JP3213386B2

JP3213386B2 - 誘導負荷駆動装置

Info

Publication number: JP3213386B2
Application number: JP19236792A
Authority: JP
Inventors: 大輔吉田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JPH0638590A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、誘導性負荷に印加す
る電源を所定デューティ比で開閉することにより該誘導
負荷に印加される平均電圧または平均電流を制御して該
誘導性負荷を駆動する誘導負荷駆動装置に関し、特に負
荷電流の良好な立上がりを確保するようにした誘導負荷
駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、誘導負荷、例えば、ソレノイドプ
ランジャやステッピングモータのコイルを駆動する誘導
負荷駆動装置としては、この誘導負荷と電源との間に半
導体スイッチ等からなる回路開閉手段を挿入して、これ
を所定デューティ比で開閉することにより該誘導負荷に
印加される平均電圧または平均電流を制御する装置が用
いられている。この装置はチョッパ制御またはＰＷＭ
（パルス幅変調）制御として知られているもので、その
従来の代表的回路構成を図５および図６に示す。

【０００３】図５に示す回路は、いわゆるハイサイドス
イッチと呼ばれる回路構成で、スイッチ手段である２つ
のトランジスタＴＲ１、ＴＲ２および２つの抵抗Ｒ０、
Ｒ１を具備して構成され、トランジスタＴＲ１のベース
に所定デューティ比のＰＷＭ信号が加えられ、トランジ
スタＴＲ２のエミッタに電源が接続され、トランジスタ
ＴＲ２のエミッタ、ベース間に抵抗Ｒ０が接続され、ト
ランジスタＴＲ１のコレクタとトランジスタＴＲ２のベ
ース間に抵抗Ｒ１が接続され、トランジスタＴＲ１のエ
ミッタは接地されている。またこの回路の駆動対象であ
る誘導性負荷ＬにはフライホイールダイオードＦＤが並
列に接続され、フライホイールダイオードＦＤのカソー
ドはトランジスタＴＲ２のコレクタに接続され、フライ
ホイールダイオードＦＤのアノードは接地されている。

【０００４】かかる構成において、ＰＷＭ信号がハイレ
ベルになり、トランジスタＴＲ１がオンすると、これに
応答してトランジスタＴＲ２がオンになり、電源はトラ
ンジスタＴＲ２を介して誘導性負荷Ｌに印加され、電源
から、トランジスタＴＲ２、誘導性負荷Ｌを介して負荷
電流が接地へ流れる。このとき、この負荷電流は誘導性
負荷Ｌの特性から時間とともに増加し、最終的には誘導
性負荷Ｌ内の図示しない抵抗分と電源電圧によって与え
られる飽和点で一定する。

【０００５】ところで、上記のようなチョッパ制御を行
う場合、誘導性負荷Ｌに要求される平均電流値は上記飽
和点の電流値よりも低く、したがって、上記誘導性負荷
Ｌを流れる負荷電流がその飽和点に達する前にＰＷＭ信
号はハイレベルからローレベルになり、トランジスタＴ
Ｒ１はオンからオフになり、トランジスタＴＲ２もオン
からオフになり電源は誘導性負荷Ｌから遮断される。

【０００６】ここで、トランジスタＴＲ２のオン、オフ
タイミング、すなわちＰＷＭ信号のハイレベル、ローレ
ベルのタイミングは、例えば、時間のみを基準としたト
ランジスタＴＲ２のオン、オフ比率制御（デューティコ
ントロール）または図示しない電流検出器により誘導性
負荷Ｌを流れる負荷電流を検出して、その瞬時値または
平均値による定電流制御等の所定の基準によって決定さ
れる。

【０００７】いづれの場合も、トランジスタＴＲ２がオ
フになり、電源が誘導性負荷Ｌから遮断されると、誘導
性負荷Ｌを流れる負荷電流は、誘導性負荷Ｌの誘導成分
により、フライホイールダイオードＦＤを介して還流
し、回路の電気抵抗やフライホイールダイオードＦＤの
順方向電圧により次第に減少していく。

【０００８】この状態で、再びＰＷＭ信号がローレベル
からハイレベルになり、トランジスタＴＲ１がオンにな
り、トランジスタＴＲ２がオンになると、電源は再び誘
導性負荷Ｌに接続され、前述したように誘導性負荷Ｌを
流れる負荷電流は順次増加する。

【０００９】このとき、トランジスタＴＲ２のコレクタ
から誘導性負荷Ｌに至る信号線は、トランジスタＴＲ２
がオンしている間は電源電圧にチャージされ、またトラ
ンジスタＴＲ２がオフしている間は接地電位、すなわち
０ＶあるいはフライホイールダイオードＦＤの順方向電
圧によりわずかに負となる電位を持つ。

【００１０】ところで、トランジスタＴＲ２がオンした
とき、誘導性負荷Ｌに流れる負荷電流ｉは、誘導性負荷
ＬのインダクタンスをＬ、電源電圧をＥ、時間をｔとす
るときＥ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔで表わされる傾きで増加する。

【００１１】ここで、誘導性負荷Ｌ駆動の、例えば応答
性を高めるために、この負荷電流の良好な立上がり（増
加率）を確保しようとすると、誘導性負荷Ｌのインダク
タンスＬを軽減するか電源電圧Ｅを増加しなければなら
ない。

【００１２】しかし、誘導性負荷ＬのインダクタンスＬ
を軽減することは、例えば誘導性負荷Ｌの駆動により動
作する装置のトルクの減少に繋がるので、これは要求さ
れる制御対象との関係から難しい。そこで、少なくとも
誘導性負荷Ｌの駆動開始時に電源電圧Ｅを増加する構成
が考えられるが、このように構成すると、電源回路の大
型化およびコストアップに繋がる。

【００１３】また、図６に示す回路は、いわゆるローサ
イドスイッチと呼ばれる回路構成で、この回路構成にお
いても上述したと同様の問題が生じる。図６に示す回路
において、トランジスタＴＲ１のベースに所定デューテ
ィ比のＰＷＭ信号が加えられ、トランジスタＴＲ１のエ
ミッタは接地される。またこの回路の駆動対象である誘
導性負荷ＬにはフライホイールダイオードＦＤが並列に
接続され、フライホイールダイオードＦＤのカソードに
は電源が接続され、フライホイールダイオードＦＤのア
ノードはトランジスタＴＲ１のコレクタに接続される。

【００１４】この回路構成においても、負荷電流の増加
率は、誘導性負荷ＬのインダクタンスＬと電源電圧Ｅと
の関数で決定されるため、負荷電流の良好な立上がりを
確保しようとすると、少なくとも駆動開始時に電源電圧
Ｅを増加しなければならなくなり、電源回路の大型化お
よびコストアップをもたらす。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の誘導負荷駆動装置は、負荷電流の良好な立上がりを確
保しようとすると、電源回路の大型化およびコストアッ
プをもたらすという問題があった。

【００１６】そこで、この発明は、電源回路の大型化お
よびコストアップをもたらすことなく負荷電流の良好な
立上がりを確保することのできる誘導負荷駆動装置を提
供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、電源を所定デューティ比で開閉する第
１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段に接続さ
れる中間タップを有する単巻変圧器と、前記単巻変圧器
を流れる電流をオンオフする第２のスイッチ手段と、前
記単巻変圧器の中間タップに接続される誘導性負荷に流
れる電流をオンオフする第３のスイッチ手段とを具備
し、前記誘導性負荷の非駆動時には前記第２のスイッチ
手段をオンにするとともに前記第３のスイッチ手段をオ
フにし、前記誘導性負荷の駆動時には前記第２のスイッ
チ手段をオフにするとともに前記第３のスイッチ手段を
オンにすることを特徴とする。

【００１８】

【作用】誘導性負荷の非駆動時には第２のスイッチ手段
はオンになり、第３のスイッチ手段はオフになる。これ
により第１のスイッチ手段で開閉される電流は単巻変圧
器を流れ、この単巻変圧器にエネルギーが蓄積される。
誘導性負荷の駆動時になると、第２のスイッチ手段はオ
ンからオフになり、第３のスイッチ手段はオフからオン
になる。この時単巻変圧器に蓄積されたエネルギーが誘
導性負荷に加えられ、誘導性負荷に流れる負荷電流は速
やかに増加する。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明にかかわる誘
導負荷駆動装置の実施例を詳細に説明する。

【００２０】図１は、この発明の誘導負荷駆動装置の第
１の実施例を示したものである。この実施例の誘導負荷
駆動装置は図５に示したハイサイドスイッチと呼ばれる
回路構成にこの発明を適用して構成したもので、トラン
ジスタＴＲ２のコレクタに中間タップを有する単巻変圧
器ＡＴ１の巻線の一端が接続され、この単巻変圧器ＡＴ
１の巻線の他端はダイオードＤ１を介してトランジスタ
ＴＲ３のコレクタに接続される。このトランジスタＴＲ
３のエミッタは、シャント抵抗ＲＳＨを介して接地さ
れ、ベースには後に詳述する負荷オン／オフ指令信号Ｓ
ＴＢＹをインバータＩＮで反転した信号ＳＴＢＹＩが加
えられている。また、このトランジスタＴＲ３には並列
にツェナーダイオードＺＤが接続される。

【００２１】更に、単巻変圧器ＡＴ１の中間タップは、
トランジスタＴＲ４、抵抗Ｒ２を介して誘導性負荷Ｌに
接続される。ここで、抵抗Ｒ２は誘導性負荷Ｌの内部抵
抗である。また、誘導性負荷Ｌの他端はシャント抵抗Ｒ
ＳＨに接続される。

【００２２】更に、トランジスタＴＲ４には並列にツェ
ナーダイオードＺＢＫが接続され、トランジスタＴＲ４
のエミッタ、ベース間には抵抗Ｒ３が接続され、トラン
ジスタＴＲ４のベースは抵抗Ｒ４を介してトランジスタ
ＴＲ５のコレクタに接続され、このトランジスタＴＲ５
のベースには負荷オン／オフ指令信号ＳＴＢＹが加えら
れ、エミッタは接地されている。

【００２３】また、シャント抵抗ＲＳＨから電流フィー
ドバック信号ＣＦＶを発生し、この電流フィードバック
信号ＣＦＶはＰＷＭ回路１０に入力される。ＰＷＭ回路
１０には電流指令信号ＣＵＲＣＯＭが入力されており、
ＰＷＭ回路１０は電流フィードバック信号ＣＦＶとこの
電流指令信号ＣＵＲＣＯＭとを比較し、の電流フィード
バック信号ＣＦＶが電流指令信号ＣＵＲＣＯＭの近傍と
なるようにトランジスタＴＲ１のオンオフを制御するＰ
ＷＭ信号を生成する。他の構成は図５に示した従来回路
と同一である。なお、図１において、図５に示した従来
回路と同一の機能を果たす回路素子には説明の便宜上図
５で用いた符号と同一の符号を付する。図１の構成にお
いて、誘導性負荷Ｌの非駆動時には、負荷オン／オフ指
令信号ＳＴＢＹはローレベルであり、トランジスタＴＲ
５はオフ、トランジスタＴＲ４はオフになっている。ま
たこの時、このローレベルの負荷オン／オフ指令信号Ｓ
ＴＢＹはインバータＩＮで反転されて信号ＳＴＢＹＩと
してトランジスタＴＲ３のベースに加えられるので、ト
ランジスタＴＲ３はオンとなっている。

【００２４】したがって、トランジスタＴＲ２のオン
時、電源電流は、単巻変圧器ＡＴ１の巻線、ダイオード
Ｄ１、トランジスタＴＲ３、シャント抵抗ＲＳＨを介し
て接地に流れ、その電流値は、式Ｅ＝Ｌ（ＡＴ１）・ｄ（ｉＡＴ１）／ｄｔ＋ＲＳＨ・ｉ
ＡＴ１にしたがって増加する。ここで、Ｅは電源電圧、Ｌ（Ａ
Ｔ１）は単巻変圧器ＡＴ１の中間タップ解放時の巻線イ
ンダクタンス、ｉＡＴ１は単巻変圧器ＡＴ１の巻線電
流、ＲＳＨはシャント抵抗ＲＳＨの抵抗値である。

【００２５】また、単巻変圧器ＡＴ１、ダイオードＤ
１、トランジスタＴＲ３、シャント抵抗ＲＳＨからなる
直列回路にはフライホイールダイオードＦＤが並列に接
続されているので、トランジスタＴＲ２のオフ時には、
単巻変圧器ＡＴ１の巻線、ダイオードＤ１、トランジス
タＴＲ３、シャント抵抗ＲＳＨを介して接地に流れる電
流は、このフライホイールダイオードＦＤを通り、単巻
変圧器ＡＴ１に戻り、この回路を還流している。

【００２６】このとき、この電流はシャント抵抗ＲＳＨ
により検出され、電流フィードバック信号ＣＦＶとして
ＰＷＭ回路１０に入力される。ＰＷＭ回路１０には電流
指令信号ＣＵＲＣＯＭが入力されており、ＰＷＭ回路１
０は電流フィードバック信号ＣＦＶとこの電流指令信号
ＣＵＲＣＯＭとを比較し、の電流フィードバック信号Ｃ
ＦＶが電流指令信号ＣＵＲＣＯＭの近傍となるようにト
ランジスタＴＲ１のオンオフを制御するＰＷＭ信号を生
成する。このＰＷＭ信号によりトランジスタＴＲ１をオ
ンオフ制御し、これに対応して、トランジスタＴＲ２が
オンオフして電源を開閉する。

【００２７】すなわち、誘導性負荷Ｌの非駆動時には、
電流指令信号ＣＵＲＣＯＭは、単巻変圧器ＡＴ１に常時
蓄積しておくべきエネルギーに見合う全巻線電流を指令
しており、これに応じてトランジスタＴＲ２は開閉を繰
り返している。

【００２８】この状態において、誘導性負荷Ｌを駆動す
るために、負荷オン／オフ指令信号ＳＴＢＹがローレベ
ルからハイレベルになると、トランジスタＴＲ３はオフ
になり、また、トランジスタＴＲ５はオンになり、これ
に応答してトランジスタＴＲ４もオンになり、単巻変圧
器ＡＴ１の中間タップがこのトランジスタＴＲ４、内部
抵抗Ｒ２を介して誘導性負荷Ｌに接続される。

【００２９】この時、今まで単巻変圧器ＡＴ１の全巻線
に流れていた全巻線電流は中間タップにより分割される
部分巻線側に流れる。この部分巻線側に流れる部分巻線
電流は全巻線と部分巻線との巻数比によって決定され、
例えば、全巻線の巻数Ｎ１と部分巻線の巻数Ｎ２との比
がＮ：１であるとすると、全巻線電流のＮ倍の電流供給
能力を有する。ここで、誘導性負荷Ｌのインダクタンス
等により部分巻線電流が所定の値に到達しない場合は、
単巻変圧器ＡＴ１の相互誘導作用により、全巻線電流遮
断によるサージ電圧の１／Ｎの過電圧を部分巻線側に発
生するため、誘導性負荷Ｌを流れる負荷電流を速やかに
増加させることができる。

【００３０】なお、トランジスタＴＲ３に並列に接続さ
れるツェナーダイオードＺＤはこのとき発生されるサー
ジ電圧をクランプし、このサージ電圧からトランジスタ
ＴＲ３を保護するためのものである。ここで、このツェ
ナーダイオードＺＤは適当な容量値を有するコンデンサ
に代えることもできる。また、ツェナーダイオードＺＢ
ＫはトランジスタＴＲ４の保護のために挿入されたもの
である。

【００３１】図２は、図１に示した回路の各部の信号波
形を示したものである。次に、この図２を参照して図１
に回路の動作を更に説明する。

【００３２】誘導性負荷Ｌの非駆動時、すなわち、誘導
性負荷Ｌを駆動していない状態においては電流指令信号
ＣＵＲＣＯＭは、図２（ｃ）に示すように、電流ｉ０、
すなわち、単巻変圧器ＡＴ１に常時蓄積しておくべきエ
ネルギーに見合う全巻線電流を指令しており、これに応
じてトランジスタＴＲ２は開閉を繰り返している。この
時負荷オン／オフ指令信号ＳＴＢＹは、図２（ａ）に示
すようにローレベルであり、トランジスタＴＲ５および
ＴＲ４はオフになっており、また、この負荷オン／オフ
指令信号ＳＴＢＹの反転信号ＳＴＢＹＩは、図２（ｂ）
に示すようにハイレベルになって、トランジスタＴＲ３
はオンになっている。したがって、単巻変圧器ＡＴ１に
流れる電流ｉＴは図２（ｅ）に示すように電流ｉ０に制
御されている。

【００３３】時刻Ｔ０において、誘導性負荷Ｌに通電を
開始したとすると、この時刻Ｔ０で、図２（ａ）に示す
ように負荷オン／オフ指令信号ＳＴＢＹはローレベルか
らハイレベルになり、この負荷オン／オフ指令信号ＳＴ
ＢＹの反転信号ＳＴＢＹＩは図２（ｂ）に示すようにハ
イレベルからローレベルになる。これにより、トランジ
スタＴＲ５およびＴＲ４はオフからオンになり、トラン
ジスタＴＲ３はオンからオフになる。このとき、今まで
単巻変圧器ＡＴ１の全巻線により生じていた磁束は、こ
の電流の減少を阻止する方向に作用し、全巻線の両端に
サージ電圧を発生し、またこのサージ電圧を単巻変圧器
ＡＴ１の全巻線の巻数Ｎ１と単巻変圧器ＡＴ１の中間タ
ップにより分割される部分巻線の巻数Ｎ２との比、すな
わち１／Ｎに分割した電圧が部分巻線に発生する。ここ
で、単巻変圧器ＡＴ１の全巻線の両端に発生するサージ
電圧はトランジスタＴＲ３の保護用のツェナーダイオー
ドＺＤによりクランプされるが、単巻変圧器ＡＴ１の中
間タップにより分割される部分巻線に発生した起電力
は、トランジスタＴＲ４がオンしているため、誘導性負
荷Ｌに印加され、誘導性負荷Ｌの負荷電流ｉＬを増加さ
せる。そして、この負荷電流ｉＬが全巻線の巻数Ｎ１と
部分巻線の巻数Ｎ２の巻線比相当、すなわちＮ１／Ｎ２
・ｉ０（ｉ０のＮ倍）に近付くと、それまで減少してき
た単巻変圧器ＡＴ１内の磁束と部分巻線に流れる電流に
よる磁束とが等しくなり、サージ電圧は消失する。これ
までの現象は極めて迅速に進行するため、近似的には、
当初単巻変圧器ＡＴ１の全巻線により形成されてきた単
巻変圧器ＡＴ１内の磁束が、中間タップにより分割され
る部分巻線に流れるＮ倍の電流によって保存されたもの
と見なすことができる。この過程は図２において時刻Ｔ
０からＴ１間での間に示される。ここで、図２（ｄ）に
はツェナーダイオードＺＤによりクランプされるサージ
電圧ＶＺが示され、図２（ｅ）には、単巻変圧器ＡＴ１
に供給される電流ｉＴが示され、図２（ｆ）には、誘導
性負荷Ｌに供給される負荷電流ｉＬが示され、図２
（ｇ）は誘導性負荷Ｌに加えられる負荷電圧ＶＬが示さ
れる。

【００３４】このようにして、誘導性負荷Ｌの駆動が開
始されると、図２（ｃ）に示すように電流指令信号ＣＵ
ＲＣＯＭは単巻変圧器ＡＴ１の部分巻線による電流値に
相当する値に変更される。

【００３５】誘導性負荷Ｌに供給された部分巻線電流
は、再びシャント抵抗ＲＳＨに合流しているので、この
シャント抵抗ＲＳＨの電圧降下により負荷電流を知るこ
とができる。

【００３６】ここで、単巻変圧器ＡＴ１は、上記負荷電
流の供給によりその磁芯に蓄積したエネルギーを一部放
出しているため、単巻変圧器ＡＴ１の全巻線から部分巻
線への電流の変化の結果、誘導性負荷Ｌの駆動に必要な
電流値に対して単巻変圧器ＡＴ１の出力電流が不足する
ことが考えられる。このことは、すなわち、シャント抵
抗ＲＳＨの電圧降下分と電流指令信号ＣＵＲＣＯＭとの
間の偏差を大きくすることになり、トランジスタＴＲ２
のオン時間を増大させることになる。以後、トランジス
タＴＲ２はＰＷＭ回路１０から発生されるＰＷＭ信号に
よりオンオフして新たな電流指令信号ＣＵＲＣＯＭに一
致するようにＰＷＭ制御される。この状態は図２におい
て時刻Ｔ１からＴ２までに示される。

【００３７】誘導性負荷Ｌの駆動が終了すると、負荷オ
ン／オフ指令信号ＳＴＢＹは図２（ａ）に示すようにハ
イレベルからローレベルに復帰し、また、負荷オン／オ
フ指令信号ＳＴＢＹの反転信号ＳＴＢＹＩは図２（ｂ）
に示すようにローレベルからハイレベルに復帰する。こ
れによりトランジスタＴＲ５およびＴＲ４はオンからオ
フになり、トランジスタＴＲ３はオフからオンになる。
これにより誘導性負荷Ｌは単巻変圧器ＡＴ１の中間タッ
プから切り離され、単巻変圧器ＡＴ１の部分巻線に流れ
ていた電流は１／Ｎになり、再び全巻線に流れることに
なる。この時、部分巻線のもれインダクタンス、誘導性
負荷Ｌのインダクタンス等の回路中の誘導成分により発
生するサージ電圧は、トランジスタＴＲ４に並列に挿入
されたツェナーダイオードＺＢＫにより吸収され、これ
によりトランジスタＴＲ４の保護が図られている。

【００３８】図３は、４相ステッピングモータの駆動回
路にこの発明を適用した他の実施例を示したものであ
る。この実施例において、４相ステッピングモータの各
相のコイルＬＡ〜ＬＤはそれぞれ独立した４個の定電流
駆動回路に接続されている。これらの回路では、コイル
ＬＡ〜ＬＤは、それぞれ、逆流防止用ダイオードＤ３−
Ａ〜Ｄ３−Ｄ、リアクトルＤＬ−Ａ〜ＤＬ−Ｄ、トラン
ジスタＭＴＲ−Ａ〜ＭＴＲ−Ｄを介して電源に接続され
ている。トランジスタＭＴＲ−Ａ〜ＭＴＲ−ＤはＰＷＭ
信号ＰＷＭ−Ａ〜ＰＷＭ−Ｂにより駆動される。また、
リアクトルＤＬ−Ａ〜ＤＬ−ＤとトランジスタＭＴＲ−
Ａ〜ＭＴＲ−Ｄとの直列回路にはダイオードＲＢＤ−Ａ
〜ＲＢＤ−Ｄが並列に接続されている。

【００３９】また、コイルＬＡ〜ＬＤは、各相の駆動／
非駆動を制御するトランジスタＳＴＲ−Ａ〜ＳＴＲ−
Ｄ、電流検出用シャント抵抗ＲＳＥ−Ａ〜ＲＳＨ−Ｄを
介して接地されている。また、トランジスタＳＴＲ−Ａ
〜ＳＴＲ−Ｄと電流検出シャント抵抗ＲＳＥ−Ａ〜ＲＳ
Ｈ−Ｄとの直列回路には、それぞれ、ツェナーダイオー
ドＺＤ１−Ａ〜ＺＤ１−Ｄが並列に接続されている。こ
こで、トランジスタＳＴＲ−Ａ〜ＳＴＲ−Ｄは各相の駆
動信号ＤＲＶ−Ａ〜ＤＲＶ−Ｄによりそれぞれ駆動され
る。更に、リアクトルＤＬ−Ａ〜ＤＬ−Ｄ、ダイオード
Ｄ３−Ａ〜Ｄ３−Ｄ、コイルＬＡ〜ＬＤ、トランジスタ
ＳＴＲ−Ａ〜ＳＴＲ−Ｄ、電流検出シャント抵抗ＲＳＨ
−Ａ〜ＲＳＨ−Ｄからなる直列回路には、それぞれ、フ
ライホイールダイオードＦＤ−Ａ〜ＦＤ−Ｄが並列に接
続されている。

【００４０】更に、コイルＬＡ〜ＬＤは、それぞれ、ダ
イオードＤ２−Ａ〜Ｄ２−Ｄ、トランジスタＴＲ４−Ａ
〜ＴＲ４−Ｄを介して単巻変圧器ＡＴ１の中間タップに
接続され、トランジスタＴＲ４−Ａ〜ＴＲ４−Ｄには、
それぞれ、ツェナーダイオードＺＢＫ−Ａ〜ＺＢＫ−Ｄ
が並列に接続されている。また、トランジスタＴＲ４−
Ａ〜ＴＲ４−Ｄのベースは、それぞれ、抵抗Ｒ４−Ａ〜
Ｒ４−Ｄを介してトランジスタＴＲ５−Ａ〜ＴＲ５−Ｄ
のコレクタに接続され、トランジスタＴＲ５−Ａ〜ＴＲ
５−Ｄのエミッタは接地されている。また、トランジス
タＴＲ５−Ａ〜ＴＲ５−Ｄのベースにはそれぞれ負荷オ
ン／オフ指令信号ＳＴＢＹ−Ａ〜ＳＴＢＹ−Ｄが加えら
れている。

【００４１】単巻変圧器ＡＴ１の一端には、ＰＷＭ信号
により電源を開閉するトランジスタＴＲ２のコレクタが
接続され、単巻変圧器ＡＴ１の他端は、ダイオードＤ
１、トランジスタＴＲ３、シャント抵抗ＲＳＨ−０を介
して接地され、トランジスタＴＲ３には並列にツェナー
ダイオードＺＤが接続されている。また、単巻変圧器Ａ
Ｔ１、ダイオードＤ１、トランジスタＴＲ３、シャント
抵抗ＲＳＨ−０からなる直列回路にはフライホイールダ
イオードＦＤが並列に接続されている。

【００４２】また、シャント抵抗ＲＳＨ−０、ＲＳＨ−
Ａ〜ＲＳＨ−Ｄで検出された電流フィードバック信号Ｃ
ＦＢ−０、ＣＦＢ−Ａ〜ＣＦＢ−Ｄは、セレクタＳＥＬ
を介して信号ＭＯＤとしてＰＷＭ回路３０に加えられ、
ＰＷＭ回路３０はこの信号ＭＯＤと電流指令信号ＣＵＲ
ＣＯＭとの偏差が小さくなるようにトランジスタＴＲ２
をオンオフ制御する。ここで、ＰＷＭ回路３０は図１に
示したＰＷＭ回路２０、トランジスタＴＲ１、抵抗Ｒ１
を含むものである。

【００４３】また、シャント抵抗ＲＳＨ−Ａ〜ＲＳＨ−
Ｄで検出された電流フィードバック信号ＣＦＢ−Ａ〜Ｃ
ＦＢ−Ｄは、それぞれ、図示しない各相のＰＷＭ回路に
加えられ、ここで所定の電流指令値との比較のもとに、
それぞれ、トランジスタＭＴＲ−Ａ〜ＭＴＲ−Ｄを駆動
するためのＰＷＭ信号ＰＷＭ−Ａ〜ＰＷＭ−Ｂを生成す
る。

【００４４】この回路の動作を、Ａ相を例にとって説明
すると、トランジスタＭＴＲ−ＡはＰＷＭ信号ＰＷＭ−
Ａにより駆動され、トランジスタＭＴＲ−Ａがオンのと
きは、電源から、トランジスタＭＴＲ−Ａ、リアクトル
ＤＬ−Ａ、逆流防止用ダイオードＤ３−Ａ、コイルＬ
Ａ、トランジスタＳＴＲ−Ａ、電流検出用シャント抵抗
ＲＳＨ−Ａを介して接地へ回路電流が流れる。この時の
Ａ相回路電流ｉＡは、式Ｅ＝（Ｌ（LA）＋Ｌ（DL-A））・ｄｉＡ／ｄｔ＋（ＲＳ
ＨＡ＋ＲＡ）・ｉＡにしたがって増加する。ここで、Ｅは電源電圧、Ｌ（L
A）はコイルＬＡのインダクタンス、Ｌ（DL-A）はリア
クトルＤＬ−Ａのインダクタンス、ＲＳＨＡはシャント
抵抗ＲＳＨ−Ａの抵抗値、ＲＡはコイルＬＡの内部抵抗
である。

【００４５】このＡ相回路電流は、電流検出用シャント
抵抗ＲＳＨ−Ａの電圧降下から検出され、図示しないＡ
相ＰＷＭ回路によりその平均電流が所定の電流指令値と
一致するようにＰＷＭ制御される。

【００４６】ＰＷＭ信号ＰＷＭ−Ａにより、トランジス
タＭＴＲ−Ａがオフになると、コイルＬＡを流れる負荷
電流は、リアクトルＤＬ−Ａ、逆流防止用ダイオードＤ
３−Ａ、コイルＬＡ、トランジスタＳＴＲ−Ａ、電流検
出用シャント抵抗ＲＳＨ−Ａ、接地、フライホイールダ
イオードＦＤ−Ａ、リアクトルＤＬ−Ａの還流路を還流
しつつ漸減する。他の相、すなわちＢ相、Ｃ相、Ｄ相の
動作も同様である。

【００４７】ところで、４相ステッピングモータの各相
のコイルＬＡ〜ＬＤは、図４（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、互いに一定の順序で励磁、解磁を繰り返している。
この実施例においては、この発明を適用することにより
各相のコイルＬＡ〜ＬＤの負荷電流の立上がりを改善し
ている。図３において、一点鎖線で囲んだ回路１００が
この発明によって導入された回路であり、この回路１０
０の回路構成は基本的には図１に示した回路構成と同一
である。ただし、この実施例では、制御対象となる誘導
性負荷として４つのコイルＬＡ〜ＬＤを有しているの
で、一点鎖線で囲んだ回路１００においては、図１に示
したトランジスタＴＲ４およびツェナーダイオードＺＢ
Ｋは、それぞれ、各コイルＬＡ〜ＬＤに対応する４つの
トランジスタＴＲ４−Ａ〜ＴＲ４−Ｄおよび４つのツェ
ナーダイオードＺＢＫ−Ａ〜ＺＢＫ−Ｄに置き換えら
れ、各トランジスタＴＲ４−Ａ〜ＴＲ４−Ｄのコレクタ
にはそれぞれダイオードＤ２−Ａ〜Ｄ２−Ｄが接続さ
れ、ＰＷＭ回路３０には、この回路を動作させないとき
の定常電流を検出するシャント抵抗ＲＳＨ−０および各
相の負荷電流を検出するシャント抵抗ＲＳＨ−Ａ〜ＲＳ
Ｈ−Ｄで検出された電流フィードバック信号ＣＦＢ−
０、ＣＦＢ−Ａ〜ＣＦＢ−ＤがセレクタＳＥＬを介して
信号ＭＯＤとして加えられている。

【００４８】以下この回路１００の動作を中心にこの実
施例の動作を図４に示したタイミングチャートを参照し
て説明する。

【００４９】図４において、（ａ）〜（ｄ）はそれぞ
れ、各相の駆動／非駆動を制御するトランジスタＳＴＲ
−Ａ〜ＳＴＲ−Ｄのベースに印加される各相の駆動信号
ＤＲＶ−Ａ〜ＤＲＶ−Ｄを示したもので、トランジスタ
ＳＴＲ−Ａ〜ＳＴＲ−Ｄは、図４（ａ）〜（ｄ）に示す
ように、順次オン、オフして、コイルＬＡ〜ＬＤに電源
から順次駆動電流を流す。ここで、この実施例において
は各相の駆動電流の立上がり部における電流増加率を改
善するために、回路１００が設けられている。

【００５０】回路１００のトランジスタＴＲ４−Ａ〜Ｔ
Ｒ４−Ｄのベースには、図４（ｅ）〜（ｈ）に示すよう
に、各相の駆動信号ＤＲＶ−Ａ〜ＤＲＶ−Ｄの立上がり
部で一定時間ハイレベルとなる負荷オン／オフ指令信号
ＳＴＢＹ−Ａ〜ＳＴＢＹ−Ｄが加えられ、各相の駆動信
号ＤＲＶ−Ａ〜ＤＲＶ−Ｄの立上がり部でトランジスタ
ＴＲ４−Ａ〜ＴＲ４−Ｄは一定時間オンになる。

【００５１】また、トランジスタＴＲ３のベースには、
負荷オン／オフ指令信号ＳＴＢＹ−Ａ〜ＳＴＢＹ−Ｄの
いずれもがハイレレベルとならないときハイレベルとな
る図４（ｉ）に示すような信号ＳＴＢＹＩが加えられて
いる。

【００５２】更に、セレクタＳＥＬは、図４（ｊ）に示
すように、Ａ相に対応する信号ＳＴＢＹ−Ａがハイレベ
ルとなっている間は、Ａ相のシャント抵抗ＲＳＨ−Ａで
検出された電流フィードバック信号ＣＦＢ−Ａを選択
し、Ｂ相に対応する信号ＳＴＢＹ−Ｂがハイレベルとな
っている間は、Ｂ相のシャント抵抗ＲＳＨ−Ｂで検出さ
れた電流フィードバック信号ＣＦＢ−Ｂを選択し、Ｃ相
に対応する信号ＳＴＢＹ−Ｃがハイレベルとなっている
間は、Ｃ相のシャント抵抗ＲＳＨ−Ｃで検出された電流
フィードバック信号ＣＦＢ−Ｃを選択し、Ｄ相に対応す
る信号ＳＴＢＹ−Ｄがハイレベルとなっている間は、Ｄ
相のシャント抵抗ＲＳＨ−Ｄで検出された電流フィード
バック信号ＣＦＢ−Ｄを選択し、信号ＳＴＢＹ−Ａ〜Ｓ
ＴＢＹ−Ｄのいずれもがハイレレベルとならないとき、
すなわち、図４（ｉ）に示す信号ＳＴＢＹＩがハイレベ
ルとなっている間は、シャント抵抗ＲＳＨ−０で検出さ
れた電流フィードバック信号ＣＦＢ−０を選択するよう
に構成されており、電流指令信号ＣＵＲＣＯＭは、図４
（ｋ）に示すように、各相の負荷オン／オフ指令信号Ｓ
ＴＢＹ−Ａ〜ＳＴＢＹ−Ｄがハイレベルとなる間には、
それぞれ、各相の起動電流値に対応した値をとり、各相
の負荷オン／オフ指令信号ＳＴＢＹ−Ａ〜ＳＴＢＹ−Ｄ
がいずれもハイレベルとならない図４（ｉ）に示す制御
信号ＳＴＢＹＩがハイレベルとなっている間は単巻変圧
器ＡＴ１に所定のエネルギーを蓄積するための所定の定
常電流値をとるように構成されている。

【００５３】この回路の動作を、Ａ相を例にとって説明
すると、まず、Ａ相に対応する駆動信号ＤＲＶ−Ａがロ
ーレベルとなってるときは、トランジスタＳＴＲ−Ａは
オフとなっており、Ａ相のコイルＬＡには電流は流され
ていない。このとき、信号ＳＴＢＹ−Ａはローレベルで
あり、信号ＳＴＢＹＩはハイレベルとなっているので、
トランジスタＴＲ３はオンとなり、回路電流は、電源か
ら、トランジスタＴＲ２、単巻変圧器ＡＴ１、ダイオー
ドＤ１、トランジスタＴＲ３、シャント抵抗ＲＳＨ−０
を介して接地に流れ、単巻変圧器ＡＴ１には所定のエネ
ルギーが蓄積されている。このとき、セレクタＳＥＬは
シャント抵抗ＲＳＨ−０で検出された電流フィードバッ
ク信号ＣＦＢ−０を選択しているので、単巻変圧器ＡＴ
１を流れる電流は図４（ｋ）に定常電流値に一致するよ
うに、ＰＷＭ回路３０により制御される。

【００５４】Ａ相に対応する駆動信号ＤＲＶ−Ａがロー
レベルからハイレベルに立ち上がると、トランジスタＳ
ＴＲ−Ａはオフからオンになり、電源から、トランジス
タＭＴＲ−Ａ、リアクトルＤＬ−Ａ、逆流防止用ダイオ
ードＤ３−Ａ、コイルＬＡ、トランジスタＳＴＲ−Ａ、
電流検出用シャント抵抗ＲＳＨ−Ａを介して接地へ回路
電流が流れる。

【００５５】このとき、Ａ相に対応する信号ＳＴＢＹ−
Ａはローレベルからハイレベルとなり、これによりトラ
ンジスタＴＲ４−Ａはオンになり、同時にトランジスタ
ＴＲ３はオンからオフになるので、単巻変圧器ＡＴ１に
蓄積されていたエネルギーにより、単巻変圧器ＡＴ１の
中間タップ、トランジスタＴＲ４−Ａ、ダイオードＤ２
−Ａを介してＡ相のコイルＬＡに過電圧が印加され、コ
イルＬＡを流れる負荷電流を急激に増大させることがで
きる。このときセレクタＳＥＬはシャント抵抗ＲＳＨ−
Ａで検出されたＡ相の電流フィードバック信号ＣＦＢ−
Ａを選択しているので、Ａ相の負荷電流は図４（ｋ）に
示すＡ相の起動電流値に一致するように、ＰＷＭ回路３
０により制御される。

【００５６】図４（ｅ）に示すように、信号ＳＴＢＹ−
Ａは一定時間ハイレベルとなると、ローレベルに立ち下
がり、これにより、トランジスタＴＲ４−Ａはオフにな
り、Ａ相のコイルＬＡは単巻変圧器ＡＴ１の中間タップ
から切り離される。以後、駆動信号ＤＲＶ−Ａがハイレ
ベルになっている間は、電源から、トランジスタＭＴＲ
−Ａ、リアクトルＤＬ−Ａ、逆流防止用ダイオードＤ３
−Ａ、コイルＬＡ、トランジスタＳＴＲ−Ａ、電流検出
用シャント抵抗ＲＳＨ−Ａを介して接地へ流れる回路電
流により、コイルＬＡの励磁は保持される。

【００５７】また、信号ＳＴＢＹ−Ａがハイレベルから
ローレベルに立ち下がると、図４（ｉ）に示す信号ＳＴ
ＢＹＩはローレベルからハイレベルに立上がり、これに
よりトランジスタＴＲ３はオンになるので、再び、回路
電流は、電源から、トランジスタＴＲ２、単巻変圧器Ａ
Ｔ１、ダイオードＤ１、トランジスタＴＲ３、シャント
抵抗ＲＳＨ−０を介して接地に流れ、単巻変圧器ＡＴ１
には所定のエネルギーが蓄積され、次の相の駆動に備え
る。

【００５８】なお、上記説明はＡ相について説明したが
他の相、すなわちＢ相、Ｃ相、Ｄ相の動作も同様であ
る。

【００５９】このように、この実施例においては、各相
のコイルＬＡ〜ＬＤの負荷電流の立上がり部において、
単巻変圧器ＡＴ１に蓄積したエネルギーにより起動電流
を独立に供給するので、各相のコイルＬＡ〜ＬＤに流れ
る相電流の電流増加率を大幅に改善することができる。

【００６０】また、この実施例においては、各相のコイ
ルＬＡ〜ＬＤに印加する電源を開閉するトランジスタＭ
ＴＲ−Ａ〜ＭＴＲ−Ｄのそれぞれのコレクタから各相の
コイルＬＡ〜ＬＤに至る信号線にリアクトルＤＬ−Ａ〜
ＤＬ−Ｄを挿入したので、各相のコイルＬＡ〜ＬＤの両
端に発生する電圧はリアクトルＤＬ−Ａ〜ＤＬ−Ｄの作
用により、わずかにリップルを含むほぼ一定の電圧とな
り、リアクトルＤＬ−Ａ〜ＤＬ−Ｄを適当に選択するこ
とにより、各相のコイルＬＡ〜ＬＤに至る信号線からの
不要な輻射、誘導雑音の発生を大幅に軽減することがで
きる。

【００６１】なお、上記実施例においては、いずれもハ
イサイドスイッチと呼ばれる回路構成にこの発明を適用
した実施例を示したが、ローサイドスイッチと呼ばれる
回路構成にこの発明を適用した場合も同様に構成できる
のは勿論である。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
電源を所定デューティ比で開閉する第１のスイッチ手段
と、前記第１のスイッチ手段に接続される中間タップを
有する単巻変圧器と、前記単巻変圧器を流れる電流をオ
ンオフする第２のスイッチ手段と、前記単巻変圧器の中
間タップに接続される誘導性負荷に流れる電流をオンオ
フする第３のスイッチ手段とを具備し、前記誘導性負荷
の非駆動時には前記第２のスイッチ手段をオンにすると
ともに前記第３のスイッチ手段をオフにし、前記誘導性
負荷の駆動時には前記第２のスイッチ手段をオフにする
とともに前記第３のスイッチ手段をオンにするように構
成したので、誘導性負荷の非駆動時には単巻変圧器にエ
ネルギーが蓄積され、誘導性負荷の駆動時には、この時
単巻変圧器に蓄積されたエネルギーにより、誘導性負荷
に流れる負荷電流は速やかに増加し、これにより電源回
路を大型化することなく負荷電流の良好な立上がりを確
保することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の誘導負荷駆動装置の一実施例を示す
回路図。

【図２】図１に示した実施例の動作を説明するための波
形図。

【図３】この発明を４相ステッピングモータの駆動回路
に適用したの他の実施例を示す回路図。

【図４】図３に示した実施例の動作を説明するためのタ
イミングチャート。

【図５】誘導負荷駆動装置の従来例を示す回路図。

【図６】誘導負荷駆動装置の他の従来例を示す回路図。

【符号の説明】

１０ＰＷＭ回路Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４抵抗ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４、ＴＲ５トランジ
スタＦＤフライホイールダイオードＡＴ１単巻変圧器Ｌ誘導性負荷ＺＤ、ＺＢＫツェナーダイオードＲＳＨシャント抵抗ＩＮインバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−61106（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−157999（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−17781（ＪＰ，Ａ) 特開平２−290187（ＪＰ，Ａ) 特開平４−4750（ＪＰ，Ａ) 特開平５−284734（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−15187（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−86789（ＪＰ，Ｕ) 実開平４−179（ＪＰ，Ｕ) 特公昭57−21938（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 8/00 H01F 7/18 H02M 3/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電源を所定デューティ比で開閉する第１
のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段に接続される中間タップを有す
る単巻変圧器と、前記単巻変圧器を流れる電流をオンオフする第２のスイ
ッチ手段と、前記単巻変圧器の中間タップに接続される誘導性負荷に
流れる電流をオンオフする第３のスイッチ手段とを具備
し、前記誘導性負荷の非駆動時には前記第２のスイッチ手段
をオンにするとともに前記第３のスイッチ手段をオフに
し、前記誘導性負荷の駆動時には前記第２のスイッチ手
段をオフにするとともに前記第３のスイッチ手段をオン
にすることを特徴とする誘導負荷駆動装置。