(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタンス成分を有する電気機器に直列接続され作動信号の入力により作動するスイッチング素子と、該スイッチング素子と並列に接続されダイオードを介して接続されたコンデンサと、該コンデンサとダイオードとの間の接続点と前記電気機器の電源側との間に接続して設けられた抵抗と、前記スイッチング素子を作動させるため該スイッチング素子に作動信号を出力する作動信号出力部とからなる電気機器の電力制御装置において、
前記作動信号出力部は、前記電気機器を駆動させるための駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記スイッチング素子の両端電圧を検出電圧として検出する両端電圧検出手段と、該両端電圧検出手段によって検出された検出電圧が前記スイッチング素子の耐電圧値よりも低い値に設定された耐電圧判定値を越えたときスイッチング素子を微小時間のみ作動させるための判定信号を出力する耐電圧判定手段と、該耐電圧判定手段から出力される判定信号と前記駆動信号発生手段から出力される駆動信号とのうち、少なくともいずれか一方の信号が出力されたとき前記スイッチング素子に作動信号を出力する信号出力手段とにより構成したことを特徴とする電気機器の電力制御装置。
【請求項２】
前記微小時間は、前記スイッチング素子に作動信号が入力されても前記電気機器が実質的に負荷起動を開始するまでの時間として設定してなる請求項１記載の電気機器の電力制御装置。
【請求項３】
前記耐電圧判定手段は、前記検出電圧が耐電圧判定値よりも上昇したとき判定信号の出力を開始する判定信号出力開始手段と、前記検出電圧が前記電気機器が実質的に負荷起動を開始する起動判定値よりも下降したとき判定信号の出力を停止する判定信号出力停止手段とから構成してなる請求項１または２記載の電気機器の電力制御装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子の両端にはアバランシェダイオードを並列接続し、前記耐電圧判定手段で用いられる耐電圧判定値は、該アバランシェダイオードの耐電圧値よりも低い値に設定してなる請求項１，２または３記載の電気機器の電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電動モータ、電磁弁、電磁クラッチ、電磁リレー等として代表されるインダクタンス成分を有する電気機器に駆動信号を供給することにより、該電気機器を駆動させる電気機器の電力制御装置に関する。
【０００２】
特に、本発明は、駆動信号をオンからオフに切換えたときインダクタンス成分に発生する逆起電力によってスイッチング素子が破壊するのを防ぐ素子保護回路を備えた電気機器の電力制御装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、インダクタンス成分を有する電気機器として、電動モータ、電磁弁、電磁クラッチ、電磁リレー等があり、例えば自動車のエンジン制御に用いられる電磁弁としては、アイドリング時におけるエンジンの空燃比を補正するために空気の流量を制御するアイドル制御弁、エンジンの燃焼温度を低下させるべく、エンジンからの排気ガスの一部をエンジンの吸入側に導入するときに、このガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁等がある。また、このような電磁弁としては、各気体の流量を高精度に制御するために、弁開度を自由に設定できるものが用いられている。
【０００４】
また、この電磁弁を電子制御するために、車載用のコントロールユニットと共に電力制御装置が設けられ、該電力制御装置は、前記電磁弁の駆動コイル（インダクタンス成分）に、前記コントロールユニットから入力される作動信号に基づいた駆動信号を供給し、電磁弁の弁開度を増加、減少させて各気体の流量を制御している。また、電力制御装置から電磁弁の駆動コイルに出力される駆動信号としては、パルス波が用いられている。
【０００５】
ここで、電磁弁の駆動コイル等では、駆動信号をオンからオフに切換えたとき、駆動コイルに蓄えられた逆起電力が大きなサージ電圧となって発生し、このサージ電圧がスイッチング素子を絶縁破壊する虞れがあった。
【０００６】
そこで、この種の従来技術による電力制御装置として、図８ないし図１０に示すような、素子保護回路を備えたものがあり、ここでは電磁弁を制御する場合を例に挙げて説明する。
【０００７】
１は後述する電力制御装置２に直流電圧Ｅを供給する電源としてのバッテリで、該バッテリ１は例えば１２Ｖの直流電圧Ｅを出力するものである。
【０００８】
２は従来技術による電力制御装置で、該電力制御装置２は、電磁弁の駆動コイル３に直列接続されたスイッチング素子としての電界効果型トランジスタ４と、該電界効果型トランジスタ４のゲートにパルス状の作動信号を出力する作動信号出力部５と、前記駆動コイル３に逆起電力が発生したときに電界効果型トランジスタ４の破壊を防ぐスナバ回路６とから大略構成されている。また、前記駆動コイル３はインダクタンスＬと抵抗値Ｒとを有し、該電界効果型トランジスタ４はドレインが駆動コイル３に接続され、ソースがバッテリ１のマイナス側に接続されている。さらに、電界効果型トランジスタ４では、ドレインとソースとの間の電圧をＶds、このドレインとソースとの間に印加し得る最大の電圧値を耐電圧値Ｖdss とする。
【０００９】
６は素子保護回路としてのスナバ回路で、該スナバ回路６は、電界効果型トランジスタ４のドレインとソースとの間に並列に接続され、ダイオード７を介して接続されたコンデンサ８と、該コンデンサ８とダイオード７との間の接続点９と駆動コイル３のバッテリ１のプラス側との間に接続して設けられた抵抗１０とによって構成されている。
【００１０】
また、コンデンサ８の静電容量をＣs とし、抵抗１０の抵抗値をＲs とし、図８に示すように、駆動コイル３を流れる電流をｉL 、電界効果型トランジスタ４のドレインとソースとの間を流れる電流をｉ、スナバ回路６のダイオード７を流れる電流をｉD 、コンデンサ８の電圧をＶC とする。なお、図９、図１０中の電流ｉp は電界効果型トランジスタ４のドレインからソースに向けて流れる電流ｉのピーク値、電圧Ｖdsp は電圧Ｖdsの最終到達値をそれぞれ示している。
【００１１】
ここで、電磁弁の電力制御装置２の動作について説明するに、作動信号出力部５からパルス状の作動信号を電界効果型トランジスタ４のゲートに入力すると、この信号によって電界効果型トランジスタ４のドレインとソースとの間が閉成され、駆動コイル３に作動信号に対応したパルス状の駆動信号が出力され、該駆動コイル３では、供給された電流により電磁力を発生し、電磁弁を動作させる。
【００１２】
一方、作動信号出力部５から出力される作動信号がオンからオフに切換わったときには、電界効果型トランジスタ４のドレインとソースとの間が開成され、駆動コイル３では駆動信号がオンからオフに切換わり、該駆動コイル３による電磁力を消去する。
【００１３】
しかし、前述した如く、オン時の駆動信号により駆動コイル３のインダクタンスＬには電力が蓄えられているから、インダクタンスＬの両端には電流の時間変化に応じた逆起電圧ＶR が発生する。そして、この逆起電圧ＶR は、下記の数１によって示される。
【００１４】
【数１】
0003652527.tif 000002
【００１５】
また、この逆起電圧ＶR は、バッテリ１の直流電圧Ｅに重畳して電界効果型トランジスタ４を破壊する虞れがある。このため、電力制御装置２にはスナバ回路６が設けられている。
【００１６】
ここで、スナバ回路６の回路動作について、図９、図１０の特性線図を用いて説明する。
【００１７】
いま、作動信号出力部５から出力される作動信号がオンからオフに切換ってターンオフしたときには、電圧Ｖdsは直流電圧Ｅ＋ＶD （ダイオード７の順方向電圧）に達するまでの間、電流の変化率ｄｉ／ｄｔが大きいために逆起電圧ＶR が急激に上昇する。しかし、その後、ダイオード７には電流ｉD が流れ始めるため、電流の変化率ｄｉ／ｄｔが小さくなり、電界効果型トランジスタ４に印加される電圧Ｖdsは徐々に上昇し、サージ電圧を抑える。一方、コンデンサ８の静電容量Ｃs は、電圧Ｖdsの最終到達値Ｖdsp が電界効果型トランジスタ４の耐電圧値Ｖdss よりも小さい値となるように設定されているから、該コンデンサ８によって逆起電圧ＶR が吸収される。
【００１８】
また、図１０の安全動作領域曲線（以下、ＳＯＡ曲線という）とターンオフ時の電流・電圧特性軌跡に示すように、電流ｉのピーク値ｉp 、電圧Ｖdsの最終到達値Ｖdsp をＳＯＡ曲線内に位置させることができ、どちらもＳＯＡ曲線を越えることなく、電界効果型トランジスタ４の保護を図ることができる。
【００１９】
次に、スナバ回路６を構成するコンデンサ８の静電容量Ｃs 、抵抗１０の抵抗値Ｒs の設定について述べる。
【００２０】
まず、ターンオフ直前に電界効果型トランジスタ４がオン状態にあるときに、駆動コイル３に蓄えられる電力ＷL は、次の数２で表される。
【００２１】
【数２】
0003652527.tif 000003
【００２２】
この電力ＷL を全てコンデンサ８で吸収しなければならないから、電力の関係から、数３が成り立つ。
【００２３】
【数３】
0003652527.tif 000004
【００２４】
この数２と数３とを変形して静電容量Ｃs を算出すると、数４となる。
【００２５】
【数４】
0003652527.tif 000005
【００２６】
また、抵抗１０の機能は、電界効果型トランジスタ４が次のターンオフ動作を行うまでの間に、コンデンサ８の蓄積電荷を放電させるものであるから、例えば次のターンオフ動作までに蓄積電荷の９０％を放電する条件で抵抗値Ｒs を設定すると、次式の数５のようになる。
【００２７】
【数５】
0003652527.tif 000006
但し、ｆ：電界効果型トランジスタ４のスイッチング周波数
【００２８】
ここで、抵抗１０の抵抗値Ｒs をあまり小さい値に設定すると、スナバ回路６の電流ｉD が振動してしまうため、数５を満足する範囲で極力大きな値に設定したほうがよい。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術による電力制御装置２には、電界効果型トランジスタ４を保護するためのスナバ回路６が設けられ、該スナバ回路６では逆起電圧ＶR を充電するためのコンデンサ８を有している。また、このコンデンサ８の静電容量ＣS は、前述した数４に示すように、電圧Ｖdsが耐電圧値Ｖdss を越えないように設定しているため、ある程度大きな静電容量を必要としていた。
【００３０】
一方、電力制御装置２では、駆動時に素早く駆動コイル３に電流を供給すると共に、遮断時には素早く電流を止める必要があるため、コンデンサ８では、駆動コイル３に発生する逆起電圧ＶR を早く充電しなければならない。しかし、従来技術によるコンデンサ８では、前述した理由により静電容量ＣS を大きくしているから、充電時間を費やしてしまう。このため、電力制御装置２では、駆動信号がオフとなったときに、素早く電流を止めることができず、電気機器の性能を高めることができないという問題がある。
【００３１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は駆動信号がオフ状態であってもスイッチング素子を作動させる作動信号を適宜オンさせることにより、小さな静電容量のコンデンサであっても、ターンオフ時に発生する逆起電力を吸収してスイッチング素子の保護を図ることのできる電気機器の電力制御装置を提供することを目的としている。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明による電気機器の電力制御装置は、インダクタンス成分を有する電気機器に直列接続され作動信号の入力により作動するスイッチング素子と、該スイッチング素子と並列に接続されダイオードを介して接続されたコンデンサと、該コンデンサとダイオードとの間の接続点と前記電気機器の電源側との間に接続して設けられた抵抗と、前記スイッチング素子を作動させるため該スイッチング素子に作動信号を出力する作動信号出力部とにより構成している。
【００３３】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、作動信号出力部を、電気機器を駆動させるための駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、スイッチング素子の両端電圧を検出電圧として検出する両端電圧検出手段と、該両端電圧検出手段によって検出された検出電圧が前記スイッチング素子の耐電圧値よりも低い値に設定された耐電圧判定値を越えたときスイッチング素子を微小時間のみ作動させるための判定信号を出力する耐電圧判定手段と、該耐電圧判定手段から出力される判定信号と前記駆動信号発生手段から出力される駆動信号とのうち、少なくともいずれか一方の信号が出力されたとき前記スイッチング素子に作動信号を出力する信号出力手段とにより構成したことにある。
【００３４】
このように、スイッチング素子の両端に接続されたダイオード、コンデンサと、該ダイオードとコンデンサとの間の接続点と電気機器の電源側との間に接続した抵抗とによって素子保護回路を構成しているから、電気機器に印加された駆動信号がオンからオフに切換わったとき、電気機器のインダクタンス成分に発生する逆起電力を前記素子保護回路で吸収し、スイッチング素子を保護する。
【００３５】
また、駆動信号がターンオフして、電気機器のインダクタンス成分に蓄えられた逆起電力がスイッチング素子に流れ、コンデンサが並列接続されたスイッチング素子の両端電圧が急激に上昇する。このとき、両端電圧検出手段で検出した検出電圧が、スイッチング素子の耐電圧値よりも低い値に設定された耐電圧判定値を越えるから、耐電圧判定手段と信号出力手段では、微小時間のみオンとなる作動信号をスイッチング素子に出力する。このため、電気機器を駆動させるための駆動信号がオフ状態となっている場合でも、例えばスイッチング素子の耐電圧値を越える前に検出電圧を下げることができる。
【００３６】
さらに、耐電圧判定値を耐電圧値より低い値に設定したから、従来のコンデンサの静電容量に比べ、その値を小さく設定することができる。
【００３７】
請求項２の発明では、微小時間を、スイッチング素子に作動信号が入力されても電気機器が実質的に負荷起動を開始するまでの時間として設定したことにある。
【００３８】
このような構成としたことにより、電気機器を駆動するための駆動信号がオフ状態のときにスイッチング素子を作動する作動信号をオン状態としても、電気機器を実質的に負荷起動を開始することなく、スイッチング素子を保護することができる。
【００３９】
請求項３の発明では、耐電圧判定手段を、検出電圧が耐電圧判定値よりも上昇したとき判定信号の出力を開始する判定信号出力開始手段と、前記検出電圧が前記電気機器が実質的に負荷起動を開始する起動判定値よりも下降したとき判定信号の出力を停止する判定信号出力停止手段とから構成したことにある。
【００４０】
このように構成したことにより、判定信号出力開始手段と判定信号出力停止手段とから出力される判定信号は、微小時間の間オン状態となる信号にできる。このため、この判定信号によってスイッチング素子を微小時間のみ作動しても、電気機器に流れる電流を該電気機器が実質的に負荷起動を開始する電流値よりも低い値にでき、駆動信号がオフ状態のとき電気機器を駆動させることなく、スイッチング素子を保護することができる。
【００４１】
請求項４の発明では、スイッチング素子の両端にアバランシェダイオードを並列接続し、耐電圧判定手段で用いられる耐電圧判定値を、該アバランシェダイオードの耐電圧値よりも低い値に設定したことにある。
【００４２】
このように構成したことにより、作動信号がターンオフしてインダクタンス成分に蓄えられた逆起電力による電流がスイッチング素子に流れたとしても、アバランシェダイオードの耐電圧値よりも低い値に設定された耐電圧判定値によって、スイッチング素子を適宜作動させることにより、スイッチング素子の両端電圧がアバランシェダイオードの耐電圧値を越えるのを阻止し、該アバランシェダイオードとスイッチング素子との保護を図ることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電力制御装置についての実施の形態を、図１ないし図７を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施の形態では前述した従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４４】
まず、第１の実施の形態を図１ないし図４に基づいて、電磁弁を制御する場合を例に挙げて説明する。
【００４５】
１１は本実施の形態に用いられる電力制御装置で、該電力制御装置１１は、電磁弁の駆動コイル３に直列接続されたスイッチング素子としての電界効果型トランジスタ４と、前記駆動コイル３に逆起電力が発生したときに電界効果型トランジスタ４の破壊を防ぐスナバ回路１２と、前記電界効果型トランジスタ４のゲートに作動信号Ｖ3 を入力する後述の作動信号出力部１７とから大略構成されている。
【００４６】
また、スナバ回路１２は、従来技術によるスナバ回路６とほぼ同様に、電界効果型トランジスタ４のドレインとソースとの間に並列接続され、ダイオード１３を介して接続された静電容量Ｃ0 を有するコンデンサ１４と、該コンデンサ１４とダイオード１３との接続点１５と駆動コイル３のプラス側との間に接続された抵抗値Ｒ0 を有する抵抗１６とから構成されている。
【００４７】
１７は本実施の形態に適用される作動信号出力部で、該作動信号出力部１７は例えば、電子部品等によって構成され、該作動信号出力部１７は、後述する駆動信号発生回路１８、Ｖds検出回路１９、耐電圧判定回路２０、オア回路２１、素子作動回路２２とから構成されている。
【００４８】
１８は駆動信号発生手段としての駆動信号発生回路で、該駆動信号発生回路１８からは図２の上段に示すようなパルス状の駆動信号Ｖ1 をオア回路２１に向けて発生し、該駆動信号Ｖ1 は電磁弁を作動させるためにスイッチング周波数ｆでオン状態を繰り返して出力するものである。
【００４９】
１９は両端電圧検出手段としてＶds検出回路で、該Ｖds検出回路１９は、電界効果型トランジスタ４のドレインとソースとの間の両端電圧を検出電圧Ｖdsとして検出するものである。
【００５０】
２０は耐電圧判定手段としての耐電圧判定回路で、該耐電圧判定回路２０は、電界効果型トランジスタ４の耐電圧値Ｖdss よりも低い値に設定された耐電圧判定値ＶA と、電磁弁が実質的な負荷起動を開始する起動判定値ＶB とが内蔵されている。そして、耐電圧判定回路２０では、Ｖds検出回路１９から入力される検出電圧Ｖdsを耐電圧判定値ＶA と起動判定値ＶB によって比較判定することにより、図２中の２段目に示すように、検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値ＶA から起動判定値ＶB に向けて下降するときの微小時間ΔＴのみ、図２中の３段目に示すような判定信号Ｖ2 をオア回路２１に出力する。
【００５１】
２１はオア回路で、該オア回路２１は入力側に駆動信号発生回路１８と耐電圧判定回路２０とが接続され、出力側には素子作動回路２２が接続されている。そして、該オア回路２１では、駆動信号Ｖ1 または判定信号Ｖ2 のうち、少なくともいずれか一方がオン状態となったときに、オン状態の信号を素子作動回路２２に出力する。
【００５２】
２２はドライバ回路からなる素子作動回路で、該素子作動回路２２は、オア回路２１から出力される信号を受けて、電界効果型トランジスタ４を作動する作動信号Ｖ3 を該電界効果型トランジスタ４のゲートに向けて出力するものである。なお、オア回路２１と素子作動回路２２によって本発明による信号出力手段を構成している。
【００５３】
次に、本実施の形態による電力制御装置１１の回路動作について、図２の特性線図を用いて説明する。
【００５４】
まず、電磁弁を作動させるために駆動信号発生回路１８から出力される駆動信号Ｖ1 がオン状態のとき、オア回路２１にはオン状態の駆動信号Ｖ1 とオフ状態の判定信号Ｖ2 とがそれぞれ入力されるから、該オア回路２１、素子作動回路２２からはオン状態の作動信号Ｖ3 が電界効果型トランジスタ４のゲートに向けて出力される。そして、電界効果型トランジスタ４では、そのドレインとソースとの間が閉成され、駆動コイル３に駆動信号を出力し電磁弁を駆動させる。
【００５５】
一方、駆動信号発生回路１８から出力される駆動信号Ｖ1 がオンからオフに切換わってターンオフしたとき、オア回路２１にはオフ状態の駆動信号Ｖ1 とオフ状態の判定信号Ｖ2 とがそれぞれ入力されるから、該オア回路２１、素子作動回路２２からはオフ状態の作動信号Ｖ3 が電界効果型トランジスタ４のゲートに出力される。これにより、電界効果型トランジスタ４では、そのドレインとソースとの間が開成され、駆動コイル３による電磁力を消去する。
【００５６】
また、駆動信号Ｖ1 がターンオフしたときには、検出電圧Ｖdsは直流電圧Ｅ＋ＶD （ダイオード７の順方向電圧）に達するまでの間、電流の変化率ｄｉ／ｄｔが大きいために逆起電圧ＶR が急激に上昇する。しかし、その後、ダイオード１３には電流ｉD が流れ始めてコンデンサ１４に充電を始めるため、電流の変化率ｄｉ／ｄｔが小さくなり、電界効果型トランジスタ４に印加される検出電圧Ｖdsは徐々に上昇する。
【００５７】
さらに、検出電圧Ｖdsが上昇して耐電圧判定値ＶA を越えたときには、耐電圧判定回路２０からはオン状態の判定信号Ｖ2 がオア回路２１に出力され、素子作動回路２２からオン状態の作動信号Ｖ3 が該電界効果型トランジスタ４に出力される。そして、電界効果型トランジスタ４を閉成することにより駆動コイル３に電流を流し、検出電圧Ｖdsが下がる。
【００５８】
その後、検出電圧Ｖdsが起動判定値ＶB より下降したとき、素子作動回路２２からは電界効果型トランジスタ４を開成するオフ状態の作動信号Ｖ3 が出力され、該電界効果型トランジスタ４を開成することにより、コンデンサ１４では充電を開始し検出信号Ｖdsは再び上昇する。
【００５９】
ここで、検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値ＶA より上昇してから起動判定値ＶB より下降するまでの間は微小時間ΔＴに設定されている。この微小時間ΔＴは、電界効果型トランジスタ４に作動信号Ｖ3 が入力されて、該電界効果型トランジスタ４が一時的に閉成されても、電磁弁が実質的に負荷起動を開始（励磁によって開弁を開始）するまでの時間として設定されている。このように、微小時間ΔＴの間、電磁弁の駆動コイル３に電流ｉL が流れているものの、電磁弁が負荷起動を開始する電流値ｉm を越えていないから、電磁弁は停止状態を維持ている。
【００６０】
そして、駆動コイル３の逆起電力がコンデンサ１４によって吸収されるまで、この動作を繰り返し、その後検出電圧Ｖdsは起動判定値ＶB よりも下降する。
【００６１】
この動作は、図２に示すような特性線図となり、駆動信号Ｖ1 がオフ状態であっても、検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値ＶA から起動判定値ＶB に向けて下降しているときに、作動信号Ｖ3 を微小時間ΔＴのみオン状態とすることにより、検出電圧Ｖdsが耐電圧値Ｖdss を越えるのを阻止する。
【００６２】
一方、駆動信号Ｖ1 をターンオフした後に、駆動コイル３に蓄えられた逆起電力による電流ｉD は、ダイオード１３に向けて流れコンデンサ１４の充電を行う。この充電は、作動信号Ｖ3 がオフ状態のときに行われ、オン状態のときには行われていないから、作動信号Ｖ3 のオンオフ動作に伴って電流ｉD が変化する。また、電界効果型トランジスタ４にはオンで逆起電力が流れ、オフで流れるのが阻止されているから、電界効果型トランジスタ４を流れる電流ｉも同様に変化する。そして、駆動コイル３の逆起電力はコンデンサ１４に充電されると共に、抵抗１６を通して放電されることにより、電流ｉD は下降する。
【００６３】
さらに、作動信号出力部１７の動作をより明確にするために、図３のフローチャートを参照しつつその動きについて述べる。
【００６４】
まず、ステップ１では駆動信号発生回路１８から出力される駆動信号Ｖ1 がオフ状態か否かを判定し、「ＮＯ」と判定したときには、電磁弁を作動させるための通常の信号が入力されていると判断し、ステップ２に移る。このステップ２では、作動信号Ｖ3 をオン状態として電界効果型トランジスタ４のゲートに出力する。そして、該電界効果型トランジスタ４を閉成させることにより、駆動コイル３には電磁力を発生させる。さらに、ステップ１３でリターンする。
【００６５】
一方、ステップ１で「ＹＥＳ」と判定した場合には、駆動信号Ｖ1 がオフ状態となっているから、駆動コイル３に逆起電力が発生しているとして、ステップ３以降の処理を行う。
【００６６】
ステップ３では、Ｖds検出回路１９から検出電圧Ｖdsを読込み、ステップ４では検出電圧Ｖdsが起動判定値ＶB よりも高いか否かを判定し、このステップ４で「ＮＯ」と判定したときには、検出電圧Ｖdsが起動判定値ＶB よりも低い状態にある。そこで、ステップ５では判定電圧Ｖ2 をオフ状態、即ち判定信号Ｖ2 の出力を停止し、ステップ６ではオフ状態の作動信号Ｖ3 を電界効果型トランジスタ４に出力する。そして、電界効果型トランジスタ４を開成とし、ステップ１３でリターンする。
【００６７】
一方、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定した場合には、検出電圧Ｖdsが起動判定値ＶB よりも高くなっているから、ステップ７に移る。
【００６８】
このステップ７では、検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値ＶA よりも低いか否かを判定し、「ＮＯ」と判定した場合には、検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値ＶA を越えた場合である。そこで、ステップ８では判定信号Ｖ2 をオン状態、即ち判定信号Ｖ2 の出力を開始し、ステップ９ではオン状態の作動信号Ｖ3 を電界効果型トランジスタ４に出力する。そして、電界効果型トランジスタ４を閉成し、ステップ１３でリターンする。
【００６９】
一方、ステップ７で「ＹＥＳ」と判定した場合には、検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値ＶA よりも低い場合であるから、ステップ１０に移る。このステップ１０では、判定信号Ｖ2 がオフ状態か否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定した場合には、検出電圧Ｖdsが起動判定値ＶB と耐電圧判定値ＶA との間にあるものの、未だに耐電圧判定値ＶA を越えていないから、ステップ１１で作動信号Ｖ3 をオフ状態にしてステップ１３でリターンする。
【００７０】
一方、ステップ１０で「ＮＯ」と判定した場合には、検出電圧Ｖdsは起動判定値ＶB と耐電圧判定値ＶA との間にあり、しかも耐電圧判定値ＶA を越えたことがあるから、ステップ１２に移り、このステップ１２で作動信号Ｖ3 をオン状態として電界効果型トランジスタ４に出力してステップ１３でリターンする。
【００７１】
このように、本実施の形態では、駆動信号Ｖ1 がオフ状態であっても作動信号出力部１７から出力される作動信号Ｖ3 を微小時間ΔＴのみオン状態とすることにより、検出電圧Ｖdsが耐電圧値Ｖdss を越えるのを阻止することができる。
【００７２】
この結果、図４のＳＯＡ（安全動作領域）曲線とターンオフ時の電流・電圧特性軌跡に示すように、電流ｉのピーク値ｉp 、検出電圧Ｖdsの最終到達値Ｖdsp をＳＯＡ曲線内に位置させることができ、電界効果型トランジスタ４の保護を図ることができる。
【００７３】
次に、スナバ回路１２を構成するコンデンサ１４の静電容量Ｃ0 と抵抗１６の抵抗値Ｒ0 の設定について述べる。
【００７４】
ここで、前述した如く、耐電圧値Ｖdss よりも小さい値の耐電圧判定値ＶA を越えたときに、電界効果型トランジスタ４を閉成させているから、従来のコンデンサ８の静電容量ＣS に比べてコンデンサ１４の静電容量Ｃ0 を小さい値に設定することができる。
【００７５】
一方、コンデンサ１４の静電容量Ｃ0 は、図２に示すように、駆動信号Ｖ1 がオフ状態のときにオン状態の作動信号Ｖ3 を電界効果型トランジスタ４に出力し、該電界効果型トランジスタ４を閉成させるため、駆動コイル３を流れる電流ｉL は電磁弁が作動を開始する電流値ｉm を越えない値に設定される。
【００７６】
以上の点から、本実施の形態に用いられるコンデンサ１４の静電容量Ｃ0 は、数６のように設定される。なお、左辺は駆動コイル３に電流ｉL を流しても電磁弁が作動しないための条件、右辺は駆動信号Ｖ1 がオフ状態に判定信号Ｖ2 をオンさせるための条件である。
【００７７】
【数６】
0003652527.tif 000007
【００７８】
また、抵抗１６の機能は、電界効果型トランジスタ４が次のターンオフ動作を行うまでの間に、コンデンサ１４の蓄積電荷を放電させるものであるから、例えば次のターンオフ動作までに蓄積電荷の９０％を放電する条件で抵抗値Ｒ0 を設定すると、次式の数７のようになる。
【００７９】
【数７】
0003652527.tif 000008
【００８０】
かくして、本実施の形態による電力制御装置１１では、作動信号出力部１７により電界効果型トランジスタ４の両端電圧（検出電圧Ｖds）を監視して、該検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値ＶA を越えたときに、作動信号Ｖ3 を微少時間ΔＴに亘って適宜オン状態とすることにより、耐電圧値Ｖdss を越える前に検出電圧Ｖdsを下げることができ、電界効果型トランジスタ４の保護を図ることができる。
【００８１】
しかも、作動信号出力部１７中の耐電圧判定回路２０では、検出信号Ｖdsが耐電圧判定値ＶA を越えたとき、電界効果型トランジスタ４を閉成させて検出電圧Ｖdsが耐電圧値Ｖdss を越えるのを阻止しているから、コンデンサ１４の静電容量Ｃ0 を従来技術によるコンデンサ８の静電容量ＣS よりも小さく設定することができる。これにより、コンデンサ１４は、駆動信号Ｖ1 のターンオフ時に発生する逆起電力を素早く充電し、オフ時の電流ｉを素早く止めることができ、電気機器として用いた電磁弁の性能を高めることができる。
【００８２】
また、本実施の形態による電力制御装置１１を、電気機器を同一の駆動コイルを備えた電動モータ等に使用する場合には、該各駆動コイル毎に電力制御装置１１を設けなければならないが、前述した如く、コンデンサ１４の静電容量Ｃ0 を小さくすることによって、これら電力制御装置１１の小型化を図ることができる。しかも、電力制御装置１１では、従来技術に比べて、検出電圧Ｖdsが最終到達値Ｖdsp に達する時間を短くすることができるため、スイッチング周波数ｆを高めることも可能である。
【００８３】
さらに、この場合には、作動信号出力部１７は個々に電子部品によって構成するのではなく、マイクロコンピュータによってこの作動信号出力部１７を構成することもできる。
【００８４】
次に、図５ないし図７に基づいて第２の実施の形態について説明するに、本実施の形態では、電界効果型トランジスタのドレインとソースとの間にアバランシェダイオードを内蔵したものである。なお、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８５】
３１は本実施の形態による電力制御装置で、該電力制御装置３１は、第１の実施の形態による電力制御装置１１とほぼ同様に構成されるものの、電界効果型トランジスタ３２、コンデンサ３４、抵抗３５、作動信号出力部１７の耐電圧判定回路３６が異なっている。
【００８６】
３２は駆動コイル３に直列接続されたスイッチング素子としての電界効果型トランジスタで、該電界効果型トランジスタ３２のドレインとソースとの間にアバランシェダイオード３３が並列接続され、該アバランシェダイオード３３は電界効果型トランジスタ３２に内蔵されている。そして、アバランシェダイオード３３の耐電圧値としてのアバランシェ電圧をＶARとすると、該アバランシェダイオード３３は、電界効果型トランジスタ４にアバランシェ電圧ＶAR以上の電圧が印加されるのを防止するものである。
【００８７】
３４はスナバ回路１２の一部を構成するコンデンサで、該コンデンサ３４は、電界効果型トランジスタ３２のドレインとソースとの間に、ダイオード１３を介して接続されている。また、該コンデンサ３４はその静電容量がＣ0 ′に設定されている。
【００８８】
３５はスナバ回路１２の一部を構成する抵抗で、該抵抗３５はコンデンサ３４とダイオード１３との接続点１５と駆動コイル３のプラス側との間に接続されている。また、抵抗３５はその抵抗値がＲ0 ′に設定されている。
【００８９】
３６は作動信号出力部１７を構成する耐電圧判定回路で、該耐電圧判定回路３６は、第１の実施の形態による耐電圧判定回路２０とほぼ同様に、Ｖds検出回路１９とオア回路２１との間に接続されているものの、該耐電圧判定回路３６は、電界効果型トランジスタ４の耐電圧値Ｖdss よりも高く、アバランシェダイオード３３のアバランシェ電圧ＶARよりも低い値に設定された耐電圧判定値ＶA ′と起動判定値ＶB ′とが内蔵され、図６中の２段目に示すように、Ｖds検出回路１９から入力される検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値ＶA ′から起動判定値ＶB ′に向けて下降するときの微小時間ΔＴ′に亘り、３段目に示すような判定信号Ｖ2 をオア回路２１に出力する。
【００９０】
なお、電界効果型トランジスタ３２の耐電圧値は今までの耐電圧値Ｖdss よりも高いアバランシェダイオード３３のアバランシェ電圧ＶARによって設定される。これにより、電界効果型トランジスタ３２の検出電圧Ｖdsの最終到達値Ｖdsp は、このアバランシェダイオード３３のアバランシェ電圧ＶARよりも低い値となるため、コンデンサ３４の静電容量Ｃ0 ′はこれに対応させて設定すればよい。
【００９１】
即ち、本実施の形態に用いられるコンデンサ３４の静電容量Ｃ0 ′は、数８のように設定される。
【００９２】
【数８】
0003652527.tif 000009
【００９３】
また、抵抗３５の機能は、電界効果型トランジスタ３２Ａが次のターンオフ動作を行うまでの間に、コンデンサ３４の蓄積電荷を放電させるものであるから、例えば次のターンオフ動作までに蓄積電荷の９０％を放電する条件とすると、抵抗値Ｒ0 ′は数９のように設定される。
【００９４】
【数９】
0003652527.tif 000010
【００９５】
このように、第２の実施の形態による電力制御装置３１でも、前述した第１の実施の形態と同様に、電界効果型トランジスタ３２の保護をより確実に図ることができると共に、図６に示すように、駆動信号Ｖ1 のターンオフ時に発生する逆起電力をコンデンサ３４で素早く充電でき、電気機器の性能を高めることができる。しかも、図７に示す如く、ピーク値ｉp 、最終到達値Ｖdsp をＳＯＡ曲線内に位置させることができ、電界効果型トランジスタ３２とアバランシェダイオード３３との保護を図ることができる。
【００９６】
なお、第１の実施の形態では、図３に示すフローチャート中のステップ７が判定信号出力開始手段の具体例であり、ステップ４は判定信号出力停止手段の具体例を示している。
【００９７】
また、各実施の形態では、駆動信号Ｖ1 がオフ状態であっても、検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値ＶA （ＶA ′）から起動判定値ＶB （ＶB ′）に向けて下降するときの微小時間ΔＴのみ作動信号Ｖ3 をオン状態としたが、本発明はこれに限らず、検出電圧Ｖdsが耐電圧判定値を越えたときに、予め決められた一定の微小時間のみ作動信号Ｖ3 をオンするように設定してもよいことは勿論である。
【００９８】
また、各実施の形態では、スイッチング素子に電界効果型トランジスタを用いたが、本発明ではこれに限らず、スイッチングトランジスタ、トライアック等によって構成してもよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の本発明によれば、駆動信号がターンオフして電気機器のインダクタンス成分に蓄えられた逆起電力がスイッチング素子に流れ、スイッチング素子の両端電圧が急激に上昇する。このとき、両端電圧検出手段で検出した検出電圧がスイッチング素子の耐電圧値よりも低い値に設定された耐電圧判定値を越えるから、耐電圧判定手段と信号出力手段では、微小時間のみオンとなる作動信号をスイッチング素子に出力する。このため、電気機器を駆動させる駆動信号がオフ状態となっている場合でも、例えばスイッチング素子の耐電圧値を越える前に検出電圧を下げることができ、スイッチング素子の保護を図ることができる。
【０１００】
また、耐電圧判定値を耐電圧値より低い値に設定したから、従来のコンデンサの静電容量に比べ、その値を小さく設定することができる。このため、コンデンサに充電される時間を短くして作動信号をオフした時の電気機器に流れる電流を素早く止め、電気機器の性能を高めることができる。
【０１０１】
請求項２の発明では、耐電圧判定手段によってスイッチング素子が作動される微小時間は、スイッチング素子に作動信号が入力されても電気機器が実質的に負荷駆動を開始するまでの時間に設定したから、電気機器を駆動するための駆動信号がオフ状態のときに、スイッチング素子を作動させる作動信号を微小時間のみオン状態としても、電気機器を駆動させることなく、スイッチング素子を保護することができる。
【０１０２】
請求項３の発明では、耐電圧判定手段を、検出電圧が耐電圧判定値より上昇したとき判定信号の出力を開始する判定信号出力開始手段と、検出電圧が電気機器が実施的に負荷駆動を開始する起動判定値より下降したとき判定信号の出力を停止する判定信号出力停止手段とから構成したから、耐電圧判定手段から出力される判定信号を、微小時間の間オン状態となる信号にでき、駆動信号がオフ状態のときに電気機器を実質的に負荷起動を開始することなく、スイッチング素子を保護することができる。
【０１０３】
請求項４の発明では、スイッチング素子の両端にアバランシェダイオードを並列接続し、耐電圧判定手段で用いられる耐圧判定値を、前記アバランシェダイオードの耐電圧値よりも低い値に設定したから、駆動信号がターンオフしてインダクタンス成分に蓄えられた逆起電力がスイッチング素子に流れたとしても、アバランシェダイオードの耐電圧値よりも低い値に設定された耐電圧判定値によって、スイッチング素子を適宜駆動させることにより、両端電圧がアバランシェダイオードの耐電圧値を越えるのを阻止し、アバランシェダイオードとスイッチング素子の保護を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による電力制御装置を示す回路図である。
【図２】第１の実施の形態による電力制御装置中の駆動信号、検出電圧、判定信号、作動信号、電流を示す特性線図である。
【図３】駆動信号出力部の動作を示す流れ図である。
【図４】第１の実施の形態による安全動作領域曲線とターンオフ時の電流・電圧特性軌跡を示す特性線図である。
【図５】第２の実施の形態による電力制御装置を示す回路図である。
【図６】第２の実施の形態による電力制御装置中の駆動信号、検出電圧、判定信号、作動信号、電流を示す特性線図である。
【図７】第２の実施の形態による安全動作領域曲線とターンオフ時の電流・電圧特性軌跡を示す特性線図である。
【図８】従来技術による電力制御装置を示す回路図である。
【図９】従来技術による電力制御装置中の作動信号、電圧、電流を示す特性線図である。
【図１０】安全動作領域曲線とターンオフ時の電流・電圧特性軌跡を示す特性線図である。
【符号の説明】
１  バッテリ（直流電源）
３  駆動コイル
４，３２  電界効果型トランジスタ（スイッチング素子）
１１，３１  電力制御装置
１２  スナバ回路
１３  ダイオード
１４，３４  コンデンサ
１５  接続点
１６，３５  抵抗
１７  作動信号出力部
１８  駆動信号発生回路（駆動信号発生手段）
１９  Ｖds検出回路（両端電圧検出手段）
２０，３６  耐電圧判定回路（耐電圧判定手段）
２１  オア回路（信号出力手段）
２２  素子作動回路（信号出力手段）
３３  アバランシェダイオード
ＶA ，ＶA ′  耐電圧判定値
ＶB ，ＶB ′  起動判定値
ΔＴ，ΔＴ′  微小時間
【図１】
0003652527.tif 000011
【図４】
0003652527.tif 000012
【図２】
0003652527.tif 000013
【図３】
0003652527.tif 000014
【図５】
0003652527.tif 000015
【図７】
0003652527.tif 000016
【図６】
0003652527.tif 000017
【図８】
0003652527.tif 000018
【図９】
0003652527.tif 000019
【図１０】
0003652527.tif 000020