コイル駆動回路

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【発明の名称】	コイル駆動回路
【発明者】	【氏名】伊藤秀昭【氏名】柳内昭宏
【要約】	【課題】安価な構成で、コイルへの通電電流のみならず、通電停止時のコイル逆起電力による循環電流をも確実に検出できる電流検出部を有するコイル駆動回路を提供する。【解決手段】コイル駆動回路は一対のスイッチングトランジスタ１Ａ，１Ｂと１Ｃ，１Ｄを駆動電源２間に２組設けたもので、一対のスイッチングトランジスタ１Ａ，１Ｂと１Ｃ，１Ｄは互いに直列に接続され、それぞれに並列に接続されたダイオード１１～１４を内蔵している。各組のスイッチングトランジスタ１Ａ，１Ｂと１Ｃ，１Ｄ同士の接続点間にコイル３が接続されており、、各スイッチングトランジスタ１Ｃ，１Ｄにそれぞれ直列に電流検出抵抗４，５が配設されている。高電位側に位置する電流検出抵抗４の端子電圧４ａは、レベルシフタ回路６１により低電位側に変換されて取り出される。

【特許請求の範囲】
【請求項１】コイルの一端を高電位側電源線と低電位側電源線に択一的に接続して前記コイルに正逆の通電電流を供給する高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子と、これらスイッチング素子にそれぞれ並列に接続されたダイオード素子とを有するコイル駆動回路において、前記高電位側スイッチング素子の少なくとも一つと前記低電位側スイッチング素子の少なくとも一つにそれぞれ直列に電流検出抵抗を配設し、高電位側に位置する前記電流検出抵抗の端子電圧を、レベルシフタ回路を介して取り出すようにしたことを特徴とするコイル駆動回路。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はモータコイルや電磁コイル等を駆動するコイル駆動回路に関し、特に、そのコイル電流検出部の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、Ｈブリッジ型コイル駆動回路は単相ＤＣモータ等の正逆ＰＷＭ制御等に多用されており、図３にその一例を示す。図において、各一対のスイッチングトランジスタ（以下、単にトランジスタという）７Ａ，７Ｂと７Ｃ，７Ｄがそれぞれ直列に接続されて２組設けられ、これらは駆動電源２に接続されている。各トランジスタ７Ａ～７Ｄにはそれぞれ並列にダイオード７１，７２，７３，７４が接続され、そして、各組のトランジスタ７Ａ～７Ｄの接続点間を結ぶようにモータコイル３が接続されてＨブリッジ型コイル駆動回路となっている。ところで、電流フィードバック制御を行うために、モータコイル３に流れる電流を検出する必要があり、従来は図に示すように、モータコイル３に直列に電流検出抵抗８を設けて、その通過電流の大きさに比例した両端電圧を絶縁増幅器９１を介して取り出している。しかし、この構成では、電流検出抵抗８の各端子に駆動電源２の高電圧が印加されるため、上述のように大型で高価な絶縁増幅器９１を使用する必要があるという問題があった。
【０００３】そこで、これを解決するために、例えば特開昭６１－１３５３９０号公報では、図４に示すように、各組のトランジスタ７Ｂ，７Ｄと低電位側電源線Ｌ２との間にそれぞれ電流検出抵抗８１，８２を設けることが提案されている。この構成によれば、電流検出抵抗８１，８２の端子電圧は低電位側電源線Ｌ２に対して低く抑えられるから、電流検出抵抗８１，８２の両端電圧は図示のように、高入力インピーダンスの安価なオペアンプ９２を使用して取り出すことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報で提案されている回路構成では、ＰＷＭ制御でトランジスタ７Ｂあるいは７Ｄを遮断した際の逆起電力によってモータコイル３からダイオード７１あるいは７３、および導通しているトランジスタ７Ａあるいは７Ｃを経て流れる循環電流は検出できないという問題がある。
【０００５】そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、高価な絶縁増幅器を使用することなく安価な構成で、コイルへの通電電流のみならず、コイル逆起電力による循環電流をも確実に検出できる電流検出部を有するコイル駆動回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明では、コイル（３）の一端を高電位側電源線（Ｌ１）と低電位側電源線（Ｌ２）に択一的に接続してコイル（３）に正逆の通電電流を供給する高電位側スイッチング素子（１Ａ，１Ｃ，１Ｅ）および低電位側スイッチング素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ）と、これらスイッチング素子（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ）にそれぞれ並列に接続されたダイオード素子（１１，１２，１３，１４，１５，１６）とを有するコイル駆動回路において、高電位側スイッチング素子の少なくとも一つ（１Ｃ，１Ｅ）と低電位側スイッチング素子の少なくとも一つ（１Ｄ，１Ｆ）にそれぞれ直列に電流検出抵抗（４，５）を配設し、高電位側に位置する電流検出抵抗（４）の端子電圧を、レベルシフタ回路（６１）を介して取り出すようにする。なお、ここで「コイル」とは、モータコイルのみならず電磁コイル等の駆動用コイルを広く含むものである。
【０００７】本発明において、コイル（３）に正方向あるいすは逆方向の通電電流を供給すると、正逆いずれの通電電流も、いずれかの電流検出抵抗（４，５）を必ず通過するから、通電電流の大きさに応じて変化する電流検出抵抗（４，５）の端子電圧（４ａ，５ａ）より通電電流量を検出することができる。いずれかのスイッチング素子（１Ｂ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ）を非導通にすると、コイル（３）の逆起電力によって、導通している高電位側スイッチング素子（１Ａ）あるいは（１Ｃ）、およびダイオード（１１）あるいは（１３）、ないしダイオード（１５）あるいは（１６）を経て高電位側の電流検出抵抗（４）に正方向あるいは逆方向への循環電流が流れる。したがって、高電位側の電流検出抵抗（４）の端子電圧より循環電流量を検出することができる。そして、本発明では、高電位側電流検出抵抗（４）の端子電圧（４ａ）は、レベルシフタ回路（６１）により低電位側に変換されて取り出されるから、大型で高価な絶縁増幅器を使用する必要はない。
【０００８】なお、互いに直列に接続され、それぞれに並列に接続されたダイオード（１１～１４）を有する一対のスイッチング素子（１Ａ，１Ｂ）（１Ｃ，１Ｄ）を駆動電源（２）間に２組設け、各組のスイッチング素子（１Ａ，１Ｂ）（１Ｃ，１Ｄ）同士の接続点間にコイル（３）を接続したＨブリッジ型コイル駆動回路においては、いずれかの組の各スイッチング素子（１Ｃ，１Ｄ）にそれぞれ直列に電流検出抵抗（４，５）を配設し、高電位側に位置する電流検出抵抗（４）の端子電圧（４ａ）を、レベルシフタ回路（６１）を介して取り出すと良い。
【０００９】Ｈブリッジ型コイル駆動回路では互いに他の組の高電位側スイッチング素子（１Ａ，１Ｃ）と低電位側スイッチング素子（１Ｂ，１Ｄ）を導通させて、コイル（３）に正方向あるいすは逆方向の通電電流を供給する。この場合、正逆いずれの通電電流も、いずれかの電流検出抵抗（４，５）を必ず通過するから、通電電流の大きさに応じて変化する電流検出抵抗（４，５）の端子電圧（４ａ，５ａ）より通電電流量を検出することができる。一方、ＰＷＭ制御の際に低電位側スイッチング素子（１Ｂ，１Ｄ）を非導通にすると、コイル（３）の逆起電力によって、導通している高電位側スイッチング素子（１Ａ）あるいは（１Ｃ）、およびダイオード（１１）あるいは（１３）を経て高電位側の電流検出抵抗（４）に正方向あるいは逆方向への循環電流が流れる。したがって、高電位側の電流検出抵抗（４）の端子電圧より循環電流量を検出することができる。そして、本発明では、高電位側電流検出抵抗（４）の端子電圧（４ａ）は、レベルシフタ回路（６１）により低電位側に変換されて取り出されるから、大型で高価な絶縁増幅器を使用する必要はない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）図１において、各一対のＦＥＴ型トランジスタ１Ａ，１Ｂと１Ｃ，１Ｄがスイッチングトランジスタ（以下、単にトランジスタという）としてそれぞれ直列に接続されて２組設けられ、これらは駆動電源２に接続されている。各トランジスタ１Ａ～１Ｄ内にはそれぞれソース・ドレイン間に、高電位側のドレインに向けてダイオード１１，１２，１３，１４が形成されている。そして、各組のトランジスタ１Ａ～１Ｄの接続点間を結んでモータコイル３が接続されてＨブリッジ型コイル駆動回路が構成されるとともに、トランジスタ１Ｃと高電位側電源線Ｌ１との間、およびトランジスタ１Ｄと低電位側電源線Ｌ２との間には、各トランジスタ１Ｃ，１Ｄに直列にそれぞれ電流検出抵抗４，５が接続されている。なお、各トランジスタ１Ａ～１Ｄの導通は、図略のモータ制御回路からそれぞれのゲートに入力する信号によって後述のように制御される。
【００１１】このような構成のコイル駆動回路には電流検出部６が付設されており、電流検出部６はレベルシフタ回路６１とバッファ回路６２とで構成されている。レベルシフタ回路６１は、オペアンプ６１１とこれの出力側に接続されたＦＥＴ型トランジスタ６１２を有し、オペアンプ６１１の非反転入力端子に、トランジスタ１Ｃと電流検出抵抗４との接続点の電圧が入力している。オペアンプ６１１の反転入力端子はＦＥＴ型トランジスタ６１２のソースと接続されている。ＦＥＴ型トランジスタ６１２のソースとオペアンプ６１１の作動電源６１３との間には電流供給抵抗６１５が接続されており、また、オペアンプ６１１の作動電源６１３，６１４は中間点が高電位側電源線Ｌ１に接続されている。これにより、電流供給抵抗６１５の一端は高電位側電源線Ｌ１に対して正電位にバイアスされている。
【００１２】バッファ回路６２はオペアンプ６２１を有しており、その反転入力端子には各抵抗６２２，６２３の一端が接続されている。抵抗６２２の他端は、電流検出抵抗５とトランジスタ１Ｄとの接続点に接続されており、一方、抵抗６２３の他端は、電流検出出力を発するオペアンプ６２１の出力端子に接続されている。オペアンプ６２１の非反転入力端子には、分圧抵抗６１６，６１７の接続点の電圧が入力している。分圧抵抗６１６の他端はＦＥＴ型トランジスタ６１２のドレインに接続されており、一方、分圧抵抗６１７の他端はオペアンプ６２１の作動電源６２５に接続されている。オペアンプ６２１の作動電源６２４，６２５の中間点は低電位側電源線Ｌ２に接続されており、これによって、分圧抵抗６１７の他端は低電位側電源線Ｌ２に対して負電位にバイアスされている。なお、各オペアンプ６１１，６２１の各作動電源６１３，６１４，６２４，６２５は同電圧であり、電流供給抵抗６１５と分圧抵抗６１７は同一抵抗値である。また、分圧抵抗６１６の抵抗値は分圧抵抗６１７のそれに比して十分大きな値となっている。
【００１３】このような構成のコイル駆動回路の作動を以下に説明する。モータを停止させている場合にはトランジスタ１Ａ～１Ｄはいずれも非導通となっており、モータコイル３へ電流は流れず、電流検出抵抗４，５を通過する電流は零である。したがって、電流検出抵抗５の端子電圧５ａは低電位側電源線Ｌ２の電位に等しく０Ｖであり、端子電圧５ａによるオペアンプ６２１からの出力分は０Ｖとなる。一方、電流検出抵抗４の端子電位４ａは高電位側電源線Ｌ１の電位と等しくなり、電流供給抵抗６１５により所定の電流がＦＥＴ型トランジスタ６１２を経て分圧抵抗６１６，６１７へ供給される。この電流によって分圧抵抗６１７の両端には駆動電源２の電圧に比べて十分低い電圧が生じる。この電圧は作動電源６２５によるバイアスで相殺されるため、分圧抵抗６１７の端子電圧６１７ａは０Ｖとなる。したがって、端子電圧６１７ａによるオペアンプ６２１からの出力分も０Ｖとなる。この結果、電流検出出力は０Ｖとなる。
【００１４】モータを正転させる場合には、トランジスタ１Ｂ，１Ｃを導通作動させる。これにより、駆動電源２からの電流は、電流検出抵抗４、トランジスタ１Ｃを経てモータコイル３へ供給され、トランジスタ１Ｂを経て駆動電源２へ戻る。この時、電流検出抵抗４では、その端子電圧４ａが通過電流の大きさに応じて高電位側電源線Ｌ１の電位よりも低下する。この端子電圧４ａの低下に伴い、電流供給抵抗６１５より分圧抵抗６１６，６１７へ供給される電流は増大し、分圧抵抗６１７の端子電圧６１７ａが０Ｖから上昇する結果、オペアンプ６２１からの電流検出出力としてモータコイル３への通電電流の大きさに応じた正電圧が出力される。ＰＷＭ制御によりトランジスタ１Ｂが非導通になると、モータコイル３の逆起電力による電流が、モータコイル３からダイオード１１を経て電流検出抵抗４、トランジスタ１Ｃへと還流して、モータコイル３内を通電時と同方向へ流れる。この場合、電流検出抵抗４の端子電圧４ａは還流電流の大きさに応じて高電位側電源線Ｌ１の電位よりも低下し、上述したのと同様の過程で、オペアンプ６２１からの電流検出出力として還流電流の大きさに応じた正電圧が出力される。
【００１５】モータを逆転させる場合には、トランジスタ１Ａ，１Ｄを導通作動させる。これにより、駆動電源２からの電流は、トランジスタ１Ａを経てモータコイル３へ供給され、トランジスタ１Ｄ、電流検出抵抗５を経て駆動電源２へ戻る。この時、電流検出抵抗５では、その端子電圧５ａが通過電流の大きさに応じて低電位電源線Ｌ２の電位よりも上昇する。端子電圧５ａはオペアンプ６２１で反転させられ、この結果、オペアンプ６２１からの電流検出出力として、モータコイル３への通電電流に応じた負電圧が出力される。ＰＷＭ制御によりトランジスタ１Ｄが非導通になると、モータコイル３の逆起電力による電流が、モータコイル３からダイオード１３を経て電流検出抵抗４、トランジスタ１Ａへと還流し、モータコイル３内を通電時と同方向へ流れる。この時、電流検出抵抗４では、その端子電圧４ａが還流電流の大きさに応じて高電位側電源線Ｌ１の電位よりも上昇する。この端子電圧４ａの上昇に伴い、電流供給抵抗６１５から分圧抵抗６１６，６１７へ供給される電流は減少し、分圧抵抗６１７の端子電圧６１７ａが０Ｖから低下する。この結果、オペアンプ６２１からの電流検出出力として、この時の還流電流の大きさに応じた負電圧が出力される。
【００１６】なお、本実施形態において、電流検出抵抗４，５をトランジスタ１Ａ，１Ｂの側に設けるようにしても良い。
【００１７】（第２実施形態）図２には本発明をいわゆるＴブリッジ型コイル駆動回路に適用した例を示す。図において、二つの駆動電源２Ａ，２Ｂが高電位側電源線Ｌ１と低電位側電源線Ｌ２との間に直列に接続されるとともに、二つのトランジスタ１Ｅ，１Ｆが互いに直列に接続され、これら駆動電源２Ａ，２Ｂとトランジスタ１Ｅ，１Ｆの両接続点間にモータコイル３が接続されてＴブリッジ型コイル駆動回路が構成されている。各トランジスタ１Ｅ，１Ｆにはダイオード１５，１６がそれぞれ並列接続され、また、トランジスタ１Ｅと高電位側電源線Ｌ１との間には電流検出抵抗４が、トランジスタ１Ｆと低電位側電源線Ｌ２との間には電流検出抵抗５が設けられている。そして、各電流検出抵抗４，５の端子電圧４ａ，５ａが第１実施形態で説明したのと同一構成の電流検出部６へ入力している。
【００１８】このようなコイル駆動回路において、トランジスタ１Ｅが導通している場合にはモータコイル３に正方向の電流が流れ、その電流値は電流検出抵抗４の端子電圧４ａにより知ることができる。トランジスタ１Ｅが非導通になると逆起電力による電流がモータコイル３を同方向へ流れるが、これは電流検出抵抗５からダイオード１６へと還流し、この還流電流の電流値は電流検出抵抗５の端子電圧５ａにより知ることができる。一方、トランジスタ１Ｆが導通している場合にはモータコイル３に逆方向の電流が流れ、その電流値は電流検出抵抗５の端子電圧５ａにより知ることができる。トランジスタ１Ｆが非導通になると逆起電力による電流がモータコイル３を同方向へ流れるが、これはダイオード１５から電流検出抵抗４へと還流し、この還流電流の電流値は電流検出抵抗４の端子電圧４ａにより知ることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明のコイル駆動回路によれば、高価な絶縁増幅器を使用することなく安価な構成で、コイルへの通電電流とコイル逆起電力による循環電流をいずれも確実に検出することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００３６０９【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）６月２７日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】守田賢一
【公開番号】	特開平１１－２３６１８
【公開日】	平成１１年（１９９９）１月２９日
【出願番号】	特願平９－１８７３１０