JP3158093B2 - モータの駆動回路 - Google Patents

モータの駆動回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はモータの駆動回路、
特に、電源投入時に回路内のサージ吸収用電解コンデン
サを充電するために流れる充電電流を抑制するDCブラ
シレスモータ等の駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般にDCブラシレスモータをバイポー
ラ通電する場合、通電の方向を切り替える転流動作が必
要となる。図4はこの転流の状態を示すもので1,2は
Hブリッジを構成する上アームPNPトランジスタ、3
と4は同じく下アームNPNトランジスタ、5は上記H
ブリッジの出力側に接続されたモータの単相巻線、6は
同じく入力側に接続されたDC電源、7は上記トランジ
スタ1〜4をON,OFFする通電ロジック回路であっ
て、トランジスタ1と4のペア、2と3のペアを交互に
ON,OFFするように通電ロジックからの信号で動作
し、モータ巻線5への通電方向がia,ieのように交
互に反転する転流を生ぜしめている。
【0003】この場合、ある方向に通電されていたモー
タの単相巻線5には電気エネルギーEが蓄積され、通電
電流をi、巻線インダクタンスをLとするとE=Li2
/2で表せる。この通電がストップすると電流の減衰度
合いによりサージ電圧Vsが巻線端子に生じ、このサー
ジ電圧はVs=Ldi/dtと表される。図4ではエネ
ルギーEの放出経路がなく、瞬時ストップの場合にはd
i/dtが無限大になり、トランジスタの耐圧を越える
非常に大きなサージ電圧がトランジスタに加わりこれを
破壊するようになる。
【0004】従って、このサージ電圧からトランジスタ
を保護すると同時に、巻線に蓄積されたエネルギーを有
効に利用するため、図5に示すように各トランジスタ1
〜4と並列に還流用のダイオード8〜11を接続し、電
源6に並列にスイッチ12を介してサージ吸収用電解コ
ンデンサ13を接続すれば、トランジスタ1と4がON
状態では電流iaが流れ、OFF状態に移行する転流の
瞬間にはモータ巻線5に蓄積さているエネルギーEが電
流ibとしてダイオード9と10を通して流れ、電解コ
ンデンサ13の容量をC、電解コンデンサ13に加わる
電圧をVとすると、電解コンデンサ13にE=CV2
2として蓄積されるようになる。この状態で生じるサー
ジ電圧Vsのレベルは電解コンデンサ13の容量で決ま
り容量が大きいほど充電時間が長くなりサージ電圧によ
る電圧上昇は少なくなるから、トランジスタの耐圧を越
えないように容量を設定すれば良い。また、逆方向の通
電開始時にはこのエネルギーを電源としてトランジスタ
2と3を経由して電流icとしてモータ巻線5に戻すこ
とになり電源6からの供給電流が低減され効率アップに
なる。なお、図5において14はモータ巻線5に通電さ
れる電流値を検出する電流検出抵抗、15は設定された
最大電流値に相当する基準電圧と検出電圧を比較するコ
ンパレータであり、このコンパレータ15の出力で通電
ロジック回路7の出力をコントロールすることで、モー
タ起動時やロック時に生じる最大電流値を制限する。以
上がサージ電圧吸収の一般的な従来の方式である。
【0005】然しながら、上記従来の駆動回路では、ス
イッチ12による電源投入時に電解コンデンサ13に電
源の容量とインピーダンスに応じた大きな充電電流が流
れる。図6は電源電圧DC24Vで電解コンデンサ容量
100μFにおける充電電流の波形の例であり、最大3
5Aの大電流が100μsの時間流れる。この大電流は
電源開閉用のスイッチ,リレー,半導体の寿命に著しく
影響を及ぼす。そのため充電電流のピーク値を制限する
目的で図7のように電源6に直列にチョークコイル16
を挿入して急峻な電流を抑制する方式、或いは図8のよ
うに電源6に直列に電流制限用の抵抗17を挿入し、電
解コンデンサ13の充電完了後に抵抗17に並列に接続
したトランジスタ18をONさせる方法がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、上記のよ
うに構成された従来の駆動回路では、電源ラインの電圧
ドロップを伴い効率が低下し、形状が大きくなり、部品
コストがアップするという多くの問題を生じている。
【0007】本発明の目的は上述の従来問題に留意し、
従来よりも遙かに少ない部品数で、電解コンデンサの充
電電流を制限して、モータ効率が良く、省スペースで低
価格の駆動回路を提供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のモータの駆動回
路は、Hブリッジ構成とされた4個のトランジスタでモ
ータの巻線をバイポーラ通電したときモータ巻線に流れ
る電流を検出する電流検出抵抗と、転流時のサージ電圧
を吸収するコンデンサとを備え回路に流れる最大電流を
抑制するようにしたモータ駆動回路において、上記Hブ
リッジを構成する2個の上アームPNPトランジスタの
モータ巻線接続端子と第1,第2のダイオードのアノー
ドを夫々接続し、夫々のダイオードのカソード側と上記
コンデンサの一方の端子と第3のダイオードのアノード
側を接続し、この第3のダイオードのカソード側をDC
電源+側に接続し、上記コンデンサの他方の端子と2個
の下アームNPNトランジスタのエミッタと上記電流検
出抵抗の一端を接続し、この電流検出抵抗の他端をDC
電源−側に接続したことを特徴とする。
【0009】また、本発明のモータの駆動回路は、Hブ
リッジ構成とされた4個のトランジスタでモータの巻線
をバイポーラ通電したときモータ巻線に流れる電流を検
出する電流検出抵抗と、転流時のサージ電圧を吸収する
コンデンサとを備え回路に流れる最大電流を抑制するよ
うにしたモータ駆動回路において、上記Hブリッジを構
成する2個の下アームNPNトランジスタのモータ巻線
接続端子と第1,第2のダイオードのカソードを夫々接
続し、夫々のダイオードのアノード側と上記コンデンサ
の一方の端子と第3のダイオードのカソード側を接続
し、2個の下アームNPNトランジスタのエミッタと上
記電流検出抵抗の一端を接続し、この電流検出抵抗の他
端と上記第3のダイオードのアノード側をDC電源−側
に接続し、上記コンデンサの他方の端子をDC電源+側
に接続したことを特徴とする。
【0010】また、本発明においては、上記第3のダイ
オードと並列に充電用抵抗を接続したことを特徴とす
る。
【0011】また、本発明においては、上記Hブリッジ
を構成するトランジスタとしてMOSFET、IGBT
を使用したことを特徴とする。
【0012】上記モータは3相のDCブラシレスモータ
またはステッピングモータであり、モータ巻線に通電す
るトランジスタを上下アームに各3個配置した3相ブリ
ッジ構成としたことを特徴とする。
【0013】
【作用】上述の如き構成においては、電解コンデンサの
充電電流をHブリッジを構成する上アームトランジス
タ、または下アームトランジスタとモータ巻線電流検出
用の抵抗を経由させることで電流制限回路の構成をと
り、電解コンデンサの充電電流を設定されたモータ巻線
の最大電流の値と同じ値に抑えこむことが出来る。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図面によって本発明の実施例
を説明する。
【0015】図1は本発明を単相DCブラシレスモータ
のバイポーラ通電方式の駆動回路に適用した例である。
【0016】本発明においては、上アームPNPトラン
ジスタ1,2と並列に挿入される第1,第2のダイオー
ド8,9のカソードと電解コンデンサ13の+電極と第
3のダイオード19のアノードを接続し、電解コンデン
サ13の−電極側を下アームNPNトランジスタ3,4
のエミッタ側及び、電流検出抵抗14の一端に接続し、
電流検出抵抗14の他端をDC電源6の−電極側に接続
し、また、第3のダイオード19のカソード側をDC電
源+側に接続する。
【0017】本発明のモータの駆動回路は上記のような
構成であるから、電源スイッチ12を投入した場合、上
アームトランジスタ1,2のいずれか一方、図1ではト
ランジスタ2がON状態となり、トランジスタ2、ダイ
オード9を経由して充電電流idが流れ、その電流は電
流検出抵抗14を経由し、この抵抗で電流が電圧に変換
され、基準電圧とコンパレータ15で比較され、設定値
以上の電流が流れたときロジック回路7の出力信号を遮
断し、電解コンデンサ13への充電電流を停止し、電流
検出抵抗14を流れる電流が低下すると再び通電するよ
うになる。従って、この動作を高速で行なうことで、設
定された電流値で電解コンデンサ13を充電することが
可能となる。
【0018】また、充電が完了に近づくとモータ巻線5
にも通電が開始され、充電電流idとモータ巻線5の通
電電流の和の電流が設定値に抑えられるようになる。転
流時にモータ巻線5に蓄積されたエネルギーEは電流と
して第1,第2のダイオード8又は9を経由して電解コ
ンデンサ13にチャージされ、逆方向の通電になった
際、第3のダイオード19を経由してモータ巻線5に戻
される。
【0019】図2は第3のダイオード19に並列に充電
用抵抗20を接続した本発明の他の実施例を示し、電源
スイッチ投入後から通電ロジック回路の出力信号が出力
される間での遅れ時間の間にも、充電抵抗20を通して
電解コンデンサ13へ充電電流が流れるようにして充電
時間の短縮を図るものであり、その他の動作は図1の場
合と同様である。
【0020】また、図3は電解コンデンサ13の充電回
路を下アームトランジスタ3又は4で行なうようにした
本発明の更に他の実施例を示し、その基本動作は図2の
場合と同様である。
【0021】また、図9は3相DCブラシレスのバイポ
ーラ通電の駆動回路に適用した実施例を示し、上アーム
PNPトランジスタ3個1,2,31と下アームNPN
トランジスタ3個3,4,32で3相ブリッジ回路を構
成し、電源投入時に下アームNPNトランジスタ3,
4,32の何れかがON状態となり、上述したHブリッ
ジ構成回路と同様動作を行ない、電解コンデンサ13の
充電電流を設定した電流値に制限することが出来る。な
お、33はトランジスタ31と並列に接続した還流用ダ
イオード、35〜37は夫々3相モータ巻線である。
【0022】以上、本発明を適用した単相と3相のDC
ブラシレスモータの動作を説明したが、多相のDCブラ
シレスモータやステッピングモータのバイポーラ通電の
駆動回路にも適用可能であり同様の効果がある。また、
ブリッジを構成するトランジスタを説明ではバイポーラ
トランジスタとしたが、MOSFETやIGBTを使用
しても同様の構成が可能である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明のモータの駆
動回路によれば、次のような優れた効果を有する。
【0024】(1)基本的には従来回路にダイオード1
個の追加で実現可能である。
【0025】(2)低価格化、省スペース化を実現出来
る。
【0026】(3)電源ラインに電力損失を伴う部品が
なく効率が良い。
【0027】(4)コンデンサ充電開始からモータ巻線
通電開始までの時間を最短に出来る。
【0028】(5)殆どのバイポーラ通電するモータ駆
動回路に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のモータの駆動回路の−実施例を示す回
路図である。
【図2】本発明のモータの駆動回路の他の実施例を示す
回路図である。
【図3】本発明のモータの駆動回路の更に他の実施例を
示す回路図である。
【図4】従来のサージ電圧吸収機能の無いバイポーラ通
電の回路図である。
【図5】従来のサージ電圧吸収機能付きバイポーラ通電
の回路図である。
【図6】サージ吸収用コンデンサの電源投入時の充電電
流波形を示す。
【図7】従来の充電電流値制限回路図である。
【図8】従来の充電電流値制限回路図である。
【図9】本発明を3相DCブラシレスモータの駆動回路
に適用した実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 上アームPNPトランジスタ 2 上アームPNPトランジスタ 3 下アームNPNトランジスタ 4 下アームNPNトランジスタ 5 モータの単相巻線 6 DC電源 7 通電ロジック回路 8 還流用ダイオード 9 還流用ダイオード 10 還流用ダイオード 11 還流用ダイオード 12 電源投入用スイッチ 13 サージ吸収用電解コンデンサ 14 電流検出抵抗 15 コンパレータ 16 チョーコイル 17 電流制限用の抵抗 18 トランジスタ 19 ダイオード 20 充電用抵抗 31 上アームPNPトランジスタ 32 下アームNPNトランジスタ 33 還流用ダイオード 34 還流用ダイオード 35 3相モータ巻線 36 3相モータ巻線 37 3相モータ巻線
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 6/00 - 6/24 H02P 8/00 - 8/42 H02P 7/04 - 7/34

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Hブリッジ構成とされた4個のトランジ
    スタでモータの巻線をバイポーラ通電したときモータ巻
    線に流れる電流を検出する電流検出抵抗と、転流時のサ
    ージ電圧を吸収するコンデンサとを備え回路に流れる最
    大電流を抑制するようにしたモータ駆動回路において、
    上記Hブリッジを構成する2個の上アームPNPトラン
    ジスタのモータ巻線接続端子と第1,第2のダイオード
    のアノードを夫々接続し、夫々のダイオードのカソード
    側と上記コンデンサの一方の端子と第3のダイオードの
    アノード側を接続し、この第3のダイオードのカソード
    側をDC電源+側に接続し、上記コンデンサの他方の端
    子と2個の下アームNPNトランジスタのエミッタと上
    記電流検出抵抗の一端を接続し、この電流検出抵抗の他
    端をDC電源−側に接続したことを特徴とするモータの
    駆動回路。
  2. 【請求項2】 Hブリッジ構成とされた4個のトランジ
    スタでモータの巻線をバイポーラ通電したときモータ巻
    線に流れる電流を検出する電流検出抵抗と、転流時のサ
    ージ電圧を吸収するコンデンサとを備え回路に流れる最
    大電流を抑制するようにしたモータ駆動回路において、
    上記Hブリッジを構成する2個の下アームNPNトラン
    ジスタのモータ巻線接続端子と第1,第2のダイオード
    のカソードを夫々接続し、夫々のダイオードのアノード
    側と上記コンデンサの一方の端子と第3のダイオードの
    カソード側を接続し、2個の下アームNPNトランジス
    タのエミッタと上記電流検出抵抗の一端を接続し、この
    電流検出抵抗の他端と上記第3のダイオードのアノード
    側をDC電源−側に接続し、上記コンデンサの他方の端
    子をDC電源+側に接続したことを特徴とするモータの
    駆動回路。
  3. 【請求項3】 上記第3のダイオードと並列に充電用抵
    抗を接続したことを特徴とする請求項1または2記載の
    モータの駆動回路。
  4. 【請求項4】 上記Hブリッジを構成するトランジスタ
    としてMOSFET、IGBTを使用したことを特徴と
    する請求項3記載のモータの駆動回路。
  5. 【請求項5】 上記モータがDCブラシレスモータであ
    ることを特徴とする請求項1、2、3または4記載のモ
    ータの駆動回路。
  6. 【請求項6】 上記モータがステッピングモータである
    ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載のモー
    タの駆動回路。
  7. 【請求項7】 上記モータが3相のDCブラシレスモー
    タであり、モータ巻線に通電するトランジスタを上下ア
    ームに各3個配置した3相ブリッジ構成としたことを特
    徴とする請求項1、2、3または4記載のモータの駆動
    回路。
  8. 【請求項8】 上記モータが3相のステッピングモータ
    であり、モータ巻線に通電するトランジスタを上下アー
    ムに各3個配置した3相ブリッジ構成としたことを特徴
    とする請求項1、2、3または4記載のモータの駆動回
    路。
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