JPH03143293A - 直流モータの駆動制御回路 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野〉 本発明は直流モータの回転数制御を行う駆動制御回路に
関するものである。

（従来の技術） 従来のこの種の駆動制御回路としては、第４図に示ずよ
うにＰＬＬ　（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）
回路を用いた回路が知られている。この回路では、基準
発振器４１から出力された基準周波数（Ｓを有する信号
と、直流モータ４２の回転数を周波数発電機４３で補え
て増幅および波形整形を増幅整形回路で行った信号とを
、位相比較器４５に与えて位相比較を行わせ比較結果の
パルス（位相差に応じたパルス）を出力させる。この位
相比較器４５の出力はローパスフィルタ４６／＼与えら
れて直流電圧に変換され混合器４７へ送出される。増幅
整形回路４４の出力はＦ−Ｖ変換器４８へ与えられ、周
波数対応の電圧に変換され混合器４７へ与えられ上記ロ
ーパスフィルタ４６の出力に加乙られる。この構成はＰ
ＬＬ回路のみでは、位相が等しく周波数が異なる２人力
に対して無力のため、設けられる。混合器４７の出力は
電力増幅器４９へ与えられ、必要な増幅を受けて直流モ
ータ４２へ与えられる。この結果、基準発振器４１の出
力信号の周波数と対応する回転数で直流モータ４２が回
転する。

しかしながら、Ｐ　Ｌ　１．、回路を用いた駆動制御回
路は、ＰＬＩ−回路がＩＣ化されているとはゆえ、回路
が複雑化する上、直流モータ４２の軸に周波数発電機４
３を設ける必要があり、直流モータ４２の構成が複雑化
大型化する問題点があった。

これに対し、ＰＬＬ回路を用いるほどの高精度な制御は
不要である場合の回転数制御方式として比例電流制御方
式がある。この方式は以下のような理論による。

直流モータが回転状態にあるとき、その等価回路は第５
図に示されるように、逆起電力Ｅ。の直流電源５１と巻
線抵抗などによる抵抗Ｒａとの直列回路となる。ここに
、直流モータの回転数をω、逆起電圧定数をに８　（Ｖ
／ｒｐｍ）、負荷トルクをＴ、トルク定数をＫＴ　　（
ｇ−ｍ／’Ａ＞とし、電流Ｉ、雷電圧８が第５図のよう
であるとすれば、ＥＣ−Ｋｅ×ω　　　　　　　　・・
・・・・（１）Ｔ＝ＫｘＩ、　　　　　　　　　　・・
・・・・（２）■８＝Ｅｃ＋■、Ｒ０・・・・・・（３
）なる関係があり、負荷トルクＴにより電流工、が変化
し、電圧■　が一定とすると逆起電力Ｅ。が変化して結
果的に回転数のが変動してしまう。

そこで、電流■８が変化しても逆起電力Ｅ。が一定、即
ち、回転数が一定となるように電圧Ｖ。

を変化させると、負荷トルクＴによらず一定回転を得る
ことができる。

この原理を実現するため、従来は第６図に示される駆動
制御回路の構成が採られていた。ＤＣ〈直流）モータ５
０に電力増幅部を構成するトランジスタＴｒｌから電力
供給を行う。このトランジスタ”ｒｌを介してＤＣモー
タ５０へ流れ込む電ｍ　Ｘ　ＢをトランジスタＴｒ３に
より検出する。電源■。０とトランジスタＴｒ３のエミ
ッタとの間に抵抗Ｒ［を接続する。また、電源Ｖ。０と
抵抗Ｒ８とを接続して、電流■、を流し、抵抗Ｒ３のＤ
Ｃモータ５０側と１−ランジスタＴｒ２のベースとを接
続する。このように構成されたトランジスタＴｒ２には
電流１゜に対応した電流■、が流れる。この電流ＩＥを
抵抗Ｒ１に流して電圧■８□を発生させ、この抵抗Ｒ丁
による電圧をツェナーダイオードＺ１でＶ７だけ上昇さ
せた電位をトランジスタ”ｒｌのベースに与え、このト
ランジスタＴｒ１のベースとコレクタとを抵抗Ｒ７によ
り接続し、電源■。０により抵抗Ｒ７を介して電流■７
が流れるようにする。

以上のように構成された駆動制御回路において、各トラ
ンジスタＴｒｌ　Ｔｒ３が理想のトランジスタでペース
エミッタ間電圧■ＢＥがゼロとして解析すると、 ■ａ＝ＥＣ十■８×Ｒａ ■ａ＝■Ｚ＋ＶＲ下 ＶＲＴ−ＩＥＲ丁 ＩａＲ３−■ＥＲＥ なる各式が成立する。

（６）　、　（７）式より ＶＲＴ−（Ｒ３、／　ＲＥ　）　Ｉ　８これを（５）式
に代入すると、 ｘＲ。

・・・・・（４） ・・・・・（５） ・・・・・（６） ・・・・・（７） Ｖ、　＝ＶＺ＋　（Ｒ３／’ＲＥ　）　ＲＴ　ｘ　Ｉ。

一方、（４）式を考慮すると、 ＥＣ＋■８　・　Ｒ，ａ三Ｖｚ　　＋　　（Ｒ３／ＲＥ
　　）Ｒ丁アエ。　　　　　　　　　　　　　・・・・
・・（８）なる恒等式が得られ、これを変形するとＥＣ
Ｖ２−Ｉ　、　（（Ｒ３／Ｒ，Ｅ　）　ＲＴ　　Ｒａ）
となる。ここで、Ｅ　ｃ　−Ｖ　ｚとおくと、（Ｒ３／
’ＲＥ　）ＲＴ　　Ｒａ”０ 、’、　　Ｒ／Ｒ＝Ｒ／Ｒ・・・・・・（９）Ｓ・　　
Ｅａ−Ｔ となり、この（９）式の関係か成立するとき、（８）式
はＩａに関係なく、即ち、負荷トルクＴに関係なく成立
することとなる。このとき、ＤＣモータ５０の回転数は
ω−■７／Ｋｏとなる。

以上のように定数を設定し、トランジスタＴｒ３を含む
電流検出部で電流■　に対応する電流■。

を検出し、この電流■、を抵抗ＩＲＴに流して電圧ＶＲ
下を発生させ、ツェナーダイオードＺ１を介して電力増
幅部を構成するトランジスタＴ、１のバ、イアスを制御
することでＤＣモータ５０の回転数を一定に保つことが
できる。

（発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来の直流モータの駆動制御回路の
解析は理想状態で行っており、実際には、ツェナーダイ
オードｚ１に流れるバイアス電流丁、は抵抗ＲＴにその
まま流れ込み、工ＲＴ＝ＩＥ　＋１Ｚ となり、（６）　、　（７）式より得られるはずのＩａ
ｏＣＶＲＴ なる関係が生じなくなり、回転数制御が的確に行えない
問題点があった。

更に、トランジスタ”ｒ３にはペースエミッタ電圧■Ｂ
Ｅが実際上存在するから、（７）式ではなく■ａＲ３：
■ＥＲＥ十■ＢＥ が成立し、電流■、の値が実際の値よりも小さく検出さ
れ、回転数制御が的確になされない問題点があった。

本発明はこのような従来の直流モータの駆動制御回路が
有する問題点を解決せんとしてなされたもので、その目
的は、直流モータの回転数制御を的確に行える駆動制御
１１１ｉ１Ｄ路を提供することである。

［発明の構成つ （課題を解決するための手段） そこで、本発明ではツェナーダイオードを介してバイア
スの制御を受けるとともに、直流モータに電力の供給を
行う電力増幅部と、 この電力増幅部を介して前記直流モータへ流れる電流を
トランジスタを介して検出する電流検出部と、 この電流検出部により検出された電流に対応した電圧を
発生させる電圧発生部と、 この電圧発生部により発生された電圧をインピーダンス
変換して前記ツェナーダイオードへ与える高入力インピ
ーダンス低出力インピーダンスのインピーダンス変換部
とを備えさせて直流モータの駆動制御回路を構成した。

更に、本発明では上記構成に加え、電流検出部のトラン
ジスタはバイポーラ型とし、そのベースエミッタ間電圧
と等しい電圧降下を生じさせる電圧降下素子を、当該電
流検出部における検出すべき電流の通過経路に接続して
直流モータの駆動制御回路を構成した。

更に、上記構成に加えて、電流検出部の検出電流が電圧
発生部へ到る経路に、電力増幅部の出力の位相補償を行
う位相補償部を接続して直流モータの駆動制御回路を構
成した。

更に、上記構成に電力増幅部による電力供給を外部から
の制御信号により開始／停止させるスイッチング部を備
えさせて直流モータの駆動制御回路を構成した。

また、更に、上記構成に加え電圧発生部に発生した電圧
０こ基づきスイッチング部をオンオフさせる制御信号を
発生する過電流検出部を備えさせて直流モータの駆動制
御回路を構成した。

（作用） 上記第１の発明の構成によると、インピーダンス変換部
を介して、電圧発生部による電圧をツェナーダイオード
に与えるため、ツェナーダイオードを流れるバイアス電
流が電圧発生部へほとんど流れず、回転数制御をより的
確にできる。

第２の発明によると、バイポーラトランジスタ０ のベースエミッタ間電圧による電圧降下と同じ電圧降下
が直流モータへ流れる電流の経路において生じさせられ
ることになり、検出する電流はペースエミッタ間電圧の
影響のない電流となり、回転数制御をより的確にできる
。

第３の発明によると、直流モータへ供給される電力の位
相補償がなされ、いわゆる発振現象がなくなり、回転数
制御をより的確に（安定的に）行い得る。

第４の発明によると、スイッチングにより直流モータを
必要に応じてオンオフでき、回転数制御をより的確に行
い得る。

更に、第５の発明によると、過電流が直流モータに流れ
電圧発生部の発生電圧が上昇したとき、直流モータを停
止でき、回転数制御をより的確に（安全に〉行うことが
できる。

（実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳しく説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示す。

同図において、第６図と同一の構成要素には同一１ の符号を付し、その説明を省略する。

この第上図の実施例においては、トランジスタＴｒ１を
介してＤＣモータ５０へ流入する電流■８を検出するト
ランジスタＴｒ３を含む電流検出部が検出した電流工Ｅ
によって電圧”ＲＴを発生する抵抗ＲＴとツェナーダイ
オードＺ１のアノードとをトランジスタＴｒ２からなる
インピーダンス変換部で結合し、抵抗Ｒ１に発生した電
圧をツェナーダイオードＺ１のアノードに与えるように
した。具体的には、トランジスタＴｒ３のコレクタと抵
抗ＲＴとの結合点をトランジスタＴｒ２のベースに結合
し、トランジスタ”ｒ２のエミッタをツェナーダイオー
ドＺ１のアノードと結合し、トランジスタＴｒ２のコレ
クタを接地する。これにより、トランジスタ”ｒ２はエ
ミッタフォロワを構成し、高入力インピーダンス低出力
インピーダンスのインピーダンス変換部を構成する。か
かる構成により、バイアス電流Ｉｚはそのほとんどがト
ランジスタ”ｒ２のコレクタ側へ流れ、ベースから抵抗
ＲＴに流入する電流より２は僅かとなる。即ち、トラン
ジスタ”ｒ２２ の電流増幅率をｈｆｅとすると、 ■Ｂ２”＝　■Ｚ　／ｈｆｅ ・′・　Ｉ　Ｂ２　（Ｉ　Ｅ となり、抵抗Ｒ工にＩｐ＋ＩＢ２の電流が流れ込んでも
、丁［３２による影響を無視し得る程度となる。

更に、第１図の実施例では、トランジスタ”ｒ３のペー
スエミッタ間電圧ＶＢＥ３による検出電流■１と被検出
電流■８との誤差を除去するため、電圧降下素子である
ダイオードＤ１を電流Ｔ、の通過経路に設けた。具体的
には、ダイオードＤ１のアノードを抵抗Ｒ８に接続し、
カソードをベースに接続し、カソードからトランジスタ
Ｔｒｌのコレクタへ電流■８が流れるようにした。ここ
で、電流■８が流れたときダイオードＤ１によって生じ
る電圧降下■ｆ１が上記ペースエミッタ間電圧ＶＢＥ３
に等しいようなダイオードを用いる。すると、 ■ａＲ３＋Ｖｆ１＝■ＥＲＥ十■ＢＥ３ここに、　Ｖｆ
１寝■ＢＥ３　　ゆえにＩ　ａＲ３”Ｅ−Ｉ　Ｅ　ＲＥ ３ となり、（７）式が実現され、電流工、検出の誤差を少
なくすることができる。

更に、第１５図の実施例ではトランジスタＴｒ３のコレ
クタを位相補償部であるコンデンサＣを介して接地した
。かかる構成によって、従来比例電流制御方式を採るこ
とによってＤＣモータ５０へ与えられる電力（電圧及び
電流〉の位相に変化が生じてＤＣモータ５０がいわゆる
発振状態となっていた状況を除去し、位相補償（電圧及
び電流）がなされＤＣモータ５０を安定的に回転させる
ことが可能となった。

第２図はＤＣモータ５０の回転の停止／開始を外部（コ
ントローラ）から制御するため、第１図の構成に加えト
ランジスタＴｒ４を設け、このコレクタをトランジスタ
Ｔ、１のベースに、エミッタを接地し、ベースへ信号線
３０を介してオンオフの制御信号を与えるようにした。

信号線３０には抵抗Ｒ１を介して電源■。Ｃが与えられ
ている。かかる構成によれば、信号線３０にコントロー
ラがＨレベルの制御信号を与えると、トランジスタＴｒ
４のベース４ に０．７Ｖ以上の電圧が与えられ、１ヘランジスタＴｒ
４がオン状態となってトランジスタＴｒ１がカットオフ
状態となり直流モータ５０が停止する。一方、信号線３
０にＬレベルの制御信号を与えると、トランジスタＴｒ
４のベースに０．７Ｖ以下の電圧が与えられ、トランジ
スタ”ｒ４がカットオフとなり、ＤＣモータ５０に対す
る回転制御がなされる。

第３図は過電流がＤＣモータ５０へ流れたときにＤＣモ
ータ５０の回転を停止させる構成を、第２図の回路構成
に加えたものである。ここでは、トランジスタＴｒ２の
ベースとトランジスタＴ、４のベースに到る信号線との
間に、ツェナーダイオードＺ２を接続する。このツェナ
ーダイオードＺ２のツェナー電圧Ｖ７２は、電流■８が
所定より大となりＤＣモータ５０に過電流が流ＦＬだ状
態になったときに抵抗Ｒ１に生じる電圧■ＲＴより小と
する。また、ツェナーダイオードのアノードと抵抗Ｒ１
との間には逆流防止用のダイオードＤ２が接続されてい
る。かかる構成によると、ＤＣモータ５０が機械的異常
によりロックし最大電流が流れることに５ なったときに、ＤＣモータ５０への電力供給を以下のよ
うにして停止させ、保護を図ることができる。

電流下、、ＩＥは前述のように、Ｉ　ａ　ＫＩ　Ｆなる
関係があり、　　　■ａに■ＲＴ となる。ここで、ＤＣモータ５０に流れ込む電流Ｉａを
抑えるようにすると、このときの電流値を■Ｅ１．■ａ
１、電圧値を■８工、として■ａｌＲ３＝　１Ｅ１ＲＥ
　　□　ＶＲＴｌ　−■ＥＩＲＴ、’、　　　　工ａＩ
Ｒｓ　　”　　（ＲＥ　　、／ＲＴ　　）　　ＶＲＴｌ
−’＝　　ＶＲＴＩ　−Ｉ　ａｌ　（Ｒ３ＲＴ　／　Ｒ
Ｅ　＞そこで、 １ａ１（Ｒ８Ｒ１／ＲＥ）−ＶＲＴ１＝Ｖ１２＋ＢＥ４ なるツェナー電圧Ｖ７２を選択すると、ＤＣモータ５０
に異常が生し、■、〉■ａ１なる電流■８が流れるとき
、ツェナーダイオードＺ２の降服が生じ■Ｚ２が流れト
ランジスタＴｒ４をオン状態とするため、トランジスタ
Ｔｒ１がカットオフとなりＤＣモータ５０へ電流工。の
流入が阻止され、保護が図られる。

６ ［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、電流比例方式の欠
点である回路が理想的でないことによる回転数制御の誤
差を少なくし、しかも、回転を安定的に安全に制御でき
、全体として直流モータの回転数制御を的確に行い得る
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図、第３図は
本発明の他の実施例の回路図、第４図はＰＬＬ回路を用
いた直流モータの駆動制御回路のブロック図、第５図は
直流モータの等価回路を示す図、第６図は従来の電流比
例方式による直流モータの駆動制御回路を示す図である
。 ５０・・・ＤＣモータ　　”ｒｌ〜”ｒ４・・・トラン
ジスタＺ１．Ｚ２・・・ツェナーダイオード Ｄ１．Ｄ２・・・ダイオード Ｒ３，ＲＥ、ＲＺ、Ｒ，、Ｒ１＝°゛抵抗Ｃ・・・コン
デンサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ツェナーダイオードを介してバイアスの制御を受
   けるとともに、直流モータに電力の供給を行う電力増幅
   部と、 この電力増幅部を介して前記直流モータへ流れる電流を
   トランジスタを介して検出する電流検出部と、 この電流検出部により検出された電流に対応した電圧を
   発生させる電圧発生部と、 この電圧発生部により発生された電圧をインピーダンス
   変換して前記ツェナーダイオードへ与える高入力インピ
   ーダンス低出力インピーダンスのインピーダンス変換部
   とを備えた直流モータの駆動制御回路。
2. （２）電流検出部のトランジスタはバイポーラ型であり
   、そのベースエミッタ間電圧と等しい電圧降下を生じさ
   せる電圧降下素子を、当該電流検出部における検出すべ
   き電流の通過経路に接続したことを特徴とする請求項（
   １）記載の直流モータの駆動制御回路。
3. （３）電流検出部の検出電流が電圧発生部へ到る経路に
   は、電力増幅部の出力の位相補償を行う位相補償部が接
   続されていることを特徴とする請求項（１）または（２
   ）記載の直流モータの駆動制御回路。
4. （４）電力増幅部による電力供給を外部からの制御信号
   により開始／停止させるスイッチング部が備えられてい
   ることを特徴とする請求項（１）乃至（３）のいずれか
   に記載の直流モータの駆動制御回路。
5. （５）電圧発生部に発生した電圧に基づきスイッチング
   部をオンオフさせる制御信号を発生する過電流検出部が
   備えられていることを特徴とする請求項（１）乃至（４
   ）のいずれかに記載の直流モータの駆動制御回路。