(57)【要約】【課題】  本発明は、常に最適な比率にて負荷電流の減衰を行なうことが可能である直流モータの制御回路を提供する。【解決手段】  負荷電流をモータに供給する為の出力Ｈブリッジを有する駆動手段１と、前記モータ内に流れる負荷電流を電圧に変換し検出電圧として供給する電流検出手段２と、負荷電流の大きさを決める基準電圧手段３と、検出電圧を基準電圧を比較する比較手段４とを有する制御回路において、比較手段４の信号により検出電圧が基準電圧を上回った時の時間を検出する監視手段９と、前周期での減衰比率と監視手段９の信号により次のオフ周期での減衰比率を決定する減衰決定手段６とを備え、検出電圧が基準電圧に達したタイミングをオン期間中、オン期間を過ぎ前記監視手段９で監視する所定の監視期間内、監視期間後の三段階に分けて検出する負荷電流制御手段を備えたことを特徴とする直流モータの制御回路。【選択図】図１
2005204423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷電流をモータに供給する為の出力Ｈブリッジを有する駆動手段と、前記モータ内に流れる負荷電流を電圧に変換し検出電圧として供給する電流検出手段と、前記負荷電流の大きさを決める基準電圧手段と、前記検出電圧を前記基準電圧を比較する比較手段とを有する制御回路において、前記比較手段の信号により前記検出電圧が前記基準電圧を上回った時の時間を検出する監視手段と、前周期での減衰比率と前記監視手段の信号により次のオフ周期での減衰比率を決定する減衰決定手段とを備え、前記検出電圧が前記基準電圧に達したタイミングをオン期間中、オン期間を過ぎ前記監視手段で監視する所定の監視期間内、監視期間後の三段階に分けて検出する負荷電流制御手段を備えたことを特徴とする直流モータの制御回路。
【請求項２】
前記減衰比較手段は前回のオフ期間における比率を基準にし、次のオフ期間において、前記検出電圧が前記基準電圧に達した点がオン期間中であれば前記減衰比較手段に信号を送り、次のオフ期間にて高速減衰の比率を増やし、監視期間内であれば減衰比率が適当と判断し比率を維持し、監視期間を超えると次のオフ期間にて低速減衰の比率を増やすように、前記減衰比較手段から前記駆動手段に信号を出力するようにしてあることを特徴とする請求項１記載の直流モータの制御回路。
【請求項３】
前記監視手段は、前記発振手段から供給されるオン期間、監視期間、並びにオフ期間の３つの信号により、どのタイミングで前記検出電圧が前記基準電圧に達したかを検出し、信号を前記減衰比較手段に送るように構成してあることを特徴とする請求項１又は２記載の直流モータ制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流モータを制御する回路に関するものであり、特に負荷電流をモータに供給する為の出力Ｈブリッジを有する直流モータの制御回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の直流モータの制御回路を図６に示す。この制御回路は、モータに負荷電流を供給する出力Ｈブリッジ１１を有する駆動回路１と、負荷電流を電圧に変換し検出電圧として供給する電流検出回路２と、基準電圧を供給する基準電圧回路３と、基準電圧と検出電圧を比較する比較回路４と、出力Ｈブリッジ１１にオン信号と検出電圧が基準電圧を超えた場合一定期間オフ信号を供給するON/OFF設定回路６と、オフ期間において高速減衰期間と低速減衰期間の比率を決定する減衰設定回路７と、ON/OFF設定回路６と減衰設定回路７の信号を受け出力Ｈブリッジ１１に減衰モード(高速か低速)の信号を送る出力減衰回路８とオン、オフの期間をON/OFF設定回路６に送る発振回路５を有する。
【０００３】
ここで図３に従って出力Ｈブリッジ１１の説明を行う。出力Ｈブリッジ１１は、4つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４により構成された駆動回路である。図３（ａ）に示すようにオン時はスイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ４若しくはスイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ３とを閉じることにより、スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ４がオンの時は矢印（１）の方向に、スイッチング素子Ｓ２及びスイッチング素子Ｓ３がオンの時は矢印（２）の方向に負荷電流が流れる。この電流を電圧に変換して得る検出電圧が基準電圧を超えると、出力Ｈブリッジ１１をオフさせて電流を減衰させ、オフ期間終了後再びオンに転じ、負荷電流が増加する。この繰り返しにより定電流制御を行う。
【０００４】
出力Ｈブリッジ１１をオフし電流を減衰させるには、高速減衰と低速減衰の二通りあり、図３（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ４とを閉じ矢印（１）の方向にオン電流が流れている場合、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ４を開放させ、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ３を閉じるとモータの負荷である誘導負荷の両端にほぼモータ電源電圧に等しい逆起電力が生じ、電位差が大きい為図３（ｂ）に示すように矢印（３）の方向にて電流が大きく減衰する。これを高速減衰という。図３（ａ）にて矢印（２）の方向にオンしている場合は図３（ｂ）の矢印（４）の方向に電流が減衰する。
【０００５】
また図３（ｃ）に示すようにオフ時にスイッチング素子Ｓ１ を開放し、スイッチング素子Ｓ２及びスイッチング素子Ｓ４を閉じると、矢印（５）の方向にて電流が減衰する。モータの両端には2つのスイッチの電圧降下分のみ電位差がつくので逆起電力が小さく負荷電流の減衰量は小さい。これを低速減衰という。図３（ａ）にて矢印（２）の方向にオンしている場合は図３（ｃ）の矢印（６）の方向にて電流が減衰する。
【０００６】
上記にある通り高速減衰と低速減衰をオフ期間中に組み合わせ電流の減衰量を制御する。また、出力のスイッチング素子に並列にダイオードが入っている場合は、全てのスイッチング素子を開放する事により、高速減衰になる。スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ４を閉じ矢印（１）の方向にオン電流が流れている場合、スイッチング素子Ｓ４のみ閉じると低速減衰になる。スイッチング素子Ｓ２及びスイッチング素子Ｓ３を閉じ矢印（２）の方向にオン電流が流れている場合、スイッチング素子Ｓ２のみ閉じると低速減衰になる。
【０００７】
ON/OFF設定回路６は比較器から供給される信号をトリガにし、所定の周期を有するオフ信号及びオン信号を出力する。オン信号は出力Ｈブリッジ１１がオフからオンに転じる際、スパイク電流が発生し、誤動作する可能性があるので一定期間のオン信号を出力し、この間出力は強制オン状態となり比較回路４から供給される信号、即ち検出電圧が基準電圧に達した際に出力される信号を無視する。この周期は内蔵タイマもしくは外部設定により設定される。
【０００８】
減衰設定回路７は、ON/OFF設定回路６から供給される信号と内蔵タイマもしくは外部設定により設定される。信号により所定の周期を有する減衰信号を出力する。
【０００９】
制御回路の動作を図７に従い行なう。時刻T1においてオン信号が出力されると出力Ｈブリッジ１１はオンに転じる。この時負荷電流は基準電圧により設定される電流値に達していないので、負荷電流は増加する。時刻T2においてオン期間が終了し、負荷電流が増加して、負荷電流を電圧に変換して得た検出電圧が基準電圧に達すると、比較器がこれを検出し信号をON/OFF設定回路６に送る。ON/OFF設定回路６はオフ信号を出力Ｈブリッジ１１と減衰設定回路７に送る。出力減衰回路８は減衰設定回路７の信号により出力Ｈブリッジ１１にオフ時間における減衰モード(高速減衰か低速減衰)の信号を送る。これによりT2〜T3の期間は高速減衰T3〜T4の期間まで低速減衰となる。オフ期間が終了すると再びオンに転じ、負荷電流は増加する。これにより定電流制御を行なう。
【００１０】
また、従来の直流モータの制御回路の例として、下記のような構成の制御回路がある（特許文献１参照）。この制御回路は、出力Ｈブリッジと、出力Ｈブリッジの出力スイッチ素子をパルス幅変調信号によりスイッチング駆動し、出力Ｈブリッジによる負荷に対するチャージモード、低速減衰モード、高速減衰モードを選択的に設定可能なＰＷＭ制御回路と、負荷に対する高速減衰モードで負荷の電流が第一の設定電流値以下に低下した場合に低速減衰モードに切り換え制御するための制御信号を生成し、ＰＷＭ制御回路を制御する出力制御ロジック回路を具備している。
【特許文献１】特開２００２−２０４１５０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記いずれの従来例においても、負荷電流が減衰するとき高速減衰を用いると、負荷電流が大きく減少するので電流の追従性は良いが、負荷電流のリプルが大きくなる。また、低速減衰を用いた場合、負荷電流の減衰量が小さいのでリプルは小さいが電流の追従性が悪くなる。
【００１２】
従って、負荷電流を基準電圧に対して等しくするには低速減衰を用いるのが良いが、モータ負荷の時定数、オフ時間、モータの電源電圧の組み合わせによってはオフ期間中に十分電流が減衰せずに再びオンに転じる際、前記にある通り、オン期間中は強制オンとなり、オフに入らないため負荷電流が基準に対し徐々に大きくなってしまう可能性がある。また負荷電流を充分に減衰させるためにオフ期間を延ばすと、モータの振動数が可聴域に入り振動を発する可能性がある。
【００１３】
この問題を解決するには一般的にオフ期間中に低速減衰と高速減衰を組み合わせ、定電流制御を行なう事により対処するが、高速減衰と低速減衰の最適な比率はモータの時定数、電源電圧、負荷電流等により変化するため状況に応じ、逐次外部より信号を与えて比率を変化させるか、またはどの条件でも使用できる様に高速減衰の比率を長めにして制御している。ただし後者の方法を用いると負荷電流は基準に追従するものの、リプル分が大きくなる為、モータのノイズ、損失が大きくなり、また平均電流が小さくなる為トルクが小さくなってしまう。前者の方法においても最適な減衰比率はモータの回転子の位置にもよるため、常に最適比率にて制御するのは技術的に非常に困難である。
【００１４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、減衰比率の設定を内部で処理し、出力オン／オフの1周期毎に逐次変化させることで常に最適な比率にて負荷電流の減衰を行なうことが可能である直流モータの制御回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明直流モータの制御回路は、負荷電流をモータに供給する為の出力Ｈブリッジを有する駆動手段と、前記モータ内に流れる負荷電流を電圧に変換し検出電圧として供給する電流検出手段と、前記負荷電流の大きさを決める基準電圧手段と、前記検出電圧を前記基準電圧を比較する比較手段とを有する制御回路において、前記比較手段の信号により前記検出電圧が前記基準電圧を上回った時の時間を検出する監視手段と、前周期での減衰比率と前記監視手段の信号により次のオフ周期での減衰比率を決定する減衰決定手段とを備え、前記検出電圧が前記基準電圧に達したタイミングをオン期間中、オン期間を過ぎ前記監視手段で監視する所定の監視期間内、監視期間後の三段階に分けて検出する負荷電流制御手段を備えてある。
【００１６】
前記減衰比較手段は前回のオフ期間における比率を基準にし、次のオフ期間において、前記検出電圧が前記基準電圧に達した点がオン期間中であれば前記減衰比較手段に信号を送り、次のオフ期間にて高速減衰の比率を増やし、監視期間内であれば減衰比率が適当と判断し比率を維持し、監視期間を超えると次のオフ期間にて低速減衰の比率を増やすように、前記減衰比較手段から前記駆動手段に信号を出力するようにしてある。
【００１７】
前記監視手段は、前記発振手段から供給されるオン期間、監視期間、並びにオフ期間の３つの信号により、どのタイミングで前記検出電圧が前記基準電圧に達したかを検出し、信号を前記減衰比較手段に送るように構成してある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高速減衰の比率が高ければ、低速減衰の比率を増やし、低速減衰の比率が高ければ高速減衰の比率を増やす減衰比較回路を有する負荷電流制御手段を備えているので定電流制御時のリプル分を可能な限り少なくし基準電圧にできる限り近似させる。この制御を逐次回路内部にて行うので、外部からの制御無しで直流モータのノイズ、損失を減じ、トルクを大きくする事が可能となる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。この制御回路は、従来の制御回路と同様に、負荷電流をモータに供給する為の出力Ｈブリッジ１１を有する駆動回路１を有する。なお、出力Ｈブリッジ１１については、従来の出力Ｈブリッジ１１と同様の構成であるため、構成及び作用の説明は省略する。また、制御回路は、従来の制御回路と同様に、前記モータ内に流れる負荷電流を電圧に変換し検出電圧として供給する電流検出回路２と、負荷電流の大きさを決める基準電圧回路３と、検出電圧を基準電圧を比較する比較回路４と、出力Ｈブリッジ１１にオン信号と検出電圧が基準電圧を超えた場合一定期間オフ信号を供給するON/OFF設定回路６とを有する。
【００２０】
さらに、本実施例における制御回路は、駆動手段オン期間、監視期間、並びにオフ期間の３つの信号を供給する発振回路５と、比較回路４の信号により前記検出電圧が前記基準電圧を上回った時の時間を検出する監視回路９と、前周期での減衰比率と監視回路９の信号により次のオフ周期での減衰比率を決定する減衰比較回路７とを備えてある。また、本実施例における制御回路は、前記検出電圧が前記基準電圧に達したタイミングを、オン期間中及びオン期間を過ぎた際に監視回路９で監視する所定の監視期間内、監視期間後の段階に分けて検出する負荷電流制御手段を備えてある。
【００２１】
続いて、本発明の特長である負荷電流制御手段の一実施例を図４に示す。この実施例では、負荷電流制御手段は、減衰比較回路７及び監視回路９で構成してある。減衰比較回路７はUP/DOWNカウンタ７１を備え、監視回路９は、立下りエッジ回路９１、ＮＡＮＤ回路９２及び２つのラッチ回路９３，９４を備えてあり、発振回路５のオン期間の信号は立下りエッジ回路９１及びＮＡＮＤ回路９２に出力し、発振回路５の監視期間の信号はＮＡＮＤ回路９２に出力し、発振回路５のオフ期間の信号はラッチ回路９３，９４のクリア信号としてラッチ回路９３，９４に出力するようにしてある。また、比較回路４の出力信号はラッチ回路９３，９４に出力するようにしてある。
【００２２】
以上のように構成してある制御回路を図２の動作波形図を用いて説明を行なう。先ず、オン信号により駆動回路１はオンに転じ負荷電流が上昇する。オン信号終了後検出電圧が基準電圧に達した場合、所定の期間オフに入り、この時減衰比較回路７により供給される信号に従い高速減衰もしくは低速減衰にて負荷電流を減衰させる。この検出電圧が基準電圧に達するタイミングを、図２に示す様にタイミングをオン期間中、オン期間を過ぎ監視回路９で監視する所定の監視期間内、監視期間後の三段階に分けて検出する。
【００２３】
先ず、図２Ａの様にオン期間中であれば前回のオフ期間において負荷電流が十分減衰されなかったと判断し、前回の比率に対して高速減衰の比率を増やし負荷電流の減衰量を増やす。また、図２Ｂの様に監視期間内であれば比率は最適であったとして前回の比率を維持する。図２Ｃの様につまり監視期間以後からオフ期間前であれば、前回の減衰量が大きすぎると判断し、次期間において低速減衰の比率を増やし、減衰比較回路７から駆動回路に信号を出力して、負荷電流の減衰量を小さくする。
【００２４】
また、オン期間は従来方式と同様に出力を強制オン状態にし、比較回路４からの信号は無視する。また図２では３種類の負荷電流波形を示しており便宜的に同じ幅になっているが、実際は負荷電流が基準に達しかつオン期間が終了した時点でオフ期間に入る。この時監視期間は解除される。
【００２５】
続いて、図４図示の減衰比較回路７及び監視回路９の動作について説明を行う。なお、監視回路９の各部動作波形図は図４に示す。
【００２６】
発振回路５よりオン期間、監視期間、オフ期間のいずれかの信号が入力される。この信号を用いて、オン期間中に負荷電流が基準に達すると、比較回路４からの出力信号はオン信号の立下りエッジ回路９１により生成された信号Ｄにより信号がラッチ回路９３に供給され、ラッチされる。この信号は減衰比較回路７にUPクロックとして供給される。
【００２７】
続いて、監視期間中に負荷電流が基準に達すると、監視期間の信号はＮＡＮＤ回路９２に供給されるが、ＮＡＮＤ回路９２では信号は出力されないため、減衰比較回路７には信号は出力されない。
【００２８】
続いて、監視期間以後からオフ期間前までの間に負荷電流が基準に達すると、比較回路４からの出力信号とＮＡＮＤ回路９２により生成された信号Ｅにより信号がラッチ回路９３に供給され、ラッチされる。この信号は減衰比較回路７にDOWNクロックとして供給される。これらの信号を減衰比較回路７に有するUP/DOWNカウンタ７１に送りカウンタの数を逐次変化させ、減衰比率を決定する。
【００２９】
以上のように高速減衰の比率が高いと判断した場合は負荷電流のリプル分が大きい為、低速減衰の比率を増やし、低速減衰の比率が高いと判断した場合は負荷電流を電圧に変換して得た検出電圧が基準電圧による設定値より高くなる可能性があるので高速減衰の比率を増やし、比率が適当であれば維持させる。以上の方法にて負荷電流を電圧に変換して得た検出電圧が基準電圧で決められた設定値により近似させるように制御する。
【００３０】
なお、本実施例に示した直流モータの制御回路は集積回路で一回路として組み込むことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明直流モータの制御回路によれば、高速減衰の比率が高ければ、低速減衰の比率を増やし、低速減衰の比率が高ければ高速減衰の比率を増やす減衰比較回路を有する負荷電流制御手段を備えているので定電流制御時のリプル分を可能な限り少なくし基準電圧にできる限り近似させる。この制御を逐次回路内部にて行うので、外部からの制御無しで直流モータのノイズ、損失を減じ、トルクを大きくする事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る直流モータの制御回路のブロック図である。
【図２】図１図示実施例における動作波形図である。
【図３】本発明に係る出力Ｈブリッジの回路図である。
【図４】本発明に係る第一実施例の要部を示したブロック図である。
【図５】図４図示実施例における各部信号を示す波形図である。
【図６】従来における直流モータの制御回路のブロック図である。
【図７】図６図示従来例における動作波形図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  駆動回路
２  電流検出回路
３  基準電圧回路
４  比較回路
５  発振回路
６  ON/OFF設定回路
７  減衰比較回路（減衰設定回路）
８  出力減衰回路
９  監視回路
１１  出力Ｈブリッジ
７１  UP/DOWNカウンタ
９１  立下りエッジ回路
９２  ＮＡＮＤ回路
９３，９４  ラッチ回路
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４  スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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