(57)【要約】【課題】従来よりも誘導負荷の停止時に高い応答性で負荷電流の減少速度を制御できると共に、良好に発熱による損失を抑えることができる誘導負荷駆動回路の提供。【解決手段】電源からの交流を整流ブリッジダイオードと一次側平滑コンデンサを介して平滑化した直流とし、この直流をパルス信号発生装置からのパルス信号に応じてスイッチング制御されるスイッチング素子によりパルス波の交流としてスイッチングトランスにより二次側へ伝達し、二次側ダイオードと二次側コンデンサを介して平滑化した直流として出力するスイッチング電源回路を備えた誘導負荷駆動回路において、スイッチング電源回路から誘導負荷へ出力される電流を指令信号に応じて制御する比例制御素子をさらに備え、制御回路が、パルス信号発生装置を制御して、前記比例制御素子の両端電圧が一定となるようにスイッチング素子のスイッチングパルス幅を調整するものとした。【選択図】  図１
2018093600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの交流を整流する整流ブリッジダイオードと、整流された直流を平滑化する一次側平滑コンデンサと、前記一次側平滑コンデンサにより平滑化された直流をパルス信号発生手段からのパルス信号に基づいた周期でのスイッチング素子のオン／オフスイッチングによってパルス波の交流に変換されたものを予め定められた交流電圧へ変圧して二次側へ伝達するスイッチングトランスと、二次側に伝達された交流を整流する二次側ダイオードと、整流された直流をさらに平滑化して出力する二次側平滑コンデンサとを備えたスイッチング電源回路と、指令信号と前記スイッチング電源回路の出力側の検出結果に基づいて前記パルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整して前記スイッチング素子のオン／オフスイッチングを制御する制御回路と、を有する誘導負荷駆動回路において、
前記スイッチング電源回路から誘導負荷へ出力される電流を指令信号に応じて制御する比例制御素子をさらに備え、
前記制御回路は、前記パルス信号発生装置を制御して、前記比例制御素子の両端電圧が一定となるように前記スイッチング素子のスイッチングパルス幅を調整するものであることを特徴とする誘導負荷駆動回路。
【請求項２】
前記誘導負荷の電流減少時に該誘導負荷の逆起電力を転流させながら回収するエネルギー回収回路を更に備え、
前記エネルギー回収回路は、前記誘導負荷に並列で接続された回収用一次側コイルと前記スイッチングトランスの一次側に接続されている回収用二次側コイルとを有する回収用トランスと、前記制御回路からの回収指令信号に基づいてパルス信号を発生する第２のパルス信号発生装置と、前記回収用一次側コイルと直列に配置されて前記第２のパルス信号発生装置よるパルス信号に応じて動作して前記回収用一次側コイルに流れる電流を制御する回収制御素子と、前記回収用トランスの一次側に接続されて前記回収制御素子がオフの際に前記誘導負荷の逆起電力が転流される転流回路と、を有するものであり、
前記制御回路は、前記誘導負荷の電流減少時に前記回収制御素子に対する前記第２のパルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整させて、前記回収制御素子のスイッチングを制御することにより、前記回収用トランスの前記回収用一次側コイルに前記誘導負荷の逆起電力を転流させながら前記回収用二次側コイルへエネルギーを伝達させるものであることを特徴とする請求項１に記載の誘導負荷駆動回路。
【請求項３】
前記エネルギー回収回路の前記転流回路は、前記回収制御素子がオフされた際に前記誘導負荷の転流電流を蓄積すると共に前記回収制御素子が再度オンされた際に蓄積された電荷を放出して前記回収用一次側コイルへ電流供給する蓄積コンデンサを備えていることを特徴とする請求項２に記載の誘導負荷駆動回路。
【請求項４】
前記エネルギー回収回路は、前記転流回路として、前記回収制御素子が接続された前記回収用一次側コイルと逆極性で前記回収用トランスの同一鉄心に設けられた相対的に抵抗値の大きい第２の回収用一次側コイルを備え、
前記制御回路は、前記誘導負荷の電流減少時に前記回収制御素子に対する前記第２のパルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整させて、前記回収制御素子を一定時間オフ制御することにより、前記誘導負荷の逆起電力を転流させながら前記回収用トランスの前記第２の回収用一次側コイルに電流を流すことによりコア磁束を変化させて回収用二次側コイルへエネルギーを伝達させるものであることを特徴とする請求項２に記載の誘導負荷駆動回路。
【請求項５】
前記エネルギー回収回路は、前記第２の回収用一次側コイルと直列に配置されて、相対的に抵抗値の小さい前記回収用一次側コイルの前記回収制御素子がオフした際の電圧を一定にするように前記第２の回収用一次側コイルに流れる電流を制限する第２の回収制御素子を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の誘導負荷駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばソレノイドやモータ等の誘導負荷を駆動させるための回路に関し、詳しくは、ＰＷＭ制御方式によるスイッチング電源の回路構成に比例制御方式を組み合わせた誘導負荷駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータやソレノイドなど、コイル成分を有し、電気エネルギーを電磁力を介して機械的運動に変換する誘導負荷は、アクチュエータとして各種装置に利用されている。誘導負荷の駆動制御方式には、大きく分けてパルス幅変調、所謂ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と比例制御とがある。前者は負荷をオン／オフ制御する際にパルス幅のデューティー比、即ちオン／オフ比率を入力信号の大きさに応じて変化させるものであり、後者は負荷と直列に接続された制御素子の両端電圧を可変して損失させることにより制御するものである。
【０００３】
ＰＷＭ方式としては、例えば特許文献１に見られるようなスイッチング電源の回路構成を用いて、商用の高い交流電圧を低い直流電圧として安定的に誘導負荷へ供給する駆動回路により電流制御を行うものがある。
【０００４】
具体的には、図７（ａ）に基本構成を示すように、供給電源１１２からの交流をまずブリッジダイオード１１３により整流し、さらに平滑コンデンサ１１４で平滑化された直流を、指令信号１２１に基づいてＦＥＴ（Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ）等の半導体素子からなるスイッチング素子１１５のスイッチングによりパルス波の交流に変換してからスイッチングトランス１１６に送り込み、交流電圧を所定の交流電圧に降圧変換するスイッチング電源回路を用いた誘導負荷駆動回路１００である。
【０００５】
スイッチングトランス１１６の一次側で入力側直流を交流変換する際に、制御回路において指令信号１２１に基づいて所定のパルス波幅（スイッチングのオン／オフサイクルのオン時間）となるように、例えばＰＷＭコントローラ（ＰＷＭ−ＩＣ）等のパルス信号発生装置１２４からパルス信号が発生される。そして、指令信号と出力側の電流センサ１２５による検出結果に基づくフィードバック制御によってパルス波幅を調整してスイッチングできるため、電源及び負荷が変動しても、出力電流が一定に保たれ、安定化した直流が得られる。
【０００６】
この方式では、スイッチングトランス１１６にて、スイッチング素子１１５をオン／オフスイッチングして高周波交流とした電流を一次側コイルＬｐから二次側コイルＬｓへ電磁誘導させることでエネルギーが伝達されるが、高周波交流にすることでトランス自体が小型で済み、発熱が少ないため高効率となる。このように伝達された交流電流は、二次側の整流ダイオード１１７で整流されて誘導負荷へ流されるが、ダイオードで整流された誘導電流は断続波形となるため、そのまま誘導負荷に流すと誘導負荷の両端電圧は大きく変動することになる。従って、これを平滑化するために二次側に平滑コンデンサ１１８を配置し、平滑化された直流が誘導負荷１１１へ出力される構成となっている。
【０００７】
この二次側の平滑コンデンサ１１８は、容量が小さいほど回路応答が高速になる。その反面、コンデンサで平滑しきれずリップル電圧が大きくなるため、電流制御の安定性が悪化してしまう。そこで、ＰＷＭ周期をより高速化し、コンデンサ容量が小さくてもリップル電流を吸収できるようにすることで高応答化が可能となるが、誘導負荷電流オフ時の応答性は、以下のように構造的に遅いものとなる。
【０００８】
即ち、誘導負荷電流をオフにするには、スイッチングトランス一次側のスイッチング素子１１５をオフ一定としてトランス二次側への誘導を停止し、平滑コンデンサ１１８を完全に放電させる必要がある。しかし、平滑コンデンサの容量が負荷の発生する逆起電力に対して充分小さい場合、平滑コンデンサが放電すると、図７（ｂ）に示すように、誘導負荷の転流電流１０１が平滑コンデンサ１１８を逆向きに充電すると同時にトランス二次側コイルＬｓにも整流ダイオードを介して転流電流が流れる。このとき一次側コイルＬｐにも、誘導負荷の転流時間と比較すると無視できる程度の時間であるが、誘導電流１０２がＦＥＴの内臓ダイオードを介して流れる。また、トランス二次側コイルのインピーダンスも低いため、誘導負荷オフ時の転流電流は、殆どは整流ダイオードを介して流れる。その結果、応答性はダイオード転流回路を持つ駆動回路と等価となり、応答時間がかかってしまう。
【０００９】
このように、ＰＷＭ方式のスイッチング電源の回路構成を利用した誘導負荷駆動回路では、効率に優れるが、応答性に問題があり、誘導負荷電流の減少速度の制御ができない。これに対して、比例制御方式は、制御素子の両端で電圧を可変調整して損失させることで制御するものであるため、発熱する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−２１７２３８号公報
【特許文献２】特開平０７−５９３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方、電力が１００Ｗ以下という出力が小さい通常のソレノイドなどの場合、負荷に蓄積されたエネルギーは発熱により消費されるが、消費されるエネルギーが数ワットと少ないために、電力回収を行う費用対効果として適当ではないため、エネルギーの回収は行われていない。これは、モータ駆動装置でも同様で、低出力のシステムにおいては、回生エネルギーは発熱により消費されている。大電力のソレノイドが無い現状ではエネルギー回収は必要ないため、そのための機構を有する駆動回路も実質的に構築されていない。
【００１２】
しかしながら、駆動電圧が一般的に使用されるＤＣ４８Ｖ以上の電源を必要とする負荷の場合、負荷電力が大きくなり、誘導負荷の電流を減じる際は、サージ電圧が発生し、そのエネルギーは、発熱により消費するため無駄がある。さらにどのような駆動方式でもＡＣ−ＤＣ電源またはＤＣ−ＤＣ（昇圧）電源が必要であり、回路規模が大きくなる。
【００１３】
なお、例えば、特許文献２のように、誘導負荷駆動装置において誘導負荷の停止時に負荷電流の良好な立ち下がりを確保できるように転流エネルギーを回収する手段を備えたものもある。特許文献２では、誘導負荷の非駆動時に負荷電流を還流させる還流路にトランスの二次側巻線を配置し、二次側巻線または一次側巻線を短絡するスイッチ手段が設けられ、誘導負荷の停止時に該スイッチ手段をオフにするものとしている。これにより、二次側巻線に負荷電流を収束させる方向に高圧を発生させ、負荷電流を立ち下げ、トランスの一次側に電流を発生させて誘導負荷に蓄積されたエネルギーを電源に回生している。しかし、誘導負荷をオフした際にトランス二次側に電流を流したとしても、その電圧変化は１回だけであるため効果的にエネルギーを一次側に戻せない。二次側巻線に並列接続されたスイッチ手段をオン・オフしたとしてもトランス巻線の電流回路が遮断されていないので、二次側トランスのコイル電流を瞬時に遮断することはできず、誘導負荷のエネルギー消費が不十分であるため、誘導負荷の応答性は不十分である。
【００１４】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来よりも誘導負荷の停止時に高い応答性で負荷電流の減少速度を制御できると共に、良好に発熱による損失を抑えることができる誘導負荷駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る誘導負荷駆動回路は、電源からの交流を整流する整流ブリッジダイオードと、整流された直流を平滑化する一次側平滑コンデンサと、前記一次側平滑コンデンサにより平滑化された直流をパルス信号発生装置からのパルス信号に基づいた周期でのスイッチング素子のオン／オフスイッチングによってパルス波の交流に変換されたものを予め定められた交流電圧へ変圧して二次側へ伝達するスイッチングトランスと、二次側に伝達された交流を整流する二次側ダイオードと、整流された直流をさらに平滑化して出力する二次側平滑コンデンサとを備えたスイッチング電源回路と、指令信号と前記スイッチング電源回路の出力側の検出結果とに基づいて前記パルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整して前記スイッチング素子のオン／オフスイッチングを制御する制御回路と、を有する誘導負荷駆動回路において、
前記スイッチング電源回路から誘導負荷へ出力される電流を指令信号に応じて制御する比例制御素子をさらに備え、
前記制御回路は、前記パルス信号発生装置を制御して、前記比例制御素子の両端電圧が一定となるように前記スイッチング素子のスイッチングパルス幅を調整するものである。
【００１６】
請求項２に記載の発明に係る誘導負荷駆動回路は、請求項１に記載の誘導負荷駆動回路において、前記誘導負荷の電流減少時に該誘導負荷の逆起電力を転流させながら回収するエネルギー回収回路を更に備え、
前記エネルギー回収回路は、前記誘導負荷に並列で接続された回収用一次側コイルと前記スイッチングトランスの一次側に接続されている回収用二次側コイルとを有する回収用トランスと、前記制御回路からの回収指令信号に基づいてパルス信号を発生する第２のパルス信号発生装置と、前記回収用一次側コイルと直列に配置されて前記第２のパルス信号発生装置よるパルス信号に応じて動作して前記回収用一次側コイルに流れる電流を制御する回収制御素子と、前記回収用トランスの一次側に接続されて前記回収制御素子がオフの際に前記誘導負荷の逆起電力が転流される転流回路と、を有するものであり、
前記制御回路は、前記誘導負荷の電流減少時に前記回収制御素子に対する前記第２のパルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整させて、前記回収制御素子のスイッチングを制御することにより、前記回収用トランスの前記回収用一次側コイルに前記誘導負荷の逆起電力を転流させながら前記回収用二次側コイルへエネルギーを伝達させるものである。
【００１７】
請求項３に記載の発明に係る誘導負荷駆動回路は、請求項２に記載の誘導負荷駆動回路において、前記エネルギー回収回路の前記転流回路は、前記回収制御素子がオフされた際に前記誘導負荷の転流電流を蓄積すると共に前記回収制御素子が再度オンされた際に蓄積された電荷を放出して前記回収用一次側コイルへ電流供給する蓄積コンデンサを備えているものである。
【００１８】
請求項４に記載の発明に係る誘導負荷駆動回路は、請求項２に記載の誘導負荷駆動回路において、前記エネルギー回収回路は、前記転流回路として、前記回収制御素子が接続された前記回収用一次側コイルと逆極性で前記回収用トランスの同一鉄心に設けられた相対的に抵抗値の大きい第２の回収用一次側コイルを備え、
前記制御回路は、前記誘導負荷の電流減少時に前記回収制御素子に対する前記第２のパルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整させて、前記回収制御素子を一定時間オフ制御することによって、前記誘導負荷の逆起電力を転流させながら前記第２の回収用一次側コイルに電流を流すことによりコア磁束を変化させて前記回収用二次側コイルへエネルギーを伝達させるものである。
【００１９】
請求項５に記載の発明に係る誘導負荷駆動回路は、請求項４に記載の誘導負荷駆動回路において、前記エネルギー回収回路は、前記第２の回収用一次側コイルと直列に配置されて、相対的に抵抗値の小さい前記回収用一次側コイルの前記回収制御素子がオフした際の電圧を一定にするように前記第２の回収用一次側コイルに流れる電流を制限する第２の回収制御素子を更に備えたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の誘導負荷駆動回路によれば、スイッチング電源回路から誘導負荷へ出力される直流電流を指令信号に応じて制御する比例制御素子を備え、制御回路が、前記比例制御素子の両端電圧が一定となるようにスイッチング素子のスイッチングパルス幅を調整するようパルス信号発生装置の制御を行うものであるため、従来できなかった誘導負荷電流の減少速度の制御が上昇速度の制御と共に可能となると共に、比例制御素子の両端で電圧が一定となるよう制御されることによって高応答の実現と同時に発熱損失も防止されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施例による誘導負荷駆動回路の概略構成図である。
【図２】本発明の第二実施例による誘導負荷駆動回路の概略構成図である。
【図３】図２のエネルギー回収回路における負荷電流転流時の各部の動作波形図であり、（ａ）は蓄積コンデンサの電圧、（ｂ）は回収用一次側コイルの電流、（ｃ）は回収制御素子のオン・オフ間隔、（ｄ）は電流制御偏差、の変動をそれぞれ示すものである。
【図４】本発明の第三実施例による誘導負荷駆動回路の概略構成図である。
【図５】図４の誘導負荷駆動回路内のエネルギー回収回路を示す部分回路図である。
【図６】図５のエネルギー回収回路を改良したものを示す部分回路図である。
【図７】スイッチング電源回路を有する従来の誘導負荷駆動回路の例を示す概略構成図であり、（ａ）は電流制御回路図、（ｂ）は誘導負荷電流オフ時の動作を示す部分回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明における誘導負荷駆動回路は、電源からの交流を整流する整流ブリッジダイオードと、整流された直流を平滑化する一次側平滑コンデンサと、前記一次側平滑コンデンサにより平滑化された直流をパルス信号発生装置からのパルス信号に基づいた周期でのスイッチング素子のオン／オフスイッチングによってパルス波の交流に変換されたものを予め定められた交流電圧へ変圧して二次側へ伝達するスイッチングトランスと、二次側に伝達された交流を整流する二次側ダイオードと、整流された直流をさらに平滑化して出力する二次側平滑コンデンサとを備えたスイッチング電源回路と、指令信号と前記スイッチング電源回路の出力側の検出結果とに基づいて前記パルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整して前記スイッチング素子のオン／オフスイッチングを制御する制御回路と、を有し、前記スイッチング電源回路から誘導負荷へ出力される電流を指令信号に応じて制御する比例制御素子をさらに備え、前記制御回路が、前記パルス信号発生装置を制御して、前記比例制御素子の両端電圧が一定となるように前記スイッチング素子のスイッチングパルス幅を調整するものである。
【００２３】
以上の構成により、本発明においては、スイッチング電源回路の二次側で整流、平滑化されて誘導負荷へ送られる直流電流が制御回路からの指令信号に基づいて比例制御素子によって電流制御されるものであるため、従来できなかった誘導負荷電流の減少速度の制御が上昇速度の制御と共に可能となる。しかも、比例制御素子の両端で電圧が一定となるよう制御されるため、高応答の実現と同時に発熱損失も防止される。
【００２４】
なお、誘導負荷が大型である場合には、誘導負荷停止の際に電流減少時の逆起電力の消費により比例制御素子で無視できない大きさの発熱が発生することが考えられる。そこで、本発明においては、誘導負荷の逆起電力を転流させながら回収するエネルギー回収回路を更に備えることによってこのような発熱を防止することができる。
【００２５】
エネルギー回収回路としては、ＰＷＭ制御される回収用トランスが誘導負荷に対して並列に設けられた構成が好適である。即ち、前記誘導負荷に並列で接続された回収用一次側コイルと前記スイッチングトランスの一次側に接続されている回収用二次側コイルとを同一鉄心に有する回収用トランスを備え、制御回路からの回収指令信号に基づいて第２のパルス信号発生装置から発生されるパルス信号に応じて動作して前記回収用一次側コイルに流れる電流を制御する回収制御素子が該回収用一次側コイルに直列に配置されると共に、前記回収用トランスの一次側に接続されて前記回収制御素子がオフの際に前記誘導負荷の逆起電力が転流される転流回路を備えたものである。
【００２６】
このエネルギー回収回路においては、制御回路が、誘導負荷停止の際の電流減少時に第２のパルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整させて回収制御素子のスイッチングを制御することにより、回収用トランスの回収用一次側コイルに誘導負荷の逆起電力を転流させながら回収用二次側コイルへエネルギーを伝達させる。これによって、前記逆起電力がスイッチングトランスの一次側へ回収されるため、前記比例制御素子での消費による発熱は回避される。
【００２７】
なお、前記回収制御素子がオフの際に前記誘導負荷の逆起電力を転流させる転流回路としては、蓄積コンデンサが配置されたものが好ましい。この蓄積コンデンサによって、回収制御素子がオフの間は転流電流が蓄積され、回収制御素子が再度オンになった際にこの蓄積された電荷を放出して回収用一次側コイルへ供給することができため、該蓄積コンデンサは、誘導負荷からの転流電流と共に回収用一次側コイルへの電流供給源となり、より効率的にエネルギー回収が成される。
【００２８】
また、別のエネルギー回収回路として、上記の蓄積コンデンサを備えた転流回路に代えて、第２の回収用一次側コイルを配置することによって二個の回収用一次側コイルを有する回収用トランスを備えた構成も好適である。具体的には、前記回収制御素子に接続された第１の回収用一次側コイルとは逆極性で且つ相対的に抵抗値の大きい第２の回収用一次側コイルを回収用トランスの同一鉄心に備えたものである。
【００２９】
このエネルギー回収回路では、制御回路が、誘導負荷の電流減少時に第２のパルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整させて前記回収制御素子を一定時間オフ制御することによって、前記誘導負荷の逆起電力を転流させながら前記回収用トランスの抵抗値の大きい第２の回収用一次側コイルに電流を流すことによりコア磁束を変化させて回収用二次側コイルへエネルギーを伝達させるものである。
【００３０】
このようなエネルギー回収回路において、誘導負荷電流の減少速度を増加する場合は、回収制御素子を一定時間オフにすることによって、全ての電流が抵抗値の大きい第２の回収用一次側コイルに流れようとするため、この第２の回収用一次側コイルの両端に高電圧が発生し、トランス／コアの励磁を変えるので対応する回収用二次側コイルに誘導電流が流れてエネルギーが回収される。このとき、誘導負荷電流の減少速度は、制御回路にてＰＷＭ駆動制御される回収制御素子のデューティー比を可変することで高速で制御することができる。
【００３１】
また上記のエネルギー回収回路にて、回収用トランスの前記第２の回収用一次側コイルと直列に配置された第２の回収制御素子を更に備えることによって、抵抗値の小さい前記第１の回収用一次側コイルの回収制御素子がオフした際の電圧を一定にするように前記第２の回収用一次側コイルに流れる電流を制限することができる。これにより、電流が少なくなって第２の回収用一次側コイルの両端電圧が減少しても回収用二次側コイルへの伝達量の減少を抑え、且つ第２の回収制御素子の損失分により誘導負荷電流の減少速度の高速化ができる。
【実施例１】
【００３２】
本発明の第一の実施例による誘導負荷駆動回路の概略構成図を図１に示す。本実施例の誘導負荷駆動回路１は、スイッチング電源回路１０を基本構成として備えている。即ち、供給電源１２からの交流を整流するブリッジダイオード１３と、整流された直流を平滑化する一次側平滑コンデンサ１４と、一次側平滑コンデンサ１４により平滑化された直流を制御回路２０にてパルス信号発生装置２４により発生されたパルス信号に基づいた周期でオン／オフスイッチングを行ってパルス波の交流に変換するスイッチング素子（ＦＥＴ）１５と、パルス波交流を一次側コイルＬＰから二次側コイルＬＳへ予め定められた電圧へ変圧して伝達するスイッチングトランス１６と、二次側に伝達された交流を整流する二次側整流ダイオード１７と、整流された直流をさらに平滑化して誘導負荷（ソレノイド）１１へ送る二次側平滑コンデンサ１８とを備えている。
【００３３】
そして、本実施例においては、以上の構成を備えたスイッチング電源回路１０で得られた直流電流を指令信号２１に基づいて制御する比例制御素子（ＦＥＴ）１９を更に備えている。
【００３４】
制御回路２０では、指令信号２１と電流センサ２５による出力側の検出結果とに基づき、絶縁アンプ２２を介して比例制御素子１９に対するフィードバック制御が行われる。さらに本実施例においては、比例制御素子１９の両端電圧が一定となるように、スイッチングトランス１６をＰＷＭ制御する構成としている。具体的には、比例制御素子１９の両端電圧の指令であるオフセットに対し、その結果である差動増幅器２３の出力を帰還（減算）することで、スイッチング素子１５に対して、スイッチングトランス１６の一次側コイルＬＰへ送るパルス波交流が比例制御素子１９両端の電圧差を一定にできるものとなるようなスイッチング周期に調整するためのパルス信号をパルス信号発生装置２４に発生させる制御が行われる。
【００３５】
以上のように、本実施例においては、指令信号２１に基づいて比例制御素子１９によってソレノイド１１へ送られる直流電流が制御されるものであるため、より直接的に電流の上昇速度および減少速度が共に制御可能となり、従来困難であったソレノイド１１停止時の電流減少の高応答が実現できる。さらに、比例制御素子１９の両端の電圧が一定となるように制御されるため、両端電圧の可変損失による制御を行う場合のような発熱は防止される。
【実施例２】
【００３６】
次に、本発明の第二の実施例による誘導負荷駆動回路として、上記第一の実施例による誘導負荷駆動回路に、さらにソレノイド電流減少時の逆起電力を回収するエネルギー回収回路３０を備えた場合を図２及び図３に示す。図２は、本実施例の誘導負荷駆動回路を示す概略全体構成図であり、図３は、図２のエネルギー回収回路３０における負荷電流転流時の各部の動作波形図であり、（ａ）は蓄積コンデンサの電圧、（ｂ）は回収用一次側コイルの電流、（ｃ）は回収制御素子のオン・オフ間隔、（ｄ）は電流制御偏差、の変動をそれぞれ示すものである。本実施例では、その基本構成として、図１に示した誘導負荷駆動回路と共通するスイッチング電源回路１０と制御回路２０とを備えており、図２において共通部分はそれぞれ同じ符号を用いている。
【００３７】
本実施例において設けられたエネルギー回収回路３０は、ソレノイド１１と並列に配置された回収用トランス３１を備え、その回収用一次側コイルＲＬＰの電流を制御する回収制御素子３２が、電流制御偏差が負になった場合にその偏差量に比例してＰＷＭ制御されることによって、回収用二次側コイルＲＬＳへエネルギーが伝達されるものである。
【００３８】
具体的には、回収用トランス３１の回収用一次側コイルＲＬＰがソレノイド１１に並列で接続され、回収用二次側コイルＲＬＳがスイッチングトランス１６の一次側に接続されており、さらに制御回路２０からの回収指令信号に基づいて第２のパルス信号発生装置３３から発生されたパルス信号に応じて動作する回収制御素子３２が回収用一次側コイルＲＬＰと直列に配置されてその回収用一次側コイルＲＬＰに流れる電流をＰＷＭ制御することによって、ソレノイド１１からの転流電流を回収用一次側コイルＲＬＰに流しながら回収用二次側コイルＲＬＳにエネルギーが伝達される。これによってソレノイド１１の電流減少時の逆起電力が良好に回収され、ソレノイド１１が大型である場合に比例制御素子１９が発熱するのを防止できる。
【００３９】
また、本実施例では、回収用トランス３１の一次側に接続されて回収制御素子３２がオフの際にソレノイド１１の逆起電力が転流される転流回路３６が設けられており、この転流回路３６には、蓄積コンデンサ３７が配置されている。したがって、図３に示すように、電流制御偏差（図３（ｄ））が負になった場合に、制御回路２０によって、その偏差量に比例して、回収制御素子３２がＰＷＭ制御（図３（ｃ））されるが、図３（ａ）の波形に示すように、回収制御素子３２がオフ時のソレノイド１１からの転流電流は、転流回路３６を転流して蓄積コンデンサ３７に蓄積される。
【００４０】
そして、図３（ｂ）の回収用一次側コイルの電流波形に示すように、回収制御素子３２が再度オンになった際に、蓄積コンデンサ３７に蓄積された電荷が放出されてソレノイド１１からの転流電流と共に回収用一次側コイルＲＬＰに供給され、回収用二次側コイルＲＬＳにエネルギーが伝達され、効率的なエネルギー回収が成される。このようなエネルギー回収回路３０をソレノイド１１と並列に設けることによって、ソレノイド１１が大型である場合でもソレノイド電流の減少時に逆起電力が比例制御素子１９で消費されて発熱することを防止できる。
【実施例３】
【００４１】
次に、本発明の第三の実施例による誘導負荷駆動回路として、上記第二の実施例におけるエネルギー回収回路３０とは異なるエネルギー回収回路４０を備えた場合を図４及び図５に示す。図４は、本実施例の誘導負荷駆動回路を示す概略全体構成図であり、図５は、エネルギー回収回路４０を示す部分回路図である。また図６は、図５のエネルギー回収回路４０をさらに改良したものを示す部分回路図である。本実施例では、その基本構成として、図１、２に示した誘導負荷駆動回路と共通するスイッチング電源回路１０と制御回路２０とを備えており、図４においてエネルギー回収回路４０以外の共通部分はそれぞれ同じ符号を用いている。
【００４２】
本実施例において設けられたエネルギー回収回路４０は、上記第二の実施例で示したエネルギー回収回路３０における転流回路３６に代えて、回収用トランス４１の一次側に別の第２の回収用一次側コイルＬＰ２を備えた構成となっている。
【００４３】
具体的には、回収用トランス４１が、ソレノイド１１に並列で且つ互いに逆極性で接続された、相対的に抵抗値の小さい第１の回収用一次側コイルＬＰ１と相対的に抵抗値の大きい第２の回収用一次側コイルＬＰ２との二個の一次側コイルと、スイッチングトランス１６の一次側に接続された一個の回収用二次側コイルＲＬＳとを同一鉄心に有するものである。そして二個の一次側コイルのうちの小抵抗の第１の回収用一次側コイルＬＰ１と直列に配置されて制御回路２０からの回収指令信号に基づく第２のパルス信号発生装置４３によるパルス信号に応じて動作して第１の回収用一次側コイルＬＰ１に流れる電流を制御する回収制御素子４２が備えられている。
【００４４】
本実施例においては、制御回路２０は、ソレノイド１１の電流減少時に回収制御素子４２に対する第２のパルス信号発生装置４３からパルス信号のパルス幅を変化させて、回収制御素子４２を一定時間オフ制御することによって、ソレノイド１１の逆起電力を転流させながら大抵抗の第２の回収用一次側コイルＬＰ２に電流を流して回収用二次側コイルＲＬＳへエネルギーを伝達させる。
【００４５】
即ち、比例制御素子１９がオフし、ソレノイド電流が転流ダイオード４４を通して流れる場合、ソレノイド電流の減少速度を増加する際には、回収指令信号に基づいて第２のパルス信号発生装置４３による回収制御素子４２に対するパルス信号を調整することによって、回収制御素子４２を一定時間オフにする。
【００４６】
これに伴い、全ての電流が大抵抗の第２の回収用一次側コイルＬＰ２に流れようとするため、第２の回収用一次側コイルＬＰ２の両端に高電圧が発生し、トランス・コアの励磁を変えるので回収用二次側コイルＲＬＳに誘導電流が流れてエネルギーが回収される。このとき、ソレノイド電流の減少速度は、ＰＷＭ駆動制御される回収制御素子４２のデューティー比を可変することで高速で制御することができる。このようなエネルギー回収回路４０をソレノイド１１と並列に設けることによって、ソレノイド電流の増加・減少を可変することができ、ソレノイド１１と並列（転流回路中）に接続することで、図４の回路ではソレノイド電流の減少時に逆起電力が比例制御素子１９で消費されて発熱することを防止でき、誘導負荷駆動回路のさらなる効率化に寄与する。
【００４７】
なお、図４、５のエネルギー回収回路４０では、逆起電力の回収が進んで転流電流が小さくなってしまうと、大抵抗の第２の回収用一次側コイルＬＰ２の両端電圧が減少し、回収も低減してしまう。そこで、図５に示したエネルギー回収回路４０の構成を基本として、図６に示すように、大抵抗の第２の回収用一次側コイルＬＰ２と直列に配置された第２の回収制御素子（ＦＥＴ）５１を更に備えたエネルギー回収回路５０とすることで、この問題を解消できる。
【００４８】
即ち、エネルギー回収回路５０においては、小抵抗の第１の回収用一次側コイルＬＰ１の回収制御素子４２がオフ状態となった際の電圧を一定にするように第２の回収用一次側コイルＬＰ２に流れる電流を第２の回収制御素子５１で制限することができるため、これによって、第２の回収用一次側コイルＬＰ２の両端電圧が減少しても回収用二次側コイルＲＬＳへの伝達量の減少を抑え、且つ第２の回収制御素子５１の損失分によりソレノイド電流の減少速度の高速化が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１００：誘導負荷駆動回路
１０：スイッチング電源回路
１１，１１１：ソレノイド（誘導負荷）
１２，１１２：供給電源
１３，１１３：ブリッジダイオード
１４，１１４：平滑コンデンサ（一次側）
１５，１１５：スイッチング素子
１６，１１６：スイッチングトランス
ＬＰ，Ｌｐ：一次側コイル
ＬＳ，Ｌｓ：二次側コイル
１７，３５，４５，１１７：整流ダイオード
１８，１１８：平滑コンデンサ（二次側）
１９；比例制御素子
２０：制御回路
２１，１２１：指令信号
２２：絶縁アンプ
２３：差動増幅器
２４，１２４：パルス信号発生装置
２５，１２５：電流センサ
３０，４０，５０：エネルギー回収回路
３１，４１：回収用トランス
ＲＬＰ：回収用一次側コイル
ＬＰ１：第１の回収用一次側コイル
ＬＰ２：第２の回収用一次側コイル
ＲＬＳ：回収用二次側コイル
３２，４２：回収制御素子
３３，４３：第２のパルス信号発生装置
３４，４４：転流ダイオード
３６：転流回路
３７：蓄積コンデンサ
５１：第２の回収制御素子
【図１】
2018093600.tif 000003
【図２】
2018093600.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月7日(2017.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
電源からの交流を整流する整流ブリッジダイオードと、整流された直流を平滑化する一次側平滑コンデンサと、前記一次側平滑コンデンサにより平滑化された直流をパルス信号発生装置からのパルス信号に基づいた周期でのスイッチング素子のオン／オフスイッチングによってパルス波の交流に変換されたものを予め定められた交流電圧へ変圧して二次側へ伝達するスイッチングトランスと、二次側に伝達された交流を整流する二次側ダイオードと、整流された直流をさらに平滑化して出力する二次側平滑コンデンサとを備えたスイッチング電源回路と、指令信号と前記スイッチング電源回路の出力側の検出結果に基づいて前記パルス信号発生装置によるパルス信号のパルス幅を調整して前記スイッチング素子のオン／オフスイッチングを制御する制御回路と、を有する誘導負荷駆動回路において、
前記スイッチング電源回路から誘導負荷へ出力される電流を指令信号に応じて制御する比例制御素子をさらに備え、
前記制御回路は、前記パルス信号発生装置を制御して、前記比例制御素子の両端電圧が一定となるように前記スイッチング素子のスイッチングパルス幅を調整するものであることを特徴とする誘導負荷駆動回路。