JP3770155B2 - インダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタンスを有するアクチュエータ、具体的には、直流モータ、ボイスコイルモータまたは電磁アクチュエータのうちのいずれかにおける駆動回路に関するもので、特に、逆転時、逆移動時あるいは制動時などに発生する回生電流の経路を確保することによって回生電流が電源回路に逆流するのを回避することができるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、直流モータを駆動源としたファンモータは、停止時に外部から風が当たると逆回転し、誘導起電圧が発生する。風が強いと高速で逆回転し、誘導起電圧も高くなり、電源回路の電圧が異常に高くなって回路部品に不具合をもたらすことがある。そこで、誘導起電圧が電源回路の電圧を必要以上に持ち上げないように、駆動回路を制御する技術が提案されている。特開２００１−０３７２７６号公報に記載されている技術はその一つである。図４は上記公報記載の回路を示す。
【０００３】
図４において、トランジスタをＨ形に接続してなるＨブリッジ回路１４は、電源側出力トランジスタとグランド側出力トランジスタとにより２組の出力トランジスタが形成されていて、各組出力トランジスタの接続点に直流モータＭが接続され、上記２組の出力トランジスタを用いて、モータＭに駆動電流を流してモータＭを駆動するように構成されている。組をなす電源側出力トランジスタの分岐点Ｐは電源回路１２に接続され、組をなすグランド側出力トランジスタの分岐点はグランドに接続されている。電源回路１２には、複数のツェナーダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７が直列接続された電源電圧検出回路２０が接続され、電源電圧検出回路２０で電源電圧を監視するようになっている。モータＭが逆転して電源電圧が所定値をオーバーすると、電源電圧検出回路２０のツェナーダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７が導通し、コンデンサＣ２に電流を流し、コンデンサＣ２の両端電圧を上昇させるように構成されている。
【０００４】
コンデンサＣ２の両端電圧の上昇をトリガーとして、誤差増幅回路２２を経てＰＷＭ回路２４が正転方向のデューティを増加させ、ロジック回路２６がＨブリッジ回路１４の各出力トランジスタをオン、オフ制御して逆回転にブレーキを掛ける。これによってモータＭの発電電圧を抑制し、電源電圧を所定値以下に維持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の目的は、Ｈブリッジ回路１４や電源回路１２をモータＭの誘導起電圧等の過電圧から保護することにある。
しかしながら、電源回路１２がオフの状態ではＰＷＭ回路２４などの制御機能が働かないため、モータＭの誘導起電圧を抑制することができない。
また、モータＭに通電中に、急激に電源をオフした場合、駆動コイルがモータ電流を維持するために逆起電圧を発生するが、上記従来技術では、電源をオフすると、この逆起電圧も抑えることができなくなる。
すなわち、上記従来技術では、電源がオンしていなければ、モータが発生する過電圧から回路を保護することはできない。
【０００６】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、電源側出力トランジスタとグランド側出力トランジスタとにより２組の出力トランジスタが形成されるとともに、各組出力トランジスタの接続点にインダクタンスを有するアクチュエータが接続され、上記２組の出力トランジスタを用いて、上記インダクタンスに駆動電流を流して上記アクチュエータを駆動するようにしたインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路において、電源がオフしていても、過電圧から回路を保護することを可能にしたインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路を提供することを目的とする。
ここで、インダクタンスを有するアクチュエータとは、直流モータ、ボイスコイルモータまたは電磁アクチュエータを含む。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電源側出力トランジスタとグランド側出力トランジスタとにより２組の出力トランジスタが形成されるとともに、各組出力トランジスタの接続点にインダクタンスを有するアクチュエータが接続され、上記２組の出力トランジスタを用いて、インダクタンスに駆動電流を流してアクチュエータを駆動するようにしたインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路において、上記２組の出力トランジスタの接続点における電圧が電源電圧より所定レベル以上であるかグランドレベルよりも所定レベル以下であるかを検出する過電圧検出回路を具備し、電源電圧より所定レベル以上となった上記接続点に接続されたグランド側出力トランジスタまたはグランドレベルよりも所定レベル以下となった上記接続点に接続された電源側出力トランジスタを過電圧検出回路の出力によりオンするように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記過電圧検出回路が、電源ラインに接続されている電源側検出トランジスタと、グランドラインに接続されたグランド側検出トランジスタとを備えており、電源側検出トランジスタとグランド側検出トランジスタとの接続点がインダクタンスの両端に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、上記インダクタンスを有するアクチュエータが、直流モータ、ボイスコイルモータまたは電磁アクチュエータのうちのいずれかであることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、インダクタンスを有するアクチュエータは直流モータであり、２組の出力トランジスタにより上記直流モータの正逆転回路が形成され、この正逆転回路は回生電流経路を構成する回生電流用ダイオードを含むことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかるインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路の実施形態について説明する。
まず、図１に示す実施の形態について説明する。図１において、符号３２は駆動電流出力部を示している。駆動電流出力部３２は、一組のトランジスタＱ１，Ｑ３からなる電源側出力トランジスタと、別の一組のトランジスタＱ２，Ｑ４からなるグランド側出力トランジスタとによって２組の出力トランジスタが形成されている。トランジスタはいずれもＮＰＮタイプで、トランジスタＱ１，Ｑ２が直列に接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４が直列に接続されている。各組出力トランジスタの接続点、具体的には、出力トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点Ａと、出力トランジスタＱ３，Ｑ４の接続点Ｂに、インダクタンスを有するアクチュエータが接続されている。この実施形態では、アクチュエータとは直流モータ３３であり、インダクタンスとは直流モータ３３の駆動コイルである。
【００１１】
上記電源側出力トランジスタＱ１，Ｑ３のコレクタは電源に接続され、電源電圧Ｖｃｏがかけられている。グランド側出力トランジスタＱ２，Ｑ４のエミッタはグランドＧＮＤに接続されている。駆動電流出力部３２は、正逆転コントローラ３１からの正逆転指令に基づき、上記２組の出力トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を用い、これら出力トランジスタを選択的に制御することにより、直流モータ３３に正転方向または逆転方向の駆動電流を流し、直流モータ３３を正逆転駆動するように構成されている。
【００１２】
直流モータ３３の両端子は過電圧検出回路３４に接続されている。過電圧検出回路３４は、直流モータ３３の端子間電圧、換言すれば、上記２組の出力トランジスタの接続点Ａ，Ｂ間における電圧が、電源電圧Ｖｃｏより所定レベル以上であるかグランドレベルよりも所定レベル以下であるかを検出する。上記接続点Ａ，Ｂ間の電圧が電源電圧Ｖｃｏより所定レベル以上であり、かつ、グランドレベルよりも所定レベル以下であれば、これを過電圧検出回路３４が検出し、駆動電流出力部３２のいずれかのトランジスタをオン制御するようになっている。より具体的には、電源電圧Ｖｃｏより所定レベル以上となった上記接続点ＡまたはＢに接続されたグランド側出力トランジスタＱ２またはＱ４を過電圧検出回路３４の出力によりオンし、あるいは、グランドレベルよりも所定レベル以下となった上記接続点ＡまたはＢに接続された電源側出力トランジスタＱ１またはＱ３を過電圧検出回路３４の出力によりオンするように構成されている。
【００１３】
次に、上記実施形態の動作を説明する。正転の場合は、正逆転コントローラ３１からの正転指令により、駆動電流出力部３２の例えば出力トランジスタＱ１，Ｑ４をオン制御して直流モータ３３に矢印ＩＭ１方向すなわちＡ点からＢ点に向かう駆動電流を流す。逆転の場合は、正逆転コントローラ３１からの逆転指令により、駆動電流出力部３２の例えば出力トランジスタＱ３，Ｑ２をオン制御して直流モータ３３に矢印ＩＭ２方向すなわちＢ点からＡ点に向かう駆動電流を流す。
【００１４】
過電圧検出回路３４は、直流モータ３３の駆動コイルに発生する誘導起電圧や逆起電圧の上下飛び出し、すなわち、電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出していることと、グランドＧＮＤ以下に飛び出していることを検出する。そして、端子Ａ、Ｂのうち、電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出している端子のグランド側出力トランジスタか、または、グランドＧＮＤ以下に飛び出している端子の電源側出力トランジスタを強制的にオン制御する。これによって直流モータ３３が発生する誘導起電圧や逆起電圧を短絡する電流経路が形成されるため、駆動電流出力部３２等にかかる過電圧を抑制することができる。
【００１５】
次に、上記駆動電流出力部３２と過電圧検出回路３４の具体的回路例を、図２を参照しながら説明する。この回路例は、グランドＧＮＤ以下に飛び出している端子の電源側出力トランジスタを強制的にオン制御するものである。まず、駆動電流出力部３２の詳細な構成を説明する。駆動電流出力部３２は、図１について説明したように。電源側出力トランジスタＱ１、Ｑ３と、グランド側出力トランジスタＱ２、Ｑ４を有し、トランジスタＱ１、Ｑ２の接続点Ａと、トランジスタＱ３、Ｑ４の接続点Ｂとの間に直流モータ３３の両端子が接続されている。各トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４には、これらトランジスタに流れる電流とは逆向きに電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が並列に接続されている。上記２組のトランジスタＱ１とＱ２およびＱ３とＱ４は直流モータＭの正逆転回路に含まれていて、回生電流経路を形成する回生電流用ダイオードである。
【００１６】
上記各出力トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、プリドライバとしてのトランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ２３、Ｑ２４を介して正逆転コントローラ３１によりオン、オフ制御されるように構成されている。具体的には、各出力トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のコレクタとベースにＰＮＰ型トランジスタＱ２１、Ｑ２３、ＮＰＮ型トランジスタＱ２２、Ｑ２４のエミッタとコレクタが接続され、トランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ２３、Ｑ２４のベース電圧が正逆転コントローラ３１で制御されることにより、上記各出力トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４がオン、オフ制御されるようになっている。
【００１７】
次に、過電圧検出回路３４は、接続点Ａの電圧が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出していることを検出する電源側検出トランジスタＱ１１と、接続点Ｂの電圧が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出していることを検出する電源側検出トランジスタＱ１３と、同様に、接続点Ａ，Ｂのいずれかがグランドレベル以下に飛び出していることを検出するグランド側２個の検出トランジスタＱ１２，Ｑ１４およびこれらのトランジスタに直列に接続されてダイオードとして機能する２個のトランジスタＤ１２、Ｄ１４とを有している。さらに、ベースが上記グランド側２個の検出トランジスタＱ１２，Ｑ１４のベースに接続され上記電源側２個の検出トランジスタＱ１１、Ｑ１３のいずれかがオンすることによって電流が流れ電圧Ｖｂｅを発生するトランジスタＱ１０を有してなる。上記トランジスタＱ１２またはＱ１４は、トランジスタＱ１０のベース−エミッタ電圧Ｖｂｅが発生している状態で、上記接続点Ａまたは接続点Ｂがグランドレベル以下に飛び出したときにオンすることができる。
【００１８】
いま、仮にＢ点が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出しているとすると、トランジスタＱ１３がオンしてトランジスタＱ１０に電流が流れ、トランジスタＱ１０にベース−エミッタ電圧Ｖｂｅが発生する。ここで、Ａ点がグランドＧＮＤ以下に飛び出すとトランジスタＱ１２とダイオードＤ１２とが導通し、トランジスタＱ１２にコレクタ電流が流れる。この電流は駆動電流出力部３２内のトランジスタＱ２１をオンさせ、電源側出力トランジスタＱ１にベース電流を供給する。これによりトランジスタＱ１が一時的にオン制御されるので、図２に矢印で示す電流経路、すなわち、Ｍ→Ｂ点→Ｄ３→Ｑ１→Ａ点→Ｍを経由する電流経路が確保され、直流モータＭが発生する電圧を抑制する。
【００１９】
逆に、Ａ点が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出しているとすると、トランジスタＱ１１がオンしてトランジスタＱ１０に電流が流れベース−エミッタ電圧Ｖｂｅが発生する。ここで、Ｂ点がグランドＧＮＤ以下に飛び出すとトランジスタＱ１４とダイオードＤ１４とが導通し、トランジスタＱ１４にコレクタ電流が流れる。この電流は駆動電流出力部３２内のトランジスタＱ２３をオンさせ、電源側出力トランジスタＱ３にベース電流を供給する。これによりトランジスタＱ３が一時的にオン制御され、Ｍ→Ａ点→Ｄ１→Ｑ３→Ｂ点→Ｍを経由する電流経路が確保され、直流モータＭが発生する電圧を抑制する。
このような回路動作は、電源電圧Ｖｃｏを供給する端子がオープンの状態すなわち電源がオフの状態であっても、直流モータＭが発生する電圧によって維持される。
【００２０】
次に、図３に示す本発明に適用可能な過電圧検出回路の別の例について説明する。この過電圧検出回路３６は、電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出している端子のグランド側出力トランジスタをオン制御するものである。図３において、電源側には、２個のトランジスタＱ５１、Ｑ５３およびこれらに直列に接続されダイオードとして機能するトランジスタＱ５２、Ｑ５４およびこれらに直列に接続されダイオードとして機能するトランジスタＤ５２，Ｄ５４が接続されている。さらに、ベースが上記電源側２個のトランジスタＱ５１，Ｑ５３のベースに接続され上記グランド側２個のトランジスタＱ５２、Ｑ５４のいずれかがオンとすることによって電流が流れ電圧Ｖｂｅを発生するトランジスタＱ４０とを有してなる。その他の接続は図２に示す例とほぼ同じで、トランジスタＱ５１のコレクタ電流が図２に示すトランジスタＱ２２のベース電流となり、トランジスタＱ５３のコレクタ電流が図２に示すトランジスタＱ２４のベース電流となるように接続されている。
【００２１】
いま、仮にＡ点の電圧がグランドＧＮＤ以下に飛び出しているとすると、トランジスタＱ５２がオンしてトランジスタＱ４０に電流が流れ、トランジスタＱ４０にベース−エミッタ電圧Ｖｂｅが発生する。ここでＢ点が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出すと、ダイオードとして機能するトランジスタＤ５３とトランジスタＱ５３とが導通し、トランジスタＱ５３にコレクタ電流が流れる。この電流は図２に示す回路のトランジスタＱ２４のベースに流れてトランジスタＱ２４をオンさせ、グランド側出力トランジスタＱ４にベース電流を供給する。これによりトランジスタＱ４が一時的にオン制御されるので、Ｍ→Ｂ点→Ｑ４→Ｄ２→Ａ点→Ｍからなる電流経路が確保され、電源に戻ろうとする電流を抑制し、直流モータＭが発生する電圧を抑制する。
【００２２】
逆に、Ｂ点の電圧がグランドＧＮＤ以下に飛び出すと、トランジスタＱ５４がオンしてトランジスタＱ４０に電流が流れ、電圧Ｖｂｅが発生する。ここでＡ点が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出すと、Ｄ５１とＱ５１とが導通し、図２に示すトランジスタＱ２２、Ｑ２を一時的にオン制御し、電源に戻ろうとする電流を抑制して、直流モータＭが発生する電圧を抑制する。
【００２３】
以上、直流モータの制御回路として構成された例を説明したが、直流モータに限らず、制御対象がインダクタンスを有していると、逆転あるいは逆向きに移動したとき、または、正転方向であっても異常に回されすぎたとき、インダクタンスに誘導起電圧が発生して電源回路の電圧を持ち上げ、回路部品を耐圧破壊することがある。本発明にかかる駆動回路は、制御対象が、インダクタンスを有するアクチュエータであれば適用可能である。例えば、直流モータに限らず、ボイスコイルモータまたは電磁アクチュエータのうちのいずれかであってもよい。
【００２４】
図示の実施形態では、回路を制御する素子としてトランジスタを主体に構成している。ここでいうトランジスタとは、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）その他のあらゆるタイプのトランジスタを含む。
【００２５】
以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
直流モータの駆動コイル（その他のアクチュエータの場合はインダクタンス）が発生する逆起電圧や誘導起電圧で回路が動作するので、駆動回路の電源がオフの場合であっても過電圧を抑制することができ、駆動回路の耐圧破壊を予防することができる。
駆動回路の電源が入っている場合も、電源電圧を超える逆起電圧や誘導起電圧が発生すると過電圧抑制機能が働くので、駆動回路にかかる過電圧を抑制することができる。
【００２６】
電源電圧が過電圧によって持ち上げられることがないので、電源電圧を駆動回路の耐圧限界近くまで上げることができ、より大きなトルクと、モータの場合はより大きな回転数を得ることができる。
通電中に電源が開放された場合も、インダクタンスの電圧が上下に飛び出すことがあり、回生電流が電源ラインに全く戻ることができないとすると、瞬間的に高電圧が発生し、駆動回路を耐圧破壊させる。上記実施形態によれば、このような想定外の取扱いに対しても有効に動作して電圧の上昇を抑制するため、インダクタンスを有するアクチュエータの製造工程でのフェールセーフに役立つ。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、電源側出力トランジスタとグランド側出力トランジスタとにより２組の出力トランジスタを用い、各組出力トランジスタの接続点にインダクタンスを有するアクチュエータを接続し、２組の出力トランジスタを用いて、インダクタンスに駆動電流を流してアクチュエータを駆動するようにしたものにおいて、２組の出力トランジスタの接続点における電圧が電源電圧より所定レベル以上であるかグランドレベルよりも所定レベル以下であるかを検出する過電圧検出回路を設け、電源電圧より所定レベル以上となった上記接続点に接続されたグランド側出力トランジスタまたはグランドレベルよりも所定レベル以下となった上記接続点に接続された電源側出力トランジスタを過電圧検出回路の出力によりオンするように構成したため、電源がオフしていても、過電圧から回路を保護することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路の実施形態を概略的に示すブロック図である。
【図２】上記実施形態をより具体的に示す回路図である。
【図３】本発明に適用可能な過電圧検出回路の別の例を示す回路図である。
【図４】従来の直流モータ駆動回路の例を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｑ１ 電源側出力トランジスタ
Ｑ２ グランド側出力トランジスタ
Ｑ３ 電源側出力トランジスタ
Ｑ４ グランド側出力トランジスタ
Ｑ１１ 電源側検出トランジスタ
Ｑ１２ グランド側検出トランジスタ
Ｑ１３ 電源側検出トランジスタ
Ｑ１４ グランド側検出トランジスタ
３２ 駆動電流出力部
３３ アクチュエータとしての直流モータ
３４過電圧検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタンスを有するアクチュエータ、具体的には、直流モータ、ボイスコイルモータまたは電磁アクチュエータのうちのいずれかにおける駆動回路に関するもので、特に、逆転時、逆移動時あるいは制動時などに発生する回生電流の経路を確保することによって回生電流が電源回路に逆流するのを回避することができるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、直流モータを駆動源としたファンモータは、停止時に外部から風が当たると逆回転し、誘導起電圧が発生する。風が強いと高速で逆回転し、誘導起電圧も高くなり、電源回路の電圧が異常に高くなって回路部品に不具合をもたらすことがある。そこで、誘導起電圧が電源回路の電圧を必要以上に持ち上げないように、駆動回路を制御する技術が提案されている。特開２００１−０３７２７６号公報に記載されている技術はその一つである。図４は上記公報記載の回路を示す。
【０００３】
図４において、トランジスタをＨ形に接続してなるＨブリッジ回路１４は、電源側出力トランジスタとグランド側出力トランジスタとにより２組の出力トランジスタが形成されていて、各組出力トランジスタの接続点に直流モータＭが接続され、上記２組の出力トランジスタを用いて、モータＭに駆動電流を流してモータＭを駆動するように構成されている。組をなす電源側出力トランジスタの分岐点Ｐは電源回路１２に接続され、組をなすグランド側出力トランジスタの分岐点はグランドに接続されている。電源回路１２には、複数のツェナーダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７が直列接続された電源電圧検出回路２０が接続され、電源電圧検出回路２０で電源電圧を監視するようになっている。モータＭが逆転して電源電圧が所定値をオーバーすると、電源電圧検出回路２０のツェナーダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７が導通し、コンデンサＣ２に電流を流し、コンデンサＣ２の両端電圧を上昇させるように構成されている。
【０００４】
コンデンサＣ２の両端電圧の上昇をトリガーとして、誤差増幅回路２２を経てＰＷＭ回路２４が正転方向のデューティを増加させ、ロジック回路２６がＨブリッジ回路１４の各出力トランジスタをオン、オフ制御して逆回転にブレーキを掛ける。これによってモータＭの発電電圧を抑制し、電源電圧を所定値以下に維持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の目的は、Ｈブリッジ回路１４や電源回路１２をモータＭの誘導起電圧等の過電圧から保護することにある。
しかしながら、電源回路１２がオフの状態ではＰＷＭ回路２４などの制御機能が働かないため、モータＭの誘導起電圧を抑制することができない。
また、モータＭに通電中に、急激に電源をオフした場合、駆動コイルがモータ電流を維持するために逆起電圧を発生するが、上記従来技術では、電源をオフすると、この逆起電圧も抑えることができなくなる。
すなわち、上記従来技術では、電源がオンしていなければ、モータが発生する過電圧から回路を保護することはできない。
【０００６】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、電源側出力トランジスタとグランド側出力トランジスタとにより２組の出力トランジスタが形成されるとともに、各組出力トランジスタの接続点にインダクタンスを有するアクチュエータが接続され、上記２組の出力トランジスタを用いて、上記インダクタンスに駆動電流を流して上記アクチュエータを駆動するようにしたインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路において、電源がオフしていても、過電圧から回路を保護することを可能にしたインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路を提供することを目的とする。
ここで、インダクタンスを有するアクチュエータとは、直流モータ、ボイスコイルモータまたは電磁アクチュエータを含む。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電源側出力トランジスタとグランド側出力トランジスタとにより２組の出力トランジスタが形成されるとともに、各組出力トランジスタの接続点にインダクタンスを有するアクチュエータが接続され、上記２組の出力トランジスタを用いて、インダクタンスに駆動電流を流してアクチュエータを駆動するようにしたインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路において、上記２組の出力トランジスタの接続点における電圧が電源電圧より所定レベル以上であるかグランドレベルよりも所定レベル以下であるかを検出する過電圧検出回路を具備し、電源電圧より所定レベル以上となった上記接続点に接続されたグランド側出力トランジスタまたはグランドレベルよりも所定レベル以下となった上記接続点に接続された電源側出力トランジスタを過電圧検出回路の出力によりオンするように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記過電圧検出回路が、電源ラインに接続されている電源側検出トランジスタと、グランドラインに接続されたグランド側検出トランジスタとを備えており、電源側検出トランジスタとグランド側検出トランジスタとの接続点がインダクタンスの両端に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、上記インダクタンスを有するアクチュエータが、直流モータ、ボイスコイルモータまたは電磁アクチュエータのうちのいずれかであることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、インダクタンスを有するアクチュエータは直流モータであり、２組の出力トランジスタにより上記直流モータの正逆転回路が形成され、この正逆転回路は回生電流経路を構成する回生電流用ダイオードを含むことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかるインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路の実施形態について説明する。
まず、図１に示す実施の形態について説明する。図１において、符号３２は駆動電流出力部を示している。駆動電流出力部３２は、一組のトランジスタＱ１，Ｑ３からなる電源側出力トランジスタと、別の一組のトランジスタＱ２，Ｑ４からなるグランド側出力トランジスタとによって２組の出力トランジスタが形成されている。トランジスタはいずれもＮＰＮタイプで、トランジスタＱ１，Ｑ２が直列に接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４が直列に接続されている。各組出力トランジスタの接続点、具体的には、出力トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点Ａと、出力トランジスタＱ３，Ｑ４の接続点Ｂに、インダクタンスを有するアクチュエータが接続されている。この実施形態では、アクチュエータとは直流モータ３３であり、インダクタンスとは直流モータ３３の駆動コイルである。
【００１１】
上記電源側出力トランジスタＱ１，Ｑ３のコレクタは電源に接続され、電源電圧Ｖｃｏがかけられている。グランド側出力トランジスタＱ２，Ｑ４のエミッタはグランドＧＮＤに接続されている。駆動電流出力部３２は、正逆転コントローラ３１からの正逆転指令に基づき、上記２組の出力トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を用い、これら出力トランジスタを選択的に制御することにより、直流モータ３３に正転方向または逆転方向の駆動電流を流し、直流モータ３３を正逆転駆動するように構成されている。
【００１２】
直流モータ３３の両端子は過電圧検出回路３４に接続されている。過電圧検出回路３４は、直流モータ３３の端子間電圧、換言すれば、上記２組の出力トランジスタの接続点Ａ，Ｂ間における電圧が、電源電圧Ｖｃｏより所定レベル以上であるかグランドレベルよりも所定レベル以下であるかを検出する。上記接続点Ａ，Ｂ間の電圧が電源電圧Ｖｃｏより所定レベル以上であり、かつ、グランドレベルよりも所定レベル以下であれば、これを過電圧検出回路３４が検出し、駆動電流出力部３２のいずれかのトランジスタをオン制御するようになっている。より具体的には、電源電圧Ｖｃｏより所定レベル以上となった上記接続点ＡまたはＢに接続されたグランド側出力トランジスタＱ２またはＱ４を過電圧検出回路３４の出力によりオンし、あるいは、グランドレベルよりも所定レベル以下となった上記接続点ＡまたはＢに接続された電源側出力トランジスタＱ１またはＱ３を過電圧検出回路３４の出力によりオンするように構成されている。
【００１３】
次に、上記実施形態の動作を説明する。正転の場合は、正逆転コントローラ３１からの正転指令により、駆動電流出力部３２の例えば出力トランジスタＱ１，Ｑ４をオン制御して直流モータ３３に矢印ＩＭ１方向すなわちＡ点からＢ点に向かう駆動電流を流す。逆転の場合は、正逆転コントローラ３１からの逆転指令により、駆動電流出力部３２の例えば出力トランジスタＱ３，Ｑ２をオン制御して直流モータ３３に矢印ＩＭ２方向すなわちＢ点からＡ点に向かう駆動電流を流す。
【００１４】
過電圧検出回路３４は、直流モータ３３の駆動コイルに発生する誘導起電圧や逆起電圧の上下飛び出し、すなわち、電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出していることと、グランドＧＮＤ以下に飛び出していることを検出する。そして、端子Ａ、Ｂのうち、電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出している端子のグランド側出力トランジスタか、または、グランドＧＮＤ以下に飛び出している端子の電源側出力トランジスタを強制的にオン制御する。これによって直流モータ３３が発生する誘導起電圧や逆起電圧を短絡する電流経路が形成されるため、駆動電流出力部３２等にかかる過電圧を抑制することができる。
【００１５】
次に、上記駆動電流出力部３２と過電圧検出回路３４の具体的回路例を、図２を参照しながら説明する。この回路例は、グランドＧＮＤ以下に飛び出している端子の電源側出力トランジスタを強制的にオン制御するものである。まず、駆動電流出力部３２の詳細な構成を説明する。駆動電流出力部３２は、図１について説明したように。電源側出力トランジスタＱ１、Ｑ３と、グランド側出力トランジスタＱ２、Ｑ４を有し、トランジスタＱ１、Ｑ２の接続点Ａと、トランジスタＱ３、Ｑ４の接続点Ｂとの間に直流モータ３３の両端子が接続されている。各トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４には、これらトランジスタに流れる電流とは逆向きに電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が並列に接続されている。上記２組のトランジスタＱ１とＱ２およびＱ３とＱ４は直流モータＭの正逆転回路に含まれていて、回生電流経路を形成する回生電流用ダイオードである。
【００１６】
上記各出力トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、プリドライバとしてのトランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ２３、Ｑ２４を介して正逆転コントローラ３１によりオン、オフ制御されるように構成されている。具体的には、各出力トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のコレクタとベースにＰＮＰ型トランジスタＱ２１、Ｑ２３、ＮＰＮ型トランジスタＱ２２、Ｑ２４のエミッタとコレクタが接続され、トランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ２３、Ｑ２４のベース電圧が正逆転コントローラ３１で制御されることにより、上記各出力トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４がオン、オフ制御されるようになっている。
【００１７】
次に、過電圧検出回路３４は、接続点Ａの電圧が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出していることを検出する電源側検出トランジスタＱ１１と、接続点Ｂの電圧が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出していることを検出する電源側検出トランジスタＱ１３と、同様に、接続点Ａ，Ｂのいずれかがグランドレベル以下に飛び出していることを検出するグランド側２個の検出トランジスタＱ１２，Ｑ１４およびこれらのトランジスタに直列に接続されてダイオードとして機能する２個のトランジスタＤ１２、Ｄ１４とを有している。さらに、ベースが上記グランド側２個の検出トランジスタＱ１２，Ｑ１４のベースに接続され上記電源側２個の検出トランジスタＱ１１、Ｑ１３のいずれかがオンすることによって電流が流れ電圧Ｖｂｅを発生するトランジスタＱ１０を有してなる。上記トランジスタＱ１２またはＱ１４は、トランジスタＱ１０のベース−エミッタ電圧Ｖｂｅが発生している状態で、上記接続点Ａまたは接続点Ｂがグランドレベル以下に飛び出したときにオンすることができる。
【００１８】
いま、仮にＢ点が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出しているとすると、トランジスタＱ１３がオンしてトランジスタＱ１０に電流が流れ、トランジスタＱ１０にベース−エミッタ電圧Ｖｂｅが発生する。ここで、Ａ点がグランドＧＮＤ以下に飛び出すとトランジスタＱ１２とダイオードＤ１２とが導通し、トランジスタＱ１２にコレクタ電流が流れる。この電流は駆動電流出力部３２内のトランジスタＱ２１をオンさせ、電源側出力トランジスタＱ１にベース電流を供給する。これによりトランジスタＱ１が一時的にオン制御されるので、図２に矢印で示す電流経路、すなわち、Ｍ→Ｂ点→Ｄ３→Ｑ１→Ａ点→Ｍを経由する電流経路が確保され、直流モータＭが発生する電圧を抑制する。
【００１９】
逆に、Ａ点が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出しているとすると、トランジスタＱ１１がオンしてトランジスタＱ１０に電流が流れベース−エミッタ電圧Ｖｂｅが発生する。ここで、Ｂ点がグランドＧＮＤ以下に飛び出すとトランジスタＱ１４とダイオードＤ１４とが導通し、トランジスタＱ１４にコレクタ電流が流れる。この電流は駆動電流出力部３２内のトランジスタＱ２３をオンさせ、電源側出力トランジスタＱ３にベース電流を供給する。これによりトランジスタＱ３が一時的にオン制御され、Ｍ→Ａ点→Ｄ１→Ｑ３→Ｂ点→Ｍを経由する電流経路が確保され、直流モータＭが発生する電圧を抑制する。
このような回路動作は、電源電圧Ｖｃｏを供給する端子がオープンの状態すなわち電源がオフの状態であっても、直流モータＭが発生する電圧によって維持される。
【００２０】
次に、図３に示す本発明に適用可能な過電圧検出回路の別の例について説明する。この過電圧検出回路３６は、電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出している端子のグランド側出力トランジスタをオン制御するものである。図３において、電源側には、２個のトランジスタＱ５１、Ｑ５３およびこれらに直列に接続されダイオードとして機能するトランジスタＱ５２、Ｑ５４およびこれらに直列に接続されダイオードとして機能するトランジスタＤ５２，Ｄ５４が接続されている。さらに、ベースが上記電源側２個のトランジスタＱ５１，Ｑ５３のベースに接続され上記グランド側２個のトランジスタＱ５２、Ｑ５４のいずれかがオンとすることによって電流が流れ電圧Ｖｂｅを発生するトランジスタＱ４０とを有してなる。その他の接続は図２に示す例とほぼ同じで、トランジスタＱ５１のコレクタ電流が図２に示すトランジスタＱ２２のベース電流となり、トランジスタＱ５３のコレクタ電流が図２に示すトランジスタＱ２４のベース電流となるように接続されている。
【００２１】
いま、仮にＡ点の電圧がグランドＧＮＤ以下に飛び出しているとすると、トランジスタＱ５２がオンしてトランジスタＱ４０に電流が流れ、トランジスタＱ４０にベース−エミッタ電圧Ｖｂｅが発生する。ここでＢ点が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出すと、ダイオードとして機能するトランジスタＤ５３とトランジスタＱ５３とが導通し、トランジスタＱ５３にコレクタ電流が流れる。この電流は図２に示す回路のトランジスタＱ２４のベースに流れてトランジスタＱ２４をオンさせ、グランド側出力トランジスタＱ４にベース電流を供給する。これによりトランジスタＱ４が一時的にオン制御されるので、Ｍ→Ｂ点→Ｑ４→Ｄ２→Ａ点→Ｍからなる電流経路が確保され、電源に戻ろうとする電流を抑制し、直流モータＭが発生する電圧を抑制する。
【００２２】
逆に、Ｂ点の電圧がグランドＧＮＤ以下に飛び出すと、トランジスタＱ５４がオンしてトランジスタＱ４０に電流が流れ、電圧Ｖｂｅが発生する。ここでＡ点が電源電圧Ｖｃｏ以上に飛び出すと、Ｄ５１とＱ５１とが導通し、図２に示すトランジスタＱ２２、Ｑ２を一時的にオン制御し、電源に戻ろうとする電流を抑制して、直流モータＭが発生する電圧を抑制する。
【００２３】
以上、直流モータの制御回路として構成された例を説明したが、直流モータに限らず、制御対象がインダクタンスを有していると、逆転あるいは逆向きに移動したとき、または、正転方向であっても異常に回されすぎたとき、インダクタンスに誘導起電圧が発生して電源回路の電圧を持ち上げ、回路部品を耐圧破壊することがある。本発明にかかる駆動回路は、制御対象が、インダクタンスを有するアクチュエータであれば適用可能である。例えば、直流モータに限らず、ボイスコイルモータまたは電磁アクチュエータのうちのいずれかであってもよい。
【００２４】
図示の実施形態では、回路を制御する素子としてトランジスタを主体に構成している。ここでいうトランジスタとは、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）その他のあらゆるタイプのトランジスタを含む。
【００２５】
以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
直流モータの駆動コイル（その他のアクチュエータの場合はインダクタンス）が発生する逆起電圧や誘導起電圧で回路が動作するので、駆動回路の電源がオフの場合であっても過電圧を抑制することができ、駆動回路の耐圧破壊を予防することができる。
駆動回路の電源が入っている場合も、電源電圧を超える逆起電圧や誘導起電圧が発生すると過電圧抑制機能が働くので、駆動回路にかかる過電圧を抑制することができる。
【００２６】
電源電圧が過電圧によって持ち上げられることがないので、電源電圧を駆動回路の耐圧限界近くまで上げることができ、より大きなトルクと、モータの場合はより大きな回転数を得ることができる。
通電中に電源が開放された場合も、インダクタンスの電圧が上下に飛び出すことがあり、回生電流が電源ラインに全く戻ることができないとすると、瞬間的に高電圧が発生し、駆動回路を耐圧破壊させる。上記実施形態によれば、このような想定外の取扱いに対しても有効に動作して電圧の上昇を抑制するため、インダクタンスを有するアクチュエータの製造工程でのフェールセーフに役立つ。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、電源側出力トランジスタとグランド側出力トランジスタとにより２組の出力トランジスタを用い、各組出力トランジスタの接続点にインダクタンスを有するアクチュエータを接続し、２組の出力トランジスタを用いて、インダクタンスに駆動電流を流してアクチュエータを駆動するようにしたものにおいて、２組の出力トランジスタの接続点における電圧が電源電圧より所定レベル以上であるかグランドレベルよりも所定レベル以下であるかを検出する過電圧検出回路を設け、電源電圧より所定レベル以上となった上記接続点に接続されたグランド側出力トランジスタまたはグランドレベルよりも所定レベル以下となった上記接続点に接続された電源側出力トランジスタを過電圧検出回路の出力によりオンするように構成したため、電源がオフしていても、過電圧から回路を保護することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路の実施形態を概略的に示すブロック図である。
【図２】上記実施形態をより具体的に示す回路図である。
【図３】本発明に適用可能な過電圧検出回路の別の例を示す回路図である。
【図４】従来の直流モータ駆動回路の例を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｑ１ 電源側出力トランジスタ
Ｑ２ グランド側出力トランジスタ
Ｑ３ 電源側出力トランジスタ
Ｑ４ グランド側出力トランジスタ
Ｑ１１ 電源側検出トランジスタ
Ｑ１２ グランド側検出トランジスタ
Ｑ１３ 電源側検出トランジスタ
Ｑ１４ グランド側検出トランジスタ
３２ 駆動電流出力部
３３ アクチュエータとしての直流モータ
３４過電圧検出回路
Claims (4)
- 電源側出力トランジスタとグランド側出力トランジスタとにより２組の出力トランジスタが形成されるとともに、各組出力トランジスタの接続点にインダクタンスを有するアクチュエータが接続され、上記２組の出力トランジスタを用いて、上記インダクタンスに駆動電流を流して上記アクチュエータを駆動するようにしたインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路において、
上記２組の出力トランジスタの接続点における電圧が電源電圧より所定レベル以上であるかグランドレベルよりも所定レベル以下であるかを検出する過電圧検出回路を具備し、
電源電圧より所定レベル以上となった上記接続点に接続されたグランド側出力トランジスタまたはグランドレベルよりも所定レベル以下となった上記接続点に接続された電源側出力トランジスタを上記過電圧検出回路の出力によりオンするように構成されていることを特徴とするインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路。 - 過電圧検出回路は、電源ラインに接続されている電源側検出トランジスタと、グランドラインに接続されたグランド側検出トランジスタとを備えており、電源側検出トランジスタとグランド側検出トランジスタとの接続点がインダクタンスの両端に接続されてなる請求項１記載のインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路。
- インダクタンスを有するアクチュエータは、直流モータ、ボイスコイルモータまたは電磁アクチュエータのうちのいずれかである請求項１記載のインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路。
- インダクタンスを有するアクチュエータは直流モータであり、２組の出力トランジスタにより上記直流モータの正逆転回路が形成され、この正逆転回路は回生電流経路を構成する回生電流用ダイオードを含む請求項１記載のインダクタンスを有するアクチュエータの駆動回路。
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