JP2615447B2 - 直流モータの速度制御装置 - Google Patents

直流モータの速度制御装置

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JP2615447B2 JP60219565A JP21956585A JP2615447B2 JP 2615447 B2 JP2615447 B2 JP 2615447B2 JP 60219565 A JP60219565 A JP 60219565A JP 21956585 A JP21956585 A JP 21956585A JP 2615447 B2 JP2615447 B2 JP 2615447B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、負荷トルクの変動に対して円滑な制御が可
能な直流モータの速度制御装置に関する。
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、
いわゆる電子ガバナと称され、直流モータの駆動コイル
が回転速度に比例して発生する逆起電力を基準電圧と比
較し、両者の差電圧によって駆動用トランジスタの駆動
電流を制御して、直流モータの回転速度を一定に保つ動
作を行う。このような電子ガバナをIC化するのに好適な
回路構成は、特開昭54−15125号公報により、既に提案
されている。
以下、従来より用いられている直流モータの速度制御
装置の一例について、第3図の回路構成図を参照しなが
ら説明する。
第3図において、1は制御される直流モータであり、
2,21,23,25,27は抵抗、3は電源端子、4は接地、5は
可変抵抗、19は比較器、20,22,24,26,29は基準電圧源、
28は定電流源である。そして、コレクタに直流モータ1
を接続した並列接続のトランジスタ23,25,27は駆動用の
トランジスタであり、トランジスタ21は駆動用トランジ
スタの動作電流に比例した電流を抵抗2に与えるための
もので、抵抗21,23,25,27は同一の値に設定されてい
る。直流モータ1の端子間には抵抗2と可変抵抗5の直
列回路が接続され、その直列回路の中間接続点にトラン
ジスタ20のコレクタ電流が与えられる。更に、定電流源
28でバイアスされた基準電圧源29の一端をその中間接続
点に接続し、基準電圧源29の他端を比較器19の一方の入
力端に接続し、直流モータ1の一端を比較器19の他方の
入力端に接続した構成である。
以上の構成からなる直流モータの速度制御装置は、基
準電圧源29の基準電圧Vrefと直流モータ1の逆起電力Ea
とを比較して、比較誤差に応じて駆動電流を制御するこ
とによって、直流モータ1の回転速度が一定になるよう
に制御する。例えば、外乱によって負荷トルクが増大
し、直流モータ1の回転速度が低下した場合、次のよう
な回路動作を行い、低下した回転速度を所定の回転速度
まで高める制御がなされる。
例えば、直流モータ1の直流モータ1の回転速度が低
下すると、逆起電力Eaが低下し、駆動用のトランジスタ
22,24,26のコレクタ電位が高くなる。このため、そこに
接続された比較器19の他方の入力端の電位が高くなり、
それに応じて比較器19の出力電圧が高くなって、トラン
ジスタ20,22,24,26のベース電流の供給量が増加し、ト
ランジスタ22,24,26のコレクタ電流(電機子電流Ia)が
増加するところとなり、直流モータ1の回転速度を高め
る方向に制御される。その結果、トランジスタ20のコレ
クタが接続された比較器19の他方の入力端は、基準電圧
源29が接続された一方の入力端の電位に対して、以前よ
り少し高い電位で均衡するようになる。
第3図に示す直流モータの駆動装置における直流モー
タ1の逆起電力をEa、電機子電流をIa、内部抵抗Raと
し、基準電圧源29で得られる基準電圧をVref、定電流源
28の電流をIrとし、並列接続した駆動用トランジスタ2
2,24,26のコレクタ電流とトランジスタ20のコレクタ電
流との電流比をK、抵抗2の抵抗値をRT、抵抗5の抵抗
値をRSとし、直流モータ1の発電定数をKaとすると、直
流モータ1の回転速度Nは次式で表せる。
いま、内部抵抗Raに対応させて抵抗2の抵抗値RTを設
定し、 RT=K・Ra ……(2) の条件にすると、上記(1)式は となり、直流モータ1は、負荷トルクと相関のある電機
子電流Iaに影響されず、所定の回転速度に制御される。
発明が解決しようとする問題点 この直流モータの速度制御装置は、比較器19の2つの
入力端の電位が均衡するように動作するため、駆動用の
トランジスタ22,24,26のコレクタ電位がトランジスタ20
のコレクタ電位より基準電圧Vref分だけ低くい状態を維
持するように動作する。従って、負荷トルクが大きくな
って、回転速度が低下すると、所定の回転速度を維持す
るために駆動電流を増大する制御がなされる。それに応
じて、トランジスタ20のコレクタ電流が大きくなり、抵
抗2の電圧降下が大きくなって、基準電位側の比較器19
の入力端の電位が下がるところとなり、駆動用のトラン
ジスタ22のコレクタ電位が下がると、最悪の場合、駆動
用のトランジスタ22,24,26が飽和状態に陥る。すると、
飽和状態となった駆動用のトランジスタの電流増幅率が
低下して、トランジスタ22,24,26のコレクタ電流とトラ
ンジスタ20のコレクタ電流との電流比が低下し、電流比
の所定値Kを維持できなくなり、直流モータ1の回転速
度が不安定になる。第2図は、負荷トルクとモータの回
転速度との関係を示す特性図であり、第2図Bに従来例
の特性を示す。図示するように、従来例では、最大トル
クの近傍で回転速度が上昇し、回転速度が所定値になら
ない、不安定な現象が起きる。
この現象は、従来装置の動作状態において、駆動用の
トランジスタ22,24,26が飽和状態に陥って、所定の電流
比Kを一定に保てないことに起因し、低い電源電圧で動
作させる時、特に問題となっていた。
本発明は、このような不都合を排除するもので、低い
電源電圧の動作であっても、最大トルクに至るまで速度
制御を円滑に行える直流モータの速度制御装置を提供す
ることを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、本発明の直流モータ
の速度制御装置は、エミッタ同士並びにベース同士が各
々共通接続された第1,第2のトランジスタと、前記第1
のトランジスタ(22,24,26)のコレクタと電源端との間
に接続された直流モータ(1)と、前記直流モータの端
子間に直列接続された第1,第2の抵抗(2,5)で構成さ
れ、それらの中間接続点に前記第2のトランジスタ(2
0)のコレクタが接続された抵抗直列回路と、前記抵抗
直列回路の中間接続点に接続された第3の抵抗(18)と
ダイオード接続された第3のトランジスタ(15)との直
列回路を介して第1の入力端に入力電圧が与えられ、第
2の入力端に前記第1のトランジスタのコレクタが接続
されると共に、出力端に前記第1,第2のトランジスタの
ベース共通接続点が接続された比較器(19)と、前記第
1,第2のトランジスタのエミッタ回路と共通接続された
第4の抵抗(17)ががエミッタに接続され、コレクタに
前記第1の入力端が接続されると共に、ベースに1.2Vの
基準電圧が直接接続される第4のトランジスタ(16)と
を備え、前記第3,第4の抵抗の抵抗値を等しくし、前記
第3,第4のトランジスタの大きさを等しくして、前記第
1の入力端の最低電位が前記第1のトランジスタのコレ
クタ飽和電圧より高くなるように設定した構成である。
作用 この構成により、第4のトランジスタ16のベース・エ
ミッタ間電圧と第3のトランジスタ15のベース・エミッ
タ間電圧とが同一の値になり、ベース・エミッタ間電圧
に温度変化があったとしても、第3の抵抗18と第3のト
ランジスタ15の直列回路の端子間に、安定な基準電圧を
発生することができ、直流モータの逆起電力と基準電圧
との比較動作が安定になされる。
また、第4のトランジスタ16が飽和状態になったとし
ても、第1の入力端の最低電位が第1のトランジスタの
コレクタ飽和電圧より大きくなるように、1.2Vの基準電
圧源を選んでいるから、低い電源電圧での動作時や最大
トルクの動作時においても、第1のトランジスタと第2
のトランジスタとの電流比が所定の値Kに保たれ、直流
モータ1の逆起電力が一定になるように帰還制御され、
負荷トルクの変動に対して円滑な速度制御が実行され
る。
実施例 以下、本発明の直流モータの速度制御装置に係わる一
実施例について、図面を参照しながら説明する。
第1図は、本実施例に係わる直流モータの速度制御装
置の回路構成図であり、第2図は負荷トルクと回転速度
との関係を示す図であり、本実施例と従来例の特性を比
較するための特性図である。
第1図において、1は直流モータ、2,6,13,14,17,18,
21,23,25,27は抵抗、3は電源端子、4は接地点、5は
可変抵抗、7,8はダイオード、9〜12,15,16,20,22,24,2
6はトランジスタ、19は比較器であり、従来例と同一機
能を有する箇所は同一番号を付与して、説明を省略す
る。
同図において、トランジスタ10〜12および抵抗13,14
で構成される回路は、基準電圧源を構成し、トランジス
タ12のエミッタに抵抗14を接続して、トランジスタ10と
12を並列動作させ、トランジスタ10のエミッタ電流密度
J1と、トランジスタ12のエミッタ電流密度とを異なら
せ、トランジスタ10,12のベース共通接続点に基準電圧V
rcfを出力するバンドギャップ型の基準電圧源としてい
る。ここで、電子の電荷量をq、ボルツマン定数をK、
絶対温度をT、抵抗13の抵抗値をR13、抵抗14の抵抗値
をR14、トランジスタ10のベース・エミッタ間電圧をV
BE10とすると、基準電圧源の出力する基準電圧Vrefは、
次式で表せる。
一般的に、トランジスタのベース・エミッタ間電圧V
BEの温度係数は、約−2mVとされているが、J1>J2とな
るように、抵抗13と14の抵抗値R13とR14を適切な値に設
定すれば、基準電圧Vrefの温度係数をゼロにすることが
できる。
ダイオード7,8とトランジスタ9と抵抗6とから成る
起動回路は、電源投入時に起動しにくい上記の基準電圧
回路(10〜14)の起動を助けるためのものである。
そして、エミッタに抵抗17を接続したトランジスタ16
のベースを基準電圧源の出力電位点(トランジスタ10,1
2のベースの電位点)に接続して定電流回路を構成し、
トランジスタ16のコレクタから出力電流を取り出す。次
に、ダイオード接続したトランジスタ15と抵抗18の直列
回路を、トランジスタ16のコレクタに接続し、トランジ
スタ15と16の大きさを等しくし、抵抗17と18の抵抗値を
等しくする。すると、トランジスタ15と抵抗18の直列回
路の端子間に、基準電圧源の基準電圧Vrefと等しい大き
さの定電圧Vref′を発生させることができ、抵抗2の端
子間電圧が変動した時に、その電位点にぶら下がった状
態で電位変動に追従して端子間電圧が平行移動する定電
圧源を構成できる。
次に、第1図に示す回路構成で、基準電圧Vrefを1.2V
とした本実施例の回路動作を説明する。
基準電圧Vrefを1.2Vとした場合、定電流回路の出力電
流はトランジスタ16のベース・エミッタ間電圧VBE16
大きさに依存して、出力電流が変化するので、VBE16
温度計数を配慮した場合、必ずしも安定な定電流源とは
言い難い。しかし、トランジスタ15と16の大きさを等し
くすれば、同じ電流値で同じ大きさのベース・エミッタ
間電圧になり、同じ温度係数で変化するから、抵抗18と
トランジスタ15との直列回路の端子間では、温度変化に
も変動しない定電圧Vref′が得られる。従って、直流モ
ータ1の逆起電力Eaと定電圧Vref′との比較動作によっ
て、温度変化にも安定な速度制御がなされる。
次に、最大トルク時の動作について説明する。ここ
で、トランジスタ16のベース・エミッタ間電圧をVBE16
とし、コレクタ・エミッタ間電圧をVCE16とすると、基
準電圧が入力される比較器19の入力端の入力電圧V
INは、次式で表せる。
VIN=Vref−VBE16+VCE16 ……(5) そして、直流モータ1に外乱が加わって、最大トルク
で動作する時、駆動用のトランジスタ22,24,26のコレク
タ電流を増大するのに合わせて、トランジスタ20のコレ
クタ電流を増大すると、抵抗2の電圧降下が大きくな
り、トランジスタ16のトランジスタのコレクタ電位が低
下し、最悪、トランジスタ16が飽和状態になる。この
時、トランジスタ16の飽和電圧を0.1V、ベース・エミッ
タ間電圧を0.7Vとすると、(5)式から入力電圧VIN
次式となる。
VIN=1.2−0.7+0.1=0.6〔V〕 ……(6) しかし、比較器19の入力電圧VINはそれ以下に下がら
ないので、比較器19を含む制御回路の比較動作によっ
て、駆動用のトランジスタ22のコレクタ電位がその電位
(0.6V)と等しくなるように動作するので、この状態で
は、トランジスタ22,24,26の飽和電圧を高めに仮定して
0.5Vであったとしても、駆動用のトランジスタ22,24,26
は飽和状態にはならず、駆動用のトランジスタ22,24,26
とトランジスタ20との電流比は所定値Kを保ち、最大ト
ルク時でも円滑な速度制御が実行され、第2図Aに示す
ように、安定な回転速度が得られる。
即ち、比較器19の入力電圧がトランジスタ16のベース
に与えられる基準電圧Vrcfによって、駆動用のトランジ
スタ22,24,26の飽和電圧より高い電位に設定されるの
で、電源電圧や負荷トルクに依存せず、基準電圧源が動
作する範囲の低い電源電圧で動作させることが可能にな
る。
発明の効果 以上に述べたように、本発明の直流モータの速度制御
装置は、第3と第4のトランジスタのベース・エミッタ
間電圧が同一の値になり、ベース・エミッタ間電圧に温
度変化があったとしても、安定な基準電圧を発生するこ
とができ、直流モータの逆起電力と基準電圧との比較動
作が安定になされる。
また、第1の入力端の最低電位が第1のトランジスタ
のコレクタ飽和電圧より大きくなるように設定されるか
ら、低い電源電圧での動作時や最大トルクの動作時にお
いても、第1と第2のトランジスタの電流比が所定値K
に保たれ、負荷トルクの変動に対しても円滑な速度制御
が実行されるという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の直流モータの速度制御装置に係わる一
実施例の回路構成図、第2図は負荷トルクに対するモー
タ回転速度の関係を示す本発明装置の特性図と従来装置
の特性図、第3図は従来装置の回路構成図である。 1……直流モータ、2,6,13,14,17,18,21,23,25,27……
抵抗、3……電源端子、4……接地、5……可変抵抗、
7,8……ダイオード、9〜12,15,16,20,22,24,26……ト
ランジスタ、19……比較器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エミッタ同士並びにベース同士が各々共通
    接続された第1,第2のトランジスタと、 前記第1のトランジスタのコレクタと電源端との間に接
    続された直流モータと、 前記直流モータの端子間に直列接続された第1,第2の抵
    抗で構成され、それらの中間接続点に前記第2のトラン
    ジスタのコレクタが接続された抵抗直列回路と、 前記抵抗直列回路の中間接続点に接続された第3の抵抗
    とダイオード接続された第3のトランジスタとの直列回
    路を介して第1の入力端に入力電圧が与えられ、第2の
    入力端に前記第1のトランジスタのコレクタが接続され
    ると共に、出力端に前記第1,第2のトランジスタのベー
    ス共通接続点が接続された比較器と、 前記第1,第2のトランジスタのエミッタ回路と共通接続
    された第4の抵抗がエミッタに接続され、コレクタに前
    記第1の入力端が接続されると共に、ベースに1.2Vの基
    準電圧源が直接接続される第4のトランジスタとを備
    え、 前記第3,第4の抵抗の抵抗値を等しくし、前記第3,第4
    のトランジスタの大きさを等しくして、前記第1の入力
    端の最低電位が前記第1のトランジスタのコレクタ飽和
    電圧より高くなるように設定したことを特徴とする直流
    モータの速度制御装置。
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