| 【発明の名称】 |
電磁弁駆動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】河野 弘三
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| 【要約】 |
【課題】昇圧回路からの高電圧をＮ型半導体スイッチング素子を用いて電磁弁へ印加するのを制御する場合に、高効率で且つバッテリ電圧の低下の際にも電磁弁を確実に作動させるようにすること。
【解決手段】昇圧回路１１からの高圧出力ＨＶを電磁弁のコイル２のハイサイドに印加するのをオン、オフ制御するためのＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを有し、電磁弁の駆動初期段階においてＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを介して高圧出力ＨＶをコイル２に印加し電磁弁を高速で作動させるようにした電磁弁駆動装置１において、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを駆動するためのハイサイド駆動回路２１を有し、ハイサイド駆動回路２１にはＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを駆動するために用いられる電圧を供給するためのコンデンサ２１１が設けられており、コンデンサ２１１がバッテリ電圧ＶＢとコイル２のローサイド端に生じる逆起電圧ＶＲとの少なくとも一方によって充電されるように構成した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、ＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰＮトランジスタがスイッチング素子として用いられており該昇圧回路からの高電圧を電磁弁のコイルのハイサイドに印加するのをオン、オフ制御するためのハイサイドスイッチ部とを有し、前記電磁弁の駆動初期段階において該ハイサイドスイッチ部を介して前記高電圧を前記電磁弁のコイルに印加し前記電磁弁を高速で作動させるようにした電磁弁駆動装置において、前記ハイサイドスイッチ部を駆動するための駆動回路を有し、該駆動回路には前記スイッチング素子を駆動するために用いられる電圧を供給するためのコンデンサが設けられており、該コンデンサが前記バッテリ電圧と前記コイルのローサイド端に生じる逆起電圧との少なくとも一方によって充電されるようになっていることを特徴とする電磁弁駆動装置。
【請求項２】 前記スイッチング素子がＮチャンネルＦＥＴである請求項１記載の電磁弁駆動装置。
【請求項３】 前記コンデンサが前記昇圧回路において生成される高電圧によっても充電される請求項１記載の電磁弁駆動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁の駆動初期段階において電磁弁コイルに昇圧回路からの高電圧をハイサイドスイッチを介して印加し、これにより電磁弁コイルに大電流を通電して電磁弁を高速で作動させるようにした電磁弁駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、車両用燃料噴射システムにおいて燃料噴射制御弁として用いられる電磁弁の動作を制御する場合、電磁弁を高速に作動させることができ、電磁弁のソレノイドコイルの焼付きを防止することができるようにした電磁弁駆動装置として、特開平６−２６５８９号公報に開示されている構成が公知である。ここに開示されている電磁弁駆動装置は、昇圧チョッパ回路によりバッテリ電圧よりも高い電圧を発生させてコンデンサに蓄えておき、コンデンサに蓄積された高電圧を電磁弁の駆動初期に電磁弁のソレノイドコイルに印加し、電磁弁を高速で作動させる構成となっている。高速で作動させた後の電磁弁動作保持電流はバッテリより電流制限抵抗器を介してソレノイドコイルに流される。
【０００３】ところで、この種の電磁弁を上述の如く駆動制御する場合、電磁弁への通電制御はハイサイドスイッチにより行うことが望ましい。これは、自動車等のボディーがバッテリの−端子に接続されているので、電磁弁を内燃機関車両の燃料噴射制御システムに用いた場合に、電磁弁駆動用の配線がボディーとショートした場合であっても、電磁弁をハイサイドスイッチで駆動制御する構成としておけば電磁弁はオンとはならず、安全であるとの理由による。
【０００４】電磁弁をハイサイドスイッチで駆動制御する構成を採用する場合、制御回路の構成が簡素化される等の理由からそのハイサイドに設けられるスイッチ素子をＰＮＰトランジスタやＰチャンネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とすることが考えられる。しかし、これらはＮＰＮトランジスタやＮチャンネルＦＥＴに比べて耐圧が低く、若し高耐圧のものを使用しようとするとコストが高くなってしまうといった問題点を有しているため、特開平６−２６５８９号公報に記載されている電磁弁駆動装置に見られるように、ハイサイドスイッチとしてＮＰＮトランジスタを用いた回路が広く採用されている。この従来の回路は、公報の図３の（ｂ）に示されているように、電磁弁への駆動電流を制御するＮＰＮトランジスタをＰＮＰトランジスタによって駆動するように構成したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の回路構成によると、ＮＰＮトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧ＶCEは、ＰＮＰトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧ＶCEとＮＰＮトランジスタのベース−エミッタ間電圧ＶBEとの和であるから約２．３Ｖとなる。ここで、電磁弁の電流を例えば２Ａとすると、ＮＰＮトランジスタでの消費電力は４．６Ｗとなり、この値が無駄に消費されてしまうのでバッテリにとって好ましくないばかりか、無駄な発熱という点でも好ましいものではない。
【０００６】また、電磁弁の最低作動電圧も２．３Ｖ上昇してしまうので、バッテリ電圧の有効利用という点からも好ましくない。つまり、電磁弁への印加電圧はバッテリ電圧よりも２．３Ｖ程度低くなってしまうので、バッテリ電圧が何らかの理由で低下したときに、昇圧回路の動作が不十分となり、電磁弁が作動しなくなるおそれがあるためである。
【０００７】このように、ハイサイドスイッチとして働くＮＰＮトランジスタ又はＮチャンネルＦＥＴをＰＮＰトランジスタによって駆動させるようにした従来の回路構成によると、消費電力の無駄を招いてしまうばかりか、発熱という点で好ましいものではなく、しかも電磁弁の最低作動電圧が上昇してしまうことにより、バッテリ電圧が低下したときに、電磁弁が作動しなくなる虞れがあるといった種々の問題点を生じる。
【０００８】本発明の目的は、昇圧回路からの高電圧を電磁弁へ印加するのを制御する場合に、電磁弁のハイサイドに設けられたＮＰＮトランジスタ又はＮチャンネルＦＥＴを用いてハイサイドスイッチを構成した場合における上述の問題点を解決することができるようにした、電磁弁駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するための本発明の特徴は、バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、ＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰＮトランジスタがスイッチング素子として用いられており該昇圧回路からの高電圧を電磁弁のコイルのハイサイドに印加するのをオン、オフ制御するためのハイサイドスイッチ部とを有し、前記電磁弁の駆動初期段階において該ハイサイドスイッチ部を介して前記高電圧を前記電磁弁のコイルに印加し前記電磁弁を高速で作動させるようにした電磁弁駆動装置において、前記ハイサイドスイッチ部を駆動するための駆動回路を有し、該駆動回路には前記スイッチング素子を駆動するために用いられる電圧を供給するためのコンデンサが設けられており、該コンデンサが前記バッテリ電圧と前記コイルのローサイド端に生じる逆起電圧との少なくとも一方によって充電されるようになっている点にある。
【００１０】この構成によると、コンデンサがバッテリ電圧によって充電された場合、この充電された電圧がスイッチング素子のオン、オフ駆動のために用いられる。コンデンサは、また、電磁弁への電流遮断時にそのコイルのローサイド端に生じるバッテリ電圧よりは充分に高い逆起電圧によっても充電されるようになっている。したがって、バッテリ電圧が何らかの理由で低下してコンデンサに充分なレベルの電圧を充電することができず、そのままではハイサイドスイッチ部を駆動できないような状況が生じても、コンデンサが別途、上記逆起電圧によって充電され、ハイサイドスイッチ部を確実にオン、オフ駆動することができる。
【００１１】なお、コンデンサの充電は、バッテリ電圧及び逆起電圧のほか、昇圧回路に生じる高電圧を利用する構成とすることもできる。この場合、コンデンサの端子電圧が過度に上昇するのを防止するため、その充電路に適宜の値の抵抗器を挿入する構成としてもよいし、コンデンサと並列に定電圧ダイオードを接続する構成としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の電磁弁駆動装置の一実施の形態を示すブロック図である。図１に示されている電磁弁駆動装置１は図示しない車両用燃料噴射システムの燃料噴射制御用の電磁弁を駆動するためのものであり、電源部１０、ハイサイド通電制御部２０、ローサイド通電制御部３０、駆動電流検出部４０、タイミング制御部５０を備えている。
【００１３】電源部１０は、端子１０Ａに接続される例えば１２Ｖのバッテリ１２のバッテリ電圧ＶＢを例えば１６０Ｖまで昇圧して高圧出力ＨＶを出力する昇圧回路１１を備えている。
【００１４】昇圧回路１１は、図２に示されるように、昇圧用スイッチングＦＥＴ素子１１Ａのオン／オフ動作に伴い昇圧用コイル１１Ｂにバッテリ１２から蓄積される高電圧エネルギーを、ダイオード１１Ｃを通して昇圧用コンデンサ１１Ｄに蓄積する公知の構成とされている。
【００１５】図１に戻ると、ハイサイド通電制御部２０には、ハイサイド駆動回路２１、ハイサイド駆動回路２１に応答して高圧出力ＨＶを電磁弁のコイル２に与えるのをオン、オフするためのハイサイドスイッチ部２２、ホールドドライブ駆動回路２３、ホールドドライブ駆動回路２３に応答してバッテリ電圧ＶＢをコイル２に与えるのをオン、オフするためのホールドドライブスイッチ部２４が設けられている。
【００１６】ハイサイド駆動回路２１は、タイミング制御部５０のハイサイドタイミング発生部５１からのタイミング信号ＰＥＡＫに応答して、ＮチャンネルＦＥＴで構成されるハイサイドスイッチ部２２のオン、オフ動作を制御するものである。ここで、ハイサイドスイッチ部２２は高耐圧特性に優れたＮチャンネルＦＥＴで構成されており、ハイサイドスイッチ部２２を構成するＮチャンネルＦＥＴのオン、オフを駆動するために、ハイサイド駆動回路２１が設けられている。ハイサイド駆動回路２１は、後で図３を参照して詳細に説明されるように、ＮチャンネルＦＥＴをオン、オフ駆動するために用いられる電圧を供給するためのコンデンサを具備しており、このコンデンサが、バッテリ電圧ＶＢとコイル２のローサイド端に生じる逆起電圧との少なくとも一方により充電され、これによりハイサイドスイッチ部２２の駆動を確実に行うことができる構成となっている。
【００１７】ホールドドライブ駆動回路２３は、コイル２の高速駆動のためにハイサイドスイッチ部２２により高圧出力ＨＶをコイル２に印加してコイル２に大電流を所定期間流すのが終了した後、コイル２にこの大電流よりも小さい所要の電流を電磁弁の動作保持のために供給する目的で、ハイサイドスイッチ部２２がオフとされた後、電磁弁の保持駆動が必要な所要の期間だけホールドドライブスイッチ部２４をオン状態とし、バッテリ電圧ＶＢをコイル２に印加させるための回路である。ホールドドライブ駆動回路２３はタイミング制御部５０のホールドドライブタイミング発生部５２から後述の如くして出力されるタイミング信号ＨＯＬＤに応答してホールドドライブスイッチ部２４を構成するスイッチング素子であるＰチャンネルＦＥＴ２４Ａをオン、オフ制御する。
【００１８】このＰチャンネルＦＥＴ２４Ａのドレインとアースとの間には、ダイオード３、４が図示の如く接続されている。ダイオード４はフライホイールダイオードであり、ＰチャンネルＦＥＴ２４Ａが後述するようにしてオフとなった場合、そのときコイル２に生じた逆起電圧によりその直後にコイル２にフライホイール電流を供給することができる公知の回路構成である。
【００１９】ここで、ホールドドライブスイッチ部２４には、バッテリ電圧ＶＢが低い場合でも確実に作動させるためにＰチャンネル型のＦＥＴが用いられているが、Ｎチャンネル型のＦＥＴ素子を用いることもできる。
【００２０】ローサイド通電制御部３０には、ローサイド駆動回路３１、ローサイドスイッチ部３２、及び逆起電圧検出部３３が設けられている。ローサイド駆動回路３１は、タイミング制御部５０のローサイドタイミング発生部５３からのタイミング信号ＬＯＷのレベルが高レベル状態になったことに応答して、ローサイドスイッチ部３２を構成するスイッチング素子であるＮチャンネルＦＥＴ（図示せず）がオン状態となる。駆動電流検出部４０はコイル２を流れる電磁弁駆動電流ＩＶのレベルを検出するために設けられている。
【００２１】コイル２に流れている電流が急激に遮断された場合にコイル２に生じる逆起電圧は逆起電圧検出部３３において検出され、逆起電圧の値が所定値（例えば６０Ｖ）以上となった場合にローサイドスイッチ部３２をオン状態とし、これにより逆起電圧の値が所定値以上に上昇するのを防止している。
【００２２】タイミング制御部５０は、ハイサイドタイミング発生部５１、ホールドドライブタイミング発生部５２、ローサイドタイミング発生部５３から成っている。各タイミング発生部５１、５２、５３は、電磁弁の開弁期間を示すために外部から入力される電磁弁駆動信号ＤＲＶに基づき、ハイサイド駆動回路２１、ホールドドライブ駆動回路２３、ローサイド駆動回路３１に対しタイミング信号ＰＥＡＫ、タイミング信号ＨＯＬＤ、及びタイミング信号ＬＯＷを出力する。
【００２３】ここで、タイミング信号ＰＥＡＫは、コイル２に高速駆動用の大きな電流を流すためのピーク期間（図４参照）を規定するための信号である。タイミング信号ＨＯＬＤは、コイル２に上述のように大きな電流を流して電磁弁を迅速に開弁完了させた後、電磁弁のこの作動状態を保持するに足る比較的小さい電流をコイル２に供給するのを制御するための信号である。タイミング信号ＬＯＷは、コイル２に対する駆動電流の供給を停止させるための制御を行うための信号である。なお、電磁弁駆動信号ＤＲＶに応答して各タイミング信号ＰＥＡＫ、ＨＯＬＤ及びＬＯＷを発生させるための回路構成それ自体は公知であるから、ここでは、タイミング制御部５０の回路構成についてのこれ以上詳しい説明を行うことを省略する。
【００２４】次に、ハイサイド駆動回路２１及びハイサイドスイッチ部２２のより具体的な構成について図３を参照して説明する。
【００２５】ハイサイド駆動回路２１は、既に説明したように、スイッチング素子として働くＮチャンネルＦＥＴ２２Ａから構成され、そのドレインには高圧出力ＨＶが供給され、そのソースはコイル２のハイサイド端に接続されている。そして、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａのゲートにハイサイド駆動回路２１が設けられている。
【００２６】ハイサイド駆動回路２１は、タイミング信号ＰＥＡＫに応答してＮチャンネルＦＥＴ２２Ａをオン、オフ制御するための回路であり、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａの駆動のための電圧を蓄積しておくためのコンデンサ２１１を有している。コンデンサ２１１の一端は共通線２１２を介してコイル２のハイサイド端に接続され、コンデンサ２１１の他端は抵抗器２１３を介してダイオード２１４、２１５の各カソードに共通に接続されている。ダイオード２１４のアノードは端子２１Ａを介してバッテリ電圧ＶＢが供給されている端子１０Ａに接続され、ダイオード２１５のアノードは端子２１Ｂを介してコイル２のローサイド端子に接続されている（図１参照）。コンデンサ２１１と並列に接続されている定電圧ダイオード２１６は、コンデンサ２１１の両端に過大な充電電圧が印加されるのを防止するためのものであり、例えば１８０Ｖ程度のツェナー電圧のものが使用される。
【００２７】２１７はＰＮＰ型トランジスタ、２１８〜２２０は抵抗器であり、これらは図３に示されているように接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ２１７のベースには抵抗器２１９を介してタイミング信号ＰＥＡＫが印加される構成となっている。
【００２８】ハイサイド駆動回路２１は上述の如く構成されているので、端子２１Ａに印加されているバッテリ電圧ＶＢによりダイオード２１４及び抵抗器２１３を介してコンデンサ２１１が充電される。これの経路により、コンデンサ２１１に充電される電圧のレベルはバッテリ電圧ＶＢまでである。
【００２９】さらに、端子２１Ｂには、コイル２に生じる逆起電圧（約６０Ｖ程度）がそのローサイドから取り込まれ、ダイオード２１５、抵抗器２１３を介してコンデンサ２１１がこの逆起電圧によっても充電される。このため、例えばバッテリ電圧ＶＢが低下（最低６Ｖ程度まで低下することがある）し、コンデンサ２１１のそのときの充電電圧のレベルがＮチャンネルＦＥＴ２２Ａをオンさせるに足りない場合であっても、バッテリ電圧ＶＢよりは充分に高い逆起電圧による充電によってコンデンサ２１１をＮチャンネルＦＥＴ２２Ａをオンさせるのに充分なレベルにまで充電することが可能となる。この結果、バッテリ電圧が低下してしまった場合であってもＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを確実に動作させることができるようになっている。
【００３０】定電圧ダイオード２１６は、ハイサイドスイッチ部２２のＮチャンネルＦＥＴ２２Ａのゲート−ソース間電圧がその絶対最大定格を超えないようにコンデンサ２１１の充電電圧を制限する。
【００３１】そして、タイミング制御部５０のハイサイドタイミング発生部５１から、タイミング信号ＰＥＡＫが抵抗器２１９を介してトランジスタ２１７のベースに印加されると、トランジスタ２１７がオンされ、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａのゲートにコンデンサ２１１の充電電圧が印加されることで、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａがバッテリ電圧ＶＢのいかんに拘らず、確実にオンするようになっている。
【００３２】ハイサイド駆動回路２１を上述の如く構成してＮチャンネルＦＥＴをオン、オフ制御する回路構成によれば、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａのゲート−ソース間の電圧Ｖgsを５Ｖ程度とすると、そのオン抵抗はＮチャンネルＦＥＴ２２Ａの動作特性上、０．１Ωとなり損失は低下する。このとき、５Ｖ程度の電位差をもってＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを駆動したとき、オン抵抗が０．１Ω程度であることから、２Ａの通電電流でも損失は０．４Ｗ程度である。また、ＮＰＮ型のスイッチングトランジスタの場合、ベース−エミッタ間の電圧Ｖbeを２Ｖ程度とすることで、コレクタ−エミッタ間の電圧Ｖceが０．３Ｖ程度となり損失は低下する。
【００３３】したがって、図１に示した構成によれば、ＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰＮ型トランジスタをハイサイドスイッチ部２２に用いるので、いずれにしても電力損失が少なくて通電電流による発熱の点で有利となるほか、バッテリ電圧ＶＢ及び又はコイル２に生じる逆起電圧によりコンデンサを充電してこの充電電圧を用いてハイサイドスイッチ部２２を駆動するので、ＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰＮ型トランジスタをバッテリ電圧ＶＢの低下に拘らず確実にオン、オフ制御することができる。
【００３４】次に、以上のように構成された電磁弁駆動装置１の動作について説明する。まず、図４に示すように、ｔ＝ｔ１のタイミングで電磁弁駆動信号ＤＲＶが立ち下がると同図（Ａ）、図１のハイサイドタイミング発生部５１及びローサイドタイミング発生部５３から、ハイサイド駆動回路２１、ローサイド駆動回路３１に対して、与えられるタイミング信号ＰＥＡＫ及びタイミング信号ＬＯＷの各レベルが立ち上がる（同図（Ｂ）〜（Ｄ））。
【００３５】すなわち、電磁弁駆動信号ＤＲＶのレベルの立ち下がり（電磁弁オン）に同期してタイミング信号ＰＥＡＫ及びタイミング信号ＬＯＷの各レベルが立ち上がる。この結果、ｔ＝ｔ１において、タイミング信号ＰＥＡＫに応答して、ハイサイド駆動回路２１がハイサイドスイッチ部２２をオン状態にすると共に、タイミング信号ＬＯＷに応答してローサイド駆動回路３１がローサイドスイッチ部３２をオン状態にする。昇圧回路１１からの高圧出力ＨＶによるコイル２の両端の印加電圧ＶＡは、図４の（Ｆ）に示されるように、急激に大きくなった後、タイミング信号ＰＥＡＫがオフされるまで徐々に下がる電圧波形となる。これは、ｔ＝ｔ１において昇圧回路１１からの電圧が（この例では、約１６０Ｖ程度）がコイル２に印加されることにより、コイル２に大きな電流が流れ、昇圧回路１１から電気エネルギーが放出されるので、昇圧回路１１からの高圧出力ＨＶのレベルが時間の経過と共に低下するからである。コイル２を流れる電磁弁駆動電流ＩＶは、同図の（Ｅ）に示されるように、一旦増大した後、ｔ＝ｔ２のタイミング信号ＰＥＡＫの立ち下がりに合わせてタイミング信号ＬＯＷも立ち下がることで、急激に低下し、第２しきい値Ｌｂよりも小さくなる電流波形となる。
【００３６】このとき、タイミング信号ＬＯＷの立ち下がりに伴い電磁弁に生じる渦電流のために、電磁弁駆動電流ＩＶは、点線ａで示されるように、第２しきい値Ｌｂを下回った後に上昇しようとする。しかし、コイル２に生じる逆起電力の大きさは逆起電圧検出部３３において検出されており、電磁弁コイル２に生じる逆起電力の大きさが所定の値を超えた場合にローサイドスイッチ部３２がオフとなり、コイル２に流れる電磁弁駆動電流ＩＶを遮断する構成となっている。ｔ２直後にあっては第２しきい値Ｌｂを境として図１のローサイドスイッチ部３２がオン、オフ動作を繰返すことで、コイル２の逆起電力による電磁弁駆動電流ＩＶの上昇が抑制され、コイル２の駆動電流が略一定の値に保たれる。この一定の値は、ｔ１〜ｔ２において電磁弁を迅速に作動させるために与えられるコイル２への高電流よりも小さな値である。図４の（Ｄ）にタイミング信号ＬＯＷの波形を示す。
【００３７】またこのとき、コイル２に生じる逆起電圧ＶＲ（図４の（Ｇ））は、図１のハイサイド駆動回路２１に与えられており、図３に示したコンデンサ２１１に充電される。これにより、何らかの理由によりバッテリ電圧ＶＢが低下し、バッテリ電圧ＶＢによるコンデンサ２１１の充電電圧が低く、トランジスタ２１７での電圧降下のためにハイサイドスイッチ部２２のＮチャンネルＦＥＴ２２Ａをオンさせるに足りない場合であっても、コイル２に生じる逆起電力による充電により、コンデンサ２１１の充電電圧をハイサイド駆動回路２１及びハイサイドスイッチ部２２を駆動するのに十分な程度にまで高められることから、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを正常に動作させることができることは既述の通りである。
【００３８】次に、図５を参照し、コンデンサ２１１への充電動作について詳細に説明する。タイミングＴ１においてコンデンサ２１１がバッテリ電圧ＶＢ（この例では１２Ｖ）にまで充電されており、ここでタイミング信号ＰＥＡＫの入力によりトランジスタ２１７がオンし、ハイサイドスイッチ部２２をオン状態とすると、図４の（Ｃ）にしめされるように電磁弁駆動電流ＩＶのレベルは急激に上昇する。
【００３９】ハイサイドスイッチ部２２のオン動作のためにコンデンサ２１１に蓄積された電荷が放電するため、図４の（Ａ）に示されるように、コンデンサ２１１の充電電圧レベルは徐々に低下する。しかし、タイミングＴ２において電磁弁のコイル２の大電流駆動が終了すると、コイル２のローサイド端には逆起電圧ＶＲ１が生じ、これによりコンデンサ２１１が充電される。この結果、コンデンサ２１１の充電電圧レベルは１２Ｖより大きな値にまで戻る。さらに、タイミングＴ３において電磁弁の駆動が終了することにより生じる別の逆起電圧ＶＲ２によってコンデンサ２１１が再び充電され、コンデンサ２１１の充電電圧は更に上昇する。
【００４０】以上の説明から判るように、コンデンサ２１１はバッテリ電圧ＶＢのみならず、コイル２の駆動によって生じる逆起電圧をも利用して充電されるので、バッテリ電圧ＶＢの低下によってハイサイドスイッチ部２２のオン、オフ制御が不可能となることがなく、ハイサイドスイッチ部２２を確実に駆動することができるようになる。
【００４１】また、逆起電圧による充電は、電磁弁に与えたエネルギーを回生することであるから、本来ならばフライホイール素子の熱として消費しなければならなかったエネルギーを有効に利用することとなり、熱負荷が軽減されるという利点も有している。
【００４２】さらに、ＮチャンネルＦＥＴやＮＰＮトランジスタをハイサイドスイッチ部２２の素子として使用するから、Ｐ型の素子の使用に比べて電力損失が少なく、発熱も少ない。また、ハイサイドスイッチ部２２における電圧降下が小さくでき、電磁弁の最低動作電圧を低くすることが可能である。
【００４３】図４に戻ると、時間の経過により、コイル２に生じた逆起電力が減少し、図４の（Ｅ）に示すように電磁弁駆動電流ＩＶが第１しきい値Ｌａを下回ると、タイミング信号ＨＯＬＤのオン／オフによって電磁弁駆動電流ＩＶが略第１しきい値Ｌａのレベルに維持される。これは、駆動電流検出部４０において検出されたその時の電磁弁駆動電流ＩＶの値がホールドドライブタイミング発生部５２に入力されており、電磁弁駆動電流ＩＶが第１しきい値Ｌａよりも小さくなった場合にタイミング信号ＨＯＬＤのレベルを「Ｈ」とすることにより実現される。
【００４４】このようにして、電磁弁の駆動期間が終了するｔ＝ｔ５のタイミングになると、電磁弁駆動信号ＤＲＶのレベルが立ち上がり（電磁弁オフ）、タイミング信号ＬＯＷのレベルが立ち下がる。この結果、コイル２への電流供給が遮断され、電磁弁駆動電流ＩＶは急速に減少し、零となる。なお、この場合、図４の（Ｇ）に示されるように、電磁弁駆動終了時であるｔ＝ｔ５において、コイル２に逆起電力が生じることになるが、ハイサイドスイッチ部２２及びローサイドスイッチ部３２は両方共オフとなっており、この逆起電力によりハイサイド駆動回路２１のコンデンサ２１１が充電される。
【００４５】この実施の形態では、Ｎ型のスイッチング素子として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた場合について説明したが、この例に限らずＮＰＮトランジスタ等の他のＮ型の半導体スイッチング素子を用いることもできる。
【００４６】さらに、この実施の形態では、コイル２の逆起電圧をハイサイド駆動回路２１のコンデンサ２１１の充電用電圧として用いた場合について説明したが、昇圧回路１１の高圧出力等をコンデンサ２１１の充電電圧として用いるようにしてもよい。この場合には抵抗器を介してコンデンサ２１１の充電を行うようにしてコンデンサ２１１の充電電圧が過度に上昇するのを抑えるようにすることが望ましい。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、スイッチング素子としてＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰＮトランジスタを用いて電磁弁のコイルのハイサイドでコイルに印加する高電圧のオン、オフを制御する構成において、ハイサイドスイッチング素子のオン、オフ駆動のための電圧として、バッテリ電圧又はコイルの逆起電圧を用いてコンデンサに蓄積された電圧を用いる構成としたので、例えばバッテリ電圧が低下した場合であっても、ハイサイドのスイッチング素子の動作が確実に行われ、電磁弁を確実に作動させることができる。
【００４８】また、電磁弁に与えたエネルギーの一部をコンデンサに充電することによりエネルギーの回生が行われるので、従来全て熱エネルギーとして放出していたエネルギーの有効利用が図られ、熱負荷の軽減に役立つ。
【００４９】このように、ＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰＮトランジスタを用いてハイサイドスイッチング動作が良好に行われるため、ハイサイドスイッチング素子での損失が小さく、発熱の問題も解決することができる。
【００５０】そして、ＮチャンネルＦＥＴを使用することにより、ハイサイドスイッチングでの電圧降下が小さくでき、電磁弁の最低作動電圧を低くすることができるという利点を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３３３３
【氏名又は名称】株式会社ゼクセル
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月１０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】高野 昌俊
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１４１７２１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２２００９ |
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