JPH11127592A - 出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイポーラトランジスタをブリッジ型に接続
してなる負荷への通電回路を備えた出力制御装置におい
て、この通電回路に電力を供給する電源ラインを、通電
回路の出力電流の大小に関わらずパワートランジスタが
飽和しない程度の最小の電位に制御し、低消費電力で、
かつ応答性が優れた出力制御装置を実現する。 【解決手段】 通電回路１の各バイポーラトランジスタ
Ｑ１１〜Ｑ１４を駆動するための駆動装置２と、各バイ
ポーラトランジスタＱ１１，Ｑ１２のベースに加わる電
圧を検出する電圧検出手段６と、この電圧検出手段６の
検出出力に基づいて通電回路１に供給する電源電圧Ｖcc
を変化させる電源電圧制御手段７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ等の負荷に
通電する通電回路がバイポーラトランジスタで構成され
ている出力制御装置に係り、特には、その通電回路へ電
力を供給する電源ラインの電源電圧を制御するための回
路部分の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、モータなどの負荷を駆動制御する
ための出力制御装置として、たとえば、図３に示す構成
のものが提供されている。

【０００３】図３に示す出力制御装置は、１は負荷(こ
こではモータ)１０に通電する通電回路で、４個のＮＰ
Ｎ型のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１４をブリッジ型
に接続して構成されている。

【０００４】２はモータ１０のサーボ制御のための入力
信号３に基づいて通電回路１を駆動する駆動装置であっ
て、入力信号３に応じて各パワートランジスタＱ１１〜
Ｑ１４のベース電流を変化させることで、モータ１０に
供給する電力が制御されるようになっている。

【０００５】４a，４bは出力部１から正逆転のために互
いに逆相の信号が出力される出力端子で、各出力端子４
a，４bにはモータ１０が接続される。

【０００６】６は両出力端子４a，４bの内の高圧側の出
力電圧を検出する電圧検出装置である。

【０００７】７は電圧検出装置６の検出出力に基づいて
電源ライン８に加える電源電圧Ｖccを制御する電源電圧
制御装置、９は通電回路１に電力を供給するための電源
である。

【０００８】次に、上記構成の動作について説明する。

【０００９】まず、モータ１０のサーボ制御のための入
力信号３が駆動装置２に加わると、これに応じて、駆動
装置２は、通電回路１の各パワートランジスタＱ１１〜
Ｑ１４の内、例えば右下側のパワートランジスタＱ１４
にベース電流を供給してこれをオンする。同時に、左上
側のパワートランジスタＱ１１に対しても、入力信号３
の大きさに比例したベース電流を供給するため、このパ
ワートランジスタＱ１１もオンする。その際、通電回路
１の残りの２つのパワートランジスタＱ１２，Ｑ１３に
対しては、ベース電流が供給されないため、両パワート
ランジスタＱ１２，Ｑ１３はオフのままである。

【００１０】その結果、一方の出力端子４aはハイレベ
ル、他方の出力端子４bはローレベルとなる。したがっ
て、一方の出力端子４aからモータ１０を経由して他方
の出力端子４bに向かって電流が流れて、たとえばモー
タ１０が正転されることになる。

【００１１】なお、Ｑ１３，Ｑ１２のパワートランジス
タがオンし、残りの２つのパワートランジスタＱ１１，
Ｑ１４がオフの状態となった場合には、他方の出力端子
４bはハイレベル、一方の出力端子４aはローレベルとな
るため、モータ１０は逆転されることになる。

【００１２】その際の各出力端子４a，４bの電圧は、電
圧検出装置６に取り込まれ、２つの出力電圧の内の高い
電位をもつものが電源電圧制御装置７に導かれる。たと
えば、上記のように、モータ１０が正転されている場合
には、ハイレベルの側の出力端子４aの電圧Ｖ_4aが取り
込まれる。

【００１３】このとき、従来技術では、電源電圧制御装
置７は、電源ライン８に加える電源電圧Ｖccが、電圧検
出装置６で検出される電圧Ｖ_4aよりも常に一定値αだけ
高い電圧になるように制御している。つまり、電源電圧
Ｖccは、 Ｖcc＝Ｖ_4a＋α ' となるように設定される。

【００１４】'式のように、電源電圧Ｖccを検出電圧
Ｖaよりも常に一定値αだけ増加するようにしているの
は、次の理由による。

【００１５】たとえば、モータ１０の回転速度を変えた
い場合には、入力信号３に基づいて駆動装置２が通電回
路１の上側のパワートランジスタＱ１１へのベース電流
Ｉ_Bを変化させるが、これに伴いコレクタ電流Ｉ_Cも増減
して検出電圧Ｖaは変化する。しかし、電源電圧Ｖccを
検出電圧Ｖaよりも一定値αだけ常に大きくなるように
設定しておけば(つまり'式を満たすようにしておけ
ば)、上側のパワートランジスタＱ１１のコレクタ・エ
ミッタ間電圧Ｖ_CEは、Ｖ_CE＝Ｖ_EE−Ｖ_4a＝α(一定)であ
る。そして、予め、この電位差αを小さく設定しておけ
ば、電源電圧Ｖccが加わる上側のトランジスタＱ１１の
発熱を極力抑制することができ、消費電力を低減するこ
とができるからである。

【００１６】なお、上記では、左上側のパワートランジ
スタＱ１１について説明したが、右上側のパワートラン
ジスタＱ１３についても事情は同じである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の従来
構成のものでは、電源電圧制御装置７へ入力される電圧
Ｖaと、それによって制御される電源ライン８の電源電
圧Ｖ_DDとの電位差αが常に一定であるため、その電位差
αの大小の設定の仕方によって、次のような問題点を生
じる。

【００１８】すなわち、上記のように、低消費電力化の
ためには、前記電位差αは小さい程良いが、電位差αが
小さすぎる場合には、通電回路１の上側のパワートラン
ジスタＱ１１，Ｑ１３に大電流を流した時に飽和しやす
くなる。つまり、モータ１０をたとえば高速で正転した
い場合には、上側のパワートランジスタＱ１１へのベー
ス電流Ｉ_Bが増加される。これに伴いコレクタ電流Ｉ_Cも
増加しようとするが、実質的にパワートランジスタＱ１
１に加わる電圧αが小さいために、このパワートランジ
スタＱ１１はすぐに飽和して、本来必要なだけのコレク
タ電流Ｉ_Cが流れなくなる。

【００１９】その結果、モータ１０に対しては、本来必
要な出力電圧よりも小さい電圧Ｖ_4aしか出力されなくな
って、モータ１０に対する電力供給が不足し、ひいては
応答性の悪化という問題を生じる。

【００２０】これとは逆に、各上側のパワートランジス
タＱ１１，Ｑ１３が飽和しないように前記電位差αを予
め大きめに設定すると、上側のパワートランジスタＱ１
１，Ｑ１３の飽和は起きにくくなるものの、モータ１０
をたとえば低速で正転したいような場合にも、電位差α
が大きい分だけ各パワートランジスタＱ１１，Ｑ１３の
損失が大きくなる。

【００２１】このように、従来のものでは、αの大小の
設定の仕方に応じてそれぞれ問題を生じるために、低消
費電力化と高応答性とを両立させることが困難であっ
た。

【００２２】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、可能な限り上側のパワートランジスタの損失を少な
くして消費電力を低減し、かつ、飽和を防いで応答性を
確保することのできる出力制御装置を提供することを課
題とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、バイポーラトランジスタをブリッジ型に
接続してなる負荷への通電回路を備えた出力制御装置に
おいて、次のように構成されている。

【００２４】すなわち、本発明では、通電回路の各バイ
ポーラトランジスタを駆動するための駆動装置と、前記
バイポーラトランジスタのベースに加わる電圧を検出す
る電圧検出手段と、この電圧検出手段の検出出力に基づ
いて、前記通電回路に供給する電源電圧を変化させる電
源電圧制御手段とを備えている。

【００２５】この構成によって、ベース電流の大小に応
じて電源電圧の大きさが変化されることになる。つま
り、負荷への電力供給が少なくてよいとき(ベース電流
が小さとき)には、これに応じて電源電圧が小さくなる
ため、パワートランジスタの無駄な電力消費を抑えるこ
とができる。また、負荷への電力供給が大きいとき(ベ
ース電流が大きいとき)には、これに応じて電源電圧が
大きくなるため、パワートランジスタが飽和するのが抑
制され、負荷の応答性を高めることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２７】図１は本発明の実施形態に係る出力制御装
置の要部の構成を示すブロック図であり、図３に示した
従来例に対応する部分には同一の符号を付す。

【００２８】この実施形態の特徴は、通電回路１を構成
する上側の２つのパワートランジスタＱ１１，Ｑ１３の
ベースにそれぞれベース抵抗５a，５bが接続されてい
る。

【００２９】また、、駆動装置２aと各ベース抵抗５a，
５bとの各接続点１６a，１６bには電圧検出装置６が接
続されている。

【００３０】さらに、電源電圧制御装置７は、この電圧
検出装置６で検出された電圧に基づいて、通電回路１の
電源ライン８に供給する電源電圧Ｖ_DDを制御するように
構成されている。

【００３１】上記の電圧検出装置６は、図２に示すよう
に、両接続点１６a，１６bの内の高圧側の電圧を検出す
る電圧検出回路６a、この電圧検出回路６aで検出された
電圧レベルを所定量だけシフトする電圧シフト回路６
b、およびこの電圧シフト回路６bの出力と電源電圧制御
装置７の出力とを比較する電圧比較回路６cからなる。

【００３２】その他の構成は、図３に示した従来例の場
合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

【００３３】次に、上記構成の出力制御装置の動作につ
いて説明する。

【００３４】まず、モータ１０のサーボ制御のための入
力信号３が駆動装置２に加わると、これに応じて、駆動
装置２は、通電回路１の各パワートランジスタＱ１１〜
Ｑ１４の内、例えば右下側のパワートランジスタＱ１４
にベース電流を供給してこれをオンする。同時に、左上
側のパワートランジスタＱ１１に対しても、入力信号３
の大きさに比例したベース電流を供給するため、このパ
ワートランジスタＱ１１もオンする。その際、通電回路
１の残りの２つのパワートランジスタＱ１２，Ｑ１３に
対しては、ベース電流が供給されないため、両パワート
ランジスタＱ１２，Ｑ１３はオフのままである。

【００３５】その結果、一方の出力端子４aはハイレベ
ル、他方の出力端子４bはローレベルとなる。したがっ
て、一方の出力端子４aからモータ１０を経由して他方
の出力端子４bに向かって電流が流れて、たとえばモー
タ１０が正転されることになる。

【００３６】その際の各接続点１６a，１６bの電圧Ｖ
_16a，Ｖ_16bが電圧検出装置６の電圧検出回路６aに取り
込まれ、２つの電圧Ｖ_16a，Ｖ_16bの内の高い電位をもつ
ものが電圧シフト回路６bに与えられる。たとえば、上
記のように、モータ１０が正転されている場合には、ハ
イレベルの側の接続点１６aの電圧Ｖ_16aからＶ_Dだけ低
下した(Ｖ_16a−Ｖ_D)の電圧が電圧シフト回路６bのＰＮ
ＰトランジスタＱ６１のベース電圧として供給される。
これに伴い、電圧シフト回路６bの抵抗Ｒ₀に接続された
電圧比較回路６cのＮＰＮトランジスタＱ６３のベース
電圧Ｖ_Q63も変化する。

【００３７】一方、電源電圧制御装置７から電源ライン
８に出力される電源電圧Ｖ_DDも電圧検出装置６の電圧比
較回路６cのＰＮＰトランジスタＱ６２のベース電圧と
して供給される。これに伴い、電圧比較回路６cのＮＰ
ＮトランジスタＱ６４のベース電圧Ｖ_Q64も変化する。

【００３８】電圧比較回路６cは、電圧比較回路６cの両
トランジスタＱ６３，Ｑ６４のベース電圧Ｖ_Q63，Ｖ_Q64
の電圧差ΔＶに応じた検出出力を電源電圧制御装置７に
与えるため、電源電圧制御装置７は、この電圧差ΔＶに
応じて電源ライン８に加える電源電圧Ｖ_DDを変化させ
る。これにより、電源電圧Ｖ_DDは、駆動装置２から出力
されるベース電流Ｉ_Bに応じて変化されることになる。

【００３９】このことを数式を用いてさらに説明する。

【００４０】いま、図２に示す電圧検出装置６の電圧比
較回路６cの左右のトランジスタＱ６３，Ｑ６４の電圧
をそれぞれ上記のようにＶ_Q63，Ｖ_Q64とすると、次の関
係式が成立する。

【００４１】 Ｖ_Q64＝Ｖcc＋Ｖ_BE(Q62) Ｖ_Q63＝Ｖ_4a＋Ｖ_BE(Q11)＋Ｉ_B・Ｒ_5a−Ｖ_D＋Ｖ_BE(Q61)＋Ｉ₀・Ｒ₀ ただし、Ｖ_BE(Q61)，Ｖ_BE(Q62)…トランジスタＱ６１，
Ｑ６２のベース・エミッタ間電圧、Ｖ_4a…一方の出力端
子４aの電圧、Ｖ_BE(Q11)…左上側のパワートランジスタ
のベース・エミッタ間電圧、Ｉ_B…左上側のパワートラ
ンジスタＱ１１のベース電流、Ｒ_5a…左上側のパワート
ランジスタＱ１１に対するベース抵抗５aの値、Ｖ_D…電
圧検出回路６aを構成するダイオードの抵抗値、Ｉ₀…電
圧シフト回路６bの定電流源の電流値、Ｒ₀…電圧シフト
回路６bのトランジスタＱ６１のエミッタ抵抗の値であ
る。

【００４２】ここで、電源電圧Ｖccが適切に変更されて
平衡状態になったときには、Ｖ_Q63＝Ｖ_Q64であり、ま
た、Ｑ６１とＱ６２の両ＰＮＰトランジスタは同じ特性
となるように予め設定されているから、Ｖ_BE(Q62)＝Ｖ
_BE(Q61)と見なすことができる。したがって、式は、
次のように整理できる。

【００４３】 Ｖcc＝Ｖ_4a＋Ｖ_BE(Q11)＋Ｉ_B・Ｒ_5a−(Ｖ_D−Ｉ₀・Ｒ₀) ここに、式の(Ｖ_4a＋Ｖ_BE(Q11)＋Ｉ_B・Ｒ_5a)は、右上
側のパワートランジスタＱ１１のベース抵抗５aの駆動
装置２側の接続点１６aでの検出電圧であり、また、(Ｖ
_D−Ｉ₀・Ｒ₀)は電圧検出装置６の内部で決まる値で一定
値とみなすことができる。

【００４４】そこで、 α＝Ｖ_BE(Q11)＋Ｉ_B・Ｒ_5a−(Ｖ_D−Ｉ₀・Ｒ₀) とおけば、式は、 Ｖcc＝Ｖ_4a＋α となる。

【００４５】つまり、従来技術において述べた前記'
式におけるαは、一定値であるが、この実施形態におけ
る式のαは、ベース電流Ｉ_Bに応じて変化する関数と
なる。

【００４６】したがって、，の関係から分かるよう
に、たとえば、モータ１０を高速回転するためにベース
電流Ｉ_Bを大きくしたときには、αも大きくなり、これ
に応じてＶccも大きくなるので、両パワートランジスタ
Ｑ１１，Ｑ１３に大きなコレクタ電流Ｉcが流れても飽
和することがなく、電力不足をきたすことがない。よっ
て、高い応答性を確保することができる。

【００４７】一方、たとえば、モータ１０を低速回転す
るためにベース電流Ｉ_Bを小さくしたときには、これに
応じてαも小さくなり、両パワートランジスタＱ１１，
Ｑ１３の損失が少なくなる。よって、消費電力を低減す
ることができる。

【００４８】なお、上記の説明では、理解を容易にする
ために、モータ１０を正転するために、通電回路１の両
パワートランジスタＱ１１，Ｑ１４をオンする場合につ
いて説明したが、モータ１０を逆転するために、通電回
路１の他方のパワートランジスタＱ１２，Ｑ１３をオン
する場合も事情は全く同じである。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、パワートランジスタのベース
電流に比例して、通電回路に電力を供給する電源ライン
の電源電圧の増加分αを変化させるようにしたので、通
電回路の出力電流の大小に関わらず、パワートランジス
タが飽和しない程度の最小の電位に制御することがで
き、結果として、低消費電力かつ応答性が優れた出力制
御装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る出力制御装置の要部の
構成を示すブロック図である。

【図２】図１の出力制御装置の電圧検出装置６の詳細を
示す回路図である。

【図３】従来の出力制御装置の要部の構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１…通電回路、２…駆動装置、３…入力信号、４a，４b
…出力端子、５a，５b…ベース抵抗、６…電圧検出装
置、６a…電圧検出回路、６b…電圧シフト回路、６c…
電圧比較回路、７…電源電圧制御装置、８…電源ライ
ン、９…電源、１０…モータ(負荷)、Ｑ１１〜Ｑ１４…
トランジスタ、Ｖcc…電源電圧。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バイポーラトランジスタをブリッジ型に
   接続してなる負荷への通電回路を備えた出力制御装置に
   おいて、 前記通電回路の各バイポーラトランジスタを駆動するた
   めの駆動装置と、 前記バイポーラトランジスタのベースに加わる電圧を検
   出する電圧検出手段と、 この電圧検出手段の検出出力に基づいて、前記通電回路
   に供給する電源電圧を変化させる電源電圧制御手段と、 を備えることを特徴とする出力制御装置。
2. 【請求項２】 第１、第２、第３の端子を備え、第１、
   第２端子間の電位差に応じた第１の電流が第３端子から
   第１端子に形成されると共に前記電位差に応じた第２の
   電流が第１端子に流入する電圧−電流変換手段を複数個
   備え、第１及び第２の電圧−電流変換手段の第３端子が
   電源端子に接続され、第３及び第４の電流変換手段の第
   ２端子が接地端子に接続され、第１の電圧−電流変換手
   段の第２端子と第３の電圧−電流変換手段の第３端子と
   を接続し、第２の電圧−電流変換手段の第２端子と第４
   の電圧−電流変換手段の第３端子とを接続し、第１及び
   第２の電圧−電流変換手段の第２端子間に負荷が接続さ
   れ、第１ないし第４の電圧−電流変換手段の第１端子に
   駆動信号が与えられ、第１の電圧−電流変換手段と第４
   の電圧−電流変換手段との間、もしくは第２の電圧−電
   流変換手段と第３の電圧−電流変換手段との間に前記負
   荷を介してそれぞれ電流経路が形成される出力装置にお
   いて、 第１の電圧−電流変換手段の第１端子に一端が接続さ
   れ、他端に第１の駆動信号が与えられる第１の抵抗と、 第２の電圧−電流変換手段の第１端子に一端が接続さ
   れ、他端に第２の駆動信号が与えられる第２の抵抗と、 入力端子対および出力端子とを備え、前記第１及び第２
   の抵抗の他端がこの入力端子対に個々に接続され、この
   入力端子対に与えられる電圧値の高い方の値をこの出力
   端子に出力する電圧検出器と、 入出力端子を備え、前記電圧検出器の出力端子をこの入
   力端子に接続して所定の電圧値を付加して出力端子に出
   力する電圧シフト回路と、 入力端子対に前記電圧シフト回路の出力端子と前記電源
   端子とをそれぞれ接続して、この入力端子間の電位差を
   検出して出力端子に誤差信号を出力する電圧比較器と、 入出力端子を備え、前記電圧比較器の出力端子を入力端
   子に接続し、前記電源端子をこの出力端子に接続して前
   記誤差信号に応じて前記電源端子の電圧値を異ならせる
   電源電圧制御装置とを備え、 前記第１、第４の電圧−電流変換手段及び前記第１の抵
   抗、または前記第２、第３の電圧−電流変換手段と前記
   第２の抵抗ならびに前記電圧検出器、前記電圧シフト回
   路、前記電圧比較器、前記電源電圧制御装置、前記電源
   端子とで負帰還回路を形成し、前記電圧比較器の入力端
   子対の端子間の電圧差を零に収束させることを特徴とす
   る出力装置。