(57)【要約】【課題】小電流と大電流時とで磁気トルカ駆動電流のリップル変動が大きい。【解決手段】スイッチング部10は直流入力電圧をスイッチングして出力する。磁気トルカ部20はスイッチング部から供給される電圧によって磁気トルカ21に駆動電流を流し磁気トルカに磁気を発生させる。比較制御部30は磁気トルカ部における駆動電流を検出して予め設定されている目標電流値36と比較し、その結果によりスイッチング部へ制御信号を帰還する。電圧制御部50のレギュレータ52は供給電圧53を調整して直流入力電圧をスイッチング部へ出力する。また、電圧制御回路51は目標電流値が最大電流値の半分未満のときは供給電圧を下げて、それ以外の時は供給電圧をそのまま直流入力電圧とするようにレギュレータを制御する。【選択図】図１
2007300773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流入力電圧をスイッチングして出力するスイッチング部と、
前記スイッチング部から供給される電圧によって磁気トルカに駆動電流を流し磁気トルカに磁気を発生させる磁気トルカ部と、
前記磁気トルカ部における駆動電流を検出して予め設定されている目標電流値と比較し、その結果により前記スイッチング部へ制御信号を帰還する比較制御部と、
前記直流入力電圧を前記目標電流値に対応して制御する電圧制御部を備えたことを特徴とする磁気トルカ駆動装置。
【請求項２】
前記電圧制御部は、
外部からの供給電圧を調整して前記直流入力電圧を前記スイッチング部へ出力するレギュレータと、
前記目標電流値が最大電流値の半分未満のときは前記供給電圧を下げて、それ以外の時は前記供給電圧をそのまま前記直流入力電圧とするように前記レギュレータを制御する電圧制御回路で構成されることを特徴とする請求項１記載の磁気トルカ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気トルカ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気トルカ駆動装置は、磁気トルカ（コイル）に電流を供給して磁場を発生させ、その作用／反作用により人工衛星またはロケットの姿勢を制御するのに使用される。従来の磁気トルカ駆動装置は、スイッチング電源供給方式で磁気トルカに流した電流をモニタし、検出電流と目標電流を比較して、スイッチング部のスイッチングＦＥＴをオン／オフ制御することにより、消費電力と電流リップルの低減を図っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開2002−165443号公報（第２頁−第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の磁気トルカ駆動装置では、磁気トルカのコイルに対して供給される電圧が固定であるため、小電流制御時には過剰電圧供給となり、目標電流に対して過剰反応して電流リップルが大きくなるという問題点がある。
【０００５】
そこで、本発明の主な目的は、磁気トルカに対して、低消費電力でありながら、小電流から大電流までリップルが抑制された安定的な電流を供給することができる磁気トルカ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の磁気トルカ駆動装置は、直流入力電圧をスイッチングして出力するスイッチング部（図１の10）と、スイッチング部から供給される電圧によって磁気トルカ（図１の21）に駆動電流を流し磁気トルカに磁気を発生させる磁気トルカ部（図１の20）と、磁気トルカ部における駆動電流を検出して予め設定されている目標電流値（図１の36）と比較し、その結果によりスイッチング部へ制御信号を帰還する比較制御部（図１の30）と、流入力電圧を目標電流値に対応して制御する電圧制御部（図１の50）を備えたことを特徴とする。
【０００７】
そして、電圧制御部（図１の50）は、外部からの供給電圧（図１の53）を調整して直流入力電圧をスイッチング部へ出力するレギュレータ（図１の52）と、目標電流値が最大電流値の半分未満のときは供給電圧を下げて、それ以外の時は供給電圧をそのまま直流入力電圧とするようにレギュレータを制御する電圧制御回路で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、目標電流値が小さいときは供給電圧を下げてスイッチング部へ出力する構成としたため、小電流制御時に磁気トルカに対して過剰電圧供給となって目標電流に対して過剰反応し電流リップルが大きくなるという事態を防止することにより、スイッチング電源供給方式による低消費電力化を維持しながら、小電流から大電流までリップルが抑制された安定的な磁気トルカ駆動電流を供給することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
［構成の説明］
図１は、本発明による磁気トルカ駆動装置の実施例１の構成を磁気トルカ21と共に一部ブロックで示す回路図である。この磁気トルカ駆動装置は、スイッチング部10，磁気トルカ部20，比較制御部30，発振器40および電圧制御部50により構成される。
【００１１】
スイッチング部10は、直流入力電圧をスイッチングして磁気トルカ部20に供給する。磁気トルカ部20は、スイッチング部10から供給される電圧によって磁気トルカ21に駆動電流を流し、磁気トルカ21に磁気を発生させる。また、比較制御部30は、磁気トルカ部20における駆動電流を検出して目標電流値36と比較し、その結果によりスイッチング部10へ制御信号を帰還する。発振器40は、比較制御部30へクロック信号を供給する。更に、電圧制御部50は、スイッチング部10への直流入力電圧を目標電流値36に対応して制御する。
【００１２】
スイッチング部10は、Ｎチャンネルのスイッチング用電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」と記す）11と、抵抗12，13，15，18と、スイッチング制御用トランジスタとしてのバイポーラトランジスタ（以下、「トランジスタ」と記す）14と、ツェナーダイオード16とコンデンサ１７により構成される。このスイッチング部10には、電圧制御部50から直流入力電圧が供給される。
【００１３】
抵抗12，13およびトランジスタ14のコレクタ・エミッタ接合が、直流入力電圧と接地間に直列接続されている。抵抗15には、トランジスタ14のベースおよび接地間に接続され、ベースバイアス抵抗となる。トランジスタ14のベースに、比較制御部30からの制御信号が入力される。ツェナーダイオード16およびコンデンサ17は、抵抗12と並列接続されている。ＦＥＴ11のソースは、直流入力電圧に接続され、抵抗1213の接合点電圧が抵抗18を介してＦＥＴ11のゲートに入力される。また、ＦＥＴ11のドレインは、スイッチング部10の出力端であり、磁気トルカ部20にスイッチング電流を供給する。
【００１４】
磁気トルカ部20は、磁気トルカ21に直列接続されたセンシング（電流検出）抵抗23およびダイオード22により構成される。磁気トルカ21およびセンシング抵抗23の直列回路が、スイッチング部10のＦＥＴ11のドレインと接続されている。センシング抵抗23は、磁気トルカ21に流れる電流を検出するための比較的小さい値の抵抗である。一方、ダイオード22は、磁気トルカ21およびセンシング抵抗23の直列回路に並列接続されている。なお、センシング抵抗23を温度保証型にすることにより、磁気トルカ21の温度変化に伴うパラメータを気にすることなく電流制御を行なうことが可能である。
【００１５】
比較制御部30は、A/D変換器31，比較回路32，アドレスコントロール回路33，ＲＯＭ34およびパラレルシリアル変換回路（以下、「Ｐ／Ｓ回路」と記す）35により構成される。A/D変換器31にはセンシング抵抗33における検出電圧が入力される。このA/D変換器31の出力は、目標電流値と共に比較回路32に入力される。
【００１６】
比較回路32は、センシング抵抗33における検出電圧（実質上は駆動電流）を目標電流値と比較する。その比較結果は、アドレスコントロール回路33を介してＲＯＭ34に入力され、ＲＯＭ34の出力は、Ｐ／Ｓ回路35を介してスイッチング部10、特にトランジスタ14のベースに入力される制御信号となる。発振器40は、比較制御部30の比較回路32に比較用クロック、比較制御部30のＰ／Ｓ回路35にＰ／Ｓ用クロックを供給する。
【００１７】
電圧制御部50は、電圧制御回路51とレギュレータ52で構成される。電圧制御回路51は、目標電流値36に応じた電圧がレギュレータ52より直流入力電圧として出力されるようにレギュレータ52を制御する。この制御は、目標電流値が小さい時（最大電流値の半分以下）は供給電圧53を下げ、それ以外の時は供給電圧53をそのまま直流入力電圧とするように制御するものとする。
【００１８】
［動作の説明］
次に、以上のように構成された本磁気トルカ駆動装置の動作について説明する。
【００１９】
先ず、目標電流値36がデジタル信号により指示され比較回路32および電圧制御回路51に入力する。電圧制御回路51は、目標電流値36が小さい時（最大電流値の半分以下）は、供給電圧53を下げて直流入力電圧とする。それ以外の時は、供給電圧53をそのまま供給するように制御する。
【００２０】
磁気トルカ21に流れた電流は、センシング抵抗23により電圧に変換され、A/D変換器31によりデジタル値に変換される。このデジタル値は目標電流値36と比較回路32にて比較され、比較結果の情報はアドレスコントロール回路33にわたされる。この情報をわたすタイミングは、比較部用クロックの立ち上がりとする。
【００２１】
また、情報とは、「目標電流値の方が大きい」、「目標電流値の方が小さい」または「目標電流値に等しい」の３種類のデジタル信号であるものとする。アドレスコントロール回路33は、この情報を基にＲＯＭ34にアクセスする。ＲＯＭ34のデータ内容は、アドレスが高い方がＨｉレベルのデュティ比が大きくなるように書き込んであるものとする。ＲＯＭ34へのアクセスにより読み出されたデータはＰ／Ｓ回路35にわされる。
【００２２】
Ｐ／Ｓ回路35にわされたデータは、比較部用クロックの１クロック内のデュティ比のデータであるので、比較部用クロックの１クロック内で、Ｐ／Ｓ回路35は、このデュティ比のデータについてＰ／Ｓ変換を実施し、Ｈｉ／Ｌｏ信号としてスイッチング回路10にわたす。この信号がＨｉのときは、スイッチング回路10のＦＥＴ11がＯＮして磁気トルカ21に電流を流し、磁気トルカ21へのエネルギー供給を行なう。
【００２３】
一方、この信号がＬｏのときは、ＦＥＴ11がＯＦＦして磁気トルカ21には電流等の供給を行なわない。しかし、磁気トルカ21のコイルに蓄えられたエネルギーにより発生する逆起電力で、ダイオード22に対して電流が流れ磁気トルカ21に対して電流を流し続ける。このＦＥＴ11がＯＮ／ＯＦＦ繰り返すことにより目標電流値36に対応した電流制御を行なう。
【００２４】
先ず、比較回路32から「目標値に等しい」という情報がきた場合、１クロック前のアドレスのＲＯＭ34のデータをＰ／Ｓ回路35にわたす。これは、Ｈｉレベルが１クロック前と同じデュティ比の制御信号をトランジスタ14のベースに入力するということである。この結果、ＦＥＴ11のゲート電圧に変化がなく、磁気トルカ部20への電圧供給時間にも変わりがないことになる。「目標値に等しい」のだから当然の結果である。この場合は電圧制御部50が機能することはなく、供給電圧53がそのままスイッチング部10への直流入力電圧となる。
【００２５】
次に、比較回路32から「目標値の方が大きい」という情報がきた場合、１クロック前のアドレスに「１」を引いたアドレスのＲＯＭ34のデータをＰ／Ｓ回路35にわたす。前述のように、ＲＯＭ34のデータ内容は、アドレスが高い方がＨｉレベルのデュティ比が大きくなるように書き込んであるため、ここでは、Ｈｉレベルが現時点の制御信号のデュティ比より低いデュティ比の制御信号をトランジスタ14のベースに入力するということである。この結果、ＦＥＴ11のゲート電圧がＨｉレベルとなっている時間が長くなり、磁気トルカ部20への電圧供給時間も長くなる。この結果、駆動電流が大きくなり、「目標値の方が大きい」ことが緩和される。この場合も電圧制御部50が機能することはなく、供給電圧53がそのままスイッチング部10への直流入力電圧となる。
【００２６】
図２は、この場合の波形図を示す。図２を参照すると、当初は磁気トルカ21に流れる電流i2が小さいので、ＦＥＴ11のオン時間帯が長く、電源からＦＥＴ11に流れる電流i1の時間帯も長くなっていることが分かる。しかし、電流i2が目標電流値に達した後は、ＦＥＴ11は周期的にオンオフを繰り返し、この結果、電流i1は目標電流値近傍で小さくリップルしている。なお、ＦＥＴ11のＯＮ／ＯＦＦに対する消費電力はＯＦＦ時では存在しない。
【００２７】
さて、比較回路32から「目標電流値の方が小さい」という情報がきた場合、アドレスコントロール回路33は、１クロック前のアドレス（初期値は００番地）に「１」を足したアドレスのＲＯＭ34のデータをＰ／Ｓ回路35にわたす。これにより、トランジスタ14のベースに入力される制御信号は、Ｈｉレベルのデュティ比がより大きいものとなるので、ＦＥＴ11のゲート電圧が低レベル、すなわちＦＥＴ11がオフとなるデュティ比が大きくなり、磁気トルカ部20への電圧供給時間が短くなる。この結果、駆動電流は小さくなり、「目標電流値の方が小さい」ことが緩和される。
【００２８】
この場合は電圧制御部50が機能する。すなわち、電圧制御回路51は目標電流値36が小さい（最大電流値の半分以下）ことを検出すると、供給電圧53を下げるようレギュレータ52を制御する。レギュレータ52は供給電圧53を下げてスイッチング部10への直流入力電圧とする。
【００２９】
図３は、この場合の波形図を示す。図３を参照すると、ＦＥＴ11がオフとなるデュティ比が小さく、電源からＦＥＴ11に流れる電流i3の時間帯も短くなっていることが分かる。そして、磁気トルカ21に流れる電流i4は、幅の狭い電流i3が流れることによって立ち上がり、電流i3が途絶えた後は磁気トルカ21のコイルに蓄えられたエネルギーにより発生する逆起電力でダイオード22を経由して流れ続ける。結果として、図示するように鋸歯上波形となる。
【００３０】
図３における電流i4と、点線で示した従来例における磁気トルカ21に流れる電流i5を対比されたい。電流i4は電流i5の半分以下になってリップルを低減できていることが分かるであろう。これは、小電流制御時に電圧制御を組み込むことにより、レギュレータ52において供給電圧53が抑制され、磁気トルカ21へ供給できる電流およびエネルギーが抑制されたためである。従来技術では、このような電圧抑制がないため最小制御時間の電圧供給でも目標電流に対して過剰な電流供給となったのである。
【００３１】
このようにして、電圧を抑制することで、目標電流に対しての過剰な電流供給を低減させることができ、小電流制御時でもリップルを小さくできる。この結果、０A〜最大出力電流まで、リップル電流が小さい駆動回路が提供することができることにより細かい衛星姿勢制御が可能となる。
【００３２】
上述の実施例では、センシング抵抗33における検出電圧（実質上は駆動電流）をＡ／Ｄし、デジタル化してから目標電流値36と比較しているが、図４に示すように、目標電流値36をＤ／Ａ変換器37でＤ／Ａ変換してアナログ化して、アナログのままの駆動電流と比較回路32で比較するようにしてもよい。
【００３３】
また、図５に示すように、図１または図４における比較回路32，アドレスコントロール回路33およびＲＯＭ34をＣＰＵ38に置き換えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の磁気トルカ駆動装置の実施例１を示す回路図
【図２】電圧制御による大電流制御の制御イメージ図
【図３】電圧制御による小電流制御の制御イメージ図
【図４】本発明の磁気トルカ駆動装置の実施例２を示す回路図
【図５】本発明の磁気トルカ駆動装置の実施例３を示す回路図
【符号の説明】
【００３５】
10      スイッチング回路
11      ＦＥＴ
12      抵抗
13      センシング抵抗
14      トランジスタ
15      抵抗
16      ツェナーダイオード
17      コンデンサ
18      抵抗
20      磁気トルカ部
21      磁気トルカ
22      ダイオード
23      センシング抵抗
30      比較制御部
31      Ａ／Ｄ変換器
32      比較回路
33      アドレスコントロール回路
34      ＲＯＭ
35      パラレル／シリアル変換回路
36      目標電流値
37      Ｄ／Ａコンバータ
38      ＣＰＵ
40      発振器
50      電圧制御部
51      電圧制御回路
52      レギュレータ
【図１】
2007300773.tif 000003
【図２】
2007300773.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007300773.tif 000006
【図５】
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