电磁阀驱动装置
阅读：453发布：2020-05-12
专利汇可以提供电磁阀驱动装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供电磁 阀 驱动装置。不使构成零部件的电特性劣化、迅速地吸收由螺线管线圈的反电动势引起的浪涌电 力 。具备：第1 开关 元件，切换控制 电流 是否向 电磁阀 的螺线管线圈流动；整流 电路 和浪涌吸收电路， 串联 连接于螺线管线圈的两 端子 之间；第2开关元件，并联连接于浪涌吸收电路的两端子之间；控制电路，控制第1开关元件和第2开关元件的连通或断开的切换。控制电路具有：第1控制部，根据电磁阀的驱动指令使第1开关元件连通而使电磁阀的阀芯移动到指令 位置 之后，对第1开关元件的连通或断开的切换进行脉冲宽度控制而将阀芯保持于指令位置；第2控制部，与第1控制部开始第1开关元件的脉冲宽度控制的时刻相应地使第2开关元件断开预定期间。，下面是电磁阀驱动装置专利的具体信息内容。
1.一种电磁阀驱动装置，其具备：
第1开关元件，其对电流是否向电磁阀的螺线管线圈流动进行切换控制；
整流电路和浪涌吸收电路，其串联连接于所述螺线管线圈的两端子之间；
第2开关元件，其并联连接于所述浪涌吸收电路的两端子之间；以及
控制电路，其对所述第1开关元件以及所述第2开关元件的连通或断开的切换进行控制，
所述控制电路具有：
第1控制部，其根据所述电磁阀的驱动指令，进行第1电流控制，在该第1电流控制中，使所述第1开关元件连续地连通，为了使所述电磁阀的阀芯朝向指令位置移动，使第1电流向所述螺线管线圈流动，之后，进行第2电流控制，在该第2电流控制中，使所述第1开关元件间歇地连通而使比所述第1电流小的第2电流向所述螺线管线圈流动；以及
第2控制部，其在所述第1控制部结束所述第1电流控制的时刻使所述第2开关元件断开预定期间。
2.根据权利要求1所述的电磁阀驱动装置，其中，
所述预定期间是在所述第1开关元件的所述第1电流控制结束的时刻开始、直到所述第
1开关元件的所述第2电流控制开始的时刻结束的期间。
3.根据权利要求1或2所述的电磁阀驱动装置，其中，
所述预定期间的长度根据向所述螺线管线圈流动的电流而设定。
4.根据权利要求1或2所述的电磁阀驱动装置，其中，
所述预定期间的长度基于所述螺线管线圈的电感和所述浪涌吸收电路所吸收的浪涌电压而设定。
5.根据权利要求4所述的电磁阀驱动装置，其中，
所述浪涌吸收电路具有齐纳二极管，
所述预定期间的长度基于所述螺线管线圈的电感和所述齐纳二极管的击穿电压而设定。
6.根据权利要求1或2所述的电磁阀驱动装置，其中，
若所述电磁阀的驱动指令期间结束，则所述控制电路使所述第1开关元件和所述第2开关元件断开而使由在所述螺线管线圈的两端产生的反电动势引起的电流经由所述浪涌吸收电路和所述整流电路流动。
7.根据权利要求1或2所述的电磁阀驱动装置，其中，
所述电磁阀用于船舶设备的切换。
电磁阀驱动装置
技术领域
背景技术
[0003] 在专利文献1中公开了一种电路，在该电路中，若电流向螺线管线圈流动而电磁阀的阀芯移动到所期望的位置，则对晶体管的栅极电压进行脉冲宽度控制，将向螺线管线圈流动的电流抑制成所需的最小限度，并且，使可变电阻吸收在螺线管线圈产生的反电动势，其中，该晶体管对电流是否向螺线管线圈流动进行切换控制。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1：日本特许第4289745号公报
发明内容
[0007] 发明要解决的问题
[0009] 本发明是为了解决上述的问题而做成的，其目的在于提供一种不使构成零部件的电特性劣化、就能够迅速地吸收由螺线管线圈的反电动势引起的浪涌电力的电磁阀驱动装置。
[0010] 用于解决问题的方案
[0011] 为了解决上述的问题，在本发明的一方案中，提供一种电磁阀驱动装置，该电磁阀驱动装置具备：
[0014] 第2开关元件，其并联连接于所述浪涌吸收电路的两端子之间；以及[0015] 控制电路，其对所述第1开关元件以及所述第2开关元件的连通或断开的切换进行控制，
[0016] 所述控制电路具有：
[0017] 第1控制部，其根据所述电磁阀的驱动指令，进行第1电流控制，在该第1电流控制中，使所述第1开关元件连续地连通，为了使所述电磁阀的阀芯朝向指令位置移动，使第1电流向所述螺线管线圈流动，之后，进行第2电流控制，在该第2电流控制中，使所述第1开关元件间歇地连通，使比所述第1电流小的第2电流向所述螺线管线圈流动；以及[0018] 第2控制部，其与所述第1控制部结束所述第1电流控制的时刻相应地使所述第2开关元件断开预定期间。
[0019] 也可以是，所述预定期间是与所述第1开关元件的所述第1电流控制结束的时刻相应地开始、直到所述第1开关元件的所述第2电流控制开始的时刻结束的期间。
[0020] 也可以是，所述预定期间的长度根据向所述螺线管线圈流动的电流而设定。
[0021] 也可以是，所述预定期间的长度基于所述螺线管线圈的电感和所述浪涌吸收电路所吸收的浪涌电压而设定。
[0024] 也可以是，若所述电磁阀的驱动指令期间结束，则所述控制电路使所述第1开关元件和所述第2开关元件断开而使由在所述螺线管线圈的两端产生的反电动势引起的电流经由所述浪涌吸收电路和所述整流电路流动。
[0025] 也可以是，所述电磁阀用于船舶设备的切换。
[0026] 也可以是，在本发明的另一方案中，提供一种电磁阀驱动装置，该电磁阀驱动装置具备：
[0027] 第1开关元件，其对是否使电磁阀的螺线管线圈的一端与第1基准电压节点导通进行切换控制；
[0028] 二极管和齐纳二极管，其串联连接于所述螺线管线圈的一端与另一端之间；
[0029] 第2开关元件，其对是否使所述齐纳二极管的一端和另一端导通进行切换控制；以及
[0030] 控制电路，其对所述第1开关元件以及所述第2开关元件的连通或断开进行切换控制，
[0031] 所述二极管的一端以及所述螺线管线圈的另一端与第2基准电压节点连接。
[0032] 发明的效果
[0034] 图1是本发明的一实施方式的电磁阀驱动装置的电路图。
[0035] 图2是图1的电路的时刻图。
[0036] 图3是图1的一比较例的电路的时刻图。
[0037] 图4是表示图1的电磁阀驱动装置的安装形态的一个例子的电路图。
[0038] 附图标记说明
具体实施方式
[0040] 以下，详细地说明本发明的实施方式。图1是本发明的一实施方式的电磁阀驱动装置1的电路图。图1的电磁阀驱动装置1具备第1MOSFET(第1开关元件)2、齐纳二极管(浪涌吸收电路)3、续流二极管(整流电路)4、第2MOSFET(第2开关元件)5、以及控制电路6。
[0041] 电磁阀既可以对两个位置进行切换，也可以对3个位置进行切换。对两个位置进行切换的电磁阀能够通过是否使电流向螺线管线圈L流动来对两个位置进行切换。对3个位置进行切换的电磁阀在阀体的两侧配置螺线管线圈L，能够通过是否使电流向各螺线管线圈L流动来对3个位置进行切换。以下，作为一个例子，对驱动两个位置的电磁阀的电磁阀驱动装置1进行说明。以下，将使电流向螺线管线圈L流动而使电磁阀的阀芯移动到指令位置的指令称为驱动指令，将此时的电磁阀的切换位置称为第1位置，将电流不向螺线管线圈L流动的情况下的电磁阀的切换位置称为第2位置。
[0042] 本实施方式的电磁阀用于例如船舶的发动机控制等。船舶的发动机控制用的电磁阀需要频繁地切换开闭位置。因此，在本实施方式中，考虑减少电磁阀的螺线管线圈L的电能消耗、且抑制电磁阀驱动装置1的构成零部件的电特性的劣化。
[0043] 图1的第1MOSFET2是N型MOSFET，但通过变更图1的电路结构的一部分，也能够由P型MOSFET构成。第1MOSFET2在电流向电磁阀的螺线管线圈L流动时连通。第1MOSFET2的连通或断开的切换控制由控制电路6进行。若电流向螺线管线圈L流动，则电磁阀的阀芯开始朝向指令位置移动。之后，控制电路6在电磁阀的阀芯到达指令位置的前后使第1MOSFET2间歇地连通。更详细而言，控制电路6在电磁阀的阀芯开始移动而到达指令位置的前后对第1MOSFET2的连通期间进行脉冲宽度控制。由此，将阀芯保持于指令位置所需的最小限度的电流向电磁阀的螺线管线圈L流动，螺线管线圈L处的电能消耗被抑制。
[0044] 图1的第2MOSFET5是N型MOSFET，但通过变更图1的电路结构的一部分，也能够由P型MOSFET构成。第2MOSFET5在将电磁阀向第1位置切换之际基本上连通，在将电磁阀向第2位置切换之际断开。另外，第2MOSFET5在第1MOSFET2从连续连通动作切换成间歇连通动作之际断开预定期间。第2MOSFET5的连通或断开的切换控制也由控制电路6进行。
[0045] 控制电路6具有第1控制部6a和第2控制部6b。第1控制部6a根据电磁阀的驱动指令，进行第1电流控制，在该第1电流控制中，使第1MOSFET2连续连通动作，为了使电磁阀的阀芯移动到指令位置，使第1电流向螺线管线圈流动，之后，进行第2电流控制，在该第2电流控制中，使第1MOSFET2间歇连通动作而使比第1电流小的第2电流向螺线管线圈流动。第1电流控制也称为吸附电流控制，第2电流控制也称为保持电流控制。
[0046] 第2控制部6b与第1控制部6a从第1电流控制切换成第2电流控制的时刻相应地使第2MOSFET5断开预定期间。若第2MOSFET5断开，则在螺线管线圈L产生的反电动势向齐纳二极管3流动而反电动势被迅速地吸收。
[0047] 预定期间是与使第1MOSFET2连续连通动作的第1电流控制结束的时刻相应地开始、与使第1MOSFET2间歇连通动作的第2电流控制开始的时刻相应地结束的期间。预定期间的长度设定成，对在例如螺线管线圈L中流动的电流进行监控而使该电流成为所期望的值。或者，预定时间的长度也可以基于螺线管线圈L的电感和齐纳二极管3所吸收的浪涌电压(击穿电压)而设定。
[0049] 续流二极管4与第2MOSFET5串联连接。更详细而言，续流二极管4的阳极与第2MOSFET5的源极连接，续流二极管4的阴极与螺线管线圈L的一端连接。期望的是，续流二极管4是正向电压较小的续流二极管，例如肖特基势垒二极管是适合的，但也可以使用其他种类的二极管。
[0050] 电磁阀的螺线管线圈L与由串联连接起来的续流二极管4和第2MOSFET5的漏极-源极之间构成的串联电路并联地连接。向螺线管线圈L的一端侧和续流二极管4的阴极侧供给电源电压Vcc。另外，在螺线管线圈L的另一端侧和第2MOSFET5的漏极侧连接有第1MOSFET2的漏极。此外，如后述那样，也可以将齐纳二极管3和续流二极管4以与图1中的方向相反的方向连接于第2MOSFET5。即、也可以是，齐纳二极管3和续流二极管4的阴极与第2MOSFET5的漏极连接，齐纳二极管3和续流二极管4的阳极侧与螺线管线圈L的一端、电源电压Vcc节点连接。
[0051] 图2是图1的电路的时刻图。在图2中示出向控制电路6输入的驱动指令信号、控制电路6所输出的第1MOSFET2的栅极电压Vb1、第2MOSFET5的栅极电压Vb2、以及在螺线管线圈L中流动的电流I。
[0052] 图3是在螺线管线圈L的两端之间并联地连接有可变电阻来替代图1的齐纳二极管3的一比较例的电路的时刻图。
[0053] 若在图2和图3的时刻t1驱动指令从断开成为连通，则控制电路6使第1MOSFET2的栅极电压Vb1成为高电位而使第1MOSFET2连通，且使第2MOSFET5的栅极电压Vb2成为高电位而使第2MOSFET5连通。由此，电流从电源电压节点Vcc经由螺线管线圈L和第1MOSFET2流动，电磁阀的阀芯开始朝向指令位置移动。若成为时刻t2，则电磁阀的阀芯到达指令位置的前后。因此，控制电路6为了使第1MOSFET2从连续连通动作切换成间歇连通动作，暂且使第1MOSFET2和第2MOSFET5都断开。由此，在螺线管线圈L产生反电动势。在即将成为时刻t2之前，较大的能量蓄积于螺线管线圈L，因此，若在时刻t2使第1MOSFET2断开，则在螺线管线圈L产生较大的反电动势。第2MOSFET5是断开的，因此，该反电动势经由齐纳二极管3和续流二极管4流动，能够迅速地吸收该反电动势。
[0054] 控制电路6在从时刻t2到t3的预定期间内使第2MOSFET5断开。如上所述，该预定期间的长度是对向例如螺线管线圈L流动的电流进行监控来决定的。
[0055] 若成为时刻t3，则第2MOSFET5连通，在时刻t3以后，第1MOSFET2开始间歇连通动作。由此，将电磁阀的阀芯保持于指令位置所需要的程度的小电流向螺线管线圈L流动。
[0056] 之后，若在时刻t4驱动指令从连通切换成断开，则控制电路6使第1MOSFET2和第2MOSFET5都断开。在时刻t3～t4的期间内，第1MOSFET2进行间歇连通动作，因此，向螺线管线圈L流动的电流也比时刻t1～t2少，蓄积于螺线管线圈L的电力也小。因而，即使在时刻t4使第1MOSFET2断开，在螺线管线圈L产生的反电动势也并没有那么大。另外，在时刻t4，使第
2MOSFET5断开，因此，能够由齐纳二极管3吸收在螺线管线圈L产生的反电动势，能够在短时间内使向螺线管线圈L流动的电流为零。
2MOSFET5断开，因此，能够由齐纳二极管3吸收在螺线管线圈L产生的反电动势，能够在短时间内使向螺线管线圈L流动的电流为零。
[0057] 之后，在时刻t4，若驱动指令从连通成为断开，则控制电路6使第1MOSFET2的栅极电压Vb1成为低电位而使第1MOSFET2断开、且使第2MOSFET5的栅极电压Vb2成为低电位而使第2MOSFET5断开。
[0058] 另一方面，在图3的一比较例的情况下，仅由螺线管线圈L和续流二极管4吸收在刚刚使第1MOSFET2从连续的连通动作切换成间歇的连通动作之后产生的螺线管线圈L的反电动势，因此，向螺线管线圈L流动的电流减少花费时间。向螺线管线圈L流动的电流减少花费时间是指螺线管线圈L的电能消耗增大。
[0059] 另外，在图3的一比较例的情况下，具备可变电阻来替代齐纳二极管，因此，在时刻t4以后，由可变电阻吸收在螺线管线圈L产生的反电动势，在频繁地进行电磁阀的切换的情况下，可变电阻的电特性就劣化。
[0060] 无法预测驱动指令从连通成为断开的时刻，但在本实施方式中，在刚刚使第1MOSFET2从连续的连通动作切换成间歇的连通动作之后使第2MOSFET5暂时断开而使齐纳二极管3吸收螺线管线圈L的反电动势，因此，即使在之后的任一时刻切换驱动指令，也能够迅速地使向螺线管线圈L流动的电流为零。
[0061] 图4是表示图1的电磁阀驱动装置1的安装形态的一个例子的电路图。图4的电路结构在表观上与图1的电路结构不同，但基本的动作相同。在图4的电路中，齐纳二极管3的朝向和续流二极管4的朝向与图1中的该朝向相反，在图1和图4中没有电路动作上的不同。另外，在图4中，省略了图1的控制电路6的图示。
[0062] 图4的电路除了图1的电路之外，还具备电场电容器10和3个二极管7～9。二极管7与电源电压节点Vcc连接，并出于防止向电源电压节点Vcc倒流的目的而设置。二极管7使用例如正向电压较小的肖特基势垒二极管，但也可以使用其他种类的二极管。
[0063] 电场电容器10连接于二极管7的阴极与第1MOSFET2的源极之间，起到抑制电源电压Vcc的变动的作用。
[0064] 在图4中，以箭头线y1～y3表示电流流动的方向。若控制电路6使第1MOSFET2的栅极电压Vb1成为高电位，则如箭头线y1所示，来自电源电压节点Vcc的电流向第1MOSFET2的漏极-源极之间流动。
[0065] 控制电路6在从第1MOSFET2的连续连通动作切换成间歇连通动作之际的第1MOSFET2和第2MOSFET5都断开的期间内，由在螺线管线圈L产生的反电动势引起的电流如箭头线y3所示，经由续流二极管4和齐纳二极管3流动。之后，在使第1MOSFET2间歇连通动作的期间内，在第1MOSFET2断开时，如箭头线y2所示，由螺线管线圈L的反电动势引起的电流经由续流二极管4和第2晶体管5流动。之后，若驱动指令从连通成为断开，则第1MOSFET2和第2MOSFET5都断开，由在螺线管线圈L产生的电动势引起的电流以箭头线y3的路径通过续流二极管4和齐纳二极管3而被吸收。
[0066] 如此，在本实施方式中，使用齐纳二极管3来替代由于电磁阀的反复的开闭切换而电特性易于劣化的可变电阻，并且在将对是否使电流向螺线管线圈L流动进行切换控制的第1MOSFET2从连续连通动作切换成间歇连通动作之际使在螺线管线圈L产生的较大的反电动势向齐纳二极管3流动，因此，能够使在第1MOSFET2的间歇连通动作时向螺线管线圈L流动的电流迅速地降低。由此，能够使电磁阀的切换速度高速化。
[0067] 在上述的实施方式中，对设置齐纳二极管3作为浪涌吸收电路的例子进行了说明，但也可以设置可变电阻来替代齐纳二极管3。通过设置例如更大型的可变电阻来替代齐纳二极管3，能够抑制可变电阻的电特性的劣化。
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