(57)【要約】【課題】電圧低下や急な給電停止を確実に検出し自己保持型電磁弁の閉止が可能で、無駄な電力消費を極力抑えた電磁弁制御装置を提供する。【解決手段】自己保持型電磁弁２の開方向又は閉方向へ通電する駆動回路３、開閉制御信号ＣＯＭに応じて駆動回路３の通電方向の切替制御を行う通電制御部、通電制御部に給電する電源５に並列接続された電源側蓄電手段Ｃ１、電源５の電圧を昇圧して駆動回路３に印加する昇圧回路７、昇圧回路７の出力側に駆動回路３に並列接続され、電磁弁２の駆動電圧を保持する駆動側蓄電手段Ｃ２、電源側蓄電手段Ｃ１に加わる電圧が所定の閾値以下のときに、駆動回路３における電流方向を電磁弁２の閉方向に切り替える制御を行う電源電圧監視制御手段を備えた。【選択図】        図１
2005248988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己保持型の電磁弁の開閉制御を行う電磁弁制御装置において、
前記電磁弁の開方向又は閉方向へ通電し、若しくは前記電磁弁への通電を遮断する駆動回路と、
外部から入力される開閉制御信号に応じて前記駆動回路における通電方向の切り替え制御及び遮断制御を行う通電制御部と、
前記通電制御部に給電する電源に並列接続された電源側蓄電手段と、
前記電源の電圧を昇圧して前記駆動回路に印加する昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力側に前記駆動回路に並列接続され、前記電磁弁の駆動電圧を保持する駆動側蓄電手段と、
前記電源側蓄電手段に加わる電圧が所定の閾値以下のときに、前記駆動回路における電流方向を電磁弁の閉方向に切り替える制御を行う電源電圧監視制御手段と、
を備えていることを特徴とする電磁弁制御装置。
【請求項２】
前記電磁弁の開方向に通電する指令信号である開弁指令信号が前記通電制御部から入力された場合において、前記駆動側蓄電手段に加わる電圧が所定の閾値未満の場合には前記通電制御部の通電を遮断した状態を維持し、前記駆動側蓄電手段に加わる電圧が所定の閾値以上となった場合に、前記通電制御部に対して前記電磁弁を開弁させる方向へ通電する制御を行う駆動電圧監視制御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁制御装置。
【請求項３】
所定の時間ごとにパルスを出力するタイマを備え、
前記電源電圧監視制御手段は、前記タイマがパルスを出力したときに前記電源側蓄電手段に加わる電圧の検出を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の電磁弁制御装置。
【請求項４】
前記電源電圧監視制御手段は、
電源電圧以下の一定の基準電圧を生成する基準電圧回路と、
前記基準電圧と前記電源側蓄電手段に加わる電圧との差電圧を検出し、当該差電圧が所定の閾値以下のときに前記駆動回路における電流方向を電磁弁の閉方向に切り替えるためのパルスを出力する電源電圧測定部と、
を備えていることを特徴とする請求項３記載の電磁弁制御装置。
【請求項５】
前記電源電圧監視制御手段は、前記タイマがパルスを出力したときに前記電源から前記基準電圧回路へ給電する給電スイッチを備えていることを特徴とする請求項４記載の電磁弁制御装置。
【請求項６】
前記電源電圧監視制御手段は、電源電圧メモリを備え、
前記電源電圧測定部は、前記タイマがパルスを出力したときに前記基準電圧と前記電源側蓄電手段に加わる電圧との差電圧を検出してその検出値を前記電源電圧メモリに記憶させるとともに、当該検出値と前回の検出時に前記電源電圧メモリに記憶された検出値との差電圧を演算し、その差電圧の絶対値が所定の閾値を超えたときには前記駆動回路における電流方向を電磁弁の閉方向に切り替える制御を行うことを特徴とする請求項４又は５記載の電磁弁制御装置。
【請求項７】
前記駆動回路は、前記電磁弁に開方向の電流を通電する場合は、前記電磁弁に対して前記電源の電圧を直接印加することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一記載の電磁弁制御装置。
【請求項８】
前記通電制御部は、外部から待機指令信号が入力された場合には、前記昇圧回路の動作を停止させ、前記駆動側蓄電手段に対する充電を停止する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一記載の電磁弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己保持型の電磁弁を制御するための電磁弁制御装置に関し、特に、低消費電力で駆動し電源電圧の低下又は消失が生じた場合にも確実に電磁弁を閉止する安全機構を有する電磁弁制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自己保持型の電磁弁とは、ラッチング型ソレノイドを使用して開弁時及び閉止時のみ通電して弁の開閉を行うように構成された電磁弁をいう。通常、自己保持型の電磁弁では、通電方向を反転させることにより、開弁と閉止とを行うことができる。このように、通電時間が短く極めて低消費電力であるという特徴から、自己保持型の電磁弁は、特に電池を電源とする機器に多用される。
【０００３】
自己保持型の電磁弁を制御するための電磁弁制御装置としては、特許文献１〜４に記載のものが公知である。以下これらの電磁弁制御装置について概説する。
【０００４】
図７は特許文献１に記載の電磁弁制御装置の回路構成を表す図である。図７において、自己保持型の電磁弁のラッチング型ソレノイドのコイル１０１ａ，１０１ｂに通電する電流の方向は、駆動回路１０２により切り替えられる。コイル１０１ａに通電した場合には電磁弁は開弁方向に作動し、コイル１０１ｂに通電した場合には電磁弁は閉止方向に作動する。駆動回路１０２には、電源１０３から給電される。電源１０３には電池が用いられている。そして、電源１０３が故障し又は電源１０３が消耗して電圧降下が生じた場合において、電磁弁制御装置１０４により駆動回路１０２の通電遮断の制御が行われる。
【０００５】
電磁弁制御装置１０４は、検出回路１０５、ＰＮＰ型のトランジスタ１０６、電解コンデンサ１０７、及び抵抗器１０８，１０９，１１０から構成されている。検出回路１０５は、電源１０３の電圧を検出する回路である。
【０００６】
電源１０３の電圧が正常である場合には、検出回路１０５は、トランジスタ１０６のベースにＬレベルを出力する。これにより、トランジスタ１０６は抵抗１０９を介して遮断状態に保たれる。また、電解コンデンサ１０７には、電源１０３の電圧と同程度の電圧を発生する電荷が充電される。この状態では、駆動回路１０２には、電磁弁の開閉に必要な電力をコイル１０１ａ，１０１ｂに給電するのに十分な電圧が印加される。この電圧により、駆動回路１０２は電磁弁の開閉制御を行う。
【０００７】
一方、電磁弁が開弁している状態において、電源１０３の電圧が降下した場合、検出回路１０５は電源１０３の電圧が所定の閾値以下となると、トランジスタ１０６のベースにＨレベルを出力する。ここで、電解コンデンサ１０７は正常な電源電圧を保持している。従って、検出回路１０５は、この電解コンデンサ１０７の電圧と電源１０３の電圧とを比較して電源１０３の電圧降下を検出する。トランジスタ１０６は、ベース電位がＨレベルとなると導通状態となる。これにより、電解コンデンサ１０７に充電された電荷が抵抗１１０及びコイル１０１ｂを通して放電され、コイル１０１ｂが励磁される。これにより、電磁弁は閉止される。従って、電源１０３の電圧低下により電磁弁が閉止しないような事態が避けられる。
【０００８】
図８は特許文献２に記載の電磁弁制御装置の回路構成を表す図である。図８において、電磁弁の開閉を行うラッチング型のソレノイド１２０は、駆動回路１２１により通電方向が切り替えられる。ソレノイド１２０の通電方向を切り替えることにより、電磁弁を開閉させる。また、駆動回路１２１には、電磁弁制御装置１２２を介して電源１２３から給電される。電源１２３には電池１２３ａとスイッチ１２３ｂが用いられている。
【０００９】
スイッチ１２３ｂが導通状態のとき、電源１２３の電圧はダイオード１２４を介してマイコン１２５に印加される。また、このとき、抵抗１２９を介して電解コンデンサ１２６にも電源電圧が印加され、電解コンデンサ１２６は充電される。駆動回路１２１は、トランジスタ１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄにより構成されたＨ型ブリッジ回路である。駆動回路１２１は、マイコン１２５のＰＯ１，ＰＯ２出力により、ソレノイド１２０を正・逆方向に通電する。
【００１０】
トランジスタ１２７及び抵抗１２８は、電源の電圧がＨレベル又はＬレベルの何れであるか否かを検出する電圧検出回路であり、その出力はマイコン１２５のＰＩ１ポートに入力されている。
【００１１】
このような構成において、スイッチ１２３ｂが遮断状態になったり電池１２３ａが消耗したりすることにより、電源電圧が低下すると、マイコン１２５のＰＩ１ポートにＨレベルが入力される。これにより、マイコン１２５は、ＰＯ１ポートをＬレベル、ＰＯ２ポートをＨレベルとして、トランジスタ１２１ａ，１２１ｄを導通状態とする。これにより、コンデンサ１２６に蓄電された電荷は、ソレノイド１２０を閉方向に通って放電され、電磁弁が閉止される。
【００１２】
図９は特許文献３に記載の電磁弁制御装置の回路構成を表す図である。図９では、２系統のソレノイド１２０ａ，１２０ｂを駆動する構成となっているが、基本的には図８の場合と同様である。図９において図８と同様の構成については、同一の番号を付して、それぞれの系統ごとにａ又はｂの添え字を付した。
【００１３】
図９においては昇圧回路１３０及びスイッチ１３１ａ，１３１ｂを設けた点で図８とは異なる。すなわち、昇圧回路１３０によりコンデンサ１２６に、電源電圧よりも高い電圧を発生する電荷を充電する。これにより、電磁弁の駆動を確実に行えるようにしたものである。
【００１４】
図１０は特許文献４に記載の電磁弁制御装置の回路構成を表す図である。図１０において、自己保持型の電磁弁１４０は、駆動回路１４１により通電制御が行われる。この駆動回路１４１には、電池１４２により電圧ＶＬが印加される。また、電池１４２は、電源回路１４３を介してＣＰＵ１４４に給電する。電源回路１４３は、電池１４２の出力電圧ＶＬから制御用電源電圧ＶＣＣを生成してＣＰＵ１４４に供給する。
【００１５】
また、電池１４２の両端電極には、コンデンサ１４５が接続されている。また、電源回路１４３からみて、ＣＰＵ１４４に並列にコンデンサ１４６が接続されている。
【００１６】
電池１４２が取り付けられているときには、ＣＰＵ１４４の入力ポートＰＩＮはＬレベルに維持される。このとき、抵抗１４７を通って常に一定の微電流が流れる。電池１４２がはずされた場合には、コンデンサ１４６の電圧により、入力ポートＰＩＮはＨレベルになる。これにより、ＣＰＵ１４４は、電池１４２が外れたことを検出する。そして、ＣＰＵ１４４は、コンデンサ１４５に蓄電された電荷により発生する電圧を用いて、駆動回路１４１により、電磁弁１４０を閉止する。このようにして、電池外れの場合にも確実に電磁弁１４０を閉止するように保証している。
【特許文献１】実開昭６３−１４６２７３号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６２２０号公報
【特許文献３】特開２０００−２８３３２６号公報
【特許文献４】特開２００１−２２３１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の電磁弁制御装置においては、電解コンデンサ１０７の漏電による電圧低下が考慮されていない。電源１０３が徐々に消耗して電圧が徐々に低下した場合、電解コンデンサ１０７の両端電圧も漏電により徐々に低下する。そして、電源１０３の両端電圧との差が大きくなることはない。従って、検出回路１０５は、電源１０３の消耗による電圧の低下を検出することができない場合があると考えられる。従って、電源１０３の消耗時に確実に電磁弁を閉止できるという保証は十分にされないものと考えられる。
【００１８】
また、特許文献２，３に記載の電磁弁制御装置においては、電池が外れた場合のように、電源１２３の給電が突然停止した場合、コンデンサ１２６により、駆動回路１２１とマイコン１２５の電源電圧をすべて賄う必要がある。ところで、駆動回路１２１は、ソレノイド１２０に通電するため、大きな電流を通電する必要がある。従って、コンデンサ１２６に蓄電された電荷の減少が早いため、十分に電磁弁が閉止する前にマイコン１２５の駆動電圧が不足する事態が生じることが考えられる。そこで、電源１２３の給電が突然停止した場合にもマイコン１２５の動作を十全に保証するためには、コンデンサ１２６として相当大容量のものを使用することが必要となる。
【００１９】
また、マイコン１２５の電源をバックアップするため、常にコンデンサ１２６に蓄電しておく必要がある。しかしながら、コンデンサ１２６の静電容量が大きいと、その分、漏電による電力消費も大きくなる。従って、電源１２３の消費電力が大きくなる。特に電源１２３に電池を使用する場合には、電池寿命が短くなる。
【００２０】
また、特許文献４に記載の電磁弁制御装置においては、ＣＰＵ１４４が動作するためには、常に電源回路１４３が動作し、電池１４２の電力を消費する。また、微量ではあるが抵抗１４７を通して常に微弱電流が通電しており、電池１４２の電力が消費される。従って、これらの無駄な電力消費によって、電池１４２の電力ロスが大きく、あまり長い電池寿命が期待できない。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、電源の消耗による電圧低下や、電源電圧からの給電の急な停止を確実に検出して自己保持型の電磁弁を閉止させることを可能とするとともに、無駄な電力消費や漏電による電力消費を極力抑えることが可能な電磁弁制御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】
【００２２】
本発明に係る電磁弁制御装置の第１の構成は、自己保持型の電磁弁の開閉制御を行う電磁弁制御装置において、前記電磁弁の開方向又は閉方向へ通電し、若しくは前記電磁弁への通電を遮断する駆動回路と、外部から入力される開閉制御信号に応じて前記駆動回路における通電方向の切り替え制御及び遮断制御を行う通電制御部と、前記通電制御部に給電する電源に並列接続された電源側蓄電手段と、前記電源の電圧を昇圧して前記駆動回路に印加する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力側に前記駆動回路に並列接続され、前記電磁弁の駆動電圧を保持する駆動側蓄電手段と、前記電源側蓄電手段に加わる電圧が所定の閾値以下のときに、前記駆動回路における電流方向を電磁弁の閉方向に切り替える制御を行う電源電圧監視制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、電源側蓄電手段の電圧が所定の閾値以下のときには、電源電圧監視手段が駆動回路の電流方向を閉方向に切り替える。このとき駆動側蓄電手段に蓄電された電気を使用して電磁弁を閉止方向に駆動する。これにより、電源電圧が低下したときにも、確実に電磁弁を閉止することができる。
【００２４】
また、電源電圧監視制御手段や通電制御部などの制御機構の動作は、通常は電源から給電される電気によって賄われている。しかし、電源からの給電が突然停止された場合、電源側蓄電手段が、バックアップ用の電源として機能する。そして、電源電圧監視制御手段は、電源側蓄電手段に蓄電された電気によって電磁弁を閉方向に駆動する制御を行う。これにより、電源からの給電が突然停止した場合にも確実に電磁弁を閉止することができる。
【００２５】
また、電源側蓄電手段と駆動側蓄電手段とを別々に設けたことにより、駆動側蓄電手段が保持する電圧は、電源電圧監視制御手段や通電制御部などの制御機構の動作電圧には依存しない。従って、電磁弁への通電を、駆動側蓄電手段の保持する電圧が電源電圧監視制御手段や通電制御部などの制御機構の動作可能電圧以下となるまで通電を行うことが可能である。従って、より確実な電磁弁の閉止動作が可能となる。
【００２６】
さらに、駆動側蓄電手段を充電する電圧は、電源電圧監視制御手段や通電制御部などの制御機構の動作電圧には依存しない。そのため、駆動側蓄電手段に比較的高い電圧を保持するようにすることで、駆動側蓄電手段の蓄電容量を小さくすることができる。従って、駆動側蓄電手段を小容量のコンデンサにより実現することが可能となる。また、駆動側蓄電手段の保持電圧を高くしておくことと制御回路の電源ではないため、昇圧回路の安定度や精度が低くてもあまり問題とはならない。従って、昇圧回路を簡易な回路で構成することができ、コストを低廉化することができる。
【００２７】
ここで、電源側蓄電手段や駆動側蓄電手段には、コンデンサ等を使用することができる。昇圧回路としては、チャージポンプやスイッチングなどのＤＣ−ＤＣコンバータ回路を使用することができる。電源にはどのようなものを使用してもよいが、本発明は、主として電源に電池を使用する場合に対して好適である。
【００２８】
本発明に係る電磁弁制御装置の第２の構成は、上記第１の構成において、前記電磁弁の開方向に通電する指令信号である開弁指令信号が前記通電制御部から入力された場合において、前記駆動側蓄電手段に加わる電圧が所定の閾値未満の場合には前記通電制御部の通電を遮断した状態を維持し、前記駆動側蓄電手段に加わる電圧が所定の閾値以上となった場合に、前記通電制御部に対して前記電磁弁を開弁させる方向へ通電する制御を行う駆動電圧監視制御手段を備えていることを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、駆動電圧監視制御手段は、駆動側蓄電手段に加わる電圧が所定の閾値以上となるまでは、通電制御部の通電を遮断した状態を維持し、駆動側蓄電手段に電荷が十分に充電されるのを待つ。そして、電磁弁を駆動するのに十分な電荷が駆動側蓄電手段に蓄電された後に通電制御部を電磁弁の開方向へ通電させて電磁弁を開弁する。これにより、確実に電磁弁を開弁することができる。
【００３０】
本発明に係る電磁弁制御装置の第３の構成は、上記第１又は２の構成において、所定の時間ごとにパルスを出力するタイマを備え、前記電源電圧監視制御手段は、前記タイマがパルスを出力したときに前記電源側蓄電手段に加わる電圧の検出を行うことを特徴とする。
【００３１】
この構成により、電源電圧監視制御手段は常時電源側蓄電手段に加わる電圧の検出を行う必要がないため、電力消費を抑えることができる。
【００３２】
本発明に係る電磁弁制御装置の第４の構成は、上記第３の構成において、前記電源電圧監視制御手段は、電源電圧以下の一定の基準電圧を生成する基準電圧回路と、前記基準電圧と前記電源側蓄電手段に加わる電圧との差電圧を検出し、当該差電圧が所定の閾値以下のときに前記駆動回路における電流方向を電磁弁の閉方向に切り替えるためのパルスを出力する電源電圧測定部と、を備えていることを特徴とする。
【００３３】
これにより、差動コンパレータの出力値が所定の電圧以下となったときに、電源が消耗したものと判断し、前記駆動回路における電流方向を電磁弁の閉方向に切り替える制御を行い、電磁弁を閉止することができる。
【００３４】
ここで、基準電圧回路としては、例えば、バンドギャップ基準電圧回路、ツェナー電圧等を使用することができる。
【００３５】
本発明に係る電磁弁制御装置の第５の構成は、上記第４の構成において、前記電源電圧監視制御手段は、前記タイマがパルスを出力したときに前記電源から前記基準電圧回路へ給電する給電スイッチを備えていることを特徴とする。
【００３６】
この構成により、タイマがパルスを出力したときにのみ基準電圧回路への給電が行われる。従って、基準電圧回路はタイマがパルスを出力したときに基準電圧を発生する。電源電圧測定部は、この基準電圧と電源側蓄電手段に加わる電圧との差電圧の検出を行い、駆動回路の制御を行う。このように、タイマがパルスを出力したとき以外は、基準電圧回路への給電を遮断することで、基準電圧回路による消費電力を抑えることができる。
【００３７】
本発明に係る電磁弁制御装置の第６の構成は、上記第４又は５の構成において、前記電源電圧監視制御手段は、電源電圧メモリを備え、前記電源電圧測定部は、前記タイマがパルスを出力したときに前記基準電圧と前記電源側蓄電手段に加わる電圧との差電圧を検出してその検出値を前記電源電圧メモリに記憶させるとともに、当該検出値と前回の検出時に前記電源電圧メモリに記憶された検出値との差電圧を演算し、その差電圧の絶対値が所定の閾値を超えたときには前記駆動回路における電流方向を電磁弁の閉方向に切り替える制御を行うことを特徴とする。
【００３８】
これにより、電池はずれのように電源からの給電が突然停止した場合には、電源電圧測定部が検出する検出値と前回の検出時に電源電圧メモリに記憶された検出値との差電圧との絶対値が急激に大きくなり閾値を超える。これにより、電源電圧測定部は、前記駆動回路における電流方向を電磁弁の閉方向に切り替える制御を行い、電磁弁を閉止する。従って、電池はずれのように電源からの給電が突然停止した場合にも確実に電磁弁を閉止させることができる。
【００３９】
本発明に係る電磁弁制御装置の第７の構成は、上記第１乃至６の何れか一の構成において、前記駆動回路は、前記電磁弁に開方向の電流を通電する場合は、前記電磁弁に対して前記電源の電圧を直接印加することを特徴とする。
【００４０】
電磁弁の特性によって、開弁するときの通電時に駆動電圧を電源電圧から昇圧する必要がない場合がある。かかる場合、上記のように、電磁弁に開方向の電流を通電する場合は電磁弁に対して電源電圧を直接印加する構成とする。これにより、開弁動作において駆動側蓄電手段に加わる電圧が開弁動作に十分な電圧まで昇圧するのを待つ必要がない。従って、素早い反応で電磁弁を開弁させることができる。
【００４１】
また、昇圧回路は急速に昇圧する必要がないため、昇圧回路の昇圧能力が低い場合でも実用上は問題ない。従って、昇圧回路を低コストに構成することができる。
【００４２】
本発明に係る電磁弁制御装置の第８の構成は、上記第１乃至７の何れか一の構成において、前記通電制御部は、外部から待機指令信号が入力された場合には、前記昇圧回路の動作を停止させ、前記駆動側蓄電手段に対する充電を停止する制御を行うことを特徴とする。
【００４３】
通常、蓄電手段は、その蓄電容量が大きくなるほど漏れ電流が大きくなる。従って、蓄電容量の大きい駆動側蓄電手段は、電源側蓄電手段に比べて漏れ電流も大きい。そこで、上記構成のように、待機指令信号が入力された場合には、昇圧回路による駆動側蓄電手段での充電を停止する。そして、待機時間帯には駆動側蓄電手段には蓄電しない。これにより、漏れ電流を押さえて平均的な消費電力を低減させることができる。
【発明の効果】
【００４４】
以上のように、本発明によれば、電源側蓄電手段と駆動側蓄電手段とを設け、電源側蓄電手段には電源から直接蓄電し、駆動側蓄電手段は昇圧回路で電源を昇圧してから蓄電する構成としたことにより、電源からの給電が突然停止した場合にも確実に電磁弁を閉止することができる。従って、電源に電池を使用した場合には、電池外れの場合にも電磁弁を確実に閉止することができる。
【００４５】
また、駆動側蓄電手段を充電する電圧は、電源電圧監視制御手段や通電制御部などの制御機構の動作電圧には依存しないため、駆動側蓄電手段に比較的高い電圧を保持するようにし、駆動側蓄電手段の蓄電容量を小さくすることができる。これにより、駆動側蓄電手段を小容量のコンデンサにより実現することが可能となる。
【００４６】
また、駆動側蓄電手段の保持電圧を高くしておくことで、昇圧回路には高い安定度や精度は要求されないので、昇圧回路を簡易な回路で構成することができ、コストを低廉化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００４８】
図１は本発明の実施例１に係る電磁弁制御装置の全体の回路構成を表す図である。図１の電磁弁制御装置１は、自己保持型の電磁弁２を駆動するための駆動回路３と、駆動回路３の通電制御をする駆動制御回路４とから構成されている。この電磁弁制御装置１には、電源である電池５から、電源電圧Ｖｃｃが印加されている。
【００４９】
駆動回路３は、スイッチ回路Ｓ１〜Ｓ４により構成されたＨ型ブリッジ回路である。各スイッチ回路Ｓ１〜Ｓ４は、リレーや半導体スイッチを使用することができる。半導体スイッチを使用する場合には、電圧レギュータ機能や電流安定化機能を付加することができる。例えば、スイッチ回路Ｓ１〜Ｓ４にトランジスタを使用する場合、電磁弁２に印加される電圧をフィードバックしてベース電流を制限することで、電圧を安定化させる構成とすることができる。また、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２についてはＰＮＰトランジスタを使用しＶＬ−エミッタ間に、スイッチ回路Ｓ３，Ｓ４についてはＮＰＮトランジスタを使用しエミッタ−ＧＮＤ間に抵抗を付加して、電流を安定化させる構成としてもよい。
【００５０】
駆動制御回路４は、マイコン６、ＤＣ−ＤＣコンバータ（以下、「ＤＤＣ」という。）７、基準電圧回路８、駆動電圧分圧回路９、及び２つのコンデンサＣ１，Ｃ２を備えている。ＤＤＣ７は、電池５から印加される電源電圧Ｖｃｃを、より高い駆動電圧ＶＬに電圧変換する昇圧回路として機能する。また、ＤＤＣ７は、マイコン６から出力されるＤＤＣコントロール信号（DDC control）によってオン／オフ制御がされる。
【００５１】
ＤＤＣ７の出力ノードは、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２の一端に接続されている。スイッチ回路Ｓ３，Ｓ４の一端は接地ノードＧＮＤに接続されている。また、スイッチ回路Ｓ１とスイッチ回路Ｓ３、スイッチ回路Ｓ２とスイッチ回路Ｓ４とは、それぞれノードＡ，Ｂで互いに接続されている。そして、ノードＡとノードＢとの間に、電磁弁２が接続されている。
【００５２】
スイッチ回路Ｓ２，Ｓ３は、マイコン６から出力される通電制御信号φ１により開閉制御される。すなわち、通電制御信号φ１がＨレベルのときにスイッチ回路Ｓ２，Ｓ３は導通状態となり、通電制御信号φ１がＬレベルのときにスイッチ回路Ｓ２，Ｓ３は遮断状態となる。同様に、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ４は、マイコン６から出力される通電制御信号φ２により開閉制御される。通電制御信号φ１がＨレベル、通電制御信号φ２がＬレベルのとき、電磁弁２には開方向に電流が流れて電磁弁２が開弁する。逆に、通電制御信号φ１がＬレベル、通電制御信号φ２がＨレベルのとき、電磁弁２には閉方向に電流が流れて電磁弁２が閉止する。通電制御信号φ１、通電制御信号φ２がともにＬレベルのとき、電磁弁２には通電されず弁の状態は保持される。
【００５３】
基準電圧回路８は、電源電圧Ｖｃｃが印加されると、一定の基準電圧Ｖｃ１を生成してマイコン６に出力する。この基準電圧回路８としては、例えば、図１（ｂ）に示したようなバンドギャップ基準電圧回路を使用することができる。
【００５４】
駆動電圧分圧回路９は、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２により構成されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、ＤＤＣ７の出力側ノードと接地ノードＧＮＤとの間に直列接続されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続ノードの電圧Ｖｃ２は駆動分圧電圧として、マイコン６に入力される。
【００５５】
電源側蓄電手段であるコンデンサＣ１は電池５の両極に接続されている。また、駆動側蓄電手段であるコンデンサＣ２は、ＤＤＣ７の出力側に、駆動回路３と並列に接続されている。
【００５６】
図２は図１のマイコン６の機能構成を表した図である。マイコン６は、通電制御部１１、駆動電圧測定部１３、電源電圧測定部１４、電池電圧メモリ１５、クロック発生器１６、タイマ１７、ＯＲ回路１８、及び抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により構成される分圧回路１９を備えている。
【００５７】
通電制御部１１は、外部から入力される開閉制御信号ＣＯＭに応じて、駆動回路３における通電方向の切り替え制御及び遮断制御を行う。通電制御部１１は、開閉制御信号ＣＯＭとして開弁指令が入力された場合には、駆動電圧測定部１３に対して開弁指令を出力するとともに、ＤＤＣコントロール信号（DDC control）によってＤＤＣ７をオン状態とする。また、開閉制御信号ＣＯＭとして閉止指令が入力された場合には、ＯＲ回路１８に対して閉止指令のパルス（Ｈレベルのパルス）を出力する。
【００５８】
駆動電圧測定部１３は、通電制御部１１から開弁指令が入力された場合、駆動電圧分圧回路９が出力する駆動分圧電圧Ｖｃ２と、分圧回路１９が基準電圧Ｖｃ１を分圧して生成する閾値電圧ＶＴＨとを比較する。そして、駆動分圧電圧Ｖｃ２が閾値電圧ＶＴＨよりも低い場合には通電制御信号φ１としてＬレベルを出力し、駆動分圧電圧Ｖｃ２が閾値電圧ＶＴＨを超えたときに、通電制御信号φ１としてＨレベルのパルスを出力する。
【００５９】
電源電圧測定部１４は、基準電圧回路８から入力される基準電圧Ｖｃ１と、コンデンサＣ１に加わる電圧との差電圧を検出する。そして、この差電圧が所定の閾値以下のときにはＯＲ回路１８に対して閉止指令のパルス（Ｈレベルのパルス）を出力する。
【００６０】
ＯＲ回路１８は、通電制御部１１の出力と電源電圧測定部１４の出力との論理和を、通電制御信号φ２としてスイッチ回路Ｓ１，Ｓ４に出力する。
【００６１】
電池電圧メモリ１５は、電源電圧測定部１４が検出した差電圧の値を一時的に保持するためのシフトレジスタである。クロック発生器１６は、一定の周期のクロックを発生する。タイマ１７は、クロック発生器１６が生成するクロックをカウントし、一定の時間ごとに検出パルスＳＤを出力する。
【００６２】
図３は図２の電源電圧測定部１４の機能構成を表す図である。電源電圧測定部１４は、ＡＤ変換器（以下、「ＡＤＣ」という。）２２、デジタル・コンパレータ２３，２４、及びＯＲ回路２５を備えている。
【００６３】
ＡＤＣ２２は、検出パルスＳＤの立ち上がりで、基準電圧Ｖｃ１をラッチしてこれをＡＤ変換し、デジタル・コンパレータ２３，２４及び電池電圧メモリ１５に出力する。なお、ＡＤＣ２２は、アナログ入力端子Ａｉｎに基準電圧Ｖｃ１が入力され、参照電圧入力端子ＶＲに電源電圧Ｖｃｃが入力されている。従って、デジタル出力Ｄｏｕｔのフルスケールは、電源電圧Ｖｃｃとなる。例えば、電源電圧Ｖｃｃが３Ｖ，基準電圧Ｖｃ１が１．５Ｖ、ＡＤＣ分解能が１００と仮定すれば、デジタル出力値は５０となる。この状態で、電源電圧Ｖｃｃが２Ｖに低下した場合、基準電圧Ｖｃ１は１．５Ｖに保たれているため、デジタル出力値は７５となる。このように、電源電圧の低下に伴ってデジタル出力値は増加する。これにより、デジタル出力値を参照して電源電圧Ｖｃｃの変化を検知することが可能となる。
電池電圧メモリ１５は、内部にメモリ・セルＭ１，Ｍ２を備えている。検出パルスＳＤの立ち上がりで、メモリ・セルＭ１に記憶されている値をメモリ・セルＭ２にシフトする。メモリ・セルＭ２の記憶値は、デジタル・コンパレータ２４に出力される。そして、電池電圧メモリ１５は、検出パルスＳＤの立ち下がりで、ＡＤＣ２２の出力をメモリ・セルＭ１にラッチする。
【００６４】
デジタル・コンパレータ２３は、ＡＤＣ２２のデジタル出力値と所定のデジタル閾値とを比較して、前者が後者よりも小さい場合（すなわち、電源電圧が所定の電源電圧閾値を超えていない場合）にはＬレベルを、前者が後者よりも大きい場合（すなわち、電源電圧が所定の電源電圧閾値を超えた場合）にはＨレベルのパルスをＯＲ回路２５に出力する。これにより、電池５が消耗して電源電圧Ｖｃｃが所定の電源電圧閾値を下回った場合に閉止指令パルスが出力される。
【００６５】
また、デジタル・コンパレータ２４は、電池電圧メモリ１５のメモリ・セルＭ２の記憶値に所定の変化閾値を加えた値とＡＤＣ２２の出力値とを比較して、前者が後者よりも大きい場合にはＬレベルを、前者が後者よりも小さい場合にはＨレベルのパルスをＯＲ回路２５に出力する。これにより、電池５が外れた場合などに電源電圧Ｖｃ１／Ｖｃｃの値が変化閾値を超えて急激に増加した場合に閉止指令パルスが出力される。
【００６６】
以上のように構成された本実施例に係る電磁弁制御装置１について、以下その動作を説明する。図４は電磁弁制御装置１の各信号の変化をあらわすタイム・チャートである。
【００６７】
電池５により電源電圧Ｖｃｃがマイコン６に印加されているとき、タイマ１７から検出パルスＳＤが常に一定の時間間隔で出力されている。このとき、駆動回路３の各スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は全て遮断状態である。
【００６８】
時刻ｔ１に、マイコン６に対して外部から開閉制御信号ＣＯＭとして開弁指令が入力されたとする。このとき、通電制御部１１は、駆動電圧測定部１３に対して開弁指令を出力するとともに、ＤＤＣコントロール信号（DDC control）によりＤＤＣ７をオン状態とする。これにより、コンデンサＣ２への充電が開始され、駆動電圧ＶＬが上昇し始める。これに伴って、駆動分圧電圧Ｖｃ２も上昇する。時刻ｔ２において、駆動分圧電圧Ｖｃ２が閾値電圧ＶＴＨに到達する。そうすると、駆動電圧測定部１３は、通電制御信号φ１として、時刻ｔ２からｔ３にかけてのパルスを出力する。この通電制御信号φ１により、スイッチ回路Ｓ２，Ｓ３が閉状態となり、電磁弁２には開方向の電流が流れ開弁する。また、これにより、コンデンサＣ２は放電するので、駆動電圧ＶＬ及び駆動分圧電圧Ｖｃ２は低下する。
【００６９】
このように、駆動分圧電圧Ｖｃ２が閾値電圧ＶＴＨに到達してから電磁弁２に通電することにより、開弁時には電磁弁２の開弁駆動に十分な電荷がコンデンサＣ２に充電されていることが保証される。
【００７０】
時刻ｔ３の経過後、通電制御信号φ１が再びＬレベルに戻ると、ＤＤＣ７によりコンデンサＣ２の充電が行われて、駆動電圧ＶＬ及び駆動分圧電圧Ｖｃ２は上昇し、最終的にはある一定の電圧に昇圧される。
【００７１】
次に、時刻ｔ４において、マイコン６に対して外部から開閉制御信号ＣＯＭとして閉止指令が入力されたとする。このとき、通電制御部１１は、ＯＲ回路１８を介してスイッチ回路Ｓ１，Ｓ４に対し通電制御信号φ２のパルスを出力する。また、これとともに、ＤＤＣコントロール信号（DDC control）によりＤＤＣ７をオフ状態とする。これにより、通電制御信号φ２がＨレベルの期間（時刻ｔ４〜ｔ５の期間）、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ４が導通状態となり、電磁弁に閉方向の電流が通電し電磁弁が閉止する。また、コンデンサＣ２は放電するので、駆動電圧ＶＬは下降する。時刻ｔ５を過ぎて通電制御信号φ２がＬレベルに戻った後も、ＤＤＣ７はオフ状態であるためコンデンサＣ２は充電されない。従って、コンデンサＣ２に蓄電された電荷は、抵抗Ｒ１，Ｒ２を通って放電され、駆動電圧ＶＬ及び駆動分圧電圧Ｖｃ２は低下する。このように、電磁弁２が閉止しているときには、コンデンサＣ２への充電を停止することにより、無駄な消費電力を抑えることができる。
【００７２】
次に、時刻ｔ６において、再びマイコン６に対して外部から開閉制御信号ＣＯＭとして開弁指令が入力されたとする。このときも、通電制御部１１は、駆動電圧測定部１３に対して開弁指令を出力するとともに、ＤＤＣコントロール信号（DDC control）によりＤＤＣ７をオン状態とする。これにより、コンデンサＣ２への充電が開始され、駆動電圧ＶＬが上昇し始める。これに伴って、駆動分圧電圧Ｖｃ２も上昇する。時刻ｔ７において、駆動分圧電圧Ｖｃ２が閾値電圧ＶＴＨに到達する。そうすると、駆動電圧測定部１３は、通電制御信号φ１として、時刻ｔ７からｔ８にかけてのパルスを出力する。この通電制御信号φ１により、スイッチ回路Ｓ２，Ｓ３が閉状態となり、電磁弁２には開方向の電流が流れ開弁する。また、これにより、コンデンサＣ２は放電するので、駆動電圧ＶＬ及び駆動分圧電圧Ｖｃ２は低下する。
【００７３】
時刻ｔ８の経過後、通電制御信号φ１が再びＬレベルに戻ると、ＤＤＣ７によりコンデンサＣ２の充電が行われて、駆動電圧ＶＬ及び駆動分圧電圧Ｖｃ２は上昇する。
【００７４】
ここで、上記説明においては説明を省略したが、電源電圧測定部１４は、検出パルスＳＤの立ち上がりごとに、電源電圧Ｖｃｃと基準電圧Ｖｃ１との差電圧Ｖｃｃ−Ｖｃ１をサンプリングして、デジタル値として電池電圧メモリ１５に記憶する。電池電圧メモリ１５には、１回前の検出パルスＳＤの立ち上がりにおける差電圧Ｖｃｃ−Ｖｃ１までが保持されている。
【００７５】
図４において、時刻ｔ９において、検出パルスＳＤが立ち上がる。このとき、電源電圧測定部１４は差電圧Ｖｃｃ−Ｖｃ１をサンプリングして電池電圧メモリ１５に記憶する。そして、次の検出パルスＳＤが立ち上がる前の時刻ｔ１０において、電池５が外れたとする。これにより、電池５からの給電は停止されるため、コンデンサＣ１に蓄電された電荷が、マイコン６、ＤＤＣ７、及び基準電圧回路８のバックアップ電源として働くこととなる。マイコン６やＤＤＣ７等の電力消費により、コンデンサＣ１の電源電圧Ｖｃｃは徐々に低下する。そして、時刻ｔ１２において電源電圧測定部１４は、再び差電圧Ｖｃｃ−Ｖｃ１をサンプリングする。そして、デジタル・コンパレータ２４は、電池電圧メモリ１５に保持されている１回前の検出パルスＳＤの立ち上がりにおける差電圧と、今回検出された差電圧に所定の変化閾値を加えた値とを比較する。コンデンサＣ１の電源電圧Ｖｃｃは低下しているため、この場合には前者が後者よりも小さいと判定される。従って、電源電圧測定部１４は、Ｈレベルの閉止指令のパルスをＯＲ回路１８に出力する。このパルスは、通電制御信号φ２としてＯＲ回路１８からスイッチ回路Ｓ１，Ｓ４に出力される。スイッチ回路Ｓ１，Ｓ４は、通電制御信号φ２がＨレベルの期間（時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間）、導通状態となり、コンデンサＣ２に蓄電されている電荷が電磁弁２を閉方向に流れる。これにより、電磁弁２は閉止される。
【００７６】
以上のようにして、本実施例の電磁弁制御装置１によれば、電池外れを検出して確実に電磁弁２を閉止することができる。
【００７７】
なお、本実施例に係る電磁弁制御装置１は、第１に、電磁弁２を駆動するための駆動回路３のバックアップ電源をコンデンサＣ２とし、マイコン６やＤＤＣ７のバックアップ電電をコンデンサＣ１として、各バックアップ電源を分離している点に特徴がある。これにより、マイコン６やＤＤＣ７の消費電力は小さいため、常時蓄電される必要があるコンデンサＣ１には小容量のものを使用することができる。従って、漏電による電力消費も極力小さくすることができる。
【００７８】
また、第２に、コンデンサＣ２に充電する回路に昇圧回路（ＤＤＣ７）を使用した点に特徴がある。このように、コンデンサＣ２の駆動電圧ＶＬを電源電圧Ｖｃｃよりも高くすれば、コンデンサＣ２には静電容量が比較的小さいものを使用することができる。従って、回路の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００７９】
そして、第３に、電磁弁２の閉止時には昇圧回路（ＤＤＣ７）をオフ状態としてコンデンサＣ２の充電を停止することによって、無駄な電力消費を抑えている点に特徴がある。これにより、回路の低消費電力化が図られ、電池寿命を延ばすことが可能となる。
【実施例２】
【００８０】
図５は本発明の実施例２に係る電磁弁制御装置の全体の回路構成を表す図である。図５において、図１と同様の構成については、同符号を付している。本実施例の電磁弁制御装置１’の特徴は、開方向の通電を行うためのスイッチ回路Ｓ２に対する給電を、ＤＤＣ７が出力する駆動電圧ＶＬではなく、電源電圧Ｖｃｃを直接使用している点にある。
【００８１】
開方向の通電に関しては、電池の消耗や電池外れにより十分な電源電圧が得られないことにより電磁弁２が開弁しなくても、使用者が電池５を交換すれば足りることであり、大きな実害は生じない。むしろ、開方向の通電時には電源電圧Ｖｃｃを使用すれば、図４に示したような開弁時にコンデンサＣ２に充電するための待ち時間（時刻ｔ１〜ｔ２，ｔ６〜ｔ７）が不要となり反応よく電磁弁２を開弁することが可能となり、また、昇圧回路（ＤＤＣ７）は急速に昇圧する必要はないため、昇圧回路の昇圧時間の遅いものを使用することができ低コスト化が図られるなど、メリットが大きい。
【実施例３】
【００８２】
図６は本発明の実施例３に係る電磁弁制御装置の全体の回路構成を表す図である。図６において、図１と同様の構成については、同符号を付している。本実施例の電磁弁制御装置１”の特徴は、基準電圧回路８に電源電圧Ｖｃｃを給電するライン上に、スイッチ回路Ｓ０を設け、前記タイマ１７が発生する検出パルスＳＤがＨレベルのときのみ、スイッチ回路Ｓ０を導通状態として基準電圧回路８に給電する構成とした点にある。
【００８３】
このように、基準電圧回路８を使用しない時間帯には、給電を停止することで、より一層の省電力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施例１に係る電磁弁制御装置の全体の回路構成を表す図である。
【図２】図１のマイコン６の機能構成を表した図である。
【図３】図２の電源電圧測定部１４の機能構成を表す図である。
【図４】電磁弁制御装置１の各信号の変化をあらわすタイム・チャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る電磁弁制御装置の全体の回路構成を表す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る電磁弁制御装置の全体の回路構成を表す図である。
【図７】特許文献１に記載の電磁弁制御装置の回路構成を表す図である。
【図８】特許文献２に記載の電磁弁制御装置の回路構成を表す図である。
【図９】特許文献３に記載の電磁弁制御装置の回路構成を表す図である。
【図１０】特許文献４に記載の電磁弁制御装置の回路構成を表す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１，１’，１”  電磁弁制御装置
２  電磁弁
３  駆動回路
４  駆動制御回路
５  電池
６  マイコン
７  ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＤＣ）
８  基準電圧回路
９  駆動電圧分圧回路
１１  通電制御部
１３  駆動電圧測定部
１４  電源電圧測定部
１５  電池電圧メモリ
１６  クロック発生器
１７  タイマ
１８  ＯＲ回路
１９  分圧回路
２２  ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
２３，２４  デジタル・コンパレータ
２５  ＯＲ回路
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４  スイッチ回路
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５  抵抗
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３  トランジスタ
ＣＯＭ  開閉制御信号
DDC control  ＤＤＣコントロール信号
ＳＤ  検出パルス
Ｖｃｃ  電源電圧
ＶＬ  駆動電圧
Ｖｃ１  基準電圧
Ｖｃ２  駆動分圧電圧
ＶＴＨ  閾値電圧
φ１，φ２  通電制御信号
【図１】
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【図２】
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【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】
2005248988.tif 000009
【図８】
2005248988.tif 000010
【図９】
2005248988.tif 000011
【図１０】
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