JP2574244B2 - 直流モ−タ速度制御装置 - Google Patents

直流モ−タ速度制御装置

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JP2574244B2 JP61153119A JP15311986A JP2574244B2 JP 2574244 B2 JP2574244 B2 JP 2574244B2 JP 61153119 A JP61153119 A JP 61153119A JP 15311986 A JP15311986 A JP 15311986A JP 2574244 B2 JP2574244 B2 JP 2574244B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、低い電源電圧で動作可能な直流モータの速
度制御装置に関するものである。
従来の技術 トランジスタを用いた直流モータの速度制御装置は、
電子ガバナと称され、直流モータの回転速度に比例して
駆動コイルに発生する逆起電力と基準電圧とを誤差比較
し、その誤差電圧に応じた駆動電流によって駆動用トラ
ンジスタを制御して、直流モータの回転速度を一定に保
つ動作を実行するものである。
かかる電子ガバナを半導体集積回路内に集積化するの
に際し、好適な回路構成として、特開昭60−229687号で
提案されている。その回路構成を第2図に示す。
以下、第2図の従来の回路構成を参照しながら説明す
る。第2図において、1は直流モータ、2,5,6は抵抗、
3は電源、4は電源3のプラス電源端子、7は基準電圧
源、8は定電流源、9は電源3のマイナス電源端子、10
は可変抵抗、11は比較器、12は駆動用トランジスタであ
る。
この速度制御装置は、直流モータ1の一端を抵抗2を
介してプラス電源端子4に接続し、直流モータ1の他端
を駆動用トランジスタ12のコレクタに接続し、そのコレ
クタとプラス電源端子4との間に抵抗5と6との直列回
路を構成し、駆動用トランジスタ12のエミッタはマイナ
ス電源端子9に接続する。そして、直流モータ1の一端
に基準電圧源7を接続し、基準電圧源7と並列に可変抵
抗10を接続し、可変抵抗10の中間点を比較器11の反転入
力端に接続する。さらに、抵抗直列回路5,6の中間接続
点を比較器11の非反転入力端に接続し、比較器11の出力
端を駆動用トランジスタのベースに接続する。以上のよ
うに、直流モータの速度制御装置は構成される。
上述の第2図中の比較器11の具体的構成は、一般的
に、第3図示の回路を採用し、ダーリントン構成のトラ
ンジスタ対13,14および15,16のエミッタを共通接続した
差動増幅回路で主要部を構成し、そのエミッタ共通接続
点とマイナス電源端子9の間に定電流源用トランジスタ
19を接続し、トランジスタ14,16のコレクタ回路にはプ
ラス電源端子4に結合されたアクティブ負荷(トランジ
スタ17,18)を有する。そして、トランジスタ15のベー
スは第2図中の比較器11の非反転入力端に対応し、トラ
ンジスタ13のベースは比較器11の反転入力端に対応する
ものであり、トランジスタ13と15のベース間に印加され
る電圧を誤差比較し、誤差電圧に応じた出力電流をトラ
ンジスタ14と17のコレクタ結合点から出力する。例え
ば、トランジスタ13のベース電位に比べてトランジスタ
15のベース電位が高くなると、トランジスタ15と16のエ
ミッタ電流が増大する一方、トランジスタ13と14のエミ
タ電流が減少し、トランジスタ15のコレクタ電流をミラ
ー反転する電流ミラー回路(18,17)を通じて、出力電
流はトランジスタ17のコレクタから第2図中の駆動用ト
ランジスタ12のベースに出力される。
次に、第2図の従来回路の回路動作を説明する。直流
モータの逆起電力Eaは回転速度と比例関係にあり、この
種の速度制御装置は、基準電圧Vrcfと直流モータの逆起
電力Eaとを誤差比較し、その誤差電圧に応じた電流出力
で直流モータを駆動することにより、直流モータの回転
速度を一定に制御する。更に詳しく言えば、基準電圧Vr
efは、基準電圧源7の端子間電圧を可変抵抗10で分圧し
て、可変抵抗10中間点から出力し、比較器11の非反転入
力端に入力され、直流モータ1の逆起電力Eaは抵抗5と
6の直列回路で分圧して、比較器11の非反転入力端に入
力し、比較動作に応じた比較器11の出力電圧を駆動用ト
ランジスタ12のベースに印加し、駆動用トランジスタ12
のコレクタ電流で直流モータ1を駆動し、直流モータ1
の逆起電力を比較器11の入力に負帰還して、逆起電力が
一定になるように制御する。
例えば、モータ負荷の外乱によって、直流モータ1の
回転速度が低下した場合、直流モータ1の逆起電力Eaが
低下し、駆動用トランジスタ12のコレクタ電位が上昇
し、比較器11の非反転入力端の電位が上昇し、駆動用ト
ランジスタ12のベースへの供給電流を増大させる方向に
機能する。そして、駆動用トランジスタ12のコレクタ電
流が増大することによって、直流モータ1の電機子電流
Iaを増大させ、回転速度を高める方向に制御し、比較器
11の2つの入力電圧が均衡するように制御される。な
お、基準電圧源7の端子間電圧を分圧する可変抵抗10
は、所望する回転速度に応じた基準電圧Vrefに設定する
ものであり、回転速度の設定を調整可能にするものであ
る。
発明が解決しようとする問題点 上記従来の回路構成では、その中の回路ブロックのう
ちで第3図で図示した比較器11の最低動作電源電圧が最
大であり、1.5〔V〕以上の電源電圧でなければ動作不
能になる。なぜならば、トランジスタ15,16のベース・
エミッタ間の順方向電圧VBE15,VBE16をそれぞれ0.7
〔V〕とし、定電流源用トランジスタ19の飽和電圧VSA
T19を0.2〔V〕とし、トランジスタ15が動作するベース
最低電位をVB(min)15とすると、 VB(min)15=VSAT19+VBE15+VBE16 =0.2+0.7+0.7 =1.6〔V〕 ……(1) となり、電源電圧は少なくとも(1)式以上なければ、
比較器11は動作せず、速度制御装置全体の最低動作電源
電圧がこれによって決まってしまう。
ところで、近年、あらゆる電子機器はポータブル化を
進めており、乾電池を電源として動作させる必要があ
り、電子機器の軽量化を図るため、できる限り少ない個
数の乾電池で動作することが望まれる。このことは電子
ガバナとて例外ではない。ところが、従来の直流モータ
の速度制御装置では、上述したように1.5〔V〕以上の
電源電圧でなければ動作せず、1.5〔V〕の乾電池が最
低2個必要である。しかし、乾電池1個の低い電源電圧
からDC−DCコンバータを用いて昇圧し、第2図中のプラ
ス電源端子4とマイナス電源端子9との間に昇圧した出
力電圧を印加する単純な手段を用いたのでは、直流モー
タ1の駆動電流(200mA)を賄うのに大型のDC−DCコン
バータを必要とし、電源効率が悪くなることが問題であ
った。また、乾電池から供給する電圧は経時的な変化が
大きく、最低動作電源電圧との間に余裕がなければ、高
めの電源電圧で動作不能になり、長時間の使用が困難で
あることも問題であった。
本発明は、このような不都合を排除したもので、少な
い消費電流で効率良く動作し、乾電池1個の動作であっ
ても、余裕を持って動作する直流モータの速度制御装置
を提供するものである。
問題点を解決するための手段 本発明の直流モータ速度制御装置は、直流モータ
(1)の一端にコレクタが接続された駆動用トランジス
タ(12)のエミッタと前記直流モータの他端との間に電
源電圧を供給する乾電池(20)と、第1の電源端子にコ
レクタ回路を結合したダーリントン構成のトランジスタ
対(13,14および15,16)のエミッタを共通接続し、第2
の電源端子に結合された定電流源用トランジスタで前記
エミッタ共通接続点の動作電流を設定する差動増幅回路
から成り、前記直流モータの駆動コイルで発生する逆起
電力と基準電圧とを比較し、誤差電圧に応じた出力電流
を前記トランジスタのベースに与える比較器(11)とを
備え、前記駆動用トランジスタのコレクタから前記比較
器の入力に負帰還する直流モータの制御装置において、 前記乾電池(20)の電源電圧が入力されるDC−DCコン
バータ(22)の出力電圧を昇圧すると共に、その出力電
圧を前記差動増幅回路の第1,第2の電源端子に印加する
ことを特徴とする構成である。
作 用 上記構成により、駆動用トランジスタ12のベースを駆
動する比較器11の電源端子間の電圧がDC−DCコンバータ
22で昇圧されるため、比較器をリニア動作させる電源マ
ージンが大きくなり、乾電池から供給される電源電圧が
大幅に低下しても、直流モータの逆起電力と基準電圧と
の比較動作がなされ、例え乾電池1個の動作であって
も、直流モータの回転速度を長時間安定に制御できる。
それに加えて、直流モータ1を乾電池からの電源供給
で直接駆動するため、DC−DCコンバータ22の負荷が小さ
くなり、電源効率を損なわない。
実施例 以下に、本発明に係わる一実施例の直流モータ速度制
御装置について、第1図を参照しながら説明する。
第1図において、第2図の従来回路と異なる点は、直
流モータ1の電源供給源を乾電池20とし、駆動用トラン
ジスタ12のエミッタを乾電池20のマイナス電源端子9に
接続し、DC−DCコンバータ22のプラス出力端子を乾電池
20のプラス電源端子4に接続し、基準電圧源7に接続さ
れた定電流源8の一端をDC−DCコンバータ22のマイナス
出力端子21に接続する。そして、乾電池20から供給され
る電源電圧によってDC−DCコンバータ22を動作させ、比
較器11の電源端子間にDC−DCコンバータ22の出力電圧を
供給したことであり、DC−DCコンバータ22の出力電圧は
入力側の電源電圧を昇圧して用いる。
この回路構成の速度制御装置において、直流モータ1
の逆起電力をEa、直流モータ1の電機子電流をIa、モー
タの内部抵抗をRaとし、基準電圧源7の端子間電圧を可
変抵抗10で分圧した電圧をVref、定電流源8の電流値を
Ir、抵抗2,5,6の抵抗値をそれぞれR2,R5,R6、モータの
発電定数をKaとして、R5/R6=R2/Raに設定すれば、直流
モータ1の回転速度Nは となり、直流モータ1の回転速度は一定になるように制
御される。
次に、直流モータ1が1.5〔V〕の低い電源電圧でも
十分に動作することを証明する。この回路が動作してい
る状態を考えると、乾電池20の端子間に抵抗2,直流モー
タ1ならびに駆動用トランジスタ12が直列接続されてい
るので、トランジスタ12のコレクタ・エミッタ間電圧を
VCE12とすれば、乾電池20から供給される電源電圧V20
との関係は、 V20=Ia・R2+Ea+Ia・Ra+VCE12 ……(3) で求められ、電機子電流Iaは上記(3)式から Ia=(V20−Ea−VCE12)/(R2+Ra) ……(4) となる。ここで、乾電池20からの電源供給によって、こ
の回路が動作する電源電圧V20の下限値は、駆動用トラ
ンジスタ12が飽和状態にならずに制御可能な限界を考え
ればよい。そこで、下限の電源電圧V20を1〔V〕、ト
ランジスタ12が飽和状態のコレクタ・エミッタ間電圧を
0.2〔V〕とし、Ra=2〔Ω〕、R2=0.2〔Ω〕、Ea=0.
3〔V〕とし、上記(4)式に代入すれば、 Ia=(1−0.3−0.2)/(0.2+2)=0.227〔A〕 となり、下限の電源電圧V20=1〔V〕における最大の
電機子電流Iaが求まる。そして、直流モータ1のトルク
定数をTaとすれば、駆動トルクTは下式で表せる。
T=Ta・Ia ……(5) 上記(5)式より、駆動トルクTは電機子電流Iaと比
例関係にあり、実験で求めたトルク定数Ta=22〔g cm/
A〕と、最大の電機子電流Iaを(5)式に代入し、下限
の電源電圧V20=1〔V〕における最大駆動トルクTを
求めると、 T=22×0.227=5〔g cm〕 となる。ところで、直流モータの駆動トルクは通常3
〔g cm〕以上あればよいので、直流モータを駆動する電
源電圧として、1〔V〕でも十分な駆動トルクを得るこ
とができる。従って、比較器11の電源端子間の電圧をDC
−DCコンバータ22で昇圧して動作させれば、比較器11の
動作する電源マージンが大きくなり、乾電池20から供給
される電源電圧が大幅に低下するまで動作し、乾電池1
個の動作であっても、直流モータの回転速度を長時間安
定に制御できる。
発明の効果 以上のように本発明の直流モータ速度制御装置によれ
ば、比較器の電源端子間電圧をDC−DCコンバータで昇圧
するため、比較器の動作電源マージンが大きくなり、乾
電池から供給される電源電圧が大幅に低下しても比較動
作を行い、乾電池1個の動作であっても、直流モータの
回転速度を長時間安定に制御できる。それに加えて、直
流モータを乾電池からの電源供給で直接駆動するため、
DC−DCコンバータの負荷が小さくなり、電源効率を損な
わないという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係わる一実施例の直流モータ速度制御
装置の回路構成図、第2図は従来の直流モータ速度制御
装置の回路構成図、第3図は比較回路の具体的な回路図
である。 1……直流モータ、2……抵抗、4……プラス電源端
子、5,6……電圧分割用の抵抗、7……基準電圧源、8
……定電流源、9……マイナス電源端子、10……可変抵
抗、11……比較器、12……駆動用トランジスタ、13〜18
……トランジスタ、20……乾電池、21……DC−DCコンバ
ータのマイナス出力端子、22……DC−DCコンバータ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流モータの一端にコレクタが接続された
    駆動用トランジスタのエミッタと前記直流モータの他端
    との間に電源電圧を供給する乾電池と、第1の電源端子
    にコレクタ回路を結合したダーリントン構成のトランジ
    スタ対のエミッタを共通接続し、第2の電源端子に結合
    された定電流源用トランジスタで前記エミッタ共通接続
    点の動作電流を設定する差動増幅回路から成り、前記直
    流モータの駆動コイルで発生する逆起電力と基準電圧と
    を比較し、誤差電圧に応じた出力電流を前記トランジス
    タのベースに与える比較器とを備え、前記駆動用トラン
    ジスタのコレクタから前記比較器の入力に負帰還する直
    流モータの制御装置において、 前記乾電池の電源電圧が入力されるDC−DCコンバータの
    出力電圧を昇圧すると共に、その出力電圧を前記差動増
    幅回路の第1,第2の電源端子に印加することを特徴とす
    る直流モータ速度制御装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60229687A (ja) * 1984-04-27 1985-11-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 直流モ−タ速度制御装置
JPS61132007A (ja) * 1984-11-29 1986-06-19 Toyoda Autom Loom Works Ltd バツテリフオ−クリフトにおける走行及び荷役用駆動モ−タの駆動制御装置

Patent Citations (2)

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