JPH02246794A - ステップモータ駆動回路 - 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〕 本発明はステップモータの定電流チョッピング駆動回路
に関する。

〔従来の技術〕

ステップモータを駆動する方法として、励磁コイルに直
列に接続されたトランジスタなどのスイッチング素子を
用いて、励磁コイルの通電、非通電を周期的に切替える
ことにより励磁コイルに流す電流の制御を行うチョッピ
ング駆動方法が広く用いられている。このチョッピング
駆動におけるスイッチング素子の切替え制御は、発振回
路などでつくられた周期的な波形信号を用いて行なった
り、抵抗を用いて検出したコイル電流に従い行なったり
する。

このようにステップモータをチョッピング駆動する場合
には、励磁コイルに流れる電流が大きいほど高いトルク
を得られるが、その反面、モータやスイッチング素子で
の発熱が問題になり、また過電流、による故障も問題と
なってくる。

また、スイッチング素子でのスイッチング周波数は高い
ほどコイルに流れる電流は時間的に平均化され安定した
トルクが得られるが、スイッチンス素子でのスイッチン
グロスによる発熱が問題となり、さらにステップモータ
待機時には、スイッチング周波数を低く設定するとモー
タの発する騒音が問題となる。

特開昭６２−１１０４９６号では、これらステップモー
タでのチョッピング駆動時の問題に対し、コイルに流す
電流量とスイッチング素子でのスイッチング周波数を制
御する発振回路と、抵抗を用いたコイル電流検出回路と
のそれぞれの出力を比較し、これに従いスイッチング素
子での切替えを行うことにより、ステップモータの動作
時には、電流を大きくとり、かつスイッチングロスによ
る発熱を押さえるためにスイッチング周波数を低くする
ように、また、ステップモータ待機時には、十分な保持
力を得られる程度に電流を小さくシ。

かつ周波数が可聴周波数を超えるようにそれぞれ発振回
路の出力波形を切替えることを提案している。〔発明が
解決しようとする課題〕 上記従来技術は１発振回路の出力波形により励磁コイル
の通電時間、非通電時間をあらかじめ設定することによ
りコイルに流す電流とスイッチング周波数の制御を行い
、電流検出回路により電流の最大レベルを制限するもの
であった。

しかしながら、励磁コイル通電時の電流の立上がり時間
は、励磁コイルに残存するエネルギー等により変動する
ため、発振回路の出力波形により設定された通電時間で
コイルに流す電流を所定のレベルに正確に設定するのは
困難であった。

また、電流検出回路によりコイルに流れる電流量を制限
する場合には、スイッチング素子での通電、非通電の切
替えを行う周波数を制御することはできなかった。゛ 本発明の目的は、ステップモータをチョッピング駆動す
る場合に、安定した高い回転トルクを効率良く得るため
にコイルに流す電流を一定のレベルになるように正確に
制御するとともに、簡単な回路と制御により、ステップ
モータの動作状態に応じて、コイルに流す電流とスイッ
チング周波数とをそれぞれ任意のレベルに正確に設定で
きるステップモータの駆動回路を提供するものである。

（課題を解決するための手段〕 上記目的は、励磁コイルに流れる電流量を抵抗等により
電圧レベルに変換し、任意に設定可能な基準電圧との比
較を行う電流比較手段と、励磁コイルの非通電時間をＣ
Ｒ積分回路等により電圧レベルに変換し、任意に設定可
能な基準電圧との比較を行う非通電時間比較手段と、励
磁コイルに流れる電流量と、励磁コイルの非通電時間と
をそれぞれ所定のレベルに設定するように励磁コイルの
通電、非通電を切替えるスイッチング手段とで実現され
る。

（作用〕 電流比較手段により励磁コイルに流れる電流があらかじ
め設定された電流レベルを超えたことを検出した時点で
、励磁コイルを非通電にすべくスイッチング手段をオフ
することにより、励磁コイルに流れる電流量を一定のレ
ベルに制御することができる。

また非通電時間比較手段により励磁コイルの非通電時間
が、あらかじめ設定された時間を超えたことを検出した
時点で、励磁コイルを通電すべくスイッチング手段をオ
ンすることにより、励磁コイルの通電、非通電の切替え
周波数を制御することができる。

このように１本発明によれば、励磁コイルでの電流の立
上がり時間を気にかけることなく、簡単な回路と制御だ
けでステップモータのチョッピング駆動時の電流、周波
数の設定が行える。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。

第１図は１本発゛明を用いた４相ステツプモータの定電
流チョッピング駆動回路の概略構成図である。

第１図中１，２はステップモータでの一対の励磁コイル
である。励磁コイル１の通電、非通電の切替えは、スイ
ッチング素子であるＭＯ８ＦＥＴ３により行う、このＭ
Ｏ８ＦＥＴ３がオンした状態では、電流は、ｖｌの電源
から励磁コイル１、ＭＯ８ＦＥＴ３．電流検出抵抗５．
ＧＮＤへと流れる。

第１図中４は、励磁コイル２が通電状態から非通電状態
に切替わる際に発生する逆起電力による回生電流Ｉ２を
、励磁コイル１のＧＮＤ側から電＃１ｖ　ｉへ流すフラ
イホイールダイオードであり。

この回生電流工、により定電流チ１ツピング時のモータ
でのトルクの低下を防ぐことができる。

第１図中６と１０はそれぞれ電流設定用コンパレータ、
非通電時間設定用コンパレータであり。

ともに（−）入力電圧が（＋）入力電圧より高い場合に
は出力がＧＮＤレベルとなり、逆に（−）入力電圧が（
＋）入力電圧より低い場合には出力がハイインピーダン
ス状態となるものである。

電流設定用コンパレータ６には、（−）入力に電流検出
抵抗５での励磁コイル１に流れる電流１１による電圧降
下分、（＋）入力にＤ／Ａ変換回路７の出力がそれぞれ
入力される。

また非通電時間設定用コンパレータ１０には。

（−）入力にＤ／Ａ変換回路１１の出力、（＋）入力に
電流設定用コンパレータ６の出力がそれぞれ入力される
。

ここで電流設定用コンパレータ６の出力に抵抗８、コン
デンサ９の積分回路を付加することにより、電流設定用
コンパレータ６の（−）入力電圧が（＋）入力電圧より
低い場合には出力電圧がＧＮＤレベルから電圧Ｖ、まで
除々に上昇するようにする。

Ｄ／Ａ変換回路７，１１にはそれぞれ制御信号２７制御
信号２８が入力され、これら信号が′Ｈｉｇｈルベルか
′Ｌ　ｏ　ｗ’レベルかで２種類の電圧レベルをそれぞ
れ出力する。

第１図中１２はＡＮＤゲートであり、励磁コイル１を選
択する相切替信号と非通電時間設定用コンパレータ１０
の出力が入力され、この二つの入力がともに′Ｈｉｇｈ
ルベルである時にＭＯ８ＦＥＴ３をオンさせるものであ
る。

第２増は第１図のステップモータ駆動回路の各部の動作
波形を示すものである。

第２図において時間Ｌ工で相切替信号２０が’Ｈｉｇｈ
ルベルになるとＡＮＤゲート１２の出力電圧２６が′ｖ
２ルベルとなりＭＯ８ＦＥＴ３がオンし励磁コイル１の
通電が始まる。励磁コイルに流れる電流が上昇するに従
い電流設定用コンパレータ６の（−）入力電圧２１が上
昇していき。

時間ｔ３で（＋）入力電圧２２より高くなると電流設定
用コンパレータ６の出力電圧２３は′ＧＮＤルベルにな
る。これに従い非通電時間設定用コンパレータ１０の出
力電圧２５がＧＮＤレベルに、ＡＮＤゲート１２の出力
電圧２６がＧＮＤレベルになりＭＯ８ＦＥＴ３がオフし
励磁コイル１は非通電状態になる。

これにより電流設定用コンパレータ６の（−）入力電圧
２１がＧＮＤレベルに下がるために出力電圧２３は、抵
抗８．コンデンサ９から成る積分回路の作用で除々に上
昇していき、時間ｔ３で非通電時間設定用コンパレータ
１０の（＋）入力電圧２４より高くなると出力電圧２５
が’Ｈｉｇｈ”レベルとなり、ＡＮＤゲート１２の出力
電圧２６が′Ｖ、′Ｌ／へ／Ｌ／トなり１Ｍ０８ＦＥＴ
３が再びオンし再度励磁コイル１の通電が始まる。

相切替信号２０が′Ｈｉｇｈ”レベルの期間（ｔ工〜ｔ
ｉ）では上記のような励磁コイル１の通電。

非通電の切替えが繰返し行われる。このときのＭＯ８Ｆ
ＥＴ３でのスイッチング周波数は、１／（ｔ４−　ｔｚ
）で示されるが、この周波数は第２図中の時間ｔ２から
ｔ、の期間、すなわち非通電時間を制御信号２８により
切替えることにより２段階に切替えることができる。

次に、励磁コイルに流す電流量とスイッチング周波数を
時間ｔ、で切替えた場合の説明を行う。

本実施例では、ステップモータ待機時には、電流量を小
さくシ、スイッチング周波数を可聴周波数以上に高くす
る切替えを行うが、これは１時間ｔ、でＤ／Ａ変換回路
７，１１の出力電圧２２゜２４をともに下げることで、
電流比較用コンパレータ６と非通電時間比比較用コンパ
レータの作用により容易に行える。

時間ｔ７からｔ８゜での第１図のステップモータ駆動回
路の動作は、時間ｔ工からｔ、での動作と同様にして行
われる。

本実施例では１例えば励磁コイル２が非通電状態の時に
は、フライホイールダイオード４の働きにより回生電流
Ｉ２が流れるため、非通電時間を切替えてもステップモ
ータの駆動トルクには大きく影響することはない。

また１本実施例では、定電流チョッピングでの通電、非
通電の切替えと、励磁する相の切替えを１つのスイッチ
ング素子で行なったが、２つのスイッチング素子を用い
る場合にも同様な効果が得られる。さらに、電流量と非
励磁時間の設定を行うＤ／Ａ変換回路の出力電圧は、本
実施例では２段階の切替えとしたが、これはさらに多段
階にすることは容易に行える。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ステップモータの定電流駆動回路にお
いて、励磁コイルに流す電流量と、励磁、非励磁を切替
えるスイッチング周波数とを簡単な回路と制御によりそ
れぞれ任意に設定できるので例えば、ステップモータ動
作時には十分な駆動トルクが得られるように電流量を設
定し、かつスイッチング素子でのスイッチングロスによ
る発熱が十分に小さくなるようにスイッチング周波数を
低く設定したり、また、ステップモータ待機時には、十
分な保持トルクが得られるように電流量を小さく設定し
、かつ可聴周波数を超えるようにスイッチング周波数を
設定したりするなど、駆動条件に応じてステップモータ
をより効率良く駆動できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のステップモータ駆動回路の
概略構成図、第２図は第１図のステップモータ駆動回路
の各部の動作波形図である。 １．２・・・ステッ゛プモータ励磁コイル、３・・・Ｍ
ＯＳＦＥＴ、４・・・フライホイールダイオード、５・
・・電流検出抵抗、６．１０・・・電圧コンパレータ、
７゜１１・・・Ｄ／Ａ変換回路、８，９・・・ＣＲ積分
回路。 １２・・・ＡＮＤゲート、２０〜２８・・・信号波形。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１．ステップモータでの励磁コイルの通電、非通電を
   切替えるスイッチング手段と、励磁コイルに流れる電流
   量を電圧レベルに変換し、任意に設定可能な基準電圧と
   の比較を行う電流比較手段と、励磁コイルの非通電時間
   を電圧レベルに変換し、任意に設定可能な基準電圧との
   比較を行う非通電時間比較手段とを有し、前記電流比較
   手段と非通電時間比較手段でのそれぞれの比較結果を基
   に励磁コイルをそれぞれ非通電、通電状態に切替えるこ
   とにより、励磁コイルに流す電流量とスイッチング手段
   での切替え周波数を任意に制御可能としたことを特徴と
   するステップモータ駆動回路。