(57)【要約】【課題】比例弁の故障が生じたときに、電流検出用抵抗への通電量の増加により電流検出用抵抗の発熱が過大となることを防止した比例弁の駆動装置を提供する。【解決手段】電源の出力端子間に、比例弁２０と直列に接続されたトランジスタ３０及び電流検出用抵抗３１と、電流検出用抵抗３１に印加される電圧のモニタ電圧Ｖeと、比例弁２０の目標開度に応じて設定された目標電圧Ｖdとが一致するように、トランジスタ３０をＰＷＭ制御によりＯＮ／ＯＦＦして、比例弁２０の通電量を制御し、比例弁２０に印加される電圧を検出する印加電圧検出手段１２と、ＰＷＭ制御によりトランジスタ３０がＯＮされているときに、印加電圧検出手段１２による検出電圧が、基準電圧よりも低くなったときには、電源から比例弁２０への通電を遮断する比例弁通電遮断手段１４とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の出力端子間に、比例弁と直列に接続されたスイッチング素子及び電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗における電圧降下に基づいて、前記比例弁に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出される電流値と、前記比例弁の目標開度に応じて設定された目標電流値とが一致するように、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御によりＯＮ／ＯＦＦして、前記比例弁の通電量を制御する通電制御手段とを備えた比例弁駆動装置において、
前記比例弁に印加される電圧を検出する印加電圧検出手段と、
前記通電制御手段により前記スイッチング素子がＯＮされているときに、前記印加電圧検出手段による検出電圧が、前記目標電流値に対応して設定された基準電圧よりも低くなったときには、前記電源から前記比例弁への通電を遮断する比例弁通電遮断手段とを備えたことを特徴とする比例弁駆動装置。
【請求項２】
電源の出力端子間に、比例弁と直列に接続されたスイッチング素子及び電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗における電圧降下に基づいて、前記比例弁に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出される電流値と、前記比例弁の目標開度に応じて設定された目標電流値とが一致するように、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御によりＯＮ／ＯＦＦして、前記比例弁の通電量を制御する通電制御手段とを備えた比例弁駆動装置において、
前記ＰＷＭ制御における前記スイッチング素子のＯＮ期間を検知するＯＮ期間検知手段と、
前記通電制御手段によって、前記スイッチング素子がＰＷＭ制御によりＯＮ／ＯＦＦされているときに、前記ＯＮ期間検知手段により検知される前記スイッチング素子のＯＮ期間が、前記目標電流値に対応して設定された基準ＯＮ期間よりも短くなったときには、前記電源から前記比例弁への通電を遮断する比例弁通電遮断手段とを備えたことを特徴とする比例弁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比例弁への通電量をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により制御する比例弁の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば燃料ガスの供給管に設けられてガスの供給流量を調整する比例弁の駆動装置において、比例弁の異常を検出する機能を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された比例弁の駆動装置においては、電源の出力端子間に、比例弁とトランジスタと電流検出用抵抗とが直列に接続されており、該電流検出用抵抗の端子間電圧に基づいて、比例弁に流れる電流を検出している。そして、検出した電流値が比例弁の開度に対応して設定された目標電流値と一致するように、トランジスタのベース電流を制御している。
【０００４】
そして、目標電流値と検出した電流値との差が、予め設定された下限値から上限値までの範囲から外れたときに、比例弁又はトランジスタの故障が生じていると判断して、ガス供給管の安全弁を閉弁するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−６５３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の比例弁の駆動装置においては、経時劣化等により比例弁の抵抗が低下すると、トランジスタをＯＮしたときに電流検出用抵抗に過大なパルス電流が流れて、電流検出用抵抗の発熱が増大する。そして、このように、電流検出用抵抗の発熱が増大すると、ポッティング溶融等が生じて、電流検出用抵抗が実装された回路基板が故障するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、経時劣化等により比例弁の抵抗が低くなったときに、電流検出用抵抗への通電量の増加により電流検出用抵抗の発熱が過大な状態となることを防止した比例弁の駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、電源の出力端子間に、比例弁と直列に接続されたスイッチング素子及び電流検出用抵抗と、前記電流検出用抵抗における電圧降下に基づいて、前記比例弁に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出される電流値と、前記比例弁の目標開度に応じて設定された目標電流値とが一致するように、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御によりＯＮ／ＯＦＦして、前記比例弁の通電量を制御する通電制御手段とを備えた比例弁駆動装置に関する。
【０００８】
そして、本発明の第１の態様は、前記比例弁に印加される電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記通電制御手段により前記スイッチング素子がＯＮされているときに、前記印加電圧検出手段による検出電圧が、前記目標電流値に対応して設定された基準電圧よりも低くなったときには、前記電源から前記比例弁への通電を遮断する比例弁通電遮断手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、前記比例弁の故障により前記比例弁の抵抗が低くなると、前記スイッチング素子をＯＮしたときに、前記比例弁で生じる電圧降下が減少する。そこで、前記比例弁通電遮断手段は、前記スイッチング素子がＯＮしているときに、前記印加電圧検出手段により検出される前記比例弁への印加電圧が、前記基準電圧よりも低くなったときには、前記電源から前記比例弁への通電を遮断する。これにより、故障により前記比例弁の抵抗が低くなって、前記電流検出用抵抗への通電量が増加したときに、速やかに前記電流検出用抵抗への通電を停止して、前記電流検出用抵抗の発熱が過大な状態となることを防止することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、前記ＰＷＭ制御における前記スイッチング素子のＯＮ期間を検知するＯＮ期間検知手段と、前記通電制御手段によって、前記スイッチング素子がＰＷＭ制御によりＯＮ／ＯＦＦされているときに、前記ＯＮ期間検知手段により検知される前記スイッチング素子のＯＮ期間が、前記目標電流値に対応して設定された基準ＯＮ期間よりも短くなったときには、前記電源から前記比例弁への通電を遮断する比例弁通電遮断手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記比例弁の故障により前記比例弁の抵抗が低くなると、前記目標電流値での通電を行うために必要となるＰＷＭ制御における前記スイッチング素子のＯＮ期間が短くなる。そこで、前記比例弁通電遮断手段は、前記スイッチング素子がＰＷＭ制御によりＯＮ／ＯＦＦされているときに、前記ＯＮ期間検知手段により検知される前記スイッチング素子のＯＮ期間が、前記基準ＯＮ期間よりも短くなったときには、前記電源から前記比例弁への通電を遮断する。これにより、故障により前記比例弁の抵抗が低くなって、前記電流検出用抵抗への通電量が増加したときに、速やかに電流検出用抵抗への通電を停止して、前記電流検出用抵抗の発熱が過大な状態となることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、比例弁２０と接続されて、比例弁２０の開度を制御する比例弁駆動装置の全体構成図である。比例弁２０は、例えば、ガスバーナに燃料ガスを供給するガス供給管に備えられるものであり、通電される電流の大きさに比例してその開度が定まるものである。
【００１３】
比例弁駆動装置は、比例弁駆動装置の全体的な作動を制御するマイクロコンピュータ１０（以下、マイコン１０という）と、比例弁２０の電源であるＤＣ３５Ｖ電源（本発明の電源に相当する）の出力端子Ｖ35とＧＮＤ1間に、比例弁２０と直列に接続されたトランジスタ３０（本発明のスイッチング素子に相当する）及び電流検出用抵抗３１と、トランジスタ３０と抵抗３３及び抵抗３４を介してダーリントン接続されたトランジスタ３５と、出力端子が抵抗３６及び抵抗３７を介してトランジスタ３５と接続されたオペアンプ４０とを備えている。
【００１４】
オペアンプ４０の正入力端子には、マイコン１０の出力ポートＰＯ1から出力される所定周波数（例えば、５００Hz）の矩形波形が、抵抗４２とコンデンサ４３により三角波に成形されて入力される。なお、出力ポートＰＯ1は抵抗４１によりＤＣ５Ｖにプルアップされている。
【００１５】
また、マイコン１０の出力ポートＰＯ2からは、比例弁２０の目標開度に応じた目標電流値に対応して設定されたＤｕｔｙのパルス信号が出力され、該パルス信号は抵抗５４及び抵抗５５で分圧されると共に、抵抗５３とコンデンサ５２からなる積分回路により平滑化されてオペアンプ５０の正入力端子に入力される。
【００１６】
オペアンプ５０の負入力端子は、電流検出用抵抗３１の比例弁２０側の端子と接続され、オペアンプ５０の出力端子は、オペアンプ４０の負入力端子に接続されている。また、オペアンプ５０の出力端子と負入力端子間にコンデンサ５１が接続され、オペアンプ５０の出力端子は抵抗４４を介して接地電位（図中Ｇ13）に接続されている。
【００１７】
比例弁２０とトランジスタ３０との接続箇所７０は、抵抗６０及び抵抗６２からなる分圧回路と、抵抗６１及びコンデンサ６３からなる積分回路と、抵抗６６とを介して、マイコン１０のＡＤ（アナログ／デジタル変換）ポートＡＤ1に接続されている。また、比例弁２０と電流検出用抵抗３１との接続箇所７１は、抵抗６７及びコンデンサ６８からなる積分回路と、抵抗６９とを介してマイコン１０のＡＤポートＡＤ2に接続されている。
【００１８】
また、抵抗６１と抵抗６６間の接続経路はダイオード６４を介してＤＣ５Ｖにプルアップされており、同様に、抵抗６７と抵抗６９間の接続経路もダイオード６５を介してＤＣ５Ｖにプルアップされている。
【００１９】
マイコン１０のメモリ１５には、比例弁２０の制御用プログラムのデータが保持されている。そして、マイコン１０が該制御用プログラムを実行することによって、マイコン１０は、比例弁２０に対する通電量をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により制御する比例弁制御手段１１、比例弁２０に印加される電圧を検出する印加電圧検出手段１２、ＰＷＭ制御におけるトランジスタ３０のＯＮ期間を検知するＯＮ期間検知手段１３、及び、比例弁２０の抵抗値が予め設定したレベルよりも低くなったときに比例弁２０への通電を遮断する比例弁通電遮断手段１４として機能する。
【００２０】
次に、図２に示したタイミングチャートに従って、図１に示した比例弁駆動装置の作動を説明する。
【００２１】
図２は、上から順に、（ａ）マイコン１０の出力ポートＰＯ1の電圧Ｖa、（ｂ）オペアンプ４０の正入力端子の電圧Ｖb、（ｃ）マイコン１０の出力ポートＰＯ2の電圧Ｖc、（ｄ）オペアンプ５０の正入力端子の電圧Ｖd、（ｅ）オペアンプ５０の負入力端子の電圧Ｖe、（ｆ）オペアンプ４０の負入力端子の電圧Ｖf、及び、（ｇ）オペアンプ４０の出力端子の電圧Ｖgの変化を示したものである。
【００２２】
比例弁制御手段１１は、マイコン１０の出力ポートＰＯ1から、図２の（ａ）に示したように周波数５００Hzの矩形波信号を出力する。そして、該矩形波信号が抵抗４２及びコンデンサ４３からなる積分回路により、図２の（ｂ）に示したように、三角波信号に整形されてオペアンプ４０の正入力端子に入力される。
【００２３】
また、比例弁制御手段１１は、例えば、比例弁２０が設けられた燃料ガスの供給管に接続されたバーナの目標燃焼量に応じて、比例弁２０の目標開度を設定する。そして、比例弁制御手段１１は、目標開度に対応する通電量が得られるように、図２の（ｃ）に示したように、出力ポートＰＯ2から出力する矩形波信号のＤｕｔｙ（各周期における５Ｖの出力期間の割合）を設定する。
【００２４】
出力ポートＰＯ2から出力される電流設定用の矩形波信号は、分圧抵抗５４，５５により分圧されると共に、抵抗５３及びコンデンサ５２からなる積分回路により平滑化されて、図２の（ｄ）に示したように、目標電圧Ｖdとされてオペアンプ５０の正入力端子に入力される。
【００２５】
オペアンプ５０の負入力端子には、電流検出用抵抗３１に印加される電圧（モニタ電圧）が抵抗を介して入力される。ここで、電流検出用抵抗３１に印加される電圧は、トランジスタ３０と比例弁２０と電流検出用抵抗３１に流れる電流の大きさに比例して増減する。そして、オペアンプ５０は、図２の（ｆ）に示したように、正入力端子に入力される目標電圧Ｖdと負入力端子に入力されるモニタ電圧Ｖeとの差を増幅した電圧Ｖfを、オペアンプ４０の負入力端子に出力する。
【００２６】
オペアンプ４０は、コンパレータとして機能し、図２の（ｇ）に示したように、正入力端子に入力される三角波信号Ｖbが、負入力端子に入力される電圧Ｖf（目標電圧Ｖdとモニタ電圧Ｖeとの差を増幅した電圧）信号を越える期間をＨｉｇｈレベル（１２．６Ｖ）とし、該三角波信号が負入力端子に入力される電圧以下となる期間をＬｏｗレベル（０Ｖ）とする矩形波信号を、トランジスタ３５のベースに出力する。これにより、目標電圧Ｖdとモニタ電圧Ｖeとの差を減少させるように、トランジスタ３５のベースに出力される矩形波信号のＤｕｔｙを変更するＰＷＭ制御が実行される。
【００２７】
そして、オペアンプ４０からトランジスタ３５のベースに出力される矩形波信号がＨｉｇｈレベルであるときは、トランジスタ３５及びトランジスタ３０がＯＮ状態となり、該矩形波信号がＬｏｗレベルであるときには、トランジスタ３５及びトランジスタ３０がＯＦＦ状態となる。
【００２８】
なお、このように、オペアンプ４０，５０を用いて、目標電圧Ｖdとモニタ電圧Ｖeとの差を減少させるように、ＰＷＭ制御によりトランジスタ３５をＯＮ／ＯＦＦする構成が、本発明の通電制御手段に相当する。
【００２９】
次に、印加電圧検出手段１２は、ＡＤポートＡＤ1に入力される電圧Ｖ1のデジタル変換値と、ＡＤポートＡＤ2に入力される電圧Ｖ2のデジタル変換値との差から、比例弁２０に印加される電圧Ｖ12（＝Ｖ1−Ｖ2）を検出する。
【００３０】
また、ＯＮ期間検知手段１３は、ＡＤポートＡＤ1に入力される電圧のデジタル変換値から、ＰＷＭ制御の各制御周期において、トランジスタ３０がＯＮされる期間（トランジスタ３０のＯＮ期間）を検知する。
【００３１】
次に、比例弁通電遮断手段１４により、比例弁２０に対する通電を遮断する処理の第１の実施形態、及び第２の実施形態様について、図３を参照して説明する。
【００３２】
［第１の実施形態］図３は、比例弁制御手段１１によって、上述したＰＷＭ制御により比例弁の通電量を制御するときの、マイコン１０のＡＤ入力ポートＡＤ1に入力される電圧Ｖ1と、ＡＤ入力ポートＡＤ2に入力される電圧Ｖ2の変化を、縦軸を電圧に設定し、横軸を時間に設定して示したものである。
【００３３】
そして、上段から順に、（ａ）比例弁２０の抵抗値が８０Ω（正常時）であるとき、（ｂ）比例弁２０の抵抗値が４０Ωであるとき、（ｃ）比例弁２０の抵抗値が０Ωであるときを示している。
【００３４】
比例弁２０の抵抗値が経時劣化等により減少すると、トランジスタ３０をＯＮしたときに、比例弁２０で生じる電圧降下が小さくなると共に、電流検出用抵抗３１で生じる電圧降下が大きくなる。そのため、図３の（ａ）、（ｂ）に示したように、比例弁２０の抵抗が４０Ωであるときの印加電圧Ｖ12_2は、比例弁２０の抵抗値が８０Ω（正常時）であるときの印加電圧Ｖ12_1よりも低くなる。
【００３５】
なお、図３の（ｃ）に示したように、比例弁２０の抵抗値が０Ωになると、比例弁２０に印加される電圧Ｖ12は０Ｖ（Ｖ1＝Ｖ2）となる。
【００３６】
そこで、比例弁通電遮断手段１４は、印加電圧検出手段１２により検出される比例弁２０への印加電圧Ｖ12が、比例弁２０が正常であるとき（抵抗値が８０Ωのとき）の印加電圧（目標電流値を得るための印加電圧）に基づいて設定された基準電圧Ｖthよりも低くなったときに、出力ポートＰＯ1からの矩形波信号の出力を停止する。
【００３７】
なお、メモリ１５には、予め実験やコンピュータシミュレーション等によって決定された、比例弁２０の目標開度に応じた目標通電量から、対応する基準電圧Ｖthを求めるための相関マップや相関式のデータが保持されている。そして、比例弁通電遮断手段１４は、比例弁制御手段１１により設定された目標通電量を、前記相関マップや相関式に適用して、対応する基準電圧Ｖthを決定する。
【００３８】
出力ポートＰＯ1からの矩形波信号の出力が停止すると、オペアンプ４０からトランジスタ３５のベースへの出力が０Ｖとなって、トランジスタ３５，３０がＯＦＦ状態となり、ＤＣ３５Ｖ電源から比例弁２０及び電流検出用抵抗３１への通電が遮断される。
【００３９】
［第２の実施形態］比例弁２０の抵抗値が減少すると、ＰＷＭ制御の各制御周期において目標電流（平均電流）を得るために必要となるトランジスタ３０のＯＮ期間が短くなる。図３では、（ａ）の比例弁２０の抵抗値が８０Ωであるとき（正常時）のトランジスタ３０のＯＮ期間Ｔon_1よりも、（ｂ）の比例弁２０の抵抗値が４０Ωであるときのトランジスタ３０のＯＮ期間Ｔon_2の方が短くなっている。
【００４０】
また、比例弁２０の抵抗値が０Ωである図３の(c)では、トランジスタ３０のＯＮ期間Ｔon_3が更に短くなっている。
【００４１】
そこで、比例弁通電遮断手段１４は、ＯＮ期間検知手段１３により検知されるＰＷＭ制御の各制御周期におけるトランジスタ３０のＯＮ期間Ｔonが、比例弁２０が正常であるとき（抵抗値が８０Ωのとき）のトランジスタ３０のＯＮ期間（目標電流値を得るためのＯＮ期間）に基づいて設定された基準ＯＮ期間Ｔon_thよりも短くなったときに、出力ポートＰＯ1からの矩形波信号の出力を停止する。
【００４２】
なお、メモリ１５には、予め実験やコンピュータシミュレーション等によって決定された、比例弁２０の目標開度に応じた目標通電量から、対応する基準ＯＮ期間Ｔon_thを求めるための相関マップや相関式のデータが保持されている。そして、比例弁通電遮断手段１４は、比例弁制御手段１１により設定された目標通電量を、前記相関マップや相関式に適用して、対応する基準ＯＮ期間Ｔon_thを決定する。
【００４３】
出力ポートＰＯ1からの矩形波信号の出力が停止すると、オペアンプ４０からトランジスタ３５のベースへの出力が０Ｖとなって、トランジスタ３５，３０がＯＦＦ状態となり、ＤＣ３５Ｖ電源から比例弁２０及び電流検出用抵抗３１への通電が遮断される。
【００４４】
上述した第１の実施形態、又は第２の実施形態により、比例弁通電遮断手段１４によって、比例弁２０の抵抗値が減少したときに、トランジスタ３０をＯＦＦ状態として、比例弁２０及び電流検出用抵抗３１に対する通電を遮断することによって、電流検出用抵抗３１に流れる電流の増加により、電流検出用抵抗３１での発熱が過大となって基板の損傷が生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の比例弁駆動装置の構成図。
【図２】図１に示した比例弁駆動装置の作動を説明するためのタイミングチャート。
【図３】比例弁の異常が生じたときの比例弁の印加電圧及びトランジスタのＯＮ期間の変化を示した説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１０…マイクロコンピュータ、１１…比例弁制御手段、１２…印加電圧検出手段、１３…ＯＮ期間検知手段、１４…比例弁通電遮断手段、１５…メモリ、２０…比例弁、３０…トランジスタ（本発明のスイッチング素子）、３１…電流検出用抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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