專利名稱：負(fù)載驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對負(fù)載施加電壓，產(chǎn)生斷續(xù)電流的控制，驅(qū)動該負(fù)載的負(fù)載驅(qū)動裝置，尤其涉及簡單構(gòu)成的高可靠性的負(fù)載驅(qū)動裝置。
以往，作為負(fù)載驅(qū)動裝置是一種驅(qū)動感性負(fù)載如，螺線管、步進(jìn)電動機的線圈，在電源與負(fù)載之間插入半導(dǎo)體開關(guān)等所組成的電路開關(guān)手段，通過開關(guān)控制對負(fù)載外加平均電壓或平均電流的裝置，如所周知，該裝置是作為斬波控制或者是PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制，其具有代表性的構(gòu)成電路如

圖11及圖12所示。
圖11所示電路，是在負(fù)載的電源側(cè)切換電流，構(gòu)成被稱為高電位開關(guān)電路，圖12所示電路是在負(fù)載的接地側(cè)切換電流，構(gòu)成被稱為低電位開關(guān)電路。
圖11是用開關(guān)手段，用2個晶體管TR1、TR2及2個電阻R0、R1構(gòu)成，對晶體管TR1的基極加入既定占空比的PWM信號，將晶體管TR2的發(fā)射極連接電源，在晶體管TR2的發(fā)射極、基極之間連接電阻R0，在晶體管TR1的集電極和晶體管TR2的基極之間連接電阻R1，將晶體管TR1的發(fā)射極接地。還有，將該電路的驅(qū)動對象感性負(fù)載L、續(xù)流二極管FD并聯(lián)連接，續(xù)流二極管FD的負(fù)極與晶體管TR2的集電極連接，將續(xù)流二極管FD的正極接地。
在此種構(gòu)成中，當(dāng)PWM信號為高電平時，晶體管TR1導(dǎo)通，對比作出響應(yīng)的晶體管TR2導(dǎo)通，電源通過晶體管TR2對負(fù)載L加載，負(fù)載電流由電源通過晶體管TR2、負(fù)載L流向地。這時，該負(fù)載電流根據(jù)負(fù)載L的特性，隨著時間而增加，最終，由于感性負(fù)載L內(nèi)(圖中未示出)所存在的電阻分量和電源電壓作用而趨向一定的飽和點。
可是，以控制流過負(fù)載的平均電流為目的，進(jìn)行斬波控制時，對負(fù)載L要求的平均電流值也比所述飽和點的電流值低。因此，在流過所述負(fù)載L的負(fù)載電流達(dá)到其飽和點前，PWM信號由高電平到低電平。晶體管TR1由導(dǎo)通到截止，晶體管TR2也由導(dǎo)通到截止，負(fù)載L電源被斷路。
這里，晶體管TR2的導(dǎo)通、截止時間，到PWM信號的高電平、低電平的計時，例如僅以時間為基準(zhǔn)的晶體管TR2的導(dǎo)通、截止比值控制(工作狀態(tài)控制)，或者通過檢測電流表(圖中未示出)檢測出流過負(fù)載L的負(fù)載電流，由其瞬時值或平均值根據(jù)恒流控制等規(guī)定基準(zhǔn)而決定。
在任一情況下，晶體管TR2截止，負(fù)載L一被從電源斷開，則流過負(fù)載L的負(fù)載電流由于負(fù)載L的感性成分的作用而通過續(xù)流二極管FD還流，由于電路的電阻或續(xù)流二極管FD的正向電壓而逐漸減小。
在這種狀態(tài)下，PWM信號再次由低電平到高電平，晶體管TR1導(dǎo)通，晶體管TR2隨之導(dǎo)通，負(fù)載L再次由電源接通，如前所述，流過負(fù)載的負(fù)載電流依次增加。
這樣，此種高電位開關(guān)，靠晶體管TR1基極的PWM信號的接通、斷開的周期，改變晶體管TR2的導(dǎo)通、截止的周期，由此，能夠控制流過負(fù)載L的負(fù)載電流。
此種高電位開關(guān)的優(yōu)點(1)負(fù)載L在開關(guān)(晶體管TR2)的接地側(cè)，通常對負(fù)載L不加載，所以非驅(qū)動時，即使電路短路也安全，并且，對于因潮濕等引起的電腐蝕等也是安全的。
(2)另外，負(fù)載驅(qū)動中，即使負(fù)載的配線短路，也能夠由開關(guān)(晶體管TR2)斷開負(fù)載L。
(3)能夠省略從負(fù)載L開始的返回配線等。
而此種高電位開關(guān)的缺點是，根據(jù)電路的性質(zhì)，必須使用PNP雙極性的晶體管、P溝道FET、P溝道IGBT等的P型器件。一般說來，P型器件與NPN晶體管、N溝道FET、N溝道IGBT等的N型器件相比，在電流放大率、耐電壓、飽和電壓等諸多方面特性低，并且價格高。因此，開關(guān)電路的效率低，經(jīng)濟效益差。而且，若改變P型器件為使用NPN型晶體管、N溝道FET等的N型器件構(gòu)成電路時，通常由射極跟隨器、電源輸出器電路構(gòu)成，基極—發(fā)射極間電壓或者是柵極—源極間電壓是對原來的集電極—發(fā)射極電壓或者是漏一源極電壓產(chǎn)生影響，效率低。
作為防止上述缺點的方法，使用NPN晶體管、N溝道FET等N型器件的射極跟隨器、電源輸出電路等高電位開關(guān)電路，其主電路設(shè)置獨立的基極驅(qū)動或柵極驅(qū)動用的驅(qū)動電源，或者是采用將驅(qū)動電源與基極—發(fā)射極間的電壓或者是柵極—源極電壓相抵部分由主電源電壓升壓，構(gòu)成這樣的電路。
但是，構(gòu)成這樣的絕緣電源和升壓電路，需要許多的電路元件，僅此部分就使裝置費用上升，而且由于元件增加，故障率也隨之增加，造成電路可靠性降低。
一方面，圖12是在負(fù)載的接地側(cè)切換電流，構(gòu)成所謂的低電位開關(guān)電路。
此種電路，用開關(guān)手段，將晶體管TR1設(shè)置在負(fù)載的接地側(cè)，因為能構(gòu)成只對該晶體管TR1的基極加入指定負(fù)載比的PWM信號的電路，所以，由高電位開關(guān)也能夠更簡單地構(gòu)成電路。
PWM信號為高電平時，晶體管TR1一導(dǎo)通，由電源來的負(fù)載電流，通過負(fù)載L和晶體管TR1流向地。這時，該負(fù)載電流根據(jù)負(fù)載L的特性，隨著時間而增加，最終由于感性負(fù)載L內(nèi)(圖中未示出)所存在的電阻分量和電源電壓的作用而趨向一定的飽和點。對負(fù)載L要求保持比該飽和點低的平均電流值的斬波控制的方法與所述高電位開關(guān)基本上是相同的。
此種方式與高電位開關(guān)相比，構(gòu)成更簡單，作為開關(guān)器件可使用N型半導(dǎo)體器件，該N型半導(dǎo)體器件的驅(qū)動電壓常以接地為標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)射極或者是源極的電位以固定等為最好，但是，負(fù)載的一部分與接地側(cè)短路時，存在著不能將電流斷路的問題。
此外，作為以前的案例，有日本專利特開平5-57918。此例構(gòu)成如圖13所示。在N溝道FETSw1的柵極通過電阻R1、二極管D1與電源E2連接的同時，設(shè)置晶體管開關(guān)器件TR1。并且，在電阻R1、二極管D1的連接點設(shè)置電容器C1，當(dāng)晶體管開關(guān)器件TR1導(dǎo)通時充電，截止時放電，向門電路提供電荷，因此，能夠在負(fù)載的電源側(cè)控制N溝道FET。
但是，如從圖13所看出的那樣，為了向門電路提供電荷，需另加電源E2，當(dāng)晶體管開關(guān)器件TR1導(dǎo)通時，由該電源E2向電容器C1充電，此外，還存在著，電流通過電阻R1及晶體管開關(guān)器件TR1流向地，不一定效率就好等問題。為了使流過該電阻R1的電流變小，在使電阻值變大時，N溝道FETSw1接通的柵極、源極間的充放電電阻也增大，存在著EFT的開關(guān)速度降低等問題。
除如上所述的依靠數(shù)字開關(guān)控制電流外，還有模擬地直接控制電流量的方法。
圖14是以前的模擬控制型的恒流電路的框圖。
電路是由電流檢測電路1、進(jìn)行電流控制的驅(qū)動控制電路2、雙極性晶體管Tr1及電源3構(gòu)成。驅(qū)動控制電路2是用響應(yīng)電流檢測電路1的電流檢測值，改變晶體管Tr1的基極電壓的方法進(jìn)行電流控制的驅(qū)動控制電路。此方法與斬波控制相比，不存在發(fā)生由輸出配線帶來的不必要的電波輻射、感應(yīng)噪聲等的問題。而且，原理上，負(fù)載驅(qū)動中負(fù)載的配線即使短路，不用特別的手段也能進(jìn)行恒流控制。但是，實際上，電流控制器件上有負(fù)載電流流過，在電源電壓和輸出端子電壓間形成電位差，器件的損失大，這時，作為裝置有必要對器件采取散熱的對策，這就帶來費用和可靠性方面的問題。
如前所述，以前的感性負(fù)載驅(qū)動裝置依靠數(shù)字式開關(guān)控制電流時，使用P型器件構(gòu)成對負(fù)載動作中即使短路也安全的高電位開關(guān)。雖然構(gòu)成電路簡單，但器件單價高，或器件特性差，或一使用器件特性好的N型器件就要增加器件的數(shù)量，或需另加電源，或開關(guān)速度降低等?？傊嬖谥鴥r格和可靠性方面的問題。同樣，在模擬式電流控制時，也存在著工作中器件損失大，作為器件，要求容許損失大的器件，要求對裝置散熱。
所以，此發(fā)明的第一目的是，用較少的電路構(gòu)成元件，使用N型的器件，構(gòu)成效率好的高電位開關(guān)。而第二目的是，一邊維持恒流控制，一邊對有關(guān)模擬控制型恒流電路元件 電壓進(jìn)行控制，以便做到元器件盡可能少產(chǎn)生熱量。
本發(fā)明具有在負(fù)載與電源之間所設(shè)置的電流控制元件和驅(qū)動該電流控制元件的驅(qū)動電路，其特征在于所述電流控制元件是對所述負(fù)載加載的電源電壓實行接通、斷開的開關(guān)手段；所述的驅(qū)動電路，具有在所述開關(guān)手段為斷開時，通過所述負(fù)載與所述電源間所產(chǎn)生的電位差進(jìn)行充電的電容器，和在所述開關(guān)手段為接通時，通過所述電容器的充電電荷，將超過所述電源電壓的控制用電壓提供給所述驅(qū)動電路的控制電源電路。
還有，所述負(fù)載驅(qū)動裝置，其特征在于，它包括在所述開關(guān)手段為斷開時，通過所述負(fù)載與所述電源之間所產(chǎn)生的電位差進(jìn)行充電的第1電容器；在所述開關(guān)手段為接通時，通過所述第1電容器的充電電荷，將超過所述電源電壓的控制用電壓提供給所述驅(qū)動電路的控制電源電路；和在所述開關(guān)手段為斷開時，通過所述負(fù)載與電源之間所產(chǎn)生的電位差，用比所述第1電容器的充電電壓還高的充電電壓充電，在所述控制用電壓下降時，對所述第1電容器進(jìn)行充電的一個或多個第2電容器。
因此，作為主電路，為獨立驅(qū)動電流控制元件，沒有必要設(shè)置驅(qū)動電源。用簡單的構(gòu)成電路，可以得到比電源電壓還高的控制電壓。雖然電路元器件少，電路的可靠性卻很高。并且，能夠保持在一定的時間范圍內(nèi)接連不斷地向驅(qū)動電路提供控制用電壓。
再有，該負(fù)載驅(qū)動裝置具有在負(fù)載與電源之間所設(shè)置的電流控制元件和驅(qū)動該電流控制元件的驅(qū)動電路，其特征在于所述電流控制元件是改變對所述負(fù)載加載電流的電流可變手段，所述驅(qū)動電路，具有求出所述電流可變手段前后的電位差的電位差計測手段，和根據(jù)所述電位差計測手段的檢測結(jié)果，使所述電位差減小，控制所述電源電壓的電源電壓控制手段。
因此，一邊維持恒流控制，一邊對有關(guān)恒流電路的元件的電壓控制在盡量小的范圍內(nèi)，可減少元件的發(fā)熱量。
以下對附圖作簡單說明。
圖1所示是本發(fā)明的第一發(fā)明原理的框圖。
圖2所示是本發(fā)明的第一發(fā)明有關(guān)負(fù)載驅(qū)動裝置的一實施例的電路圖。
圖3所示是本發(fā)明的第一發(fā)明的第一發(fā)明有關(guān)負(fù)載驅(qū)動裝置的其他的實施例的電路圖。
圖4是圖2所示用于本發(fā)明實施例的PWM控制電路的電路圖。
圖5所示是本發(fā)明的第一發(fā)明有關(guān)負(fù)載驅(qū)動裝置的其他的實施例的電路圖。
圖6是本發(fā)明的第二發(fā)明有關(guān)負(fù)載驅(qū)動裝置的一實施例的框圖。
圖7是本發(fā)明的第二發(fā)明的其他實施例的框圖。
圖8是本發(fā)明的第二發(fā)明的又一其他實施例的框圖。
圖9是本發(fā)明的第二發(fā)明的又一其他實施例的框圖。
圖10是本發(fā)明的第二發(fā)明的又一其他實施例的框圖。
圖11是負(fù)載驅(qū)動裝置的一個已有實施例的電路圖。
圖12是負(fù)載驅(qū)動裝置的其他的已有實施例的電路圖。
圖13是負(fù)載驅(qū)動裝置的又一其他的已有實施例的電路圖。
圖14是負(fù)載驅(qū)動裝置的又一其他的已有實施例的框圖。
以下，參照附圖對本發(fā)明有關(guān)感性負(fù)載驅(qū)動裝置作詳細(xì)說明。
圖1示出了本發(fā)明的第一發(fā)明的原理框圖，而圖2示出了第一發(fā)明的一實施例的電路圖。
按圖1，說明本發(fā)明的第一發(fā)明的概要。
圖1中Sw1是開關(guān)元件，C1是電容器，10是充電電路，20是驅(qū)動電路，30是驅(qū)動信號，40是負(fù)載，VB是電源。
開關(guān)元件Sw1依靠驅(qū)動電路20，隨著驅(qū)動信號30進(jìn)行開關(guān)的接通、斷開動作。現(xiàn)在考慮開關(guān)元件SW1斷開時的情形在這種情況下，在端子a及端子b之間產(chǎn)生電位差，基于該電位差，用充電電路10向電容器C1充電。該充電電路10包括管理電容器C1的充電電壓的手段和阻止電容器C1儲備的電荷流向電源VB側(cè)的手段。這里，使用驅(qū)動電路20的電源構(gòu)成由電容器C1儲備的電荷而產(chǎn)生的電壓。
然后，驅(qū)動信號30向驅(qū)動電路20輸入導(dǎo)通信號，由驅(qū)動電路20而引起開關(guān)元件Sw1接通。于是，端子a和端子b大致等電位。一方面，為了阻止電容器C1儲備的電荷流向電源VB側(cè)，用電容器C1儲備的電荷，作為驅(qū)動電路20的電源，可接連供給比端子a及端子b還高的電壓。
圖1所示，根據(jù)其構(gòu)成，不采用第2電源和復(fù)雜的電路，用少數(shù)的元件構(gòu)成電路，不影響裝置的可靠性，使用N型器件可構(gòu)成高電位開關(guān)。
基于這種想法的第一發(fā)明的實施例電路圖，如圖2所示。該實施例是使用了N型器件的高電位開關(guān)的改良型。
圖2中，C1是電容器，D1是二極管，L是負(fù)載，Q1是倒相電路，R1、R2是電阻，Sw1是開關(guān)元件(這里是FET)，Tr1、Tr2是NPN晶體管，ZD1是穩(wěn)壓二極管。
考慮不驅(qū)動負(fù)載L時的情況。在端子a及端子c(接地)之間，外加電源VB。這時，為使端子a和端子b之間產(chǎn)生電位差，與穩(wěn)壓二極管ZD1的穩(wěn)壓電壓相等的電壓向電容器C1充電。該充電電壓成為倒相電路Q1的驅(qū)動電源電壓，倒相電路Q1為動作狀態(tài)。
接著考慮驅(qū)動負(fù)載L的情況。這時，由端子d加入為驅(qū)動負(fù)載的驅(qū)動信號(負(fù)脈沖信號)，或由點線圈著的晶體管Tr2的基極加入正脈沖信號。由此，倒相電路Q1輸出為高電平，在FETSw1的柵極·源極間加入該高電壓，由此，F(xiàn)ETSw1接通，點b的電壓與端子a的電壓VB大致等同，負(fù)載L由電源VB驅(qū)動。
這時，為了阻止向電容器C1充電的電荷，由二極管D1流向電源側(cè)，電容器C1的正側(cè)，照原樣維持同穩(wěn)壓二極管ZD1的穩(wěn)壓電壓等同的電壓，繼續(xù)供給倒相電路Q1的驅(qū)動電源電壓。
因此，F(xiàn)ETSw1的柵極，連續(xù)供給比源極電位還高的電容器C1的充電電壓部分的高驅(qū)動電壓。其結(jié)果，在負(fù)載驅(qū)動中FETSw1可充分飽和，能減少FETSw1內(nèi)的功耗。
基于以上構(gòu)成電路，作為上述開關(guān)元件，即使使用NPN晶體管、N溝道FET、N溝道IGBT等的N型器件，也不那么增加電路元件，能夠構(gòu)成高電位開關(guān)，可實現(xiàn)效率好的感性負(fù)載驅(qū)動裝置。
本實施例的電路，在負(fù)載L非驅(qū)動時，為了采用構(gòu)成所述倒相電路Q1的充電電源，適應(yīng)負(fù)載反復(fù)接通、斷開的斷續(xù)電路的用途，根據(jù)電容器C1的容量和倒相電路Q1的驅(qū)動電路的阻抗，由能夠連續(xù)持續(xù)FETSw1接通狀態(tài)的時間而決定，而根據(jù)電容器C1的充電電流和倒相電路Q1的驅(qū)動電路的阻抗決定FETSw1的負(fù)載驅(qū)動時間率(占空比)。
圖3所示為第一發(fā)明的其他實施例的電路圖。該電路由圖2所示電路重新加入又一組電容器和充電電路構(gòu)成。該電路，穩(wěn)壓二極管ZD1的穩(wěn)壓電壓VZD1比穩(wěn)壓二極管ZD2的穩(wěn)壓電壓VZD2大，即VZD1＞VZD2現(xiàn)在，考慮不驅(qū)動負(fù)載L時的情況。在端子a及端子c(接地)之間，加有電源VB。這時，為使端子a和端子b之間產(chǎn)生電位差，用與穩(wěn)壓二極管ZD1的穩(wěn)壓電壓VZD1相等的電壓，向電容器C1充電。并且，同時用與穩(wěn)壓二極管ZD2的穩(wěn)壓電壓VZD2相等的電壓向電容器C2充電，該電容器C2的充電電壓成為倒相電路Q1的驅(qū)動電源電壓，倒相電路Q1為動作狀態(tài)。
接著考慮驅(qū)動負(fù)載L的情況。這時，由端子d加入為驅(qū)動負(fù)載的驅(qū)動信號(負(fù)脈沖信號)，對倒相電路Q1輸入信號，或由點線圍著的晶體管Tr2的基極，加入正脈沖信號。由此，倒相電路Q1輸出為高電平，在FETSw1的柵極·源極之間加入該高壓，由此，F(xiàn)ETSw1接通，點b的電壓與端子a的電壓VB大致等同，負(fù)載L由電源VB驅(qū)動。
這時，為了阻止向電容器C1及電容器C2充電的電荷分別由二極管D1、二極管D2流向電源側(cè)，電容器C1的正側(cè)照原樣維持同穩(wěn)壓二極管ZD1的穩(wěn)壓電壓VZD1等同的電位。電容器C2的正側(cè)，照原樣維持同穩(wěn)壓二極管ZD2穩(wěn)壓電壓VZD2等同的電位。
由于電容器C2的電位，可連續(xù)向倒相電路Q1的驅(qū)動電源提供電壓。即，F(xiàn)ETSW1的柵極，連續(xù)供給比源極電位還高的電容器C1的充電電壓部分的高驅(qū)動電壓。其結(jié)果，在負(fù)載驅(qū)動中FETSw1可充分飽和，能減少FETSw1的功耗。
如果，由于倒相電路Q1的耗電等，在電容器C2的電位比穩(wěn)壓二極管電壓VZD2還低時，電容器C1的電荷通過晶體管Tr2，二極管D2給電容器C2充電，電容器C2的正側(cè)維持同穩(wěn)壓二極管ZD2的穩(wěn)壓電壓VZD2相等電位工作。在忽略晶體管Tr1、Tr2、二極管D1、D2功耗的情況下，電容器C1的電位到與電容器C2的電位相等時為止，保持電容器C2的電位與穩(wěn)壓電壓VZD2等值。在保持電容器C2的電位期間，倒相電路Q1的電源電壓是一定的。所以，如人們所了解的FET的柵極電壓降低，不會引起Sw1的損失增加。
圖3中充電電路及電容器設(shè)置2組，由2級構(gòu)成，進(jìn)一步增加充電電路及電容器組，構(gòu)成多段，當(dāng)然可以更長時間繼續(xù)保持倒相電路Q1的電源電壓一定。
圖2及圖3中作為驅(qū)動電路使用倒相電路，也不妨使用顛倒驅(qū)動信號脈沖極性的阻尼電路，或者，也可使用運算放大器電路、比較電路等作為驅(qū)動電路。
圖4是圖2中所示的使用第一發(fā)明的第一實施例PWM控制電路的電路例。由晶體管Tr2的基極或是端子d加入PWM信號。根據(jù)電流檢測器(圖中未示出)檢測FETSw1閉合、斷開周期，能夠控制流過負(fù)載L電流的平均值。FD是續(xù)流二極管。
圖5是圖2中所示的在本發(fā)明的實施例的電路方面，為了降低FETSw1的柵極·源極之間的阻抗，提高切換速度，在倒相電路Q1和FETSw1的柵極之間設(shè)置了所謂的互補電路50的實施例。本發(fā)明，因為含有電容器的充電電路和驅(qū)動電路分別獨立構(gòu)成，所以可容易地實現(xiàn)這樣的構(gòu)成和進(jìn)行高速切換動作。
如上所述，本發(fā)明的第一發(fā)明具有下列優(yōu)良特征1、開關(guān)手段為斷開時，用負(fù)載和電源之間所產(chǎn)生的電位差給電容器充電，將其充電電荷用于驅(qū)動電路的電源，因為采用上述構(gòu)成，所以不需要開關(guān)手段驅(qū)動用的另外電源。
2、與開關(guān)手段的接通、斷開相對應(yīng)，可自動地向電容器充放電，所以不需要另設(shè)切換電容器的充放電元件。
3、電容器和驅(qū)動電路是獨立的，所以容易插入為實現(xiàn)開關(guān)手段的低阻抗驅(qū)動的互補電路等。
4、用充電電路可正確決定電容器的充電電壓，所以沒有必要適當(dāng)提高設(shè)定等，并且一達(dá)到規(guī)定的電壓，充電動作就停止，沒有多余充電，頗為有效。
而且，電路簡單，功耗少，動作穩(wěn)定，經(jīng)濟。
下面，圖6示出第二發(fā)明的一實施例的框圖。
如圖6所示，電路有電流檢測電路1、驅(qū)動控制電路2、驅(qū)動雙極晶體管Tr1、電源3，除此之外，還有檢測晶體管Tr1的集電極—發(fā)射極之間的電壓Vce的檢測電路4，和根據(jù)Vce檢測電路4的檢測輸出，控制電源3的輸出電壓的電源控制電路5。
現(xiàn)在，考慮該電路進(jìn)行恒流控制動作的情況。流過負(fù)載L指定電流所必需的最低電壓由電源3一供給晶體管Tr1時，晶體管Tr1的集電極—發(fā)射極之間的電壓降Vce就減小。如果，電源3的電壓比流過負(fù)載L指定的電流所必需的最低電壓大，其大的電壓部分出現(xiàn)在晶體管Tr1的集電極—發(fā)射極之間下降電壓Vce中。當(dāng)電壓Vce大時，用Vce檢測電路4將其檢測出，用Vce檢測電路4的輸出使電源電壓控制電路5工作，以便控制電源電壓降低，以使電源3的電壓，流過負(fù)載L指定電流必需的最低電壓動作。即，使電壓Vce經(jīng)常處于最低值。要做到使這樣的電路動作，可將驅(qū)動晶體管Tr1內(nèi)的發(fā)熱抑制為最低。由此，能夠削減裝置的散熱費用，提高電路的可靠性。
圖7所示為用本發(fā)明的第二發(fā)明的其他的實施例圖6中的Vce檢測電路4，將該電路中的部分用一個晶體管Tr2實現(xiàn)的電路。
該電路進(jìn)行恒流控制動作時，在電源電壓等于供給負(fù)載L指定的電流必需的最低電壓時，晶體管Tr1的集電極—發(fā)射極之間的電壓降Vce小。因此，將使晶體管Tr2導(dǎo)通的基極—發(fā)射極之間的電壓Vbe和Vce比較，如果晶體管Tr1的Vce≤晶體管Tr2的Vbe，則晶體管Tr2不導(dǎo)通。
但是，該狀態(tài)當(dāng)負(fù)載L的阻抗變化減少時(例如，相當(dāng)于負(fù)載在螺線管溫度漸漸降低的場合等)，電源電壓比供給負(fù)載L指定的電流必需的最低電壓大，晶體管Tr1的Vce增加。而且，該電壓超過使晶體管Tr2導(dǎo)通的基極—發(fā)射極之間的電壓Vbe時，晶體管Tr2就導(dǎo)通。電源電壓控制電路5接收到該晶體管Tr2導(dǎo)通后產(chǎn)生的輸出信號，使電源3的電壓降低。
由于該一系列動作，電源電壓降低，也可再次降低晶體管Tr1的集電極—發(fā)射極之間的電壓降Vce，能夠抑制晶體管Tr1的發(fā)熱。
以上是晶體管Tr1導(dǎo)通的情況，該電路根據(jù)由外部來的輸出控制信號，在晶體管Tr1截止時，也提高集電極—發(fā)射極之間的電壓Vce。由此，電路為防止使電源電壓低落，將被送入驅(qū)動晶體管Tr1驅(qū)動控制電路2的輸出控制信號，輸入給電源電壓控制電路5，當(dāng)晶體管Tr1位于斷路狀態(tài)時，使電源電壓控制電路5的電源電壓調(diào)整功能停止。這時，電源電壓根據(jù)輸出控制信號，將晶體管Tr1即將截止之前的值照原樣輸出，或者是固定預(yù)先決定了的電壓。這種選擇可按需要，由電源電壓控制電路5決定。
圖6、圖7所示的實施例，敘述了關(guān)于使用了作為晶體管Tr1的雙極晶體管的情況，這是任何一種一段的電流控制器件晶體管都能得到同樣的效果。例如，為達(dá)到該目的，可使用FET、IGBT、SIT等。
還有，圖6、圖7所示實施例，說明了作為晶體管Tr1的NPN晶體管等的N型器件電路，但是，如圖8所示，使用PNP晶體管等的P型器件也必定得到同樣的效果。
還有，在圖6—圖8的實施例中，敘述了關(guān)于使用作為晶體管Tr2的雙極晶體管的情況，如圖9所示，也能夠使用運算放大器和比較電路等的電壓檢測元件OP。并且，如圖10所示，由于在晶體管Tr2的基極—發(fā)射極之間設(shè)置分壓電阻，所以將動作中的晶體管Tr1的集電極—發(fā)射電極之間的電壓降Vce，以所述晶體管Tr2導(dǎo)通的電壓(Vbe)以上任意設(shè)定是可能的。
如上所述，在第一發(fā)明中，在負(fù)載驅(qū)動裝置中具有在負(fù)載和電源間設(shè)置的電流控制元件和驅(qū)動該電流控制元件的驅(qū)動電路，電流控制元件是對負(fù)載加載的電源電壓施行接通、斷開的開關(guān)手段，該驅(qū)動電路設(shè)置有在所述開關(guān)手段為斷開時，用負(fù)載與電源之間所產(chǎn)生的電位差進(jìn)行充電的電容器，和在開關(guān)手段為接通時，由電容器的充電電荷，將超過電源電壓的控制用電壓提供給所述驅(qū)動電路的控制電源電路。
由此，作為主電路，為驅(qū)動獨立的電流控制元件，沒有必要設(shè)置驅(qū)動電源，用簡單的構(gòu)成電路，可以得到比電源電壓還高的控制電壓。因此，與P型的器件相比，可使用價格低廉、性能優(yōu)良的N型半導(dǎo)體器件容易地構(gòu)成高電位開關(guān)。而且，電路元器件少，可得到高可靠性。
還有，第二發(fā)明在上述負(fù)載驅(qū)動裝置中設(shè)置了電流控制元件，該元件是可改變對負(fù)載加載電流的電流可變手段；該電流可變手段設(shè)有作為檢測產(chǎn)生電位差的電位差檢測手段，和根據(jù)電位差檢測手段的檢測結(jié)果，使電位差減小，控制電源電壓的電源電壓控制手段。
由此，一邊維持恒流控制，一邊對有關(guān)恒流電路的元件的電壓控制在盡量小的范圍內(nèi)，所以，能夠減少元件發(fā)熱量，減少裝置的散熱費用，提高電路的可靠性。
最后，說明本發(fā)明在工業(yè)上利用的可能性問題。
第一發(fā)明，在斬波控制型的負(fù)載驅(qū)動裝置中，設(shè)有在開關(guān)手段為斷開時，通過負(fù)載與電源之間所產(chǎn)生的電位差進(jìn)行充電的電容器，和在開關(guān)手段為接通時，通過電容器的充電電荷，將超過電源電壓的控制用電壓提供給開關(guān)手段的驅(qū)動電路的控制電源電路。作為主電路，為驅(qū)動獨立的電流控制元件，沒有必要設(shè)置驅(qū)動電源，用簡單的構(gòu)成電路，可以得到比電源電壓還高的控制電壓。因此，使用價格低廉、性能優(yōu)良的N型半導(dǎo)體器件能夠容易地構(gòu)成高電位開關(guān)。
第二發(fā)明，在負(fù)載驅(qū)動裝置中，具有在負(fù)載和電源之間所設(shè)置的電流控制元件和驅(qū)動該電流控制元件的驅(qū)動電路；作為電流控制元件，使用電流可變手段，減少該電流控制元件前后產(chǎn)生的電位差，控制電源的電壓。因此，能夠減少元件的發(fā)熱量，減少裝置的發(fā)熱費用。
由此，本發(fā)明可用于以螺線管、步進(jìn)電動機線圈等為代表的所有感性負(fù)載的驅(qū)動裝置。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載驅(qū)動裝置，具有在負(fù)載與電源之間所設(shè)置的電流控制元件和驅(qū)動該電流控制元件的驅(qū)動電路，其特征在于所述的電流控制元件是對所述負(fù)載加載的所述電源電壓實行接通、斷開的開關(guān)手段，所述的驅(qū)動電路，具有在所述開關(guān)手段為斷開時，通過在所述負(fù)載與所述電源之間所產(chǎn)生的電位差進(jìn)行充電的電容器，和在所述開關(guān)手段為接通時，通過所述電容器的充電電荷，將超過電源電壓的控制用電壓提供給所述驅(qū)動電路的控制電源電路。
2.一種負(fù)載驅(qū)動裝置，具有在負(fù)載與電源之間所設(shè)置的電流控制元件和驅(qū)動該電流控制元件的驅(qū)動電路，其特征在于，該裝置包括在所述開關(guān)手段為斷開時，通過所述負(fù)載與所述電源之間所產(chǎn)生的電位差進(jìn)行充電的第1電容器，和在所述開關(guān)手段為接通時，通過所述第1電容器的充電電荷，將超過所述電源電壓的控制用電壓提供給所述驅(qū)動電路的控制電源電路，和在所述開關(guān)手段為斷開時，通過所述負(fù)載與電源之間所產(chǎn)生的電位差，用比所述第1電容器的充電電壓還高的充電電壓充電，在所述控制用電壓下降時，對所述第1電容器進(jìn)行充電的一個或多個第2電容器。
3.一種負(fù)載驅(qū)動裝置，具有在負(fù)載與電源之間所設(shè)置的電流控制元件和驅(qū)動該電流控制元件的驅(qū)動電路，其特征在于所述電流控制元件是可改變對所述負(fù)載加載電流的電流可變手段，所述驅(qū)動電路，具有求出所述電流可變手段前后的電位差的電位差計測手段，和根據(jù)所述電位差計測手段的檢測結(jié)果，使所述電位差減小，控制所述電源電壓的電源電壓控制手段。
4.如權(quán)利要求3所述的負(fù)載驅(qū)動裝置，其特征在于，所述電流可變手段，在決定電流斷開時，停止所述電源電壓控制手段的動作，以固定所述電源的電壓。
全文摘要
將對負(fù)載(40)加載的電源電壓(VB)，用開關(guān)手段(Sw1)按規(guī)定的比率接通、斷開，控制流過負(fù)載(40)的平均電流的電路，在開關(guān)手段(Sw1)為斷開時，用負(fù)載(40)與電源之間所產(chǎn)生的電位差給電容器(C1)充電，用該充電電壓超過電源電壓(VB)的控制用電壓提供給驅(qū)動電路(20)。采用此法實現(xiàn)了用簡單的電路，使用N型半導(dǎo)體器件的高電位開關(guān)。
文檔編號H03K17/06GK1147881SQ95192956
公開日1997年4月16日 申請日期1995年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月12日
發(fā)明者前田謙一郎, 吉田大輔, 加藤光一, 川路泰史 申請人:小松制作所株式會社