランプするク
ランプ回路が設けられている。

【０００３】また、このクランプ回路としては、スイッ
チング素子と誘導性負荷との接続点と、グランド（又は
電源）ラインとの間に、パワーツェナーダイオード或い
はコンデンサと抵抗との並列回路からなるＣＲ回路を設
け、上記逆起電力が発生した際には、パワーツェナーダ
イオード或いはＣＲ回路に電流を流し、誘導性負荷から
スイッチング素子に加わる高電圧を所定のクランプ電圧
以下にクランプするよう構成されたものや、スイッチン
グ素子と誘導性負荷との接続点と、スイッチング素子の
制御入力端子（スイッチング素子がバイポーラトランジ
スタであればベース，ＦＥＴであればゲート）との間に
ツェナーダイオードを設け、上記逆起電力が発生した際
には、ツェナーダイオードによりその両端の電圧を所定
のクランプ電圧にクランプすると同時に、ツェナーダイ
オードに流れる電流によりスイッチング素子を動作さ
せ、誘導性負荷に蓄積されたエネルギをスイッチング素
子を介して放出するように構成したもの、等が知られて
いる。

【０００４】そして、このうち、ツェナーダイオードと
スイッチング素子とを利用する後者のクランプ回路は、
電圧クランプ時にスイッチング素子を介して電流を流す
ため、クランプ回路として使用するツェナーダイオード
の電流容量を小さくでき、比較的安価に実現できる。

【０００５】ところで、この種のクランプ回路を備えた
駆動回路では、クランプ電圧を大きく設定すれば、逆起
電力発生後にスイッチング素子に流れる電流を速やかに
減衰させることができ、誘導性負荷駆動時の応答性を向
上できるものの、急峻な電流変化によってラジオノイズ
が発生するといった問題があった。

【０００６】以下、この問題について、具体的回路を用
いて説明する。まず、図３は、従来の駆動回路１００の
一例を表す。図３に示すように、この駆動回路１００
は、スイッチング素子としてＮＰＮ型のバイポーラトラ
ンジスタ（以下、単にトランジスタという）３を備え、
トランジスタ３の制御入力端子であるベースＢ１に駆動
信号発生回路５を接続し、トランジスタ３のコレクタＣ
１に誘導性負荷７を接続し、トランジスタ３のエミッタ
Ｅ１をグランドラインに接地し、更に、誘導性負荷７の
トランジスタ３とは反対側に正の電源電圧＋Ｂが印加さ
れた電源ラインを接続することにより、駆動信号発生回
路５からHighレベルの駆動信号を出力した際に、トラン
ジスタ３がオンして、誘導性負荷７に電流が流れるよう
に構成されている。そして、トランジスタ３のベースＢ
１−コレクタＣ１間には、ベースＢ１側をアノードとし
てツェナーダイオード１０１が設けられている。

【０００７】このように構成された駆動回路１００にお
いては、図４（ａ）に示すように、トランジスタ３がオ
ン状態で、誘導性負荷７が通電されているときに、駆動
信号発生回路５からの駆動信号の出力が停止（出力オー
プン）されると、トランジスタ３がオフして誘導性負荷
７への通電が遮断され、誘導性負荷７に逆起電力が発生
するため、トランジスタ３との接続点の電圧（コレクタ
電圧Ｖｃ）は急峻に立上がる。しかし、トランジスタ３
のコレクタＣ１−ベースＢ１間には、ツェナーダイオー
ド１０１が設けられているため、コレクタ電圧Ｖｃは、
ツェナーダイオード１０１の降伏電圧でクランプされ
る。従って、トランジスタ３の耐圧が１００Ｖであると
き、ツェナーダイオード１０１の降伏電圧を７０Ｖとい
うように、ツェナーダイオード１０１の降伏電圧をトラ
ンジスタ３の耐圧よりも低い電圧値に設定しておけば、
誘導性負荷７の通電遮断時に発生した逆起電力からトラ
ンジスタ３を保護することができる。

【０００８】また、このようにツェナーダイオード１０
１によりコレクタ電圧Ｖｃがクランプされると、誘導性
負荷７からツェナーダイオード１０１を介してトランジ
スタ３のベースＢ１に電流が流れ込むことから、トラン
ジスタ３には、そのベース電流に応じたコレクタ電流Ｉ
ｃが流れ、誘導性負荷７に蓄積されたエネルギは速やか
に放出される。そして、このエネルギの放出により、コ
レクタ電圧Ｖｃがクランプ電圧よりも低くなると、ツェ
ナーダイオード１０１（延いてはトランジスタ３のベー
ス）には電流が流れなくなり、誘導性負荷７側から流れ
込むコレクタ電流Ｉｃも遮断される。

【０００９】ところで、このような駆動回路１０１で
は、クランプ電圧（つまりツェナーダイオード１０１の
降伏電圧）を低く設定すると、誘導性負荷７からトラン
ジスタ３に流れる電流変化が穏やかになり、また、誘導
性負荷７に蓄積されたエネルギを誘導性負荷の動作（例
えば電磁弁の開閉）に影響を受けない領域にまで充分放
出できているにもわらず、トランジスタ３に電流が流れ
続けてしまうことから、トランジスタ３が完全にオフす
るのに時間がかかるといった問題がある。

【００１０】このため、この種の駆動回路１０１（特
に、ディーゼル機関に燃料を噴射供給する燃料噴射ポン
プのスピル弁（電磁弁）等、高応答性が要求される誘導
性負荷の駆動回路）では、クランプ電圧を、トランジス
タ３の耐圧よりも低い電圧範囲内で、できるだけ大きな
電圧値に設定することにより、誘導性負荷７の通電遮断
後にトランジスタ３に流れる電流をより短時間で減衰さ
せて、トランジスタ３が完全に動作を停止するまでの時
間を短くし、駆動回路の応答性を確保するようにしてい
る。

【００１１】しかし、このように駆動回路の応答性を向
上するために、クランプ電圧を高く設定すると、誘導性
負荷に発生した逆起電力がクランプ電圧に達した直後
に、コレクタ電流Ｉｃが減少方向に急変することから、
その電流変化によって、高周波のラジオノイズが発生す
るといった問題があった。そして、ラジオノイズが発生
すると、周囲の電子装置の動作に影響を与えることか
ら、例えば、燃料噴射ポンプのスピル弁を駆動する駆動
回路のように、各種電子装置を搭載した自動車用の駆動
回路として使用するような場合には、このラジオノイズ
が他の電子装置に影響を与えることのないよう、駆動回
路をシールドする等、他の対策が必要となる。

【００１２】一方、駆動回路の応答性を確保しつつラジ
オノイズを低減する技術として、図３に点線で示すよう
に、電圧クランプ用のツェナーダイオード１０１に対し
て並列にコンデンサ１０３を設け、誘導性負荷７の通電
遮断により逆起電力が発生した場合には、その逆起電力
にてコンデンサ１０３をツェナーダイオード１０１の降
伏電圧まで充電させることで、誘導性負荷７の通電を遮
断した直後のコレクタ電流Ｉｃの急峻な変化を抑えるこ
とが考えられる。

【００１３】しかし、このような対策では、ラジオノイ
ズを低減することはできるものの、図４（ｂ）に示すよ
うに、誘導性負荷７の通電遮断後、コレクタ電流Ｉｃが
減衰し始めるまでに遅れ時間が発生するため、高応答性
を要求される誘導性負荷の駆動回路としては、良好な駆
動特性が得られないといった問題があった。

【００１４】また、この回路では、コンデンサ１０３を
トランジスタのコレクタＣ１−ベースＢ１間に直接接続
することになるので、トランジスタ３とコンデンサ１０
３との組み合わせによっては、発振する可能性もあっ
た。本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであ
り、誘導性負荷への通電遮断時に発生した高電圧を誘導
性負荷の通電経路を導通・遮断するスイッチング素子を
介して放電させるクランプ回路を備えた誘導性負荷の駆
動回路において、駆動回路の応答性を確保し、且つラジ
オノイズの発生を抑制する。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】かかる目
的を達成するためになされた請求項１に記載の誘導性負
荷の駆動回路においては、スイッチング素子と誘導性負
荷との接続点と、スイッチング素子の制御入力端子との
間に設けられる電圧クランプ手段が、複数のツェナーダ
イオードの直列回路にて構成され、しかも、その複数の
ツェナーダイオードの一部には、コンデンサが並列接続
される。

【００１６】このため、本発明の駆動回路においては、
制御入力端子に入力される駆動信号の変化に伴いスイッ
チング素子がオン状態からオフ状態に変化し、誘導性負
荷への通電が遮断されて誘導性負荷に逆起電力が発生す
ると、スイッチング素子と誘導性負荷との接続点電圧
は、まず、コンデンサが並列接続されていないツェナー
ダイオードの降伏電圧の和で決定される所定電圧まで急
峻に立上がり、その後は、残りのツェナーダイオードに
接続されたコンデンサが充電されるに従い、全ツェナー
ダイオードの降伏電圧の和である所定クランプ電圧まで
除々に増加する。

【００１７】この結果、本発明によれば、誘導性負荷へ
の通電遮断後、コンデンサへの充電が完了して上記接続
点電圧がクランプ電圧に達するまでの間、スイッチング
素子の電流変化が抑制され、コンデンサを設けていない
駆動回路に比べて、その電流の減衰が遅れるものの、そ
の遅れ時間は、電圧クランプ手段全体にコンデンサを並
列接続した場合に比べて短くなる。

【００１８】そして、この遅れ時間は、コンデンサの容
量が一定であるとすれば、コンデンサが並列接続された
ツェナーダイオードの降伏電圧に応じて変化し、降伏電
圧が小さいほど短くなるので、コンデンサに並列接続さ
れるツェナーダイオードの降伏電圧の和と、コンデンサ
に並列接続されないツェナーダイオードの降伏電圧の和
との割合を変えることで、上記遅れ時間を短くして駆動
回路の応答性を重視した構成にもできるし、上記遅れ時
間を長くしてラジオノイズの低減を重視した構成にする
こともできる。

【００１９】つまり、本発明によれば、誘導性負荷の駆
動に要求される応答性及び周囲環境に応じて、コンデン
サが並列接続されるツェナーダイオードと他のツェナー
ダイオードとの降伏電圧の割合を適宜設定することによ
り、駆動回路の応答性と駆動回路から発生するラジオノ
イズとを最適に設定することができる。

【００２０】そして、特に通電・非通電を高速に切り換
える必要がある誘導性負荷を駆動する場合には、駆動回
路の応答性が要求されることから、請求項２に記載のよ
うに、コンデンサが並列接続されないツェナーダイオー
ドの降伏電圧の和が、コンデンサが並列接続されたツェ
ナーダイオードの降伏電圧の和よりも大きくなるよう
に、各ツェナーダイオードの降伏電圧を設定すればよ
い。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、本発明が適用された実施例の駆動
回路１の構成を表す電気回路図である。本実施例の駆動
回路１は、ディーゼル機関に燃料を噴射供給する燃料噴
射ポンプにおいて燃料の噴射終了タイミングを決定する
のに使用されるスピル弁（電磁弁）を駆動するためのも
のであり、図３に示した従来の駆動回路１００と同様、
スピル弁のソレノイドである誘導性負荷７の通電経路に
設けられたＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ３を備え
る。そして、このトランジスタ３のコレクタＣ１は誘導
性負荷７を介して電源ライン（＋Ｂ）に接続され、エミ
ッタＥ１は接地され、ベースＢ１は、駆動信号発生回路
５に接続されている。

【００２２】そして、図３に示した従来の駆動回路１０
０と異なる点は、トランジスタ３のコレクタＣ１とベー
スＢ１との間に、アノードをベースＢ１側，カソードを
コレクタＣ１側にして、互いに直列接続された２つのツ
ェナーダイオード９，１１を設け、更に、一方のツェナ
ーダイオード１１に対して、コンデンサ１３を並列した
点である。

【００２３】尚、本実施例では、トランジスタ３の耐圧
「１００Ｖ」に対して、ツェナーダイオード９，１１の
降伏電圧を夫々同一の電圧「３５Ｖ」に設定することに
より、これら２つのツェナーダイオード９，１１にてク
ランプされるベースＢ１−コレクタＣ１間のクランプ電
圧が「７０Ｖ」となるようにされている。

【００２４】このように構成された本実施例の駆動回路
１においては、図２に示すように、トランジスタ３がオ
ン状態で、誘導性負荷７が通電されているときに、駆動
信号発生回路５からの駆動信号の出力が停止（出力オー
プン）され、誘導性負荷７への通電が遮断されると、誘
導性負荷７に逆起電力が発生して、コレクタ電圧Ｖｃが
急峻に立ち上がるが、トランジスタ３のベースＢ１−コ
レクタＣ１間に設けられた２つのツェナーダイオード
９，１１の一方には、コンデンサ１３が並列接続されて
いるため、そのときのコレクタ電圧Ｖｃは、コンデンサ
１３が接続されていないツェナーダイオード９の降伏電
圧Ｖｔ（３５Ｖ）となる。そして、その後、コレクタ電
圧Ｖｃは、コンデンサ１３が充電されるに連れて除々に
増加し、最終的には、２つのツェナーダイオード９，１
１の降伏電圧の和の電圧（７０Ｖ）にクランプされる。

【００２５】このため、本実施例の駆動回路１において
は、誘導性負荷７への通電遮断後、コンデンサ１３への
充電が完了して、コレクタ電圧Ｖｃがクランプ電圧（７
０Ｖ）に達するまでの間、コレクタ電流Ｉｃは大きく減
衰しないことから、コンデンサ１３を設けていない図３
に示した駆動回路１００に比べて、その電流の減衰が遅
れ、駆動回路１の応答性は低下するものの、急峻な電流
変化によって生じるラジオノイズを低減できる。また逆
に、その電流変化の遅れ時間は、ラジオノイズ低減のた
めに、トランジスタ３のベースＢ１−コレクタＣ１間に
ツェナーダイオードとコンデンサとを接続した場合に比
べて、短くなることから、この回路に対しては応答性を
向上できる。従って、本実施例の駆動回路１によれば、
駆動回路の応答性を確保しつつラジオノイズを低減でき
る。

【００２６】以上に本発明の実施例を説明したが、本発
明は、上記実施例に限定されるものではなく、さらに種
々なる態様にて実施してもよいことは勿論である。例え
ば、上記実施例の駆動回路１では、コンデンサ１３が並
列接続されるツェナーダイオード１１と並列接続されな
いツェナーダイオード９との降伏電圧を同一にするもの
として説明したが、これらの降伏電圧の割合を変えて、
例えば、コンデンサ１３が並列接続されるツェナーダイ
オード１１の降伏電圧を他のツェナーダイオード９の降
伏電圧よりも小さくすれば、駆動回路の高応答性を重視
した回路構成にすることができるし、逆に、コンデンサ
１３が並列接続されるツェナーダイオード１１の降伏電
圧を他のツェナーダイオード９の降伏電圧よりも大きく
すれば、ラジオノイズの発生防止を重視した回路構成に
することができるため、各ツェナーダイオード９，１１
の降伏電圧については、使用条件に応じて適宜設定すれ
ばよい。

【００２７】また、上記実施例では、スイッチング素子
となるトランジスタ３を、誘導性負荷７よりも低電位側
にローサイドスイッチとして設けた駆動回路１について
説明したが、本発明は、例えば、図１（ｂ）に示すよう
に、スイッチング素子として、ＰＮＰ型のバイポーラト
ランジスタ２３を使用し、これをハイサイドスイッチと
して、誘導性負荷７よりも高電位側に設けた駆動回路２
０であっても適用できる。

【００２８】つまり、この駆動回路２０では、トランジ
スタ２３のエミッタＥ２が電源ライン（＋Ｂ）に接続さ
れ、コレクタＣ２が誘導性負荷７を介して接地され、ベ
ースＢ２が駆動信号発生回路５′に接続されるが、この
ようにトランジスタ２３を誘導性負荷７に対してハイサ
イドスイッチとして設けた場合には、誘導性負荷７に接
続されるトランジスタ２３のコレクタＣ２と、トランジ
スタ２３の制御入力端子であるベースＢ２との間に、ツ
ェナーダイオード９，１１の直列回路を、各ツェナーダ
イオード９，１１のアノードをコレクタＣ２側にして接
続し、その一方のツェナーダイオード（図ではツェナー
ダイオード１１）にコンデンサ１３を並列接続すれば、
上記実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２９】尚、この駆動回路２０では、スイッチング
素子にＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ２３が使用さ
れることから、誘導性負荷７の通電時には、駆動信号発
生回路５′からLow レベルの信号が出力され、誘導性負
荷７の通電遮断時には、その出力が停止（出力オープ
ン）される。

【００３０】また、図１（ａ），（ｂ）に示した駆動回
路１，２０では、スイッチング素子としてバイポーラト
ランジスタを用いるようにしたが、スイッチング素子と
しては、バイポーラトランジスタに限ることはなく、例
えば、ＭＯＳ型のＦＥＴ（電解効果トランジスタ）等、
従来より誘導性負荷駆動用のスイッチング素子として使
用されているものであれば使用できる。

【００３１】また、図１（ａ），（ｂ）に示した駆動回
路１，２０では、電圧クランプ手段として、２つのツェ
ナーダイオードの直列回路を使用するものとしたが、電
圧クランプ手段としては、特に２つのツェナーダイオー
ドで構成する必要はなく、３個或いはそれ以上のツェナ
ーダイオードを用いて構成しても良い。

【００３２】また、上記実施例では、燃料噴射ポンプの
スピル弁を駆動するものとして説明したが、誘導性負荷
７としては、例えば、ソレノイドへの通電により対象物
を変位させるアクチュエータ等、スピル弁等の電磁弁以
外のものであっても本発明の駆動回路を適用できるのは
いうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は実施例の駆動回路１を示す回路図、
（ｂ）は変形例の駆動回路２０を示す回路図である。

【図２】実施例の駆動回路１において誘導性負荷への
通電を遮断したときのコレクタ電圧Ｖｃ及びコレクタ電
流Ｉｃの変化を表すタイムチャートである。

【図３】従来の駆動回路１００を示す回路図である。

【図４】従来の駆動回路１００において誘導性負荷へ
の通電を遮断したときのコレクタ電圧Ｖｃ及びコレクタ
電流Ｉｃの変化を表すタイムチャートである。

【符号の説明】

１…駆動回路３…トランジスタ５…駆動信号発
生回路、７…誘導性負荷９…ツェナーダイオード
１１…ツェナーダイオード１３…コンデンサ２０…駆動回路２３…トラン
ジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤栄次愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源から誘導性負荷への電源供給経
路に設けられ、該電源供給系路を、制御入力端子に入力
される駆動信号に応じて導通・遮断するスイッチング素
子と、該スイッチング素子と前記誘導性負荷との接続点と、前
記スイッチング素子の制御入力端子との間に設けられ、
前記スイッチング素子が前記駆動信号によりオン状態か
らオフ状態に変化した際、前記誘導性負荷に発生する逆
起電力により前記スイッチング素子に電流を流し、前記
接続点と前記制御入力端子との間に発生する電圧を、前
記スイッチング素子の耐圧よりも小さい所定のクランプ
電圧にクランプする電圧クランプ手段と、を備えた誘導性負荷の駆動回路において、前記電圧クランプ手段を、複数のツェナーダイオードの
直列回路にて構成すると共に、該複数のツェナーダイオ
ードの一部にコンデンサを並列接続したことを特徴とす
る誘導性負荷の駆動回路。
【請求項２】前記コンデンサが並列接続されないツェ
ナーダイオードの降伏電圧の和が、前記コンデンサが並
列接続されたツェナーダイオードの降伏電圧の和よりも
大きくなるように、前記各ツェナーダイオードの降伏電
圧を設定したことを特徴とする請求項１に記載の誘導性
負荷の駆動回路。