JPH1084695A - モータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】弾性負荷を駆動する場合の電流指令に対する応
答性に優れたモータの駆動回路を提供する。 【解決手段】 ＰＷＭ制御によるＨブリッジ回路からな
るモータの駆動回路１００であり、電源端子７からパワ
ー回路５へ向かう電流のみを流す第１のダイオード１０
と、第１のダイオード１０又は第２の半導体素子Ｐ２か
ら第１の半導体素子Ｐ１へ向かう電流のみを流す第２の
ダイオード２０と、コンデンサ３０とを有する。環流電
流を電源端子７に戻さずコンデンサ３０に蓄積し、正転
時のモータＭへの印加電圧を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの駆動回路
に関し、特にバネなどの弾性負荷を駆動するモータに適
用して好ましい駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】正逆駆動を行うモータの駆動回路として
は、従来よりＨブリッジで構成されたＰＷＭ（Ｐｕｌｓ
ｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，パルス幅変
調）制御によるものが知られている。この種の駆動回路
１００は、図９に示すように、電流指令６に応じてモー
タＭへの印加電圧を４つの半導体素子Ｐ１〜Ｐ４を用い
てＯＮ／ＯＦＦ制御する。すなわち、正転の電流指令が
与えられると、同図に示す半導体素子Ｐ２及びＰ３がＯ
ＦＦとなり、Ｐ１がＯＮし続けるとともに、Ｐ４がデュ
ーティに応じたＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。一方、逆転の
電流指令が与えられると、半導体素子Ｐ１及びＰ４がＯ
ＦＦとなり、Ｐ２がＯＮし続けるとともに、Ｐ３がデュ
ーティに応じたＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。このように、
従来のＰＷＭ制御のモータ駆動回路における半導体素子
は、Ｐ１又はＰ２がＯＮし続け、Ｐ３又はＰ４がデュー
ティに応じてＯＮ／ＯＦＦし、これによりモータＭに流
れる正転又は逆転の電流が制御されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種のモ
ータの駆動回路１００では、正転及び逆転ともに、同じ
電圧しか供給することができない。このため、モータＭ
の駆動対象物が２次系の動作特性を有する場合には、初
期立ち上がりが悪いという問題がある。特に駆動対象物
がバネなどの弾性体である場合、弾性力に抗して回転す
る際には、早く回転すると逆起電力が供給電圧に漸近す
るので電流指令通りの電流を流すことができず、その結
果、トルクが減少して、応答性が低下するという問題が
あった。

【０００４】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、初期応答を改善し、さらに
弾性負荷を駆動する場合であっても、電流指令に対する
応答性に優れたモータの駆動回路を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明のモータの駆動回路は、電流
指令に応じてモータに正転又は逆転の電圧を印加する４
つの半導体素子からなるパワー回路と、前記モータに流
れる電流を検出する電流検出部と、前記電流指令と前記
電流検出部で検出された電流値との差に応じてパスル幅
を変調するパルスデューティ計算部と、前記パルスデュ
ーティ計算部からの出力信号により前記４つの半導体素
子の作動及び停止制御を行うロジック回路とを備えたＨ
ブリッジ回路からなるモータの駆動回路において、電源
端子と前記パワー回路との間に設けられ、前記電源端子
から前記パワー回路へ向かう電流のみを流す第１のダイ
オードと、前記第１のダイオードと前記４つの半導体素
子のうちモータ逆転時に作動する第２の半導体素子との
間と、モータ正転時に作動する第１の半導体素子との間
に設けられ、前記第１のダイオード又は前記第２の半導
体素子から前記第１の半導体素子へ向かう電流のみを流
す第２のダイオードと、前記第２のダイオードと前記第
１の半導体素子との間と、接地端子との間に設けられた
コンデンサと、をさらに有することを特徴とする。

【０００６】また、請求項２記載の本発明のモータの駆
動回路は、前記モータの正転又は逆転、及び前記パルス
デューティ計算部の出力信号に応じて、前記パワー回路
の４つの半導体素子のうち対をなす２つの半導体素子に
対し、ともに作動及び停止の制御が実行されることを特
徴とする。

【０００７】この請求項１及び２記載のモータの駆動回
路では、正転電流指令が与えられるとパワー回路を構成
する４つの半導体素子のうち対をなす２つの半導体素子
がデューティに応じてＯＮ／ＯＦＦし、残りの対をなす
２つの半導体素子がＯＦＦとなる。このＯＮ／ＯＦＦ制
御される２つの半導体素子がＯＦＦ状態である場合に
は、モータ電機子のインダクタンスによってモータに環
流電流が流れる。この環流電流は、第３の半導体素子か
らモータを通って第２の半導体素子に流れ、電源端子に
戻ろうとするが、本発明のモータの駆動回路では、第１
のダイオードが設けられているので、電源端子に戻ろう
とする電流を阻止し、コンデンサに導き、ここに電荷を
蓄積する。これにより、次に２つの半導体素子がＯＮし
たときのモータに印加される電圧が供給電圧よりコンデ
ンサに蓄積された電圧だけ増加する。したがって、モー
タのトルクが増加し応答性が高まることになる。

【０００８】一方、逆転電流指令が与えられるとパワー
回路を構成する上記残りの２つの半導体素子がデューテ
ィに応じてＯＮ／ＯＦＦし、他の２つの半導体素子がＯ
ＦＦとなる。このＯＮ／ＯＦＦ制御される２つの半導体
素子がＯＦＦ状態である場合には、モータ電機子のイン
ダクタンスによってモータに環流電流が流れる。この環
流電流は、第４の半導体素子からモータを通って第１の
半導体素子に流れ、電源端子に戻ろうとするが、本発明
のモータの駆動回路では、ここに第２のダイオードが設
けられているので、電源端子に戻ろうとする電流を阻止
し、コンデンサに導き電荷を蓄積する。

【０００９】また、駆動対象が弾性体などのように２次
系の動作特性を有する場合には、当該弾性負荷から回転
方向の力が作用するとモータの回転速度が大きくなり、
逆起電圧が供給電圧以上に上昇することがあり、第３の
半導体素子から第２の半導体素子へ向かって電流が流れ
ようとする。そして、この電流は、第２の半導体素子か
ら電源端子に戻ろうとするが、本発明のモータの駆動回
路では、第１のダイオードが設けられているので、電源
端子に戻ろうとする電流を阻止し、コンデンサに導き、
ここに電荷を蓄積する。

【００１０】これにより、次に正転電流指令が与えられ
たときのモータに印加される電圧が供給電圧よりコンデ
ンサに蓄積された電圧だけ増加する。したがって、モー
タ正転時のトルクが増加し応答性が高まることになる。

【００１１】上記目的を達成するために、請求項３記載
の本発明のモータの駆動回路は、電流指令に応じてモー
タに正転又は逆転の電圧を印加する一対の半導体素子及
び一対のダイオードからなるパワー回路と、前記モータ
に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流指令と
前記電流検出部で検出された電流値との差に応じてパス
ル幅を変調するパルスデューティ計算部と、前記パルス
デューティ計算部からの出力信号により前記一対の半導
体素子の作動及び停止制御を行うロジック回路とを備え
たＨブリッジ回路からなるモータの駆動回路において、
電源端子と前記パワー回路との間に設けられ、前記電源
端子から前記パワー回路へ向かう電流のみを流す第１の
ダイオードと、前記第１のダイオードと前記一対のダイ
オードのうち直近のダイオードとの間と、前記一対の半
導体素子うち直近の半導体素子との間に設けられ、前記
第１のダイオード又は前記直近のダイオードから前記直
近の半導体素子へ向かう電流のみを流す第２のダイオー
ドと、前記第２のダイオードと前記直近の半導体素子と
の間と、接地端子との間に設けられたコンデンサと、を
さらに有することを特徴とする。

【００１２】この請求項３記載の本発明のモータの駆動
回路では、請求項１又は２記載のモータの駆動回路にお
いて、パワー回路を構成する４つの半導体素子のうち、
逆転時に作動する２つの半導体素子をダイオードとして
いる。したがって、駆動対象となる弾性負荷の弾性力が
著しく大きく、逆転電流を流さなくとも初期位置に戻る
場合に適用して好ましい。この請求項３記載のモータの
駆動回路では、逆転時にはモータを完全な発電機として
用いているので、正転時には供給電圧よりもコンデンサ
に蓄積された電圧だけ高い電圧をモータに印加すること
ができ、その結果、正転時のトルクが増加し応答性が高
まることとなる。

【００１３】上記目的を達成するために、請求項４記載
の本発明のモータ駆動回路は、電流指令に応じてモータ
に正転又は逆転の電圧を印加する４つの半導体素子から
なるパワー回路と、前記モータに流れる電流を検出する
電流検出部と、前記電流指令と前記電流検出部で検出さ
れた電流値との差に応じてパスル幅を変調するパルスデ
ューティ計算部と、前記パルスデューティ計算部からの
出力信号により前記４つの半導体素子の作動及び停止制
御を行うロジック回路とを備えたＨブリッジ回路からな
るモータの駆動回路において、前記４つの半導体素子の
うち電源端子に接続された２つの半導体素子と、電源端
子との間に、前記電源端子から当該それぞれの半導体素
子への電流は流し、逆方向へは流さない第１のダイオー
ドと第２のダイオードとをそれぞれ設け、前記第１のダ
イオードおよび前記第２のダイオードと前記２つの半導
体素子とのそれぞれの接続点と、接地端子との間に、第
１のコンデンサおよび第２のコンデンサをそれぞれ設け
たことを特徴とする。

【００１４】また、請求項５記載の本発明のモータ駆動
回路は、前記モータの正転または逆転、および前記パル
スデューティ計算部の出力信号に応じて、前記パワー回
路の４つの半導体素子のうち対をなす２つの半導体素子
に対し、ともに作動および停止の制御が実行されること
を特徴とする。

【００１５】この請求項４および５記載のモータの駆動
回路では、正転電流指令が与えられるとパワー回路を構
成する４つの半導体素子のうち対をなす２つの半導体素
子がデューティに応じてＯＮ／ＯＦＦし、残りの対をな
す２つの半導体素子がＯＦＦとなる。このＯＮ／ＯＦＦ
制御される２つの半導体素子がＯＦＦ状態である場合に
は、モータ電機子のインダクタンスによってモータに環
流電流が流れる。この環流電流は、第３の半導体素子か
らモータを通って第２の半導体素子に流れ、電源端子に
戻ろうとするが、本発明のモータの駆動回路では、第２
のダイオードが設けられているので、電源端子に戻ろう
とする電流を阻止し、さらにこの環流電流を第２のコン
デンサに導き、ここに電荷を蓄積する。これにより、次
に２つの半導体素子がＯＮしたときのモータに印加され
る電圧が供給電圧より第２のコンデンサに蓄積された電
圧だけ増加する。したがって、モータのトルクが増加し
応答性が高まることになる。

【００１６】一方、逆転電流指令が与えられるとパワー
回路を構成する上記残りの２つの半導体素子がデューテ
ィに応じてＯＮ／ＯＦＦし、他の２つの半導体素子がＯ
ＦＦとなる。このＯＮ／ＯＦＦ制御される２つの半導体
素子がＯＦＦ状態である場合には、モータ電機子のイン
ダクタンスによってモータに環流電流が流れる。この環
流電流は、第４の半導体素子からモータを通って第１の
半導体素子に流れ、電源端子に戻ろうとするが、本発明
のモータの駆動回路では、ここに第１のダイオードが設
けられているので、電源端子に戻ろうとする電流を阻止
し、さらにこの環流電流を第１のコンデンサに導き電荷
を蓄積する。これにより、次に２つの半導体素子がＯＮ
したときのモータに印加される電圧が供給電圧より第１
のコンデンサに蓄積された電圧だけ増加する。したがっ
て、モータのトルクが増加し応答性が高まることにな
る。このように、正転時及び逆転時の何れの場合でも初
期の応答性が改善されることとなる。

【００１７】さらに、請求項６記載の本発明のモータの
駆動回路は、前記コンデンサには、昇圧回路が設けられ
ていることを特徴とする。

【００１８】この請求項６記載のモータの駆動回路で
は、コンデンサに昇圧回路が設けられているので、モー
タに印加される電圧がより高くなり、その結果、応答性
もより優れたものとなる。

【００１９】

【発明の効果】請求項１及び２記載のモータの駆動回路
によれば、デューティＯＦＦ時に生じる環流電流及び逆
転時の弾性負荷による逆起電圧の電流をコンデンサに蓄
積するので、デューティＯＮ時には当該コンデンサに蓄
積された電圧分だけ高い電圧をモータに印加することが
できる。その結果、モータトルクが増加し応答性が高ま
ることになる。

【００２０】請求項３記載のモータの駆動回路によれ
ば、逆転時にはモータを完全な発電機として用いている
ので、次の正転時には、コンデンサに蓄積された電圧だ
け高い電圧をモータに印加することができ、その結果、
正転時のトルクが増加し応答性が高まることとなる。

【００２１】請求項４及び５記載のモータ駆動回路によ
れば、正転時及び逆転時のデューティＯＦＦ時に生じる
環流電流を第１及び第２のコンデンサにそれぞれ蓄積す
るので、正転時及び逆転時の何れの場合にも、デューテ
ィＯＮ時には当該コンデンサに蓄積された電圧分だけ高
い電圧をモータに印加することができる。その結果、モ
ータトルクが増加し、初期応答性が高まることになり、
ブレーキアクチュエータにおける制動初期の応答性や、
ステアリングアクチュエータの初期応答性がより優れた
ものとなる。

【００２２】請求項６記載のモータの駆動回路によれ
ば、コンデンサに昇圧回路が設けられているので、モー
タに印加される電圧がより高くなり、その結果、応答性
もより優れたものとなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。第１実施形態 図１及び図２は、本発明のモータ駆動回路の第１実施形
態を示す回路図であり、図１はモータ正転時、図２はモ
ータ逆転時を示す図である。

【００２４】本実施形態のモータ駆動回路１００は、パ
ルスデューティ計算部１、ロジック回路２、信号処理部
３、電流検出部４、パワー回路５を有し、さらに電源端
子７と接地端子８が形成され、ここに電圧が印加され
る。また、外部装置から送られる電流指令を入力するた
めの端子６も形成されている。

【００２５】パルスデューティ計算部１は、主としてマ
イクロコンピュータのＣＰＵから構成され、外部装置等
から送られる電流指令と、電流検出部４にて検出される
実際に流れている検出電流値とを比較し、パワー素子５
を構成する半導体素子Ｐ１〜Ｐ４のＯＮ／ＯＦＦ時間比
率（デューティ）を計算する。この制御計算は比例制御
とされ、例えば、出力＝制御ゲイン×（電流指令−検出
電流）で計算される。なお、制御ゲインは、５０〜１０
０などの大きな値とされる。

【００２６】さらに、パルスデューティ計算部１では、
この計算により得られた出力を回路内部で作成した基準
三角波と比較し、出力が基準三角波より大きい場合に
は、該当する半導体素子をＯＮ、出力が基準三角波以下
の場合には、該当する半導体素子をＯＦＦとする信号を
ロジック回路２に出力する。これにより、電流指令が検
出電流に比べて大きいときは半導体素子Ｐ１〜Ｐ４のＯ
Ｎ時間が長くなり、最終的には電流指令と検出電流とが
一致することとなる。

【００２７】ロジック回路２は、主としてマイクロコン
ピュータのＣＰＵから構成され、上記パルスデューティ
計算部１からの指令信号により、パワー回路５を構成す
る４つの半導体素子Ｐ１〜Ｐ４のうちの何れの２つをＯ
Ｎ／ＯＦＦさせるかを判断し、与えられた時間だけパワ
ー回路５の該当する半導体素子Ｐ１〜Ｐ４に駆動信号を
送出する。

【００２８】電流検出部４は、例えば小抵抗やホール素
子などで構成され、モータＭに流れている実際の電流値
を検出し、信号処理部３に送出する。一方、信号処理部
３は、電流検出部４からの信号を変換し、これをパルス
デューティ計算部１に送出する。本実施形態では、小抵
抗をモータＭと直列に接続して電流検出部４とし、この
小抵抗の両端電圧の差を信号処理部３で増幅し、この増
幅された電流信号を検出信号としてパルスデューティ計
算部１に送出するように構成されている。

【００２９】パワー回路５は、４つの半導体素子Ｐ１〜
Ｐ４からなり、一つの半導体素子は、図示するようにト
ランジスタとダイオードとが並列に接続されて構成され
ている。また、それぞれの半導体素子Ｐ１〜Ｐ４のトラ
ンジスタのベースには、上記ロジック回路２からの駆動
信号が入力されるように結線されており、デューティに
応じて対角位置の２つの半導体素子Ｐ１及びＰ４又はＰ
２及びＰ３をＯＮ／ＯＦＦすることにより、モータＭに
正転及び逆転の両方向の電流が流れることとなる。

【００３０】本実施形態のモータ駆動回路１００では、
電源端子７とパワー回路５との間に第１のダイオード１
０が設けられており、この第１のダイオード１０には、
電源端子７からパワー回路５へ向かう電流のみが流れる
ように取り付けられている。すなわち、この第１のダイ
オード１０によって、正転停止時に流れる環流電流は、
半導体素子Ｐ２から電源端子７側へは流れず、後述する
コンデンサ３０側へ流れることとなる。

【００３１】また、この第１のダイオード１０と半導体
素子Ｐ１との間には、第２のダイオード２０が設けられ
ており、この第２のダイオード２０には、第１のダイオ
ード１０から半導体素子Ｐ１へ向かう電流のみが流れる
ように取り付けられている。すなわち、この第２のダイ
オード２０によって、逆転停止時に流れる環流電流は、
半導体素子Ｐ１から電源端子７側及び半導体素子Ｐ２側
へは流れず、後述するコンデンサ３０側へ流れることと
なる。

【００３２】さらに、第２のダイオード２０及び半導体
素子Ｐ１の間と、接地端子８との間にはコンデンサ３０
が設けられており、ここに流れてきた電流を蓄積する機
能を司る。

【００３３】なお、本実施形態では第１のダイオード１
０及び第２のダイオード２０を図１に示す位置に設けた
が、要するに第１のダイオード１０は、電源７からパワ
ー回路５へ向かう電流のみを流す機能を有し、第２のダ
イオード２０は、半導体素子Ｐ２又は電源７から半導体
素子Ｐ１に向かう電流のみを流す機能を有していれば足
りるので、例えば図４に示すように、第１のダイオード
１０を２つのダイオード１１，１２で構成し、これと並
列に第２のダイオード２０を設けることもできる。

【００３４】次に動作を説明する。以下、図３に示す電
流指令が与えられた場合を想定し、同図、図１及び図２
を参照しながら説明する。なお、モータＭの駆動対象物
として圧縮バネが用いられ、モータ正転時には当該バネ
を縮めるとともに、モータ逆転時には当該バネを元の位
置に戻す動作を行うものとする。

【００３５】（１）正転電流指令時の動作 モータＭに対して正転指令が与えられた場合、本実施形
態のモータ駆動回路１００に流れる電流を図１に実線の
矢印で示す。また、図１の点線の矢印は、この正転指令
による電流がＯＦＦしたときに流れる環流電流を示して
いる。

【００３６】まず、時刻ｔ１において、電流指令の入力
端子６からパルスデューティ計算部１に、例えば１８Ａ
の正転電流指令が与えられると、当該パルスデューティ
計算部１では、電流検出部４及び信号処理部３から入力
された現在の電流値と正転電流指令との差に制御ゲイン
を乗算する。現在の電流値は０Ａであり差が大きいの
で、図３に示すように計算されたデューティは１００％
となり、この信号をロジック回路２に送出する。ロジッ
ク回路２では、この信号を受け、図１に示す正転電流の
方向に電流が流れるように、半導体素子Ｐ１及びＰ４の
トランジスタをＯＮするとともに、半導体素子Ｐ２及び
Ｐ３のトランジスタをＯＦＦする信号をそれぞれの半導
体素子Ｐ１〜Ｐ４に送出する。これにより、パワー回路
５において、半導体素子Ｐ１及びＰ４がＯＮ、半導体素
子Ｐ２及びＰ３がＯＦＦとなるので、電源端子７からの
電流は、第１のダイオード１０→第２のダイオード２０
→半導体素子Ｐ１のトランジスタ→電流検出部４→モー
タＭ→半導体素子Ｐ４のトランジスタ→接地端子８の経
路で流れることとなる。

【００３７】このようにしてデューティ１００％の指令
が与えられると、図３の時刻ｔ１→ｔ２に示すようにモ
ータＭに流れる電流が増加して行く。ところが、モータ
Ｍの駆動対象物であるバネからの反力が未だ小さい場合
には、モータＭには殆ど負荷が作用しないので、当該モ
ータＭは速く回転することになるが、このようにモータ
が速く回転すると逆起電圧が供給電圧に近づくため、同
図の時刻ｔ２に示すように、電流指令通りの電流が流れ
なくなる。このモータＭに流れる電流の減少は、電流検
出部４で検出され、パルスデューティ計算部１にて電流
指令と比較されているので、図３のＢに示すように、パ
ルスデューティ計算部１からロジック回路２には１００
％のデューティが出力され続け、半導体素子Ｐ１及びＰ
４のトランジスタがともにＯＮし続けることになる。

【００３８】その後、バネが縮められるとその反力によ
りモータＭの回転速度が低下するので、逆起電圧が小さ
くなり、これにより電流指令通りの電流が流れるように
なる。すなわち、電流検出部４で検出される電流値と電
流指令とが接近するので、パルスデューティ計算部１か
ら出力されるデューティは１００％から減少し、図３の
時刻ｔ２→ｔ３に示すように、例えば６０％程度にな
る。この信号はロジック回路２から半導体素子Ｐ１及び
Ｐ４のトランジスタに出力され、当該半導体素子Ｐ１及
びＰ４のトランジスタはデューティに応じてＯＮ／ＯＦ
Ｆを繰り返す。これにより、モータＭを流れる電流値が
電流指令通りの値となる。

【００３９】ここで、半導体素子Ｐ１及びＰ４のトラン
ジスタがともにＯＮの場合には、上述したように、電源
端子７からの電流は、第１のダイオード１０→第２のダ
イオード２０→半導体素子Ｐ１のトランジスタ→電流検
出部４→モータＭ→半導体素子Ｐ４のトランジスタ→接
地端子８の経路で流れることとなる。また、半導体素子
Ｐ１及びＰ４のトランジスタがともにＯＦＦの場合に
は、モータＭに流れる電流は、モータ電機子のインダク
タンスによってすぐには０とならず、接地端子８→半導
体素子Ｐ３のダイオード→電流検出部４→モータＭ→半
導体素子Ｐ２のダイオードと流れる。この環流電流は、
第１のダイオード１０によって電源端子７への流れが阻
止されるので、第２のダイオード２０を通ってコンデン
サ３０に蓄積されることになる。

【００４０】このコンデンサ３０に蓄積された電荷は、
次に半導体素子Ｐ１がＯＮする際の上昇電圧として作用
する。すなわち、次に半導体素子Ｐ１及びＰ４がＯＮす
ると、電源端子７からの電流は、第１のダイオード１０
→第２のダイオード２０→半導体素子Ｐ１のトランジス
タ→電流検出部４→モータＭ→半導体素子Ｐ４のトラン
ジスタ→接地端子８の経路で流れるが、モータＭに印加
される電圧が電源電圧にコンデンサ３０の電圧を加算し
たものとなる。したがって、電源電圧よりも大きい電圧
を印加することができ、モータＭのトルクが増加し応答
性が高まることになる。

【００４１】（２）逆転電流指令時の動作 モータＭに対して逆転指令が与えられた場合、本実施形
態のモータ駆動回路１００に流れる電流を図２に実線の
矢印で示す。また、図２の点線の矢印は、この逆転指令
による電流がＯＦＦしたときに流れる環流電流を示して
いる。

【００４２】上述した正転指令に続いて、時刻ｔ３にお
いて、電流指令の入力端子６からパルスデューティ計算
部１に、例えば−１８Ａの正転電流指令が与えられる
と、当該パルスデューティ計算部１では、電流検出部４
及び信号処理部３から入力された現在の電流値と逆転電
流指令との差に制御ゲインを乗算する。現在の電流値は
１８Ａであり差の絶対値が大きいので、図３に示すよう
に計算されたデューティは−１００％となり、この信号
をロジック回路２に送出する。

【００４３】ロジック回路２では、この信号を受け、図
２に示す逆転電流の方向に電流が流れるように、半導体
素子Ｐ２及びＰ３のトランジスタをＯＮするとともに、
半導体素子Ｐ１及びＰ４のトランジスタをＯＦＦする信
号をそれぞれの半導体素子Ｐ１〜Ｐ４に送出する。これ
により、パワー回路５において、半導体素子Ｐ２及びＰ
３がＯＮ、半導体素子Ｐ１及びＰ４がＯＦＦとなるの
で、電源端子７からの電流は、第１のダイオード１０→
半導体素子Ｐ２のトランジスタ→モータＭ→電流検出部
４→半導体素子Ｐ３のトランジスタ→接地端子８の経路
で流れることとなる。

【００４４】このようにして−１００％のデューティ指
令が与えられると、図３の時刻ｔ３→ｔ４に示すように
モータＭに流れる電流が増加して行く。ところが、モー
タ逆転時にはバネからの弾性力が回転方向に付加される
ので、当該モータＭは速く回転することになる。このよ
うにモータが速く回転すると、同図の時刻ｔ４及びＡに
示すように、逆起電圧が供給電圧を超えることがあり、
この場合、電流は半導体素子Ｐ３からＰ２へ流れようと
する。しかしながら、本実施形態のモータ駆動回路１０
０では、第１のダイオード１０が設けられているので、
この電流は電源端子７には戻らず、第２のダイオード２
０を通ってコンデンサ３０に蓄積される。このときの電
圧は、逆起電圧が供給電圧以上となっているため、当然
供給電圧を上回るものとなっている。

【００４５】その後、バネが伸びると、バネから付加さ
れる弾性力が徐々に減少するので、モータＭの回転数が
低下し、図３の時刻ｔ４→ｔ５に示すように電流は負の
値になる。なお、時刻ｔ３→ｔ５においては、モータＭ
に流れる電流が、電流検出部４で検出され、パルスデュ
ーティ計算部１にて電流指令と比較されているので、図
３のＤに示すように、パルスデューティ計算部１からロ
ジック回路２には−１００％のデューティが出力され続
け、半導体素子Ｐ２及びＰ３のトランジスタがともにＯ
Ｎし続けることになる。

【００４６】ここで、モータＭの初期位置にストッパが
設けられていると、その時刻ｔ５においてモータＭが停
止し、図３の時刻ｔ５→ｔ６に示すように、電流は電流
指令通りに流れることとなる。すなわち、電流検出部４
で検出される電流値と電流指令とが接近するので、パル
スデューティ計算部１から出力されるデューティは−１
００％から増加し、図３の時刻ｔ５→ｔ６に示すよう
に、例えば−６０％程度になる。この信号はロジック回
路２から半導体素子Ｐ２及びＰ３のトランジスタに出力
され、当該半導体素子Ｐ２及びＰ３のトランジスタはデ
ューティに応じてＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。これによ
り、モータＭを流れる電流値が電流指令通りの値とな
る。

【００４７】ここで、半導体素子Ｐ２及びＰ３のトラン
ジスタがともにＯＮの場合には、上述したように、電源
端子７からの電流は、第１のダイオード１０→半導体素
子Ｐ２のトランジスタ→モータＭ→電流検出部４→半導
体素子Ｐ３のトランジスタ→接地端子８の経路で流れる
こととなる。また、半導体素子Ｐ２及びＰ３のトランジ
スタがともにＯＦＦの場合には、モータＭに流れる電流
は、モータ電機子のインダクタンスによってすぐには０
とならず、接地端子８→半導体素子Ｐ４のダイオード→
モータＭ→電流検出部４→半導体素子Ｐ１のダイオード
と流れる。この環流電流は、第２のダイオード２０によ
って電源端子７への流れが阻止されるので、そのままコ
ンデンサ３０に蓄積されることになる。

【００４８】このコンデンサ３０に蓄積された電荷は、
次に半導体素子Ｐ２がＯＮする際の上昇電圧として作用
する。すなわち、次に半導体素子Ｐ２及びＰ３がＯＮす
ると、電源端子７からの電流は、再び、第１のダイオー
ド１０→半導体素子Ｐ２のトランジスタ→モータＭ→電
流検出部４→半導体素子Ｐ３のトランジスタ→接地端子
８の経路で流れるが、モータＭに印加される電圧が電源
電圧にコンデンサ３０の電圧を加算したものとなる。し
たがって、電源電圧よりも大きい電圧を印加することが
でき、モータＭのトルクが増加し応答性が高まることに
なる。

【００４９】（３）１サイクル後の正転電流指令時の動
作 次に、図３の時刻ｔ６にて再び正転電流指令が与えられ
ると、前回と同様に１００％のデューティで電流が流れ
るが、上述したようにコンデンサ３０には供給電圧以上
の電圧が蓄積されているので、時刻ｔ７において、バネ
からの反力が未だ小さくモータＭが速く回転する場合で
あっても、図３のＣに示すように初回の電流値よりも多
い電流が流れる。これにより、モータＭのトルクが増加
し応答性が高まることとなる。

【００５０】このように、本実施形態のモータ駆動回路
１００では、半導体素子Ｐ１〜Ｐ４をデューティに応じ
てＯｎ／ＯＦＦ制御する際、ＯＦＦ時の環流電流をコン
デンサ３０に蓄積することができ、さらに、逆転時にお
けるモータの逆起電圧により生じる電流もコンデンサに
蓄積することができるので、正転時に印加する電圧を供
給電圧以上とすることができる。その結果、正転時にお
ける駆動初期応答性が高まることになる。

【００５１】第２実施形態 図５は、本発明のモータ駆動回路の第２実施形態を示す
回路図であり、上述した第１実施例と共通する部材には
同一の符号を付している。本実施形態のモータ駆動回路
１００は、コンデンサ３０にチャージポンプによる昇圧
回路３２が付加されている点が第１実施形態と相違し、
その他の構成は同一である。

【００５２】このように構成された本実施形態のモータ
駆動回路１００では、正転電流指令及び逆転電流指令が
与えられたときの動作は、基本的に第１実施例と同じで
あり、半導体素子Ｐ１〜Ｐ４をデューティに応じてＯｎ
／ＯＦＦ制御する際、ＯＦＦ時の環流電流をコンデンサ
３０に蓄積することができる。さらに、逆転時における
モータの逆起電圧により生じる電流もコンデンサに蓄積
することができる。これに加え、本実施形態ではコンデ
ンサ３０に昇圧回路３２が付加されているので、正転時
に印加する電圧がより供給電圧以上となる。その結果、
正転時における駆動初期応答性がより一層高まることに
なる。

【００５３】第３実施形態 図６は、本発明のモータ駆動回路の第３実施形態を示す
回路図であり、上述した第１実施例と共通する部材には
同一の符号を付している。また、図７は電流指令に対す
るモータ電流を示す波形図である。

【００５４】本実施形態のモータ駆動回路１００は、第
１実施形態における半導体素子Ｐ２及びＰ３がそれぞれ
ダイオードＤ２及びＤ３に置換されている点が相違し、
その他の構成は第１実施形態と同一である。

【００５５】本実施形態のモータ駆動回路１００は、例
えば駆動対象物であるバネの弾性力が著しく強く、モー
タＭに流れる電流値を０にしただけでもモータＭが初期
位置に戻る場合等に適用して好ましい。

【００５６】このように構成された本実施形態では、図
７に示すように、時刻ｔ３において、正転から逆転させ
るときに電流指令が０Ａとされる。これにより、それま
で流れていた検出電流値が正であるため、パスルデュー
ティ計算部１で計算されたデューティは負の値となる
が、本実施形態では半導体素子Ｐ２及びＰ３をダイオー
ドＤ２及びＤ３に変更しているので、デューティは０％
となり、半導体素子Ｐ１及びＰ４はＯＦＦとされる。し
かしながら、時刻ｔ３→ｔ４において、モータＭに流れ
る電流はモータ電機子のインダクタンスによってすぐに
は０とはならず、図６に点線の矢印で示すように、接地
端子８→ダイオードＤ３→電流検出部４→モータＭ→ダ
イオードＤ２と流れる。この環流電流は、第１のダイオ
ード１０によって電源端子６には戻ることなく、第２の
ダイオード２０を通ってコンデンサ３０に蓄積される。
このようにして、モータＭを流れる電流値は徐々に０に
近づいていく。

【００５７】ところが、時刻ｔ４において、バネの弾性
力によりモータＭが逆転を始めると、この発電作用によ
り、図７にＡで示すように、ダイオードＤ３からダイオ
ードＤ４に向かって再び電流が流れることになる。この
電流も、第１のダイオード１０によって電源端子６には
戻ることなく、第２のダイオード２０を通ってコンデン
サ３０に蓄積される。このようにしてコンデンサ３０に
蓄積された電圧は、供給電圧を上回るものとなっている
ので、次に半導体素子Ｐ１がＯＮするときのモータＭへ
の印加電圧を、当該コンデンサ３０に蓄積された電圧分
だけ高めることができる。

【００５８】このように、本実施形態のモータ駆動回路
１００は、強い弾性負荷を駆動する場合に、Ｈブリッジ
回路の半導体素子Ｐ２及びＰ３をそれぞれダイオードＤ
３及びＤ４とすることで、逆転時においてはモータＭを
完全な発電機として用いることができ、ここで発電され
た電気をコンデンサに蓄積することで、正転時における
電圧をより高めることができ、応答性がより優れたもの
となる。

【００５９】第４実施形態 図８は、本発明のモータ駆動回路の第４実施形態を示す
回路図であり、上述した第１実施形態と共通する部材に
は同一の符号を付している。本実施形態のモータ駆動回
路１００では、電源端子７と半導体素子Ｐ１との間に第
１のダイオード１０が設けられており、この第１のダイ
オード１０は、電源端子７から半導体素子Ｐ１へ向かう
電流のみが流れるように取り付けられている。すなわ
ち、この第１のダイオード１０によって、正転停止時に
流れる環流電流は、半導体素子Ｐ２から電源端子７側へ
は流れず、後述する第２のコンデンサ４０へ流れること
となる。

【００６０】また、電源端子７と半導体素子Ｐ２との間
に第２のダイオード２０が設けられており、この第２の
ダイオード２０は、電源端子７から半導体素子Ｐ２へ向
かう電流のみが流れるように取り付けられている。すな
わち、この第２のダイオード１０によって、逆転停止時
に流れる環流電流は、半導体素子Ｐ１から電源端子７側
へは流れず、後述する第１のコンデンサ３０へ流れるこ
ととなる。

【００６１】さらに、第１のダイオード１０と半導体素
子Ｐ１との接続点と、接地端子８との間には、第１のコ
ンデンサ３０が設けられており、ここに流れてきた電流
を蓄積する機能を司る。また、第２のダイオード２０と
半導体素子Ｐ２との接続点と、接地端子８との間には、
第２のコンデンサ４０が設けられており、ここに流れて
きた電流を蓄積する機能を司る。

【００６２】このように構成された本実施形態のモータ
駆動回路１００では、正転時にあるデューティ比で電流
を与えると、半導体素子Ｐ１及びＰ４がともに当該デュ
ーティに応じてＯＮ／ＯＦＦし、残りの半導体素子Ｐ２
及びＰ３がともにＯＦＦする。

【００６３】ここで、半導体素子Ｐ１及びＰ４がＯＮし
たときは、第１のダイオード１０を通って電源７とコン
デンサ３０とから電圧が供給され、半導体素子Ｐ１→電
流検出部４→モータＭ→半導体素子Ｐ４と電流が流れ、
接地端子８に至る。

【００６４】一方、半導体素子Ｐ１及びＰ４がともにＯ
ＦＦしたときは、モータＭのインダクタンス分によって
モータＭの電流は流れ続けようとするが、半導体素子Ｐ
１及びＰ４はともにＯＦＦとなっているので、環流電流
は、接地端子８→半導体素子Ｐ３のダイオード→電流検
出部４→モータＭ→半導体素子Ｐ２のダイオードと流れ
て電源端子７に戻ろうとする。しかしながら、本実施形
態では、第２のダイオード２０が設けられているので、
この環流電流は、電源端子７に戻ることができず、コン
デンサ４０へ流れ込むことになる。このとき、コンデン
サ４０は、もともと電源端子７からの電流が流れ込むこ
とができるように接続されているので、例えば１４Ｖの
電源電圧が既に蓄積されており、強制的に流れ込んでく
る環流電流によって電源電圧以上の電圧となる。この環
流電流は、デューティＯＦＦの度に、つまりパルス幅変
調のキャリア周波数が１０ＫＨｚならば１秒間に１万回
流れ込むので、コンデンサ４０の電圧は徐々に上昇し、
供給電圧１４Ｖに対して例えば２０Ｖ程度まで上昇する
ことになる。

【００６５】次に、逆転電流指令を与えたとすると、半
導体素子Ｐ２及びＰ３がデューティに応じてＯＮ／ＯＦ
Ｆし、残りの半導体素子Ｐ１及びＰ４はＯＦＦとなる。
そして、半導体素子Ｐ２及びＰ３がＯＮすると、モータ
Ｍにはコンデンサ４０の電圧が半導体素子Ｐ２を介して
印加されることとなる。ここで、コンデンサ４０の電圧
は、上述したように供給電圧１４Ｖよりも高い例えば２
０Ｖとなっているので、１４Ｖで駆動する場合に比べ
て、モータＭに流れる電流は増加し、モータＭはより大
きなトルクを発生して、初期に素早く回転を始めること
ができる。これにより、モータＭの初期応答を改善する
ことができる。

【００６６】その後、コンデンサ４０の電圧は電源電圧
まで低下するので、初期立ち上がり以外は、上述した第
１実施形態と同様の応答特性を示すこととなる。

【００６７】一方、デューティＯＦＦで、半導体素子Ｐ
２及びＰ３ともにＯＦＦとなると、今度は、接地端子８
からの環流電流は、半導体素子Ｐ４のダイオード→モー
タＭ→電流検出部４→半導体素子Ｐ１のダイオードと流
れ、電源端子７に戻ろうとするが、第１のダイオード１
０によって阻止され、強制的にコンデンサ３０に流れ込
むことになる。コンデンサ３０にも電源からの電流が供
給されるので、この電源電圧と環流電流とによって、コ
ンデンサ３０の電圧も例えば２０Ｖにまで上昇する。こ
のコンデンサ３０の電圧は、正転時に印加される電圧と
なるため、次に正転電流を与えるときにも、上述したコ
ンデンサ４０の作用と同様にして、初期の応答性能が改
善される。ただし、コンデンサ３０へ環流電流が蓄積さ
れる際に、半導体素子Ｐ２がＯＮしていると、コンデン
サ４０からも電流が供給されてしまうので、コンデンサ
４０の電圧を極力消費しないためには、半導体素子Ｐ２
もＯＦＦとする制御を行うことが望ましい。

【００６８】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモータの駆動回路の第１実施形態（正
転時）を示す電気回路図である。

【図２】本発明のモータの駆動回路の第１実施形態（逆
転時）を示す電気回路図である。

【図３】第１実施形態における電流指令に対するモータ
電流及びデューティを示す波形図である。

【図４】本発明に係る第１及び第２のダイオードの変形
例を示す電気回路図である。

【図５】本発明のモータの駆動回路の第２実施形態を示
す電気回路図である。

【図６】本発明のモータの駆動回路の第３実施形態（正
転時）を示す電気回路図である。

【図７】第３実施形態における電流指令に対するモータ
電流を示す波形図である。

【図８】本発明のモータの駆動回路の第４実施形態を示
す電気回路図である。

【図９】従来のモータ駆動回路を示す電気回路図であ
る。

【符号の説明】

１…パルスデューティ計算部 ２…ロジック回路部 ３…信号処理部 ４…電流検出部 ５…パワー回路 Ｐ１〜Ｐ４…半導体素子 （Ｐ１…第１の半導体素子，Ｐ２…第２の半導体素子） ６…電流指令端子 ７…電源端子 ８…接地端子 １０…第１のダイオード ２０…第２のダイオード ３０…第１のコンデンサ ４０…第２のコンデンサ ３２…昇圧回路 Ｄ２…ダイオード Ｄ３…ダイオード Ｍ…モータ １００…モータ駆動回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流指令に応じてモータに正転又は逆転
   の電圧を印加する４つの半導体素子からなるパワー回路
   と、 前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、 前記電流指令と前記電流検出部で検出された電流値との
   差に応じてパスル幅を変調するパルスデューティ計算部
   と、 前記パルスデューティ計算部からの出力信号により前記
   ４つの半導体素子の作動及び停止制御を行うロジック回
   路とを備えたＨブリッジ回路からなるモータの駆動回路
   において、 電源端子と前記パワー回路との間に設けられ、前記電源
   端子から前記パワー回路へ向かう電流のみを流す第１の
   ダイオードと、 前記第１のダイオードと前記４つの半導体素子のうちモ
   ータ逆転時に作動する第２の半導体素子との間と、モー
   タ正転時に作動する第１の半導体素子との間に設けら
   れ、前記第１のダイオード又は前記第２の半導体素子か
   ら前記第１の半導体素子へ向かう電流のみを流す第２の
   ダイオードと、 前記第２のダイオードと前記第１の半導体素子との間
   と、接地端子との間に設けられたコンデンサと、をさら
   に有することを特徴とするモータの駆動回路。
2. 【請求項２】 前記モータの正転又は逆転、及び前記パ
   ルスデューティ計算部の出力信号に応じて、前記パワー
   回路の４つの半導体素子のうち対をなす２つの半導体素
   子に対し、ともに作動及び停止の制御が実行されること
   を特徴とする請求項１記載のモータの駆動回路。
3. 【請求項３】 電流指令に応じてモータに正転又は逆転
   の電圧を印加する一対の半導体素子及び一対のダイオー
   ドからなるパワー回路と、 前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、 前記電流指令と前記電流検出部で検出された電流値との
   差に応じてパスル幅を変調するパルスデューティ計算部
   と、 前記パルスデューティ計算部からの出力信号により前記
   一対の半導体素子の作動及び停止制御を行うロジック回
   路とを備えたＨブリッジ回路からなるモータの駆動回路
   において、 電源端子と前記パワー回路との間に設けられ、前記電源
   端子から前記パワー回路へ向かう電流のみを流す第１の
   ダイオードと、 前記第１のダイオードと前記一対のダイオードのうち直
   近のダイオードとの間と、前記一対の半導体素子うち直
   近の半導体素子との間に設けられ、前記第１のダイオー
   ド又は前記直近のダイオードから前記直近の半導体素子
   へ向かう電流のみを流す第２のダイオードと、 前記第２のダイオードと前記直近の半導体素子との間
   と、接地端子との間に設けられたコンデンサと、をさら
   に有することを特徴とするモータの駆動回路。
4. 【請求項４】 電流指令に応じてモータに正転又は逆転
   の電圧を印加する４つの半導体素子からなるパワー回路
   と、 前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、 前記電流指令と前記電流検出部で検出された電流値との
   差に応じてパスル幅を変調するパルスデューティ計算部
   と、 前記パルスデューティ計算部からの出力信号により前記
   ４つの半導体素子の作動及び停止制御を行うロジック回
   路とを備えたＨブリッジ回路からなるモータの駆動回路
   において、 前記４つの半導体素子のうち電源端子に接続された２つ
   の半導体素子と、電源端子との間に、前記電源端子から
   当該それぞれの半導体素子への電流は流し、逆方向へは
   流さない第１のダイオードと第２のダイオードとをそれ
   ぞれ設け、 前記第１のダイオードおよび前記第２のダイオードと前
   記２つの半導体素子とのそれぞれの接続点と、接地端子
   との間に、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを
   それぞれ設けたことを特徴とするモータ駆動回路。
5. 【請求項５】 前記モータの正転または逆転、および前
   記パルスデューティ計算部の出力信号に応じて、前記パ
   ワー回路の４つの半導体素子のうち対をなす２つの半導
   体素子に対し、ともに作動および停止の制御が実行され
   ることを特徴とする請求項４記載のモータ駆動回路。
6. 【請求項６】 前記コンデンサには、昇圧回路が設けら
   れていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載
   のモータの駆動回路。