JP2544582B2

JP2544582B2 - モ―タ駆動回路

Info

Publication number: JP2544582B2
Application number: JP6048303A
Authority: JP
Inventors: 英男西島; 勇夫福島; 康功小堀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH0795794A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多相直流モータの各相電
流切り換え回路に関し、特にその電流量が可変される場
合に好適な電流切り換え回路を有するモータ駆動回路に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電流切り換え回路は、一般に、いくつか
の半導体スイッチを並列に接続し、所望のタイミングで
これらを切り換えることによって、動作させている。

【０００３】ここで、従来の電流切り換え回路の一例を
ブラシレスモータ駆動回路を例に図１を用いて説明す
る。同図において、１は電流量が制御可能な電流源、２
・３は電流源１の切り換え用トランジスタ、４は電流
源、５〜８はトランジスタ、９・１０は抵抗、１１・１
２はステータコイル、１３はロータマグネット、１４は
ロータマグネット１３の回転位相を検出するホール素
子、１５・１６は電圧源である。

【０００４】ステータコイル１１・１２に流れる電流に
よって、ロータマグネット１３に回転力が働く構成とな
っており、この回転位相をホール素子１４により検出す
る。このホール素子１４の出力を電流源４とトランジス
タ５・６及びコレクタ抵抗９・１０より成る差動増幅器
で増幅したのち、電流切り換え用トランジスタ２・３の
ベースに印加される。これにより、電流源１の電流はト
ランジスタ２または３を介してトランジスタ８または７
のベース電流として供給され、トランジスタ８または７
で増幅された電流がステータコイル１２または１１に供
給される。この様に適当なタイミングでステータコイル
１１・１２に流れる電流を切り換えることで一方向に連
続して回転をしつづける。

【０００５】図２に図１に示す回路の主要部分の動作波
形を示す。波形（イ）、（ロ）はホール素子１４の出力
波形を示し、これを差動増幅器を構成するトランジスタ
５・６のベースに入力される。波形（ハ）、（ニ）はこ
の差動増幅器の出力波形を示し、コレクタ抵抗９・１０
の一方の端子及び電流切換えトランジスタ２・３のベー
ス入力の接続点の波形を示す。この切り換え制御信号
（ハ）・（ニ）によって電流源１の電流はトランジスタ
２または３を介してトランジスタ８または７のベースに
供給され、そのコレクタ電流は波形（ホ）・（ヘ）と成
る。

【０００６】ここで、一般に、電流源１の電流量を制御
することによってステータコイル１１・１２に流れる電
流量を可変してロータマグネットの回転速度を制御す
る。この様に、電流源１の電流量が可変され、切り換え
回路用トランジスタ２・３に流れる電流量が可変される
場合が多い。この時、図１に示す様に、トランジスタ２
・３に流れる電流量の変化に対して、常に一定振幅のベ
ース制御信号を入力して切り換え様とする場合には、最
大電流値に対しても充分に切り換え回路が動作するよう
に大振幅のベース制御信号を入力する必要がある。しか
しながらこの様に設計した場合には、比較的電流量が少
ない領域において、切り換え利得が大きく成りすぎる問
題が有る。これによって発振現象が生じるなどのトラブ
ルや、ステータコイル１１・１２の両端に大形なコンデ
ンサを必要とするなどの問題が生じていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点をなくし、比較的簡単な回路構成
で、入力電流量の変化に応じた最適な切り換え用トラン
ジスタのベース制御信号振幅を自動的に設定し、常に電
流切り換えを必要最小限の利得で実現できる電流切り換
え回路を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、入力電流量に比例した電流によって利
得及び出力動作範囲が制御される増幅器によって、電流
切り換え用トランジスタのベース制御信号を発生する手
段を設けるものである。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図３〜図８により
説明する。図３・図４に差動増幅器の一般的な特性を示
す。図３は図１中の一部を示し、同一個所は同一符号で
示す。同図において、差動増幅器の入・出力特性（Ｖｉ
ｎ，Ｉｏｕｔ）は図４に示す如く現わされる。同図は、
横軸に差動増幅器の入力電圧Ｖｉｎをとり、縦軸に出力
電流Ｉｏｕｔをとったもので有り、一方のトランジスタ
２または３のコレクタ電流Ｉｃ₁を示す。一般にＩｃ₁は
下数１で現わされる。

【００１０】

【数１】ｑ：電子の電荷量ｋ：ボルツマン定数Ｔ：絶対温度ここで、ｋＴ／ｑは約２６ｍＶであり、上数１よりＩｃ
₁の電流をＩ₀の約１／１０にするにはＶｉｎ＝６０ｍＶ
程度必要である。この事より上記差動増幅器を構成する
トランジスタ２・３をスイッチ回路として使用した場合
に、電流源１の電流値Ｉ₀が制御され変化するとその必
要切り換え入力信号（Ｖｉｎ）も変化する。すなわち、
スイッチ回路として使用するトランジスタ２・３のｏｆ
ｆ状態の電流値を、たとえば１μＡ以下と設定するなら
ば、Ｉ₀＝１００μＡ時にはＶｉｎ≒１２０ｍＶ以上が
必要であり、Ｉ₀＝１ｍＡ時にはＶｉｎ≒１８０ｍＶ以
上が必要となる。この様に、トランジスタで差動スイッ
チ回路を構成する場合、その入力電流量に比例してスイ
ッチ回路の制御入力（Ｖｉｎ）を制御することが望まし
い。

【００１１】以下、本発明の具体的な実施例を図５・図
６により説明する。図１・図３と同一個所は同一符号で
示す。１７・１８はトランジスタ、１９・２０は抵抗、
２１は可変電流を示す。ここで、トランジスタ１７・抵
抗１９・可変電源２１は電流源１を構成する。さらに、
トランジスタ１８・抵抗２０は電流源４を構成する。そ
の他各構成素子は図１に示す従来回路と同様の動作が行
なわれる。すなわち、ホール素子１４の出力を入力とし
たトランジスタ５・６及びトランジスタ１８・抵抗２０
より構成された差動増幅器で、ホール素子１４の出力を
増幅した後、スイッチ回路を構成するトランジスタ２・
３のベースに供給する。本発明の実施例では、この差動
増幅器の電流源（トランジスタ１８・抵抗２０で構成）
の電流量をスイッチ回路を構成するトランジスタ２・３
に入力される電流量（トランジスタ１７のコレクタ電流
量）に比例して変化する様に構成している。すなわち、
トランジスタ１７・１８のベースは共通に接続されて可
変電源２１により制御される。この様に構成すること
で、スイッチ回路を構成するトランジスタ２・３の共通
エミッタに供給される電流量に比例して、そのベースに
入力される切り換え信号の振幅が変化する。これは、ト
ランジスタ１７に流れる電流の変化に比例してトランジ
スタ１８の電流量も変化し、この結果、抵抗９・１０に
生じる信号振幅も比例して変化する。

【００１２】図６に図５の要部波形を示す。可変電源２
１が波形（１）の如く変化した時、ホール素子１４の出
力波形（２），（３）に対して、スイッチ回路を構成す
るトランジスタ２・３のベース入力波形は波形（４），
（５）に示す如く可変電源２１の変化に上って生じるト
ランジスタ１７・１８の電流量に比例して増加する。こ
の様にして、トランジスタ１７より供給されるモータ制
御用電流はスイッチ回路を構成するトランジスタ２・３
により安定に切り換えられて、トランジスタ７・８のベ
ース電流となる。この結果、コイル１１・１２に流れる
電流は波形（６），（７）となる。

【００１３】図７・図８に本発明の別な実施例を示す。
同図は本発明を３相モータの駆動回路に適用したもので
ある。同図で、２２〜２４はロータマグネット１３の回
転位相を検出するホール素子、２５〜２７はステータコ
イル、２８はバイアス電源、２９〜５３はトランジス
タ、５４〜５６は抵抗、５７はトランジスタ、５８は可
変抵抗を示す。

【００１４】ここで、ホール素子２２〜２４はロータマ
グネット１３の磁束を検出できる位置でかつそれぞれの
出力波形が１２０度の位相ずれを生じる関係に配置され
ている。すなわち、各ホール素子の一方の出力波形は図
８に示す波形（２），（３），（４）の様に成る。もち
ろん、他方の出力波形はこれらの波形に対して反転した
ものとなる。これらを入力したトランジスタ４１〜４
３，４４〜４６，４７〜４９で構成された差動増幅器に
入力される。次に、この差動増幅器を構成したトランジ
スタ４１〜４３，４４〜４６，４７〜４９のコレクタ出
力はそれぞれ互に接続されてコレクタ抵抗５４〜５６に
供給される。ここで、各抵抗５４〜５６に生じる電圧波
形は図８の波形（５），（６），（７）に示す如くな
る。また、ここに生じる電圧振幅はトランジスタ４３・
４６・４９に流れる電流量に比例する。そこで、この波
形（５），（６），（７）を入力とした３差動スイッチ
回路を構成するトランジスタ３８〜４０の共通エミッタ
に供給される電流（トランジスタ５１のコレクタ電流）
値に比例した電流をトランジスタ５２のコレクタ電流と
して取り出し、ダイオード接続されたトランジスタ５０
とトランジスタ４３・４６・４９の間でカレント・ミラ
ー回路を構成することで、本発明の主眼である差動スイ
ッチ回路に流れる電流量に比例した振幅を有した切り換
え信号をベース入力として供給することができる。さら
にこの電流量は、可変抵抗５８を制御してダイオード接
続したトランジスタ５３に流れる電流を制御し、このト
ランジスタ５３とトランジスタ５１・５２の間でカレン
ト・ミラー回路を構成することで得ている。この様にし
て３差動スイッチ回路（トランジスタ３８〜４０）で切
り換えられた電流はパワートランジスタ３２〜３４で電
流増幅されて、モータ駆動用のステータコイル２５〜２
７のシンク電流となる。一方、トランジスタ３５〜３７
で構成された３差動スイッチ回路も同様に、トランジス
タ５０とトランジスタ５７で構成されたカレントミラー
回路を介して供給された電流を切り換えて出力し、トラ
ンジスタ２９〜３１で電流増幅したのちモータ駆動用の
ステータコイル２５〜２７のソース電流となる。この様
にして、トランジスタ３２〜３４に流れる電流波形は図
８の波形（８）に示す３相波形となり合成した電流は可
変抵抗５８によって制御される。以上の様に、３差動ス
イッチ回路においても、同様にその共通エミッタに流れ
る電流量に比例した振幅を有した切り換え信号を各トラ
ンジスタのベース入力として供給することができる。

【００１５】本実施例はモータ駆動回路について述べた
が、同様の半導体素子で構成した差動スイッチ回路で、
そこに流れる電流量を制御する回路には広く適用できる
ことは言うまでもない。

【００１６】以上のように本発明によれば、特に、各ス
テータコイルに流れる電源切り換え過渡時の利得を必要
以上に大きくしなくても良く、切り換え時の発振等の問
題を発生することなく、同時に、過大な電流を流す必要
が有る場合にも充分な切り換え効果を得ることができ
る。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、差動スイッチ回路を構
成する複数のトランジスタの共通エミッタに流れる電流
量に比例して、各トランジスタのベースに入力される切
り換え信号振幅を変えることができるので、常に必要最
小限の切り換え信号振幅でスイッチ回路を動作させるこ
とができると同時に、過大な入力電流に対しても充分な
スイッチ効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のモータ駆動回路の一例を示す回路図であ
る。

【図２】図１の要部波形図である。

【図３】一般的な差動増幅器の回路図である。

【図４】図３の特性を示す特性図である。

【図５】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図６】図５の要部波形図である。

【図７】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図８】図７の要部波形図である。

【符号の説明】

１…電流源、２・３…トランジスタ、５・６…トランジスタ、９・１０…抵抗、１７・１８…トランジスタ、１９・２０…抵抗、２１…可変電源。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数極着磁されたロ−タマグネットと、該ロ−タマグネットを駆動する複数相のステ−タコイル
群と、該ステ−タコイル群の第１の電圧源への電流路を切り換
える第１のトランジスタ群と、前記ステ−タコイル群の第２の電圧源への電流路を切り
換える第２のトランジスタ群と、前記第１のトランジスタ群のベ−ス電流量を制御する第
１の電流源と、前記第２のトランジスタ群のベ−ス電流量を制御する第
２の電流源と、前記ロ−タマグネットの回転位相を検出する回転位相検
出手段と、該回転位相検出手段の出力を増幅する増幅器と、該増幅器の出力により前記第１及び第２の電流源と前記
第１及び第２のトランジスタ群の間に設けられた電流切
り換え回路群を用いて順次切り換えることにより連続し
たロ−タマグネットの回転を維持するように構成された
直流モ−タのモ−タ駆動回路であって、前記第１の電流源と第２の電流源の少なくとも一方の電
流量に応じて、前記増幅器の利得と出力信号の振幅の少
なくとも一方を可変とすることにより、前記電流切り換
え回路群の切り換え過渡期間の出力ベ−ス電流波形の傾
きを可変制御することを特徴とするモ−タ駆動回路。