(57)【要約】【課題】  ソレノイドバルブ等、ソレノイドコイルを駆動するソレノイド駆動回路において、複数のソレノイドバルブを同時に駆動させる場合、回路を集積化してＬＳＩを構成すると、制御端子の増加によりＬＳＩ価格の上昇を招いたり、また複数のソレノイドバルブの同時駆動により制御用マイクロコンピュータの動作負荷が高くなったりする。【解決手段】  電流のオン，オフのスイッチングを行うスイッチング素子と、電流を検出する検出抵抗、及び電流検出回路と、電流量を比較する比較手段を備えたソレノイド駆動集積回路において、  さらにマイクロコンピュータから入力されるデータを保持する保持手段と、保持手段に保持されたデータを演算する演算手段と、演算手段の出力をアナログ信号に変換する変換手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流の遮断・導通を制御する電流スイッチング手段と、前記ソレノイドコイルへ流れる電流を検出するための電流検出手段と、前記電流スイッチング手段を駆動する駆動手段と、を備えたソレノイド集積回路において、
制御装置からソレノイドコイルへ流れる電流量を示す電流指令値を与えられ、
前記電流指令値を保持する保持手段と、
保持した値と上記ソレノイドコイルに流れる電流量との比較を行う比較手段とを備え、
前記比較手段の比較結果に応じて、上記ソレノイドコイルに流れる電流量の制御を行う制御手段を持つ事を特徴とするソレノイド駆動集積回路。
【請求項２】
請求項１において、
制御装置が与える電流指令値が、シリアルあるいはパラレル通信によるデジタル信号であり、これを保持する前記保持手段の出力をアナログ信号に変換する変換手段を備えた事を特徴とするソレノイド駆動集積回路。
【請求項３】
請求項１又は２において、
さらに複数の保持手段と複数のアナログ信号変換手段を備え、
制御装置が与える電流指令値を、シリアルあるいはパラレル通信によるデジタル信号で同時に複数の保持手段に保持し、
複数のソレノイドコイルを同時に個別駆動する事を特徴とするソレノイド駆動集積回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
さらに概保持手段に保持されているデータの演算を行う演算手段と、０である事を検出するゼロ検出手段を備え、
前記保持手段から出力されるデータが０の場合、０以外の所定値を加算して出力する演算手段を備えた事を特徴とするソレノイド駆動集積回路。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
さらに比較手段の出力と外部制御装置からの入力信号とを切り替える切替スイッチ手段、ならびにデータ変換手段の出力を外部制御装置に出力する出力手段を備え、
前記切替スイッチ手段を切替える事により、データ変換手段の出力に応じて、外部制御装置が出力する制御信号によって、前記電流スイッチング手段のオンオフ制御を行う事を特徴とするソレノイド駆動集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁アクチュエータ等の駆動に使われているソレノイドコイルに流れる電流量を制御する、ソレノイドコイル駆動回路に関し、さらにこれをシリコンウェハー上に集積させたソレノイド駆動集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエンジン制御では、排気ガスの規制強化や、燃費向上を目的として、様々な技術が導入されている。
【０００３】
その一つとして、ＶＴＣ（Valve Timing Control）技術がある。これは、エンジンの回転数に応じて、吸気・排気バルブ等のタイミング等を可変するもので、一般的にはソレノイドバルブ等、ソレノイドコイルを用いた電動アクチュエータを用い、ソレノイドコイルに流れる電流量を制御することによって、制御駆動している。
【０００４】
この電流量制御は、特許文献１に示す通り、コイルに流れる電流量を検出する抵抗器等の電流検出回路と、その抵抗器によって検出された電流量、及び設定電流値に応じて、パルスのデューティーを制御するデューティー制御回路と、制御されたパルスによって駆動されるトランジスタ等のスイッチ素子によって構成された回路によって駆動されている。デューティー制御には、公知例のようにフィードバッグされた電圧を基準にして、鋸波を用いてデューティーを決める方式の他、近年マイクロコンピュータ等の制御装置に内蔵されているＰＷＭ制御機能を用いて制御する方式もある。
【０００５】
また、近年は回路を搭載する制御用コントロールユニットの小型化や原価低減を目的として、上記のような制御回路をシリコンウェハー上に集積回路として構成し、ＬＳＩ化して用いる場合が多い。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２９３７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記したＶＣＴのような、吸気，排気のバルブタイミングを可変して燃費の向上を図るエンジン制御は、Ｖ型エンジン等の大排気量を持つエンジンに採用される場合が多い。
【０００８】
この場合、制御を行うソレノイドバルブは、吸気・排気含めて計４つとなり、同時に４個のソレノイドコイルを駆動する必要がある。
【０００９】
駆動するソレノイドバルブが複数になる場合、実装面積や原価低減のために集積回路化を行う場合が多いが、公知例の場合、駆動回路が複数になるとそれぞれのソレノイドバルブごとに制御用の端子を設け、各駆動回路毎にコントロールユニットによる制御を行わないとならないので、端子数や周辺コントロール回路規模の増大に繋がるという問題がある。また、常にコントロールユニットから制御信号を与え続けなければならないので、コントロールユニットの動作負荷が大きく、駆動するソレノイドバルブの複数化には対応しづらい。
【００１０】
さらに公知例の場合、実際に流れている電流量を、制御を行うためのコントロールユニットにフィードバックしないので、例えばマイクロコントローラを用いたＰＷＭ制御方式による電流量のコントロールには対応出来ない。仮に電流量の検出信号をコントロールユニットにフィードバッグさせるような構成にすると、さらに端子の追加が必要となり、より集積回路化が難しくなるという問題もある。
【００１１】
またＶＣＴ制御のように複数のソレノイドバルブを駆動させる場合、例えばある１個のソレノイドバルブが停止している瞬間、他のソレノイドバルブを動かすといったように、各個が別々なタイミングで動作をするが、公知例のようにコントロールユニットから駆動信号を各ソレノイドバルブ毎に供給させる場合、常に制御電圧を与え続けながら制御を行っているので、回路を同一ウェハー上に集積化させた時、１個のソレノイドバルブの駆動によって流れる電流によりノイズが発生し、別々に動作している他のソレノイドバルブに対して外乱となって、誤動作等の悪影響を及ぼしたりすることも考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する為に、外部マイクロコンピュータ等のコントロール手段からのデータを保持する保持手段と、保持されたデータの演算を行う演算手段と、演算手段の出力をアナログデータに変換する変換手段とを設け、変換手段から出力された信号と、電流検出回路の出力信号とを比較する比較手段とからなる構成により実現出来る。
【００１３】
また、マイクロコンピュータ等のコントロール手段からの制御信号によって概スイッチング手段を直接オンオフ制御させて制御を行う場合に、電流検出回路から出力された信号をデジタルデータに変換するデータ変換手段と、前記デジタルデータを前記コントロール手段に送る出力手段とを設けるような構成により実現出来る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、駆動すべきソレノイドバルブの数が増加した場合でも、端子数や周辺回路規模や、駆動電流量のコントロール用マイクロコンピュータの動作負荷が増大することなく、複数のソレノイドバルブを同時に駆動出来、また他ソレノイドコイルの動作ノイズによる悪影響の無く、過電流等の異常動作時にも適切に対応可能な、ソレノイド駆動集積回路を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図１〜図１０により説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施例を説明する、ソレノイドバルブ駆動回路の一例を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、１，５１はそれぞれ１個のソレノイドバルブを駆動するための駆動回路である。２，５２はマイクロコンピュータから入力されるデータを保持する保持手段、３，５３は保持手段２からのデータに対して演算処理を行う演算手段、４，５４は演算手段３からの出力である演算出力、５，５５は比較手段、８，５８は比較出力、１０，６０はＡＮＤ回路、１１，６１は電流の導通・遮断を行うスイッチング素子を駆動するバッファ回路、１２，６２はスイッチング素子のハイサイドＭＯＳである。１３，６３は同様に電流のスイッチングを行うロウサイドＭＯＳ、１４，６４はソレノイドバルブ中のコイルを流れる電流を検出する電流検出抵抗、１５，６５はソレノイドバルブ、１６，１７，６６，６７は電流検出抵抗１４，６４により検出された電流検出電圧であり、ソレノイドバルブ１５，６５に流れる電流量に応じて可変する。１８，６８はフライホイールダイオード、１９，６９は電流検出回路、２０，７０は電流検出手段の出力である電流量信号である。また２１，７１はアナログ変換手段であり、前記演算手段３，５３からの演算出力４，５４をアナログ演算信号２３，７３に変換する。２４，７４は保持手段に保持されたデータがゼロであるかどうかを検出するための０検出手段、２５，７５は電流設定値ａ、２６，７６は電流設定値ｂ、２２，７２はハイサイドＭＯＳ駆動信号、２７，７７はロウサイドＭＯＳ駆動信号、３１，８１は実際にソレノイドバルブ用コイルを流れる電流量、３２，８２はゼロ検出信号、４３，９３はハイサイドＭＯＳを駆動するゲート駆動信号である。
【００１８】
また１００は上記回路が集積されたＬＳＩ、１０２，１０４はマイクロコンピュータから入力される保持データを示す。１０５はマイクロコンピュータ１０６とＬＳＩ１００との間で、データのやりとりを行う通信手段であり、１０７は通信を行うための通信信号である。
【００１９】
図２は保持手段２，５２の構成を示す。図２において、２ａ（５２ａ）は電流設定値ａ保持レジスタ回路、２ｂ（５２ｂ）は電流設定値ｂ保持レジスタ回路、２ｃ（５２ｃ）はハイサイドＭＯＳ駆動信号保持レジスタ回路、２ｄ（５２ｄ）はロウサイドＭＯＳ駆動信号保持レジスタ回路である。
【００２０】
図３は図１における演算手段３，５３の構成を示す。
【００２１】
図３において、３ａ（５３ａ）は演算回路であり、入力される保持データの加算や減算等の演算を行う。３ｂ（５３ｂ）は切替スイッチ１で、図１における比較出力８（５８）の出力に応じて、３ｃ（５３ｃ）側と３ｄ(５３ｄ)側とが切り替えられる。３ｅ(５３ｅ)は切替スイッチ２で、ゼロ検出手段２４（７４）の出力信号３２（８２）に応じて、３ｆ（５３ｆ）側と３ｇ（５３ｇ）側とが切り替えられる。３ｈ（５３ｈ）は最小リップル値発生回路であり、電流設定値ｂがゼロの場合、ゼロ検出手段２４の出力３２に応じて、所定の最小リップル値が切替スイッチ２を介して演算回路３ａに送られる。
【００２２】
図４は図１における０検出手段２４（７４）の構成を示す構成図である。図４において、２ａ（７４ａ）はＡＮＤ回路、２４ｂ（７４ｂ）〜２４ｄ（７４ｄ）は反転バッファを示し、設定電流値ｂのデータビット数と同じ数だけ接続されている。
【００２３】
次に、本実施例におけるソレノイドバルブ駆動動作を、図１〜図４及び図５を用いて説明する。
【００２４】
ソレノイド駆動回路１において、マイクロコンピュータ１０６より、通信手段１０５を介して設定電流値ａ，ｂのデータが送られ、保持手段２内の各レジスタ回路２ａ，２ｂに保持される。また同時にハイサイド，ロウサイドＭＯＳ駆動信号２２，２７も保持手段２内のレジスタ回路２ｃ，２ｄに保持される。図５に示すように前記レジスタ回路２ｃ，
２ｄの設定がハイとなると、ＡＮＤゲート１０が開いてハイサイドＭＯＳ１２が駆動準備状態となり、またロウサイドＭＯＳ１３がオンする。
【００２５】
保持手段２の設定電流値ａがゼロの場合、演算手段３では（電流設定値ａ−電流設定値ｂ）の演算を行い、演算出力４はゼロとなる。この演算出力４はアナログ変換手段２１に入力されて、演算出力データ値に応じたアナログ演算信号２３に変換され、比較手段５へと入力される。比較手段５では、アナログ演算信号２３と電流検出回路１９から出力される電流量信号２０との比較を行い、比較出力８を出力する。この時、図５に示すように
（アナログ演算信号２３＞電流量信号２０）が成立するとハイを出力するようになっているので、演算出力がゼロの場合、比較出力８はロウのままとなり、ハイサイドＭＯＳ１２は駆動されない。またこの時、比較手段の比較出力８は、演算手段３にも入力されているので、スイッチ回路３ｂは端子３ｃ側に切り替わっており、演算出力４には電流設定値ａ（２５）が出力されている。
【００２６】
ここで図５に示すように、設定電流値ａに対し、Ａを設定し、設定電流値ｂに対しＣを設定すると、以下のように動作する。まず演算手段３においてスイッチ３ｂは端子３ｃ側に切り替わっているので、演算出力４には、電流設定値Ａが出力されている。この電流設定値Ａがアナログ変換手段２１に入力されて設定値Ａに応じたアナログ演算信号２３が出力され、この場合（アナログ演算信号２３＞電流量信号２０）が成立するので、図５に示す通り比較出力８がハイとなり、ハイサイドＭＯＳがゲート駆動信号４３によってオンして、図５に示すようにソレノイドバルブの駆動電流３１が上昇していく。
【００２７】
駆動電流３１は、ソレノイドバルブ１５と直列に接続されている電流検出抵抗１４にも流れるので、抵抗１４の両端に電流検出電圧１６，１７が発生する。電流検出回路１９ではこの検出電圧１６，１７より実際に駆動されている電流量を検出し、図５に示すようにソレノイドバルブ１５に流れる電流量に応じて変化する電流量信号２０を出力する。この電流量信号２０が比較手段５に入力され、アナログ演算信号２３と比較される。
【００２８】
これにより図５に示すように、駆動電流３１がＡに達すると、比較手段５の比較出力８がロウとなり、ハイサイドＭＯＳ１２をオフして、駆動電流３１は低下する。
【００２９】
これと同時に、比較出力８がロウになる事により、演算手段３のスイッチ回路３ｂが端子３ｄ側に切り替えられる。この時、電流設定値ｂは所定量Ｃであり、演算手段３では
（電流設定値ａ−電流設定値ｂ）の演算が行われるので、演算出力４は所定量Ａに対して（Ａ−Ｃ）の値となっている。
【００３０】
ハイサイドＭＯＳ１２がオフした事により低下した駆動電流３１は、電流検出手段１９によって検出され、電流量信号２０に変換されて、同様に比較手段５によって比較される。そして電流量信号２０が、演算手段３の出力である（Ａ−Ｃ）値に対応したアナログ演算信号２３の信号レベルまで低下すると、再び比較手段５はハイを出力し、ハイサイド
ＭＯＳ１２をオンするので、駆動電流３１は増加に転じる。
【００３１】
この動作を繰り返し、駆動電流３１は図５のように設定値Ａを上限にして、Ｃのリップル幅を保ったまま一定量で流れ続け、この電流値に応じてソレノイドバルブが駆動される事となる。
【００３２】
例えば保持手段２の設定電流値ｂ（２６）の値を、マイクロコンピュータ１０６より通信手段１０５を介して所定量Ｄに書き換えた場合でも、図５に示すように上記と同様な動作を行って、リップル幅Ｄを保ったまま電流が流れ、ソレノイドバルブを駆動することが出来る。また設定電流値ａ２５を可変した場合も同様で、保持手段２に保持されている設定電流値ａのデータを所定量Ｂに書き換えると、駆動電流はリップル幅Ｄを保ったままＢに低下し、この電流量に応じてソレノイドバルブが駆動される。
【００３３】
これにより、保持手段２に保持されたデータに従い、自動的に電流量やリップル量が調整されて、その電流量に応じてソレノイドバルブが駆動されるので、使用者は保持手段２のデータを書き換えるだけで、目的とするソレノイドバルブの駆動制御を行う事が出来る。
【００３４】
上記説明は、図１に示す実施例中の、駆動回路１の動作のみを説明したものであるが、駆動回路５１についてもまったく同様であり、保持手段５２に設定した電流値データに従って、電流量を制御してソレノイドバルブ６５を駆動することが出来る。
【００３５】
これは、さらに複数のソレノイドバルブを駆動する場合でも同様であり、マイクロコンピュータ１０６から各駆動回路毎に、保持手段に保持されている電流の設定値データを書き換えるだけで、各駆動回路毎に自動的に所望量の電流を流し、ソレノイドバルブを独立的に駆動することが出来る。
【００３６】
よって、マイクロコンピュータは、ＬＳＩ１００と通信を行って、各駆動回路ごとに予め所望の電流量データを設定するだけで、各個にソレノイドバルブを駆動する事が出来る。またその後も、電流量を変更する必要がある場合のみ、ＬＳＩ１００と通信を行って保持手段のデータを書き換えるだけで済むため、常にデータを与え続ける必要がなく、マイクロコンピュータ等の制御手段の動作負荷が大きくなり、他の制御に悪影響を与えることはない。故に本実施例により、複数のソレノイドバルブを駆動させる場合においても、容易に駆動させることが可能となる。
【００３７】
また、マイクロコンピュータから保持手段のデータを書き換え、このデータによって集積回路内部でフィードバックして電流を制御する方式なので、常に制御信号を与え続ける必要がなく、外部のノイズ等の影響を受ける事が少ない。よって複数の駆動回路を同時に駆動させた場合でも、他のソレノイドバルブの駆動動作に影響を受けにくいソレノイド駆動集積回路を提供する事が出来る。
【００３８】
また図１の実施例においては、次のような効果もある。
【００３９】
図４は図１における０検出手段２４の構成を示す構成図である。図４において、２４ａはＡＮＤゲート、２４ｂ〜２４ｄは反転バッファであり、設定電流値ａのデータビット数と同じ数だけ接続されている。よって、入力信号２６の全ビットがすべて０の場合、ゼロ検出信号３２を出力する。
【００４０】
この０検出手段２４により、次のような効果がある。
【００４１】
本実施例では、電流設定値データ２５，２６によって保持手段２に所定のデータを保持し、これによって電流量のコントロールを行うような構成である。また、電源起動直後や、電源起動後にマイクロコンピュータによって所定量の設定電流値ａ，ｂが設定されるまでは、保持データはゼロとなっている。
【００４２】
この状態で設定電流値ａに所定の値Ａが設定された場合、上記で述べたようにハイサイドＭＯＳ１２がオンして駆動電流３１が流れ、所定値Ａになるまで上昇した後、比較手段５の出力はロウとなり、ハイサイドＭＯＳ１２がオフする。この時、電流設定値ｂが０であった場合、０検出手段２４の出力はハイとなり、ゼロ検出信号３２が演算手段３には入力されて、スイッチ回路３ｅは端子３ｇ側に切り替わっている。よって電流設定値ｂがゼロの場合でも、演算回路３ａには所定の最小リップル値３ｈが与えられる事となり、演算手段３の出力はＡに対して（Ａ−最小リップル値３ｈ）によって演算される値となって、図５に示すように駆動電流３１は低下する。
【００４３】
低下した駆動電流３１は同様に電流検出回路１９によって検出され、比較手段５によって比較される。そして駆動電流３１が（Ａ−最小リップル値３ｈ）まで低下すると、再び比較手段５はハイを出力し、ハイサイドＭＯＳ１２をオンするので、再び駆動電流３１は増加する。
【００４４】
この後はこの動作を繰り返し、駆動電流３１は図５のように最小リップル値３ｈのリップル幅を保ったまま一定量で流れ続け、この電流値に応じてソレノイドバルブが駆動される。
【００４５】
これにより、仮に電流設定値ｂのデータがゼロの場合でも、自動的に所定量の最小リップル値３ｈが供給される事となる。よって比較手段５には、少なくとも所定量３ｈのリップル幅が与えられるので、リップル幅が０になって比較手段５の発振現象が起こり、ハイサイドＭＯＳのスイッチングノイズ等の問題が生じるという問題が発生しない、ソレノイド駆動集積回路を実現することが出来る。
【００４６】
図６は、本発明の第２の実施例を説明する、ソレノイドバルブ駆動回路の一例を示すブロック図である。
【００４７】
図６において、９，５９は外部入力信号２９，７９側と内部信号８，５８とを切り替えるスイッチ回路１、３０，８０は電流量信号２０，７０をデータに変換する変換手段、
１０１，１０３は各ソレノイドバルブ駆動回路において変換手段３０，７０より出力される電流値データ出力を示し、マイクロコンピュータ１０６との通信を行う通信手段１０５に入力されるような構成となっている。
【００４８】
また上記外部入力信号２９，７９はＬＳＩ１００の端子を介して、ＰＷＭ制御信号110，１１１と接続されている。前記ＰＷＭ制御信号はマイクロコンピュータ１０６より出力されている。また図７は図６における保持手段２，５２の構成を示す構成図である。２ｅ，５２ｅはスイッチコントロール信号保持回路であり、前記スイッチ回路１の切替制御を行う事ができる。これ以外は、第１の実施例と同じである。
【００４９】
次にこの実施例の動作を、図８を用いて説明する。
【００５０】
第１の実施例と同様に、マイクロコンピュータから保持手段に書き込まれたハイサイドＭＯＳ駆動信号２２により、ハイサイドＭＯＳ１２が駆動準備状態となり、またロウサイドＭＯＳ駆動信号２７によりロウサイドＭＯＳ１３がオンする。この状態で、マイクロコンピュータ１０６よりＰＷＭ制御信号１１０が入力されると、ハイサイドＭＯＳ１２がオンして、図８のように駆動電流３１が流れ、この電流量は検出抵抗１４、及び電流検出手段１９で検出されて、電流量信号２０が出力され、データ変換手段３０で電流値データ
１０１に変換される。変換された電流値データ１０１は、通信手段１０５を経由してマイクロコンピュータ１０６に送られ、マイクロコンピュータではこの電流値データを基準にして前記ＰＷＭ制御信号１１０のデューティーを決め、ソレノイドバルブに流れる電流量が一定になるように、ハイサイドＭＯＳ１２を駆動するＰＷＭ制御信号１１０を出力することが出来る。
【００５１】
このように、外部信号を入力するスイッチ回路９，５９及び電流値データに変換する変換手段３０，８０及びデータをマイクロコンピュータに転送する通信回路を設け、駆動方式によってスイッチ回路を切り替える事により、第１実施例で説明したような、保持手段２に保持された電流設定値データによる電流制御方式と、第２実施例に示したような外部マイクロコンピュータによるＰＷＭ駆動制御方式とを切り替えて、ソレノイドバルブを駆動する事が出来るので、１個のソレノイド駆動集積回路によって、異なった駆動方式に対応する事が可能となるソレノイド駆動集積回路を提供する事が出来る。
【００５２】
図９は、ラッチ手段３５，３８と異常検出手段３３，８３を追加した第３の実施例である。その動作を図１０に示す。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明により、複数のソレノイドバルブを同時に駆動するＶＣＴのような制御ユニットに、本集積回路を利用する事が可能となる。
【００５４】
また、従来方式である、マイクロコンピュータによるＰＷＭ制御方式で設計されているような制御ユニットにも、本発明を有する駆動集積回路を用いる事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施例を説明する回路ブロック図。
【図２】図１に示す保持手段２の構成を説明する構成図。
【図３】図１に示す演算手段３の構成を説明する構成図。
【図４】図１に示すゼロ検出手段２４の構成を説明する構成図。
【図５】第１実施例の動作を説明するタイミングチャート。
【図６】本発明の第２実施例を説明する回路ブロック図。
【図７】図６に示す保持手段２の構成を説明する構成図。
【図８】第２実施例の動作を説明するタイミングチャート。
【図９】第３の実施例を示す回路ブロック図。
【図１０】第３の実施例のタイミングチャートを示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１…ソレノイド駆動回路、２…保持手段、３…演算手段、４…演算出力、５…比較手段、８…比較出力、１０…ＡＮＤ回路、１１…バッファ回路、１２…ハイサイドＭＯＳ。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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