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技術 自己誘導素子、特に電磁バルブを通過する電流をレギュレートするための装置

出願人 ヴァレオクリマチザション
発明者 タンデュクフイン
出願日 2001年7月25日 (20年5ヶ月経過) 出願番号 2002-515691
公開日 2004年2月19日 (17年10ヶ月経過) 公開番号 2004-505596
状態 特許登録済
技術分野 電磁石の駆動回路 DC‐DCコンバータ
主要キーワード Nチャンネル レファレンス番号 曲線特性 直列分岐 差分増幅器 MOSパワートランジスタ バイアス抵抗器 シャント回路
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この項目の情報は公開日時点(2004年2月19日)のものです。
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図面 (8)

課題・解決手段

本発明は、誘導素子および電源から、前記誘導素子に給電するための制御信号(Vc)によってモニタされた制御デバイス(PT)を含む直列ブランチと、前記誘導素子を通過する電流を示す信号を収集するためのデバイス(D、Rs)、および電流を示す前記信号を平均化する回路(T2、Rm、Cm)を有する、前記誘導素子を通過する平均電流測定信号(Vm)を供給するデバイスと、設定値および測定信号に基づき、制御信号を発生するためのレギュレータデバイスとを備えた、誘導素子を通過する電流をレギュレートするための装置に関する。本発明は、前記誘導素子と信号収集デバイスとが、並列に配置されていることを特徴とする。

概要

背景

公知のタイプのレギュレータ装置では、ソレノイドを通過する電流は、このソレノイドと直列に挿入された低い値の抵抗器、すなわち、シャント回路に基づいて決定される。このシャント回路によって発生される電圧は、その後、差分増幅器内で増幅され、平均化される。

概要

本発明は、誘導素子および電源から、前記誘導素子に給電するための制御信号(Vc)によってモニタされた制御デバイス(PT)を含む直列ブランチと、前記誘導素子を通過する電流を示す信号を収集するためのデバイス(D、Rs)、および電流を示す前記信号を平均化する回路(T2、Rm、Cm)を有する、前記誘導素子を通過する平均電流測定信号(Vm)を供給するデバイスと、設定値および測定信号に基づき、制御信号を発生するためのレギュレータデバイスとを備えた、誘導素子を通過する電流をレギュレートするための装置に関する。本発明は、前記誘導素子と信号収集デバイスとが、並列に配置されていることを特徴とする。a

目的

効果

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請求項1

自己誘導素子および電源から前記自己誘導素子に給電するための、制御信号によってドライブされる制御デバイス(PT)を有する直列分岐回路と、前記自己誘導素子を通過する電流を示す信号を収集するためのデバイスを有し、前記自己誘導素子を通過する電流を測定するための信号を発生する測定デバイスと、データ値および前記測定信号に応じて前記制御信号を発生するためのレギュレータデバイスとを備え、前記収集デバイスが第1抵抗素子(Rs)およびダイオード(D)を直列に含む分岐回路を、前記自己誘導素子(S)と並列に含み、前記自己誘導素子(S)が前記電源に結合された状態に前記制御デバイス(PT)がある時に、前記ダイオード(D)がリバースモードとなっている、前記自己誘導素子を通過する電流をレギュレートするための装置において、前記自己誘導素子内の平均電流を示す信号を発生するよう、電流を示す前記信号を平均化するための回路を更に含み、該平均化回路トランジスタ(T2)を含み、このトランジスタのゲート電極が、前記制御デバイス(PT)と逆に前記トランジスタを切り換えるよう、切り換え信号を受け、前記トランジスタのドレイン電極が、前記第1抵抗素子(RS)のターミナルにおける電圧を示す信号を受け、前記平均電流(Im)を示す信号(Vm)の出力端を構成する前記トランジスタのソース電極が、第2抵抗素子(Rm)と並列に容量素子(Cm)に接続されていることを特徴とする、自己誘導素子を通過する電流をレギュレートするための装置。

請求項2

前記トランジスタ(T2)のドレイン電極が、分圧ブリッジ回路(Rc1、Rc2)を介して、前記第1抵抗器(Rs)と前記ダイオード(D)との間の共通ターミナル(E)に接続されていることを特徴とする、請求項1記載の装置。

請求項3

前記分圧ブリッジ回路(Rc1、Rc2)が、前記共通ターミナル(E)に接続された第1端部と、電圧源に接続された第2端部と、前記トランジスタ(T2)の前記ドレイン電極に接続された中間点(P)とを有し、前記分圧ブリッジ回路(Rc1、Rc2)の前記中間点(P)における電圧が、正の値またはゼロの値となるように、前記電圧源の電圧が選択されていることを特徴とする、請求項2記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、自己誘導素子および電源、特に電圧源から自己誘導素子に給電するための、制御信号によってドライブされる制御デバイスを有する直列分岐回路と、前記自己誘導素子を通過する平均電流を測定するための信号を発生する測定デバイスと、データ値および測定信号に応じて制御信号を発生するためのレギュレータデバイスとを備えた、自己誘導素子、例えば電磁バルブの制御ソレノイドを通過する電流レギュレートするための装置に関する。

0002

公知のタイプのレギュレータ装置では、ソレノイドを通過する電流は、このソレノイドと直列に挿入された低い値の抵抗器、すなわち、シャント回路に基づいて決定される。このシャント回路によって発生される電圧は、その後、差分増幅器内で増幅され、平均化される。

0003

かかる装置には、いくつかの欠点を有する。

0004

第1の欠点は、制御回路内で電圧が低下することである。

0005

第2の欠点は、必ず小さくしなければならない電位差がシャント回路のターミナルに存在する場合、これを増幅しなければならず、増幅器が存在することにより、種々のバイアス抵抗器および集積回路固有許容差によって不正確さが生じる。

背景技術

0006

米国特許第4,511,829号明細書には、自己誘導素子と並列に、リバースモードダイオードと直列な抵抗器を使用することによって、測定を行うことを提案している。

発明が解決しようとする課題

0007

本発明の目的は、上記装置の性能を高めることにある。

0008

この目的達成のために、本発明は、自己誘導素子(S)および電源から前記自己誘導素子に給電するための、制御信号によってドライブされる制御デバイスを有する直列分岐回路と、前記自己誘導素子を通過する電流を示す信号を収集するためのデバイスを有し、前記自己誘導素子を通過する電流を測定するための信号を発生する測定デバイスと、データ値および前記測定信号に応じて前記制御信号を発生するためのレギュレータデバイスとを備え、前記収集デバイスが第1抵抗素子(Rs)およびダイオード(D)を直列に含む分岐回路を、前記自己誘導素子(S)と並列に含み、前記自己誘導素子(S)が前記電源に結合された状態に前記制御デバイス(PT)がある時に、前記ダイオード(D)がリバースモードとなっている、前記自己誘導素子を通過する電流をレギュレートするための装置において、
前記自己誘導素子内の平均電流を示す信号を発生するよう、電流を示す前記信号を平均化するための回路を更に含み、該平均化回路トランジスタ(T2)を含み、このトランジスタのゲート電極が、前記制御デバイス(PT)と逆に前記トランジスタを切り換えるよう、切り換え信号を受け、前記トランジスタのドレイン電極が、前記第1抵抗素子(Rs)のターミナルにおける電圧を示す信号を受け、前記平均電流(Im)を示す信号(Vm)の出力端を構成する前記トランジスタのソース電極が、第2抵抗素子(Rm)と並列に容量素子(Cm)に接続されていることを特徴とする、自己誘導素子を通過する電流をレギュレートするための装置を提案するものである。

0009

平均化回路は、1つのトランジスタをも備え、このトランジスタのゲート電極は、前記制御装置により、前記トランジスタを逆の状態に切り換えるための切り換え信号を受け、ドレイン電極は、前記第1抵抗素子のターミナルにおける電圧を示す信号を受け、ソース電極は、前記平均電流を示す信号のための出力端を構成し、このソース電極は、第2抵抗素子と並列に容量素子に接続されている。

0010

トランジスタのドレイン電極は、分圧ブリッジ回路を介して、第1抵抗器とダイオードとの間の共通ターミナルに接続できる。前記分圧ブリッジ回路は、前記共通ターミナルに接続された第1端部と、電圧源に接続された第2端部と、前記ドレイン電極に接続された中間点とを有することができ、前記分圧ブリッジ回路の前記中間点における電圧の値が、正またはゼロとなるように、前記電圧源の電圧が選択されている。

0011

図面を参照し、非限定的例として示された以下の説明を読めば、本発明の上記以外の特徴および利点が、より明らかとなると思う。

0012

図1は、本発明に係るソレノイドSを駆動する回路図を示す。このソレノイドSのターミナルの一方は、アース、すなわち共通モード極に接続されている。このソレノイドSは、制御デバイス、本例ではMOSパワートランジスタPTに直列に配置されている。

0013

このパワートランジスタソースは、電源の一方の極、例えば12Vに接続されており、アース電位にある電源の他方の極は、ソレノイドの一方のターミナルに接続されている。トランジスタPTのゲート電極は、パルス幅変調(PWM)信号である制御信号Vcを受けるようになっており、このパルス幅変調信号デューティサイクルはソレノイドSを通過する平均電流Imの値を制御するように可変となっている。

0014

ある応用例では、このソレノイドは、電磁バルブの制御ソレノイドであり、特に自動車コンプレッサを制御するためのバルブのソレノイドとなっている。

0015

ソレノイドSを通過する電流強度平均値を、所望のように制御することによって、部品、コンプレッサ、または電磁バルブが、電源電圧の変動、例えば自動車のバッテリーの電圧の変動だけでなく、温度に応じたソレノイドの特性(抵抗およびインダクタンス)の内部変化の変動に影響されないようにできる。

0016

ソレノイドSと並列に、抵抗器Rsと、電源に対してリバースモードに取り付けられたダイオードDとが、直列に配置されている。抵抗器RsとダイオードDとの共通点Eで検出される電圧は、分圧ブリッジ回路(Rc1、Rc2)に供給される。

0017

このブリッジ回路の一端は、抵抗器Rc1とRc2に共通する中間点Pが、常に正の電圧、または極めてゼロに近い電圧(図1bのタイミン図参照)に留まるように、電圧源、例えば5Vに接続されている。この共通点Pは、電界効果トランジスタP2のドレインに接続されており、ソレノイドS内の平均電流を示す信号Vmに対する出力K端を構成する、電界効果トランジスタのソースは互いに並列に配線された抵抗器RmおよびコンデンサCmに接続されている。

0018

トランジスタT2のゲートは、抵抗器RmによってバイアスかけられたバイポーラトランジスタT1のコレクタに接続されている。このバイポーラトランジスタのベースは、ソレノイドSとトランジスタPTのドレインとの間の共通点Mで検出された信号を、抵抗器R2を介して受けるようになっている。

0019

この装置は、次のように機能する。電圧Vc が、トランジスタPTから成るスイッチ(図2a)を閉じるレベルになっていると、リバースモードのダイオードDが設けられているために、電流I1はソレノイドSしか通過しない。

0020

電圧Vが、トランジスタPTから成るスイッチが開となるようなレベルになっていると(図2b)、次にソレノイドS内の電流I2は抵抗器RSおよびダイオードDを通過する。この電流は、ソレノイドSを通過する電流の平均値を推定するために、本発明に関連して使用されるものである。

0021

上記回路レイアウトの場合、トランジスタPTが開状態にあり、抵抗器RSを電流I2が流れる時に限り、トランジスタT2は閉状態となり、コンデンサCmに蓄積するべき電圧を送る。

0022

コンデンサCmによるこのようなメモリ蓄積によって、出力端Kで、ソレノイドSの回路における平均制御電流Im を再現することが可能であるが、この電流は、前記双極回路D、RSからは判らない。図1bのタイミング図では、この信号Imは点線で示されている。

0023

上記実施例によれば、抵抗器とダイオードとの前記1つの双極回路を並列に配置し、このダイポールの2つの出力端における負の電圧を正の電圧に変換し、最期に、ソレノイドS内の電流の平均値を抽出できるようにするサンプル−ホールド回路によって、ソレノイドS内の電流の値を再現させるることにより、ソレノイドSからの電流を検出することができる。

0024

その結果、測定による電圧低下はなくなり、許容差は小さくなり、コストはほとんど増加しない。

0025

電圧Vmの値は、マイクロプロセッサMPを使用することにより、ソレノイドSを通過する平均電流Imがデータ値にホールドされるように、電流Vcのデューティサイクルをスレーブ制御することができる。

0026

トランジスタT1を介するソレノイドSの制御電圧によるトランジスタT2の制御によって、トランジスタPTとトランジスタT2とを逆状態に制御すること、すなわち一方が開状態の時、他方が閉状態となるように制御することが可能となる。

0027

例:トランジスタPTは、インフィネオンINFINEON)社から販売されているレファレンス番号BTS611のMOSトランジスタである。ソレノイドSは、8Ωと50mHの自己インダクタンスを有する。

0028

Dは、IN4004ダイオード、RS=10Ωである。

0029

Rc1=3.4kΩ、Rc2=1kΩである。

0030

トランジスタT2は、2N7002タイプのNチャンネルMOSトランジスタでよい。

0031

Rm=22kΩ、Cm=22μFである。

0032

トランジスタT1は、レファレンス番号BC817を有するNPNタイプのトランジスタである。

課題を解決するための手段

0033

平均電流Imを関数とする電圧Vmを示す図3は、この電圧Vmが、コイルに発生する平均電流Imに逆比例することを示している。この関係は線形である。図3において、カーブは、選択されたx軸のスケール自身が線形でないため、直線とはなっていない。

図面の簡単な説明

0034

上記装置は、制御ループとなるように、例えばマイクロプロセッサタイプの自動車用コンプレッサ制御装置に組み込むことができる。この制御装置は自動車のバッテリーからの電圧変動だけでなく、温度を関数とするソレノイドの抵抗およびインダクタンスの内部変化に対してコンプレッサが影響されないように、電流が制御される。

図1a
本発明の好ましい実施例を示す。
図1b
図1aにおける点M、E、PおよびKの信号のタイミング図を示す。
図2a
パワートランジスタの2つの切り換え状態のうちの一方の作動状態を示す。
図2b
パワートランジスタの2つの切り換え状態のうちの他方の作動状態を示す。
図3
ソレノイドSにおける平均電流を関数とする測定電圧Vmの曲線特性を示す。
図4
パワートランジスタの別の駆動例を示す回路図である。
図5
図4におけるVS とパワートランジスタの出力電流グラフを示す。
【符号の説明】
S   ソレノイド
PT  MOSパワートランジスタ
R   抵抗器
D   ダイオード
Rc1、Rc2   分圧ブリッジ回路
P   共通点
T2  電界効果トランジスタ

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