JP2005312299A - Pwm motor driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばVTRのキャプスタンモータ等のブラシレスDCモータをPWM方式で回転数を制御した上で駆動するPWMモータ駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a PWM motor driving apparatus that drives a brushless DC motor such as a VTR capstan motor after controlling the number of rotations by a PWM method.
モータ駆動装置の出力段の構成例を図9に示す。同図において、TUU、TVU、TWU、TUL、TVL、TWLはNPN型のパワートランジスタである。LU、LV、LWはそれぞれモータのU相、V相、W相のコイルであり、Y結線されている。トランジスタTUU、TVU、TWUのコレクタにはモータの駆動電圧VMが印加されており、トランジスタTUL、TVL、TWLのエミッタはグランドに接続されている。トランジスタTUUのエミッタとトランジスタTULのコレクタとがモータのU相のコイルLUに、トランジスタTVUのエミッタとトランジスタTVLのコレクタとがモータのV相のコイルLVに、トランジスタTWUのエミッタとトランジスタTWLのコレクタとがモータのW相のコイルLWに、それぞれ接続されている。 A configuration example of the output stage of the motor drive device is shown in FIG. In the figure, T UU , T VU , T WU , T UL , T VL , and T WL are NPN type power transistors. L U , L V , and L W are U-phase, V-phase, and W-phase coils of the motor, respectively, and are Y-connected. Transistor T UU, T VU, the collector of T WU are applied drive voltage V M of the motor is, the emitter of the transistor T UL, T VL, T WL is connected to the ground. The coil L U collector and the motor of the U-phase of the emitter and the transistor T UL transistor T UU, and the collector of the emitter and the transistor T VL of the transistor T VU is the coil L V of the V-phase of the motor, the transistor T WU The emitter and the collector of the transistor T WL are connected to the W phase coil L W of the motor, respectively.
例えば、図9に矢印Y1で示すように、モータのU相のコイルLUからV相のコイルLVに電流を流すときには、上側出力トランジスタTUUと下側出力トランジスタTVLとをONさせるが、PWM駆動方式では、これらのトランジスタのどちらか一方または両方のON/OFFをスイッチングさせる。そして、このON/OFFのデューティ比によって、モータへ供給する電力量、すなわち、モータの回転数を制御する。 For example, as indicated by an arrow Y 1 in FIG. 9, when the current flows from the coil L U of the motor of the U-phase to the coil L V of the V-phase, makes ON the upper output transistor T UU and lower output transistor T VL However, in the PWM drive system, one or both of these transistors are switched ON / OFF. The amount of electric power supplied to the motor, that is, the rotational speed of the motor is controlled by the ON / OFF duty ratio.
さて、従来のPWMモータ駆動装置では、上側出力トランジスタが飽和しないように、U相の電圧(点PUの電圧)、V相の電圧(点PVの電圧)、W相の電圧(点PWの電圧)のうちの最も高い電圧に応じて、上側出力トランジスタのベース電流の値を制御し、また、下側出力トランジスタが飽和しないように、U相の電圧、V相の電圧、W相の電圧のうちの最も低い電圧に応じて、下側出力トランジスタのベース電流を制御するようになっていた。 In the conventional PWM motor driving apparatus, the U-phase voltage (voltage at point PU), the V-phase voltage (voltage at point PV), and the W-phase voltage (voltage at point PW) are set so that the upper output transistor is not saturated. ), The base current value of the upper output transistor is controlled, and the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage are set so that the lower output transistor is not saturated. The base current of the lower output transistor is controlled according to the lowest voltage among them.
また、特許文献1は他の飽和防止方法を採用したモータ駆動装置を開示している。特許文献1のモータ駆動回路では、第1飽和防止回路が各相の中点のいずれかの最低電圧に応じた電圧を第1の基準値と比較し、その結果に応じてPMWコンパレータを制御することによって各相に供給する電源電圧の振幅を変化させる。このようにして出力トランジスタ全体の飽和を防止している。また、同様に第2飽和防止回路が各相の中点のいずれかの最低電圧に応じた電圧を第1の基準値より低い第2の基準値と比較し、その結果に応じてトルク指令値を変化させる。このようにして2段階で出力トランジスタ全体の飽和を防止している。
ここで、例えば上側出力トランジスタTUUがONからOFFに切り替わったときには、コイルLUの逆起電圧により図9に矢印Y2で示すように、下側出力トランジスタTULに寄生するダイオードDを介して電流が流れ、U相の電圧がダイオードDの電圧降下分だけグランドレベルよりも低くなり、本来は、U相、V相、W相のうち下側出力トランジスタによって駆動されているコイルの相の電圧が最も低いはずであるのに、他の下側出力トランジスタにより駆動されていないコイルの相の電圧の方が低くなってしまう。 Here, for example, when the upper output transistor T UU is switched from ON to OFF, the reverse voltage of the coil L U causes a diode D parasitic on the lower output transistor T UL as shown by an arrow Y 2 in FIG. Current flows, and the voltage of the U phase becomes lower than the ground level by the voltage drop of the diode D. Originally, the phase of the coil driven by the lower output transistor of the U phase, V phase, and W phase Although the voltage should be the lowest, the voltage of the coil phase not driven by the other lower output transistor will be lower.
このため、従来のPWMモータ駆動装置では、上側出力トランジスタのON/OFFをスイッチングさせる場合には、上側出力トランジスタによって駆動されているコイルの相の電圧によって下側出力トランジスタのベース電流を制御しようとするので、下側出力トランジスタの飽和を検出することができなかった。同様に、下側出力トランジスタのON/OFFをスイッチングさせる場合には、上側出力トランジスタの飽和を検出することができなかった。その結果、モータの回転特性を向上させることが難しかった。 For this reason, in the conventional PWM motor driving apparatus, when switching the ON / OFF of the upper output transistor, the base current of the lower output transistor is controlled by the voltage of the phase of the coil driven by the upper output transistor. Therefore, saturation of the lower output transistor could not be detected. Similarly, when the lower output transistor is switched ON / OFF, the saturation of the upper output transistor cannot be detected. As a result, it has been difficult to improve the rotation characteristics of the motor.
また、特許文献1が採用している方法は、第1の飽和防止回路によってモータの駆動電圧を変化させ、第2の飽和防止回路によってトルク指令値を下げている。そのため、出力トランジスタを全体として見る場合は、その飽和防止には一定の効果はあるものの、特に飽和しやすい条件の出力トランジスタに対する飽和防止策とはならないため、モータをスムーズに回転させるとともに、回転特性を向上させることが難しかった。更に、トルク指令に応じてPWM方式で出力トランジスタをスイッチング制御する方式には採用することが困難であった。
In the method employed in
そこで、本発明は、出力トランジスタの飽和を防止することにより、モータの回転特性を向上させたPWMモータ駆動装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a PWM motor driving apparatus that improves the rotational characteristics of a motor by preventing saturation of an output transistor.
上記の目的を達成するため、本発明では、モータの各相をパルスで駆動し、このパルスのデューティ比によってモータへ供給する電力量を制御するPWMモータ駆動装置において、駆動電源の高電圧側とモータとの間に接続された上側出力トランジスタと、駆動電源の低電圧側とモータとの間に接続された下側出力トランジスタと、モータの回転位置を示す信号に応じて上側出力トランジスタ及び下側出力トランジスタのON/OFFをスイッチングさせる手段と、下側出力トランジスタのON/OFFのデューティ比をトルクコントロール信号に応じてPWM方式で制御することにより、駆動電源からモータへ供給する電力量を制御する制御手段と、下側出力トランジスタを飽和しないように制御する第1の飽和防止手段と、モータの複数の相の中から上側出力トランジスタによって駆動されている相を検出する検出手段と、検出手段によって検出された相の電圧を上側出力トランジスタが飽和しないように制御する第2の飽和防止手段とを備えている。 In order to achieve the above object, in the present invention, in a PWM motor driving apparatus that drives each phase of a motor with a pulse and controls the amount of power supplied to the motor according to the duty ratio of this pulse, An upper output transistor connected between the motor, a lower output transistor connected between the low voltage side of the drive power supply and the motor, and an upper output transistor and a lower side according to a signal indicating the rotational position of the motor By controlling the ON / OFF duty ratio of the output transistor and the ON / OFF duty ratio of the lower output transistor by the PWM method according to the torque control signal, the amount of power supplied from the drive power source to the motor is controlled. Control means, first saturation prevention means for controlling the lower output transistor so as not to be saturated, and a plurality of motors Detection means for detecting a phase driven by the upper output transistor from the phases, and second saturation prevention means for controlling the voltage of the phase detected by the detection means so that the upper output transistor is not saturated. Yes.
この構成により、モータの複数の相のうち駆動されている相の出力トランジスタが飽和しないように制御される。 With this configuration, control is performed so that the output transistor of the driven phase among the plurality of phases of the motor is not saturated.
更に、本発明では、モータの各相をパルスで駆動し、このパルスのデューティ比によってモータへ供給する電力量を制御するPWMモータ駆動装置において、駆動電源の高電圧側とモータとの間に接続された上側出力トランジスタと、駆動電源の低電圧側とモータとの間に接続された下側出力トランジスタと、モータの回転位置を示す信号に応じて上側出力トランジスタ及び下側出力トランジスタのON/OFFをスイッチングさせる手段と、上側出力トランジスタ及び下側出力トランジスタのON/OFFのデューティ比をそれぞれトルクコントロール信号に応じてPWM方式で制御することにより、駆動電源からモータへ供給する電力量を制御する制御手段と、モータの複数の相の中から上側出力トランジスタによって駆動されている相を検出する第1の検出手段と、第1の検出手段によって検出された相の電圧を上側出力トランジスタが飽和しないように制御する第1の飽和防止手段と、モータの複数の相の中から下側出力トランジスタによって駆動されている相を検出する第2の検出手段と、第2の検出手段によって検出された相の電圧を下側出力トランジスタが飽和しないように制御する第2の飽和防止手段とを備えている。 Furthermore, in the present invention, in the PWM motor driving apparatus that drives each phase of the motor with pulses and controls the amount of power supplied to the motor by the duty ratio of the pulses, it is connected between the high voltage side of the driving power source and the motor. ON / OFF of the upper output transistor and the lower output transistor according to the signal indicating the rotational position of the motor, the lower output transistor connected between the low voltage side of the drive power supply and the motor For controlling the amount of power supplied from the drive power supply to the motor by controlling the ON / OFF duty ratio of the upper output transistor and the lower output transistor by the PWM method according to the torque control signal. And a phase driven by the upper output transistor from among the plurality of phases of the motor First detection means for detecting, first saturation prevention means for controlling the upper output transistor so as not to saturate the phase voltage detected by the first detection means, and the lower side of the plurality of phases of the motor Second detection means for detecting the phase driven by the output transistor; and second saturation prevention means for controlling the voltage of the phase detected by the second detection means so that the lower output transistor does not saturate. I have.
この構成により、モータの複数の相のうち駆動されている相の上側と下側の出力トランジスタが飽和しないように正確に制御される。 With this configuration, the output transistors on the upper side and lower side of the driven phase among the plurality of phases of the motor are accurately controlled so as not to be saturated.
以上説明したように、本発明のPWMモータ駆動装置によれば、モータの複数の相のうち駆動されている相の電圧に応じて出力トランジスタのベース電流が制御されるので、出力トランジスタの飽和を防止することができ、モータの回転特性を向上させることができる。 As described above, according to the PWM motor driving device of the present invention, since the base current of the output transistor is controlled according to the voltage of the driven phase among the plurality of phases of the motor, the saturation of the output transistor is suppressed. This can prevent the rotation characteristics of the motor.
更に、本発明のPWMモータ駆動装置によれば、モータの複数の相のうち上側出力トランジスタと下側出力トランジスタとによって駆動されている相を検出して、その検出された相の上側と下側の出力トランジスタのベース電流が制御されるので、確実に出力トランジスタの飽和を防止することができ、モータの回転特性をより一層向上させることができる。 Further, according to the PWM motor driving device of the present invention, the phase driven by the upper output transistor and the lower output transistor among the plurality of phases of the motor is detected, and the upper and lower sides of the detected phase are detected. Since the base current of the output transistor is controlled, saturation of the output transistor can be surely prevented, and the rotation characteristics of the motor can be further improved.
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本発明の一実施形態であるPWMモータ駆動装置のブロック図を図1に示す。モータの回転部分であるロータの周辺に取り付けられたホール素子HU、HV、HWからそれぞれ出力されるホール信号H1、H2、H3は、ホールアンプ1で増幅されて信号A1、A2、A3となった後、三相合成回路2に入力される。尚、3つのホール信号H1、H2、及び、H3はモータの回転位置を示すものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of a PWM motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention. Hall signals H1, H2, and H3 respectively output from Hall elements HU, HV, and HW attached to the periphery of the rotor, which is a rotating portion of the motor, are amplified by the
制御アンプ4の反転入力端子(−)には基準電圧VREFが入力されており、一方、その非反転入力端子(+)には電圧信号であるトルクコントロール信号TCTLが入力されている。そして、制御アンプ4は、反転入力端子(−)に入力される電圧と非反転入力端子(+)に入力される電圧との電圧差に応じた電流ICTLを出力する。具体的には、トルクコントロール信号TCTLの電圧が基準電圧VREFよりも高くなるほど、制御アンプ4から出力される電流ICTLは大きくなる。電流供給回路5は、制御アンプ4から出力される電流ICTLに応じた電流を抵抗6、上側飽和防止回路9、及び、下側飽和防止回路10に供給する。
The reference voltage V REF is input to the inverting input terminal (−) of the control amplifier 4, while the torque control signal T CTL that is a voltage signal is input to the non-inverting input terminal (+). The control amplifier 4 outputs a current I CTL corresponding to the voltage difference between the voltage input to the inverting input terminal (−) and the voltage input to the non-inverting input terminal (+). Specifically, the current I CTL output from the control amplifier 4 increases as the voltage of the torque control signal T CTL becomes higher than the reference voltage V REF . The
尚、トルクコントロール信号TCTLは、モータの回転数を検出し、検出した回転数と設定回転数とを比較する不図示の回路から出力される信号であり、その電圧値は、モータの実際の回転数が設定回転数よりも低いほど高くなり、設定回転数よりも高いほど低くなる。したがって、制御アンプ4から出力される電流ICTLは、モータの実際の回転数と設定回転数との誤差に応じた信号である。 The torque control signal T CTL is a signal output from a circuit (not shown) that detects the number of rotations of the motor and compares the detected number of rotations with the set number of rotations. The lower the rotation speed is, the higher the rotation speed is. The higher the rotation speed is, the lower the rotation speed is. Therefore, the current I CTL output from the control amplifier 4 is a signal corresponding to an error between the actual rotational speed of the motor and the set rotational speed.
PWMコンパレータ7の非反転入力端子(+)には制御アンプ4から出力される電流ICTLに応じた電流が抵抗6によって電圧に変換された後、入力されており、一方、その反転入力端子(−)には三角波発生回路8から出力される高周波な三角波が入力されている。
The current corresponding to the current I CTL output from the control amplifier 4 is converted into a voltage by the
以上から、PWMコンパレータ7からは高周波な2値信号(以下、「PWM信号」と称する)SPWMが出力されるが、このPWM信号SPWMの1周期に対するハイレベルのデューティ比は、トルクコントロール信号TCTLの電圧値が高くなるほど大きくなり、同信号の電圧値が低くなるほど小さくなる。そして、このPWM信号SPWMは三相合成回路2に入力されている。
From the above, the
出力アンプ3は、NPN型のパワートランジスタTUU、TVU、TWU、TUL、TVL、及び、TWLで構成されている。上側出力トランジスタTUU、TVU、TWUのコレクタにはモータの駆動電圧VMが印加されており、下側出力トランジスタTUL、TVL、TWLのエミッタはグランドに接続されている。上側出力トランジスタTUUのエミッタと下側出力トランジスタTULのコレクタとがモータのU相のコイルLUに、上側出力トランジスタTVUのエミッタと下側出力トランジスタTVLのコレクタとがモータのV相のコイルLVに、上側出力トランジスタTWUのエミッタと下側出力トランジスタTWLのコレクタとがモータのW相のコイルLWに、それぞれ接続されている。
The
さて、図3に示すように、ホール素子HU、HV、HWからそれぞれ出力される、互いに120゜ずつ位相がずれた正弦波状のホール信号H1、H2、H3は、ホールアンプ1でそれぞれ位相が30゜進角された後、増幅されて信号A1、A2、A3となる。
As shown in FIG. 3, sinusoidal Hall signals H1, H2, and H3, which are output from the Hall elements HU, HV, and HW and are shifted in phase by 120 ° from each other, have phases of 30 by the
三相合成回路2の内部構成を図2に示す。対数変換回路21は、図3に示すように、信号A1、A2、A3の正の部分を取り出してそれぞれ得られる切り替え信号B1、B2、B3、及び、信号A1、A2、A3のそれぞれの負の部分を取り出して得られる切り替え信号B4、B5、B6を生成する。
The internal configuration of the three-
三差動回路22の構成を図4に示す。PNP型のトランジスタ2201及び2202はカレントミラー回路を構成している。入力側のトランジスタ2201のコレクタには後述する上側飽和防止回路9から出力される電流IUOが流れている。一方、出力側のトランジスタ2202のコレクタには、NPN型のトランジスタ2203のコレクタが接続されている。
The configuration of the three
NPN型のトランジスタ2203及び2204はカレントミラー回路を構成している。トランジスタ2203のコレクタには、前述したように、トランジスタ2202のコレクタが接続されている。トランジスタ2204のコレクタには、NPN型のトランジスタ2205、2206、及び、2207のエミッタが接続されている。
The
NPN型のトランジスタ2208及び2209はカレントミラー回路を構成している。入力側のトランジスタ2208のコレクタには後述する下側飽和防止回路10から出力される電流ILOが流れている。一方、出力側のトランジスタ2209のコレクタには、PNP型のトランジスタ2210のコレクタが接続されている。
PNP型のトランジスタ2210及び2211はカレントミラー回路を構成している。入力側のトランジスタ2210のコレクタには、前述したように、トランジスタ2209のコレクタが接続されている。出力側のトランジスタ2211のコレクタには、PNP型のトランジスタ2212、2213、及び、2214のエミッタが接続されている。
トランジスタ2205のベースには切り替え信号B1が、トランジスタ2206のベースには切り替え信号B2が、トランジスタ2207のベースには切り替え信号B3が、トランジスタ2212のベースには切り替え信号B4が、トランジスタ2213のベースには切り替え信号B5が、トランジスタ2214のベースには切り替え信号B6が、それぞれ入力されている。
The base of the
そして、トランジスタ2205、2212、2206、2213、2207、2214のそれぞれのコレクタに流れる電流I1、I2、I3、I4、I5、I6が三差動回路22から出力される。三差動回路22から出力される電流I1、I2、I3、I4、I5、I6はプリアンプ23で増幅されてそれぞれ電流UU、UL、VU、VL、WU、WLとなった後、後述する出力アンプ3の出力トランジスタTUU、TUL、TVU、TVL、TWU、TWLのベースに入力される。
Then, currents I 1, I 2, I 3, I 4, I 5, and I 6 flowing through the collectors of the
尚、三差動回路22から出力される電流のうち、上側出力トランジスタのベースに入力される電流に係わる電流I1、I3、I5はそれぞれスイッチ24、25、26を介してプリアンプ23に入力される。そして、各スイッチ24、25、26はPWM信号SPWMがハイレベルであるときにON、ローレベルであるときにOFFするようになっている。したがって、出力アンプ3の上側出力トランジスタのON/OFFがPWM信号SPWMと同じ周波数及び同じデューティ比でスイッチングされることになる。
Of the current output from the three
以上の構成により、モータの回転位置に応じて、駆動されるコイルが適切なタイミングで切り替えられ、モータが回転する。そして、PWM信号SPWMの1周期に対するハイレベルのデューティ比が大きくなるほど、出力アンプ3の上側出力トランジスタがONする時間が長くなるので、コイルへ供給される電力量(言い換えれば、コイルの駆動電流)が大きくなり、モータの負荷が一定であるとすれば、モータの回転数が高くなる。
With the above configuration, the driven coil is switched at an appropriate timing according to the rotational position of the motor, and the motor rotates. As the high-level duty ratio for one cycle of the PWM signal S PWM increases, the time during which the upper output transistor of the
また、上側飽和防止回路9から出力される電流IUOが大きくなると、上側出力トランジスタのベースに流れる電流が大きくなり、また、下側飽和防止回路10から出力される電流ILOが大きくなると、下側出力トランジスタのベースに流れる電流が大きくなる。
When the current I UO output from the upper
上側飽和防止回路9の内部構成を図5に示す。NPN型のトランジスタ901及び902はカレントミラー回路を構成している。トランジスタ901、902のエミッタはそれぞれ抵抗903、904を介して接地されている。入力側のトランジスタ901のコレクタには制御アンプ4から出力される電流ICTLが入力されている。出力側のトランジスタ902のコレクタにはダイオード接続されたPNP型のトランジスタ905のコレクタが接続されている。
The internal configuration of the upper
トランジスタ905のエミッタは直列に接続された2つの抵抗909及び910を介してモータの駆動電圧VMに接続されている。2つの抵抗909、910同士の接続点からは定電流ICC1が流れ出している。PNP型のトランジスタ906、907、及び、908のベースはトランジスタ905のベースに共通に接続されている。
The emitter of
トランジスタ906のエミッタは抵抗911を介して出力アンプ3内の上側出力トランジスタTUUのエミッタと下側出力トランジスタTULのコレクタとの接続点(以下、「U相の出力点」と称する)PUに、トランジスタ907のエミッタは抵抗912を介して出力アンプ3内の上側出力トランジスタTVUのエミッタと下側出力トランジスタTVLのコレクタとの接続点(以下、「V相の出力点」と称する)PVに、トランジスタ908のエミッタは抵抗913を介して出力アンプ3内の上側出力トランジスタTWUのエミッタと下側出力トランジスタTWLのコレクタとの接続点(以下、「W相の出力点」と称する)PWにそれぞれ接続されている。
Connection point between the collector of the emitter and the low side output transistor T UL of the upper output transistor T UU emitter of the
NPN型のトランジスタ914及び915は、トランジスタ914を入力側、トランジスタ915を出力側として、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ914のエミッタは抵抗916を介して接地されており、そのコレクタにはトランジスタ906、907、及び、908のコレクタが共通に接続されている。トランジスタ915のエミッタは抵抗917を介して接地されており、そのコレクタはNPN型のトランジスタ918のコレクタに接続されている。
The
NPN型のトランジスタ918及び919は、トランジスタ918を入力側、トランジスタ919を出力側として、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ918、919のエミッタはそれぞれ抵抗920、921を介して接地されている。トランジスタ918のコレクタには定電流源922から出力される定電流が抵抗923を介して供給される。そして、トランジスタ919のコレクタに流れる電流IUOが上側飽和防止回路9から出力される。尚、定電流源922と抵抗923との接続点には位相補償用の外付けのコンデンサ(不図示)が接続される。
The
この上側飽和防止回路9の構成により、U相の出力点PU、V相の出力点PV、W相の出力点PWのうち最も電圧が高い点の電圧が上側設定電圧(具体的には、トランジスタ905のエミッタ電圧)に等しくなるように、出力アンプ3の上側出力トランジスタのベース電流がフィードバック制御される。これにより、上側出力トランジスタTUU、TVU、TWUの飽和を防止することができる。
Due to the configuration of the upper
尚、トランジスタ905のエミッタ電圧VEは、抵抗909、910の抵抗値をそれぞれR1、R2とすると、VE=VM−ICC1・R1−ICTL・(R1+R2)
となり、制御アンプ4の出力電流ICTLによって変化する。これにより、モータの回転状況に応じて、上側出力トランジスタのベース電流が制御されることになり、モータの回転数の制御性が向上する。
The emitter voltage V E of the
Thus, the output current I CTL of the control amplifier 4 changes. Thus, the base current of the upper output transistor is controlled according to the rotation state of the motor, and the controllability of the motor rotation speed is improved.
下側飽和防止回路10の内部構成を図6に示す。PNP型のトランジスタ1001及び1002のエミッタは定電流源1003に共通に接続されている。トランジスタ1001のベースにはPNP型のトランジスタ1004のエミッタが接続されている。トランジスタ1004のベースは抵抗1005を介して接地されている。トランジスタ1004と抵抗1005との接続点には、定電流源1006から出力される定電流ICC2と制御アンプ4から出力される電流ICTLとが流れ込む。
The internal configuration of the lower
トランジスタ1002のベースにはPNP型のトランジスタ1007、1008、及び、1009のエミッタが接続されている。トランジスタ1002、1007、1008、及び、1009のコレクタは接地されている。トランジスタ1007、1008、1009のベースにはそれぞれ抵抗1010、1011、1012を介して後述する下側相検出回路11から出力される3つの電圧VUL、VVL、VWLが入力される。
The emitters of
トランジスタ1001のコレクタはNPN型のトランジスタ1013のコレクタに接続されている。NPN型のトランジスタ1013及び1014は、トランジスタ1013を入力側、トランジスタ1014を出力側として、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ1013、1014のエミッタはそれぞれ抵抗1015、1016を介して接地されている。
The collector of the
PNP型のトランジスタ1017、1018、及び、1019はカレントミラー回路を構成している。入力側のトランジスタ1017、出力側のトランジスタ1018のエミッタはそれぞれ抵抗1020、1021を介して電源電圧VCCに接続されている。入力側のトランジスタ1017のコレクタはトランジスタ1014のコレクタに抵抗1022を介して接続されている。そして、トランジスタ1018のコレクタに流れる電流ILOが下側飽和防止回路10から出力される。尚、トランジスタ1014のコレクタと抵抗1022との接続点には位相補償用の外付けのコンデンサ(不図示)が接続される。
The
この下側飽和防止回路10の構成により、下側相検出回路11から出力される3つの電圧のうち最も低い電圧が下側設定電圧(具体的には、トランジスタ1004のベース電圧)に等しくなるように、下側出力トランジスタのベース電流がフィードバック制御される。
With the configuration of the lower
尚、トランジスタ1004のベース電圧VBは、抵抗1005の抵抗値をRとすると、VB=(ICTL+ICC2)・Rとなり、制御アンプ4の出力電流ICTLによって変化する。これにより、モータの回転状況に応じて、下側出力トランジスタのベース電流が制御されることになり、モータの回転数の制御性が向上する。
Note that the base voltage V B of the
下側相検出回路11は、図7に示すように、第1の回路111、第2の回路112、及び、第3の回路113から成る。第1の回路111について説明する。NPN型のトランジスタ1101については、ベースが抵抗1102を介して接地されており、エミッタが接地されており、コレクタは直列接続された2つの抵抗1103、1104を介してモータの駆動電圧VMに接続されている。トランジスタ1101のベースと抵抗1102との接続点には三相合成回路2で生成される切り替え信号B4に相当する信号が入力されている。PNP型のトランジスタ1105については、ベースが抵抗1102、1103同士の接続点に、エミッタがモータの駆動電圧VMに、コレクタが抵抗1106を介してU相の出力点PUに接続されている。
The lower
尚、第2の回路112及び第3の回路113は第1の回路111と同一の構成であるので、これらの説明は省略する。但し、第2の回路112、第3の回路113では、それぞれトランジスタ1101のベースと抵抗1102との接続点には三相合成回路2で生成される切り替え信号B5、B6に相当する信号が入力されており、また、それぞれトランジスタ1105のコレクタは抵抗1106を介してV相の出力点PV、W相の出力点PWに接続されている。また、第1の回路111、第2の回路112、及び、第3の回路113におけるトランジスタ1105と抵抗1106との3つの接続点の電圧VUL、VVL、及び、VWLが下側相検出回路11から出力される。
Note that the
この下側相検出回路11の構成により、切り替え信号B4がローレベルであるときには、第1の回路111においては、トランジスタ1101がOFFであるため、トランジスタ1105がOFFであり、U相の出力点PUの電圧が出力され、一方、第2の回路112及び第3の回路113においては、トランジスタ1101がONであるため、トランジスタ1105がONであり、ほぼモータの駆動電圧VMに等しい電圧が出力される。
With this configuration of the lower
同様に考えて、切り替え信号B5がローレベルであるときには、第2の回路112からはV相の出力点PVの電圧が出力されるが、第1の回路111及び第3の回路113からはモータの駆動電圧VMにほぼ等しい電圧が出力される。また、切り替え信号B6がローレベルであるときには、第3の回路113からはW相の出力点PWの電圧が出力されるが、第1の回路111及び第2の回路112からはモータの駆動電圧VMにほぼ等しい電圧が出力される。
Similarly, when the switching signal B5 is at the low level, the voltage of the V-phase output point PV is output from the
まとめると、切り替え信号B4、B5、B6がローレベルであるときには、それぞれ下側出力トランジスタTUL、TVL、TWLによって、それぞれU相のコイルLU、V相のコイルLV、W相のコイルLWが駆動されていることになるので、下側相検出回路11からは、下側出力トランジスタによってコイルが駆動されている相の出力点の電圧が、他の2つの電圧よりも常に低い状態で出力されることになる。
In summary, when the switching signals B4, B5, and B6 are at a low level, the U-phase coil L U , the V-phase coil L V , and the W-phase coil are respectively output by the lower output transistors T UL , T VL , and T WL . Since the coil L W is being driven, the voltage at the output point of the phase in which the coil is driven by the lower output transistor is always lower than the other two voltages from the lower
以上の下側飽和防止回路10及び下側相検出回路11の動作内容から、下側出力トランジスタによってコイルが駆動されている相の出力点の電圧に基づいて下側出力トランジスタのベース電流が制御されることになる。したがって、従来のように、下側出力トランジスタによってコイルが駆動されていない相の出力点の電圧に基づいて下側出力トランジスタのベース電流が制御されることはなくなり、下側出力トランジスタの飽和を防止することができ、これにより、モータの回転特性を向上させることができる。
Based on the operation contents of the lower
尚、出力アンプ3の下側出力トランジスタのON/OFFをスイッチングさせる場合には、図8に示すような構成の上側相検出回路12から出力される信号を上側飽和防止回路9に入力するようにしておけばよい。
When switching the ON / OFF of the lower output transistor of the
上側相検出回路12は、第1の回路121、第2の回路122、及び、第3の回路123から成る。第1の回路121について説明する。PNP型のトランジスタ1201については、ベースが抵抗1202を介してモータの駆動電圧VMに接続されており、エミッタはモータの駆動電圧VMに接続されており、コレクタは直列接続された2つの抵抗1203、1204を介して接地されている。
The upper
トランジスタ1201のベースと抵抗1202との接続点には三相合成回路2で生成される切り替え信号B1に相当する信号が入力される。NPN型のトランジスタ1205については、ベースが抵抗1203、1204同士の接続点に接続されており、エミッタが接地されており、コレクタが抵抗1206を介してU相の出力点PUに接続されている。
A signal corresponding to the switching signal B1 generated by the three-
尚、第2の回路122及び第3の回路123は第1の回路121と同一の構成であるので、これらの説明は省略する。但し、第2の回路121、第3の回路123では、それぞれトランジスタ1201のベースと抵抗1202との接続点には三相合成回路2で生成される切り替え信号B2、B3に相当する信号が入力されており、また、それぞれトランジスタ1205のコレクタは抵抗1206を介してV相の出力点PV、W相の出力点PWに接続されている。また、第1の回路121、第2の回路122、及び、第3の回路123におけるトランジスタ1205と抵抗1206との3つの接続点の電圧VUU、VVU、及び、VWUが上側飽和防止回路9に入力される。
Note that the
この上側相検出回路12の構成により、上側出力トランジスタによってコイルが駆動されている相の出力点の電圧に基づいて上側出力トランジスタのベース電流が制御されることになり、上側出力トランジスタの飽和を防止することができる。
With this configuration of the upper
尚、出力アンプの上側と下側との両方の出力トランジスタのON/OFFをスイッチングさせる場合には、下側相検出回路11と上側相検出回路12との両方を設けておけばよい。
In addition, when switching ON / OFF of both the output transistors of the upper side and the lower side of the output amplifier, both the lower
1 ホールアンプ
2 三相合成回路
3 出力アンプ
4 制御アンプ
5 電流供給回路
6 抵抗
7 PWMコンパレータ
8 三角波発生回路
9 上側飽和防止回路
10 下側飽和防止回路
11 下側相検出回路
12 上側相検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
駆動電源の高電圧側とモータとの間に接続された上側出力トランジスタと、
駆動電源の低電圧側とモータとの間に接続された下側出力トランジスタと、
モータの回転位置を示す信号に応じて前記上側出力トランジスタ及び前記下側出力トランジスタのON/OFFをスイッチングさせる手段と、
前記下側出力トランジスタのON/OFFのデューティ比をトルクコントロール信号に応じてPWM方式で制御することにより、駆動電源からモータへ供給する電力量を制御する制御手段と、
前記下側出力トランジスタを飽和しないように制御する第1の飽和防止手段と、
モータの複数の相の中から前記上側出力トランジスタによって駆動されている相を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記相の電圧を前記上側出力トランジスタが飽和しないように制御する第2の飽和防止手段と、
を備えていることを特徴とするPWMモータ駆動装置。 In the PWM motor drive device that drives each phase of the motor with a pulse and controls the amount of power supplied to the motor by the duty ratio of this pulse,
An upper output transistor connected between the high voltage side of the drive power supply and the motor;
A lower output transistor connected between the low voltage side of the drive power supply and the motor;
Means for switching ON / OFF of the upper output transistor and the lower output transistor in accordance with a signal indicating the rotational position of the motor;
Control means for controlling the amount of electric power supplied from the drive power supply to the motor by controlling the duty ratio of ON / OFF of the lower output transistor by a PWM method according to a torque control signal;
First saturation prevention means for controlling the lower output transistor so as not to saturate;
Detecting means for detecting a phase driven by the upper output transistor from a plurality of phases of the motor;
Second saturation prevention means for controlling the voltage of the phase detected by the detection means so that the upper output transistor does not saturate;
A PWM motor driving apparatus comprising:
駆動電源の高電圧側とモータとの間に接続された上側出力トランジスタと、
駆動電源の低電圧側とモータとの間に接続された下側出力トランジスタと、
モータの回転位置を示す信号に応じて前記上側出力トランジスタ及び前記下側出力トランジスタのON/OFFをスイッチングさせる手段と、
前記上側出力トランジスタ及び下側出力トランジスタのON/OFFのデューティ比をそれぞれトルクコントロール信号に応じてPWM方式で制御することにより、駆動電源からモータへ供給する電力量を制御する制御手段と、
モータの複数の相の中から前記上側出力トランジスタによって駆動されている相を検出する第1の検出手段と、
前記第1の検出手段によって検出された前記相の電圧を前記上側出力トランジスタが飽和しないように制御する第1の飽和防止手段と、
モータの複数の相の中から前記下側出力トランジスタによって駆動されている相を検出する第2の検出手段と、
前記第2の検出手段によって検出された前記相の電圧を前記下側出力トランジスタが飽和しないように制御する第2の飽和防止手段と、
を備えていることを特徴とするPWMモータ駆動装置。 In the PWM motor drive device that drives each phase of the motor with a pulse and controls the amount of power supplied to the motor by the duty ratio of this pulse,
An upper output transistor connected between the high voltage side of the drive power supply and the motor;
A lower output transistor connected between the low voltage side of the drive power supply and the motor;
Means for switching ON / OFF of the upper output transistor and the lower output transistor in accordance with a signal indicating the rotational position of the motor;
Control means for controlling the amount of power supplied from the drive power supply to the motor by controlling the duty ratio of ON / OFF of the upper output transistor and the lower output transistor in a PWM manner according to the torque control signal,
First detecting means for detecting a phase driven by the upper output transistor from a plurality of phases of the motor;
First saturation prevention means for controlling the voltage of the phase detected by the first detection means so that the upper output transistor does not saturate;
Second detection means for detecting a phase driven by the lower output transistor from a plurality of phases of the motor;
Second saturation prevention means for controlling the voltage of the phase detected by the second detection means so that the lower output transistor is not saturated;
A PWM motor driving apparatus comprising:
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WO2009054134A1 (en) * | 2007-10-23 | 2009-04-30 | Rohm Co., Ltd. | Motor drive circuit, method, and cooling device using the same |
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