JP2006351910A - Solenoid driving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電磁ポンプ等に用いられるソレノイドコイルにパルスを印加して駆動する際に、ソレノイドコイルに発生する誘導起電流の減衰時間を短かくするソレノイド駆動回路に関する。 The present invention relates to a solenoid drive circuit that shortens the decay time of an induced electromotive current generated in a solenoid coil when the solenoid coil used in an electromagnetic pump or the like is driven by applying a pulse.
ソレノイドコイルに通電して得られる磁気力を利用して稼働する電磁ポンプ等の直流パルス駆動において、インダクタンスを有するソレノイドコイルの電流を断つことにより発生する逆起電流エネルギーは、一般的に図6に示す回路のように、フライホイールダイオードDに転流させ、ジュール熱として消費することでトランジスタ等を保護している。 In the DC pulse drive of an electromagnetic pump or the like that operates using the magnetic force obtained by energizing the solenoid coil, the counter electromotive current energy generated by cutting off the current of the solenoid coil having inductance is generally shown in FIG. As in the circuit shown, the transistors and the like are protected by commutating to the flywheel diode D and consuming it as Joule heat.
この場合の逆起電流Ibの減衰時間は、電磁ポンプの場合には数ms以上となり、比較的長い時定数をもって電流がゼロになる。従って、駆動周期が20ms以下の場合には、この程度の逆起電流の減衰時間、即ち電磁ポンプの駆動電流Icの電流立ち下り時間は、電磁ポンプのプランジャの復旧遅れで出力低下等の不都合な状態を発生させるし、逆起電流Ibの長い減衰時間はソレノイドコイルに過度の温度上昇をも招いていた。図6の回路図中の各所の電流波形を図7に示す。 In this case, the decay time of the counter electromotive current Ib is several ms or more in the case of an electromagnetic pump, and the current becomes zero with a relatively long time constant. Therefore, when the drive cycle is 20 ms or less, the back electromotive force decay time, that is, the current fall time of the electromagnetic pump drive current Ic is inconvenient, such as a decrease in output due to a delay in recovery of the plunger of the electromagnetic pump. The long decay time of the back electromotive current Ib causes an excessive temperature rise in the solenoid coil. FIG. 7 shows current waveforms at various points in the circuit diagram of FIG.
前述の逆起電流減衰時間の短縮を図る技術として、特許文献1に記述されている。即ち、図8に示すと、トランジスタTrが遮断した時にソレノイドコイルSCに発生する逆起電流のほとんどが、図中の電流Ieとして、抵抗R1を介して電解コンデンサCを瞬時に充電する。電解コンデンサCの充電された電荷は抵抗R1と抵抗R2を介してLEDに流す電流Igとして、抵抗R1と抵抗R2の時定数により緩やかに電解コンデンサの充電電荷を放電して行く。図8の回路における各所の電流波形を図9に示す。
逆起電流は、そのほとんどがトランジスタTrを遮断した瞬間に、電解コンデンサCを充電する電流Ieとして瞬時に流れるので、ソレノイドコイルSCに流れる駆動電流Ifの立ち下り減衰時間が速く減衰する状態が確認できる。 The back electromotive current almost instantaneously flows as the current Ie for charging the electrolytic capacitor C at the moment when the transistor Tr is cut off, so it is confirmed that the fall decay time of the drive current If flowing in the solenoid coil SC is quickly attenuated. it can.
しかしながら、図8に示す回路では、仮にソレノイドコイルに流す電流が大きくなると、発生する逆起電流も大きくなるので、図8に示す電解コンデンサCの容量も増やし充電電荷も増大する。そして、この電荷を放電する発光ダイオードは、「最大パルス順電流値」以内で放電する必要があり、そのためには発光ダイオードLED、保護ダイオードD2及び抵抗R2から成る回路部を複数個並列接続する必要が生じてくる。 However, in the circuit shown in FIG. 8, if the current flowing through the solenoid coil increases, the generated back electromotive current also increases. Therefore, the capacity of the electrolytic capacitor C shown in FIG. 8 increases and the charge charge also increases. The light emitting diode that discharges the electric charge needs to be discharged within the “maximum pulse forward current value”. For that purpose, a plurality of circuit units including the light emitting diode LED, the protection diode D2, and the resistor R2 need to be connected in parallel. Will arise.
この具体的な例として、直流抵抗が0.9Ωで、インダクタンスが3mH程度のソレノイドコイルを直流12Vの電源で駆動する回路例を図10に示す。図10の回路において、コンデンサCの静電容量は1000μFとし、抵抗R1を介して充電する際に、コンデンサCを許容リプル電流範囲内にするため、抵抗R1は10Ωとする。この回路定数でソレノイドに通電するデューティ比が約40%時に、赤外線発光ダイオードLED1,LED2にはそれぞれ約70mAの電流が流れる。ここでソレノイドコイル両端の電圧波形を図11に示す。
As a specific example, FIG. 10 shows a circuit example in which a solenoid coil having a DC resistance of 0.9Ω and an inductance of about 3 mH is driven by a
図11から解るように、逆起電圧は、−70V近くに達し、アース側からみたトランジスタTrのコレクタ電圧は約80V程度となる。この電圧は「ベース開放エミッタ接地コレクタ最大電圧VCEO以下にする必要があるが、一般的には、低い駆動電圧でソレノイドコイルを大電流で駆動するトランジスタはVCEOが低いので、現実的には逆起電流は駆動電圧の3倍以下にすることが望ましい。 As can be seen from FIG. 11, the back electromotive voltage reaches near -70V, and the collector voltage of the transistor Tr viewed from the ground side is about 80V. This voltage needs to be lower than the maximum open-base emitter-collector collector voltage VCEO, but in general, a transistor that drives a solenoid coil with a large current at a low driving voltage has a low VCEO. It is desirable that the current is not more than three times the driving voltage.
具体例を示すと、前述の図10に示す回路例において、逆起回路部のインピーダンスを下げるために、図12で示す回路例のように、抵抗は10Ωから3Ωへと変更し、コンデンサのリブル電流を低減するために、コンデンサ静電容量は1000μFから4700μFに変更する。この際のソレノイドコイル両端の電圧波形は図13に示す。逆起電圧は−40V程度に低減しているが、赤外線ダイオードには70mAから100mAと少し増加する。しかしながら、4700μFのコンデンサ容量は比較的大きく、100mAの赤外線発光ダイオードへの流入電流も最大定格値と等しい値である。 Specifically, in the circuit example shown in FIG. 10, in order to lower the impedance of the back electromotive circuit unit, the resistance is changed from 10Ω to 3Ω as in the circuit example shown in FIG. To reduce the current, the capacitor capacitance is changed from 1000 μF to 4700 μF. The voltage waveform at both ends of the solenoid coil at this time is shown in FIG. The back electromotive force is reduced to about -40V, but increases slightly from 70 mA to 100 mA for the infrared diode. However, the capacitor capacity of 4700 μF is relatively large, and the current flowing into the 100 mA infrared light emitting diode is also equal to the maximum rated value.
そこで、この発明は、発生した逆起電流の減衰時間を短くする方法を、発光ダイオードを使用せず、かつ簡易な回路構成で達成しようとするものである。 Accordingly, the present invention seeks to achieve a method for shortening the decay time of the generated back electromotive current without using a light emitting diode and with a simple circuit configuration.
この発明に係るソレノイド駆動回路は、ソレノイドコイルの一端に所望のパルスの入力電圧によってオンオフされるスイッチング素子を接続し、前記ソレノイドコイルに磁気を断続的に発生させるソレノイド駆動回路において、前記ソレノイドコイルの前記スイッチング素子側に逆流防止のダイオードを直列に接続し、前記ソレノイドコイルと前記逆流防止のダイオードに対し、抵抗と直列接続の無極電解コンデンサを並列に接続すると共に、前記抵抗にフライホイルダイオードを並列に接続したことにある(請求項1)。 A solenoid drive circuit according to the present invention is a solenoid drive circuit in which a switching element that is turned on and off by an input voltage of a desired pulse is connected to one end of a solenoid coil, and the solenoid coil generates magnetism intermittently. A backflow prevention diode is connected in series on the switching element side, and a non-polar electrolytic capacitor connected in series with a resistor is connected in parallel to the solenoid coil and the backflow prevention diode, and a flywheel diode is connected in parallel to the resistance. (Claim 1).
これにより、トランジスタの導通時にソレノイドコイルに順方向の駆動電流Ijが流れと同時に、電力型抵抗を介して無極電解コンデンサを充電する電流Ikが流れる。この電流Ikは、無極電解コンデンサの電力型抵抗側をプラス電荷に、反電力型抵抗側(トランジスタのコレクタ側)をマイナス電荷に充電する。 As a result, a forward drive current Ij flows through the solenoid coil when the transistor is turned on, and at the same time, a current Ik that charges the nonpolar electrolytic capacitor flows through the power-type resistor. This current Ik charges the power-type resistance side of the non-polar electrolytic capacitor with a positive charge and charges the counter-power-type resistance side (the collector side of the transistor) with a negative charge.
次にトランジスタが遮断時に、発生する逆起電流Iiは無極電解コンデンサを反電力型抵抗側から電力型抵抗方向に逆に充電してしまうことから、相殺されて逆起電流Iiの減衰時は極めて短くなる。従って、ソレノイドコイルの駆動電流Ijの立ち下り減衰時間が速くなる。 Next, when the transistor is shut off, the counter electromotive current Ii that is generated reversely charges the nonpolar electrolytic capacitor in the direction of the power type resistance from the counter power type resistance side. Shorter. Therefore, the fall decay time of the solenoid coil drive current Ij is accelerated.
以上のように、この発明によれば、ソレノイドコイルに並列接続の無極電解コンデンサに対し、トランジスタのオン時に電力型抵抗側をプラス電荷に、反電力型抵抗側をマイナスに電荷するが、トランジスタのオフ時に電力型抵抗側をマイナスに、反電力型抵抗側をプラスに充電することから、逆起電流の減衰時間を極めて短くすることができる。 As described above, according to the present invention, the non-electrolytic capacitor connected in parallel to the solenoid coil is charged positively on the power-type resistance side and negatively charged on the anti-power-type resistance side when the transistor is turned on. Since the power type resistance side is negatively charged and the counter power type resistance side is positively charged at the time of OFF, the decay time of the back electromotive current can be extremely shortened.
以下、この発明の実施例を図面にもとづいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1にこの発明の回路図、図2に各所の電圧波形、図3に各所の電流波形を示している。図1において、ソレノイドコイル1は、ステッピングモータや電磁コイル等に用いられているが、以下電磁ポンプに採用されている例を持って説明すると、ソレノイドコイル1は、その一方が逆流防止のダイオード2を介して、スイッチング素子であるトランジスタ3のコレクタ側に接続されている。
FIG. 1 shows a circuit diagram of the present invention, FIG. 2 shows voltage waveforms at various locations, and FIG. 3 shows current waveforms at various locations. In FIG. 1, the
前記ソレノイドコイル1と逆流防止のダイオード2に対し、電力型抵抗4と無極電解コンデンサ5の直列回路が並列に接続されている。さらに、前記抵抗4に対し、フライホイルダイオード6が並列に接続されている
A series circuit of a power-
いま、トランジスタ3が導通すると、ソレノイドコイル1に順方向の駆動電流Ijが流れると同時に、電力型抵抗4を介して無極電解コンデンサ5を充電する電流Ikが流れる。この電流Ikは、無極電解コンデンサ5のZ側をプラス電荷に、Y側をマイナス電荷に充電する。
Now, when the transistor 3 is turned on, a forward drive current Ij flows through the
次にトランジスタ3が遮断すると、発生する逆起電力による逆起電流Iiは無極電解コンデンサ5をY側からZ側方向に充電する訳であるが、トランジスタ3が導通していた際には、無極電解コンデンサ5は逆方向に充電されて、電荷が逆帯電していた訳であるから、電荷の移動という観点から、逆起電流が無極コンデンサ5を介して放電したことになる。
Next, when the transistor 3 is shut off, the counter electromotive current Ii generated by the counter electromotive force charges the non-polar
この放電電流、即ち逆起電流Iiの減衰時間は、図3に示すように極めて短い。従って、ソレノイドコイルの駆動電流Ijの立ち下り減衰時間が前述の図7のIcと比較すると速くなっている。なお電力型抵抗4は、無極電解コンデンサの充放電時間を規定する他に、+Vs〜Y間のインピーダンスを下げて、逆起電圧と駆動直流電圧Vsの和、即ち図2の(X)及び図2の(Y)で示すVp−pを、トランジスタ3の「ベース開放エミッタ接地コレクタ最大電圧」VCEOの定格値を超えないように制限して、トランジスタ3の破壊を防ぐために必要な抵抗である。
The decay time of the discharge current, that is, the back electromotive current Ii is extremely short as shown in FIG. Therefore, the fall decay time of the solenoid coil drive current Ij is faster than Ic of FIG. In addition to defining the charging / discharging time of the non-electrolytic capacitor, the power-
図4において、この発明の回路を構成する素子の値として、ソレノイドコイル1は直流抵抗0.9Ω、インダクタンス3mH、無極電解コンデンサ5の静電容量を470μF、電力型抵抗4は100Ωとする。ソレノイドコイル1への通電条件を前述と同様にデューティ比40%とした場合のソレノイドコイル1両端の電圧波形を図5に示すが逆起電圧は−30V以内である。この点は、図12で示した従来のLEDを使用した回路例よりも少ない部品で逆起電圧の発生を減少させられることと同時に、コンデンサの静電容量が大きく低減している点からも本発明の逆起電力回路が有利である。
In FIG. 4, as the values of the elements constituting the circuit of the present invention, the
1 ソレノイドコイル
2 ダイオード
3 トランジスタ
4 電力型抵抗
5 無極電解コンデンサ
6 フライホイルダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ソレノイドコイルの前記スイッチング素子側に逆流防止のダイオードを直列に接続し、前記ソレノイドコイルと前記逆流防止のダイオードに対し、抵抗と直列接続の無極電解コンデンサを並列に接続すると共に、前記抵抗にフライホイルダイオードを並列に接続したことを特徴とするソレノイド駆動回路。 In a solenoid drive circuit that connects a switching element that is turned on and off by an input voltage of a desired pulse to one end of the solenoid coil, and intermittently generates magnetism in the solenoid coil,
A backflow prevention diode is connected in series to the switching element side of the solenoid coil, and a non-polar electrolytic capacitor connected in series with a resistor is connected in parallel to the solenoid coil and the backflow prevention diode. A solenoid drive circuit characterized by connecting foil diodes in parallel.
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