JPH02146982A - モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、サーボＩＣのサーボ出力に応じてモータを
駆動するモータ駆動回路に関する。

〔従来の技術〕

従来、モータサーボ回路には、制御部としてのサーボＩ
Ｃとともに、モータに駆動出力を供給するためのドライ
ブＩＣが設置されており、ドライブＩＣにはモータに駆
動電流を流す出力回路に対し駆動出力を供給するための
モータ駆動回路が設置されている。

第４図は、従来のモータ駆動回路を示しており、入力端
子２には前記サーボＩＣからサーボ信号■、が加えられ
ている。サーボ信号ＶＩＮは、モータ回転を表すＦＣ信
号、モータの回転位相を表すＰＣ信号によりサーボＩＣ
によって形成され、駆動すべきモータに対するトルク指
令信号を示している。このサーボ信号■、が加えられる
と、トランジスタ４のベースには抵抗６を通じてサーボ
信号■、に応じた電流１．が流れる。この電流■１に応
じてトランジスタ４および抵抗８には電流■、が流れる
。この電流Ｉ、は、カレントミラー回路１０のトランジ
スタ１０１．１０２の入力側のトランジスタｌＯ１に流
れる。トランジスタ１０１．１０２のエミツタ面積比に
対応してトランジスタ１０２には電流Ｉ２が流れる。出
力回路１２には、トランジスタ１０２を通じて電流■２
が供給されるとともに、電源端子１３から電源電圧ＶＣ
Ｃが加えられている。

また、出力回路１２には出力電流Ｉ。ｔｌＴを検出する
ための電流検出端子１４が設けられ、この電流検出端子
１４と接地との間には抵抗１６が接続されている。した
がって、電流検出端子１４には、トランジスタ４から電
流Ｉ、が抵抗８を通じて流れるとともに、出力回路１２
から電流Ｉ、。が流れ、抵抗１６には両型流■３、■、
。が合成された出力電流Ｉ。ｕｔが流れ、電流検出端子
１４には出力電流Ｉ。ｕＴに応じた電圧ＶＡＴＣが発生
する。

そして、）−ランジスタ４のエミッタには、抵抗１６か
らなる帰還回路が構成されており、抵抗１６に生じた電
圧がトランジスタ４のエミッタに帰還されている。

また、出力回路１２にはＹ結線されたモータ１８の界磁
コイル１８ａ、１８ｂ、１８ｃが接続されているととも
に、回転制御端子２０ａ、２０ｂ、２０ｅに加えられた
駆動角制御信号Ｖａ、ｖｂ、Ｖｃに基づいて回転制御部
２２から制御信号が加えられる。したがって、モータ１
８の各界磁コイル１８ａ〜１８ｃには、制御信号に基づ
いた駆動電流が供給され、モータ１８には駆動角制御信
号Ｖａ〜Ｖｃに対応した回転出力が得られるとともに、
その回転信号がサーボ信号■１Ｎに応じて制御される。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、このモータ駆動回路では、第５図に示すよう
な特性を持っており、サーボ信号ＶＩＮはトランジスタ
４のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥで決定されるスレッ
ショルド電圧■１が設定されている。そこで、サーボ信
号ＶＩＮのレベルがスレッショルド電圧Ｖ、を越えない
領域ｄｌでは、トランジスタ４が非導通となる。

また、サーボ信号ＶＩＮのレベルがスレッショルド電圧
■１を越えて電圧■２に至る出力電流１０１１Ｔが変動
している遷移領域ｄ２では、抵抗６．８の抵抗値をＲ１
、Ｒ’ｌ　、抵抗１６の抵抗値をＲＮＦとすると、出力
電流■。ＴＩＴは、となる。

また、モータ駆動回路のインピーダンスが高く、ｌｘ　
　・Ｒ２（ＶＡ４Ｃとすると、式（１）は、となり、出
力電流■。。、は、サーボ信号■１．４で制御されるこ
とになる。

そして、遷移領域ｄ２を越えてサーボ信号■ｌＨのレベ
ルが高くなる領域ｄ３では、出力回路１２のドライブ能
力の限度で決定され、サーボ信号ＶＩＨのレベルを増加
しても、出力電流Ｉ。ＵＴは一定値を維持する。

したがって、このモータ駆動回路では、電圧入力回路で
あり、サーボ信号ＶＩＮのバイアス動作点の電圧範囲が
決定され、出力電流■。ＩＩＴの動作点は一義的に決定
されている。

そして、このモータ駆動回路では、サーボ信号ＶＩＮに
よって出力電流■。ＵＴが決定され、出力電流Ｉ。。ア
を制限することができない。このため、過大な出力電流
■。１１？によってモータ１８などの負荷を損傷させる
おそれがある。

そこで、この発明は、出力電流をサーボ信号とは別の制
御入力によって制限できるようにしたモータ駆動回路の
提供を目的とする。

（課題を解決するための手段〕 この発明のモータ駆動回路は、サーボ信号に対応した電
流を流す第１のカレントミラー回路と、この第１のカレ
ントミラー回路に流れる前記電流を電圧に変換する電流
・電圧変換手段と、この電流・電圧変換手段によって得
られた前記電圧がベースに加えられるとともに前記第１
のカレントミラー回路を通じて電流が流れる第１のトラ
ンジスタと、この第１のトランジスタに並列に接続され
、ベースに加えられる制御入力に応じて第１のトランジ
スタに流れる電流を制御する第２のトランジスタと、前
記第１のトランジスタに発生させた電圧がベースに加え
られるとともに、前記第１のカレントミラー回路から電
流が供給される第３のトランジスタと、モータを駆動す
る出力回路に対し前記第３のトランジスタによって得ら
れた駆動出力を供給する第２のカレントミラー回路とを
備えたものである。

〔作　　　用〕

このように構成されたので、サーボ信号に応じた電流が
第１のカレントミラー回路に流れ、電流・電圧変換手段
によって電圧に変換され、この変換電圧は、第１のトラ
ンジスタのベースに加えられる。

そして、第１のトランジスタには第２のトランジスタが
並列に接続され、第２のトランジスタは第１のトランジ
スタに対して側路を成し、そのベースに加えられる制御
入力によって導通状態またはカットオフ状態に移行して
電流が制御されるので、第３のトランジスタに流れる電
流が制御され、第１のトランジスタに流れる電流を制御
することができる。

また、第３のトランジスタのベースには、第１のトラン
ジスタを通じてバイアス電圧が加えられているとともに
、第１のカレントミラー回路から電流が供給され、制御
入力が零のとき、出力電流を零にして制御性を改善する
ことができ、制御入力に対応した出力電流を設定するこ
とができる。

したがって、出力電流が制限され、過大な出力電流から
モータなどの負荷を保護することができる。

〔実　施　例〕

第１図は、この発明のモータ駆動回路の実施例を示す。

サーボＩＣの出力部からサーボ出力が加えられる入力部
には電流出力型の差動増幅器３ｏが設置され、その正入
力端子（＋）にはサーボＩＣからのサーボ出力としてト
ルク信号を表すサーボ信号ＶＩＮが入力端子３２Ａを通
じて加えられ、また、負入力端子（−）には一定のバイ
アス電圧ＶＢが入力端子３２Ｂを通じて加えられる。差
動増幅器３０は電流出力型であるため、その差動出力に
はサーボ信号ＶＩＮに対応した電流Ｉ４が生じ、第１の
カレントミラー回路３４に流れる。

カレントミラー回路３４には、電流入力側にトランジス
タ３４１および抵抗３４２が設置されており、トランジ
スタ３４１は、そのベース・コレクタ間がトランジスタ
３４３のエミッタ・ベース間によって短絡されてダイオ
ード接続されている。

したがって、トランジスタ３４１のベースと、トランジ
スタ３４４．３４５．３４６０ベースとが共通に接続さ
れているので、トランジスタ３４１とトランジスタ３４
４とのエミツタ面積比に応じた電流■、がカレントミラ
ー効果によって抵抗３４７およびトランジスタ３４４に
流れる。

電流Ｉ、は、電流・電圧変換手段として設置された抵抗
３６を通して接地側に流れ、抵抗３６の抵抗値をＲ３と
すると、電流Ｉ、と抵抗値Ｒ３との積によって電圧Ｖｓ
ｂ（＝Ｒ＊　　・Ｉｓ）に変換される。電圧Ｖ。は、抵
抗３８を通して第１のトランジスタとして設置されたバ
ッファ回路を成すＰＮＰ型のトランジスタ４０のベース
・エミッタ間に加えられている。したがって、トランジ
スタ４０の入力インピーダンスは大きく、トランジスタ
４０のベース電流■、に比較してそのコレクク電流１ｃ
が十分に大きい（Ｉｃ）ＩＢ）場合、トランジスタ４０
のベース・エミッタ間電圧をＶ　ＩＦ５゜とすると、第
３のトランジスタとして設置されたトランジスタ４のベ
ースには、 ■、４＝■、ｂ十■ＢＥ４゜　　　　　　・・・（３）
からなる電圧ＶＢ４がバイアスされる。ここで、抵抗８
の抵抗値をＲ２、トランジスタ４を流れる電流を１．と
すると、式（３）は、 Ｖ１１４＝ＶＢＥ４　＋Ｉｓ　・Ｒ２＋Ｉ　ｏｕｔ　・
ＲＮＦ・　・　・（４） となり、トランジスタ４にはベース・エミッタ間電圧Ｖ
　１１Ｅ４に応じた電流夏、が流れる。したがって、サ
ーボ信号Ｖｌ）ｌが決まると、トランジスタ４のベース
・エミッタ間電圧Ｖ　ＢＥ４が決定されることになる。

トランジスタ４に流れる電流Ｉ、は、第２のカレントミ
ラー回路として設置されたカレントミラー回路１０のト
ランジスタ１０１に流れる。カレントミラー回路１０は
、トランジスタ１０１．１０２によって構成されており
、トランジスタ１０１．１０２のエミツタ面積比に応じ
てトランジスタ１０２に電流■２が流れる。この電流Ｉ
２がモータ１８を駆動する出力回路１２に駆動出力とし
て供給されており、出力回路１２から電流■、。が流れ
る。したがって、この電流■、。は、電流検出端子ｊ４
と接地との間に設置された抵抗１６には、出力回路１２
かろの電流Ｉ、。と■・ランラスタ４例の電流ｌ、との
合成電流である出力電流■。、Ｔが流れ、電流検出端子
１４には出力電流１０１１Ｔに応じた電圧Ｖ　ＡＴＣが
発生する。したがって、トランジスタ４には、出力電流
Ｉ。Ｕ、を抵抗１６を通して帰還する帰還回路が構成さ
れており、トランジスタ４のベースに電圧Ｖ　ＡＴＣが
帰還される。

そこで、抵抗１６の抵抗値ＲＮＦが一定であるとともに
、■、・Ｒｚ　＜　Ｉｏｕｙ　　＝Ｒｓｖに設定すれば
、出力電流Ｉ０１．アが増大しようとすると、トランジ
スタ４のベース・エミッタ間電圧Ｖ　！ｌ　Ｅ　４　カ
小すくなって出力電流■。Ｕアが減少するように、また
、出力電流Ｉ。ｌ、アが減少しようとすると、ｌ・ラン
ジスタ４のベース・エミッタ間電圧Ｖ　！ｌＥ４が大き
くなって出力電流Ｉ。Ｕ、を増大させる帰還動作が行わ
れている。

また、トランジスタ４０には、第２のトランジスタとし
て設置されたトランジスタ４２のエミッタが共通に接続
され１．トランジスタ４０．４２は差動回路を構成して
おり、コンパレータ動作を行う。すなわち、制御入力端
子４４に電圧源４７から加えられた制御入力電圧ＶＴＬ
と、電圧Ｖｓｓとの大小関係がＶＴＬ＞Ｖ３にのとき、
トランジスタ４２はカットオフ状態、また、ＶＴＬ＜Ｖ
３６のとき、トランジスタ４０はカットオフ状態となる
。そして、ＶＴＬ＜Ｖ３６の場合、トランジスタ４２の
ベース・エミッタ間電圧をＶ　ＢＥ４□とすると、トラ
ンジスタ４のベース電圧■□は、 Ｖ　１１４　＝　Ｖ　ＴＬ　＋　Ｖ　［ｌＥ４□　　　
　　　・・・（５）となって、式（５）は式（４）と等
しくなり、トランジスタ４０，４２の特性を揃えること
により、Ｖ　８Ｆ、４０＝Ｖｍ！ａ□とすることができ
る。したがって、■Ｔ、−〉■５．の場合も、ＶＴＬ＜
Ｖ３６のときと同様に電圧Ｖ［１４に応じた電流が流れ
、帰還が加わっている。

この場合、トランジスタ４０．４２はエミ・ンタが直結
されているのでゲインが高く、制御入力電圧ｖｙｔと電
圧Ｖ：１６との大小関係がｖｔｔ＞ｖｊ＆のとき、トラ
ンジスタ４０には電流１ｈ’−”Ｔ９が流れ、また、Ｖ
ＴＬ＜Ｖ３にのとき、トランジスタ４２には電流１ｂ−
Ｉａが流れる。

そして、出力回路１２にはＹ結線されたモータｊ８の界
磁、コイル１８ａ、１８ｂ、１８ｃが接続されていると
ともに、回転制御端子２０ａ、２０ｂ、２０ｃに加えら
れた駆動角制御信号Ｖａ、ｖｂ、Ｖｃに基づいた制御信
号が回転制御部２２から加えられ、この制御信号に基づ
いてモータ１８の界磁コイル１８ａ〜１８ｃに駆動電流
が供給される。したがって、駆動角制御信号Ｖａ〜Ｖｃ
に対応した回転出力が得られるとともに、その回転速度
はモータ駆動回路の入力端子３２Ａに加えられたサーボ
信号ｖ１Ｎに応じて制御される。

ところで、トランジスタ３４１に流れる電流Ｉ、と、ト
ランジスタ３４４に流れる電流Ｉｓとは、トランジスタ
３４１．３４４のエミツタ面積比を等しくすることによ
り同一値に設定することができ、電流■、は抵抗３６で
電圧Ｖｉａ（＝Ｉｓ・Ｒ，）に変換されているが、トラ
ンジスタ４の入力インピーダンスが高く、■、・Ｒｚ　
＜　Ｖ　ｔ、、。

とすると、出力電流Ｉ。Ｕｌは、 ＮＦ となり、出力電流■。Ｕ７は、抵抗３６の抵抗値Ｒ３に
比例関係にあり、抵抗値Ｒ３によって制御されることに
なる。そして、トランジスタ４０．４２のベース・エミ
ッタ間電圧Ｖ　Ｉｔ４゜、ＶＢＥ４□の各特性を等しく
設定するものとすれば、各エミッタが共通となっている
ので、トランジスタ４０．４２によってトランジスタ４
のベース電位を制御することが可能である。すなわち、
抵抗３６に発生した電圧Ｖ３６に対し、制御入力端子４
４に加えられた制御入力電圧Ｖ丁、が、■アＬ　＞　Ｖ
　３ｂの場合、トランジスタ４０何がトランジスタ４に
影響を与え、サーボ信号ＶＩＮによって出力電流■。Ｕ
７が制御される。

そして、このモータ駆動回路では、差動増幅器３０の正
入力（＋）側または負入力（−）側の何れを基準にする
かによって特性を反転させることができる。たとえば、
差動増幅器３０の負入力（−）側を基準にした場合には
、第２図に示すように、サーボ信号ＶＩＮのレベルがス
レッショルド電圧■、を越えた領域ｄ２から出力電流１
　ｏｕｙが流れてサーボ動作が得られる。ｄ、は出力電
流１０ＬＩＴが流れない領域、ｄ２は出力電流■。ＵＴ
の遷移領域、ｄ３は出力電流■。０アの安定領域を表す
。

また、差動増幅器３０の正入力（＋）側を基準にした場
合には、第３図に示すように、サーボ信号ＶＩＮがスレ
ッショルド電圧■４以下の領域ｄ４、ｄ、から出力電流
Ｉ。Ｕ、が流れてサーボ動作が得られる。ｄ４は出力電
流Ｉ。ｕ７の安定領域、ｄ。

は出力電流１００丁の遷移領域、ｄ６は出力電流Ｉ　Ｏ
ＵＴの解除領域を表す。

ところで、トランジスタ４０．４２は差動入力になって
おり、トランジスタ４０のベースに対する制御入力と、
トランジスタ４２のベースに対する制御入力電圧■ＴＬ
との何れか小さい方が制御入力となり、その入力に応じ
た出力が出力回路１２に伝えられる。すなわち、電圧Ｖ
３６と、制御人力Ｉｔ圧ＶｙＬとが、Ｖ、＋６＞ＶＴＬ
のとき、出力電流ｒ　ｏｕｔに制限を加えることができ
る。

ここで、トランジスタ４０に流れる電流をＩ。

とすると、Ｉ　０ＬＩＴ　＞　Ｉ　ｚの場合、制御入力
電圧Ｖｔｔは、 Ｖ丁し＝　　　ＶＢｔａｚ＋　ＶＢＥ４　　＋　　Ｉ　
　３　　　°　Ｒｚ＋Ｖａｔｃ・　・　・（７） となり、ＶＡＴＣ）　Ｉ＊　　・Ｒｚ　、各トランジス
タ４．４２のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ４　、ＶＢ
Ｅ４□が等しいとすると、 Ｖ？Ｌ＃　Ｖａｔｃ　＝　ｒｏｏｔ　　−ＲＮＦ　　　
・・・（８）となり、ゆえに、出力電流Ｉ。ＵＴは、と
なり、制御入力端子４４に加えられる制御入力電圧ｖＴ
Ｌによって”出力電流■。ＬＩＴに制限を加えることが
できる。

そして、トランジスタ４は、ＶＴＬ＜Ｖ３ｈのとき、ト
ランジスタ４２を通してバイアスが設定され、また、■
７Ｌ〉■、ｈのとき、トランジスタ４０を通してバイア
スが設定される。Ｖｚ６＝Ｏのとき、電流は、１４　＝
　Ｉ　Ｓ　＝　１−　＝　Ｉｔ　＝ｏ　（Ａ）となり、
トランジスタ３４１．３４４．３４５．３４６がカット
オフ状態となるので、出力電流■。ｕ７＝０となる。■
アＬ＜Ｖ３６において、■ア、＝０のとき、トランジス
タ４に電流Ｌ＝Ｉａが流れ、電流Ｉｙ＝Ｌとなるように
設定すれば、電流１１１＝０となり、出力電流■。、Ｔ
＝０となる。また、Ｖ　ｔ　ｔ、　＜　Ｖ　３ｂ　ニお
イテ、Ｖｔｔ≠０（７）とき、トランジスタ４に流れる
電流Ｉ、をＩｔ）Ｉ＋＋に設定することにより、オフセ
ットの少ない特性が得られる。

すなわち、電圧■、ア。と制御入力電圧ｖ’ｒｔとがｖ
ａｙｃ　＝ＶｆＬとなれば、オフセットは零となり、電
圧ｖａｔｃと制御入力電圧Ｖｔｔ、とが近づく程制御性
が良好となる。また、Ｖ　Ｔ　Ｌ　＞　Ｖ　３６の場合
も同様に電圧Ｌ６に対してオフセットの少ない電圧■Ａ
？。が得られ、オフセットの少ない出力が得られる。そ
こで、トランジスタ３４６がカレントミラー回路３４に
設置されたことにより、電流■。

（＝１６）が流れ、ｌ１ｌ（１７にする（トランジスタ
４．４２の特性を合わせる）ことにより、オフセットの
少ない特性が■ア、≠０のときにも得られる。

そして、制御入力電圧ＶＴＬに対し電圧Ｖｆｆ＆が■ア
Ｌ＜Ｖ２ｂでＶｔＬ＝Ｏまたはそれ以外のとき、オフセ
ットが少なくなることは前述したが、Ｖ、Ｌ＞Ｖ３６の
遷移領域でも同様のことが言える。すなわち、Ｖｚｂ＝
０の場合、電流■４が流れないので、出力電流■。ｕｔ
は解除状態となる。また、電圧Ｖ３６がＯＶ以外のとき
、トランジスタ４０．４２の各特性を同一に設定するも
のとすれば、制御入力電圧ｖｙｔの制御の場合と同様に
、Ｖ３６−ＶＡ４ｅに近い値が得られ、オフセットの少
ない制御性の良い特性が得られる。

また、カレントミラー回路３４において、抵抗３４８．
３４９の抵抗値Ｒ：１４１　％　Ｒ３４９を等しく設定
し、トランジスタ３４５．３４６の各特性が等しいもの
とすれば、電流Ｉ８、■、は等しくなり、電流Ｉ６がト
ランジスタ４に供給されることになる。また、トランジ
スタ４．４２のエミッタ面積を調整し、各ベース・エミ
ッタ間電圧ＶＩＩＥ４、ＶＩＩＥ４□は、ＶＩｌ！４−
■。４．とすれば、トランジスタ４．４２の各電流Ｌ、
Ｉｓは、Ｉｔ＝１＊となる。

そして、トランジスタ４０．４２は、それぞれコンパレ
ータとして機能し、制御入力電圧ＶＴＬが、ＶＴＬ＝Ｑ
の場合、トランジスタ４０はカットオフ状態となる。

このため、電流Ｉ７、■８は、１６＝Ｉ８となり、１６
＝Ｉ−＝Ｉ？となる。それゆえ、電流Ｉ１、■、は、１
．＝１．となる。

したがって、制御入力電圧■ア、が、ＶＴＬ、＝Ｏの場
合、トランジスタ１０１．１０２は動作を停止し、出力
回路１２に対する電流■２が解除され、出力電流！。Ｕ
アが停止される。この結果、制御入力端子４４に対する
制御入力電圧■ア４．を０■にすると、電流検出端子１
４に発生ずる電圧ＶＡＴＣは、Ｖａｔｃ−０になる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、出力電流の最大値をサーボ信号とは
別の制御入力によって制御することができ、制御入力電
圧が零のとき、確実に出力電流を零にできるので、制御
性が改善され、過大な出力電流による）員傷からモータ
などの負荷を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のモータ駆動回路の実施例を示す回路
図、第２図および第３図は第１図に示したモータ駆動回
路の動作特性を示す図、第４図は従来のモータ駆動回路
を示す回路図、第５図は第４図に示したモータ駆動回路
の動作特性を示す図である。 ３４・・・第１のカレントミラー回路 ３６・・・抵抗（電流・電圧変換手段）４０・・・第１
のトランジスタ ４２・・・第２のトランジスタ ４・・・第３のトランジスタ １０・・・第２のカレントミラー回路 １２・・・出力回路 ＶＩＮ 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 サーボ信号に対応した電流を流す第１のカレントミラー
   回路と、 この第１のカレントミラー回路に流れる前記電流を電圧
   に変換する電流・電圧変換手段と、この電流・電圧変換
   手段によって得られた前記電圧がベースに加えられると
   ともに前記第１のカレントミラー回路を通じて電流が流
   れる第１のトランジスタと、 この第１のトランジスタに並列に接続され、ベースに加
   えられる制御入力に応じて第１のトランジスタに流れる
   電流を制御する第２のトランジスタと、 前記第１のトランジスタに発生させた電圧がベースに加
   えられるとともに、前記第１のカレントミラー回路から
   電流が供給される第３のトランジスタと、 モータを駆動する出力回路に対し前記第３のトランジス
   タによって得られた駆動出力を供給する第２のカレント
   ミラー回路とを備えたモータ駆動回路。