JP2623869B2 - 電流制限回路付きの直流モータの速度制御装置 - Google Patents

電流制限回路付きの直流モータの速度制御装置

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JP2623869B2 JP1295865A JP29586589A JP2623869B2 JP 2623869 B2 JP2623869 B2 JP 2623869B2 JP 1295865 A JP1295865 A JP 1295865A JP 29586589 A JP29586589 A JP 29586589A JP 2623869 B2 JP2623869 B2 JP 2623869B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は直流モータの速度制御装置の電流制限回路に
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、
いわゆる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圧と基準電圧とを
比較し、両者の差電圧によって制御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。ところで電子ガバナを半導体集積回路化するのに好
適な回路構成は、たとえば、第4図にその回路構成図が
示される。第4図において、31,32は直列接続の抵抗、3
3は直流モータ駆動用トランジスタ、34は基準電圧源分
割用可変抵抗であり、25は比較器、26は基準電圧源、27
は定電流源、28は直流モータ、1は電源端子、2は接地
端子、3は直流モータ28の内部抵抗Raと比例関係にある
抵抗である。
同図で直流モータ28の一方の端子と基準電圧源26の一
方の端子が共通に接続され、その接続点から抵抗3を介
して電源端子1に接続される。電源端子1と前記直流モ
ータ28の他の端子との間に抵抗31,32を直列接続する。
基準電圧源26を可変抵抗34で分割し、その分割点の電圧
と前記直列接続された抵抗31,32の直列接続点との電圧
を比較器25の入力端子に入力される。比較器25の出力は
直流モータ駆動トランジスタ33のベースに接続される。
直流モータ駆動トランジスタ33のコレクタは直列接続さ
れた抵抗31,32の他端と直流モータ28の他端との接続点
に接続される。エミッタは接地端子2に接続される。
以上の構成からなる直流モータの速度制御装置では、
基準電圧源26の分割基準電圧Vref′と直流モータ28の逆
起電圧Eaとを比較することにより、前記直流モータ28の
回転速度を一定に保持する制御動作が実行される。たと
えば、外部負荷等の影響により、直流モータ28の回転速
度が低下した場合、次のような回路動作がなされて回転
速度を一定値まで高める制御がなされる。すなわち、直
流モータ28の回転速度が低下することにより、逆起電圧
Eaが低下し直流モータ駆動用トランジスタ33のコレクタ
電圧が高くなる。このため、電源端子1と直流モータ駆
動用トランジスタ33のコレクタとの間の直列接続された
抵抗31,32の直列接続点に接続された比較器25の入力端
子電圧が高くなり、比較器25はトランジスタ33へのベー
ス電流を増加する方向へはたらく。したがって直流モー
タ駆動用トランジスタ33のコレクタ電流が増加すること
になり、電機子電流Iaが増加して直流モータ28の回転速
度を高める方向の制御がなされる。
第4図の直流モータの速度制御装置において、直流モ
ータ28の逆起電圧をEa、電機子電子電流をIa、内部抵抗
をRaとし、基準電圧源26を可変抵抗34で分割した電圧を
Vref′、定電流源の定電流をIr、抵抗3の抵抗値をR3
抵抗31の抵抗値をR4、抵抗32の抵抗値をR5とすれば、直
流モータ28の回転速度Nは、 と表わされる。いま前記直流モータ28の内部抵抗Raに対
応して抵抗3,31,32の抵抗値 R3,R4,R5値を に設定すれば、(1)式は となり、直流モータ28は電機子電流Ia、すなわち負荷ト
ルクに影響されずに一定回転速度に制御される。すなわ
ち(2)式が成立するような抵抗値を設定すれば、第4
図に示す回路で直流モータの速度制御装置が構成され
る。半導体集積化する場合、(2)式の抵抗3は外付け
とし、半導体集積回路内では抵抗31,32の抵抗値R4,R5
比を一定に保つのみで高性能な直流モータの速度制御装
置が構成できる。一般的に第4図の破線内を半導体集積
回路化することが有効的である。
直流モータ28の内部抵抗Raは銅線で構成されているか
ら0.4%/℃の温度特性を有している。したがって、
(2)式を温度変化に影響されずに成立させるには抵抗
3も0.4%/℃の温度特性を有する抵抗体を用いればよ
い。(3)式の第1項と第2項は、 の関係にあり、したがって抵抗3の抵抗値R3が0.4%/
℃の温度特性を有するものを使用しても(3)式の回転
速度Nはほとんど変化しない。
発明が解決しようとする課題 ところで第4図に示す直流モータ制御装置でモータ起
動時の電機子電流Iaは次式で表わされる。
(5)式でVCESAT33はモータ駆動トランジスタ33の飽
和電圧である。(5)式からも明らかなように、電機子
電流Iaは、電源電圧VCCが高いほど多く、また直流モー
タの内部抵抗Raが小さいほど多くながれる。電源のレギ
ュレーションが悪いとモータ起動時の電流のため電源電
圧が低下し、他の回路と共通に接続されている場合、不
都合が発生する場合が多かった。
本発明は、従来直流モータ起動時に流れる電流を自動
的に制限し、レギュレーションの悪い電源を使用した場
合でも電圧低下の少ない直流モータの速度制御回路を提
供するものである。
課題を解決するための手段 本発明の電流制限回路付きの直流モータの速度制御装
置は、駆動用トランジスタ(33)のコレクタと電源端子
(1)との間に接続された第1の抵抗(3)と直流モー
タ(28)との直列回路と、前記駆動用トランジスタのコ
レクタと前記電源端子との間に接続された第2,第3の抵
抗(31,32)の直列回路とによるブリッジ回路を構成
し、前記第1の抵抗と前記直流モータとの中間接続点に
接続された基準電圧源(26)の出力電圧がマイナス入力
に入力され、前記第2,第3の抵抗の中間接続点の電圧が
プラス入力に入力される比較器(25)の出力で前記駆動
トランジスタのベースを駆動する速度制御装置におい
て、前記電源端子にエミッタを接続し前記第1の抵抗の
一端にベースを接続し前記比較器のマイナス入力にコレ
クタを接続したトランジスタ(5)を設けたことを特徴
とする構成である。
作用 本発明は、直流モータの起動時、直流モータと直列接
続された抵抗3に電流が流れ電圧降下が発生し、トラン
ジスタのベース,エミッタ間電圧約0.7Vに達すると、PN
Pトランジスタがオンし、コレクタ電流が流れ、比較器
のマイナス入力に接続されている端子の電圧が高くなっ
て、比較器の出力はモータ駆動トランジスタ33をオフす
る方向へ動作し、電流制限する方向へ動作し、過大電流
が流れるのを防止して、レギュレーションの悪い電源を
使用した場合でも電圧の低下を防止することができる。
実施例 本発明の一実施例を第1図に示す。第1図中、5は本
発明の目的を達成するために追加したPNPトランジスタ
である。その他の構成は従来の場合と同じであり、第4
図と同じ符号で示す。同図でPNPトランジスタ5のエミ
ッタを電源端子1に接続し、同トランジスタ5のベース
は直流モータ28と直列接続された抵抗3との直列接続点
に接続し、コレクタは比較器25のマイナス入力端子に接
続し、その他の回路構成は従来例の第4図と同じである
ので省略する。
以上の構成からなる直流モータの速度制御装置では、
通常の動作では従来例に示す第4図の場合と同じであり
省略し、機能を発揮する部分を説明する。直流モータ起
動時、電機子電流Iaが抵抗3を通って流れるため、抵抗
3で電圧降下が発生する。抵抗3の電圧降下VR3がトラ
ンジスタのベース,エミッタ間電圧的0.7Vに達するとト
ランジスタ5がオンし、比較器5のマイナス入力端子に
電流を流す動作を行い、マイナス入力がプラス電圧とな
り比較器25の出力は零となり、モータ駆動トランジスタ
33はオフとなり、起動電流は制限される。起動時の電機
子電流Iaは次式で表わされる。
ここでVBE5は、PNPトランジスタ5のベース,エミッ
タ電圧で約0.7Vである。R3抵抗3の抵抗値である。抵抗
3の抵抗値が、1Ωの場合(6)式から電機子電流Iaに制限される。
従来の場合、(5)式からVCC=10V,VCESAT33=0.2V,R3
=1Ω,Ra=10Ωの場合、電機子電流Iaと計算される。(5)式より、従来例では、電源電圧に
依存し電源電圧が高くなれば電機子電流も増加する。し
かし、本発明は、(6)式から明らかなように、電機電
圧に依存せず一定に制限され過大電流が流れる恐れがな
い。
ところで、従来例の説明からも明らかなように、抵抗
31と32の比と、直流モータの内部抵抗Raと抵抗3の比を
一定に設定する必要がある。たとえば、抵抗31と32の抵
抗比が10:1に設定した場合、直流モータ28の内部抵抗が
10Ωの場合、抵抗3の抵抗値は1Ωに設定されるため直
流モータ起動時の電機子電流Iaは(7)式に計算された
値に設定され、電機子電流Iaの制限値設定の自由度が少
ない。
電機子電流Iaの制限値を自由に設定可能な他の実施例
を第2図に示す。第1図に示す本発明の第1の実施例と
異なる所は、基準電圧源26を抵抗6と7で分割し、抵抗
6と7の分割点を電流制限用PNPトランジスタ5のベー
スに接続し、その他の回路構成は、本発明の第1の実施
例と同じであり、同じ回路要素は第1図と同じ符号で記
す。以上の構成からなる直流モータの速度制御装置で
は、直流モータ起動時、電機子電流Iaが抵抗3を通って
流れ、抵抗3で電圧降下が生じる。また、基準電圧源26
を抵抗6と7で分割した抵抗6にも電圧降下が発生して
おり、抵抗3と抵抗6の電圧降下の和が、電流制限用PN
Pトランジスタ5のVBE電圧約0.7Vに達すると、トランジ
スタ5がオンし、コレクタ電流が流れ、比較器のマイナ
ス入力端子に電流を流す動作を行い、マイナス入力がプ
ラス電圧となり比較器の出力は零となり、モータ駆動ト
ランジスタ33はオフとなり、起動電流は制限される。起
動時の電機子電流Iaは次式で表わされる。
ここでVBE5は、電流制限用PNPトランジスタ5のベー
ス,エミッタ間電圧で約0.7Vである。Vrefは基準電圧源
26の基準電圧であり通常バンドギャップ基準電圧を使用
し、約1.2Vである。R3は抵抗3の、R6は抵抗6の、R7
抵抗7のそれぞれ抵抗値である。
(9)式で、R3が1Ω、R6が5KΩ、R7が10KΩの場
合、起動時の電機子電流Iaと計算される。(9)式より明らかなように、抵抗6と
7の比を変えることにより起動時の電機子電流の制限値
を自由に設定できる。
ところでトランジスタのベース,エミッタ間電圧は、
通常−2mV/℃の温度特性を持っており、温度により変化
する。したがって、(9)式で示される起動時の電機子
電流も温度により変化し、高精度の電流制限を必要とす
る場合には不適当である。
電機子電流Iaの制限値を自由に設定でき、かつ温度変
化に対して安定な第3の実施例を第3図に示す。第3図
に示す実施例の特徴は、本発明の目的を達成するため新
たに第2の比較器9と第2の基準電圧源8を追加したこ
とである。その他の構成は従来の場合と同じであり第4
図と同じ符号で示す。第3図で比較器9のプラス入力を
基準電圧源8を介して電源端子1に接続し、前記比較器
9のマイナス入力を直流モータ28と直列接続された抵抗
3との直列接続点に接続し、比較器9の出力は、直流モ
ータの速度制御を行うために設けられた比較器25のマイ
ナス入力端子に接続する。その他の回路構成は従来例の
第4図と同じであるので省略する。
以上の構成からなる直流モータの速度制御装置では、
通常の動作は従来例に示す第4図の場合と同じであり、
詳細は省略し、機能を発揮する部分について説明する。
直流モータ起動時、電機子電流Iaが抵抗3を通って流れ
るため、抵抗3で電圧降下が発生する。抵抗3の電圧降
下VR3が基準電圧源8の基準電圧Vref8より大きくなる
と、比較器9のマイナス入力電圧が、プラス入力電圧よ
り低い電圧となり、比較器9の出力電圧は高くなり、比
較器9の出力に接続されている直流モータの速度制御を
行うための第1の比較器25のマイナス入力電圧がプラス
入力電圧より高くなるために比較器25の出力は零とな
り、モータ駆動トランジスタ33はオフとなり、起動電流
は制限される。ここで起動時の電機子電流Iaは次式で表
わされる。
ここでVref8は、第2の基準電圧源8の基準電圧であ
る。(11)式でVref8が0.5V、R3が1Ωの場合、起動時
の電機子電流Iaと計算される。(11)式より明らかなように基準電圧源
8の基準電圧値を変えることにより、起動時の電機子電
流の制限値を自由に設定できる。第3図に示す第2の基
準電圧源8は、電池の記号で示したが、実際の回路で
は、抵抗に定電流を流し、抵抗の電圧降下値を基準電圧
源8に使用してもよく、また、バンドギャップ基準電圧
を、抵抗分割して基準電圧源8に利用してもよい。
(11)式より起動時の電機子電流の精度は、ほとん
ど、第2の基準電圧源Vref8により決定され、基準電圧
源8の精度、および温度特性の良い基準電圧を使用すれ
ば、高精度で、温度変化の少ない電流制限回路が実現で
きる。
発明の効果 本発明の第1の実施例の場合、IC内にPNPトランジス
タを追加するのみで、電源電圧に依存せずに起動時の電
機子電流を制限することができ、レギュレーションの悪
い電源を使用した場合でも電源電圧の低下が少なく、他
の回路への影響の少ない直流モータの速度制御回路を提
供することができる。
また、本発明の第2の実施例を採用すれば、抵抗比を
変えるのみで起動時の電機子電流を自由に設定できる各
種の直流モータに対応することができる。
本発明の第2の実施例を採用すれば、起動時の電機子
電流を自由に設定でき、高精度で、温度変化の少ない高
性能な電流制限回路を提供することができる。
本発明の第1〜第3の各実施例とも半導体集積回路
(IC)の外付け部品を必要とすることなく、わずかな素
子をIC内に追加するのみで目的を達成することができ、
産業上きわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第2図は
本発明の第2の実施例を示す回路構成図、第3図は本発
明の第3の実施例を示す回路構成図、第4図は従来の直
流モータ速度回路例である。 1……電源端子、2……接地端子、5……PNPトランジ
スタ、3,6,7,31,32……抵抗、8,26……基準電圧源、9,2
5……比較器、27……定電流源、28……直流モータ、33
……直流モータ駆動用NPNトランジスタ、34……基準電
圧源分割用可変抵抗、Ea……直流モータの逆起電圧、Ra
……直流モータの内部抵抗、Ia……直流モータの電機子
電流。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】駆動用トランジスタのコレクタと電源端子
    との間に接続された第1の抵抗と直流モータとの直列回
    路と、前記駆動用トランジスタのコレクタと前記電源端
    子との間に接続された第2,第3の抵抗の直列回路とによ
    るブリッジ回路を構成し、前記第1の抵抗と前記直流モ
    ータとの中間接続点に接続された基準電圧源の出力電圧
    がマイナス入力に入力され、前記第2,第3の抵抗の中間
    接続点の電圧がプラス入力に入力される比較器の出力で
    前記駆動トランジスタのベースを駆動する速度制御装置
    において、 前記電源端子にエミッタを接続し前記第1の抵抗の一端
    にベースを接続し前記比較器のマイナス入力にコレクタ
    を接続したトランジスタを設けたことを特徴とする電流
    制限回路付きの直流モータの速度制御装置。
  2. 【請求項2】駆動用トランジスタのコレクタと電源端子
    との間に接続された第1の抵抗と直流モータとの直列回
    路と、前記駆動用トランジスタのコレクタと前記電源端
    子との間に接続された第2,第3の抵抗の直列回路とによ
    るブリッジ回路を構成し、前記第1の抵抗と前記直流モ
    ータとの中間接続点に接続された基準電圧源の出力電圧
    がマイナス入力に入力され、前記第2,第3の抵抗の中間
    接続点の電圧がプラス入力に入力される比較器の出力で
    前記駆動トランジスタのベースを駆動する速度制御装置
    において、 前記基準電圧源の端子間電圧を第4,第5の抵抗で抵抗分
    割し、その抵抗分割点にベースを接続し前記電源端子に
    エミッタを接続し前記比較器のマイナス入力にコレクタ
    を接続したトランジスタを設けたことを特徴とする電流
    制限回路付きの直流モータの速度制御装置。
  3. 【請求項3】駆動用トランジスタのコレクタと電源端子
    との間に接続された第1の抵抗と直流モータとの直列回
    路と、前記駆動用トランジスタのコレクタと前記電源端
    子との間に接続された第2,第3の抵抗の直列回路とによ
    るブリッジ回路を構成し、前記第1の抵抗と前記直流モ
    ータとの中間接続点に接続された第1の基準電圧源の出
    力電圧がマイナス入力され、前記第2,第3の抵抗の中間
    接続点の電圧がプラス入力に入力される第1の比較器の
    出力で前記駆動トランジスタのベースを駆動する速度制
    御装置において、 前記電源端子に接続された第2の基準電圧源の出力電圧
    がプラス入力に入力され前記第1の抵抗の一端の電圧が
    マイナス入力に入力される第2の比較器の出力を前記第
    1の比較器のマイナス入力に接続したことを特徴とする
    電流制限回路付きの直流モータの速度制御装置。
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