JP7612201B2

JP7612201B2 - Solenoid Drive Circuit

Info

Publication number: JP7612201B2
Application number: JP2021047147A
Authority: JP
Inventors: 信秀岡田
Original assignee: 新電元メカトロニクス株式会社
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2025-01-14
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: JP2022146268A

Description

本発明は、ソレノイド駆動回路に関し、特に、ソレノイドの応答性と高速性を高めることが可能なソレノイド駆動回路に関する。 The present invention relates to a solenoid drive circuit, and in particular to a solenoid drive circuit that can improve the responsiveness and high speed of a solenoid.

ソレノイドにおいては、プランジャが作動し始めるまでの時間を短縮すること、及び、プランジャの作動初期の速度を高速化することを課題として、様々なソレノイド駆動回路が発明されている。図６は、従来技術に係るソレノイド駆動回路の回路図である。図６において、５１は直流電源、５２はトランジスタ、５３はトランジスタ、５４は電流制限抵抗、５５は電磁弁、５５ａはソレノイドコイル、５６は昇圧チョッパ回路、５７はリアクトル、５８はダイオード、５９はコンデンサ、６０はチョッパ用ＮＰＮトランジスタ、６１は逆流阻止ダイオードである。 In solenoids, various solenoid drive circuits have been invented with the objectives of shortening the time it takes for the plunger to start operating and increasing the initial speed of the plunger. Figure 6 is a circuit diagram of a solenoid drive circuit according to the prior art. In Figure 6, 51 is a DC power supply, 52 is a transistor, 53 is a transistor, 54 is a current limiting resistor, 55 is a solenoid valve, 55a is a solenoid coil, 56 is a boost chopper circuit, 57 is a reactor, 58 is a diode, 59 is a capacitor, 60 is an NPN transistor for the chopper, and 61 is a reverse current blocking diode.

図６は、特開平６－０２６５８９公報で開示されているもので、電磁弁に組み込まれたソレノイドの駆動回路である。図３に示すように、このソレノイドの駆動回路では、直流電源５１の直流電圧を昇圧チョッパ回路５６によって昇圧し、その昇圧された電圧を電磁弁プルアップ用スイッチング素子であるトランジスタ５２を介して電磁弁５５に対してプルアップ電圧として供給するように構成されている。昇圧チョッパ回路５６はリアクトル５７、ダイオード５８、コンデンサ５９、チョッパ用ＮＰＮトランジスタ６０により構成されている。逆流阻止ダイオード６１は、電磁弁５５に設けられたソレノイドコイル５５ａの逆起電力による高電圧の発生を防止するものである。 Figure 6 shows the drive circuit for a solenoid incorporated in a solenoid valve, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 6-026589. As shown in Figure 3, this solenoid drive circuit is configured so that the DC voltage of a DC power supply 51 is boosted by a boost chopper circuit 56, and the boosted voltage is supplied as a pull-up voltage to a solenoid valve 55 via a transistor 52, which is a switching element for pulling up the solenoid valve. The boost chopper circuit 56 is composed of a reactor 57, a diode 58, a capacitor 59, and a chopper NPN transistor 60. The reverse current blocking diode 61 prevents the generation of high voltage due to the back electromotive force of the solenoid coil 55a provided in the solenoid valve 55.

そして、トランジスタ５２及び５３をオンすると、昇圧チョッパ回路５６によって昇圧され、さらにコンデンサ５９に充電された電圧がトランジスタ５２を介して電磁弁５５のソレノイドコイル５５ａに印加される。したがって、昇圧チョッパ回路５６によって昇圧された電圧に応じて、電磁弁５５のプランジャが作動し始めるまでの時間を短縮すること、及び、プランジャの作動初期の速度を高速化することが可能となる。 When transistors 52 and 53 are turned on, the voltage is boosted by the boost chopper circuit 56, and the voltage charged in the capacitor 59 is applied to the solenoid coil 55a of the solenoid valve 55 via the transistor 52. Therefore, in accordance with the voltage boosted by the boost chopper circuit 56, it is possible to shorten the time until the plunger of the solenoid valve 55 starts to operate, and to increase the initial speed of the plunger operation.

ところで、上述のような回路構成にすると、昇圧チョッパ回路５６を新たに設けることになるので、製造コストが増大すると共に、昇圧チョッパ回路５６を収容するスペースも新たに必要となる。特に、リアクトル５７は比較的に容量が大きく、リアクトル５７を設ける筐体や基板が大型化すること自体が製造コストを増大させる要因となる。さらに、バイポーラトランジスタを精確にオンさせることは意外に難しい上に、バイポーラトランジスタは早い応答が求められる用途には余り適していないと言える。 However, when the circuit configuration described above is used, a new boost chopper circuit 56 must be provided, which increases manufacturing costs and requires additional space to accommodate the boost chopper circuit 56. In particular, the reactor 57 has a relatively large capacity, and the housing or board in which the reactor 57 is mounted must be large, which in itself increases manufacturing costs. Furthermore, it is surprisingly difficult to turn on bipolar transistors accurately, and bipolar transistors are not particularly suitable for applications that require a fast response.

特開平６－０２６５８９公報Japanese Patent Application Publication No. 6-026589

本発明は、上述の課題を解決するために、ソレノイド駆動回路において、製造コストの増大や、筐体や基板の大型化をできる限り抑えつつ、ソレノイドの応答性と高速性を高めることが可能なソレノイド駆動回路を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention aims to provide a solenoid drive circuit that can increase the responsiveness and high speed of the solenoid while minimizing increases in manufacturing costs and increases in the size of the housing and board.

請求項１に記載の発明は、ソレノイドに設けられたソレノイドコイルと、正極側が前記ソレノイドコイルの一方の端部に接続され、負極側が前記ソレノイドコイルの他方の端部に接続されると共に、前記ソレノイドコイルに電流を供給する駆動用電源と、負側端子が前記ソレノイドコイルの前記他方の端部に接続され、正側端子が前記駆動用電源の前記負極側に接続されると共に、前記ソレノイドコイルに直列に設けられたコンデンサと、正極側が前記コンデンサの前記正側端子に接続され、負極側が前記コンデンサの前記負側端子に接続されると共に、前記コンデンサに電流を供給する充電用電源と、前記駆動用電源の前記正極側と前記ソレノイドコイルの前記一方の端部との間に設けられたスイッチ素子と、一方の端子が前記ソレノイドコイルの前記他方の端部に接続され、他方の端子が前記充電用電源の前記負極側及び前記充電用電源の前記正極側に接続されると共に、前記駆動用電源の出力電流の方向に対して順方向となるように設けられた第１のダイオードを備え、前記駆動用電源の前記負極側、前記充電用電源の前記正極側、前記コンデンサの前記正側端子、及び、前記第１のダイオードの前記他方の端子が接地され、前記スイッチ素子がオフしているときに、前記コンデンサが前記充電用電源によって充電され、前記スイッチ素子がオンしたときに、前記駆動用電源の出力電圧と前記コンデンサの充電電圧の和が前記ソレノイドコイルに印加されるようになされていることを特徴とするソレノイド駆動回路である。 The invention described in claim 1 includes a solenoid coil provided in a solenoid, a driving power source having a positive terminal connected to one end of the solenoid coil and a negative terminal connected to the other end of the solenoid coil and supplying a current to the solenoid coil, a capacitor having a negative terminal connected to the other end of the solenoid coil and a positive terminal connected to the negative terminal of the driving power source and provided in series with the solenoid coil, a charging power source having a positive terminal connected to the positive terminal of the capacitor and a negative terminal connected to the negative terminal of the capacitor and supplying a current to the capacitor, a switch element provided between the positive terminal of the driving power source and the one end of the solenoid coil, and A solenoid drive circuit is characterized in that the first diode has a terminal connected to the other end of the solenoid coil, the other terminal connected to the negative side of the charging power supply and the positive side of the charging power supply, and is provided with a first diode arranged in a forward direction with respect to the direction of the output current of the driving power supply, the negative side of the driving power supply, the positive side of the charging power supply, the positive terminal of the capacitor, and the other terminal of the first diode are grounded, and when the switch element is off, the capacitor is charged by the charging power supply, and when the switch element is on, the sum of the output voltage of the driving power supply and the charging voltage of the capacitor is applied to the solenoid coil.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、さらに、前記ソレノイドコイルに並列に設けられ、かつ、一方の端子が前記駆動用電源の前記正極側に接続され、他方の端子が前記コンデンサの前記負側端子、前記駆動用電源の前記負極側及び前記充電用電源の前記正極側に接続されると共に、前記駆動用電源の前記出力電流の方向に対して逆方向となるように設けられた第２のダイオードを備えていることを特徴とするソレノイド駆動回路である。 The invention described in claim 2 is the solenoid drive circuit according to the invention described in claim 1, further comprising a second diode arranged in parallel with the solenoid coil, one terminal of which is connected to the positive electrode side of the drive power supply, and the other terminal of which is connected to the negative terminal of the capacitor, the negative electrode side of the drive power supply, and the positive electrode side of the charging power supply, and arranged in a direction opposite to the direction of the output current of the drive power supply.

請求項１に記載の発明によれば、充電用電源によってコンデンサを予め充電しておき、スイッチ素子をオンすることによって、駆動用電源とコンデンサとの両方の電圧がソレノイドコイルに印加されるので、ソレノイドのプランジャが作動し始めるまでの時間を短縮し、かつ、プランジャの作動初期の速度を高速化することができる。さらに、充電用電源がコンデンサを継続的に充電するようにできるので、ソレノイドを比較的短時間のうちに繰り返し作動させることができる。また、一般的なソレノイド駆動回路に対して、充電用電源、コンデンサ及び第１のダイオードを追加する必要があるが、充電用電源は、各種の一次電池若しくは二次電池を使用でき、あるいは、ソレノイドを実装する機器の電源回路から供給される直流電流を充電用電源として使用できると共に、コンデンサ、第１のダイオード及び第３のダイオードは、実装面積が極めて小さいので、筐体や基板の大型化を招くことがない。また、安価な電池及び回路用素子のみで構成するので、製造コストの増大も極めて小幅のものに留まる。 According to the invention described in claim 1, the capacitor is charged in advance by the charging power source, and by turning on the switch element, the voltages of both the driving power source and the capacitor are applied to the solenoid coil, so that the time until the plunger of the solenoid starts to operate can be shortened and the initial speed of the plunger can be increased. Furthermore, since the charging power source can be made to continuously charge the capacitor, the solenoid can be repeatedly operated in a relatively short time. In addition, although it is necessary to add a charging power source, a capacitor, and a first diode to a general solenoid driving circuit, the charging power source can be various primary or secondary batteries, or the direct current supplied from the power circuit of the device in which the solenoid is mounted can be used as the charging power source, and the mounting area of the capacitor, first diode, and third diode is extremely small, so that the housing and board do not become large. In addition, since it is composed of only inexpensive batteries and circuit elements, the increase in manufacturing costs is also extremely small.

請求項２に記載の発明によれば、ソレノイドコイルの逆起電力による高電圧の発生を防止できる。 The invention described in claim 2 can prevent the generation of high voltage due to the back electromotive force of the solenoid coil.

本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路の回路図である。1 is a circuit diagram of a solenoid drive circuit according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路のコンデンサへの充電状態を示す回路図である。4 is a circuit diagram showing a charging state of a capacitor in the solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路のソレノイドコイルへの通電状態を示す回路図（１）である。FIG. 2 is a circuit diagram (1) showing a current-carrying state of a solenoid coil of a solenoid drive circuit according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路のソレノイドコイルへの通電状態を示す回路図（２）である。FIG. 4 is a circuit diagram (2) showing a state in which current is applied to a solenoid coil of the solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路の通電時の特性を示すグラフである。5 is a graph showing characteristics of a solenoid drive circuit according to an embodiment of the present invention when current is applied; 従来技術に係るソレノイド駆動回路の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a solenoid drive circuit according to the prior art.

本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路は、各種のソレノイドに適用できるものであるが、特に車両用電磁弁など非常に高い応答性又は高速性が求められるソレノイドに特に好適である。以下に、本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路の回路図である。図１において、１０はソレノイド駆動回路、２０は駆動用電源、２１は充電用電源、２２はソレノイドコイル、２３は第２のダイオード、２４はスイッチ素子、２５はコンデンサ、２６は第１のダイオード、２７は接地点、２８は第１の抵抗、２９はＦＥＴドライバ、３０はソレノイドの電気的構成部品、３１は初期駆動加速部である。なお、本願の特許請求の範囲及び明細書において、「一方の端子」又は「一方の端部」と記載した場合は、駆動用電源２０の正極に近い側のものを示し、「他方の端子」又は「他方の端部」と記載した場合は、駆動用電源２０の負極に近い側のものを示すものとする。 The solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention can be applied to various solenoids, but is particularly suitable for solenoids that require extremely high response or high speed, such as vehicle solenoid valves. The solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a circuit diagram of the solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10 is a solenoid drive circuit, 20 is a drive power source, 21 is a charging power source, 22 is a solenoid coil, 23 is a second diode, 24 is a switch element, 25 is a capacitor, 26 is a first diode, 27 is a ground point, 28 is a first resistor, 29 is a FET driver, 30 is an electrical component of the solenoid, and 31 is an initial drive acceleration unit. In the claims and specification of this application, "one terminal" or "one end" refers to the side closer to the positive electrode of the drive power source 20, and "the other terminal" or "the other end" refers to the side closer to the negative electrode of the drive power source 20.

まず、本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路１０の概要について説明する。図１に示すように、ソレノイド駆動回路１０は、ソレノイドコイル２２を含む直流回路であり、図示していないプランジャの駆動回路として機能する。このプランジャは、駆動用電源２０からの電力供給だけでも作動するが、本発明においては充電用電源２１を併せて設けることによって、プランジャが作動し始めるまでの時間を短縮すること、及び、プランジャの作動初期の速度を高速化することを実現している。 First, an overview of the solenoid drive circuit 10 according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the solenoid drive circuit 10 is a DC circuit including a solenoid coil 22, and functions as a drive circuit for a plunger (not shown). This plunger operates with only power supplied from a drive power source 20, but in the present invention, a charging power source 21 is also provided, thereby shortening the time until the plunger starts to operate and increasing the initial speed of the plunger operation.

駆動用電源２０は、後述するように、スイッチ素子２４がオンしたときにソレノイドコイル２２へ電力供給する。充電用電源２１は、常時オン状態にあり、コンデンサ２５へ電力供給し続ける。また、駆動用電源２０の負極側、充電用電源２１の正極側、コンデンサ２５の正側端子側、及び、第１のダイオード２６の他方の端子側は、それぞれ接地点２７において接地されている。なお、駆動用電源２０と充電用電源２１とは、ソレノイドを実装する装置の状況に応じて、実装する装置の電源回路からの電力供給や、一次電池又は二次電池からの電力供給などから適宜選択することができ、さらに、駆動用電源２０と充電用電源２１とを異なる種類の電源からなるものとしてもよい。また、充電用電源２１は、例えばソレノイドの動作頻度が低い機器においては、必要な時のみオンする構成にしてもよい。 As described later, the driving power supply 20 supplies power to the solenoid coil 22 when the switch element 24 is turned on. The charging power supply 21 is always on and continues to supply power to the capacitor 25. The negative electrode side of the driving power supply 20, the positive electrode side of the charging power supply 21, the positive terminal side of the capacitor 25, and the other terminal side of the first diode 26 are each grounded at the ground point 27. The driving power supply 20 and the charging power supply 21 can be appropriately selected from power supply from the power circuit of the device in which the solenoid is implemented, power supply from a primary battery or secondary battery, etc., depending on the situation of the device in which the solenoid is implemented, and further, the driving power supply 20 and the charging power supply 21 may be made of different types of power supplies. In addition, the charging power supply 21 may be configured to be turned on only when necessary, for example, in a device in which the solenoid operates infrequently.

さらに、ソレノイド駆動回路１０について詳細に説明する。ソレノイドコイル２２は、図示していないソレノイドに電気的構成部品として設けられている。ソレノイドコイル２２の一方の端部は、スイッチ素子２４を介して駆動用電源２０の正極側に接続され、ソレノイドコイル２２の他方の端部は、第１のダイオード２６を介して駆動用電源２０の負極側、及び、充電用電源２１の正極側に接続されている。また、第２のダイオード２３がソレノイドコイル２２に対して並列になるように設けられると共に、スイッチ素子２４を介して駆動用電源２０の正極側に接続され、ソレノイドコイル２２の他方の端部は、第１のダイオード２６を介して駆動用電源２０の負極側、及び、充電用電源２１の正極側に接続されている。第２のダイオード２３は、駆動用電源２０の出力電流の方向に対して逆方向となるように設けられており、ソレノイドコイル２２の逆起電力による高電圧の発生を防止するフライホイールダイオードとして設けられている。なお、第２のダイオード２３に代えて、バリスタやツェナーダイオードを設けてもよい。または、この位置にダイオード等を設けるのではなく、スイッチ素子２４であるＦＥＴのドレイン－ソース間にバリスタを設けても同様に機能する。 The solenoid drive circuit 10 will be described in detail. The solenoid coil 22 is provided as an electrical component in a solenoid (not shown). One end of the solenoid coil 22 is connected to the positive electrode side of the driving power source 20 via a switch element 24, and the other end of the solenoid coil 22 is connected to the negative electrode side of the driving power source 20 and the positive electrode side of the charging power source 21 via a first diode 26. A second diode 23 is provided in parallel with the solenoid coil 22 and is connected to the positive electrode side of the driving power source 20 via a switch element 24, and the other end of the solenoid coil 22 is connected to the negative electrode side of the driving power source 20 and the positive electrode side of the charging power source 21 via the first diode 26. The second diode 23 is provided in the opposite direction to the direction of the output current of the driving power source 20, and is provided as a flywheel diode to prevent the generation of high voltage due to the back electromotive force of the solenoid coil 22. A varistor or Zener diode may be provided instead of the second diode 23. Alternatively, instead of providing a diode or the like in this position, a varistor may be provided between the drain and source of the FET, which is the switch element 24, and this will function in the same way.

また、駆動用電源２０の正極側と、ソレノイドコイル２２の一方の端部及び第２のダイオード２３の一方の端子との間には、スイッチ素子２４が設けられている。スイッチ素子２４は、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴからなる。Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴは、ソース電極に対してゲート電極側が負になる電圧を印加するとオン状態になるが、ゲート電極側が正になる電圧を印加するとオン状態になるＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。いずれにせよ、オン動作の高速性を考慮すると、スイッチ素子２４には、バイポーラトランジスタではなく、ＭＯＳＦＥＴを用いることが非常に望ましい。ＦＥＴドライバ２９はスイッチ素子２４を駆動するためのものであるが、本発明との関連性が薄いので、説明は省略する。 A switch element 24 is provided between the positive electrode of the driving power supply 20, one end of the solenoid coil 22, and one terminal of the second diode 23. The switch element 24 is a P-channel MOSFET. A P-channel MOSFET turns on when a voltage is applied that makes the gate electrode negative with respect to the source electrode, but an N-channel MOSFET may also be used, which turns on when a voltage is applied that makes the gate electrode positive. In any case, considering the high speed of the ON operation, it is highly desirable to use a MOSFET, rather than a bipolar transistor, for the switch element 24. The FET driver 29 drives the switch element 24, but since it has little relevance to the present invention, its description will be omitted.

さらに、ソレノイド駆動回路１０には、コンデンサ２５と第１のダイオード２６とからなる初期駆動加速部３１が設けられている。初期駆動加速部３１は、図示していないソレノイドの作動初期において、駆動用電源２０による通常の電力供給に初期駆動加速部３１からの電力供給を上乗せすることによって、応答性及び高速性を高めるために設けられている。コンデンサ２５は、負側端子が充電用電源２１の負極側と、ソレノイドコイル２２の他方の端部、及び、第２のダイオード２３の他方の端子に第１の抵抗２８を介して接続され、正側端子が充電用電源２１の正極側、及び、駆動用電源２０の負極側と、第１のダイオード２６の他方の端子に接続されている。第１のダイオード２６は、コンデンサ２５に対して並列に設けられており、一方の端子が充電用電源２１の負極側と、ソレノイドコイル２２の他方の端部、及び、第２のダイオード２３の他方の端子に接続され、他方の端子が充電用電源２１の正極側、及び、駆動用電源２０の負極側に接続されている。第１のダイオード２６は、このように接続されることによって、コンデンサ２５の電荷放電後にソレノイド電流を流す経路を確保する役割を持つ。 Furthermore, the solenoid drive circuit 10 is provided with an initial drive acceleration section 31 consisting of a capacitor 25 and a first diode 26. The initial drive acceleration section 31 is provided to enhance responsiveness and high speed by adding power supply from the initial drive acceleration section 31 to the normal power supply from the drive power source 20 at the beginning of the operation of the solenoid (not shown). The negative terminal of the capacitor 25 is connected to the negative side of the charging power source 21, the other end of the solenoid coil 22, and the other terminal of the second diode 23 via a first resistor 28, and the positive terminal is connected to the positive side of the charging power source 21, the negative side of the drive power source 20, and the other terminal of the first diode 26. The first diode 26 is provided in parallel with the capacitor 25, with one terminal connected to the negative side of the charging power source 21, the other end of the solenoid coil 22, and the other terminal of the second diode 23, and the other terminal connected to the positive side of the charging power source 21 and the negative side of the driving power source 20. By being connected in this way, the first diode 26 has the role of securing a path for the solenoid current to flow after the charge of the capacitor 25 is discharged.

続けて、本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路１０の動作について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路のコンデンサへの充電状態を示す回路図である。図２において用いた符号は、全て図と同じものを示す。さらに、図３は、本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路のソレノイドコイルへの通電状態を示す回路図（１）である。図３において用いた符号は、全て図と同じものを示す。くわえて、図４は、本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路のソレノイドコイルへの通電状態を示す回路図（２）である。図４において用いた符号は、全て図と同じものを示す。 Next, the operation of the solenoid drive circuit 10 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a circuit diagram showing the charging state of the capacitor of the solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention. All the symbols used in FIG. 2 are the same as those in the figure. Furthermore, FIG. 3 is a circuit diagram (1) showing the energization state of the solenoid coil of the solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention. All the symbols used in FIG. 3 are the same as those in the figure. In addition, FIG. 4 is a circuit diagram (2) showing the energization state of the solenoid coil of the solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention. All the symbols used in FIG. 4 are the same as those in the figure.

まず、図２に示すように、充電用電源２１からの電力供給によってコンデンサ２５を充電しておく。前述のように、この実施の形態に係るソレノイド駆動回路１０では、充電用電源２１は常時オン状態になっている。したがって、スイッチ素子２４がオフ状態であっても、充電用電源２１の正極側から、コンデンサ２５、第１の抵抗２８を経由し、充電用電源２１の負極側へ戻る電流路が生成され、コンデンサ２５が充電される。コンデンサ２５が充電された状態において、スイッチ素子２４をオンすると、図３に示すように、駆動用電源２０の正極側から、スイッチ素子２４、ソレノイドコイル２２、コンデンサ２５を経由し、駆動用電源２０の負極側へ戻る電流路が生成される。したがって、コンデンサ２５の放電が終わるまでの間、図示していないソレノイドに対して、駆動用電源２０とソレノイドコイル２２の放電により励磁電流が供給されることになる。 First, as shown in FIG. 2, the capacitor 25 is charged by power supplied from the charging power source 21. As described above, in the solenoid drive circuit 10 according to this embodiment, the charging power source 21 is always on. Therefore, even if the switch element 24 is off, a current path is generated that returns from the positive side of the charging power source 21 to the negative side of the charging power source 21 via the capacitor 25 and the first resistor 28, and the capacitor 25 is charged. When the switch element 24 is turned on in a charged state of the capacitor 25, a current path is generated that returns from the positive side of the driving power source 20 to the negative side of the driving power source 20 via the switch element 24, the solenoid coil 22, and the capacitor 25, as shown in FIG. 3. Therefore, until the discharge of the capacitor 25 is completed, an excitation current is supplied to the solenoid (not shown) by the discharge of the driving power source 20 and the solenoid coil 22.

コンデンサ２５の放電後は、図４に示すように、駆動用電源２０の正極側から、スイッチ素子２４、ソレノイドコイル２２、第１のダイオード２６を経由し、駆動用電源２０の負極側へ戻る電流路が生成される。すなわち、ソレノイドコイル２２は、駆動用電源２０からの電力供給のみで引き続き作動することになる。 After the capacitor 25 is discharged, as shown in FIG. 4, a current path is generated that runs from the positive side of the driving power supply 20 through the switch element 24, the solenoid coil 22, and the first diode 26 back to the negative side of the driving power supply 20. In other words, the solenoid coil 22 continues to operate only with the power supply from the driving power supply 20.

図５は、本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路の通電時の特性を示すグラフである。図５は、上述のソレノイド駆動回路１０の動作を解析したものであり、コンデンサ電圧及び電流は、コンデンサ２５の両端子間の電圧及び電流の変動をシミュレーションによって得たものであり、ソレノイド電圧及び電流も、ソレノイドコイル２２の両端子間の電圧及び電流の変動をシミュレーションによって得たものである。 Figure 5 is a graph showing the characteristics of the solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention when current is applied. Figure 5 is an analysis of the operation of the above-mentioned solenoid drive circuit 10, where the capacitor voltage and current were obtained by simulating the fluctuations in voltage and current between both terminals of the capacitor 25, and the solenoid voltage and current were obtained by simulating the fluctuations in voltage and current between both terminals of the solenoid coil 22.

図５から分かるように、スイッチ素子２４をオンしてから、コンデンサ２５の放電によってコンデンサ電圧が極めて急速に立ち上がる。同時に、コンデンサ電流も急速に立ち上がる。したがって、スイッチ素子２４がオンしたときに、駆動用電源２０からの出力電圧とコンデンサ２５からの充電電圧の和がソレノイドコイル２２に印加されるので、スイッチ素子２４をオンしてから、ソレノイドコイル２２に対する電力供給が非常に急速に増大し、駆動用電源２０からの電力供給だけでは実現できない電力供給が可能となっている。また、コンデンサ２５の放電が完了すると、コンデンサ電流は非常に急速に低下し、駆動用電源２０からの電流に切り替わっている。 As can be seen from Fig. 5, after the switch element 24 is turned on, the capacitor voltage rises extremely rapidly due to the discharge of the capacitor 25. At the same time, the capacitor current also rises rapidly. Therefore, when the switch element 24 is turned on, the sum of the output voltage from the driving power supply 20 and the charging voltage from the capacitor 25 is applied to the solenoid coil 22, so that after the switch element 24 is turned on, the power supply to the solenoid coil 22 increases extremely rapidly, making it possible to supply power that cannot be achieved by the power supply from the driving power supply 20 alone. Furthermore, when the discharge of the capacitor 25 is completed, the capacitor current drops extremely rapidly and is switched to the current from the driving power supply 20.

以上のように、スイッチ素子２４がオンしたときに、駆動用電源２０からの出力電圧とコンデンサ２５からの充電電圧の和がソレノイドコイル２２に印加されるようになされているので、供給される電流は急速に増大することが分かる。したがって、ソレノイドコイル２２への通電によって流れる磁束も増大し、プランジャが作動し始めるまでの時間を短縮すること、及び、プランジャの作動初期の速度を高速化することが実現できることが分かる。また、ソレノイドに求められる特性によって多少異なるが、充電用電源２１、コンデンサ２５及び第１のダイオード２６は非常に小さな素子を採用できるので、基板の面積や筐体の容積をほとんど増大させず、製造コストをほとんど増大させないという利点もある。さらに、コンデンサ２５の放電による電力供給は、補助電源による電力供給のように、補助電源用のスイッチ素子を非常に高精度に動作させる必要がないという利点もある。 As described above, when the switch element 24 is turned on, the sum of the output voltage from the drive power source 20 and the charging voltage from the capacitor 25 is applied to the solenoid coil 22, so that the current supplied increases rapidly. Therefore, the magnetic flux flowing by the current passing through the solenoid coil 22 also increases, shortening the time until the plunger starts to operate and increasing the initial speed of the plunger operation. In addition, although it varies somewhat depending on the characteristics required for the solenoid, the charging power source 21, the capacitor 25, and the first diode 26 can be very small elements, so there is also the advantage that there is almost no increase in the area of the board or the volume of the housing, and almost no increase in manufacturing costs. Furthermore, the power supply by discharging the capacitor 25 has the advantage that there is no need to operate the switch element for the auxiliary power source with high precision, as in the case of power supply from an auxiliary power source.

本発明は以上に説明した内容に限定されるものではなく、例えば、本発明の実施の形態に係るソレノイド駆動回路の構成に対して、センサを付加するなど、請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の構成にすることが可能である。 The present invention is not limited to the above description, and various configurations are possible without departing from the scope of the claims, such as adding a sensor to the configuration of the solenoid drive circuit according to the embodiment of the present invention.

１０ソレノイド駆動回路
２０駆動用電源
２１充電用電源
２２ソレノイドコイル
２３第２のダイオード
２４スイッチ素子
２５コンデンサ
２６第１のダイオード
２７接地点
２８第１の抵抗
２９ＦＥＴドライバ
３０ソレノイドの電気的構成部品
３１初期駆動加速部
５１直流電源
５２トランジスタ
５３トランジスタ
５４電流制限抵抗
５５電磁弁
５５ａソレノイドコイル
５６昇圧チョッパ回路
５７リアクトル
５８ダイオード
５９コンデンサ
６０チョッパ用ＮＰＮトランジスタ
６１逆流阻止ダイオード 10 Solenoid drive circuit 20 Drive power supply 21 Charging power supply 22 Solenoid coil 23 Second diode 24 Switch element 25 Capacitor 26 First diode 27 Ground point 28 First resistor 29 FET driver 30 Electrical components of solenoid 31 Initial drive acceleration unit 51 DC power supply 52 Transistor 53 Transistor 54 Current limiting resistor 55 Solenoid valve 55a Solenoid coil 56 Boost chopper circuit 57 Reactor 58 Diode 59 Capacitor 60 Chopper NPN transistor 61 Reverse current blocking diode

Claims

A solenoid coil provided in the solenoid;
a driving power source having a positive electrode connected to one end of the solenoid coil and a negative electrode connected to the other end of the solenoid coil, the driving power source supplying a current to the solenoid coil;
a capacitor having a negative terminal connected to the other end of the solenoid coil and a positive terminal connected to the negative electrode side of the driving power source, the capacitor being provided in series with the solenoid coil;
a charging power source having a positive electrode connected to the positive terminal of the capacitor and a negative electrode connected to the negative terminal of the capacitor, the charging power source supplying a current to the capacitor;
a switch element provided between the positive electrode side of the driving power source and the one end of the solenoid coil;
a first diode having one terminal connected to the other end of the solenoid coil and the other terminal connected to the negative electrode side of the charging power source and the positive electrode side of the charging power source, the first diode being arranged in a forward direction with respect to the direction of the output current of the driving power source;
the negative electrode side of the driving power supply, the positive electrode side of the charging power supply, the positive terminal of the capacitor, and the other terminal of the first diode are grounded;
When the switch element is turned off, the capacitor is charged by the charging power source,
a first switching element that switches on the first and second switching elements, and a second switching element that switches on the second and third switching elements, the first switching element being connected to the first and second switching elements, and the second switching element being connected to the first and second switching elements.

The solenoid drive circuit according to claim 1 further comprises a second diode arranged in parallel with the solenoid coil, one terminal of which is connected to the positive electrode side of the drive power supply and the other terminal of which is connected to the negative terminal of the capacitor, the negative electrode side of the drive power supply, and the positive electrode side of the charging power supply, and arranged in a direction opposite to the direction of the output current of the drive power supply.