JP2001037276A - 直流モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型、低重量かつ少ない構成部品で電源電圧
を所定値に維持することができるモータ駆動回路を提供
する。 【解決手段】 直流モータＭの逆転時に直流モータＭが
速く回転して発電作用により分岐点Ｐの電圧が予め設定
された電圧値（Ｅ＋α）Ｖ以上となろうとすると、ツェ
ナーダイオードＤ５〜Ｄ７及び抵抗Ｒ５で構成される電
源電圧検出回路２０を経由してコンデンサＣ２の両端電
圧を上昇させ、ＰＷＭ回路２４は正転方向のデューティ
を増加させる。直流モータＭの逆転速度は低下し、分岐
点Ｐの電圧を（Ｅ＋α）Ｖ以下に維持するので、電源回
路１２及びＨブリッジ回路１４の構成部品にストレスを
与えず、放熱フィン等も不要である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直流モータ駆動回路
に係り、特に、ＰＷＭ制御によるＨブリッジ回路を用い
て直流モータを駆動する直流モータ駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、正逆駆動を行う直流ブラシモータ
（以下、直流モータという。）のモータ駆動回路とし
て、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation、パルス幅変調）
制御によるＨブリッジ回路が知られている。このような
モータ駆動回路では、直流モータが外部からの力で回転
させられた場合に、直流モータの起電力により直流モー
タからモータ駆動回路の電源に電流が流れ込むので、モ
ータ駆動回路の電源電圧が上昇してモータ駆動回路の構
成部品にストレスを与える。このため、モータ駆動回路
に電源電圧上昇分を考慮して余裕を持った構成部品を選
択すると、モータ駆動回路も大型となり、価格も高くな
ってしまう、という問題点があった。また、直流モータ
が外部からの力で回転させられてしまう状態を有する場
合には、直流モータが外部からの回転トルクが与えられ
ないように直流モータの回転を規制する機構的な仕組み
を備える必要があるので、全体として大きくかつ重くな
ったり、コストの面でも高価にならざるを得なかった。

【０００３】この問題を解決するために、例えば、図１
３に示すモータ駆動回路１００では、電源電圧（点Ｐで
の電圧）が所定値以上となったときに、該所定値の電圧
を維持するためのシャント型電圧維持回路１１０を備え
ている。電圧維持回路１１０は、直列接続された抵抗Ｒ
１０１、Ｒ１０２両端間の電圧が所定電圧値を超えると
ダーリントン接続されたトランジスタＱ１及びＱ２のベ
ースに電流が流れるので、トランジスタＱ１０２のコレ
クタ側からエミッタ側へ抵抗１０３を介して電流が流
れ、電源電圧を所定電圧値に維持することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
に示したモータ駆動回路１００では、トランジスタＱ１
０１、Ｑ１０２及び抵抗１０３が発熱することから放熱
フィン等のヒートシンクが必要となるので、機構的な仕
組みを備える場合よりもモータ駆動回路１００の大型化
・重量化を抑えることはできるものの、放熱フィンによ
るモータ駆動回路１００の大型化及びトランジスタＱ１
０１、Ｑ１０２等の構成部品の増加を避けることはでき
ない、という問題点がある。

【０００５】本発明は上記事案に鑑み、小型、低重量か
つ少ない構成部品で電源電圧を所定値に維持することが
できるモータ駆動回路を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ＰＷＭ制御によるＨブリッジ回路を用い
て直流モータを駆動する直流モータ駆動回路において、
前記Ｈブリッジ回路に印加される電源電圧値が予め設定
された設定電圧値を超えたときに、前記ＰＷＭのデュー
ティを変化させるようにフィードバックするフィードバ
ックループを備えている。本発明では、直流モータが発
電機として作用し、Ｈブリッジ回路に印加される電源電
圧値が予め設定された設定電圧値を超えたときに、ＰＷ
Ｍのデューティを変化させる。この場合に、直流モータ
が正転動作中は逆転方向の電流を増加させるように、及
び／又は、直流モータが逆転動作中は正転方向の電流を
増加させようにＰＷＭのデューティを変化させれば、直
流モータが発電機として作用する方向とは反対方向の電
流が増加するので、直流モータの回転速度は低下し、Ｈ
ブリッジ回路に直流モータから印加される電圧は設定電
圧値を超えることがなくなる。この設定電圧値は、ツェ
ナーダイオードのツェナー降伏電圧により設定すること
ができる。また、設定電圧値を、電源電圧値より大き
く、かつ、Ｈブリッジ回路の耐電圧値より小さくすれ
ば、Ｈブリッジ回路には耐電圧値を超えることがない範
囲での電圧値しか印加されないので、Ｈブリッジ回路に
ストレスを与えることを防止することができる。更に、
直流モータが正転動作中は逆転方向の電流を増加させる
ように、直流モータが逆転動作中は正転方向の電流を増
加させようにフィードバックループを切り換える切替手
段を備えるようにすれば、直流モータが正転及び逆転の
双方向で発電機として作用しても、切替回路によりフィ
ードバックループが確保されるので、Ｈブリッジ回路に
直流モータから印加される電圧は設定電圧値を超えるこ
とがなくなる。

【０００７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、図面を参
照して、本発明に係る直流モータ駆動回路を食器棚を上
昇又は下降させる食器棚昇降装置に適用した第１の実施
の形態について説明する。

【０００８】図１に示すように、食器棚昇降装置１は、
所定質量を有する食器棚Ｏを上昇（図１の矢印ＵＰ方向
への移動）又は下降（図１の矢印ＤＷ方向への移動）さ
せるための動力源となる直流モータＭを備えている。直
流モータＭのモータ軸には同軸状にプーリＰＬが固定さ
れている。プーリＰＬの外周には一端がプーリＰＬに固
定されたストリングＳが巻掛けられており、ストリング
Ｓの他端に食器棚Ｏが固定されている。直流モータＭ
は、直流モータ駆動回路としてのドライバ１０により駆
動される。ドライバ１０は、ＵＰ端子にドライバ１０の
外部からハイレベル（Ｈレベル）信号が入力されたとき
に、食器棚Ｏを上昇させる電力を直流モータＭに供給
し、ＤＷ端子に外部からＨレベル信号が入力されたとき
に、食器棚Ｏを下降させる電力を直流モータＭに供給す
る。また、ＵＰ端子及びＤＷ端子のいずれもがローレベ
ル（Ｌレベル）のときには、食器棚Ｏをそのままの位置
に停止させる電力を直流モータＭに供給する。

【０００９】図２に示すように、ドライバ１０は、交流
１００Ｖを両波整流して平滑な直流定電圧Ｅ（Ｖ）を生
成するための電源回路１２を備えている。電源回路１２
の＋出力端子は分岐点Ｐを介して直流モータＭに正転又
は逆転をさせるための電力を供給するＨブリッジ回路１
４に接続されており、電源回路１２の−出力端子はグラ
ンド（ＧＮＤ）とされている。

【００１０】Ｈブリッジ回路１４は、４つのＮチャンネ
ル型パワーＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１
〜Ｑ４、各スイッチング素子と並列に接続されるダイオ
ードＤ１〜Ｄ４、及び各スイッチング素子のゲートに一
端が接続され、他端が後述するロジック回路２６のＢ
Ｈ、ＡＨ、ＡＬ又はＢＬ端子に接続された抵抗Ｒ１〜Ｒ
４を備えている。すなわち、スイッチング素子Ｑ１のゲ
ートには抵抗Ｒ１の一端が接続され、抵抗Ｒ１の他端は
ロジック回路２６のＡＨ端子に接続されている。スイッ
チング素子Ｑ１のドレインは上述した分岐点Ｐに接続さ
れると共に、ダイオードＤ１のカソードに接続されてお
り、スイッチング素子Ｑ１のソースはダイオードＤ１の
アノードが接続されている。また、スイッチング素子Ｑ
１のソースには、スイッチング素子Ｑ２のドレイン及び
ダイオードＤ２のカソードに接続されており、更にそこ
から分岐して直流モータＭのプラス端子Ｍ＋に接続され
ている。スイッチング素子Ｑ２のソースにはダイオード
Ｄ２のアノードが接続されると共にＧＮＤに接続されて
おり、スイッチング素子Ｑ２のゲートは抵抗Ｒ２を介し
てロジック回路２６のＡＬ端子に接続されている。同様
に、スイッチング素子Ｑ３のドレインはスイッチング素
子Ｑ１のドレイン及びダイオードＤ３のカソードに接続
されており、スイッチング素子Ｑ３のソースはダイオー
ドＤ３のアノードに接続されている。また、スイッチン
グ素子Ｑ３のソースには、スイッチング素子Ｑ４のドレ
イン及びダイオードＤ４のカソードに接続されており、
更にそこから分岐して直流モータＭのマイナス端子Ｍ−
に接続されている。スイッチング素子Ｑ４のソースに
は、ダイオードＤ４のアノードが接続されると共にスイ
ッチング素子Ｑ２のソースに接続されている。スイッチ
ング素子Ｑ３、Ｑ４のゲートは、それぞれ抵抗Ｒ３、Ｒ
４を介してロジック回路２６のＢＨ端子、ＢＬ端子に接
続されている。

【００１１】また、ドライバ１０は、直流モータＭのプ
ラス端子Ｍ＋及びマイナス端子Ｍ−の平均電圧を検出し
てフィードバック電圧Ｆを誤差増幅回路２２に出力する
モータ電圧検出回路１６を備えている。このフィードバ
ック電圧Ｆは、モータ電圧検出回路１６のゲインをＡと
すると、次式（１）により与えられる。

【００１２】

【数１】

【００１３】従って、モータ電圧検出回路１６からは、
直流モータＭが停止している場合には、プラス端子Ｍ＋
の平均電圧とマイナス端子Ｍ−の平均電圧が等しくフィ
ードバック電圧Ｆ＝０（Ｖ）が出力され、直流モータＭ
に正転電圧（モータ電圧は正）が掛かっている場合には
Ｆ＞０（Ｖ）が出力され、直流モータＭに逆転電圧が掛
かっている場合（モータ電圧は負）にはＦ＜０（Ｖ）が
出力される。

【００１４】このモータ電圧検出回路１６の回路構成に
ついて詳述すれば、プラス端子Ｍ＋は抵抗Ｒ６の一端に
接続されており、抵抗Ｒ６の他端は一端がＧＮＤに接続
された抵抗Ｒ８及びコンデンサＣ１のそれぞれの他端に
接続される共に、抵抗Ｒ１０の一端に接続されている。
抵抗Ｒ１０の他端は、一端がＧＮＤに接続された抵抗Ｒ
１２の他端及び演算増幅器ＩＣ１の正相入力端子に接続
されている。一方、マイナス端子Ｍ−は抵抗Ｒ７の一端
に接続されており、抵抗Ｒ７の他端は一端がＧＮＤに接
続された抵抗Ｒ９及びコンデンサＣ２のそれぞれの他端
に接続される共に、抵抗Ｒ１１の一端に接続されてい
る。抵抗Ｒ１１の他端は、一端が演算増幅器ＩＣ１の出
力端子に接続された抵抗Ｒ１３の他端及び演算増幅器Ｉ
Ｃ１の逆相入力端子に接続されている。そして、上述し
たように演算増幅器ＩＣ１の出力端子が誤差増幅回路２
２に接続されている。従って、コンデンサＣ１にはプラ
ス端子Ｍ＋の平均電圧に相当する電流が蓄積され、コン
デンサＣ２にはマイナス端子Ｍ−の平均電圧に相当する
電流が蓄積される構成である。

【００１５】また、ドライバ１０は、分岐点Ｐの電圧
（電源電圧）を検出する電源電圧検出回路２０を備えて
いる。この電源電圧検出回路２０は、ツェナーダイオー
ドＤ５、Ｄ６、Ｄ７及び抵抗Ｒ５が直列に接続された回
路であり、ツェナーダイオードＤ５のカソードは分岐点
Ｐに接続されており、抵抗Ｒ５は、上述した抵抗Ｒ７の
他端に接続されている。

【００１６】更に、ドライバ１０は、外部からＵＰ端子
及びＤＷ端子に印加されたＨレベル信号又はＬレベル信
号に応じて直流モータＭのモータ電圧の目標となる目標
電圧Ｔ（Ｖ）を設定して誤差増幅回路２２へ出力する目
標電圧設定回路１８を備えている。目標電圧設定回路１
８は、ＵＰ端子にＨレベル信号が入力されたときに（食
器棚Ｏの上昇指示が出されたときに）目標電圧Ｔ＞０
（Ｖ）を出力し、ＤＷ端子にＨレベル信号が入力された
ときに（食器棚Ｏの下降指示が出されたときに）目標電
圧Ｔ＜０（Ｖ）を出力し、ＵＰ端子及びＤＷ端子がＬレ
ベルのときに（食器棚Ｏの停止指示が出されたときに）
目標電圧Ｔ＝０を出力する回路である。なお、本実施形
態では、ＵＰ端子及びＤＷ端子の双方に同時にＨレベル
信号が入力されることない。

【００１７】また、ドライバ１０は、目標電圧設定回路
１８から出力された目標電圧Ｔとモータ電圧検出回路１
６から出力されたフィードバック電圧Ｆとの誤差を増幅
した誤差電圧ＹをＰＷＭ回路２４へ出力する誤差増幅回
路２２を備えている。この誤差電圧Ｙは、誤差増幅回路
２２のゲインをＧｄとすると、次式（２）により与えら
れる。

【００１８】

【数２】

【００１９】誤差増幅回路２２はＰＷＭ回路２４に接続
されている。ＰＷＭ回路２４は、誤差増幅回路２２から
出力された誤差電圧ＹをＰＷＭ回路２４の内部で生成し
た基準三角波の電圧と比較し、誤差電圧Ｙに比例した電
圧が、モータ電圧の平均値となるようなパルス幅の矩形
信号をロジック回路２６に出力する回路である。電源電
圧をＥ、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のＯＮ時間をｔ
_on1、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のＯＮ時間をｔ_on2、
スイッチング周期をＴとすると、モータ電圧は、次式
（３）に示す通りであり、ＰＷＭ回路２４は、ｔ_on1、
ｔ_on2を決定する矩形信号を生成することになる。

【００２０】

【数３】

【００２１】更に、ＰＷＭ回路２４の入力から、出力で
あるモータ電圧までのゲインをＧｐとすると、

【００２２】

【数４】 となる。

【００２３】誤差電圧Ｙ＝０のときはモータ電圧は０、
誤差電圧Ｙが正のときはモータ電圧は正、誤差電圧Ｙが
負のときはモータ電圧は負となるようなパルス幅の矩形
信号をロジック回路２６に出力する。なお、本実施形態
では、食器棚Ｏの上昇又は下降時に生じる騒音を小さく
するために、基準三角波の周波数を１８ＫＨｚ程度とし
た。

【００２４】ＰＷＭ回路２４は、ＰＷＭ回路２４から出
力された矩形信号に応じて、Ｈブリッジ回路１４のスイ
ッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＯＮ／ＯＦＦさせるために、
ＢＨ、ＡＨ、ＡＬ及びＢＬ端子をＨレベル又はＬレベル
とするロジック回路２６に接続されている。ロジック回
路２６は、ＢＨ及びＡＬ端子、ＡＨ及びＢＬ端子をそれ
ぞれ同じタイミングでＨレベル又はＬレベルとし、ＢＨ
及びＡＬ端子がＨレベルのときは、ＡＨ及びＢＬ端子を
相反してＬレベルとし、逆に、ＡＨ及びＢＬ端子がＨレ
ベルのときは、ＢＨ及びＡＬ端子を相反してＬレベルと
する。また、ロジック回路２６では、ＢＨ及びＡＬ端
子、ＡＨ及びＢＬ端子のいずれか一方をＨレベルからＬ
レベルとした後、これらの端子のいずれか他方を直ちに
Ｈレベルとすることなく所定時刻の間Ｌレベルとし、ス
イッチング素子Ｑ１、Ｑ２間及び／又はＱ３、Ｑ４間の
短絡によるスイッチング素子の破損を回避するタイミン
グがとられている。

【００２５】次に、図３〜図６を参照して、本実施形態
のドライバ１０の作用について説明する。

【００２６】まず、直流モータＭの正転時、逆転時及び
停止時のロジック回路２６のＢＨ、ＡＨ、ＡＬ及びＢＬ
の各端子のＨ又はＬレベル状態と電源回路１２、Ｈブリ
ッジ回路１４及び直流モータＭに流れる電流との関係に
ついて説明する。

【００２７】（１）正転時 図３（Ａ）に示すように、ロジック回路２６は、時刻ｔ
１から時刻ｔ２の間、ＡＨ及びＢＬ端子をＨレベルと
し、ＢＨ及びＡＬ端子をＬレベルとする。これにより、
Ｈブリッジ回路１４では、スイッチング素子Ｑ１及びＱ
４のゲートにＨレベル信号が印加されるので、ドレイン
側からソース側に電流が流れる（以下、このような状態
をＯＮという。）。一方、ＢＨ及びＡＬ端子はＬレベル
であるので、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３ではドレイ
ン側からソース側に電流が流れない（以下、このような
状態をＯＦＦという。）。このため、ドライバ１０に
は、図４の実線矢印で示すように、分岐点Ｐ→スイッチ
ング素子Ｑ１→プラス端子Ｍ＋→マイナス端子Ｍ−→ス
イッチング素子Ｑ４→ＧＮＤの経路で電流が流れる。直
流モータＭの電機子にはプラス端子Ｍ＋側からマイナス
端子Ｍ−側に電流が流れるので、直流モータＭは正転を
開始し、食器棚Ｏは図１の矢印ＵＰ方向への移動を開始
する。このときの電流の大きさは、直流モータＭの負荷
である食器棚Ｏの重さにより異なり、食器棚Ｏが空のと
きは電流値は小さく、食器棚Ｏに載置される食器が多く
なると電流値は大きくなる。

【００２８】時刻ｔ２から時刻ｔ３の間、ロジック回路
２６は各端子をＬレベルとする。これにより、スイッチ
ング素子Ｑ１及びＱ４はＯＦＦとなり電源回路１２から
直流モータＭへの電流供給は絶たれるが、直流モータＭ
の電機子のインダクタンスによって直ぐには０となら
ず、図４の点線矢印で示すように、マイナス端子Ｍ−→
ダイオードＤ３→分岐点Ｐ→電源回路１２→ＧＮＤ→ダ
イオードＤ２→プラス端子Ｍ＋の経路で環流電流が流れ
続けようとする。

【００２９】時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、ロジック回路
２６は、ＢＨ及びＡＬ端子をＨレベルとし、ＡＨ及びＢ
Ｌ端子をＬレベルとする。これにより、Ｈブリッジ回路
１４では、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３がＯＮとな
り、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４がＯＦＦとなるの
で、図４の実線矢印とは反対方向に、分岐点Ｐ→スイッ
チング素子Ｑ３→マイナス端子Ｍ−→プラス端子Ｍ＋→
スイッチング素子Ｑ２→ＧＮＤの経路で電流が流れる。

【００３０】時刻ｔ４から時刻ｔ５の間、ロジック回路
２６は、各端子をＬレベルとする。これにより、スイッ
チング素子Ｑ２及びＱ３はＯＦＦとなり電源回路１２か
ら直流モータＭへ電流供給は絶たれるが、直流モータＭ
の電機子のインダクタンスによって直ぐには０となら
ず、図４の点線矢印とは反対方向に、プラス端子Ｍ＋→
ダイオードＤ１→分岐点Ｐ→電源回路１２→ＧＮＤ→ダ
イオードＤ４→マイナス端子Ｍ−の経路で環流電流が流
れ続けようとする。

【００３１】従って、直流モータＭを正転させる場合に
は、図３（Ａ）に示したように、ＡＨ及びＢＬ端子のＨ
レベルの時間幅がＢＨ及びＡＬ端子のＨレベルの時間幅
より大きく、Ｈブリッジ回路１４から直流モータＭに供
給される電流はプラス端子Ｍ＋側からマイナス端子Ｍ−
側に流れる方が支配的であるので、直流モータＭは全体
として正転方向になめらかに回転し食器棚Ｏを図１の矢
印ＵＰ方向へ移動させる。

【００３２】（２）逆転時 図３（Ｂ）に示すように、逆転時にロジック回路２６の
各端子から出力される信号は、図３（Ａ）に示した正転
時のＡＨ及びＢＬ端子の信号とＢＨ及びＡＬ端子の信号
とを入れ替えたものであり、原則的には、正転時の電源
回路１２、Ｈブリッジ回路１４及び直流モータＭに流れ
る電流と逆方向の電流が流れる。しかしながら、逆転時
には、直流モータＭの回転を早める方向に外部から力が
働くと、直流モータＭは発電機として機能する。すなわ
ち、食器棚Ｏが空でも食器棚Ｏを下降方向へ強く引っ張
ったときや食器棚Ｏに食器を満載したときには、直流モ
ータＭは発電する。このときの直流モータＭの発電電圧
をＶｍ（Ｖ）とすると、直流モータＭの電機子には、Ｉ
＝（電源電圧Ｅ−発電電圧Ｖｍ）／（直流モータの抵抗
Ｒ）の電流が流れる。この式から明らかなように、電源
電圧Ｅ（Ｖ）より発電電圧Ｖｍが大きくなると、電流Ｉ
は直流モータＭからＨブリッジ回路１４を介して分岐点
Ｐに流れ込む。そこで、図３（Ｂ）の各時刻について発
電電圧Ｖｍが電源電圧Ｅより小さい場合と大きい場合と
に分けて説明する。

【００３３】（Ａ）時刻ｔ１から時刻ｔ２ ロジック回路２６は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、ＢＨ
及びＡＬ端子をＨレベルとし、ＡＨ及びＢＬ端子をＬレ
ベルとする。 発電電圧Ｖｍが電源電圧Ｅより小さい場合 スイッチング素子Ｑ２及びＱ３はＯＮとなり、スイッチ
ング素子Ｑ１及びＱ４はＯＦＦとなるので、ドライバ１
０には、図５の実線矢印で示すように、分岐点Ｐ→スイ
ッチング素子Ｑ３→マイナス端子Ｍ−→プラス端子Ｍ＋
→スイッチング素子Ｑ２→ＧＮＤの経路で電流が流れ
る。 発電電圧Ｖｍが電源電圧Ｅより大きい場合 スイッチング素子Ｑ２及びＱ３はＯＮとなり、スイッチ
ング素子Ｑ１及びＱ４はＯＦＦとなるので、ドライバ１
０には、図６の実線矢印で示すように、上記の発電電圧
Ｖｍが電源電圧Ｅより小さい場合とは逆方向に、マイナ
ス端子Ｍ−→スイッチング素子Ｑ３（ソースからドレイ
ンに流れる）→分岐点Ｐ→電源回路１２→ＧＮＤ→スイ
ッチング素子Ｑ２（ソースからドレインに流れる）→プ
ラス端子Ｍ＋の経路で電流が流れる。このとき、分岐点
Ｐでの電圧は、例えば、電源電圧Ｅを１４１（Ｖ）とし
た場合に、食器棚Ｏに食器を満載したことを想定する
と、３００（Ｖ）を超える電圧値となる場合もある。

【００３４】（Ｂ）時刻ｔ２から時刻ｔ３ ロジック回路２６は、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間、各端
子をＬレベルとする。 発電電圧Ｖｍが電源電圧Ｅより小さい場合 スイッチング素子Ｑ２及びＱ３はＯＦＦとなり、電源回
路１２から直流モータＭへ電流供給は絶たれるが、直流
モータＭの電機子のインダクタンスによって直ぐには０
とならず、プラス端子Ｍ＋→ダイオードＤ１→分岐点Ｐ
→電源回路１２→ＧＮＤ→ダイオードＤ４→マイナス端
子Ｍ−の経路で環流電流が流れ続けようとする。 発電電圧Ｖｍが電源電圧Ｅより大きい場合 時刻ｔ２から時刻ｔ３の間、ロジック回路２６は各端子
をＬレベルとするので、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３
はＯＦＦとなり直流モータＭへの電流供給は絶たれる
が、直流モータＭの電機子のインダクタンスによって直
ぐには０とならず、マイナス端子Ｍ−→ダイオードＤ３
→分岐点Ｐ→電源回路１２→ＧＮＤ→ダイオードＤ２→
プラス端子Ｍ＋の経路で環流電流が流れ続けようとする （Ｃ）時刻ｔ３から時刻ｔ４ ロジック回路２６は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、ＡＨ
及びＢＬ端子をＨレベルとし、ＢＨ及びＡＬ端子をＬレ
ベルとする。発電電圧Ｖｍが電源電圧Ｅより小さい場合
及び大きい場合共に、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４は
ＯＮとなり、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３はＯＦＦと
なるので、ドライバ１０には、分岐点Ｐ→スイッチング
素子Ｑ１→プラス端子Ｍ＋→マイナス端子Ｍ−→スイッ
チング素子Ｑ４→ＧＮＤの経路で電流が流れる。

【００３５】（Ｄ）時刻ｔ４から時刻ｔ５ 時刻ｔ４から時刻ｔ５の間、ロジック回路２６は各端子
をＬレベルとするので、発電電圧Ｖｍが電源電圧Ｅより
小さい場合及び大きい場合共に、スイッチング素子Ｑ１
及びＱ４はＯＦＦとなり直流モータＭへの電流供給は絶
たれるが、直流モータＭの電機子のインダクタンスによ
って直ぐには０とならず、マイナス端子Ｍ−→ダイオー
ドＤ３→分岐点Ｐ→電源回路１２→ＧＮＤ→ダイオード
Ｄ２→プラス端子Ｍ＋の経路で環流電流が流れ続けよう
とする。

【００３６】従って、直流モータＭを逆転させる場合に
は、ＢＨ及びＡＬ端子のＨレベルの時間幅がＡＨ及びＢ
Ｌ端子の時間幅より大きく、Ｈブリッジ回路１４から直
流モータＭに供給される電流はマイナス端子Ｍ−側から
プラス端子Ｍ＋側に流れる方が支配的であるので、直流
モータＭは逆転し物体Ｏを図１の矢印ＤＷ方向へ移動さ
せる。

【００３７】（３）停止時 図３（Ｃ）は、直流モータＭをそれぞれ正転又は逆転か
ら停止させる場合のロジック回路２６の各端子の信号を
示している。

【００３８】次に、ドライバ１０のフィードバックルー
プについて説明する。

【００３９】上記の式（１）、式（２）及び式（４）か
ら、モータ電圧は次式（５）となる。

【００４０】

【数５】

【００４１】ここで、Ｇｐ、Ｇｄは、１＜＝Ｇｐ・Ｇｄ
となるように設定されており、（１／Ｇｐ・Ｇｄ）はほ
ぼ０であるので、上記式（５）は、（モータ電圧）＝
（１／Ａ）・Ｔと近似することができる。従って、フィ
ードバックにより、目標電圧Ｔに比例したモータ電圧と
なるように制御されることになる。

【００４２】（１）正転時 目標電圧Ｔ＞０（Ｖ）を与えると、それに比例したモー
タ電圧＞０（Ｖ）となり直流モータＭは正転する。 （２）逆転時 目標電圧Ｔ＜０（Ｖ）を与えると、それに比例したモー
タ電圧＜０（Ｖ）となり直流モータＭは逆転する。 （３）停止時 目標電圧Ｔ＝０（Ｖ）を与えると、モータ電圧＝０
（Ｖ）となり直流モータＭは停止する。

【００４３】正転時、逆転時共に直流モータＭの発電電
圧Ｖｍが電源電圧Ｅより小さい場合は電源電圧の上昇は
ないが、直流モータＭの発電電圧Ｖｍが電源電圧Ｅより
大きい場合は、上述したように、分岐点Ｐでの電圧は電
源電圧Ｅより上昇してしまう。このような場合でも、上
述したフィードバックループの動作により、モータ電圧
は一定に保たれるが、このフィードバックループは電源
電圧の上昇をくい止める力は持ち得ていない。何故なら
ば、上記式（３）は、電源電圧Ｅが上昇したときにもｔ
_on1、ｔ_on2が自動的に制御され、モータ電圧は一定に保
たれるが、電源電圧Ｅは自由な値を取り得てしまうから
である。

【００４４】本実施形態では、逆転時に直流モータＭの
発電電圧Ｖｍが電源電圧Ｅより大きくなり、電源電圧の
上昇が発生するが、以下にそのときの動作を説明する。

【００４５】今、目標電圧Ｔ＜０（Ｖ）の電圧が与えら
れ、モータ電圧＜０（Ｖ）となると、直流モータＭは逆
転を開始し、食器を満載した食器棚Ｏは自重も加わり図
１の矢印ＤＷの方向へ急速に移動し始めようとする。

【００４６】このとき、上述したように分岐点Ｐでの電
圧は、電源電圧Ｅより上昇して、Ｈブリッジ回路１４及
び電源回路１２を構成する部品に耐圧上の大きな負担を
与えようとする。しかも、下降時間（ＤＷ端子にＨレベ
ル信号が入力されている時間）は長いので、この状態を
放置するとこれらの構成部品の破損につながる。しかし
ながら、本実施形態では、電源電圧検出回路２０を備え
ており、分岐点Ｐでの電圧をＰ（Ｖ）、ツェナーダイオ
ードＤ５〜Ｄ７を合計したツェナー降伏電圧を分岐点Ｐ
の電圧よりα（Ｖ）だけ高い（Ｅ＋α）Ｖ、抵抗Ｒ５の
抵抗値をＲ５とすると、電源電圧検出回路２０はコンデ
ンサＣ２に接続されているので、コンデンサＣ２には、
｛Ｐ−（Ｅ＋α）｝／Ｒ５の電流が流れ込み、コンデン
サＣ２の両端電圧を急激に上昇させる。これは、マイナ
ス端子Ｍ−の平均電圧が大きく増加したことを意味し、
式（１）からフィードバック電圧Ｆは大きな負の値とな
り、誤差増幅回路２２から出力される誤差電圧Ｙは正の
大きな値となるので、ＰＷＭ回路２４は正転方向のデュ
ーティを増加する信号をロジック回路２６へ出力する。
ロジック回路２６はスイッチング素子Ｑ２及びＱ３のＯ
Ｎ時間比率を減少させ、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４
のＯＮ時間比率を増加させる。これにより、直流モータ
Ｍに供給される電流は正転方向に増加する。換言すれ
ば、図３（Ｂ）に示したＢＨ及びＡＬ端子の時刻ｔ１か
ら時刻ｔ２の時間間隔幅は狭くなり、ＡＨ及びＢＬ端子
の時刻ｔ３から時刻ｔ４の時間間隔幅は広くなる。この
ため、直流モータＭの逆転方向の回転速度が急速に低下
するので、発電電圧Ｖｍも急速に低下し、分岐点Ｐでの
電圧上昇を抑える。

【００４７】このように、本実施形態では、電源電圧検
出回路２０からのフィードバックによって、直流モータ
Ｍは正転方向の電圧が増加し、分岐点Ｐでの電圧は（Ｅ
＋α）Ｖを超えることはなくなり、電源回路１２及びＨ
ブリッジ回路１４を構成する部品に耐圧上のストレスを
与えることを回避することができる。なお、ツェナーダ
イオードＤ５〜Ｄ７の合計降伏電圧を電源電圧Ｅ（Ｖ）
よりα（Ｖ）だけ高くしたのは、これらの構成部品は通
常、電源電圧Ｅ（Ｖ）より高い耐圧を有しているので、
この耐圧を考慮したものである。

【００４８】（３）停止時 今、ＵＰ端子又はＤＷ端子がＨレベルの状態（直流モー
タＭが正転又は逆転している状態）からＬレベルの状態
とし、目標電圧Ｔ＝０（Ｖ）が与えられると、モータ電
圧＝０（Ｖ）となるように制御がかかる。これにより、
直流モータＭは停止し、食器棚Ｏはその位置に停止しよ
うとするが慣性が働くので、直ぐには停止しない。この
とき、例えば、図３（Ｃ）の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間
のように、直流モータＭが発電機として機能する場合が
ある。しかしながら、この場合には、発電電圧Ｖｍも小
さく、かつ、上述した下降時間に比べ時刻ｔ２から時刻
ｔ３の間の時間幅は小さいので、電源回路１２及びＨブ
リッジ回路を構成する部品に与える耐圧上の影響はほと
んど無視することができる。

【００４９】以上のように、本実施形態では、直流モー
タＭの回転方向に対して食器棚Ｏの荷重が掛かっている
場合には、環流電流により電源回路１２に電流が流れ込
むタイミングはあっても、直流モータＭで電力が消費さ
れるので、分岐点Ｐの電圧はＥ（Ｖ）より上昇すること
はない。しかしながら、逆転時に直流モータＭの回転を
早める方向に外部から力が掛かり、直流モータＭから電
源回路１２に電流が流れ込むようになると、分岐点Ｐの
電圧は上昇しようとする。本実施形態では、この上昇し
ようとする電圧を電源電圧検出回路２０を介して電圧降
下させ、モータ電圧検出回路１６のコンデンサＣ７の両
端電圧に回生するようにしたので、食器棚Ｏの下降スピ
ードは遅くなり、分岐点Ｐでの電圧がツェナーダイオー
ドＤ５〜Ｄ７で設定したツェナー降伏電圧の合計を超え
ることがなくなる。従って、従来技術のように電圧維持
回路１１０を備えなくても、電源回路１２及びＨブリッ
ジ回路１４を構成する部品の耐圧を損なうことはない。
また、放熱フィン等のヒートシンクが不要となり、ツェ
ナーダイオードＤ５〜Ｄ７及び抵抗Ｒ５だけの構成部品
で分岐点Ｐでの電圧を所定電圧（Ｅ＋α）Ｖ以下に維持
することができるので、ドライバ１０の小型化及び低価
格化を図ることができる。更に、下降時に何らかの力が
食器棚Ｏに加わって分岐点Ｐでの電圧を上昇させた場合
にも、電源電圧検出回路２０によるフィードバックが働
くので、安全性にも優れたドライバを実現することがで
きる。

【００５０】（第２実施形態）次に、本発明に係る直流
モータ駆動回路を適用した第２の実施の形態について説
明する。本実施形態は、逆転時のみならず正転時にも直
流モータＭが発電機として働き、分岐点Ｐの電圧を上昇
させる場合に対応した直流モータ駆動回路の例である。
なお、本実施形態において、第１実施形態と同一の箇所
には同一の符号を付しその説明を省略し、異なる箇所に
ついてのみ説明する。

【００５１】図７に示すように、本実施形態では、車両
Ｖの両端にバネＳＰ１とＳＰ２とが固定されており、バ
ネＳＰ１及びバネＳＰ２の他端はそれぞれ壁Ｗ１、Ｗ２
に固定されている場合を想定する。車両Ｖは直流モータ
Ｍにより、正転の場合には前進方向（図７の矢印Ｆ方
向）、逆転の場合には後進方向（図７の矢印Ｒ方向）に
移動する。このような系において、壁Ｗ１及びＷ２の中
心Ｃに載置された車両Ｖを外部からの力により中心Ｃか
ら矢印Ｒ方向に強制的に移動させると、車両Ｖに対して
バネＳＰ１の反発力とバネＳＰ２の収縮力とが働く状態
となる。今、外部からの力を取り除いたときに、直流モ
ータＭを正転させる信号が入力されると、バネＳＰ１の
反発力とバネＳＰ２の収縮力により直流モータＭは速く
回転することになるので、発電機として働くことが想定
される。また、バネＳＰ１が伸び、バネＳＰ２が収縮し
たときに、直流モータＭを逆転させる信号が入力される
ときにも、バネＳＰ１の収縮力とバネＳＰ２の反発力に
より直流モータＭは速く回転することになるので、第１
実施形態で説明したと同様に、直流モータＭは発電機と
して働くことが想定される。本実施形態は、このような
状態でも電源回路１２及びＨブリッジ回路１４を構成す
る部品に耐圧上のストレスを与えることのない直流モー
タ駆動回路としたものである。

【００５２】図８に示すように、直流モータ駆動回路と
してのドライバ１１は、切替手段としてのスイッチ回路
３０を備えている。スイッチ回路３０は、正転指示がな
されると（Ｆ端子がＨレベルになると）、電源電圧検出
回路２０の抵抗Ｒ５がモータ電圧検出回路１６の抵抗Ｒ
６の他端に接続され、逆転指示がなされると（Ｒ端子が
Ｈレベルになると）、抵抗Ｒ５が抵抗Ｒ６の他端に接続
される回路である。このスイッチ回路３０は、例えば、
図９に示すように、トランジスタＱ８〜Ｑ１１、抵抗Ｒ
２４〜Ｒ３１等で構成することができる。

【００５３】本実施形態のフィードバックについて第１
実施形態との重複を避け簡単に説明すれば、直流モータ
Ｍの逆転時に分岐点Ｐの電圧が電源電圧より上昇したと
きは第１実施形態の場合と同様であり、直流モータＭの
正転時に分岐点Ｐの電圧が電源電圧より上昇してＰ
（Ｖ）となるときは、電源電圧検出回路２０はコンデン
サＣ１に接続されているので、コンデンサＣ１には、
｛Ｐ−（Ｅ＋α）｝／Ｒ５の電流が流れ、コンデンサＣ
１の両端電圧を上昇させる。これにより、フィードバッ
ク電圧Ｆは直ちに大きな正の値となり、誤差増幅回路２
２から出力される誤差電圧Ｙは大きな負の値となるの
で、ＰＷＭ回路２４は逆転方向のデューティを増加する
信号をロジック回路２６へ出力する。ロジック回路２６
はスイッチング素子Ｑ１及びＱ４のＯＮ時間比率を減少
させ、直流モータＭに印加される電圧は逆転方向の電圧
が増加することとなる。このため、直流モータＭは正転
方向で低速で回転し、図７の矢印Ｆ方向への移動速度は
小さくなる。このように、電源電圧検出回路２０からの
フィードバックによって、直流モータＭの回転速度が低
下し発電電圧Ｖｍは小さくなるので、分岐点Ｐでの電圧
は（Ｅ＋α）Ｖを超えることはなくなる。

【００５４】このように、本実施形態においても、第１
実施形態と同様に、従来技術の電圧維持回路１１０を備
えなくても、電源回路１２及びＨブリッジ回路１４の耐
圧を損なうことない。また、放熱フィン等のヒートシン
クが不要となり、ツェナーダイオードＤ５〜Ｄ７及び抵
抗Ｒ５で分岐点Ｐでの電圧を所定電圧に維持することが
できるので、ドライバ１０の小型化及び低価格化を図る
ことができる。更に、前進時又は後進時に何らかの力が
車両Ｖに働いて直流モータＭを速く回転させて分岐点Ｐ
での電圧を上昇させた場合にも、電源電圧検出回路２０
によるフィードバックが働くので、安全性にも優れたド
ライバを実現することができる。

【００５５】なお、以上の実施形態では、電源電圧検出
回路２０のフィードバック先を抵抗Ｒ７の他端、又は、
抵抗Ｒ６の他端及び抵抗Ｒ７の他端とした例を挙げた
が、分岐点Ｐの電圧が（Ｅ＋α）Ｖより高くなろうとす
るときに、ロジック回路２６からの出力を直流モータＭ
の正転動作中は逆転方向に、逆転動作中は正転方向に電
流を増加させるようにすればよいので、フィードバック
先はモータ電圧検出回路１６に限らず、誤差増幅回路２
２又はＰＷＭ回路２４にフィードバックするようにして
もよい。

【００５６】また、以上の実施形態では、ツェナーダイ
オードＤ５〜Ｄ７の３本使用した例について説明した
が、電源電圧検出回路２０では（Ｅ＋α）Ｖまで分岐点
Ｐの電圧を電圧降下させればよいので、ツェナーダイオ
ードの本数に影響されることはなく、また、ツェナーダ
イオードに限られるものでもない。

【００５７】また、以上の実施形態では、説明を簡単に
するために、目標電圧Ｔ、フィードバック電圧Ｆ、誤差
電圧Ｙをそれぞれ０（Ｖ）を基準にした例について説明
したが、例えば、６（Ｖ）を基準とした正の片電圧のみ
を使用すれば、両電圧（＋側及び−側）を使用する場合
に比べ構成部品数を減少させることができるので、ドラ
イバ１０、１１の小型化、軽量化を図ることができる。
図１０は、このような回路例を示したものである。な
お、６（Ｖ）を基準とした片電圧を使用する場合には、
式（１）及び式（２）に代えて次式（６）を使用すれば
よい。

【００５８】

【数６】

【００５９】更に、以上の実施形態では、ロジック回路
２６の各端子のＨレベル及びＬレベル信号を図３に示し
た場合について説明したが、例えば、図１１及び図１２
に示すようにしてもよい。これらの場合にも図３に示し
た場合と同様に、分岐点Ｐでの電圧上昇を生じるので、
上述したフィードバックにより分岐点Ｐでの電圧上昇を
抑えることができる。

【００６０】更にまた、以上の実施形態では、直流モー
タＭの電圧を検出してフィードバックする例を説明した
が、直流モータＭに流れる電流、直流モータＭの回転ス
ピード、食器棚Ｏや車両Ｖ等の被動作物のスピードを検
出して、フィードバックするようにしても、同様の効果
を得ることができる。

【００６１】また更に、以上の実施形態では、スイッチ
ング素子にＮチャンネル型パワーＭＯＳＦＥＴを使用し
た例について説明したが、スイッチング素子はＮチャン
ネル型パワーＭＯＳＦＥＴに限定されることなく、例え
ば、Ｐチャンネル型パワーＭＯＳＦＥＴやパワートラン
ジスタを使用するようにしてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直流モータが発電機として作用し、Ｈブリッジ回路に印
加される電源電圧値が予め設定された設定電圧値を超え
たときに、ＰＷＭのデューティを変化させるフィードバ
ックループを備えたので、直流モータが発電機として作
用する方向とは反対方向の電流が増加し、直流モータの
回転速度が低下することから、Ｈブリッジ回路に直流モ
ータから印加される電圧は設定電圧値を超えることがな
くなる、という効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直流モータ駆動回路が適用される
第１実施形態の食器棚昇降装置の概略図である。

【図２】食器棚昇降装置のドライバの回路図である。

【図３】ドライバのロジック回路のＢＨ、ＡＨ、ＡＬ及
びＢＬ端子のタイミングチャートであり、（Ａ）は直流
モータの正転時、（Ｂ）は逆転時、（Ｃ）は停止時の各
端子のＨレベル及びＬレベルタイミングを示したもので
ある。

【図４】直流モータ正転時のドライバに流れる電流方向
を示した説明図である。

【図５】逆転時の直流モータの発電電圧が電源電圧より
小さい場合のドライバに流れる電流方向を示した説明図
である。

【図６】逆転時の直流モータの発電電圧が電源電圧より
大きい場合のドライバに流れる電流方向を示した説明図
である。

【図７】本発明に係る直流モータ駆動回路が適用される
第２実施形態の系の概略図である。

【図８】第２実施形態のドライバの回路図である。

【図９】第２実施形態のドライバのスイッチ回路の回路
図である。

【図１０】６Ｖを基準に片電圧を用いたドライバの回路
図である。

【図１１】ドライバのロジック回路のＢＨ、ＡＨ、ＡＬ
及びＢＬ端子の他のタイミングチャートであり、（Ａ）
は直流モータの正転時、（Ｂ）は逆転時、（Ｃ）は正転
から停止時、（Ｄ）は逆転から停止時の各端子のＨレベ
ル及びＬレベルタイミングを示したものである。

【図１２】ドライバのロジック回路のＢＨ、ＡＨ、ＡＬ
及びＢＬ端子の別のタイミングチャートであり、（Ａ）
は直流モータの正転時、（Ｂ）は逆転時、（Ｃ）は正転
から停止時、（Ｄ）は逆転から停止時の各端子のＨレベ
ル及びＬレベルタイミングを示したものである。

【図１３】従来技術のドライバの回路図である。

【符号の説明】

１０ ドライバ（直流モータ駆動回路） １２ 電源回路 １４ Ｈブリッジ回路 １６ モータ電圧検出回路 １８ 目標設定回路 ２０ 電源電圧検出回路 ２２ 誤差増幅回路 ２４ ＰＷＭ回路 ２６ ロジック回路 ３０ スイッチ回路（切替手段） Ｍ 直流モータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＰＷＭ制御によるＨブリッジ回路を用い
   て直流モータを駆動する直流モータ駆動回路において、
   前記Ｈブリッジ回路に印加される電源電圧値が予め設定
   された設定電圧値を超えたときに、前記ＰＷＭのデュー
   ティを変化させるようにフィードバックするフィードバ
   ックループを備えたことを特徴とする直流モータ駆動回
   路。
2. 【請求項２】 前記設定電圧値は、ツェナーダイオード
   のツェナー降伏電圧により設定されることを特徴とする
   請求項１に記載の直流モータ駆動回路。
3. 【請求項３】 前記設定電圧値は、前記電源電圧値より
   大きく、かつ、前記Ｈブリッジ回路の耐電圧値より小さ
   いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の直流
   モータ駆動回路。
4. 【請求項４】 前記フィードバックループは、少なくと
   も前記直流モータが正転動作中は逆転方向の電流を増加
   させるようにフィードバックするフィードバックループ
   及び前記直流モータが逆転動作中は正転方向の電流を増
   加させようにフィードバックするフィードバックループ
   のいずれか一方であることを特徴とする請求項１乃至請
   求項３のいずれか１項に記載の直流モータ駆動回路。
5. 【請求項５】 更に、前記直流モータが正転動作中は逆
   転方向の電流を増加させるように、前記直流モータが逆
   転動作中は正転方向の電流を増加させように前記フィー
   ドバックループを切り換える切替手段を備えたことを特
   徴とする請求項４に記載の直流モータ駆動回路。