JP3489172B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

モータ駆動装置

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JP3489172B2
JP3489172B2 JP00729994A JP729994A JP3489172B2 JP 3489172 B2 JP3489172 B2 JP 3489172B2 JP 00729994 A JP00729994 A JP 00729994A JP 729994 A JP729994 A JP 729994A JP 3489172 B2 JP3489172 B2 JP 3489172B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モータ駆動装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来バイポーラトランジスタのようなス
イッチング素子をブリッジ接続した正逆切換回路により
DCモータの駆動電流の方向を切り換えるとともに、対
向辺にあるスイッチング素子の一方をPWMパルス信号
によりオンオフして駆動電流を制御し、検出される負荷
電流が指令値(目標設定値)に一致するよう制御するモ
ータ駆動装置がある。
【0003】ところで駆動電流の方向切換時に、スイッ
チング素子のスイッチング遅れ等により直列に接続した
スイッチング素子同士が同時オンして所謂アーム短絡が
起きることがある。そのため例えばPWMパルス信号を
スイッチング素子に与えるのを制御するために設けたゲ
ート回路の制御信号と、出力電圧とが異なっている期間
を計測して常にゲート回路の制御信号と出力電圧とが一
定時間遅れるようにしてデッドタイムを調整し、アーム
短絡を防止するものが特開平2−307369号に見ら
れるように提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなデッドタ
イム調整を行うものでは必ず、デッドタイムが存在して
制御できない区間が生じ、電流零近傍における制御性が
悪くなるという問題があった。またPWM制御において
PWMパルス信号の幅が正規の最小幅で与えられたとし
ても、回路内の信号伝達時に波形歪や減衰が生じてスイ
ッチング素子の制御端に入力する際には正規の幅より幅
狭となって、スイッチング素子をオン駆動できなくな
り、微小電流の制御が行えない等の問題があった。
【0005】またPWM制御の場合一般的にキャリア周
波数が固定であるためモータのインダクタンスの違いに
より駆動電流やモータに微振動(リップル)が発生す
る。そこでモータを取付け、全システムを組み上げてか
ら振動が最小となるようにキャリア周波数を調整してい
た。本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもので、
目的とするところは、電流が略零での制御を可能とし
ながらアーム短絡を防止することができ、しかもPWM
パルス信号の最小幅を補償して確実な微小電流の制御が
行え、その上電流振動や位置振動を検出して振動が最小
となる最適なキャリア周波数を自動的に設定することが
できるモータ駆動装置を提供するにある。
【0006】
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明では、ブリッジ接続された4つのス
イッチング素子からなり直列接続されたスイッチング素
子同士の接続点にDCモータを接続し、対向辺にあるス
イッチング素子同士をオン又はオフすることによりDC
モータに供給する駆動電流の方向を切り換える正逆切換
回路と、DCモータに流れる負荷電流を検出する電流検
出手段とを備え、電流検出手段の検出電流値とDCモー
タに供給する駆動電流の大きさを決める指令値との偏差
に基づいて検出電流値が指令値になるようにDCモータ
に供給する駆動電流をPWM制御するPWM制御回路と
を備えたモータ駆動装置において、DCモータの駆動電
流の方向が正逆切り換わる直前でオン状態のスイッチン
グ素子をオフし、このスイッチング素子に流れる残留電
流を検出してその電流値が所定値以下になった時にスイ
ッチング素子の切り換えを行う手段と、予め設定された
最小パルス幅以下にならないようにPWM制御回路から
出力されるPWMパルス信号のパルス幅を補正する手段
を備えるとともに、電流検出手段で検出される電流から
電流リップルのピーク−ピーク値を検出しこのピーク−
ピーク値が前回検出したピーク−ピーク値と略同等にな
るまでPWM制御回路のキャリア周波数を低い周波数か
ら高い周波数に上昇させる手段を備えたものである。
求項2の発明では、ブリッジ接続された4つのスイッチ
ング素子からなり直列接続されたスイッチング素子同士
の接続点にDCモータを接続し、対向辺にあるスイッチ
ング素子同士をオン又はオフすることによりDCモータ
に供給する駆動電流の方向を切り換える正逆切換回路
と、DCモータに流れる負荷電流を検出する電流検出手
段とを備え、電流検出手段の検出電流値とDCモータに
供給する駆動電流の大きさを決める指令値との偏差に基
づいて検出電流値が指令値になるようにDCモータに供
給する駆動電流をPWM制御するPWM制御回路とを備
えたモータ駆動装置において、DCモータの駆動電流の
方向が正逆切り換わる直前でオン状態のスイッチング素
子をオフし、このスイッチング素子に流れる残留電流を
検出してその電流値が所定値以下になった時にスイッチ
ング素子の切り換えを行う手段と、予め設定された最小
パルス幅以下にならないようにPWM制御回 路から出力
されるPWMパルス信号のパルス幅を補正する手段を備
えるとともに、DCモータの位置を検出する位置検出手
段と、この位置検出手段の検出信号と、位置決め制御時
に与えられる位置指令値との差分値より位置信号のリッ
プルのピーク−ピーク値を検出し、この検知したピーク
−ピーク値が前回検出したピーク−ピーク値と略同等に
なるまでPWM制御回路のキャリア周波数を低い周波数
から高い周波数に上昇させる手段とを備えたものであ
る。
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【作用】請求項1の発明によれば、DCモータの駆動電
流の方向が正逆切り換わる直前でオン状態のスイッチン
グ素子をオフし、このスイッチング素子に流れる残留電
流を検出してその電流値が所定値以下になった時にスイ
ッチング素子の切り換えを行う手段により、アーム短絡
を防止するとともに電流零付近の制御性を良くすること
ができ、また予め設定された最小パルス幅以下にならな
いようにPWM制御回路から出力されるPWMパルス信
号のパルス幅を補正する手段を備えてあるので、信号伝
達時の波形歪や、減衰によるPWMパルス信号の幅狭化
を補正することができ、そのためスイッチング素子の駆
動を確実にして微小電流の制御が可能となる。また電流
検出手段で検出される電流から電流リップルのピーク−
ピーク値を検出しこのピーク−ピーク値が前回検出した
ピーク−ピーク値と略同等になるまでPWM制御回路の
キャリア周波数を低い周波数から高い周波数に上昇させ
る手段を備えたものであるから、電流リップルを最小に
し、電流を安定させ制御性を向上させることができる。
請求項2の発明によれば、DCモータの駆動電流の方向
が正逆切り換わる直前でオン状態のスイッチング素子を
オフし、このスイッチング素子に流れる残留電流を検出
してその電流値が所定値以下になった時にスイッチング
素子の切り換えを行う手段により、アーム短絡を防止す
るとともに電流零付近の制御性を良くすることができ、
また予め設定された最小パルス幅以下にならないように
PWM制御回路から出力されるPWMパルス信号のパル
ス幅を補正する手段を備えてあるので、信号伝達時の波
形歪や、減衰によるPWMパルス信号の幅狭化を補正す
ることができ、そのためスイッチング素子の駆動を確実
にして微小電流の制御が可能となる。また位置決め時の
位置変動を最小にして位置決めを安定させ、位置決め装
置としての制御性を向上させることができる。
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【実施例】(基本例1) 図1は本基本例の回路構成を示しており、本基本例のD
CモータMの駆動電流の方向を切り換える正逆切換回路
1は図2に示すように4つのスイッチング素子(例え
ば、バイポーラトランジスタ)SW1 〜SW4 抵抗
5 ,R6 を介してブリッジ接続して構成され、抵抗R
5 とスイッチング素子SW2 の接続点と、抵抗R6 とス
イッチング素子SW4 の接続点との間にDCサーボモー
タからなるDCモータMと電流センサ2との直列回路を
接続し、対角辺にあるスイッチング素子SW1 、SW4
同士又はスイッチング素子SW3 、SW2 同士をオンさ
せ、他方をオフさせることにより、DCモータMの駆動
電流の方向を切り換え、DCモータMの回転方向を正逆
に切り換えるようになっている。尚正逆切換回路1は直
流電源Vccに対して後述する抵抗R0 とスイッチング
素子SW5 との並列回路を接続されている。
【0018】電流センサ2はDCモータMに流れる負荷
電流を検出するもので、その検出電流値を示す信号(図
2(b)に示す)はフィードバック信号FDとして減算
回路3に帰還される。減算回路3はDCモータMの回転
速度を設定するためにDCモータMに流す目標電流値を
示す指令値(図2(a)に示す)と、フィードバック信
号FDの値との偏差を求めるためのもので、偏差値(図
2(c)に示す)を正転用のPWM制御回路4A、逆転
用PWM制御回路4B及び方向検出器5、反転検出器6
に夫々出力する。
【0019】PWM制御回路4A,4Bは減算回路3か
らの偏差値が零となるように、夫々後述するPWM補正
カウンタ7A、7B、ゲート回路8A、8Bを通じて正
逆切換回路1のスイッチング素子SW1 、SW3 の制御
端(トランジスタであればベース)にPWMパルス信号
を与えてスイッチング素子SW1 、SW3 のスイッチン
グを制御することにより、DCモータMに流す駆動電流
を制御するようになっている。三角波回路14は各PW
M制御回路4A,4Bに三角波形のキャリア信号を与え
るもので、+端子、−端子はPWM制御回路4Aの+端
子、PWM制御回路4Bの−端子に夫々対応する。
【0020】方向検出器5は図3(a)に示すように減
算回路3の偏差値についてゼロクロス検出を行い、偏差
値が正側にある場合には正転、負側にある場合には逆転
として夫々に対応する信号S1,S2を出力するように
なっており、正側である場合には上記ゲート回路8Aの
制御端と、ゲート回路9Aを通じてスイッチング素子S
4 の制御端とに信号S1を与えてゲート回路8Aをオ
ンするとともに、スイッチング素子SW4 をオンする。
一方回転方向が負側の場合には上記ゲート回路8Bの制
御端と、ゲート回路9Bを通じてスイッチング素子SW
2 の制御端とに夫々信号S2を与えて、ゲート回路8B
をオンするとともに、スイッチング素子SW2 をオンす
る。
【0021】反転検出器6は減算回路3の偏差値が図3
(b)に示す設定値L1 から設定値L2 を越えた場合
に、逆転を検出して正→逆を示す信号を、また設定値L
2 から設定値L1 を越えた場合には正転を検出して逆→
正を示す信号を出力し、正から逆に反転した時にはJ−
Kフリップフロップ10のJ端子に信号を、また逆から
正に判定した時にはJ−Kフリップフロップ10のK端
子に信号を与えて、J−Kフリップフロップ11のQ出
力、及び反転Q出力の信号を反転させるようになってい
る。
【0022】J−Kフリップフロップ10はQ出力をゲ
ート回路11Aの制御端に、反転Q出力をゲート回路1
1Bの制御端に夫々与えてゲート回路11A、11Bの
開閉を制御するようになっている。ゲート回路11A、
11Bは夫々比較器12A、12Bからの出力G1、G
2の通過制御を行うものであり、ゲート回路11Aを通
過した比較器12Aの出力G1はゲート回路8A及びゲ
ート回路9Aの制御端に与えられ、ゲート回路11Bを
通過した比較器12Bの出力はゲート回路8B及びゲー
ト回路9Bの制御端に与えられる。
【0023】比較器12Aは増幅器A1 の出力電圧と基
準電圧Vref1とを比較し、出力電圧が基準電圧Vref1
下回ったときに出力を発生する。つまり増幅器A1 はス
イッチング素子SW2 がオンしているときに、直流電源
Vcc、抵抗R1 、R2 、ダイオードD5 、スイッチン
グ素子SW2 、グランドの経路で流れる電流で抵抗R 2
に発生する電圧を増幅するもので、比較器12Aはこの
増幅器A1 の出力電圧が基準電圧Vref1を下回ったとき
に、つまりスイッチング素子SW2 がオフして残留電流
が一定レベル以下になると、出力を発生し、その出力を
ゲート回路11Aを通じてゲート回路8Aの制御端に入
力してゲート回路8Aをオンし、スイッチング素子SW
1 の制御端へのPWMパルス信号を通過させるになって
いる。
【0024】換言すればスイッチング素子SW2 がオン
している状態でスイッチング素子SW1 がオンし、アー
ム短絡するのを防止することができるのである。また比
較器12Bは増幅器A2 の出力電圧と基準電圧Vref2
を比較し、出力電圧が基準電圧Vref2が下回ったときに
を越えているときに出力を発生する。つまり増幅器A2
はスイッチング素子SW4 がオンしているときに、直流
電源Vcc、抵抗R3 、抵抗R4 、ダイオードD6 、ス
イッチング素子SW4 、グランドの経路で流れる電流で
抵抗R4 に発生する電圧を増幅するもので、比較器12
Bはこの増幅器A2 の出力電圧が基準電圧Vref 2 を下
回ったときに、つまりスイッチング素子SW4 がオフし
ている状態で出力を発生し、その出力をゲート回路11
Bを通じてゲート回路8Bの制御端に入力してゲート回
路8Bをオンし、スイッチング素子SW3 の制御端への
PWMパルス信号を通過させるようになっている。
【0025】換言すればスイッチング素子SW2 がオン
している状態でスイッチング素子SW1 がオンし、アー
ム短絡するのを防止することができるのである。図4、
図5は上記動作のフローチャートを示しており、図4で
は方向検出からゲート回路9A,9Bの開閉に至る制御
過程を示し、図5では図4における反転検出フローを示
している。
【0026】尚各スイッチング素子SW1 〜SW4 に並
列に接続しているダイオードD1 〜D4 は逆起電圧をバ
イパスして各スイッチング素子SW1 〜SW4 の保護す
るためのダイオードである。PWM補正カウンタ7A、
7Bは、PWM制御回路4A,4Bから出力されるパル
ス信号のパルス幅が予め設定される最小パルス幅より小
さくなった場合に、予め設定してある最小パルス幅のパ
ルス信号を出力させるための回路であり、この最小パル
ス幅は正常にスイッチング素子SW1 ,SW4 を駆動さ
せることができるパルス幅に設定される。このPWM補
正カウンタ7A,7Bに対して最小パルス幅を設定する
回路は図6に示すように構成される。
【0027】この図6の回路では実際にDCモータMを
運転する前に直流電源Vccと正逆切換回路1との間に
挿入されているスイッチング素子SW5 をスイッチング
素子応答コントローラ13からの制御信号によりスイッ
チング素子SW5 をオフするとともに各スイッチング素
子SW1 〜SW4 を後述するように制御して抵抗R5
正逆切換回路1と直流電源Vccに挿入した状態でスイ
ッチング素子SW1 〜SW4 の応答時間測定を行って最
小パルス幅を設定するようになっている。
【0028】つまり応答時間測定時には図7(a)に示
すようにスイッチング素子応答コントローラ13にスタ
ート信号を与えると、スイッチング素子応答コントロー
ラ13は図7(b)に示すように通常時にオンさせてい
るスイッチング素子SW5 の駆動パルス信号をオフし、
また図7(c)乃至(f)に示すように各スイッチング
素子SW1 〜SW4 に対する駆動パルス信号をゲート回
路8A、8B、9A、9Bを介して出力する。この場合
まずスイッチング素子SW2 、SW4 をオンさせた状態
で、スイッチング素子SW1 をオン、オフさせ、次いで
スイッチング素子SW3 をオン、オフさせるのである。
スイッチング素子SW1 をオン、オフさせる際或いはス
イッチング素子SW3 をオン、オフさせる際のパルス信
号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を測定するため
に、パルス信号の立ち上がり、立ち下がり検出のための
手段と、これらの手段の検出により立ち上がるまでにか
かる時間と、立ち下がるまでにかかる時間とを夫々測定
するための手段とを備えている。
【0029】前者の手段は、スイッチング素子SW1
SW3 に直列に夫々接続した抵抗R 5 ,R6 と、この抵
抗R5 ,R6 の両端電圧を夫々増幅する増幅器A3 ,A
4 と、増幅器A3 の出力電圧を入力して基準電圧Vref
11,Vref 12と夫々比較して抵抗R3 の両端電圧の立ち
上がり、立ち上がりを検出する比較器20A1 ,20A
2 と、増幅器A4 の出力電圧を基準電圧Vref21 、Vre
f22 と比較して、抵抗R4 の電圧の立ち上がり、立ち下
がりを検出する比較器20B1 、20B2 とからなる。
【0030】一方後者の手段は、スイッチング素子SW
1 を駆動するパルス信号を入力してその時点から比較器
20A1 の立ち上がり検出信号が発生するまでの時間を
クロックをカウントすることにより測定する立ち上がり
時間測定回路22Aと、スイッチング素子SW1 を駆動
するパルス信号を入力してその時点から比較器20A 2
の立ち下がり検出信号が発生するまでの時間をクロック
をカウントすることにより測定する立ち下がり時間測定
回路23Aと、スイッチング素子SW3 を駆動するパル
ス信号を入力してその時点から比較器20B1 の立ち上
がり検出信号が発生するまでの時間をクロックをカウン
トすることにより測定する立ち上がり時間測定回路22
Bと、スイッチング素子SW3 を駆動するパルス信号を
入力してその時点から比較器20B2 の立ち下がり検出
信号が発生するまでの時間をクロックをカウントするこ
とにより測定する立ち下がり時間測定回路23Bとから
なる。
【0031】更に立ち上がり時間測定回路22Aと立ち
下がり時間測定回路23Aの測定時間を加算して最小パ
ルス幅を算出する最小パルス幅算出部24Aと、立ち上
がり時間測定回路22Bと立ち下がり時間測定回路23
Bの測定時間を加算して最小パルス幅を算出する最小パ
ルス幅算出部24Bとを備えている。次に図6の回路に
おいてDCモータMの駆動制御を行う前に、スイッチン
グ素子応答コントローラ13にスタート信号を与えて応
答時間測定を行う場合の動作を説明する。
【0032】まずスイッチング素子SW2 がオン状態
で、スイッチング素子SW1 をオンオフする場合につい
て説明する。まずこの場合スイッチング素子SW1 にス
イッチング素子応答コントローラ13から与える駆動パ
ルス信号は立ち上がり時間測定回路22Aにも与えられ
。立ち上がり時間測定回路22Aは駆動パルス信号が
立ち上がると同時にクロックのカウントを開始する。ス
イッチング素子SW2 がオン状態でスイッチング素子S
1 がオンすると、直流電源Vcc、抵抗R0 、スイッ
チング素子SW1 、抵抗R5 、スイッチング素子S
2 、グランドの回路で電流が流れて抵抗R5 には電圧
が発生する。この電圧は増幅器A3 で増幅された後夫々
比較器20A1 、20A2 に入力する。そしてこれら比
較器20A1 、20A2 では入力電圧と基準電圧Vref
11,Vref 12と比較し、まず電圧立ち上がり時に基準電
圧Vref 11を入力電圧が越えると比較器20A1 から立
ち上がり検出信号が出力され、そのため立ち上がり時間
測定回路22Aはクロックのカウントを停止する。従っ
てこのカウント値より制御信号の入力時から実際にスイ
ッチング素子SW1 がオンするまでの時間、つまり立ち
上がり時間が測定されたことになる。そして駆動パルス
信号が立ち下がると、スイッチング素子SW1 がオフす
ると抵抗R5 の両端電圧は立ち下がり、その電圧を増幅
した増幅器A3 の出力電圧が比較器20A2 の基準電圧
Vref 11以下となる。この以下となるタイミングで比較
器20A2 から立ち下がり検出信号が出力され、そのた
め立ち下がり時間測定回路23Aはクロックのカウント
を停止する。従ってこのカウント値により駆動パルス信
号の遮断から実際にスイッチング素子SW1 がオフする
までの時間、つまり立ち下がり時間が求まることにな
る。
【0033】これらの立ち上がり時間及び立ち下がり時
間の結果は最小パルス幅算出部24Aに入力して最小パ
ルス幅が算出されて記憶されることになる。次にスイッ
チング素子SW4 がオン状態で、スイッチング素子SW
3 をオンオフされると、スイッチング素子SW3 にスイ
ッチング素子応答コントローラ13から与える駆動パル
ス信号は立ち上がり時間測定回路22Bにも与えられ
る。立ち上がり時間測定回路22Bは駆動パルス信号が
立ち上がると同時にクロックのカウントを開始する。ス
イッチング素子SW4 がオン状態でスイッチング素子S
3 がオンすると、直流電源Vcc、抵抗R0 、スイッ
チング素子SW3 、抵抗R6 、スイッチング素子S
4 、グランドの回路で電流が流れて抵抗R6 には電圧
が発生する。この電圧は増幅器A4 で増幅された後夫々
比較器20B1 、20B2 に入力する。そしてこれら比
較器20B1 、20B2 では入力電圧と基準電圧Vref
21、基準電圧Vref 22と比較し、まず電圧立ち上がり時
に基準電圧Vref 21を入力電圧が越えると比較器20B
1 から立ち上がり検出信号が出力され、そのため立ち上
がり時間測定回路22Bはクロックのカウントを停止す
る。従ってこのカウント値よりパルス信号の入力時から
実際にスイッチング素子SW3 がオンするまでの時間、
つまり立ち上がり時間が測定されたことになる。そして
パルス信号が立ち下がると、スイッチング素子SW3
オフすると抵抗R6 の両端電圧は立ち下がり、その電圧
を増幅した増幅器A4 の出力電圧が比較器20B2 の基
準電圧Vref21以下となる。この以下となるタイミング
で比較器20B2 から立ち下がり検出信号が出力され、
そのため立ち下がり時間測定回路23Bはクロックのカ
ウントを停止する。従ってこのカウント値から駆動パル
ス信号の遮断から実際にスイッチング素子SW1 がオフ
するまでの時間、つまり立ち下がり時間が求まることに
なる。
【0034】このようにしてスイッチング素子の応答時
間が測定された算出された最小パルス幅データは実際に
DCサーボモータMを運転する際に、各PWMパルス補
正カウンタ7A、7Bに与えられることになる。図8は
スイッチング素子SW1 をオンオフさせて上述の応答時
間を測定する際のフローチャートを示している。勿論ス
イッチング素子SW3 の場合も同様なフローチャートに
より応答時間を測定する。
【0035】PWMパルス補正カウンタ7A、7Bは図
9に示すように構成されており、PWM制御回路4A、
4BからのPWMパルス信号を図10(a)に示すよう
に入力して、その立ち上がりでセットされ、立ち下がり
でリセットされるフリップフロップ26と、上記最小パ
ルス幅算出部24A又は24Bで算出した最小パルス幅
データがロードされ、フリップフロップ26からセット
時に”H”となって出力される信号を図10(b)のよ
うにスタート信号Sとしてカウントを開始してロードさ
れた値を減算し、カウント値が0となるまでにカウント
を継続してカウント中に”H”の信号を出力するように
なっており、カウント中においてフリップフロップ26
からリセット信号Rが与えられてもリセットされず、そ
のカウント終了後にリセットされるようになっているダ
ウンカウンタ27と、上記PWM制御回路4A又は4B
からのPWMパルス信号とダウンカウンタ27の出力と
の論理和を取り、その出力をスイッチング素子SW1
はSW3 の制御端に入力するオアゲート28とで構成さ
れ、PWMパルス信号の幅が最小パルス幅より小さい場
合には、図10(c)に示すダウンカウンタ27が出力
する”H”の信号がPWMパルス信号としてスイッチン
グ素子SW1 又はSW3 に与えられ、最小パルス幅より
大きいPWMパルス信号がPWM制御回路4A又は4B
から出力されている場合にはそのままスイッチング素子
SW1 又はSW3 に与える。尚ダウンカウンタ27はリ
セットされる度に最小パルス幅データがロードされる。
【0036】図11はPWMパルス補正カウンタ7A、
7Bの上述の動作を示すフローチャートである。上記の
ようにして本基本例では正逆切換回路1に於けるアーム
短絡を防止することができるとともに、PWMパルス信
号の最小パルス幅を補償することにより微小電流制御が
可能となる。
【0037】(基本例2) 本基本例は上記基本例1の構成に加えてDCモータMに
流れる電流の立ち下がり、立ち上がりを検出して予め用
意されたテーブル内のデータよりPWM制御回路4A、
4Bのキャリア周波数を決定するようにしたものであ
る。つまり図12に示すようにフィードバック信号FD
の値と設定値L10とを比較する比較器30と、指令値と
設定値L11とを比較する比較器31と、比較器31の出
力をスタート信号とし、比較器30の出力をストップ信
号とするタイマー32と、キャリア周波数を決定するた
めのテーブルを格納してあるROM33とを備えてい
る。
【0038】而して計測する際に当たってはまず指令値
を図13(a)に示すように与えてるとともに、計測ス
タート信号をタイマー32に与える。タイマー32は指
令値が設定値L11を越えて比較器31から出力が発生す
ると図13(c)に示すようにクロックをカウントして
時間カウントを開始する。そして例えばスイッチング素
子SW4 がオンし、スイッチング素子SW1 がオンオフ
されて、DCモータMに流れる電流が指令値に達する
と、つまりフィードバック信号FDの値が図13(b)
に示すように設定値L10を越えて比較器30から出力が
発生した時にタイマー32は時間カウントを停止する。
そして計測値データに基づいてROM33に格納さえれ
ているキャリア周波数データが読み出され、その値で三
角波回路14が発振動作してキャリア信号をPWM制御
回路4A、4Bに与えることになる。図14は上述の動
作のフローチャートを示す。また表1は上記ROM33
に格納されているテーブルの内容の一例を示す。更に図
15(a)は上述のように指令値を0から所定値Iに設
定した場合におけるモータ電流の変化と計測時間T1…
関係を示し、また図15(b)は逆に指令値を所定値
Iから0に設定した場合の計測時間T1 …の関係を示し
ている。
【0039】尚上記以外の構成が基本例1と同じである
ため、その構成についての回路及び動作の説明は基本例
1の説明及び図面を参照し、特にここでは説明は行わな
い。
【0040】
【表1】
【0041】上記基本例2ではモータ電流の立ち上がり
(立ち下がり)時間を測定することによりPWM制御の
キャリア周波数を決定するものであったが、指令値Iに
対して一定時間Tに立ち上がる(立ち下がる)モータ電
流の値I1 …を図16(a)(b)に示すようにフィー
ドバック信号FDの値より求め、その値の指令値に対す
る割合からキャリア周波数を決定するようにしても良
い。
【0042】図17この場合のフローチャートを示し、
また表2はこの時のキャリア周波数と割合の関係を示す
テーブルの内容を示す。
【0043】
【表2】
【0044】(基本例3) 上記基本例2の場合には予め設定してあるテーブルのデ
ータに基づいてモータ電流の立ち上がり(立ち下がり)
の時間に応じてキャリア周波数を決定したが、本実施例
では図18に示すようにROM33の代わりにタイマー
32で測定した時間Tの時間逆数1/Tを算出し、この
時間逆数1/Tによりキャリア周波数を決定するオシレ
ータ等からなるキャリア周波数決定部34を設けてあ
る。
【0045】つまりキャリア周波数決定部34では図1
9のフローチャートで示すようにタイマー33の計測値
の逆数1/Tを算出し、その値を所定倍してPWMキャ
リア周波数を決定するのである。図20(a)はモータ
電流を立ち上げた場合の電流Iと応答時間Tの関係を、
また図20(b)はモータ電流を立ち下げた場合の電流
Iと応答時間Tの関係を示す。
【0046】尚上記以外の構成が基本例1と同じである
ため、その構成についての回路及び動作の説明は基本例
1の説明及び図面を参照し、特にここでは説明は行わな
い。また基本例2の回路と同じ構成の部分についても同
じ番号を付しその動作説明は省略する。 (実施例1) 本実施例は基本例1の構成に加えて装置全体の電流リッ
プルを安定させて制御性を向上させるためのものであ
り、図21に示すようにフィードバック信号FDをA/
D変換するA/D変換器40と、このA/D変換された
データより図22図に示す電流リップルのP−P値を検
出するP−P値検出回路41と、前回のP−P値を記憶
するデータメモリ42と、データメモリ42に記憶され
ている前回のP−P値と今回検出されたP−P値と差分
を求める減算器43と、この減算値と所定値とを比較す
る比較器44と、比較器44の出力値に応じて三角波回
路14のキャリア周波数を設定するV/F変換器45と
を備えている。
【0047】併し本実施例では、定電流制御時の電流を
電流センサ2で検出し、そのフィードバック信号FDの
値をA/D変換器40でA/D変換してP−P値検出回
路41で電流リップルのP−P値を検出し、その検出し
たP−P値をデータメモリ42に格納する。次に図23
のフローチャートで示すように目標電流値たる指令値を
設定し、指令値とフィードバック信号FDの値との差分
が零となるようにPWM制御回路4A,4Bにより駆動
制御なされている状態において、フィードバック信号F
DをA/D変換器40でA/D変換してP−P値検出回
路41で電流リップルのP−P値を検出し、データメモ
リ42に格納してある前回で検出した電流リップルP−
P値との差分値MVを減算器43で求め、その求めた差
分値MVが略零、つまり前回のP−P値と今回のP−P
値とが略同等となったか同化を比較器44で判定し、略
零でない場合にはその偏差値に応じてV/F変換器45
により三角波発生回路14の発振周波数を低い周波数か
ら高い周波数へ順次上昇させる。そして前回で検出した
リップルのP−P値と検出されるリップルのP−P値と
の差分値MVが略零となる電流リップルP−P値が検出
されると、その値をデータメモリ42に格納するととも
に上記のキャリア周波数の変化を停止してキャリア周波
数を決定する。このようにして本実施例では電流リップ
ルのP−P値が最小となるPWM制御のキャリア周波数
を決定することができる。
【0048】尚上記以外の構成は基本例1と同じである
ため、その構成についての回路及び動作の説明は基本例
1の説明及び図面を参照し、特にここでは説明は行わな
い。 (実施例2) 上記実施例は電流リップルを最小にするものである
が、本実施例は位置振動(リップル)を最小とするもの
であり、図24に示すように位置設定値を位置決めコン
トローラ50に与えて、DCモータMに設けたエンコー
ダ51よりなる位置検出手段からの位置検出信号の値と
位置設定値とが同じとなるように位置決めコントローラ
50は電流指令値を減算回路3に与えてDCモータMの
駆動を制御する位置決め制御装置を構成するものにおい
て、位置検出信号の値と、位置設定値との差分値を減算
器53により求め、この求めた差分値をA/D変換器5
4でA/D変換してP−P値検出回路55で図25に示
す位置信号のリップルのP−P値を検出し、データメモ
リ56に格納してある前回で検出した位置信号のリップ
ルのP−P値との差分値MVを減算器57で求め、その
求めた差分値MVが略零、つまり前回のP−P値と今回
のP−P値とが略同等になったかどうかを比較器58で
判定し、略零でない場合にはその偏差値に応じてV/F
変換器57により三角波発生回路14の発振周波数を低
い周波数から高い周波数へ順次上昇させる。そして前回
で検出したリップルのP−P値と検出されるリップルの
P−P値との差分値MVが略零となる電流リップルP−
P値が検出されると、その値をデータメモリ42に格納
するとともに上記のキャリア周波数の変化を停止してキ
ャリア周波数を決定する。このようにして本実施例では
位置振動(リップル)のP−P値が最小となるPWM制
御のキャリア周波数を決定することができる。図26は
上述して各部の動作のフローチャートを示す。
【0049】尚上記以外の構成は基本例1と同じである
ため、その構成についての回路及び動作の説明は基本例
1の説明及び図面を参照し、特にここでは説明は行わな
い。
【0050】
【発明の効果】請求項1の発明は、DCモータの駆動電
流の方向が正逆切り換わる直前でオン状態のスイッチン
グ素子をオフし、このスイッチング素子に流れる残留電
流を検出してその電流値が所定値以下になった時にスイ
ッチング素子の切り換えを行う手段により、アーム短絡
を防止するとともに電流零付近の制御性を良くすること
ができ、また予め設定された最小パルス幅以下にならな
いようにPWM制御回路から出力されるPWMパルス信
号のパルス幅を補正する手段を備えてあるので、信号伝
達時の波形歪や、減衰によるPWMパルス信号の幅狭化
を補正することができて、スイッチング素子を確実に駆
動できて微小電流における制御が可能となるという効果
あり、また電流検出手段で検出される電流から電流リ
ップルのピーク−ピーク値を検出しこのピーク−ピーク
値が前回検出したピーク−ピーク値と略同等になるまで
PWM制御回路のキャリア周波数を低い周波数から高い
周波数に上昇させる手段を備えたものであるから、電流
リップルを最小にし、電流を安定させ制御性を向上させ
ることができるという効果がある。請求項2の発明は、
DCモータの駆動電流の方向が正逆切り換わる直前でオ
ン状態のスイッチング素子をオフし、このスイッチング
素子に流れる残留電流を検出してその電流値が所定値以
下になった時にスイッチング素子の切り換えを行う手段
により、アーム短絡を防止するとともに電流零付近の制
御性を良くすることができ、また予め設定された最小パ
ルス幅以下にならないようにPWM制御回路から出力さ
れるPWMパルス信号のパルス幅を補正する手段を備え
てあるので、信号伝達時の波形歪や、減衰によるPWM
パルス信号の幅狭化を補正することができて、スイッチ
ング素子を確実に駆動できて微小電流における制御が可
能となるという効果があり、しかDCモータの位置を
検出する位置検出手段を備え、この位置検出手段の検出
信号と、位置決め制御時に与えられる位置指令値との差
分値より位置信号のリップルのピーク−ピーク値を検出
し、この検知したピーク−ピーク値が前回検出したピー
ク−ピーク値と略同等になるまでPWM制御回路のキャ
リア周波数を低い周波数から高い周波数に上昇させる手
段を備えたから、位置決め時の位置変動を最小にして位
置決めを安定させ、位置決め装置としての 制御性を向上
させることができるという効果がある。
【0051】
【0052】
【0053】
【図面の簡単な説明】
【図1】基本例1の主要部の回路構成図である。
【図2】同上の動作説明用波形図である。
【図3】同上の方向検知と、反転検知の動作説明用波形
図である。
【図4】同上の方向検出の動作説明用のフローチャート
である。
【図5】同上の反転検出の動作説明用のフローチャート
である。
【図6】同上の最小パルス幅設定にかかる回路構成図で
ある。
【図7】同上のスイッチング素子の応答時間測定の動作
説明用波形図である。
【図8】同上のスイッチング素子の応答時間測定の動作
説明用フローチャートである。
【図9】同上のPWM補正カウンタの回路構成図であ
る。
【図10】同上のPWM補正カウンタの動作説明用波形
図である。
【図11】同上のPWM補正カウンタの動作説明用フロ
ーチャートである。
【図12】基本例2の主要部の回路構成図である。
【図13】同上の動作説明用波形図である。
【図14】同上の動作説明用フローチャートである。
【図15】同上の動作説明用の電流と経過時間の関係説
明図である。
【図16】同上の他例の動作説明用の電流と経過時間の
関係説明図である。
【図17】同上の他例の動作説明用フローチャートであ
る。
【図18】基本例3の主要部の回路構成図である。
【図19】同上の動作説明用フローチャートである。
【図20】同上の動作説明用の電流と応答時間の関係説
明図である。
【図21】実施例の主要部の回路構成図である。
【図22】同上の動作説明用の電流波形図である。
【図23】同上の動作説明用フローチャートである。
【図24】実施例の主要部の回路構成図である。
【図25】同上の動作説明用の電流波形図である。
【図26】同上の動作説明用フローチャートである。
【符号の説明】
1 正逆切換回路 2 電流センサ 3 減算回路 4A,4B PWM制御回路 5 方向検出器 6 反転検出器 7A,7B PWM補正カウンタ 8A、8B ゲート回路 9A、9B ゲート回路 10 J−Kフリップフロップ 11A,11B ゲート回路 12A,12B 比較器 14 三角波発生回路 SW1 〜SW4 スイッチング素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−224674(JP,A) 特開 昭61−135375(JP,A) 特開 昭60−20782(JP,A) 特開 昭57−208884(JP,A) 特開 平2−51355(JP,A) 特開 平1−99493(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/00 - 5/26 H02P 7/00 - 7/34 H03K 3/286

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ブリッジ接続された4つのスイッチング素
    子からなり直列接続されたスイッチング素子同士の接続
    点にDCモータを接続し、対向辺にあるスイッチング素
    子同士をオン又はオフすることによりDCモータに供給
    する駆動電流の方向を切り換える正逆切換回路と、DC
    モータに流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを備
    え、電流検出手段の検出電流値とDCモータに供給する
    駆動電流の大きさを決める指令値との偏差に基づいて検
    出電流値が指令値になるようにDCモータに供給する駆
    動電流をPWM制御するPWM制御回路とを備えたモー
    タ駆動装置において、DCモータの駆動電流の方向が正
    逆切り換わる直前でオン状態のスイッチング素子をオフ
    し、このスイッチング素子に流れる残留電流を検出して
    その電流値が所定値以下になった時にスイッチング素子
    の切り換えを行う手段と、予め設定された最小パルス幅
    以下にならないようにPWM制御回路から出力されるP
    WMパルス信号のパルス幅を補正する手段を備えるとと
    もに、電流検出手段で検出される電流から電流リップル
    のピーク−ピーク値を検出しこのピーク−ピーク値が前
    回検出したピーク−ピーク値と略同等になるまでPWM
    制御回路のキャリア周波数を低い周波数から高い周波数
    に上昇させる手段を備えたことを特徴とするモータ駆動
    装置。
  2. 【請求項2】ブリッジ接続された4つのスイッチング素
    子からなり直列接続されたスイッチング素子同士の接続
    点にDCモータを接続し、対向辺にあるスイッチング素
    子同士をオン又はオフすることによりDCモータに供給
    する駆動電流の方向を切り換える正逆切換回路と、DC
    モータに流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを備
    え、電流検出手段の検出電流値とDCモータに供給する
    駆動電流の大きさを決める指令値との偏差に基づいて検
    出電流値が指令値になるようにDCモータに供給する駆
    動電流をPWM制御するPWM制御回路とを備えたモー
    タ駆動装置において、DCモータの駆動電流の方向が正
    逆切り換わる直前でオン状態のスイッチング素子をオフ
    し、このスイッチング素子に流れる残留電流を検出して
    その電流値が所定値以下になった時にスイッチング素子
    の切り換えを行う手段と、予め設定された最小パルス幅
    以下にならないようにPWM制御回路から出力されるP
    WMパルス信号のパルス幅を補正する手段を備えるとと
    もに、DCモー タの位置を検出する位置検出手段と、こ
    の位置検出手段の検出信号と、位置決め制御時に与えら
    れる位置指令値との差分値より位置信号のリップルのピ
    ーク−ピーク値を検出し、この検知したピーク−ピーク
    値が前回検出したピーク−ピーク値と略同等になるまで
    PWM制御回路のキャリア周波数を低い周波数から高い
    周波数に上昇させる手段とを備えたことを特徴とする
    ータ駆動装置。
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