逆起電力サージ発生装置
【課題】誘導性素子により発生する逆起電力サージを、再現性よく忠実に発生させる。
【解決手段】直流電源１０２から誘導性素子Ｌ１に電源を供給する第１経路に設けられた第１のスイッチング手段Ｓ１と、直流電源から電流制限抵抗Ｒ１を介して誘導性素子に電源を供給する第２経路に設けられた第２のスイッチング手段Ｓ２と、第２経路に設けられた第１の電流検出器ｉ１と、第１および第２経路と誘導性素子との間に設けられ、直流電源から誘導性素子への電源の供給を遮断する第３のスイッチング手段Ｓ３と、第１のスイッチング手段をオフした後、ランプ波発生器からのランプ波電圧と第１の電流検出器からの検出電圧とにより、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第３のスイッチング手段をオフする制御装置１０３とを備えた。
【解決手段】直流電源１０２から誘導性素子Ｌ１に電源を供給する第１経路に設けられた第１のスイッチング手段Ｓ１と、直流電源から電流制限抵抗Ｒ１を介して誘導性素子に電源を供給する第２経路に設けられた第２のスイッチング手段Ｓ２と、第２経路に設けられた第１の電流検出器ｉ１と、第１および第２経路と誘導性素子との間に設けられ、直流電源から誘導性素子への電源の供給を遮断する第３のスイッチング手段Ｓ３と、第１のスイッチング手段をオフした後、ランプ波発生器からのランプ波電圧と第１の電流検出器からの検出電圧とにより、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第３のスイッチング手段をオフする制御装置１０３とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆起電力サージ発生装置に関し、より詳細には、誘導性素子である負荷を、スイッチ回路によりオン・オフ制御する際に発生する逆起電力サージを、電子機器等に印加するための逆起電力サージ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のワイパー駆動回路等は、接点電極構造のスイッチによりモータのオン・オフ制御を行っている。このような回路は、構造的に簡単で安価なため、広く一般的に使われている。図１に、従来のモータ駆動回路の模式図を示す。モータ駆動回路２は、モータ１とバッテリー３との間に挿入されており、スイッチ４により、モータのオン・オフ制御を行う。モータは、コイルである誘導性素子に電流を流すことにより生ずる起電力を利用して回転力を得ている。
【０００３】
このようなモータ駆動回路において、モータが動作中に、何らかの原因により突如バッテリーが遮断されると、モータのコイルに逆起電力サージが発生する。例えば、自動車のワイパー駆動回路の場合、逆起電力サージは、モータ駆動回路を介して、自動車に搭載される電子機器等を故障させることがある。
【０００４】
そこで、モータ駆動回路、電子機器等（以下、供試体という）の故障事故を未然に防止するために、予め電子機器等の逆起電力サージに対する耐量を試験・評価する必要がある。図２に、従来の逆起電力サージ試験装置の模式図を示す。逆起電力サージ試験装置５は、接点電極構造のスイッチで発生する逆起電力サージを模擬して、モータ駆動回路２等の電子機器に印加し、電子機器の逆起電力サージに対する耐量を測定する。
【０００５】
次に、図３を参照して、逆起電力サージについて詳しく説明する。直流電源６に接続された誘導性素子７、例えばモータのコイルを接点電極構造のスイッチ８でオン・オフする。スイッチ８を閉じて（オン）通電状態とすると、誘導性素子７には、
【０００６】
【数１】
【０００７】
で表されるエネルギーが蓄積される。Ｌは誘導性素子７のインダクタンス、ｉは誘導性素子７を流れる電流である。スイッチ８を開く（オフ）と、誘導性素子７に蓄積されたエネルギーＷは、コイルの巻き線間の放電、コイルの巻線抵抗によって熱消費される。
【０００８】
図４に、スイッチの接点状態を示す。図４（ａ）は、スイッチの接点電極が接触し、導通している状態であり、以下、接点の状態Ａという。図４（ｂ）は、スイッチの接点電極が離れてはいるが、スイッチの接点電極間に続流が流れ続けている状態であり、以下、接点の状態Ｂという。図４（ｃ）は、スイッチの接点電極が離れ、電流が遮断された状態であり、以下、接点の状態Ｃという。
【０００９】
図５に、図３に示した回路における逆起電力サージの波形を示す。上から、サージ電圧、コイル電流および出力インピーダンスを示す。スイッチ８が接点の状態Ａでは、一定の電圧、電流で誘導性素子７に電力が供給されている。このとき、誘導性素子７の抵抗値は、ほぼ０である。
【００１０】
スイッチ８が接点の状態Ｂに移行すると、直流電源６から誘導性素子７への電力供給が停止するため、電圧波形は急激に降下する。このとき、コイルには磁束を保持するように電流を流そうとする働き（レンツの法則）があるため、電圧は０Ｖで留まらず、マイナスの電位まで降下する。接点の状態Ｂでは、スイッチの接点電極間に続流が流れ続け、図のようなサージ電圧、コイル電流が観測される。なお、電圧の降下量は、誘導性素子７のインダクタンス値および抵抗値、スイッチ８の構造によって定まる。
【００１１】
スイッチ８が接点の状態Ｃに移行すると、続流が遮断され、誘導性素子７の残存エネルギーは、サージ波形となって消費される。
【００１２】
誘導性素子７をエネルギー発生源とみなして、サージ電圧をコイル電流で除算して出力インピーダンスを算出する。スイッチ８が接点の状態Ａでは、数百ミリΩ〜数Ωである。接点の状態Ｂでは、数Ω〜数百Ωに過渡的に変化し、接点の状態Ｃでは、数百Ωに達する。サージ電圧波形とコイル電流波形とは、直線的に変化しているにもかかわらず、出力インピーダンスは円弧状（非直線的）に変化する。
【００１３】
また、誘導性素子７の蓄積エネルギーの大部分は、接点の状態Ｂの続流が持続する状態で消費され、逆起電力サージにより消費されるエネルギーは、全蓄積エネルギーの数％以下である。
【００１４】
直流電源６の出力電圧を＋１２Ｖとしたとき、スイッチ８をオンからオフに移行した瞬間に発生するマイナス電圧は、およそ−１〜−１０Ｖ程度である。接点の状態Ｂでは、マイナス電圧が徐々に大きくなっていき、続流の持続時間は約０．５〜２．５ｍｓ程度である。続流が遮断されると、−３００〜−４００Ｖ程度のサージ電圧が発生し、その後、スイッチ８は完全遮断状態となる。
【００１５】
逆起電力ｅは、周知の通り
【００１６】
【数２】
【００１７】
と表すことができ、ここで、Ｎはコイルの巻数、φは磁束である。磁束φは、
【００１８】
【数３】
【００１９】
と表すことができ、ここで、Ｌは自己インダクタンス、Ｉはコイルに流れる電流である。逆起電力ｅは、結局
【００２０】
【数４】
【００２１】
となって、自己インダクタンスやコイルに流れる電流が大きいほど、大きな逆起電力サージが発生することになる。
【００２２】
【非特許文献１】IEC61000-4-5, Edition 1.1 2001.4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
図６に、従来の逆起電力サージ試験装置の回路図を示す（例えば、非特許文献１参照）。この回路においては、高圧電源Ｕから充電抵抗Ｒｃを介して、エネルギー蓄積キャパシタＣｃに電力を蓄積する。次に、スイッチＳＷを閉じて、エネルギー蓄積キャパシタＣｃを放電させて、サージ波形を発生させる。サージ波形は、パルス幅形成抵抗Ｒｓ、インピーダンス整合抵抗Ｒｍ、および立上り時間形成インダクタＬｒを適宜選択することにより、所望の逆起電力サージ波形を擬似することができる。
【００２４】
図７に、逆起電力サージ試験装置における逆起電力サージの波形を示す。図６に示した回路の出力端に誘導性素子を接続した場合のサージ電圧波形である。しかしながら、従来の逆起電力サージ試験装置は、出力インピーダンスが原理的に一定の値を取ることとなり、出力インピーダンスの過渡的な変化は生じない。また、サージ電圧波形は、図５に示したサージ電圧波形とは著しく異なるため、誘導性素子である負荷を、スイッチ回路によりオン・オフ制御する際に発生する逆起電力サージを印加していることにならないという問題があった。
【００２５】
図８に、従来の逆起電力サージを印加するための第１の方法を示す。ＤＣ電源９を実際に使用するコイル１１に接続し、スイッチ１０を開閉させて、逆起電力サージを発生させる。この方法は、スイッチ１０を手動または機械的な方法で切り替えることにより、コイル１１に流れる電流を遮断する。従って、逆起電力サージ波形の再現性に乏しく、定量的な評価試験を行うことは難しいという問題があった。
【００２６】
図９に、従来の逆起電力サージを印加するための第２の方法を示す。サージ発生装置１２とバイポーラ出力型ＤＣ電源１３とを並列に接続し、シーケンス動作させることにより、逆起電力サージ発生させる。図１０に、第２の方法における電圧波形を示す。図１０（ａ）はバイポーラ出力型ＤＣ電源１３の出力波形であり、図１０（ｂ）はサージ発生装置１２の出力波形である。この２つを結合することにより、図１０（ｃ）に示した逆起電力サージ波形を得ることができる。
【００２７】
図１０（ｃ）に示したサージ電圧波形は、図５に示したサージ電圧波形と類似している。しかしながら、スイッチが接点の状態Ｂにあるとき、逆起電力サージ試験装置の出力インピーダンスは、バイポーラ出力型ＤＣ電源１３の出力インピーダンスに等しい。バイポーラ出力型ＤＣ電源１３の出力インピーダンスは、数十ｍΩ程度の一定値を取るのが一般的である。従って、上述したこの誘導性素子により逆起電力サージを発生させる場合の、誘導性素子の出力インピーダンスと比較して、極端に小さな値を取る。その結果、逆起電力サージ試験装置に接続される供試体に印加されるサージエネルギーが過大となり、供試体を破壊してしまう恐れがあるという問題もあった。
【００２８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、誘導性素子により発生する逆起電力サージを、再現性よく忠実に発生させるための逆起電力サージ発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、誘導性素子の逆起電力を利用してサージを発生させ、供試体に印加する逆起電力サージ発生装置において、直流電源から前記誘導性素子に電源を供給する第１経路に設けられた第１のスイッチング手段と、前記直流電源から電流制限抵抗を介して前記誘導性素子に電源を供給する第２経路に設けられた第２のスイッチング手段と、前記第２経路に設けられた第１の電流検出器と、前記第１経路および前記第２経路と前記誘導性素子との間に設けられ、前記直流電源から前記誘導性素子への電源の供給を遮断する第３のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段をオフした後、ランプ波発生器からのランプ波電圧と前記第１の電流検出器からの検出電圧とにより、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第３のスイッチング手段をオフする制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
前記第１の電流検出器は、前記検出電圧を生成する抵抗とインダクタとが直列に接続されていることが好ましい。
【００３１】
一実施態様によれば、前記制御装置は、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、所定時間経過した場合、前記第１の電流検出器からの検出電圧が所定の値以下になった場合のいずれかにおいて、前記第３のスイッチング手段をオフすることを特徴とする。
【００３２】
他の実施態様によれば、前記誘導性素子と前記供試体との間に設けられた第２の電流検出器を備え、前記制御装置は、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第２の電流検出器からの検出電圧が所定値以上となったとき、前記第３のスイッチング手段をオフし、前記第２の電流検出器からの検出電圧が所定値未満のとき、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、所定時間経過した場合、前記第１の電流検出器からの検出電圧が所定の値以下になった場合のいずれかにおいて、前記第３のスイッチング手段をオフすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、誘導性素子の逆起電力を利用してサージを発生させる場合に、ランプ波発生器からのランプ波電圧と第１の電流検出器からの検出電圧とにより、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第３のスイッチング手段をオフすることにより、誘導性素子の出力インピーダンスを忠実に再現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。逆起電力サージは、誘導性素子の出力インピーダンスにより決まるため、逆起電力サージ試験装置は、誘導性素子の出力インピーダンスを忠実に再現して、逆起電力サージを供試体に印加する必要がある。また、過大なサージエネルギーが供試体に加わることによって、供試体が破損しないためにも、誘導性素子の出力インピーダンスを忠実に再現することは極めて重要である。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１１に、本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置を示す。逆起電力サージ試験装置は、逆起電力サージ発生装置１０１と直流電源１０２と制御装置１０３とから構成されている。逆起電力サージ発生装置１０１は、逆起電力サージ発生用のインダクタＬ１を用いて、出力インピーダンスの変化を忠実に再現して、逆起電力サージを供給することができる。逆起電力サージ発生装置１０１は、直流電源１０２からインダクタＬ１に電源を供給する第１経路に設けられた第１のスイッチング手段（トランジスタＳ１）と、直流電源１０２から電流制限用の抵抗器Ｒ１を介してインダクタＬ１に電源を供給する第２経路に設けられた第２のスイッチング手段（トランジスタＳ２）と、第１経路および第２経路とインダクタＬ１との間に第３のスイッチング手段（トランジスタＳ３）と、第２経路に設けられた電流検出器ｉ１とを備えている。
【００３６】
図１２は、本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置の試験方法を示すフローチャートである。また、図１３に、制御装置１０３がトランジスタＳ１〜Ｓ３を制御する制御信号を示す。最初に、トランジスタＳ１〜Ｓ３を全てオンとし、インダクタＬ１に電源を供給する（ステップ２０１）。その後、図５に示した接点の状態Ａの時間ｔ１経過後にトランジスタＳ１のみをオフにして、トランジスタＳ２のアナログ制御を開始する（ステップ２０２）。制御装置１０３は、タイマー回路またはＣＰＵとメモリを組み合わせてプログラムによりＳ１制御信号を生成する。その後、接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２の後にトランジスタＳ３をオフにする（ステップ２０３）。なお、図２１を参照して後述するように、電流検出器ｉ１で検出された値が、所定の値以下となった時に、トランジスタＳ３をオフすることもできる。以下、順に説明する。
【００３７】
ステップ２０２において、トランジスタＳ１がオフになると、トランジスタＳ２はオンのままなので、電流はトランジスタＳ２側のみに流れる。抵抗器Ｒ１の両端電圧をＶｒとし、抵抗器Ｒ１に流れる電流をＩｒとすれば、
Ｖｒ＝Ｉｒ×Ｒ１ （４）
と表される。第１の実施形態では、抵抗器Ｒ１の一方が基準電位（ＧＮＤ）に接続されているため、抵抗器Ｒ１の両端電圧は、
Ｖｒ＝−Ｉｒ×Ｒ１ （５）
となり、抵抗器Ｒ１には、ＧＮＤ電位を基準にマイナスの電位差が生じる。なお、抵抗器Ｒ１を可変抵抗器にすれば、各種のスイッチの構造に対応したマイナス電圧を得ることができる。
【００３８】
次に、トランジスタＳ２のアナログ制御について、詳しく説明する。アナログ制御とは、トランジスタＳ２を電流源として動作させることをいう。トランジスタＳ１がオフしても、トランジスタＳ２はオンのままなので、直流電流がトランジスタＳ２と抵抗器Ｒ１を介してインダクタＬ１に流れ込んでいる。トランジスタＳ２を固定電圧で制御していると、トランジスタＳ２を流れる電流は、インダクタＬ１に吸い込まれ、図５に示したような右下がりの直線的なサージ電圧波形にはならない。図１４に、トランジスタＳ２を固定電圧で制御した場合の逆起電力サージの波形を示す。
【００３９】
そこで、第１の実施形態では、インダクタＬ１に流れ込む電流を、トランジスタＳ２の入力電圧で制御する。トランジスタＳ２の入力電圧を変化させることにより、インダクタＬ１に流れ込む電流を調整し、トランジスタＳ２が電流源として動作するように制御する。具体的には、制御装置１０３内にランプ波発生器を備え、トランジスタＳ２をランプ電圧で制御する。
【００４０】
図１５は、制御装置内のランプ波発生器を示す回路図である。ランプ波発生器は、トランジスタＳ１のＳ１制御信号をトリガー信号として入力し、トランジスタＳ２へＳ２制御信号を出力する。Ｓ１制御信号がＬからＨに変化すると、トランジスタＴＲ１はオンとなり、トランジスタＴＲ２はオフとなって、コンデンサＣが充電状態になる。Ｓ１制御信号がＨからＬに変化すると、トランジスタＴＲ１はオフとなり、トランジスタＴＲ２はオンとなって、コンデンサＣが放電状態になる。トランジスタＴＲ３、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３は定電流源を構成している。放電電流は、トランジスタＴＲ３、抵抗Ｒ１３を介してマイナス電源に放電されるが、トランジスタＴＲ３が定電流制御されているため、放電電流は定電流としてマイナス電源に放電される。オペアンプＯＰ２は、コンデンサＣの放電に従って、ランプ波電圧を出力する。このようにして生成されたランプ波電圧を、トランジスタＳ２のＳ２制御信号として出力する。なお、抵抗Ｒ１３の値を変更すると、傾斜度の異なるランプ波電圧を得ることができる。
【００４１】
しかしながら、接点の状態Ｂにおいては、図５に示したように、出力インピーダンスが円弧状（非直線的）に変化しているにもかかわらず、逆起電圧は直線的に変化しているため、トランジスタＳ２をランプ波電圧で制御するだけでは、依然として、接点の状態Ｂにおけるサージ電圧波形を忠実に再現することができない。図１６に、トランジスタＳ２をランプ波電圧で制御した場合の逆起電力サージの波形を示す。逆起電力サージ発生装置１０１は、逆起電力サージ発生用のインダクタＬ１を用いて、出力インピーダンスの変化を再現しているが、接点の状態Ｂにおいては、インダクタＬ１のインピーダンスも図５に示すように非直線的（円弧状）に変化するため、この間のサージ電圧波形が、図１６に示したように非直線的（円弧状）な波形になる。
【００４２】
トランジスタＳ２の入力電圧、すなわちランプ波発生器からの出力波形をＶｓとし、トランジスタＳ２の出力インピーダンスをＺｏ、トランジスタＳ２に流れる電流をＩｒとすれば、
Ｉｒ＝Ｖｓ／Ｚｏ （６）
となるため、電流Ｉｒは、出力インピーダンスの変化と逆比例して、非直線的（円弧状）に変化する。
【００４３】
そこで、第１の実施形態では、抵抗器Ｒ１に流れる電流を電流検出器ｉ１で検出し、その検出信号をトランジスタＳ２に負帰還させる。ランプ波発生器からのランプ波電圧をトランジスタＳ２に入力し、電流検出器ｉ１からの検出信号をトランジスタＳ２に負帰還させることにより、トランジスタＳ２を流れる電流がインダクタＬ１に吸い込まれてしまうことを抑制することができる。これにより、出力インピーダンスの変化を互いに打ち消しあい、接点の状態Ｂにおけるサージ電圧波形を、図５に示したように右下がりの直線波形を再現する。
【００４４】
図１７に、逆起電力サージ発生装置の電流検出器ｉ１において電流検出を行う回路を示す。電流の検出は、図１７（ａ）に示したシャント抵抗Ｒｄ、図１７（ｂ）に示したカレントトランスＬｄを用いて検出する。検出信号は、ランプ波発生器からのランプ波電圧に加算されて、トランジスタＳ２に負帰還させる。シャント抵抗ＲｄとカレントトランスＬｄとは、基準信号と実際に計測される信号との時間ズレを極力抑えるために、高い周波数応答が必要である。
【００４５】
しかしながら、インダクタＬ１に流れる電流は位相遅れがあるので、単に帰還回路で電流制御を行うと、帰還される電流の位相がずれてしまうため、サージ電圧波形は歪んだ波形となる。図１８に、トランジスタＳ２を帰還制御した場合の逆起電力サージの波形を示す。インダクタＬ１を負荷とする理想回路では、検出電圧はπ／２の遅れ位相となる。そのため、シャント抵抗またはカレントトランスで電流を検出すると、制御信号に対し位相ズレを起こした検出信号が帰還回路に入力されてしまい、所望の電流制御ができない。
【００４６】
図１９に、第１の実施形態にかかる電流検出器の構成を示す。第１の実施形態では、検出電圧を生成するシャント抵抗Ｒ２とインダクタＬ２とを直列に接続する。電流／電圧変換をシャント抵抗に受け持たせ、位相補正をインダクタに受け持たせることで、続流が持続する状態での波形を忠実に再現する。なお、シャント抵抗Ｒ２とインダクタＬ２とは、コイル電流が検出される箇所に設置すればよく、必ずしもトランジスタＳ２とインダクタＬ１との間に接続する必要はない。
【００４７】
以上述べたように、トランジスタＳ２の入力電圧を変化させることにより、インダクタＬ１に流れ込む電流を調整すること、ランプ波発生器からのランプ電圧で制御すること、電流検出器ｉ１の検出信号を負帰還させること、および帰還回路の位相補正を行うことにより、トランジスタＳ２を電流源として動作させることができる。
【００４８】
逆起電力サージ発生装置１０１は、第１経路および第２経路とインダクタＬ１との間に第３のスイッチング手段（トランジスタＳ３）を備えている。トランジスタＳ３は、直流電源１０２からインダクタＬ１への電源供給を遮断するための手段である。仮に、逆起電力サージ発生装置１０１にトランジスタＳ３を設けない場合には、図１３のステップ２０３において、接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２の後にトランジスタＳ２をオフする方法が考えられる。図２０に、トランジスタＳ３を設けなかった場合の逆起電力サージの波形を示す。この場合は、立上り／立下り時間が、図５に示したサージ電圧波形よりも遅い波形が出力される。これは、トランジスタＳ２が、電流検出器ｉ１の検出信号とランプ波発生器からのランプ波電圧とにより制御されており、ランプ波電圧をオフにしても、トランジスタＳ２が高速にスイッチング動作できないためである。
【００４９】
そこで、第１の実施形態では、トランジスタＳ３を、逆起電力サージを発生させる専用のスイッチ手段として設けている。制御装置１０３は、タイマー回路またはＣＰＵとメモリを組み合わせてプログラムによりＳ３制御信号を生成する。
【００５０】
図２１に、トランジスタＳ３を制御する他の例を示す。電流検出器ｉ１で検出された検出信号を利用して、インダクタＬ１に流れる電流が所定の値以下となった時に、トランジスタＳ３をオフすることもできる。
【００５１】
第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置は、インダクタＬ１のインダクタンスを選択し、接点の状態Ａが経過した時間ｔ１、および接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２を経過後制御装置１０３により選択し、抵抗器Ｒ１の抵抗値を選択することにより、様々な逆起電力サージのサージ波形を出力することができる。すなわち、負荷となる誘導性素子の種類、スイッチの構造によって決まる続流の波形を、忠実に再現することができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
例えば、自動車のワイパー駆動回路の場合、逆起電力サージへの対策として、ダイオードなどのサージ吸収素子（以下、サージアブゾーバという）を、電子機器の電源部に接続している。図２２を参照して、サージアブゾーバが接続された誘導性素子により発生する逆起電力サージを説明する。スイッチ８を閉じて（オン）通電状態とすると、誘導性素子７には、エネルギーが蓄積される。スイッチ８を開く（オフ）と、誘導性素子７に蓄積されたエネルギーは、図に示した経路を還流して熱消費される。
【００５３】
図２３に、図２２に示した回路における電圧／電流波形を示す。図２３（ａ）は、インダクタＬ１の両端の電圧波形であり、図２３（ｂ）は、ダイオード１２に流れる電流波形である。第２の実施形態では、このようなサージアブゾーバが接続された場合の逆起電力サージも忠実に再現できるようにする。
【００５４】
図２４に、本発明の第２の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置を示す。逆起電力サージ試験装置は、逆起電力サージ発生装置２０１と直流電源２０２と制御装置２０３とから構成されている。第２の実施形態では、電流検出器ｉ２により、逆起電力サージ試験装置に接続された供試体に流れる電流を検出する。供試体に一定値以上の電流が流れ込んだ場合には、トランジスタＳ３を強制的にオフさせている。これにより、図２３に示した逆起電力サージの波形を再現する。
【００５５】
図２５は、本発明の第２の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置の試験方法を示すフローチャートである。また、図２６に、制御装置２０３がトランジスタＳ１〜Ｓ３を制御する制御信号を示す。最初に、トランジスタＳ１〜Ｓ３を全てオンとし、インダクタＬ１に電源を供給する（ステップ３０１）。その後、図５に示した接点の状態Ａの時間ｔ１経過後にトランジスタＳ１のみをオフにして、トランジスタＳ２のアナログ制御を開始する（ステップ３０２）。ステップ３０１およびステップ３０２の処理は、第１の実施形態に同じである。制御装置２０３は、タイマー回路またはＣＰＵとメモリを組み合わせてプログラムによりＳ１制御信号を生成する。
【００５６】
その後、電流検出器ｉ２に流れる電流を検出し、検出信号が基準値を超えた場合には、トランジスタＳ３を強制的にオフにする（ステップ３０３）。従って、図２６に示したように、接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２の前に、トランジスタＳ３をオフする場合がある。電流検出器ｉ２の検出信号が基準値を超えない場合には、ステップ３０４に移行する。ステップ３０４の処理は、第１の実施形態のステップ２０３に同じであり、接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２の後にトランジスタＳ３をオフにする。
【００５７】
図２７に、供試体に流れる電流を検出する回路を示す。電流の検出は、例えば、カレントトランスＬｄを用いて検出する。電流検出器ｉ２で検出された検出信号を、コンパレータＣＯＭＰにおいて基準値と比較し、検出信号が基準値を超えた場合には、トランジスタＳ３を制御する（ステップ３０３）。検出信号が基準値を超えない場合には、制御装置１０３からのＳ３制御信号により、トランジスタＳ３を制御する（ステップ３０４）。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来のモータ駆動回路の模式図である。
【図２】従来の逆起電力サージ試験装置の模式図である。
【図３】誘導性素子により発生する逆起電力サージを説明するための図である。
【図４】スイッチの接点状態を示す図である。
【図５】図３に示した回路における逆起電力サージの波形を示す図である。
【図６】従来の逆起電力サージ試験装置の回路図である。
【図７】逆起電力サージ試験装置における逆起電力サージの波形を示す図である。
【図８】従来の逆起電力サージを印加するための第１の方法を示す図である。
【図９】従来の逆起電力サージを印加するための第２の方法を示す図である。
【図１０】第２の方法における逆起電力サージの波形を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置の試験方法を示すフローチャートである。
【図１３】第１の実施形態の制御装置がトランジスタＳ１〜Ｓ３を制御する制御信号を示す図である。
【図１４】トランジスタＳ２を固定電圧で制御した場合の逆起電力サージの波形を示す図である。
【図１５】制御装置内のランプ波発生器を示す回路図である。
【図１６】トランジスタＳ２をランプ波電圧で制御した場合の逆起電力サージの波形を示す図である。
【図１７】逆起電力サージ発生装置において電流検出を行う回路の模式図である。
【図１８】トランジスタＳ２を帰還制御した場合の逆起電力サージの波形を示す図である。
【図１９】第１の実施形態にかかる電流検出器の構成を示す図である。
【図２０】トランジスタＳ３を設けなかった場合の逆起電力サージの波形を示す図である。
【図２１】トランジスタＳ３を制御する一例を示す回路の模式図である。
【図２２】サージアブゾーバが接続された誘導性素子により発生する逆起電力サージを説明するための図である。
【図２３】図２２に示した回路における電圧／電流波形を示す図である。
【図２４】本発明の第２の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置の試験方法を示すフローチャートである。
【図２６】第２の実施形態の制御装置がトランジスタＳ１〜Ｓ３を制御する制御信号を示す図である。
【図２７】供試体に流れる電流を検出する回路の模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ モータ
２ モータ駆動回路
３ バッテリー
４ スイッチ
５ 逆起電力サージ試験装置
１０１，２０１ 逆起電力サージ発生装置
１０２，２０２ 直流電源
１０３，２０３ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆起電力サージ発生装置に関し、より詳細には、誘導性素子である負荷を、スイッチ回路によりオン・オフ制御する際に発生する逆起電力サージを、電子機器等に印加するための逆起電力サージ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のワイパー駆動回路等は、接点電極構造のスイッチによりモータのオン・オフ制御を行っている。このような回路は、構造的に簡単で安価なため、広く一般的に使われている。図１に、従来のモータ駆動回路の模式図を示す。モータ駆動回路２は、モータ１とバッテリー３との間に挿入されており、スイッチ４により、モータのオン・オフ制御を行う。モータは、コイルである誘導性素子に電流を流すことにより生ずる起電力を利用して回転力を得ている。
【０００３】
このようなモータ駆動回路において、モータが動作中に、何らかの原因により突如バッテリーが遮断されると、モータのコイルに逆起電力サージが発生する。例えば、自動車のワイパー駆動回路の場合、逆起電力サージは、モータ駆動回路を介して、自動車に搭載される電子機器等を故障させることがある。
【０００４】
そこで、モータ駆動回路、電子機器等（以下、供試体という）の故障事故を未然に防止するために、予め電子機器等の逆起電力サージに対する耐量を試験・評価する必要がある。図２に、従来の逆起電力サージ試験装置の模式図を示す。逆起電力サージ試験装置５は、接点電極構造のスイッチで発生する逆起電力サージを模擬して、モータ駆動回路２等の電子機器に印加し、電子機器の逆起電力サージに対する耐量を測定する。
【０００５】
次に、図３を参照して、逆起電力サージについて詳しく説明する。直流電源６に接続された誘導性素子７、例えばモータのコイルを接点電極構造のスイッチ８でオン・オフする。スイッチ８を閉じて（オン）通電状態とすると、誘導性素子７には、
【０００６】
【数１】
【０００７】
で表されるエネルギーが蓄積される。Ｌは誘導性素子７のインダクタンス、ｉは誘導性素子７を流れる電流である。スイッチ８を開く（オフ）と、誘導性素子７に蓄積されたエネルギーＷは、コイルの巻き線間の放電、コイルの巻線抵抗によって熱消費される。
【０００８】
図４に、スイッチの接点状態を示す。図４（ａ）は、スイッチの接点電極が接触し、導通している状態であり、以下、接点の状態Ａという。図４（ｂ）は、スイッチの接点電極が離れてはいるが、スイッチの接点電極間に続流が流れ続けている状態であり、以下、接点の状態Ｂという。図４（ｃ）は、スイッチの接点電極が離れ、電流が遮断された状態であり、以下、接点の状態Ｃという。
【０００９】
図５に、図３に示した回路における逆起電力サージの波形を示す。上から、サージ電圧、コイル電流および出力インピーダンスを示す。スイッチ８が接点の状態Ａでは、一定の電圧、電流で誘導性素子７に電力が供給されている。このとき、誘導性素子７の抵抗値は、ほぼ０である。
【００１０】
スイッチ８が接点の状態Ｂに移行すると、直流電源６から誘導性素子７への電力供給が停止するため、電圧波形は急激に降下する。このとき、コイルには磁束を保持するように電流を流そうとする働き（レンツの法則）があるため、電圧は０Ｖで留まらず、マイナスの電位まで降下する。接点の状態Ｂでは、スイッチの接点電極間に続流が流れ続け、図のようなサージ電圧、コイル電流が観測される。なお、電圧の降下量は、誘導性素子７のインダクタンス値および抵抗値、スイッチ８の構造によって定まる。
【００１１】
スイッチ８が接点の状態Ｃに移行すると、続流が遮断され、誘導性素子７の残存エネルギーは、サージ波形となって消費される。
【００１２】
誘導性素子７をエネルギー発生源とみなして、サージ電圧をコイル電流で除算して出力インピーダンスを算出する。スイッチ８が接点の状態Ａでは、数百ミリΩ〜数Ωである。接点の状態Ｂでは、数Ω〜数百Ωに過渡的に変化し、接点の状態Ｃでは、数百Ωに達する。サージ電圧波形とコイル電流波形とは、直線的に変化しているにもかかわらず、出力インピーダンスは円弧状（非直線的）に変化する。
【００１３】
また、誘導性素子７の蓄積エネルギーの大部分は、接点の状態Ｂの続流が持続する状態で消費され、逆起電力サージにより消費されるエネルギーは、全蓄積エネルギーの数％以下である。
【００１４】
直流電源６の出力電圧を＋１２Ｖとしたとき、スイッチ８をオンからオフに移行した瞬間に発生するマイナス電圧は、およそ−１〜−１０Ｖ程度である。接点の状態Ｂでは、マイナス電圧が徐々に大きくなっていき、続流の持続時間は約０．５〜２．５ｍｓ程度である。続流が遮断されると、−３００〜−４００Ｖ程度のサージ電圧が発生し、その後、スイッチ８は完全遮断状態となる。
【００１５】
逆起電力ｅは、周知の通り
【００１６】
【数２】
【００１７】
と表すことができ、ここで、Ｎはコイルの巻数、φは磁束である。磁束φは、
【００１８】
【数３】
【００１９】
と表すことができ、ここで、Ｌは自己インダクタンス、Ｉはコイルに流れる電流である。逆起電力ｅは、結局
【００２０】
【数４】
【００２１】
となって、自己インダクタンスやコイルに流れる電流が大きいほど、大きな逆起電力サージが発生することになる。
【００２２】
【非特許文献１】IEC61000-4-5, Edition 1.1 2001.4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
図６に、従来の逆起電力サージ試験装置の回路図を示す（例えば、非特許文献１参照）。この回路においては、高圧電源Ｕから充電抵抗Ｒｃを介して、エネルギー蓄積キャパシタＣｃに電力を蓄積する。次に、スイッチＳＷを閉じて、エネルギー蓄積キャパシタＣｃを放電させて、サージ波形を発生させる。サージ波形は、パルス幅形成抵抗Ｒｓ、インピーダンス整合抵抗Ｒｍ、および立上り時間形成インダクタＬｒを適宜選択することにより、所望の逆起電力サージ波形を擬似することができる。
【００２４】
図７に、逆起電力サージ試験装置における逆起電力サージの波形を示す。図６に示した回路の出力端に誘導性素子を接続した場合のサージ電圧波形である。しかしながら、従来の逆起電力サージ試験装置は、出力インピーダンスが原理的に一定の値を取ることとなり、出力インピーダンスの過渡的な変化は生じない。また、サージ電圧波形は、図５に示したサージ電圧波形とは著しく異なるため、誘導性素子である負荷を、スイッチ回路によりオン・オフ制御する際に発生する逆起電力サージを印加していることにならないという問題があった。
【００２５】
図８に、従来の逆起電力サージを印加するための第１の方法を示す。ＤＣ電源９を実際に使用するコイル１１に接続し、スイッチ１０を開閉させて、逆起電力サージを発生させる。この方法は、スイッチ１０を手動または機械的な方法で切り替えることにより、コイル１１に流れる電流を遮断する。従って、逆起電力サージ波形の再現性に乏しく、定量的な評価試験を行うことは難しいという問題があった。
【００２６】
図９に、従来の逆起電力サージを印加するための第２の方法を示す。サージ発生装置１２とバイポーラ出力型ＤＣ電源１３とを並列に接続し、シーケンス動作させることにより、逆起電力サージ発生させる。図１０に、第２の方法における電圧波形を示す。図１０（ａ）はバイポーラ出力型ＤＣ電源１３の出力波形であり、図１０（ｂ）はサージ発生装置１２の出力波形である。この２つを結合することにより、図１０（ｃ）に示した逆起電力サージ波形を得ることができる。
【００２７】
図１０（ｃ）に示したサージ電圧波形は、図５に示したサージ電圧波形と類似している。しかしながら、スイッチが接点の状態Ｂにあるとき、逆起電力サージ試験装置の出力インピーダンスは、バイポーラ出力型ＤＣ電源１３の出力インピーダンスに等しい。バイポーラ出力型ＤＣ電源１３の出力インピーダンスは、数十ｍΩ程度の一定値を取るのが一般的である。従って、上述したこの誘導性素子により逆起電力サージを発生させる場合の、誘導性素子の出力インピーダンスと比較して、極端に小さな値を取る。その結果、逆起電力サージ試験装置に接続される供試体に印加されるサージエネルギーが過大となり、供試体を破壊してしまう恐れがあるという問題もあった。
【００２８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、誘導性素子により発生する逆起電力サージを、再現性よく忠実に発生させるための逆起電力サージ発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、誘導性素子の逆起電力を利用してサージを発生させ、供試体に印加する逆起電力サージ発生装置において、直流電源から前記誘導性素子に電源を供給する第１経路に設けられた第１のスイッチング手段と、前記直流電源から電流制限抵抗を介して前記誘導性素子に電源を供給する第２経路に設けられた第２のスイッチング手段と、前記第２経路に設けられた第１の電流検出器と、前記第１経路および前記第２経路と前記誘導性素子との間に設けられ、前記直流電源から前記誘導性素子への電源の供給を遮断する第３のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段をオフした後、ランプ波発生器からのランプ波電圧と前記第１の電流検出器からの検出電圧とにより、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第３のスイッチング手段をオフする制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
前記第１の電流検出器は、前記検出電圧を生成する抵抗とインダクタとが直列に接続されていることが好ましい。
【００３１】
一実施態様によれば、前記制御装置は、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、所定時間経過した場合、前記第１の電流検出器からの検出電圧が所定の値以下になった場合のいずれかにおいて、前記第３のスイッチング手段をオフすることを特徴とする。
【００３２】
他の実施態様によれば、前記誘導性素子と前記供試体との間に設けられた第２の電流検出器を備え、前記制御装置は、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第２の電流検出器からの検出電圧が所定値以上となったとき、前記第３のスイッチング手段をオフし、前記第２の電流検出器からの検出電圧が所定値未満のとき、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、所定時間経過した場合、前記第１の電流検出器からの検出電圧が所定の値以下になった場合のいずれかにおいて、前記第３のスイッチング手段をオフすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、誘導性素子の逆起電力を利用してサージを発生させる場合に、ランプ波発生器からのランプ波電圧と第１の電流検出器からの検出電圧とにより、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第３のスイッチング手段をオフすることにより、誘導性素子の出力インピーダンスを忠実に再現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。逆起電力サージは、誘導性素子の出力インピーダンスにより決まるため、逆起電力サージ試験装置は、誘導性素子の出力インピーダンスを忠実に再現して、逆起電力サージを供試体に印加する必要がある。また、過大なサージエネルギーが供試体に加わることによって、供試体が破損しないためにも、誘導性素子の出力インピーダンスを忠実に再現することは極めて重要である。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１１に、本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置を示す。逆起電力サージ試験装置は、逆起電力サージ発生装置１０１と直流電源１０２と制御装置１０３とから構成されている。逆起電力サージ発生装置１０１は、逆起電力サージ発生用のインダクタＬ１を用いて、出力インピーダンスの変化を忠実に再現して、逆起電力サージを供給することができる。逆起電力サージ発生装置１０１は、直流電源１０２からインダクタＬ１に電源を供給する第１経路に設けられた第１のスイッチング手段（トランジスタＳ１）と、直流電源１０２から電流制限用の抵抗器Ｒ１を介してインダクタＬ１に電源を供給する第２経路に設けられた第２のスイッチング手段（トランジスタＳ２）と、第１経路および第２経路とインダクタＬ１との間に第３のスイッチング手段（トランジスタＳ３）と、第２経路に設けられた電流検出器ｉ１とを備えている。
【００３６】
図１２は、本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置の試験方法を示すフローチャートである。また、図１３に、制御装置１０３がトランジスタＳ１〜Ｓ３を制御する制御信号を示す。最初に、トランジスタＳ１〜Ｓ３を全てオンとし、インダクタＬ１に電源を供給する（ステップ２０１）。その後、図５に示した接点の状態Ａの時間ｔ１経過後にトランジスタＳ１のみをオフにして、トランジスタＳ２のアナログ制御を開始する（ステップ２０２）。制御装置１０３は、タイマー回路またはＣＰＵとメモリを組み合わせてプログラムによりＳ１制御信号を生成する。その後、接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２の後にトランジスタＳ３をオフにする（ステップ２０３）。なお、図２１を参照して後述するように、電流検出器ｉ１で検出された値が、所定の値以下となった時に、トランジスタＳ３をオフすることもできる。以下、順に説明する。
【００３７】
ステップ２０２において、トランジスタＳ１がオフになると、トランジスタＳ２はオンのままなので、電流はトランジスタＳ２側のみに流れる。抵抗器Ｒ１の両端電圧をＶｒとし、抵抗器Ｒ１に流れる電流をＩｒとすれば、
Ｖｒ＝Ｉｒ×Ｒ１ （４）
と表される。第１の実施形態では、抵抗器Ｒ１の一方が基準電位（ＧＮＤ）に接続されているため、抵抗器Ｒ１の両端電圧は、
Ｖｒ＝−Ｉｒ×Ｒ１ （５）
となり、抵抗器Ｒ１には、ＧＮＤ電位を基準にマイナスの電位差が生じる。なお、抵抗器Ｒ１を可変抵抗器にすれば、各種のスイッチの構造に対応したマイナス電圧を得ることができる。
【００３８】
次に、トランジスタＳ２のアナログ制御について、詳しく説明する。アナログ制御とは、トランジスタＳ２を電流源として動作させることをいう。トランジスタＳ１がオフしても、トランジスタＳ２はオンのままなので、直流電流がトランジスタＳ２と抵抗器Ｒ１を介してインダクタＬ１に流れ込んでいる。トランジスタＳ２を固定電圧で制御していると、トランジスタＳ２を流れる電流は、インダクタＬ１に吸い込まれ、図５に示したような右下がりの直線的なサージ電圧波形にはならない。図１４に、トランジスタＳ２を固定電圧で制御した場合の逆起電力サージの波形を示す。
【００３９】
そこで、第１の実施形態では、インダクタＬ１に流れ込む電流を、トランジスタＳ２の入力電圧で制御する。トランジスタＳ２の入力電圧を変化させることにより、インダクタＬ１に流れ込む電流を調整し、トランジスタＳ２が電流源として動作するように制御する。具体的には、制御装置１０３内にランプ波発生器を備え、トランジスタＳ２をランプ電圧で制御する。
【００４０】
図１５は、制御装置内のランプ波発生器を示す回路図である。ランプ波発生器は、トランジスタＳ１のＳ１制御信号をトリガー信号として入力し、トランジスタＳ２へＳ２制御信号を出力する。Ｓ１制御信号がＬからＨに変化すると、トランジスタＴＲ１はオンとなり、トランジスタＴＲ２はオフとなって、コンデンサＣが充電状態になる。Ｓ１制御信号がＨからＬに変化すると、トランジスタＴＲ１はオフとなり、トランジスタＴＲ２はオンとなって、コンデンサＣが放電状態になる。トランジスタＴＲ３、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３は定電流源を構成している。放電電流は、トランジスタＴＲ３、抵抗Ｒ１３を介してマイナス電源に放電されるが、トランジスタＴＲ３が定電流制御されているため、放電電流は定電流としてマイナス電源に放電される。オペアンプＯＰ２は、コンデンサＣの放電に従って、ランプ波電圧を出力する。このようにして生成されたランプ波電圧を、トランジスタＳ２のＳ２制御信号として出力する。なお、抵抗Ｒ１３の値を変更すると、傾斜度の異なるランプ波電圧を得ることができる。
【００４１】
しかしながら、接点の状態Ｂにおいては、図５に示したように、出力インピーダンスが円弧状（非直線的）に変化しているにもかかわらず、逆起電圧は直線的に変化しているため、トランジスタＳ２をランプ波電圧で制御するだけでは、依然として、接点の状態Ｂにおけるサージ電圧波形を忠実に再現することができない。図１６に、トランジスタＳ２をランプ波電圧で制御した場合の逆起電力サージの波形を示す。逆起電力サージ発生装置１０１は、逆起電力サージ発生用のインダクタＬ１を用いて、出力インピーダンスの変化を再現しているが、接点の状態Ｂにおいては、インダクタＬ１のインピーダンスも図５に示すように非直線的（円弧状）に変化するため、この間のサージ電圧波形が、図１６に示したように非直線的（円弧状）な波形になる。
【００４２】
トランジスタＳ２の入力電圧、すなわちランプ波発生器からの出力波形をＶｓとし、トランジスタＳ２の出力インピーダンスをＺｏ、トランジスタＳ２に流れる電流をＩｒとすれば、
Ｉｒ＝Ｖｓ／Ｚｏ （６）
となるため、電流Ｉｒは、出力インピーダンスの変化と逆比例して、非直線的（円弧状）に変化する。
【００４３】
そこで、第１の実施形態では、抵抗器Ｒ１に流れる電流を電流検出器ｉ１で検出し、その検出信号をトランジスタＳ２に負帰還させる。ランプ波発生器からのランプ波電圧をトランジスタＳ２に入力し、電流検出器ｉ１からの検出信号をトランジスタＳ２に負帰還させることにより、トランジスタＳ２を流れる電流がインダクタＬ１に吸い込まれてしまうことを抑制することができる。これにより、出力インピーダンスの変化を互いに打ち消しあい、接点の状態Ｂにおけるサージ電圧波形を、図５に示したように右下がりの直線波形を再現する。
【００４４】
図１７に、逆起電力サージ発生装置の電流検出器ｉ１において電流検出を行う回路を示す。電流の検出は、図１７（ａ）に示したシャント抵抗Ｒｄ、図１７（ｂ）に示したカレントトランスＬｄを用いて検出する。検出信号は、ランプ波発生器からのランプ波電圧に加算されて、トランジスタＳ２に負帰還させる。シャント抵抗ＲｄとカレントトランスＬｄとは、基準信号と実際に計測される信号との時間ズレを極力抑えるために、高い周波数応答が必要である。
【００４５】
しかしながら、インダクタＬ１に流れる電流は位相遅れがあるので、単に帰還回路で電流制御を行うと、帰還される電流の位相がずれてしまうため、サージ電圧波形は歪んだ波形となる。図１８に、トランジスタＳ２を帰還制御した場合の逆起電力サージの波形を示す。インダクタＬ１を負荷とする理想回路では、検出電圧はπ／２の遅れ位相となる。そのため、シャント抵抗またはカレントトランスで電流を検出すると、制御信号に対し位相ズレを起こした検出信号が帰還回路に入力されてしまい、所望の電流制御ができない。
【００４６】
図１９に、第１の実施形態にかかる電流検出器の構成を示す。第１の実施形態では、検出電圧を生成するシャント抵抗Ｒ２とインダクタＬ２とを直列に接続する。電流／電圧変換をシャント抵抗に受け持たせ、位相補正をインダクタに受け持たせることで、続流が持続する状態での波形を忠実に再現する。なお、シャント抵抗Ｒ２とインダクタＬ２とは、コイル電流が検出される箇所に設置すればよく、必ずしもトランジスタＳ２とインダクタＬ１との間に接続する必要はない。
【００４７】
以上述べたように、トランジスタＳ２の入力電圧を変化させることにより、インダクタＬ１に流れ込む電流を調整すること、ランプ波発生器からのランプ電圧で制御すること、電流検出器ｉ１の検出信号を負帰還させること、および帰還回路の位相補正を行うことにより、トランジスタＳ２を電流源として動作させることができる。
【００４８】
逆起電力サージ発生装置１０１は、第１経路および第２経路とインダクタＬ１との間に第３のスイッチング手段（トランジスタＳ３）を備えている。トランジスタＳ３は、直流電源１０２からインダクタＬ１への電源供給を遮断するための手段である。仮に、逆起電力サージ発生装置１０１にトランジスタＳ３を設けない場合には、図１３のステップ２０３において、接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２の後にトランジスタＳ２をオフする方法が考えられる。図２０に、トランジスタＳ３を設けなかった場合の逆起電力サージの波形を示す。この場合は、立上り／立下り時間が、図５に示したサージ電圧波形よりも遅い波形が出力される。これは、トランジスタＳ２が、電流検出器ｉ１の検出信号とランプ波発生器からのランプ波電圧とにより制御されており、ランプ波電圧をオフにしても、トランジスタＳ２が高速にスイッチング動作できないためである。
【００４９】
そこで、第１の実施形態では、トランジスタＳ３を、逆起電力サージを発生させる専用のスイッチ手段として設けている。制御装置１０３は、タイマー回路またはＣＰＵとメモリを組み合わせてプログラムによりＳ３制御信号を生成する。
【００５０】
図２１に、トランジスタＳ３を制御する他の例を示す。電流検出器ｉ１で検出された検出信号を利用して、インダクタＬ１に流れる電流が所定の値以下となった時に、トランジスタＳ３をオフすることもできる。
【００５１】
第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置は、インダクタＬ１のインダクタンスを選択し、接点の状態Ａが経過した時間ｔ１、および接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２を経過後制御装置１０３により選択し、抵抗器Ｒ１の抵抗値を選択することにより、様々な逆起電力サージのサージ波形を出力することができる。すなわち、負荷となる誘導性素子の種類、スイッチの構造によって決まる続流の波形を、忠実に再現することができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
例えば、自動車のワイパー駆動回路の場合、逆起電力サージへの対策として、ダイオードなどのサージ吸収素子（以下、サージアブゾーバという）を、電子機器の電源部に接続している。図２２を参照して、サージアブゾーバが接続された誘導性素子により発生する逆起電力サージを説明する。スイッチ８を閉じて（オン）通電状態とすると、誘導性素子７には、エネルギーが蓄積される。スイッチ８を開く（オフ）と、誘導性素子７に蓄積されたエネルギーは、図に示した経路を還流して熱消費される。
【００５３】
図２３に、図２２に示した回路における電圧／電流波形を示す。図２３（ａ）は、インダクタＬ１の両端の電圧波形であり、図２３（ｂ）は、ダイオード１２に流れる電流波形である。第２の実施形態では、このようなサージアブゾーバが接続された場合の逆起電力サージも忠実に再現できるようにする。
【００５４】
図２４に、本発明の第２の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置を示す。逆起電力サージ試験装置は、逆起電力サージ発生装置２０１と直流電源２０２と制御装置２０３とから構成されている。第２の実施形態では、電流検出器ｉ２により、逆起電力サージ試験装置に接続された供試体に流れる電流を検出する。供試体に一定値以上の電流が流れ込んだ場合には、トランジスタＳ３を強制的にオフさせている。これにより、図２３に示した逆起電力サージの波形を再現する。
【００５５】
図２５は、本発明の第２の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置の試験方法を示すフローチャートである。また、図２６に、制御装置２０３がトランジスタＳ１〜Ｓ３を制御する制御信号を示す。最初に、トランジスタＳ１〜Ｓ３を全てオンとし、インダクタＬ１に電源を供給する（ステップ３０１）。その後、図５に示した接点の状態Ａの時間ｔ１経過後にトランジスタＳ１のみをオフにして、トランジスタＳ２のアナログ制御を開始する（ステップ３０２）。ステップ３０１およびステップ３０２の処理は、第１の実施形態に同じである。制御装置２０３は、タイマー回路またはＣＰＵとメモリを組み合わせてプログラムによりＳ１制御信号を生成する。
【００５６】
その後、電流検出器ｉ２に流れる電流を検出し、検出信号が基準値を超えた場合には、トランジスタＳ３を強制的にオフにする（ステップ３０３）。従って、図２６に示したように、接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２の前に、トランジスタＳ３をオフする場合がある。電流検出器ｉ２の検出信号が基準値を超えない場合には、ステップ３０４に移行する。ステップ３０４の処理は、第１の実施形態のステップ２０３に同じであり、接点の状態Ａおよび状態Ｂが経過した時間ｔ２の後にトランジスタＳ３をオフにする。
【００５７】
図２７に、供試体に流れる電流を検出する回路を示す。電流の検出は、例えば、カレントトランスＬｄを用いて検出する。電流検出器ｉ２で検出された検出信号を、コンパレータＣＯＭＰにおいて基準値と比較し、検出信号が基準値を超えた場合には、トランジスタＳ３を制御する（ステップ３０３）。検出信号が基準値を超えない場合には、制御装置１０３からのＳ３制御信号により、トランジスタＳ３を制御する（ステップ３０４）。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来のモータ駆動回路の模式図である。
【図２】従来の逆起電力サージ試験装置の模式図である。
【図３】誘導性素子により発生する逆起電力サージを説明するための図である。
【図４】スイッチの接点状態を示す図である。
【図５】図３に示した回路における逆起電力サージの波形を示す図である。
【図６】従来の逆起電力サージ試験装置の回路図である。
【図７】逆起電力サージ試験装置における逆起電力サージの波形を示す図である。
【図８】従来の逆起電力サージを印加するための第１の方法を示す図である。
【図９】従来の逆起電力サージを印加するための第２の方法を示す図である。
【図１０】第２の方法における逆起電力サージの波形を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置の試験方法を示すフローチャートである。
【図１３】第１の実施形態の制御装置がトランジスタＳ１〜Ｓ３を制御する制御信号を示す図である。
【図１４】トランジスタＳ２を固定電圧で制御した場合の逆起電力サージの波形を示す図である。
【図１５】制御装置内のランプ波発生器を示す回路図である。
【図１６】トランジスタＳ２をランプ波電圧で制御した場合の逆起電力サージの波形を示す図である。
【図１７】逆起電力サージ発生装置において電流検出を行う回路の模式図である。
【図１８】トランジスタＳ２を帰還制御した場合の逆起電力サージの波形を示す図である。
【図１９】第１の実施形態にかかる電流検出器の構成を示す図である。
【図２０】トランジスタＳ３を設けなかった場合の逆起電力サージの波形を示す図である。
【図２１】トランジスタＳ３を制御する一例を示す回路の模式図である。
【図２２】サージアブゾーバが接続された誘導性素子により発生する逆起電力サージを説明するための図である。
【図２３】図２２に示した回路における電圧／電流波形を示す図である。
【図２４】本発明の第２の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第１の実施形態にかかる逆起電力サージ試験装置の試験方法を示すフローチャートである。
【図２６】第２の実施形態の制御装置がトランジスタＳ１〜Ｓ３を制御する制御信号を示す図である。
【図２７】供試体に流れる電流を検出する回路の模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ モータ
２ モータ駆動回路
３ バッテリー
４ スイッチ
５ 逆起電力サージ試験装置
１０１，２０１ 逆起電力サージ発生装置
１０２，２０２ 直流電源
１０３，２０３ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導性素子の逆起電力を利用してサージを発生させ、供試体に印加する逆起電力サージ発生装置において、
直流電源から前記誘導性素子に電源を供給する第１経路に設けられた第１のスイッチング手段と、
前記直流電源から電流制限抵抗を介して前記誘導性素子に電源を供給する第２経路に設けられた第２のスイッチング手段と、
前記第２経路に設けられた第１の電流検出器と、
前記第１経路および前記第２経路と前記誘導性素子との間に設けられ、前記直流電源から前記誘導性素子への電源の供給を遮断する第３のスイッチング手段と、
前記第１のスイッチング手段をオフした後、ランプ波発生器からのランプ波電圧と前記第１の電流検出器からの検出電圧とにより、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第３のスイッチング手段をオフする制御装置と
を備えたことを特徴とする逆起電力サージ発生装置。
【請求項２】
前記第１の電流検出器は、前記検出電圧を生成する抵抗とインダクタとが直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の逆起電力サージ発生装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、所定時間経過した場合、前記第１の電流検出器からの検出電圧が所定の値以下になった場合のいずれかにおいて、前記第３のスイッチング手段をオフすることを特徴とする請求項１または２に記載の逆起電力サージ発生装置。
【請求項４】
前記誘導性素子と前記供試体との間に設けられた第２の電流検出器を備え、
前記制御装置は、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、
前記第２の電流検出器からの検出電圧が所定値以上となったとき、前記第３のスイッチング手段をオフし、
前記第２の電流検出器からの検出電圧が所定値未満のとき、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、所定時間経過した場合、前記第１の電流検出器からの検出電圧が所定の値以下になった場合のいずれかにおいて、前記第３のスイッチング手段をオフすることを特徴とする請求項１、２または３に記載の逆起電力サージ発生装置。
【請求項１】
誘導性素子の逆起電力を利用してサージを発生させ、供試体に印加する逆起電力サージ発生装置において、
直流電源から前記誘導性素子に電源を供給する第１経路に設けられた第１のスイッチング手段と、
前記直流電源から電流制限抵抗を介して前記誘導性素子に電源を供給する第２経路に設けられた第２のスイッチング手段と、
前記第２経路に設けられた第１の電流検出器と、
前記第１経路および前記第２経路と前記誘導性素子との間に設けられ、前記直流電源から前記誘導性素子への電源の供給を遮断する第３のスイッチング手段と、
前記第１のスイッチング手段をオフした後、ランプ波発生器からのランプ波電圧と前記第１の電流検出器からの検出電圧とにより、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、前記第３のスイッチング手段をオフする制御装置と
を備えたことを特徴とする逆起電力サージ発生装置。
【請求項２】
前記第１の電流検出器は、前記検出電圧を生成する抵抗とインダクタとが直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の逆起電力サージ発生装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、所定時間経過した場合、前記第１の電流検出器からの検出電圧が所定の値以下になった場合のいずれかにおいて、前記第３のスイッチング手段をオフすることを特徴とする請求項１または２に記載の逆起電力サージ発生装置。
【請求項４】
前記誘導性素子と前記供試体との間に設けられた第２の電流検出器を備え、
前記制御装置は、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、
前記第２の電流検出器からの検出電圧が所定値以上となったとき、前記第３のスイッチング手段をオフし、
前記第２の電流検出器からの検出電圧が所定値未満のとき、前記第２のスイッチング手段を電流源として動作させた後、所定時間経過した場合、前記第１の電流検出器からの検出電圧が所定の値以下になった場合のいずれかにおいて、前記第３のスイッチング手段をオフすることを特徴とする請求項１、２または３に記載の逆起電力サージ発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００９−１４２１０９（Ｐ２００９−１４２１０９Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１７６１１（Ｐ２００７−３１７６１１）
【出願日】平成１９年１２月７日（２００７．１２．７）
【出願人】（０００１５９０４３）菊水電子工業株式会社 (5)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月７日（２００７．１２．７）
【出願人】（０００１５９０４３）菊水電子工業株式会社 (5)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]