(57)【要約】【課題】高速スイッチングに起因するラジオノイズの低減を図ることの可能な誘導性負荷駆動装置を提供する。【解決手段】電源と誘導性負荷の一端との間に介挿された第１のスイッチング素子と、前記誘導性負荷の他端とアースとの間に介挿された第２のスイッチング素子と、前記第１及び第２のスイッチング素子の両方がオフの時に前記誘導性負荷の他端から出力される逆起電流を前記電源に回生させる逆起電流回生回路と、を備えた誘導性負荷駆動装置において、前記誘導性負荷の両端或いは片端に接続されたノイズ吸収回路を備える。【選択図】図１
2013089674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と誘導性負荷の一端との間に介挿された第１のスイッチング素子と、
前記誘導性負荷の他端とアースとの間に介挿された第２のスイッチング素子と、
前記第１及び第２のスイッチング素子の両方がオフの時に前記誘導性負荷の他端から出力される逆起電流を前記電源に回生させる逆起電流回生回路と、
を備えた誘導性負荷駆動装置において、
前記誘導性負荷の両端或いは片端に接続されたノイズ吸収回路を備えることを特徴とする誘導性負荷駆動装置。
【請求項２】
前記ノイズ吸収回路は、前記誘導性負荷の両端或いは片端とアースとの間に接続されたコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の誘導性負荷駆動装置。
【請求項３】
前記逆起電流回生回路は、
アノード端子が前記誘導性負荷の他端に接続され、カソード端子が前記電源に接続されたダイオードと、
前記ダイオードに並列接続されたコンデンサと、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導性負荷駆動装置。
【請求項４】
前記第１のスイッチング素子がオフ及び前記第２のスイッチング素子がオンの時に前記誘導性負荷の他端から出力される逆起電流を、前記アースを介して前記誘導性負荷の一端へ還流させる還流回路を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘導性負荷駆動装置。
【請求項５】
前記還流回路は、前記誘導性負荷の一端と前記アースとの間に介挿され、前記第１のスイッチング素子に対してオンオフ状態が反転するように制御される第３のスイッチング素子を備えることを特徴とする請求項４に記載の誘導性負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導性負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、誘導性負荷の一端と外部供給電源との間に介挿された第１のスイッチング素子と、誘導性負荷の他端とアースとの間に介挿された第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子がオフ及び第２のスイッチング素子がオンの時に誘導性負荷に生じる逆起電流をアースに還流させる還流回路と、第１及び第２のスイッチング素子の両方がオフの時に誘導性負荷に生じる逆起電流を外部供給電源に還元（回生）させる逆起電流還元回路とを備えた誘導性負荷駆動装置が開示されている。
【０００３】
このような構成の誘導性負荷駆動装置では、第２のスイッチング素子をオン状態に維持しながら第１のスイッチング素子のオン／オフ期間の比率（デューティ比）を制御することにより、負荷電流の立上がり特性を制御することができる。また、第１のスイッチング素子をオフ状態に維持しながら第２のスイッチング素子のデューティ比を制御することにより、負荷電流の立下がり特性を制御しながら誘導性負荷に生じる逆起電流を外部供給電源に回生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８５０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、第１及び第２のスイッチング素子を高速でオンオフ制御することに起因してラジオノイズが発生する虞があり、他の電子装置の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、高速スイッチングに起因するラジオノイズの低減を図ることの可能な誘導性負荷駆動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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、誘導性負荷駆動装置に係る第１の解決手段として、電源と誘導性負荷の一端との間に介挿された第１のスイッチング素子と、前記誘導性負荷の他端とアースとの間に介挿された第２のスイッチング素子と、前記第１及び第２のスイッチング素子の両方がオフの時に前記誘導性負荷の他端から出力される逆起電流を前記電源に回生させる逆起電流回生回路と、を備えた誘導性負荷駆動装置において、前記誘導性負荷の両端或いは片端に接続されたノイズ吸収回路を備える、という手段を採用する。
【０００８】
また、本発明では、誘導性負荷駆動装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記ノイズ吸収回路は、前記誘導性負荷の両端或いは片端とアースとの間に接続されたコンデンサである、という手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、誘導性負荷駆動装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記逆起電流回生回路は、アノード端子が前記誘導性負荷の他端に接続され、カソード端子が前記電源に接続されたダイオードと、前記ダイオードに並列接続されたコンデンサとを備える、という手段を採用する。
【００１０】
また、本発明では、誘導性負荷駆動装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記第１のスイッチング素子がオフ及び前記第２のスイッチング素子がオンの時に前記誘導性負荷の他端から出力される逆起電流を、前記アースを介して前記誘導性負荷の一端へ還流させる還流回路を備える、という手段を採用する。
【００１１】
また、本発明では、誘導性負荷駆動装置に係る第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、前記還流回路は、前記誘導性負荷の一端と前記アースとの間に介挿され、前記第１のスイッチング素子に対してオンオフ状態が反転するように制御される第３のスイッチング素子を備える、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、誘導性負荷の両端或いは片端に接続されたノイズ吸収回路を備えるので、第１及び第２のスイッチング素子の高速スイッチングに起因して発生するラジオノイズの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る誘導性負荷駆動装置１の概略構成図である。
【図２】誘導性負荷駆動装置１の動作を表すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る誘導性負荷駆動装置１の概略構成図である。この図１に示すように、誘導性負荷駆動装置１は、制御装置２による制御の下、ソレノイドコイル或いはモータコイル等の誘導性負荷３に駆動電流を供給するものであり、誘導性負荷３の一端に接続された第１の負荷接続端子１１と、誘導性負荷３の他端に接続された第２の負荷接続端子１２と、制御装置２に接続された第１の信号入力端子１３、第２の信号入力端子１４及び第３の信号入力端子１５と、第１のスイッチング素子１６と、第２のスイッチング素子１７と、還流回路１８と、逆起電流回生回路１９と、第１のコンデンサ２０と、第２のコンデンサ２１とを備えている。
【００１５】
第１のスイッチング素子１６は、例えば３０Ｖの電源電圧を出力する電源ＰＬと第１の負荷接続端子１１（つまり誘導性負荷３の一端）との間に介挿されたｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴであり、ドレイン端子が電源ＰＬに接続され、ソース端子が第１の負荷接続端子１１に接続され、ゲート端子が第１の信号入力端子１３に接続されている。この第１のスイッチング素子１６は、制御装置２から第１の信号入力端子１３を介してゲート端子に入力されるＰＷＭ信号（パルス幅変調された信号）Ｓ１に応じてオン／オフ状態が切替わる。
【００１６】
第２のスイッチング素子１７は、第２の負荷接続端子１２（つまり誘導性負荷３の他端）とアースとの間に介挿されたｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴであり、ドレイン端子が第２の負荷接続端子１２に接続され、ソース端子がアースに接続され、ゲート端子が第２の信号入力端子１４に接続されている。この第２のスイッチング素子１７は、制御装置２から第２の信号入力端子１４を介してゲート端子に入力されるＰＷＭ信号Ｓ２に応じてオン／オフ状態が切替わる。
【００１７】
還流回路１８は、第１のスイッチング素子１６がオフ及び第２のスイッチング素子１７がオンの時に誘導性負荷３の他端から出力される逆起電流を、アースを介して誘導性負荷３の一端へ還流させるものであり、第１の負荷接続端子１１（誘導性負荷３の一端）とアースとの間に介挿され、第１のスイッチング素子１６に対してオン／オフ状態が反転するように制御される第３のスイッチング素子１８ａを備えている。
【００１８】
この第３のスイッチング素子１８ａは、ドレイン端子が第１の負荷接続端子１１に接続され、ソース端子がアースに接続され、ゲート端子が第３の信号入力端子１５に接続されたｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴである。この第３のスイッチング素子１８ａは、制御装置２から第３の信号入力端子１５を介してゲート端子に入力されるＰＷＭ信号Ｓ３（ＰＷＭ信号Ｓ１に対してレベルが反転する信号）に応じてオン／オフ状態が切替わる。
【００１９】
逆起電流回生回路１９は、第１及び第２のスイッチング素子１６、１７の両方がオフの時に誘導性負荷３の他端から出力される逆起電流を電源ＰＬに回生させるものであり、アノード端子が第２の負荷接続端子１２に接続され、カソード端子が電源ＰＬに接続された回生ダイオード１９ａと、この回生ダイオード１９ａに並列接続された第３のコンデンサ１９ｂとを備えている。
【００２０】
第１のコンデンサ２０は、第１の負荷接続端子１１（誘導性負荷３の一端）とアースとの間に接続されている。第２のコンデンサ２１は、第２の負荷接続端子１２（誘導性負荷３の他端）とアースとの間に接続されている。これら第１のコンデンサ２０及び第２のコンデンサ２１は、本発明におけるノイズ吸収回路として機能する。
【００２１】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る誘導負荷駆動装置１の動作について図２を参照しながら詳細に説明する。
図２は、第１のスイッチング素子１６、第２のスイッチング素子１７、第３のスイッチング素子１８ａのオン／オフ状態と、誘導性負荷３に流れる駆動電流との時間的な対応関係を示すタイミングチャートである。
【００２２】
この図２に示すように、時刻ｔ１に制御装置２から誘導負荷駆動装置１へＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ３の出力が開始される。ここで、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、第２のスイッチング素子１７がオン状態に維持されながら、第１のスイッチング素子１６及び第３のスイッチング素子１８ａが、所定のデューティ比でオン／オフ制御される。なお、第３のスイッチング素子１８ａのオン／オフ状態は、第１のスイッチング素子１６に対して反転していることに注意されたい。
【００２３】
このような時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間（第２のスイッチング素子１７は常時オン）において、第１のスイッチング素子１６がオン及び第３のスイッチング素子１８ａがオフの時、誘導性負荷３の一端は第１のスイッチング素子１６を介して電源ＰＬに接続され、誘導性負荷３の他端は第２のスイッチング素子１７を介してアースに接続される。この時、誘導性負荷３に電源電圧（約３０Ｖ）が印加されるため、駆動電流は一定の傾きで増加する。なお、この時の駆動電流は、電源ＰＬ→第１のスイッチング素子１６→誘導性負荷３→第２のスイッチング素子１７→アース、というルートで流れる。
【００２４】
一方、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、第１のスイッチング素子１６がオフ及び第３のスイッチング素子１８ａがオンの時、誘導性負荷３の一端は第３のスイッチング素子１８ａを介してアースに接続される（誘導性負荷３の他端は第２のスイッチング素子１７を介してアースに接続されたまま）。この時、誘導性負荷３に電源電圧が印加されないので、誘導性負荷３に逆起電圧が発生し、誘導性負荷３の他端から逆起電流が出力される。
【００２５】
この逆起電流は、第２のスイッチング素子１７を介してアースに流入し、さらに第３のスイッチング素子１８ａを介して誘導性負荷３の一端に還流する。つまり、駆動電流は、誘導性負荷３→第２のスイッチング素子１７→アース→第３のスイッチング素子１８ａ→誘導性負荷３、というルートで流れる。これにより、第１のスイッチング素子１６がオフとなっても、誘導性負荷３の駆動電流は一定に保持される（厳密には減少するが無視できる）。
【００２６】
このように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、第２のスイッチング素子１７をオン状態に維持しながら、第１のスイッチング素子１６及び第３のスイッチング素子１８ａをＰＷＭ制御することにより、駆動電流の立上がり特性を制御することができる。
【００２７】
続いて、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、第１のスイッチング素子１６がオフ状態（第３のスイッチング素子１８ａはオン状態）に維持されながら、第２のスイッチング素子１７が所定のデューティ比でオン／オフ制御される。
【００２８】
このような時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間（第１のスイッチング素子１６は常時オフ、第３のスイッチング素子１８ａは常時オン）において、第２のスイッチング素子１７がオフの時、誘導性負荷３の一端は第３のスイッチング素子１８ａを介してアースに接続され、誘導性負荷３の他端は逆起電流回生回路１９を介して電源ＰＬに接続される。この時、誘導性負荷３に電源電圧が印加されないので、誘導性負荷３に逆起電圧が発生する。
【００２９】
この逆起電圧が電源電圧より大きくなると、回生ダイオード１９ａを介して誘導性負荷３の他端から電源ＰＬに逆起電流が回生される。つまり、駆動電流は、アース→第３のスイッチング素子１８ａ→誘導性負荷３→回生ダイオード１９ａ→電源ＰＬ、というルートで流れる。これにより、誘導性負荷３の駆動電流は一定の傾きで減少する。
【００３０】
一方、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、第２のスイッチング素子１７がオンの時、誘導性負荷３の他端は第２のスイッチング素子１７を介してアースに接続される（誘導性負荷３の一端は第３のスイッチング素子１８ａを介してアースに接続されたまま）。この時、誘導性負荷３に電源電圧が印加されないため、誘導性負荷３に逆起電圧が発生し、誘導性負荷３の他端から逆起電流が第２のスイッチング素子１７を介してアースに流入し、さらに第３のスイッチング素子１８ａを介して誘導性負荷３の一端に還流する。これにより、駆動電流は一定に保持される（厳密には減少するが無視できる）。
【００３１】
このように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、第１のスイッチング素子１６をオフ状態及び第３のスイッチング素子１８ａをオン状態に維持しながら、第２のスイッチング素子１７をＰＷＭ制御することにより、駆動電流の立下がり特性を制御することができる。
【００３２】
以上が誘導負荷駆動装置１の動作であるが、上記のように第１のスイッチング素子１６、第２のスイッチング素子１７及び第３のスイッチング素子１８ａを高速でオン／オフ制御することに起因してラジオノイズが発生する虞がある。しかしながら、本実施形態では、誘導性負荷３の両端に第１のコンデンサ２０及び第２のコンデンサ２１を設けたことにより、駆動電流に含まれるノイズ成分（高周波成分）を第１のコンデンサ２０及び第２のコンデンサ２１を介してアースに逃がすことができる。
【００３３】
つまり、本実施形態によれば、第１のスイッチング素子１６、第２のスイッチング素子１７及び第３のスイッチング素子１８ａの高速スイッチングに起因して発生するラジオノイズの低減を図ることが可能となる。
また、逆起電流回生回路１９において、回生ダイオード１９ａに第３のコンデンサ１９ｂを並列接続することにより、スイッチング時の電圧リンギングを緩和できると共に周波数特性を向上でき、さらに、逆起電流の速度調整によりノイズ発生を緩和できるという効果を得られる。なお、第３のコンデンサ１９ｂの容量を大きく設定すると、回生ダイオード１９ａの逆回復時間が長くなり、逆にノイズが大きくなるため注意が必要である。
【００３４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、誘導性負荷３の両端にノイズ吸収回路としての第１のコンデンサ２０及び第２のコンデンサ２１を設けた場合を例示したが、誘導性負荷３の片端（一端或いは他端）にコンデンサを設ける構成としても良い。また、ノイズ吸収回路はコンデンサのみに限らず、例えば抵抗とコンデンサの直列回路によってノイズ吸収回路を構成しても良い。さらに、第３のコンデンサ１９ｂは必ずしも設ける必要はない。
【００３５】
（２）上記実施形態では、第３のスイッチング素子１８ａを備える還流回路１８を例示したが、第１のスイッチング素子１６がオフ及び第２のスイッチング素子１７がオンの時に誘導性負荷３の他端から出力される逆起電流を、アースを介して誘導性負荷３の一端へ還流させることができれば、還流回路１８の構成はこれに限定されない。例えば、特開２００８−８５０４６号公報に記載されているような還流回路を用いても良い。
【００３６】
（３）上記実施形態では、回生ダイオード１９ａを備える逆起電流回生回路１９を例示したが、第１及び第２のスイッチング素子１６、１７の両方がオフの時に誘導性負荷３の他端から出力される逆起電流を電源ＰＬに回生させることができれば、逆起電流回生回路１９の構成はこれに限定されない。例えば、特開２００８−８５０４６号公報に記載されているような逆起電流還元回路（逆起電流回生回路と同義）を用いても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１・誘導性負荷駆動装置、２・制御装置、３・誘導性負荷、１６・第１のスイッチング素子、１７・第２のスイッチング素子、１８・還流回路、１８ａ・第３のスイッチング素子、１９・逆起電流回生回路、１９ａ・回生ダイオード、１９ｂ・第３のコンデンサ、２０・第１のコンデンサ、２１・第２のコンデンサ
【図１】
2013089674.tif 000003
【図２】
2013089674.tif 000004