DE2233930C3

DE2233930C3 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE2233930C3
Application number: DE2233930A
Authority: DE
Inventors: Shinya Tama Tokyo Kosaka
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1972-07-11
Filing date: 1972-07-11
Publication date: 1981-08-27
Also published as: DE2233930A1; DE2233930B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einer Brückenschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist durch die FR-PS 15 30 223 eine Schaltungsanordnung in Brückenschaltung bekannt, bei der eine Referenzspannungsquelle als Potentiometer zwischen einer Meßklemme am Gleichstrommotor und einem Verstärker geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Basisanschluß eines Steuertransistors in der Zuleitung zum Gleichstrommotor verbunden ist Dabei wird die

ίο am Gleichstrommotor erfaßte Spannung mit der Referenzspannung verglichen und die sich ergebende Referenzspannung verstärkt. Die bekannte Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß die verwendete Referenzspannungsquelle keine Konstantspannungsquelle ist und daher ein Vergleich mit der von dem Gleichstrommotor abgenommenen Spannung nur eine relative Bezugsgröße liefert Infolgedessen ist es nicht möglieb, eine genaue Drehzahlregelung für insbesondere solche Gleichstrommotoren durchzuführen, die

großen Änderungen im Lastdrehmoment ausgesetzt sind. Darüber hinaus ist die Schaltungsanordnung mit einem Verstärker sehr aufwendig aufgebaut

Durch die US-PS 35 35 616) ist die automatische Spannungsreglerschaltung bekannt, die auf Temperaturänderungen anspricht, wobei ein Feldeffekt-Transistor als Diode geschaltet ist, die als Strombegrenzer oder lediglich Konstantstromquelle dient.

Aus der DE-OS 12 94 524 ist zwar eine Vorrichtung zur kontaktlosen Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einer Konstantspannungsquelle bekannt, aber diese Konstantspannungsqueile dient lediglich als Referenzspannungsquelle zur Speisung eines Widerstandes, an dem die Steuerspannung für einen Vortransistor abgenommen wird, der seinerseits die Steuerspannung für einen Endtransistor beeinflußt. Wenn nun Spannung am Widerstand anliegt, dann wird der Vortransistor in den Durchlaßzustand gesteuert, während der Endtransistor gesperrt wird, so daß der Stromkreis für den Gleichstrommotor unterbrochen wird und seine Drehzahl dementsprechend abnimmt. Beim unigekehrten Vorgang steigt die Drehzahl. Auf diese Weise pendelt die Drehzahl des Motors um die Solldrehüahl, so daß keine gleichmäßige Regelung der Drehzahl erzielt wird. Darüber hinaus sind keine Maßnahmen für eine Temperaturkompensation vorgesehen.

Nach »Electronic Design 20«, September 27, 1967, Seite 72 und 74, dient eine Konstantstromquelle unter Verwendung eines FET in Kombination mit einem

so Widerstand als eine Referenzspannung in einem geregelten Niederspannungsstromkreis. Bei dieser Anordnung wird zwar aufgrund der Verwendung eines FET schon eine verbesserte Temperaturstabilität gegenüber einer Anordnung mit einer Zenerdiode erhalten, aber für höhere Ansprüche bei einer genauen Drehzahlregelung genügt diese erzielte Temperaturstabilität nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einer Brückenschaltung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und stets eine genaue Drehzahlregelung des Gleichstrommotors ermöglicht, ohne daß sich Änderungen in den Eigenschaften der die zugeordnete Schaltung bildenden Bauteile oder sich Laständerungen auswirken.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung

sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit Hilfe einer einfach aufgebauten Schaltungsanordnung ein Gleichstrommotor automatisch genau gesteuert wird, um ütets mit einer voreingestellten Drehzahl umzulaufen, und zwar unabhängig von dem jeweils gerade anliegenden Lastdrehmoment

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von mehreren in der Zeicht ang dargestellten Ausfühmngsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung mit einem wärmeempfindlichen Widerstandselement nach der Erfindung;

F i g. 2 ein Diagramm eines Steuertransistors mit der Verstärkung hFE über den Kollektorstrom Ic nach der Erfindung;

Fig.3 ein Diagramm für die Regelung des Gleichstrommotors bei einem Abfall der Regelverstärkung mit der Drehzahl π über den Drehmoment;

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung;

Fig.5 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung und

Fig.6 eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem zum Referenzwiderstand 26 ein wärmeempfindliches Widerstandselement 42 zur Temperaturkompensation parallelgeschaltet ist, wie z. B. ein Thermistor, um Fehler in der Steuerung der Motordrehzahl zu kompensieren, die aufgrund von Temperaturänderungen verursacht sind. Dabei ist eine Gleichstromquelle 18 mit einem Steuertransistor 16 verbunden, der in Reihe mit einer Meßklemme 14 einer Brückenschaltung 10 liegt, von der ein Zweig mit einem Gleichstrommotor 2 verbunden ist, während die drei anderen Zweige jeweils an Widerstände 4,6 und 8 angeschlossen sind, und zwar ist eine Meßklemme 12 des Gleichstrommotors 2 mit dem Widerstand 8 und die Meßklemme 14 mit den Widerständen 4 und 6 verbunden. Weiter ist mit einer ersten Meßklemme 20 der Brückenschaltung 10 der Emitteranschluß eines Transistors einer Vergleichsschaltung 22 verbunden, die einen Komparator bildet. Mit einer zweiten Meßklemme 24 der Brückenschaltung 10 ist der Basisanschluß des Transistors der Vergleichsschaltung 22 über einen Referenzwiderstand 26 verbunden. Der Basisanschluß ist weiter mit dem Sourceanschluß eines Feldeffekt-Transistors 28 (hiernach abgekürzt als FET bezeichnet) verbunden, dessen Drainanschluß mit der Klemme 14 verbunden ist. Der Sourceanschluß und der Gateanschluß des FET 28 sind miteinander kurzgeschlossen, so daß der FET 28 so geschaltet ist, daß der Drainanschluß nvt einem Sättigungsstrom gespeist wird. Der Sättigungsstrom in dem FET 28 ist im wesentlichen konstant, so daß eine konstante Spannung am Referenzwiderstand 26 abfällt, der in Reihe mit dem FET 28 geschaltet ist. Demgemäß arbeitet die Reihenschaltung aus dem FET 28 und dem Referenzwiderstand 26 als Referenzspannungsquelle, die dem Basisanschluß des Transistors der Vergleichsschaltung 22 eine Referenzspannung liefert. Der Kollektoranschluß des Transistors der Vergleichsschaltung 22 ist mit dem Basisanschluß des Steuertransistors 16 verbunden.

Obwohl der Referenzwiderstand 26 für einen konstanten Widerstandswer; ausgelegt ist, steigt jedoch gewöhnlich der Widerstandswert des Referenzwiderstandes 26 mit der Temperatur an. Wenn daher zum Referenzwiderstand 26 der Thermistor 42 parallelgeschaltet ist, dessen Widerstand im umgekehrten "> Verhältnis zum Temperaturanstieg abnimmt, dann wird ein Referenzwiderstand mit einem konstanten Widerstandswert bezogen auf die Temperatur erhalten.

Bei dem erwähnten Ausführungsbeispiel für ein gestiegenes Drehmoment des Gleichstrommotors 2 zu

ίο einem größeren Kollektorstrom des Steuertransistors 16. Im allgemeinen besteht der Steuertransistor 16 aus einem Siliziumtransistor. Bei einem Siliziumtransistor führt jedoch ein Anstieg im Kollektorstrom Ic, wie in Fig.2 gezeigt, zu einem starken Abfall im Parameter

i^r) hFE, der die Verstärkung des Transistors angibt, so daß die Regelverstärkung einer Motorsteuerungsschaltung begrenzt wird, d. h., der Bereich, in dem eine Drehzahlregelung möglich ist. Ein Abfall in der Regelverstärkung läßt deutlich, wie anhand der gestrichelten Linie nach F i g. 3 gezeigt ist die Drehzahl π des Gleichstommotors 2 gegenüber dem gestiegenen Drehmoment abfallen, was manchmal dazu führt, daß eine genaue Drehzahlregelung nicht erreicht wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 wird eine äußerst genau arbeitende Steuerschaltung dadurch erhalten, daß ein Transistor 44 zwischen dem Basis- und Kollektoranschluß des Steuertransistors 16 geschaltet ist. Der Basisanschluß des Transistors 44 ist über einen Widerstand 46 mit der Stromquelle 18 und mit dem

so Kollektoranschluß des Transistors der Vergleichsschaltung 22 verbunden. Ein Widerstand 32 ist zwischen dem Basis- und Emitteranschluß des Steuertransistors 16 eingeschaltet. Ferner ist zwischen dem Source- und Gateanschluß des FET 28 ein veränderlicher Wider-

)5 stand 48 eingeschaltet, so daß über den Drainanschluß ein voreingestellter Strom fließt.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 läßt ein Abfall in der Drehzahl des Gleichstrommotors 2 das Potential an der ersten Meßklemme 20 und damit auch das Basispotential am Transistor der Vergleichsschaltung 22 ansteigen. Demzufolge fließt in diesem Transistor ein größerer Kollektorstrom, und damit fällt am Widerstand 46 eine größere Spannung ab, so daß das Basispotential am Transistor 44 steigt und ein größerer Strom fließt. Zur gleichen Zeit wird das Basispotential am Steuertransistor 16 infolge der Wirkung des Widerstandes 32 abgesenkt, so daß der über den Steuertransistor 16 fließende Strom ansteigt. Demzufolge wird der durch den Gleichstrommotor 2 fließende

so Strom auf den Steuertransistor 16 und den Transistor 44 aufgeteilt, so daß der Kollektorstrom des Steuertransistors 16 und des Transistors 44 jeweils vermindert um den gegenseitigen Betrag kleiner ist als der durch den Gleichstrommotor 2 fließende Strom. Demgemäß kann die Drehzahl des Gleichstrommotors 2 über einen großen Bereich ohne einen Abfall im Parameter hFE des Steuertransistors 16 gesteuert werden. Darüber hinaus kann in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 der Steuertransistor 16 auf einem pnp-Germanium-Transistör mit einer besseren AFE-Charakteristik als der Silizium-Transistor bestehen, so daß die Drehzahl des Gleichstrommotors 2 über einen noch größeren Bereich gesteuert werden kann.

F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Emitteranschluß des Transistors der Vergleichsschaltung 22 mit der ersten Meßklemme 20 verbunden ist, während sein Kollektoranschluß über den Widerstand 46 mit einem Ende der Stromquelle 18 und

mit dem Basisanschluß eines Transistors 50 verbunden ist. Der Basisanschluß des Transistors der Vergleichsschaltung 22 ist mit der zweiten Meßklemme 24 über eine Parallelschaltung aus dem Referenzwiderstand 26 und dem Thermistor 42 und über den damit in Reihe liegenden Widerstand 52 verbunden. Der Kollektoranschluß des Transistors 50 ist über einen Widerstand 54 mit einem Enuc der Stromquelle 18 und mit dem Basisanschluß des Steuertransistors 16 verbunden, während sein Emitteranschluß über einen Widerstand 56 an der ersten Meßklemme 20 angeschlossen ist.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 läßt eine abfallende Drehzahl des Gleichstrommotors 2 das Potential an der ersten Meßklemme 20 ansteigen und den Kollektorstrom des Transistors der Vergleichsschaltung 22 absinken, so daß der Spannungsabfall am Widerstand 46 herabgesetzt wird, und das Basispotential des Transistors 50 und infolgedessen auch sein Kollektorstrom ansteigt. Demgemäß fließt über den Steuertransistor 16 ein größerer Strom zum Gleichstrommotor 3, so daß seine Drehzahl auf einen gleichbleibenden Wert ansteigt. Der in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 verwendete Widerstand 52 soll eine Referenzspannung erhöhen, die zwischen dem Basisanschluß des Transistors der Vergleichsschaltung 22 und der zweiten Meßklemme 24 hervorgerufen wird, indem der Widerstandswert dieses Widerstandes dem verringerten, zusammengesetzten Widerstandswert der Parallelschaltung aus dem Referenzwiderstand 26 und dem Thermistor 42 hinzugefügt wird.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist so ausgelegt, daß der Basisanschluß des Transistors der Vergleichs-

■> Schaltung 22 mit einer Referenzschaltung gespeist wird Wenn der Basisanschluß des Transistors der Vergleichsschaltung, wie in Fig. 6 gezeigt ist, a der zweiten Klemme 24 angeschlossen ist und sein EmitteranschluD am Ausgang der Referenzspannungsquelle mit der

κι Parallelschaltung aus dem Referenzwiderstand 26 und dem Thermistor 42 und dem damit in Reihe liegenden Widerstand 52 anliegt, dann kann diese Schaltungsabwandlung in der gleichen Weise, wie die vorhergehende Schaltung, betrieben werden, wobei anstelle des

i-i veränderlichen Widerstandes 48 ein konstanter Widerstand 34 vorgesehen ist.

Dabei hat insbesondere der Abfall der Drehzahl beirr Gleichstrommotor 2 zur Folge, daß das Potential an dei ersten Meßklemme 20 ansteigt und der Kollektorstrorr

2(i des Transistors der Vergleichsschaltung 22 sinkt, so daC wie nach F i g. 5 das Basispotential und infolgedesser auch der Kollektorstrom des Transistors 50 erhöht wird Demzufolge steigt auch der Basisstrom des Transistor; 16 an und infolgedessen auch sein dem Gleichstrommo

r> tor 2 gelieferter Kollektorstrom, so daß die Drehzah des Gleichstrommotors auf einen gleichbleibender Wert gebracht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einer Brückenschaltung, deren einer Zweig mit dem Gleichstrommotor verbunden ist, und einer Vergleichsschaltung, die an einer ersten und zweiten Meßklemme der Brückenschaltung eine der Drehzahl des Gleichstrommotors entsprechende Spannung erfaßt und mit einer Referenzspannung einer Referenzspannungsquelle vergleicht, um den Stromfluß über einen zwischen einer dritten Klemme der Brückenschaltung und einer Gleichstromquelle geschalteten Steuertransistor zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturkompensierendes Widerstandselement (42) einem mit einem Feldeffekttransistor FET (28), dessen Sourceanschluß mit dem Gateanschluß verbunden ist, als Konstantstromquelle in Reihe liegenden Referenzwiderstand (26) parallel geschaltet ist (F i g. 1,4,5,6).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemme des Widerstandselementes (42) mit dem Gateanschluß des FET (28) verbunden ist (Fig. 1,5,6).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung einen Vergleichstransistor (22) aufweist, dessen Basisanschluß mit einem die Referenzspannung abgebenden gemeinsamen Verbindungspunkt von FET (28) und Referenzwiderstand (26), dessen Emitteranschluß mit der ersten Meßklemme (20) oder mit einer Meßklemme (24) der Brückenschaltung (10) und dessen Kollektoranschluß mit dem Basisanschluß des Steuertra.isistors (16) verbunden ist (F ig. 1,4,5).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung einen Vergleichstransistor (22) aufweist, dessen Emitteranschluß mit einem die Referenzspannung abgebenden gemeinsamen Verbindungspunkt von FET (28) und Referenzwiderstand (26), dessen Basisanschluß mit der zweiten Klemme (24) der Brückenschaltung (10) und dessen Kollektoranschluß mit dem Basisanschluß des Steuertransistors (16) verbunden ist (F i g. 6).

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sourceanschluß des FET (28) über einen Widerstand (34,48) mit dem Gateanschluß verbunden ist (F i g. 4,5,6).

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gateanschluß des FET (28) direkt mit einem Pol der Gleichstromquelle (18) und der Kollektoranschluß des Vergleichstransistors (22) mit dem Basisanschluß des Steuertransistors (16) und über einen Basiswiderstand (32) mit dem Kollektoranschluß desselben verbunden ist (F i g. 4).

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vergleichstransistor (22) und dem Steuertransistor (16) ein Transistor (44, 50) zur Phasenumkehr des dem Steuertransistor gelieferten Steuersignals geschaltet ist (F i g. 4,5,6).