JPH0715357Y2 - 負荷の電流制限回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、負荷に過大な電流が流れることを防止するよ
うにした負荷の電流制限回路に関する。

従来の技術 空気調和装置には、電子膨張弁の弁開度を設定するステ
ツピングモータや、各種フアンを回転駆動するフアンモ
ータ、また圧縮機を駆動する圧縮機用モータなど各種の
モータが使用されている。このようなモータの巻線が断
線や短絡を起こした場合、モータの欠相ロツクや停止、
また過大電流によるモータの駆動回路の破損などが生じ
る場合がある。このような事態を防止しようとする従来
例として、特開昭59-56819が挙げられる。この従来例で
は、モータの過負荷状態および軽負荷状態を、モータに
流れる負荷電流を変流器により検出することにより検出
するようにしている。

考案が解決しようとする課題 このような従来例では、前述したように変流器を用いる
必要があり、変流器は構成が比較的大形であり、またそ
の変流器とそれに関連する構成は複雑であるという問題
がある。

本考案の目的は、負荷に過大に電流が流れることを確実
に制限するとともに、構成を小形化することができ、ま
た構成を簡略化することができるようにした負荷の電流
制限回路を提供することである。

課題を解決するための手段 請求項第１項の本考案は、電源と負荷とに直列に接続さ
れるパワースイツチングトランジスタから成るトランジ
スタ４と、 トランジスタ４のベースに、抵抗R3、ツエナダイオード
５および反転回路６の直列回路を介して接続され、トラ
ンジスタ４を負荷発停用スイツチング手段として作用さ
せる制御信号をベースに与える制御信号発生手段7aと、 トランジスタ４と電源との間にトランジスタ４と直列に
接続される抵抗R1と、 トランジスタ４のベースと抵抗R1の電源側の端子との間
に接続され、トランジスタ４および抵抗R1に所定の電流
が流れたとき、導通して予め定める一定の電圧をトラン
ジスタ４のベースと抵抗R1の電源側の端子との間に生じ
るダイオード手段PD1とを含むことを特徴とする負荷の
電流制限回路である。

請求項第２項の考案は、前記ダイオード手段PD1は発光
ダイオードであり、さらに、 発光ダイオードPD1からの光を受光する受光素子PTとを
含むことを特徴とする。

作用 請求項第１項の考案に従えば、ステツピングモータなど
のような負荷と、トランジスタ４と、抵抗R1とが直列に
接続され、それらに流れる負荷電流が小さいときには、
抵抗R1の電圧降下が小さく、したがつてダイオード手段
PD1は遮断している。負荷電流が過大になると、抵抗R1
の電圧降下が大きくなり、したがつてダイオード手段PD
1が導通する。このダイオード手段PD1の導通によつて、
トランジスタ４のベースと抵抗R1の電源側の端子との間
の電圧が予め定める一定の電圧に保たれる。負荷電流が
所定の値たとえば過大であつて、その負荷電流がさらに
大きくなると、抵抗R1の電圧降下がさらに大きくなり、
これに応じて、トランジス４タのベースと、トランジス
タ４の抵抗R1に接続されている電極たとえばエミツタと
の間の電圧が小さくなる。これによつてトランジスタ４
のインピーダンスが大きくなり、負荷に流れる電流が小
さく抑えられる。

このようなトランジスタ４は、発停制御用スイツチング
手段と電流制限素子とを兼ねている構成であつて、負荷
を制御する回路が格段に簡素化される。

請求項第２項の考案に従えば、発光ダイオードPD1が発
光したとき、その光は受光素子PTで受光され、異常が検
出される。

実施例 第１図は本考案の一実施例のブロツク図であり、本考案
を、負荷としてのモータの故障検出を行うための装置１
に適用した構成を示す。本実施例は、たとえば冷媒方式
の空気調和装置に設けられる電子膨張弁の弁開度を設定
する、２相励磁方式の４相ステツピングモータ２に関す
る故障を検出しようとするものである。本実施例の故障
検出装置１の直流電源３は、電源制御用の制限抵抗R1を
介してスイツチング手段であるPNP形のパワースイツチ
ングトランジスタ４に直列に接続される。

トランジスタ４のベースと直流電源３との間には、ベー
スバイアスを与える抵抗R2と、直流電源３側をアノード
とするホトダイオードPD1との並列回路が接続される。
またトランジスタ４のベースには、抵抗R3、ツエナダイ
オード５および反転回路６を介して、たとえばマイクロ
コンピユータなどを含んで構成される処理回路７におけ
る制御信号発生回路7aの制御端子Ｃに接続される。

前記トランジスタ４のコレクタは給電ライン8,9に接続
され、給電ライン8,9にはステツピングモータ２を構成
する巻線φ１〜φ４（φで略称することがある）がそれ
ぞれ接続される。巻線φ１は、制御信号発生回路7aの制
御信号SAを出力する制御端子Ａに、一対の反転回路10a,
11aを介して接続点28で接続される。巻線φ３は反転回
路10a,11aの間に接続される。

巻線φ2,φ４に関しても前記巻線φ1,φ３に関して述べ
た構成と同様に反転回路10b,11bが設けられ、反転回路1
0bには制御信号発生回路7aの制御端子Ｂからの制御信号
SBが与えられ、その反転回路10bの出力端子は巻線φ４
と接続される。また反転回路11bの出力端子は巻線φ２
と接続点29で接続される。反転回路11a,11bの出力端子
は、抵抗R4,R5およびプルダウン抵抗R6,R7をそれぞれ介
して、故障検出回路7bの入力端子X,Yに接続される。故
障検出回路7bには、制御信号発生回路7aからの制御信号
SA,SB,SCまたはそれらに関連する信号が与えられる。こ
こで反転回路10a,11a;10b,11bは、駆動回路24a,24b（24
で略称することがある）をそれぞれ構成する。

本実施例では、第１図示の各相毎の巻線φ１〜φ４を含
むステツピングモータ２がたとえば４組（図示せず）設
けられ、したがつて第１図示のトランジスタ４およびホ
トダイオードPD1なども４組設けられることになる。こ
のような各ホトダイオードとそれぞれホトカプラを構成
するホトトランジスタPT1〜PT4がそれぞれ並列に接続さ
れて設けられる。各ホトトランジスタPT1〜PT4の各コレ
クタは直流電源３に接続され、各エミツタは共通に電解
コンデンサC1に接続されるとともに、抵抗R8、反転回路
12およびプルアツプ抵抗R9を介して、故障検出回路7bの
入力端子Ｄに接続される。

第２図は、ステツピングモータ２の基本的動作を説明す
る波形図である。ステツピングモータ２の動作中には、
制御信号発生回路7aは、制御端子Ｃから制御信号を導出
して、トランジスタ４を導通される。第２図を併せて参
照して第２図（１）に示す制御信号SAが第１図の反転回
路10aに入力されると、そのハイレベルの立上り期間W2,
W3では、第１図のトランジスタ４が導通している状態で
は巻線φ３を電流I3が流れ、したがつて巻線φ３は、第
２図（５）のように励磁される。このとき、巻線φ１に
は第２図（３）のように電流が流れないことになる。

制御信号SAの立下り期間W4,W1では前述と逆の状態とな
り、巻線φ３には電流が流れず、巻線φ１の電流は流
れ、巻線φ１は通電される。

反転回路10b,11bに関しては、第２図（２）図示のよう
な制御信号SBが与えられ、巻線φ2,φ４について第２図
（４）および第２図（６）のように、前記巻線φ1,φ３
と同様な通電状態／遮断状態での駆動が行われる。この
ようにして制御信号SA,SBの1/4周期がステツピングモー
タ２の１ステツプとなる。また本実施例では、第２図の
各信号波形が期間W1,W2,W3,W4,…の順に時間変化する場
合、これを空気調和装置の電子膨張弁の開弁方向とし、
期間W4,W3,W2,W1,…の順に変化する場合、これを閉弁方
向とする。

第３図は、本実施例の故障検出動作を説明するフローチ
ヤートである。第３図ステツプa1では前記電子膨張弁22
の弁開度を変更する必要などから、第１図の空調運転制
御回路30から制御信号発生回路7aにステツピングモータ
２の運転信号が入力されたか否かを判断する。入力され
れば、制御信号SCをハイレベルとし、トランジスタ４を
導通状態とする。

この後、前記運転信号による実際の弁開度の変化分に対
応したステツピングモータ２の駆動に先立つて、ステツ
プa2でたとえばN1ステツプ（たとえば20ステツプ）分、
閉弁状態となるように、制御信号SA,SBを駆動回路24a,2
4bに出力する。

このとき故障検出回路7bは、ステツプa3で入力端子Ｄに
入力される検出信号SDのレベルを検出する。すなわち巻
線φ１〜φ４のいずれか１つでも短絡状態となれば、ト
ランジスタ４を流れる電流値が増大する。このトランジ
スタ４に正常な電流が流れているときには、抵抗R1の両
端の電位差は小さく、したがつてホトダイオードPD1は
遮断したままであり、光を発生しない。このトランジス
タ４に流れる電流が上述のように増大すると、抵抗R1の
両端の電位差が大きくなり、この抵抗R1の電圧降下と、
トランジスタ４のベース・エミツタ間電圧であるたとえ
ば0.7Vの電圧とが、ホトダイオードPD1に印加されてホ
トダイオードPD1が導通する。このホトダイオードPD1
は、導通したとき、その両端の電圧はたとえば1.5Vであ
つて一定値となる。

また、抵抗R1とトランジスタ４に流れる電流がさらに増
大すると、抵抗R1の電圧降下が増大するけれども、ホト
ダイオードPD1の導通時の電圧は一定であるので、トラ
ンジスタ４のベース・エミツタ間の電圧が小さくなる。
したがつてトランジスタ４のインピーダンスが大きくな
る。このようにしてトランジスタ４したがつてライン8,
9に過大な電流が流れることが防がれる。

前記短絡時にはトランジスタ４を流れる電流I4が増大す
ることになり、ホトダイオードPD1は導通し発光して、
対応するホトトランジスタPT1を導通状態とする。これ
により電解コンデンサC1にその容量に応じた時定数で電
荷が蓄積され、反転回路12の出力である検知信号SDのレ
ベルがハイレベルからローレベルに切換わる。コンデン
サC1は、ノイズによる誤動作を防ぐ働きをする。これは
いずれのホトトランジスタPT1〜PT4が導通しても同様で
ある。

これにより故障検出回路7bは巻線φ１〜φ４のいずれか
少なくとも１つが短絡状態にあることを検出することが
できる。このような状態が検出されると処理はステツプ
a4に移り、空調運転制御回路30は、空気調和装置の運転
を停止し、室内機に設置される制御盤（図示せず）など
で異常状態を表示するとともに、回路7aから制御信号SC
を導出させて、トランジスタ４を遮断する。

これ以降、各巻線φ１〜φ４の断線状態の検出または駆
動回路24a,24bの短絡状態または断線状態の検出動作を
行う。これはたとえば巻線φ1,φ３に着目した場合、制
御信号SAと制御信号SCとにそれぞれ予め定められるハイ
レベルまたはローレベルの組合わせの値を与え、このと
き入力端子Ｘに入力される信号SXの状態を検出して、メ
モリ31にストアされている正常時のレベルの状態と同時
的に比較しようとするものである。したがつて故障検出
回路7bには下記第１表に示される表に対応するデータが
予め記憶される。

第１表において、N1,N2は、反転回路10a,11aにおけるト
ランジスタの出力状態を示し、TRはスイツチングトラン
ジスタ４の状態を示す。

これ以降の説明では、巻線φ1,φ３に着目して説明す
る。ステツプa5では、モード（１）の実行のために制御
信号SA,SCをハイレベルとする。これにより正常時に
は、トランジスタ４は導通し、巻線φ３に電流が流れる
ことになる。反転回路11aの出力端子はハイレベルとな
つている。したがつて検出信号SXがハイレベルであれば
正常であるが、ローレベルであれば異常となる。すなわ
ちステツプa6でこの検出信号SXがハイレベルであるか否
かの判断が行われ、肯定であればステツプa7へ移り、否
定であれば前記ステツプa4に移る。たとえばトランジス
タTbが短絡しているとき、または巻線φ１、トランジス
タTaもしくはトランジスタ４が遮断しているときには、
検出信号SXはローレベルであり、異常が検出される。

ステツプa7では、モード（２）の実行のために制御信号
SAをハイレベルとし制御信号SCをローレベルとする。こ
れにより正常時には、トランジスタ４は遮断され、第２
図に示すトランジスタTaは導通状態、トランジスタTbは
遮断状態となる。したがつて反転回路11aの出力端子は
抵抗R4,R6を介して接地され、そのレベルはローレベル
となる。すなわち検出信号SXがローレベルであれば正常
であり、ハイレベルであれば異常となる。この判断がス
テツプa8で行われる。判断が肯定であればステツプa9に
移り、否定であれば処理は前記ステツプa4へ移る。たと
えばトランジスタ４が短絡しているときには、検出信号
SXはハイレベルとなり、異常の検出が行われる。

ステツプa9では、モード（３）を実行するために、制御
信号SAをローレベルとし、制御信号SCをハイレベルとす
る。これにより正常時にはトランジスタ４は導通され、
第２図に示すトランジスタTaは遮断され、トランジスタ
Tbは導通される。これにより巻線φ１はトランジスタTb
を介して接地され、検出信号SXはローレベルとなる。す
なわち検出信号SXがローレベルであれば正常であり、ハ
イレベルであれば異常となる。このような判断が前記ス
テツプa10で行われる。この判断が否定であれば前記ス
テツプa4に移り、肯定であれば第１図の巻線φ1,φ３に
関する前述のステツプa5〜a10の処理が行われる。たと
えばトランジスタTaが短絡し、または巻線φ３もしくは
トランジスタTbが遮断していれば、検出信号SXはハイレ
ベルとなり、異常が検出される。

またこのような処理が巻線φ2,φ４についても順次行わ
れ、さらに、前述した他のステツピングモータについて
も順次行われ、最終的にすべてのステツピングモータに
異常がないことが判断されると、前記運転信号に対応し
たステツピングモータ２の運転が行われる。

以上のように本実施例に従えば、ステツピングモータ２
の巻線φ１〜φ４の短絡状態および断線状態の検出と、
駆動回路24a,24bの断線状態および短絡状態の検出とを
行うに当つて、たとえば変流器などの複雑な構成を用い
ることなく実現できる。また巻線φ１〜φ４が短絡し
て、過大電流が流れるとき、トランジスタ４に流れる電
流が予め定める値以上になると、その状態をホトダイオ
ードPD1、ホトダイオードPT1〜PT4で検出する。またこ
のトランジスタ４と、抵抗R1と、ホトダイオードPD1と
によつて過大な電流が流れることが抑制される。これに
より巻線φ１〜φ４のいずれかが短絡して過大電流がト
ランジスタ４あるいはトランジスタTa,Tbに流れて、こ
れらを破壊する事態を防ぐことができる。

トランジスタ４と、抵抗R1と、ホトダイオードPD1との
組合わせは、ステツピングモータに関連するだけでな
く、その他の負荷に関連して広範囲に実施することがで
きる。ホトダイオードPD1の代わりに、たとえばツエナ
ダイオードを逆極性に接続するようにしてもよく、その
他のダイオードが用いられてもよい。

考案の効果 以上のように請求項第１項の考案によれば、負荷に所定
の電流が流れるとき、そのトランジスタ４のインピーダ
ンスが大きくなり、大電流が流れることが抑制される。

また請求項第２項の考案によれば、トランジスタ４と抵
抗R1とを流れる負荷電流が所定の電流になると、発光ダ
イオードPD1が導通し、異常が検出される。

このような構成は、前述の先行技術に関連して述べた変
流器を用いないので構成小形化され、また全体の構成を
簡略化するこが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例のブロツク図、第２図は故障
検出装置１の基本的動作を説明するタイミングチヤー
ト、第３図は本実施例の動作を説明するフローチヤート
である。 １……故障検出装置、２……ステツピングモータ、３…
…直流電源、４……スイツチングトランジスタ、７……
処理回路、7a……制御信号発生回路、7b……故障検出回
路、24a,24b……駆動回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｊ Ｈ０２Ｐ 7/288 Ｇ 4238−5Ｈ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電源と負荷とに直列に接続されるパワース
   イツチングトランジスタから成るトランジスタ４と、 トランジスタ４のベースに、抵抗R3、ツエナダイオード
   ５および反転回路６の直列回路を介して接続され、トラ
   ンジスタ４を負荷発停用スイツチング手段として作用さ
   せる制御信号をベースに与える制御信号発生手段7aと、 トランジスタ４と電源との間にトランジスタ４と直列に
   接続される抵抗R1と、 トランジスタ４のベースと抵抗R1の電源側の端子との間
   に接続され、トランジスタ４および抵抗R1に所定の電流
   が流れたとき、導通して予め定める一定の電圧をトラン
   ジスタ４のベースと抵抗R1の電源側の端子との間に生じ
   るダイオード手段PD1とを含むことを特徴とする負荷の
   電流制限回路。
2. 【請求項２】前記ダイオード手段PD1は発光ダイオード
   であり、さらに、 発光ダイオードPD1からの光を受光する受光素子PTとを
   含むことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の負荷の電流制限回路。