(57)【要約】【課題】誘導性負荷制御装置において、フライホイールダイオードでの発熱量を効果的に低減する。【解決手段】電源電圧ＶＢと基準電圧（ＧＮＤ＝０Ｖ）との間に、誘導性負荷Ｌと出力トランジスタＴｒ１とが直列に接続された誘導性負荷制御装置において、出力トランジスタＴｒ１の負荷Ｌ側の出力端子と基準電圧との間の経路には、出力トランジスタＴｒ１のオフ時に負荷Ｌへフライバック電流を環流させるためのフライホイールダイオードＤ１と、オフすることで当該経路を遮断するトランジスタＴｒ３とが直列に設けられている。そして、本装置では、ダイオードＤ１としてショットキダイオードを使用すると共に、トランジスタＴｒ３を、制御期間の間、出力トランジスタＴｒ１と逆の状態に駆動するようになっている。このため、ダイオードＤ１での発熱量を従来よりも大幅に抑えることができる。【選択図】  図１
2004304314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧と該電源電圧よりも低い基準電圧との間に、誘導性負荷と、オンすることで前記誘導性負荷に電流を流す出力トランジスタとが直列に接続されると共に、
前記誘導性負荷への通電を制御すべき制御期間の間、前記出力トランジスタをオン／オフさせることにより、前記誘導性負荷に流れる電流を制御する制御手段を備え、
更に、前記出力トランジスタの２つの出力端子のうちで前記誘導性負荷に接続された方の出力端子と、前記誘導性負荷の前記出力トランジスタ側とは反対側の電圧との間の経路に、前記出力トランジスタがオフされた時に前記誘導性負荷の逆起電力によるフライバック電流を該誘導性負荷に環流させるためのフライホイールダイオードと、オフすることで当該経路を遮断する通電許可トランジスタとが直列に設けられた誘導性負荷制御装置であって、
前記通電許可トランジスタを、少なくとも前記制御期間の間、前記出力トランジスタと逆の状態に駆動する反転駆動手段を備えていること、
を特徴とする誘導性負荷制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の誘導性負荷制御装置において、
前記フライホイールダイオードがショットキダイオードであること、
を特徴とする誘導性負荷制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の誘導性負荷制御装置において、
前記制御手段として、マイクロコンピュータを備えると共に、該マイクロコンピュータが、前記反転駆動手段としても機能すること、
を特徴とする誘導性負荷制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の誘導性負荷制御装置において、
前記フライホイールダイオードの温度又は該フライホイールダイオードの周囲の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記反転駆動手段は、前記温度検出手段により検出された温度が規定値以上である場合に、少なくとも前記制御期間の間、前記通電許可トランジスタを前記出力トランジスタと逆の状態に駆動し、前記温度検出手段により検出された温度が規定値よりも低い場合には、少なくとも前記制御期間の間、前記通電許可トランジスタをオンしたままにすること、
を特徴とする誘導性負荷制御装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の誘導性負荷制御装置において、
前記反転駆動手段は、前記制御手段が前記出力トランジスタをオン／オフさせるために出力する信号に基づいて、前記通電許可トランジスタを前記出力トランジスタと逆の状態に駆動するハードウェア回路であること、
を特徴とする誘導性負荷制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の誘導性負荷制御装置において、
前記出力トランジスタの２つの出力端子のうち、前記誘導性負荷に接続された方の出力端子に導通した信号ラインに一端が接続されると共に、前記出力トランジスタの他方の出力端子（以下、非負荷側出力端子という）の電圧に他端が接続された電圧安定化用抵抗を備え、
当該装置は、前記出力トランジスタと前記通電許可トランジスタとを両方共にオフさせた状態での前記信号ラインの電圧に基づいて、前記誘導性負荷の断線故障の有無を判定するように構成されていること、
を特徴とする誘導性負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導性負荷を制御する誘導性負荷制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、誘導性負荷（例えばモータや電磁弁のコイル等）への通電を制御する装置においては、電源電圧と基準電圧（＜電源電圧）との間に、通電制御対象の誘導性負荷と出力トランジスタとを直列に接続すると共に、誘導性負荷と並列に、誘導性負荷のフライバックエネルギーを消弧させるためのフライホイールダイオードを接続し、その誘導性負荷の電気的時定数よりも十分短いパルス幅の駆動信号（一般に、ＰＷＭ信号或いはデューティ信号と呼ばれる）で出力トランジスタをオン／オフさせることにより、誘導性負荷への通電電流を上記駆動信号のデューティ比に応じた値に制御するようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、こうした誘導性負荷制御用の駆動回路として、誘導性負荷のフライバックエネルギーを消弧させる際の消弧電圧を、大小に切り替え可能なものも知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、このような駆動回路を用いれば、誘導性負荷の制御期間の終了時（つまり、誘導性負荷への通電を止める時）に、消弧電圧をそれまでの値よりも大きくして、誘導性負荷に流れる電流を急速に減少させるといった、いわゆる早切り消弧を実施することができる。
【０００４】
ここで、上記特許文献１の技術が適用された電磁弁制御装置の構成例について、図９及び図１０を用いて説明する。
まず図９に例示する電磁弁制御装置では、ハイサイド駆動形態であるため、電磁弁のコイルＬの一端が基準電圧としての接地電位（ＧＮＤ＝０Ｖ）に接続されている。
【０００５】
そして、この電磁弁制御装置は、電磁弁を制御するための各種処理を行うマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１１と、そのマイコン１１からの信号Ｓ１，Ｓ２に応じて電磁弁を駆動する駆動回路１２とを備えている。
また、駆動回路１２は、ソースが電源電圧ＶＢに接続され、ドレインがコイルＬの接地電位側とは反対側の端部に接続された出力トランジスタ（この例ではＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ）Ｔｒ１と、マイコン１１からの信号Ｓ１が入力され、該信号Ｓ１がハイレベルの時に出力トランジスタＴｒ１をオンさせる反転回路（インバータ）１３と、その反転回路１３の出力端子と出力トランジスタＴｒ１のゲートとの間に接続された抵抗１７と、エミッタが電源電圧ＶＢに接続されたＰＮＰ型バイポーラトランジスタＴｒ２と、マイコン１１からの信号Ｓ２が入力され、該信号Ｓ２がハイレベルの時に上記トランジスタＴｒ２をオンさせる反転回路１９と、カソードが出力トランジスタＴｒ１のドレインに接続されたフライホイールダイオードＤ１と、そのダイオードＤ１のアノードと接地電位との間に設けられたトランジスタ（この例ではＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ）Ｔｒ３とを備えている。尚、トランジスタＴｒ３のドレインが接地電位に接続されており、該トランジスタＴｒ３のソースがダイオードＤ１のアノードに接続されている。
【０００６】
更に、駆動回路１２は、トランジスタＴｒ３のソースとゲートとの間に接続された抵抗２３と、接地電位にアノードが接続されたダイオードＤ２と、アノードがトランジスタＴｒ３のゲートに接続され、カソードがダイオードＤ２のカソードに接続されたツェナーダイオードＺＤと、トランジスタＴｒ３のゲートとトランジスタＴｒ２のコレクタとの間に接続された抵抗２１とを備えている。
【０００７】
そして、この駆動回路１２では、マイコン１１からの信号Ｓ１がハイレベルのときに、反転回路１３から出力トランジスタＴｒ１のゲートへの駆動信号がアクティブレベルとしてのローレベルになって出力トランジスタＴｒ１がオンし、その出力トランジスタＴｒ１からコイルＬに電流を流す。つまり、この例では、マイコン１１からの信号Ｓ１が、反転回路１３によりレベル反転されて、出力トランジスタＴｒ１のゲートへローアクティブの駆動信号として供給される。
【０００８】
また、マイコン１１からの信号Ｓ２がハイレベルのときには、トランジスタＴｒ２がオンし、そのトランジスタＴｒ２のオンにより、トランジスタＴｒ３もオンする。
そして、この電磁弁制御装置では、図１０に示すように、マイコン１１が、コイルＬへの通電を制御して電磁弁を作動させようとする制御期間（Ｋ１の期間）の間、信号Ｓ２をハイレベルにして、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３をオンしたままにする。尚、図９及び図１０における「Ｖ２」は、トランジスタＴｒ２のコレクタ電圧である。
【０００９】
また、マイコン１１は、制御期間の開始タイミングから一定時間の間（Ｋ２の期間）、信号Ｓ１をハイレベルにして出力トランジスタＴｒ１をオンさせ、更に、その一定時間の終了時から制御期間が終了するまでの開弁状態保持期間（Ｋ３の期間）の間は、信号Ｓ１を、一定の周波数で且つコイルＬに流したい電流に応じたデューティ比の信号（以下、保持デューティ信号という）にして出力する。
【００１０】
尚、上記一定時間は、出力トランジスタＴｒ１をオンさせてコイルＬへの通電を開始してから電磁弁が確実に開弁すると見なされる時間に設定されており、この一定時間の期間（Ｋ２の期間）は、過励磁期間とも呼ばれる。また、図１０において、「Ｉ３」の段（３段目）は、コイルＬに流れる電流を表しており、「Ｖ１」の段（４段目）は、出力トランジスタＴｒ１のドレイン電圧（換言すれば、コイルＬの接地電位側とは反対側の端子電圧）を表している。
【００１１】
このため、まず、制御期間の開始時から上記一定時間の間は、出力トランジスタＴｒ１が継続的にオンして、コイルＬに流れる電流（コイル電流）Ｉ３が零から徐々に増加し、その結果、電磁弁が閉弁状態から開弁状態に移行する。尚、出力トランジスタＴｒ１のオン中は、その出力トランジスタＴｒ１に流れる電流Ｉ１が、コイル電流Ｉ３となる。
【００１２】
そして、上記一定時間の終了時から制御期間が終了するまでの開弁状態保持期間の間は、マイコン１１からの保持デューティ信号としての信号Ｓ１により、出力トランジスタＴｒ１が繰り返しオン／オフされることとなる。
また、制御期間中は、トランジスタＴｒ３がトランジスタＴｒ２によってオンされているため、出力トランジスタＴｒ１がオフされた時には、コイルＬの逆起電力によるフライバック電流Ｉ２が、接地電位からトランジスタＴｒ３及びダイオードＤ１を通してコイルＬに環流され、この電流Ｉ２が流れることにより、コイルＬに蓄積されていた電気エネルギー（フライバックエネルギー）が消弧（放電）される。尚、このようなフライバック電流Ｉ２は、消弧回生電流とも呼ばれる。
【００１３】
よって、図１０における「Ｖ１」の段に示すように、制御期間においては、出力トランジスタＴｒ１のオフ時の消弧電圧が、ダイオードＤ１の順方向電圧降下Ｖｆ程度の小さい値となり、出力トランジスタＴｒ１がオフされても、コイル電流Ｉ３は緩やかに減少することとなる。
【００１４】
このため、制御期間のうちの開弁状態保持期間では、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号のデューティ比（信号Ｓ１のデューティ比）に応じた電流がコイルＬに平均的に流れることとなり、この電流により電磁弁が開弁状態に維持される。
【００１５】
そして、制御期間の終了時（開弁状態保持期間の終了時でもある）には、マイコン１１からの信号Ｓ１，Ｓ２が両方共にローレベルになる。よって、出力トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３が全てオフされる。
すると、この時には、コイルＬのフライバックエネルギーが、以下の様な電流経路で消弧される。
【００１６】
即ち、トランジスタＴｒ３のスレッシュホールド電圧（トランジスタＴｒ３がオンするゲート・ソース間電圧）をＶｔｈとし、ダイオードＤ１の順方向電圧降下をＶｆとし、ダイオードＤ２の順方向電圧降下をＶｆ２とし、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧をＶｚとすると、コイルＬの逆起電力によって、トランジスタＴｒ３のソース電圧（ダイオードＤ１のアノードの電圧）が、接地電位よりも「Ｖｔｈ＋Ｖｚ＋Ｖｆ２」だけ低くなると、トランジスタＴｒ３がオン状態になり、そのオン状態となったトランジスタＴｒ３とダイオードＤ１とを通してコイルＬにフライバック電流が流れ消弧が行われることとなる。
【００１７】
このため、図１０における「Ｖ１」の段に示すように、制御期間の終了時における消弧電圧Ｖｓｈは、「Ｖｔｈ＋Ｖｚ＋Ｖｆ２＋Ｖｆ」という大きな値になる。よって、制御期間の終了時には、コイルＬに蓄えられた電気エネルギーが急速に消費されて、コイル電流Ｉ３も急速に減少し、その結果、電磁弁は速やかに閉弁状態になる。これが早切り消弧である。
【００１８】
【非特許文献１】
日本電気株式会社「半導体技術資料ＴＥＰ−５１２  パワーＭＯＳＦＥＴを用いたＤＣモータ駆動回路について、１９８７年、第４−５頁」
【特許文献１】
特許第２８１５７４４号公報（段落［００１４］〜［００１９］、図１、図２）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の誘導性負荷制御装置では、特別な放熱用部品や構造を設けなくても済むように、発熱量をできるだけ抑えることが望まれている。
そこで、上記従来の装置において、フライホイールダイオードＤ１にフライバック電流Ｉ２が流れている時の発熱量を抑えるためには、そのフライホイールダイオードＤ１として、一般的な整流用ダイオード（順方向電圧降下が０．７Ｖ程度のダイオードであり、以下、一般整流用ダイオードという）よりも順方向電圧降下が小さいダイオードを用いることが考えられる。そして、そのようなダイオードとしては、一般整流用ダイオードよりも順方向電圧降下が３０〜４０％程度小さいショットキダイオードがある。
【００２０】
しかし、ショットキダイオードは、一般整流用ダイオードと比べて、逆方向の漏れ電流が大きく、また、その逆方向漏れ電流は温度が高いほど大きくなるという特徴がある。
このため、上記従来の装置において、フライホイールダイオードＤ１としてショットキダイオードを用いても、出力トランジスタＴｒ１がオンしている場合の逆方向漏れ電流による発熱量が一般整流用ダイオードの場合よりも大きくなり、総発熱量の低減効果は少ないという問題がある。
【００２１】
図１０を用いて説明すると、まず、図１０において「Ｄ１（整流時）」とは、フライホイールダイオードＤ１として一般整流用ダイオードを用いた場合を意味しており、「Ｄ１（ショットキ時）」とは、フライホイールダイオードＤ１としてショットキダイオードを用いた場合を意味している。そして、「Ｄ１（整流時）のＶｆ」とは、フライホイールダイオードＤ１として一般整流用ダイオードを用いた場合において、出力トランジスタＴｒ１がオフされた時のフライバック電流Ｉ２による該ダイオードＤ１の順方向電圧降下（＝約０．７Ｖ）を表しており、「Ｄ１（ショットキ時）のＶｆ」とは、フライホイールダイオードＤ１としてショットキダイオードを用いた場合において、出力トランジスタＴｒ１がオフされた時のフライバック電流Ｉ２による該ダイオードＤ１の順方向電圧降下（＝約０．４Ｖ）を表している。
【００２２】
そして、「Ｄ１（整流時）のＶｆ」よりも「Ｄ１（ショットキ時）のＶｆ」の方が小さいため、図１０における「Ｄ１の発熱量」の段に示すように、出力トランジスタＴｒ１がオフされてフライホイールダイオードＤ１に順方向のフライバック電流Ｉ２が流れる▲２▼の期間では、一般整流用ダイオードを使用した場合よりもショットキダイオードを使用した場合の方が、発熱量が小さくなる。
【００２３】
これに対して、出力トランジスタＴｒ１がオンされる▲１▼の期間では、トランジスタＴｒ３もオンされているため、フライホイールダイオードＤ１に逆方向の電圧が印加される。そして、逆方向の電圧が印加された場合の漏れ電流（逆方向漏れ電流）は、一般整流用ダイオードよりもショットキダイオードの方が大きいため、その▲１▼の期間では、一般整流用ダイオードを使用した場合よりもショットキダイオードを使用した場合の方が、発熱量が大きくなる。
【００２４】
このため、ただ単に、フライホイールダイオードＤ１としてショットキダイオードを用いても、総発熱量を大幅に低減することはできないのである。
また、上記従来の装置において、フライホイールダイオードＤ１としてショットキダイオードを用いた場合、発熱に伴う逆方向漏れ電流の増加によって、そのショットキダイオードが熱暴走破壊に至ってしまう可能性もある。
【００２５】
尚、フライホイールダイオードでの損失を低減するための手法として、上記非特許文献１には、フライホイールダイオードとしてＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを用いると共に、その寄生ダイオードにフライバック電流（消弧回生電流）が流れる期間だけ、そのＭＯＳＦＥＴにゲート電圧を印加して上記寄生ダイオードの順方向電圧降下を小さくすることが記載されている。しかし、その手法を、例えば上記従来の装置に適用した場合には、フライバック電流Ｉ２が流れている時にコイルＬの上流側（接地電位とは反対側）が電源電圧ＶＢにショートしてしまうと、上記寄生ダイオードを持つＭＯＳＦＥＴやトランジスタＴｒ３に過大な電流が流れて、それら回路素子や配線パターンが故障してしまう可能性がある。
【００２６】
また、上記各問題は、図９に例示した装置のように消弧電圧を大小に切り替え可能な構成の装置に限るものではなく、誘導性負荷と並列にフライホイールダイオードが設けられる装置であれば同様に生じるものである。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、誘導性負荷制御装置において、フライホイールダイオードでの発熱量を効果的に低減することを目的としている。
【００２７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記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制御装置では、電源電圧と該電源電圧よりも低い基準電圧との間に、通電制御対象の誘導性負荷と、オンすることで誘導性負荷に電流を流す出力トランジスタとが直列に接続されており、制御手段が、誘導性負荷への通電を制御すべき制御期間の間、出力トランジスタをオン／オフさせることにより、誘導性負荷に流れる電流を制御する。更に、出力トランジスタの２つの出力端子のうちで誘導性負荷に接続された方の出力端子と、誘導性負荷の出力トランジスタ側とは反対側の電圧との間の経路（つまり、出力トランジスタとは直列で、誘導性負荷とは並列な経路）には、出力トランジスタがオフされた時に誘導性負荷の逆起電力によるフライバック電流を該誘導性負荷に環流させるためのフライホイールダイオードと、オフすることで当該経路を遮断する通電許可トランジスタとが直列に設けられている。
【００２８】
そして特に、この誘導性負荷制御装置では、反転駆動手段が、フライホイールダイオードと直列に設けられた上記通電許可トランジスタを、少なくとも制御期間の間、出力トランジスタと逆の状態に駆動する。尚、「通電許可トランジスタを、出力トランジスタと逆の状態に駆動する」とは、出力トランジスタがオンの時には通電許可トランジスタをオフし、出力トランジスタがオフの時には通電許可トランジスタをオンする、ということである。
【００２９】
このような請求項１の誘導性負荷制御装置では、制御期間において、出力トランジスタがオンされている時は、通電許可トランジスタがオフされるため、フライホイールダイオードに逆方向の電圧が印加されなくなり、出力トランジスタがオフされている時は、通電許可トランジスタがオンされるため、フライホイールダイオードに順方向のフライバック電流が流れることとなる。
【００３０】
よって、この誘導性負荷制御装置によれば、出力トランジスタがオンされても、フライホイールダイオードに逆方向の電圧が印加されなくなるため、フライホイールダイオードの逆方向漏れ電流による発熱量（図１０の例では▲１▼の期間での発熱量）を零にすることができ、その結果、フライホイールダイオードでの総発熱量を低減することができる。
【００３１】
そして特に、順方向電圧降下は小さいものの逆方向漏れ電流が大きいショットキダイオードを、フライホイールダイオードとして使えるようになる。
つまり、請求項２に記載の如く、フライホイールダイオードをショットキダイオードとすれば、逆方向漏れ電流による発熱量を零にしつつ、順方向のフライバック電流が流れる時の発熱量を小さくすることができため、そのフライホイールダイオードでの総発熱量を従来よりも一層低減することができる。
【００３２】
そして、このような請求項１，２の誘導性負荷制御装置によれば、フライバックダイオードでの発熱量が少なくなることに伴い、放熱パターンを小さくすることができたり、そのフライバックダイオードを含む回路をＩＣ化することができるようになるため、実装有効面積を拡大させることができるという効果も得られる。また特に、複数の誘導性負荷を制御する構成の場合には、総発熱量低減効果及び総電力低減効果が一層大きくなる。その結果、放熱性の面からは、筐体サイズを１ランク小さくすることができたり、或いは、同じサイズの筐体であれば、他の回路の熱許容値を拡大することができ、放熱対策部品のコストを削減することが可能となる。
【００３３】
ところで、制御手段としては、マイコン（マイクロコンピュータ）を用いることができる。その場合、請求項３に記載の如く、制御手段としてのマイコンが、反転駆動手段としても機能するように構成すれば、通電許可トランジスタのオン／オフタイミングをコントロールするハードウェア回路やＩＣを別に設ける必要がなくなるため、部品と部品実装コストとを低減することができる。また、通電許可トランジスタのオン／オフタイミングを、他のハードウェアの応答特性等に応じて容易に調整設定することもできる。
【００３４】
次に、請求項４に記載の誘導性負荷制御装置では、請求項１〜３の誘導性負荷制御装置において、フライホイールダイオードの温度又はフライホイールダイオードの周囲の温度を検出する温度検出手段が備えられている。そして、反転駆動手段は、温度検出手段により検出された温度が規定値以上である場合に、少なくとも制御期間の間、通電許可トランジスタを出力トランジスタと逆の状態に駆動し、温度検出手段により検出された温度が規定値よりも低い場合には、少なくとも制御期間の間、通電許可トランジスタをオンしたままにする。
【００３５】
つまり、一般にダイオードは、温度が高い場合ほど逆方向漏れ電流が大きくなり、また、このことはショットキダイオードにおいて顕著であるため、請求項４の誘導性負荷制御装置では、フライホイールダイオードの温度又はその周囲温度が規定値以上の場合にのみ、「通電許可トランジスタを出力トランジスタと逆の状態に駆動する」というオン／オフ制御を実施するようにしている。
【００３６】
そして、この誘導性負荷制御装置によれば、上記規定値をフライホイールダイオードの逆方向漏れ電流が問題となる程度に大きくなる温度に設定しておくことにより、通電許可トランジスタの上記オン／オフ制御を実施する頻度を最小限にすることができる。つまり、フライホイールダイオードの逆方向漏れ電流が問題となる程度に温度が高くなった場合にだけ、通電許可トランジスタの上記オン／オフ制御を行うようにすることができ、その結果、本装置での処理負荷を低減することができる。特に、請求項３に記載の如く、マイコンが制御手段及び反転駆動手段として機能するように構成した場合、そのマイコンでのソフトウェア処理の負荷を低減することができる。
【００３７】
一方、請求項１，２の誘導性負荷制御装置において、反転駆動手段は、請求項５に記載のように、制御手段が出力トランジスタをオン／オフさせるために出力する信号に基づいて通電許可トランジスタを出力トランジスタと逆の状態に駆動するハードウェア回路とすることもできる。そして、このように構成すれば、通電許可トランジスタのオン／オフタイミングをコントロールするための処理をマイコンやＩＣ等の制御部に受け持たせる必要がなく、その制御部での処理負荷を減らすことができるという点で有利である。
【００３８】
次に、請求項６に記載の誘導性負荷制御装置では、請求項１〜５の誘導性負荷制御装置において、出力トランジスタの２つの出力端子のうち、誘導性負荷に接続された方の出力端子に導通した信号ラインに一端が接続されると共に、出力トランジスタの他方の出力端子（即ち、誘導性負荷に接続されていない方の出力端子であり、以下、非負荷側出力端子という）の電圧（即ち、電源電圧又は基準電圧）に他端が接続された電圧安定化用抵抗が備えられている。つまり、電圧安定化用抵抗は、出力トランジスタと並列に設けられている。
【００３９】
そして、この請求項６の誘導性負荷制御装置は、出力トランジスタと通電許可トランジスタとを両方共にオフさせた状態での前記信号ラインの電圧に基づいて、誘導性負荷の断線故障の有無を判定するように構成されている。尚、誘導性負荷の断線故障とは、誘導性負荷自体が断線することは元より、出力トランジスタと誘導性負荷とを結ぶ配線や、誘導性負荷の出力トランジスタ側とは反対側の端部と電源電圧又は基準電圧とを結ぶ配線が断線することも意味している。
【００４０】
この構成によれば、通電許可トランジスタのオフによりフライホールダイオードに逆方向漏れ電流が流れないようにした状態での信号ラインの電圧に基づいて、誘導性負荷の断線故障の有無が判定されるため、正確な断線検出結果が得られるようになる。特に、フライホイールダイオードとして、逆方向漏れ電流が大きいダイオード（例えばショットキダイオード）を用いた場合に有効である。
【００４１】
尚、ハイサイド駆動形態の場合には、上記非負荷側出力端子の電圧が電源電圧となり、断線故障が発生すると、出力トランジスタのオフ時でも信号ラインの電圧が電圧安定化用抵抗のプルアップ作用により電源電圧となるため、断線検出用の判定処理では、例えば、その信号ラインの電圧が電源電圧と基準電圧との間のしきい値電圧よりも高ければ、誘導性負荷の断線故障が生じていると判定することができる。また、ローサイド駆動形態の場合には、上記非負荷側出力端子の電圧が基準電圧となり、断線故障が発生すると、出力トランジスタのオフ時でも信号ラインの電圧が電圧安定化用抵抗のプルダウン作用により基準電圧となるため、断線検出用の判定処理では、例えば、その信号ラインの電圧が電源電圧と基準電圧との間のしきい値電圧よりも低ければ、誘導性負荷の断線故障が生じていると判定することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態の誘導性負荷制御装置としての電磁弁制御装置について、図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
まず図１は、第１実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図であり、図２は、その電磁弁制御装置のマイコンが実行する処理を表すフローチャートであり、図３は、その電磁弁制御装置の作用を表すタイムチャートである。
【００４３】
尚、図１及び図３において、前述した図９及び図１０と同様の構成要素，信号，電圧，電流及び期間などについては、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。また、図３における「Ｄ１（ショットキ時）のＶｆ」の意味も、図１０に関して述べた通りである。
【００４４】
本第１実施形態の電磁弁制御装置は、図９に例示した従来装置と比較すると、下記の（ａ）〜（ｃ）の点が異なっている。
（ａ）まず、ハードウェアの面では、フライホイールダイオードＤ１として、ショットキダイオードを使用している。
【００４５】
また、図１に示すように、出力トランジスタＴｒ１の２つの出力端子（ソースとドレイン）のうち、誘導性負荷としてのコイルＬに接続された方のドレインに導通する信号ライン１４と、その信号ライン１４に一端が接続され、他端が出力トランジスタＴｒ１のソース（非負荷側出力端子に相当）の電圧である電源電圧ＶＢに接続された抵抗１５（電圧安定化用抵抗に相当し、この例ではプルアップ用である）と、信号ライン１４の電圧をハイレベルが５Ｖでローレベルが０Ｖのモニタ信号Ｓｍに変換してマイコン１１に出力する入力回路１６とが追加されている。
【００４６】
尚、抵抗１５の抵抗値は、コイルＬの抵抗値よりも十分に大きい値（例えば１０倍以上の値）に設定されている。また、入力回路１６は、信号ライン１４の電圧が電源電圧ＶＢと接地電位との間の所定電圧よりも高い場合に、マイコン１１へのモニタ信号Ｓｍをハイレベルにし、信号ライン１４の電圧が上記所定電圧よりも高くなければ、マイコン１１へのモニタ信号Ｓｍをローレベルにする。
【００４７】
（ｂ）次に、マイコン１１は、図２に示すように、制御期間Ｋ１中であれば（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、信号Ｓ２を信号Ｓ１とは反対のレベルで出力する（Ｓ１２０）。このため、図３の１段目と２段目に示すように、制御期間Ｋ１の間は、トランジスタＴｒ３が、出力トランジスタＴｒ１と逆の状態にオン／オフされることとなる。尚、マイコン１１は、制御期間Ｋ１中でなければ（Ｓ１１０：ＮＯ）、従来装置と同様に、信号Ｓ２をローレベルにする（Ｓ１３０）。
【００４８】
（ｃ）また、マイコン１１は、信号Ｓ１と信号Ｓ２とを両方共にローレベルにして、出力トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ３とをオフさせている場合（即ち、制御期間Ｋ１ではない期間中）に、入力回路１６からのモニタ信号Ｓｍを読み取り、そのモニタ信号Ｓｍがローレベルでなければ（ハイレベルであれば）、コイルＬの断線故障（詳しくは、コイルＬ自体の断線、或いは、出力トランジスタＴｒ１とコイルＬとを結ぶ配線又はコイルＬと接地電位とを結ぶ配線の断線）が発生していると判定する。
【００４９】
尚、本第１実施形態では、マイコン１１が制御手段に相当すると共に、図２の処理が、反転駆動手段としての処理に相当している。つまり、マイコン１１は、反転駆動手段としても機能している。また、フライホイールダイオードＤ１と直列のトランジスタＴｒ３が、通電許可トランジスタに相当している。つまり、トランジスタＴｒ３がオフすれば、出力トランジスタＴｒ１のドレイン（誘導性負荷に接続された方の出力端子に相当）と接地電位（誘導性負荷の出力トランジスタ側とは反対側の電圧に相当）との間の経路が遮断される。
【００５０】
以上のような本第１実施形態の電磁弁制御装置では、マイコン１１が、制御期間Ｋ１の間、出力トランジスタＴｒ１をオン／オフさせてコイルＬに流れる電流を制御しているが、特に、フライホイールダイオードＤ１としてショットキダイオードを用いると共に、そのフライホイールダイオードＤ１と直列に設けられたトランジスタＴｒ３を、制御期間Ｋ１の間、出力トランジスタＴｒ１と逆の状態に駆動するようにしている。
【００５１】
このため、図３に示すように、制御期間Ｋ１において、出力トランジスタＴｒ１がオンされている時は、トランジスタＴｒ３がオフされるため、フライホイールダイオードＤ１に逆方向の電圧が印加されなくなり、そのダイオードＤ１の逆方向漏れ電流による発熱量（▲１▼の期間での発熱量）を零にすることができる。また、制御期間Ｋ１において、出力トランジスタＴｒ１がオフされる時は、トランジスタＴｒ３がオンされるため、フライホイールダイオードＤ１には、そのトランジスタＴｒ３を通して順方向のフライバック電流Ｉ２が流れることとなるが、この場合のダイオードＤ１での発熱量（▲２▼の期間での発熱量）も、順方向電圧降下が小さいショットキダイオードを使用していることから、小さく抑えることができる。
【００５２】
よって、フライホイールダイオードＤ１での総発熱量を従来装置よりも大幅に低減することができ、延いては、放熱対策部品の削減によるコスト低減や装置の小型化が可能となる。
また、本第１実施形態では、制御手段としてのマイコン１１が、トランジスタＴｒ３を出力トランジスタＴｒ１と逆の状態にオン／オフさせるようにしているため、そのようなトランジスタＴｒ３のオン／オフ制御を行うためのハードウェア回路やＩＣを別に設ける必要がないという点と、トランジスタＴｒ３のオン／オフタイミングをソフトウェアにより容易に調整設定することができるという点で有利である。
【００５３】
また更に、本第１実施形態の電磁弁制御装置では、上記（ｃ）で述べたように、出力トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ３とをオフさせた状態での信号ライン１４の電圧に基づいて、コイルＬの断線故障の有無を判定するようにしているため、フライホールダイオードＤ１として逆方向漏れ電流が大きいショットキダイオードを使用しているにも拘わらず、コイルＬの断線故障を正確に検出することができる。
【００５４】
つまり、コイルＬの断線故障が発生していなければ、出力トランジスタＴｒ１のオフ時に、信号ライン１４の電圧はほぼ０Ｖとなり、マイコン１１へのモニタ信号Ｓｍはローレベルとなる。また、フライホイールダイオードＤ１の逆方向漏れ電流が無いものとすると、コイルＬの断線故障が発生した場合には、出力トランジスタＴｒ１のオフ時に、信号ライン１４の電圧は抵抗１５のプルアップ作用によって電源電圧ＶＢとなり、マイコン１１へのモニタ信号Ｓｍはハイレベルとなる。よって、基本的には、出力トランジスタＴｒ１のオフ時に、モニタ信号Ｓｍがハイレベルであれば、コイルＬの断線故障が発生していると判定することができる。
【００５５】
ところが、フライホイールダイオードＤ１の逆方向漏れ電流が大きいと（即ち、そのダイオードＤ１の逆方向の抵抗値が小さいと）、コイルＬの断線故障が発生したとしても、出力トランジスタＴｒ１のオフ時における信号ライン１４の電圧が、電源電圧ＶＢよりも低くなり、その結果、モニタ信号Ｓｍが正常を示すローレベルになって、断線故障を検知することができなくなってしまう可能性がある。そして、この問題は、フライホールダイオードＤ１として逆方向漏れ電流が大きいダイオードを使用している場合に顕著である。
【００５６】
そこで、本実施形態では、出力トランジスタＴｒ１だけでなくトランジスタＴｒ３もオフさせることにより、フライホールダイオードＤ１に逆方向漏れ電流が流れないようにした状態で、信号ライン１４の電圧レベルをモニタ信号Ｓｍという形で読み取り、そのモニタ信号Ｓｍがハイレベルであれば断線故障と判定するようにしているのである。
【００５７】
［第２実施形態］
次に、図４は、第２実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図であり、図５は、その電磁弁制御装置のマイコン１１が実行する処理を表すフローチャートである。尚、図４において、前述した図１及び図９と同様の構成要素，信号，電圧及び電流については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。また、図５においても、前述した図２と同じ処理内容のステップについては、同一のステップ番号を付している。
【００５８】
まず、図４に示すように、本第２実施形態の電磁弁制御装置は、第１実施形態の電磁弁制御装置と比較すると、温度検出回路２５を追加して備えている。
この温度検出回路２５は、フライホイールダイオードＤ１の温度を示す検出信号をマイコン１１へ出力するものであり、図示は省略しているが、フライホイールダイオードＤ１の温度を検出するための手段として、フライホイールダイオードＤ１の近傍に設けられた温度検出用ダイオードと、その温度検出用ダイオードに一定電流を流す定電流回路とを備えている。そして、この温度検出回路２５では、温度検出用ダイオードの順方向の両端電位差を増幅し、その増幅した電圧信号を上記検出信号として出力するようになっている。つまり、この温度検出回路２５では、温度が高いほどダイオードの順方向電圧降下が小さくなることを利用して、フライホイールダイオードＤ１の近傍に設けられた温度検出用ダイオードの温度を、フライホイールダイオードＤ１の温度として検出している。
【００５９】
次に、本第２実施形態の電磁弁制御装置において、マイコン１１は、上記温度検出回路２５からの検出信号の電圧値を読み取って、その電圧値からフライホイールダイオードＤ１の温度を求める、といった温度検出処理を例えば定期的に実行している。
【００６０】
そして更に、マイコン１１は、図５に示すように、制御期間Ｋ１中において（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、上記温度検出処理で検出されている最新の温度が、予め定められた規定値Ｔｓ以上であるか否かを判定し（Ｓ１１５）、規定値Ｔｓ以上であれば（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、第１実施形態と同様に、信号Ｓ２を信号Ｓ１とは反対のレベルで出力するが（Ｓ１２０）、温度が規定値Ｔｓ以上でなければ（Ｓ１１５：ＮＯ）、信号Ｓ２を、従来装置と同様にハイレベルのままにする（Ｓ１１７）。尚、マイコン１１は、制御期間Ｋ１中でなければ（Ｓ１１０：ＮＯ）、従来装置及び第１実施形態と同様に、信号Ｓ２をローレベルにする（Ｓ１３０）。
【００６１】
このため、本第２実施形態では、温度検出回路２５及び上記温度検出処理によって検出された温度が規定値Ｔｓ以上である場合に、制御期間Ｋ１の間、トランジスタＴｒ３が出力トランジスタＴｒ１と逆の状態に駆動され、その検出温度が規定値Ｔｓよりも低い場合には、従来装置と同様に、制御期間Ｋ１の間、トランジスタＴｒ３はオンされたままになる。
【００６２】
つまり、フライホイールダイオードＤ１の逆方向漏れ電流は、温度が高い場合ほど大きくなるため、本第２実施形態では、そのダイオードＤ１の温度が規定値Ｔｓ以上の場合にのみ、Ｓ１２０によるトランジスタＴｒ３のオン／オフ制御を実施するようにしている。そして、このような本第２実施形態によれば、フライホイールダイオードＤ１の逆方向漏れ電流が問題となる程度に温度が高くなった場合にだけ、トランジスタＴｒ３のオン／オフ制御を行うようにすることができ、マイコン１１でのソフトウェア処理の負荷を低減することができる。
【００６３】
尚、本第２実施形態では、温度検出回路２５と前述した温度検出処理が、温度検出手段に相当し、図５の処理が、反転駆動手段としての処理に相当している。
また、上記の例では、フライホイールダイオードＤ１の近傍に設けられた温度検出用ダイオードの温度を、フライホイールダイオードＤ１の温度として検出するようにしたが、フライホイールダイオードＤ１そのものの温度を検出するようにしても良い。具体的に説明すると、まず、温度検出回路２５は、マイコン１１からの指令信号を受けると、フライホールダイオードＤ１に順方向の一定電流を流すと共に、その一定電流通電時におけるフライホイールダイオードＤ１の両端電位差を増幅し、その増幅した電圧信号を検出信号としてマイコン１１へ出力するように構成する。そして、マイコン１１は、温度検出処理として、制御期間Ｋ１でない期間中（例えば、制御期間Ｋ１の開始直前時など）に、温度検出回路２５へ上記指令信号を出力して、その温度検出回路２５からの検出信号に基づきフライホイールダイオードＤ１自体の温度を求めれば良い。
【００６４】
一方、上記温度検出回路２５の温度検出用ダイオードをフライホイールダイオードＤ１の近傍に設けることができない場合、その温度検出用ダイオードは、当該電磁弁制御装置の回路基板上において、フライホイールダイオードＤ１に出来るだけ近い位置に設ければ良い。つまり、この場合、温度検出回路２５及び上記温度検出処理からなる温度検出手段は、フライホイールダイオードＤ１の周囲温度を検出することとなる。
【００６５】
［第１及び第２実施形態の変形例］
ところで、上記第１及び第２実施形態では、制御期間Ｋ１でないときには、信号Ｓ２をローレベルにしてトランジスタＴｒ３をオフさせていた（即ち、出力トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ３とを共にオフさせていた）が、制御期間Ｋ１の終了時から早切り消弧によってコイル電流Ｉ３が零になると見なされる時間が経過した後は、次の制御期間Ｋ１の開始時まで、信号Ｓ２をハイレベルにしてトランジスタＴｒ３を出力トランジスタＴｒ１とは逆のオン状態にするようにしても良い。そして、このようにした場合でも、コイルＬの断線故障検出を実施する時には、出力トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ３とを共にオフさせた上で、モニタ信号Ｓｍを読み取るようにすれば良い。
【００６６】
また、上記第１及び第２実施形態の電磁弁制御装置（図１及び図４）から、抵抗２３、ツェナーダイオードＺＤ、及びダイオードＤ２を削除すれば、早切り消弧を実施しない装置となる。そして、この場合、マイコン１１は、図２及び図５のＳ１３０にて、信号Ｓ２をハイレベルで出力するようにしても良い。つまり、このようにすれば、トランジスタＴｒ３は、制御期間Ｋ１中でなければオンされることとなり、換言すれば、制御期間Ｋ１中でなくても出力トランジスタＴｒ１と逆の状態に駆動されることとなる。但し、このようにした場合でも、コイルＬの断線故障検出を実施する時には、出力トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ３とを共にオフさせた上で、モニタ信号Ｓｍを読み取るようにすれば良い。
【００６７】
［第３実施形態］
次に、図６は、第３実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図である。尚、図６において、前述した図１及び図９と同様の構成要素，信号，電圧及び電流については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００６８】
図６に示すように、本第３実施形態の電磁弁制御装置は、第１実施形態の電磁弁制御装置と比較すると、下記の（１）及び（２）の点が異なっている。
（１）まず、マイコン１１は、図２のＳ１２０の処理に代えて、信号Ｓ２をハイレベルにする処理を行う。つまり、マイコン１１は、従来装置と同様に、制御期間Ｋ１の間、信号Ｓ２をハイレベルにして出力する。
【００６９】
（２）次に、図６に示すように、反転回路１９に代えてナンド回路２７が設けられており、そのナンド回路２７は、マイコン１１からの信号Ｓ２がハイレベルで且つ反転回路１３の出力が出力トランジスタＴｒ１をオフさせる方のハイレベルである時（即ち、マイコン１１からの信号Ｓ１がローレベルの時）に、トランジスタＴｒ２をオンさせる。
【００７０】
このため、本第３実施形態の電磁弁制御装置においても、第１実施形態と同様に、トランジスタＴｒ３は、制御期間Ｋ１の間、出力トランジスタＴｒ１と逆の状態にオン／オフされ、制御期間Ｋ１以外の時にはオフされることとなる。
つまり、本第３実施形態では、マイコン１１とは別のハードウェア回路であるナンド回路２７が、制御手段としてのマイコン１１から出力トランジスタＴｒ１をオン／オフさせるために出力される信号Ｓ１に基づいて（詳しくは、この例では、信号Ｓ１を反転回路１３で反転させた信号に基づいて）、トランジスタＴｒ３を出力トランジスタＴｒ１と逆の状態に駆動している。尚、本第３実施形態では、ナンド回路２７及びトランジスタＴｒ２が、請求項５の反転駆動手段としてのハードウェア回路に相当している。
【００７１】
そして、この第３実施形態によっても、第１実施形態と同様に、フライホイールダイオードＤ１での総発熱量を大幅に低減することができる。また、トランジスタＴｒ３のオン／オフタイミングをコントロールするための処理（図２のＳ１２０）をマイコン１１が行わなくても良く、そのマイコン１１での処理負荷を減らすことができるという点で有利である。
【００７２】
［第４実施形態］
次に、図７は、第４実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図である。尚、図４において、前述した図９と同様の構成要素，信号及び電圧については、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００７３】
図７に示すように、本第４実施形態の電磁弁制御装置では、図９に例示した従来装置と比較すると、まず、抵抗２３、ツェナーダイオードＺＤ、ダイオードＤ２、及び反転回路１９が削除されている。つまり、本第４実施形態では、早切り消弧を実施しない基本的な構成を採っている。
【００７４】
そして、本第４実施形態において、トランジスタＴｒ２は、マイコン１１からの信号Ｓ１によって駆動されるようになっており、その信号Ｓ１がローレベルの時にオンされる。尚、本第４実施形態では、マイコン１１からの信号Ｓ２が不要なため、マイコン１１は、その信号Ｓ２を出力しないようになっている。
【００７５】
そして更に、本第４実施形態においても、前述した各実施形態と同様に、フライホイールダイオードＤ１として、ショットキダイオードを使用している。
このような第４実施形態の装置においても、制御期間Ｋ１の間、出力トランジスタＴｒ１がマイコン１１からの信号Ｓ１によってオン／オフされることにより、コイルＬにその信号Ｓ１のデューティ比に応じた電流が流れることとなる。
【００７６】
そして、本第４実施形態においても、トランジスタＴｒ３が出力トランジスタＴｒ１と逆の状態に駆動されることとなるため、フライホイールダイオードＤ１には逆方向の漏れ電流が流れず、そのダイオードＤ１での総発熱量を大幅に低減することができる。尚、本第４実施形態では、トランジスタＴｒ２が、請求項５の反転駆動手段としてのハードウェア回路に相当している。
【００７７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、上記各実施形態及び変形例の電磁弁制御装置はハイサイド駆動形態であったが、本発明は、ローサイド駆動形態の装置に対しても同様に適用することができる。そして、ローサイド駆動形態の場合の駆動回路部分の一例を挙げると、図８のようになる。
【００７８】
尚、図８において、図１と同じ役割を果たす素子については、同一の符号を付しているが、出力トランジスタＴｒ１は、ローサイド駆動形態であるため、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタとなっている。また、図８（Ａ）は、早切り消弧を実施しない場合の構成例を表しており、図８（Ｂ）は、早切り消弧を実施する場合の構成例を表している。そして、図８（Ｂ）の構成例において、早切り消弧を行う際には、ダイオードＤ２及びツェナーダイオードＺＤを通してコイルＬにフライバック電流が環流されることとなる。
【００７９】
一方、本発明は、電磁弁を制御する装置に限らず、ブザー、ランプ、モータ等の他の誘導性負荷を制御する装置に対しても、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図である。
【図２】第１実施形態の電磁弁制御装置のマイコンが実行する処理を表すフローチャートである。
【図３】第１実施形態の電磁弁制御装置の作用を表すタイムチャートである。
【図４】第２実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図である。
【図５】第２実施形態の電磁弁制御装置のマイコンが実行する処理を表すフローチャートである。
【図６】第３実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図である。
【図７】第４実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図である。
【図８】変形例の電磁弁制御装置を説明する説明図である。
【図９】従来の電磁弁制御装置の構成例を表す構成図である。
【図１０】図９の電磁弁制御装置の作用を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
Ｌ…電磁弁のコイル、１１…マイコン（マイクロコンピュータ）、１３，１９…反転回路、１４…信号ライン、１６…入力回路、１５，１７，２１，２３…抵抗、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、ＺＤ…ツェナーダイオード、Ｔｒ１…出力トランジスタ、Ｔｒ２…ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ、Ｔｒ３…Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ、２５…温度検出回路、２７…ナンド回路
【図１】
2004304314.tif 000003
【図２】
2004304314.tif 000004
【図３】
2004304314.tif 000005
【図４】
2004304314.tif 000006
【図５】
2004304314.tif 000007
【図６】
2004304314.tif 000008
【図７】
2004304314.tif 000009
【図８】
2004304314.tif 000010
【図９】
2004304314.tif 000011
【図１０】
2004304314.tif 000012