JP4467752B2 - Current control method and current control circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電流制御方法及び電流制御回路に関し、負荷であるコイルに大電流を流すことができるようにすると共に、応答性を改善したものである。
【0002】
【従来の技術】
ターボ分子ポンプ,工作用スピンドル,遠心分離器等の軸受として磁気軸受が使用されている。この磁気軸受は、回転軸の周りに複数の電磁石を配置して、電磁石の磁気吸引力により回転軸を非接触で支持するものである。しかも、回転軸の回転中心が、磁気軸受の回転中心位置に占位するように、各電磁石に流す電流を制御して各電磁石の磁気吸引力を制御している。
【0003】
次に、磁気軸受の電磁石に流す電流を制御する従来の電流制御回路を、図2及び図3を参照して説明する。
【0004】
図2は現在において主流となっているトランジスタ可変方式の電流制御回路10である。このトランジスタ可変方式の電流制御回路10では、電磁石の電磁石コイル1と、可変抵抗形トランジスタ11と、抵抗要素12が直列接続されている。電磁石コイル1には、ダイオード13及び抵抗要素14が並列接続されており、可変抵抗形トランジスタ11にはダイオード15が逆並列に接続されている。トランジスタ制御回路16は、可変抵抗形トランジスタ11のベースにトランジスタ制御信号aを送出している。
【0005】
トランジスタ11のエミッタ−コレクタ間抵抗は、トランジスタ制御信号aの値に応じて変化する。即ち、トランジスタ制御信号aの値が大きくなると、トランジスタ11のエミッタ−コレクタ間抵抗が小さくなり、トランジスタ11に流れる電流、ひいては、電磁石コイル1に流れる電流が大きくなる。逆に、トランジスタ制御信号aの値が小さくなると、トランジスタ11のエミッタ−コレクタ間抵抗が大きくなり、トランジスタ11に流れる電流、ひいては、電磁石コイル1に流れる電流が小さくなる。このようにトランジスタ制御信号aの値を調整することにより、電磁石コイル1に流す電流を制御して、電磁石の電磁吸引力を制御している。
【0006】
図3はPWM方式の電流制御回路20である。この電流制御回路20はH形混合ブリッジ回路により構成されている。即ち、H形混合ブリッジ回路の第1相(左側の相)の上アームにはFET(電界効果トランジスタ)でなるスイッチング素子21が接続され、第1相(左側の相)の下アームには回生ダイオード22が接続され、第2相(右側の相)の上アームには回生ダイオード23が接続され、第2相(右側の相)の下アームにはFETでなるスイッチング素子24が接続されている。そして、スイッチング素子21にはダイオード25が、スイッチング素子24にはダイオード26が、それぞれ逆並列に接続されている。また、負荷枝路には抵抗要素27と電磁石コイル1が直列接続されている。
【0007】
差分回路28は、抵抗要素27での電圧降下を検出して、電磁石コイル1に流れる負荷電流の値を示す電流検出信号bをPWM制御回路29に出力する。PWM制御回路29は、電流検出信号bの値が設定値となるようなPWM信号cをスイッチング素子21,24に送る。スイッチング素子21,24は、PWM信号cのハイ・ローに応じて、ON・OFFする。スイッチング素子21,24がON状態(導通状態)になったときには、電源→スイッチング素子21→抵抗要素27→電磁石コイル1→スイッチング素子24→アースという経路に沿い電流が流れる。スイッチング素子21,24がOFF状態(遮断状態)になったときには、アース→回生ダイオード22→抵抗要素27→電磁石コイル1→回生ダイオード23→電源という経路に沿い電流が流れる。
【0008】
そして、負荷電流の値が設定値よりも小さくなり、電流検出信号bが小さくなったときには、PWM信号cのパルス幅を広く(ハイレベル期間を長く)してスイッチング素子21,24でのON期間を長くする。逆に負荷電流の値が設定値よりも大きくなり、電流検出信号bが大きくなったときには、PWM信号cのパルス幅を短く(ハイレベル期間を短く)してスイッチング素子21,24でのON期間を短くする。このようにして、電磁石コイル1に流す負荷電流を制御することができる。
【0009】
このPWM方式では、
(1)スイッチング素子21,24がOFF状態(遮断状態)になったときでも、電磁石コイル1の電気エネルギ蓄積効果を利用して、アース→回生ダイオード22→抵抗要素27→電磁石コイル1→回生ダイオード23→電源という経路に沿い電流を流すことができ、また、
(2)スイッチング素子21,24でのスイッチングロスが小さいため、消費電力が少なく小型化にできるという利点がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで図2に示すトランジスタ可変方式は、駆動回路(可変抵抗形トランジスタ11)での損失(発熱)が大きいということが最大の欠点である。またそのために、大型の電源や大型放熱板を必要とするため小型化ができないという欠点がある。
【0011】
一方、図3に示すPWM方式では、スイッチング素子21,24のON・OFFで電流制御を行っているため、電気的ノイズ低減を行わねばならず、そのためにはキャリア(スイッチング)周波数を可聴周波数よりも高くする必要がある。しかし、PWM方式ではキャリア周波数を高くすると、電磁石コイル1に印加する電圧と、電磁石コイル1のインダクタンスと抵抗とで一意的に決定される電流の立ち上がり,立ち下がりのための時定数のため、大電流が流せなくなり、電磁石コイル1による電磁吸引力が制限されるという問題がある。
【0012】
本発明は、上記従来技術に鑑み、低消費電力で且つ応答性に優れ、大電流を流すことを可能とした電流制御方法及び電流制御回路を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の電流制御方法の構成は、2つのスイッチング素子と、この2つのスイッチング素子の間に接続された負荷であるコイルと、このコイルに蓄積された電気エネルギを放電させる回生ダイオードを有し、前記2つのスイッチング素子をスイッチング動作させる電流制御方法において、
前記コイルに流れる負荷電流の値が電流目標値よりも小さいときには、前記コイルよりも下流側のスイッチング素子を強制的に導通状態にして、コイルに蓄積された電気エネルギによる電流を、下流側のスイッチング素子と前記回生ダイオードと前記コイルとでなる閉回路に循環流通させることを特徴とする。
【0014】
また本発明の電流制御回路の構成は、2つのスイッチング素子と、この2つのスイッチング素子の間に接続された負荷であるコイルと、このコイルに蓄積された電気エネルギを放電させる回生ダイオードと、前記2つのスイッチング素子にスイッチング信号を送るスイッチング信号制御回路を有する電流制御回路において、
前記コイルに流れる負荷電流の値が電流目標値よりも小さいときには、前記コイルよりも下流側のスイッチング素子を強制的に導通状態にする転流経路制御回路を備えていることを特徴とする。
【0015】
また本発明の電流制御回路の構成は、第1相の上アームに第1のスイッチング素子を接続し、第1相の下アームに第1の回生ダイオードを接続し、第2相の上アームに第2の回生ダイオードを接続し、第2相の下アームに第2のスイッチング素子を接続し、負荷枝路にコイルを接続してなるH形ブリッジ回路と、
第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子にスイッチング信号を送るスイッチング信号制御回路と、
負荷電流の値を検出する負荷電流検出手段と、
検出した負荷電流の値が予め設定した負荷電流目標値よりも小さいときには、第2のスイッチング素子を強制的に導通状態にする転流経路制御手段と、を有することを特徴とする。
【0016】
また、前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0018】
図1は本発明の実施の形態にかかるPWM方式の電流制御回路100である。この電流制御回路100はH形混合ブリッジ回路により主回路が構成されている。即ち、H形混合ブリッジ回路の第1相(左側の相)の上アームにはFETでなるスイッチング素子101が接続され、第1相(左側の相)の下アームには回生ダイオード102が接続され、第2相(右側の相)の上アームには回生ダイオード103が接続され、第2相(右側の相)の下アームにはFETでなるスイッチング素子104が接続されている。そして、スイッチング素子101にはダイオード105が、スイッチング素子104にはダイオード106が、それぞれ逆並列に接続されている。また、負荷枝路には抵抗要素107と電磁石コイル1が直列接続されている。つまり、負荷である電磁石コイル1は、上流側のスイッチング素子101と下流側のスイッチング素子104との間に接続されている。
【0019】
この電流制御回路100には電源30から直流電流が供給される。そして、後述するように、スイッチング素子101,104のスイッチング動作制御をすることにより、電磁石コイル1に流れる負荷電流の値を調整している。
【0020】
差分回路108は、抵抗要素107での電圧降下を検出して、電磁石コイル1に流れる負荷電流の値を示す電流検出信号bをPWM制御回路109に出力する。PWM制御回路(スイッチング信号制御回路)109は、電流検出信号bの値が設定値となるようなPWM信号(スイッチング信号)cをスイッチング素子101,104に送る。なお、スイッチング素子101には直接PWM信号cが送られるが、スイッチング素子104にはOR回路110を介してPWM信号cが送られる。またPWM制御回路109におけるキャリア周波数は、電気的ノイズ低減のため高く設定してある。
【0021】
転流経路制御回路111は、電流検出信号bの値と電流目標値とを比較し、電流検出信号bの値が電流目標値を上回っている場合(即ち負荷電流の値が電流目標値を上回っている場合)には、ローレベルとなっている転流経路制御信号dを出力し、電流検出信号bの値が電流目標値を下回っている場合(即ち負荷電流の値が電流目標値を下回っている場合)には、ハイレベルとなっている転流経路制御信号dを出力する。この転流経路制御信号dはOR回路110を介して、下流側のスイッチング素子104に入力される。
【0022】
上記構成となっている電流制御回路100の制御動作を、(1)電流検出信号bの値が電流目標値を上回っている場合と、(2)電流検出信号bの値が電流目標値を下回っている場合に分けて説明する。
【0023】
(1)電流検出信号bの値が電流目標値を上回っている場合(即ち負荷電流の値が目標値を上回っている場合)の制御動作。
この場合には、転流経路制御信号dはローレベルとなっている。一方、PWM信号cがスイッチング素子101,104に入力され、スイッチング素子101,104は、PWM信号cのハイ・ローに応じて、スイッチング動作してON・OFFする。
【0024】
そして、スイッチング素子101,104がON状態(導通状態)になったときには、電源30→スイッチング素子101→抵抗要素107→電磁石コイル1→スイッチング素子104→アースという経路に沿い電流が流れる。
【0025】
スイッチング素子101,104がOFF状態(遮断状態)になったときには、電磁石コイル1に蓄積された電気エネルギーにより、アース→回生ダイオード102→抵抗要素107→電磁石コイル1→回生ダイオード103→電源30という放電経路に沿い電流が流れる。このような放電経路に沿い流れる電流は急速に減衰して強制放電され、放電は急速に進行する。このように放電経路に流れる電流が急速に減衰する理由は、キャリア周波数を高くすると、電磁石コイル1に印加する電圧と、電磁石コイル1のインダクタンスと抵抗とで一意的に決定される電流の立ち上がり,立ち下がりのための時定数のため、電流が抑制されるからである。しかし、この場合には、電流検出信号bの値(負荷電流の値)が電流目標値を上回っているので、むしろ好都合である。
【0026】
(2)電流検出信号bの値が電流目標値を下回っている場合(即ち負荷電流の値が電流目標値を下回っている場合)の制御動作。
この場合には、転流経路制御信号dはハイレベルとなる。一方、スイッチング素子101は、PWM信号cのハイ・ローに応じてON・OFFする。また、スイッチング素子104は、OR回路110を介してハイレベルの転流経路制御信号dが入力されるため、PWM信号cのハイ・ローにかかわらず、強制的にON状態になっている。
【0027】
このためPWM信号cがハイレベルになった状態では、スイッチング素子101,104が共にON状態(導通状態)になる。このときには、電源30→スイッチング素子101→抵抗要素107→電磁石コイル1→スイッチング素子104→アースという経路に沿い電流が流れる。
【0028】
PWM信号cがロウレベルになった状態では、スイッチング素子101はOFF状態(遮断状態)になるが、スイッチング素子104はON(導通状態)を維持したままとなる。このため、電磁石コイル1に蓄積された電気エネルギーにより、電磁石コイル1→スイッチング素子104→回生ダイオード102→抵抗要素107→電磁石コイル1という閉回路に沿い電流が循環流通(転流)する。このような閉回路に沿い電流を循環流通(転流)させるため、電気エネルギーの放電は遅れ、前記閉回路に流れる循環電流の減衰は緩慢になる。
【0029】
このため、PWM信号cがロウレベルからハイレベルに変化した場合には、さほど減衰していない循環電流(負荷電流)の値から負荷電流の値が上昇していくため、負荷電流を大きくすることができる。この結果、キャリア周波数を上げながら大電流を流すことができる。しかも、電流検出信号bの値に応じてスイッチング素子104を選択的にON状態にしているため、低消費電力と高応答性とを同時に実現することが可能になる。またPWM方式に元来備わっている、低消費電力で、且つ、電流制御の高追従性というメリットをそのまま保持している。
【0030】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように本発明の電流制御方法では、2つのスイッチング素子と、この2つのスイッチング素子の間に接続された負荷であるコイルと、このコイルに蓄積された電気エネルギを放電させる回生ダイオードを有し、前記2つのスイッチング素子をスイッチング動作させる電流制御方法において、前記コイルに流れる負荷電流の値が電流目標値よりも小さいときには、前記コイルよりも下流側のスイッチング素子を強制的に導通状態にして、コイルに蓄積された電気エネルギによる電流を、下流側のスイッチング素子と前記回生ダイオードと前記コイルとでなる閉回路に循環流通させる構成とした。
また本発明の電流制御回路では、2つのスイッチング素子と、この2つのスイッチング素子の間に接続された負荷であるコイルと、このコイルに蓄積された電気エネルギを放電させる回生ダイオードと、前記2つのスイッチング素子にスイッチング信号を送るスイッチング信号制御回路を有する電流制御回路において、前記コイルに流れる負荷電流の値が電流目標値よりも小さいときには、前記コイルよりも下流側のスイッチング素子を強制的に導通状態にする転流経路制御回路を備えている構成とした。
【0031】
このような構成にしたため、本発明では、電磁石コイル等のコイルに印加する電圧とコイルのインダクタンスと抵抗で一意的に決定されていた電流の立ち下がり時間を選択することが可能となり、これにより放電時のコイルからの電気エネルギの放出を抑制して大電流を流すことが可能になる。しかも、従来のスイッチング方式のメリットである低消費電力という特性を同時に実現することができる。
【0032】
また本発明の電流制御回路では、第1相の上アームに第1のスイッチング素子を接続し、第1相の下アームに第1の回生ダイオードを接続し、第2相の上アームに第2の回生ダイオードを接続し、第2相の下アームに第2のスイッチング素子を接続し、負荷枝路にコイルを接続してなるH形ブリッジ回路と、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子にスイッチング信号を送るスイッチング信号制御回路と、負荷電流の値を検出する負荷電流検出手段と、検出した負荷電流の値が電流目標値よりも小さいときには、第2のスイッチング素子を強制的に導通状態にする転流経路制御手段と、を有する構成とした。
この場合、前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタである構成とした。
【0033】
このような構成にしたため、本発明では、電磁石コイル等のコイルに印加する電圧とコイルのインダクタンスと抵抗で一意的に決定されていた電流の立ち下がり時間を選択することが可能となり、これにより放電時のコイルからの電気エネルギの放出を抑制して大電流を流すことが可能になる。しかも、従来のスイッチング方式のメリットである低消費電力という特性を同時に実現することができる。
しかも、H形ブリッジ回路を利用した従来の電流制御回路に、転流経路制御手段を付加することにより、簡単に本願発明を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる電流制御回路を示す回路図。
【図2】従来のトランジスタ可変方式の電流制御回路を示す回路図。
【図3】従来のPWM方式の電流制御回路を示す回路図。
【符号の説明】
1 電磁石コイル
30 電源
100 電流制御回路
101,104 スイッチング素子(FET)
102,103 回生ダイオード
105,106 ダイオード
107 抵抗要素
108 差分回路
109 PWM制御回路
110 OR回路
111 転流経路制御回路
b 電流検出信号
c PWM信号
d 転流経路制御信号
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a current control method and a current control circuit, which allows a large current to flow through a coil as a load and improves the response.
[0002]
[Prior art]
Magnetic bearings are used as bearings for turbo molecular pumps, work spindles, centrifuges, and the like. In this magnetic bearing, a plurality of electromagnets are arranged around a rotating shaft, and the rotating shaft is supported in a non-contact manner by the magnetic attractive force of the electromagnet. In addition, the magnetic attraction force of each electromagnet is controlled by controlling the current flowing through each electromagnet so that the rotation center of the rotation shaft occupies the rotation center position of the magnetic bearing.
[0003]
Next, a conventional current control circuit for controlling the current flowing through the electromagnet of the magnetic bearing will be described with reference to FIGS.
[0004]
FIG. 2 shows a transistor-controlled current control circuit 10 which is currently mainstream. In the transistor variable current control circuit 10, an electromagnet coil 1, a variable resistance transistor 11, and a resistance element 12 are connected in series. A diode 13 and a resistance element 14 are connected in parallel to the electromagnet coil 1, and a diode 15 is connected in reverse parallel to the variable resistance transistor 11. The transistor control circuit 16 sends a transistor control signal a to the base of the variable resistance transistor 11.
[0005]
The emitter-collector resistance of the transistor 11 changes according to the value of the transistor control signal a. That is, when the value of the transistor control signal a increases, the resistance between the emitter and the collector of the transistor 11 decreases, and the current flowing through the transistor 11 and thus the current flowing through the electromagnet coil 1 increases. Conversely, when the value of the transistor control signal a decreases, the resistance between the emitter and the collector of the transistor 11 increases, and the current flowing through the transistor 11 and thus the current flowing through the electromagnet coil 1 decreases. Thus, by adjusting the value of the transistor control signal a, the current flowing through the electromagnet coil 1 is controlled to control the electromagnetic attractive force of the electromagnet.
[0006]
FIG. 3 shows a PWM current control circuit 20. The current control circuit 20 is constituted by an H-type mixed bridge circuit. That is, a switching element 21 made of an FET (field effect transistor) is connected to the upper arm of the first phase (left phase) of the H-type mixed bridge circuit, and the regeneration is performed to the lower arm of the first phase (left phase). A diode 22 is connected, a regenerative diode 23 is connected to the upper arm of the second phase (right phase), and a switching element 24 made of FET is connected to the lower arm of the second phase (right phase). . A diode 25 is connected to the switching element 21 and a diode 26 is connected to the switching element 24 in antiparallel. A resistance element 27 and the electromagnet coil 1 are connected in series to the load branch.
[0007]
The difference circuit 28 detects a voltage drop at the resistance element 27 and outputs a current detection signal b indicating the value of the load current flowing through the electromagnet coil 1 to the PWM control circuit 29. The PWM control circuit 29 sends a PWM signal c such that the value of the current detection signal b becomes a set value to the switching elements 21 and 24. The switching elements 21 and 24 are turned ON / OFF according to the high / low of the PWM signal c. When the switching elements 21 and 24 are in the ON state (conducting state), a current flows along a path of power source → switching element 21 → resistance element 27 → electromagnetic coil 1 → switching element 24 → ground. When the switching elements 21 and 24 are in the OFF state (cut-off state), a current flows along the path of ground → regenerative diode 22 → resistive element 27 → electromagnetic coil 1 → regenerative diode 23 → power source.
[0008]
When the load current value becomes smaller than the set value and the current detection signal b becomes small, the pulse width of the PWM signal c is widened (the high level period is lengthened), and the ON period of the switching elements 21 and 24 is set. Lengthen. On the contrary, when the load current value becomes larger than the set value and the current detection signal b becomes large, the pulse width of the PWM signal c is shortened (high level period is shortened) and the ON period in the switching elements 21 and 24 is set. To shorten. In this way, the load current that flows through the electromagnet coil 1 can be controlled.
[0009]
In this PWM method,
(1) Even when the switching elements 21 and 24 are in the OFF state (cut-off state), the electrical energy storage effect of the electromagnet coil 1 is used to make ground → regenerative diode 22 → resistive element 27 → electromagnetic coil 1 → regenerative diode. Current can flow along the path of 23 → power supply,
(2) Since the switching loss in the switching elements 21 and 24 is small, there is an advantage that the power consumption is small and the size can be reduced.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the transistor variable system shown in FIG. 2 has the greatest drawback that loss (heat generation) in the drive circuit (variable resistance transistor 11) is large. For this reason, a large power source and a large heat radiating plate are required, so that there is a disadvantage that the size cannot be reduced.
[0011]
On the other hand, in the PWM method shown in FIG. 3, since the current control is performed by turning on and off the switching elements 21 and 24, electrical noise must be reduced. For this purpose, the carrier (switching) frequency is set to an audible frequency. Need to be higher. However, in the PWM method, when the carrier frequency is increased, the time constant for the rise and fall of the current uniquely determined by the voltage applied to the electromagnet coil 1 and the inductance and resistance of the electromagnet coil 1 is large. There is a problem that the current cannot flow and the electromagnetic attractive force by the electromagnet coil 1 is limited.
[0012]
An object of the present invention is to provide a current control method and a current control circuit capable of flowing a large current with low power consumption and excellent responsiveness in view of the above prior art.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the current control method of the present invention that solves the above problems includes two switching elements, a coil that is a load connected between the two switching elements, and a regeneration that discharges electrical energy accumulated in the coils. In a current control method having a diode and switching the two switching elements,
When the value of the load current flowing through the coil is smaller than the current target value, the switching element on the downstream side of the coil is forcibly turned on, and the current due to the electric energy accumulated in the coil is switched downstream. It is characterized by circulating in a closed circuit composed of an element, the regenerative diode and the coil.
[0014]
The current control circuit of the present invention includes two switching elements, a coil that is a load connected between the two switching elements, a regenerative diode that discharges electrical energy accumulated in the coil, In a current control circuit having a switching signal control circuit for sending a switching signal to two switching elements,
When the value of the load current flowing through the coil is smaller than the current target value, a commutation path control circuit for forcibly bringing the switching element downstream of the coil into a conductive state is provided.
[0015]
The current control circuit according to the present invention has a configuration in which the first switching element is connected to the upper arm of the first phase, the first regenerative diode is connected to the lower arm of the first phase, and the upper arm of the second phase is connected. An H-shaped bridge circuit formed by connecting a second regenerative diode, connecting a second switching element to the lower arm of the second phase, and connecting a coil to the load branch;
A switching signal control circuit for sending a switching signal to the first switching element and the second switching element;
Load current detecting means for detecting the value of the load current;
Commutation path control means for forcibly bringing the second switching element into a conductive state when the detected load current value is smaller than a preset load current target value.
[0016]
The switching element is a field effect transistor.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 shows a PWM current control circuit 100 according to an embodiment of the present invention. The main circuit of the current control circuit 100 is composed of an H-type mixed bridge circuit. That is, the switching element 101 made of FET is connected to the upper arm of the first phase (left phase) of the H-type mixed bridge circuit, and the regenerative diode 102 is connected to the lower arm of the first phase (left phase). The regenerative diode 103 is connected to the upper arm of the second phase (right phase), and the switching element 104 made of FET is connected to the lower arm of the second phase (right phase). A diode 105 is connected to the switching element 101, and a diode 106 is connected to the switching element 104 in antiparallel. Further, the resistance element 107 and the electromagnet coil 1 are connected in series to the load branch. That is, the electromagnetic coil 1 that is a load is connected between the upstream side switching element 101 and the downstream side switching element 104.
[0019]
A direct current is supplied to the current control circuit 100 from the power supply 30. Then, as will be described later, the value of the load current flowing through the electromagnetic coil 1 is adjusted by controlling the switching operation of the switching elements 101 and 104.
[0020]
The difference circuit 108 detects a voltage drop in the resistance element 107 and outputs a current detection signal b indicating the value of the load current flowing in the electromagnet coil 1 to the PWM control circuit 109. The PWM control circuit (switching signal control circuit) 109 sends a PWM signal (switching signal) c such that the value of the current detection signal b becomes a set value to the switching elements 101 and 104. Note that the PWM signal c is sent directly to the switching element 101, but the PWM signal c is sent to the switching element 104 via the OR circuit 110. The carrier frequency in the PWM control circuit 109 is set high to reduce electrical noise.
[0021]
The commutation path control circuit 111 compares the value of the current detection signal b with the current target value, and when the value of the current detection signal b exceeds the current target value (that is, the value of the load current exceeds the current target value). The commutation path control signal d that is at a low level is output, and the value of the current detection signal b is lower than the current target value (that is, the load current value is lower than the current target value). The commutation path control signal d which is at a high level is output. This commutation path control signal d is input to the switching element 104 on the downstream side via the OR circuit 110.
[0022]
The control operation of the current control circuit 100 configured as described above includes (1) when the value of the current detection signal b exceeds the current target value, and (2) when the value of the current detection signal b falls below the current target value. This will be explained separately.
[0023]
(1) Control operation in the case where the value of the current detection signal b exceeds the current target value (that is, the load current value exceeds the target value).
In this case, the commutation path control signal d is at a low level. On the other hand, the PWM signal c is input to the switching elements 101 and 104, and the switching elements 101 and 104 are switched on and off in accordance with the high and low of the PWM signal c.
[0024]
When the switching elements 101 and 104 are turned on (conductive state), a current flows along the path of the power source 30 → the switching element 101 → the resistance element 107 → the electromagnetic coil 1 → the switching element 104 → the ground.
[0025]
When the switching elements 101 and 104 are in the OFF state (cut-off state), the electric energy accumulated in the electromagnet coil 1 causes the discharge of ground → regenerative diode 102 → resistive element 107 → electromagnetic coil 1 → regenerative diode 103 → power source 30. Current flows along the path. The current flowing along such a discharge path is rapidly attenuated and forcibly discharged, and the discharge proceeds rapidly. The reason why the current flowing in the discharge path rapidly attenuates is as follows. When the carrier frequency is increased, the rise of the current uniquely determined by the voltage applied to the electromagnetic coil 1 and the inductance and resistance of the electromagnetic coil 1 This is because the current is suppressed due to the time constant for falling. However, in this case, the value of the current detection signal b (load current value) exceeds the current target value, which is rather convenient.
[0026]
(2) Control operation when the value of the current detection signal b is lower than the current target value (that is, when the load current value is lower than the current target value).
In this case, the commutation path control signal d is at a high level. On the other hand, the switching element 101 is turned ON / OFF according to the high / low of the PWM signal c. Further, since the high-level commutation path control signal d is input to the switching element 104 via the OR circuit 110, the switching element 104 is forcibly turned on regardless of whether the PWM signal c is high or low.
[0027]
For this reason, when the PWM signal c is at a high level, the switching elements 101 and 104 are both turned on (conductive state). At this time, a current flows along a path of the power source 30 → the switching element 101 → the resistance element 107 → the electromagnetic coil 1 → the switching element 104 → the ground.
[0028]
In a state in which the PWM signal c is at a low level, the switching element 101 is in an OFF state (blocking state), but the switching element 104 is maintained in an ON state (conduction state). For this reason, the electric energy accumulated in the electromagnet coil 1 circulates (commutates) the current along the closed circuit of the electromagnet coil 1 → the switching element 104 → the regenerative diode 102 → the resistance element 107 → the electromagnet coil 1. Since the electric current is circulated (commutated) along such a closed circuit, the discharge of electric energy is delayed and the attenuation of the circulating current flowing in the closed circuit becomes slow.
[0029]
For this reason, when the PWM signal c changes from the low level to the high level, the load current value increases from the value of the circulating current (load current) that has not been attenuated so much, so that the load current may be increased. it can. As a result, a large current can flow while increasing the carrier frequency. In addition, since the switching element 104 is selectively turned on according to the value of the current detection signal b, low power consumption and high responsiveness can be realized simultaneously. Also, the advantages of the low power consumption and the high tracking capability of current control that are inherent to the PWM method are maintained.
[0030]
【The invention's effect】
As described above in detail with the embodiment, in the current control method of the present invention, two switching elements, a coil that is a load connected between the two switching elements, and the coil stored in the coil are stored. In a current control method having a regenerative diode for discharging electric energy and switching the two switching elements, when the value of the load current flowing through the coil is smaller than a current target value, switching downstream of the coil is performed. The element was forced to be in a conductive state, and a current due to the electric energy accumulated in the coil was circulated and circulated in a closed circuit including the downstream switching element, the regenerative diode, and the coil.
In the current control circuit of the present invention, two switching elements, a coil that is a load connected between the two switching elements, a regenerative diode that discharges electrical energy accumulated in the coils, and the two In a current control circuit having a switching signal control circuit for sending a switching signal to the switching element, when the value of the load current flowing through the coil is smaller than the current target value, the switching element on the downstream side of the coil is forcibly turned on. The configuration includes a commutation path control circuit.
[0031]
Due to such a configuration, in the present invention, it is possible to select a current fall time uniquely determined by a voltage applied to a coil such as an electromagnetic coil, a coil inductance, and a resistance. It is possible to flow a large current while suppressing the release of electrical energy from the coil at the time. In addition, the characteristic of low power consumption, which is a merit of the conventional switching method, can be realized at the same time.
[0032]
In the current control circuit of the present invention, the first switching element is connected to the upper arm of the first phase, the first regeneration diode is connected to the lower arm of the first phase, and the second arm is connected to the second arm of the second phase. A regenerative diode, a second switching element connected to the lower arm of the second phase, and a coil connected to the load branch, and a first switching element and a second switching element A switching signal control circuit for sending a switching signal to the load, load current detection means for detecting the value of the load current, and when the detected load current value is smaller than the current target value, the second switching element is forcibly turned on And a commutation path control means.
In this case, the switching element is a field effect transistor.
[0033]
Due to such a configuration, in the present invention, it is possible to select a current fall time uniquely determined by a voltage applied to a coil such as an electromagnetic coil, a coil inductance, and a resistance. It is possible to flow a large current while suppressing the release of electrical energy from the coil at the time. In addition, the characteristic of low power consumption, which is a merit of the conventional switching method, can be realized at the same time.
Moreover, the present invention can be easily realized by adding commutation path control means to a conventional current control circuit using an H-type bridge circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a current control circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional transistor variable current control circuit;
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional PWM current control circuit;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electromagnetic coil 30 Power supply 100 Current control circuit 101,104 Switching element (FET)
102, 103 Regenerative diodes 105, 106 Diode 107 Resistance element 108 Difference circuit 109 PWM control circuit 110 OR circuit 111 Commutation path control circuit b Current detection signal c PWM signal d Commutation path control signal

Claims (4)

2つのスイッチング素子と、この2つのスイッチング素子の間に接続された負荷であるコイルと、このコイルに蓄積された電気エネルギを放電させる回生ダイオードを有し、前記2つのスイッチング素子をスイッチング動作させる電流制御方法において、
前記コイルに流れる負荷電流の値が電流目標値よりも小さいときには、前記コイルよりも下流側のスイッチング素子を強制的に導通状態にして、コイルに蓄積された電気エネルギによる電流を、下流側のスイッチング素子と前記回生ダイオードと前記コイルとでなる閉回路に循環流通させることを特徴とする電流制御方法。
A current that has two switching elements, a coil that is a load connected between the two switching elements, and a regenerative diode that discharges the electrical energy stored in the coil, and performs switching operation of the two switching elements In the control method,
When the value of the load current flowing through the coil is smaller than the current target value, the switching element on the downstream side of the coil is forcibly turned on, and the current due to the electric energy accumulated in the coil is switched downstream. A current control method characterized by circulating in a closed circuit comprising an element, the regenerative diode and the coil.
2つのスイッチング素子と、この2つのスイッチング素子の間に接続された負荷であるコイルと、このコイルに蓄積された電気エネルギを放電させる回生ダイオードと、前記2つのスイッチング素子にスイッチング信号を送るスイッチング信号制御回路を有する電流制御回路において、
前記コイルに流れる負荷電流の値が電流目標値よりも小さいときには、前記コイルよりも下流側のスイッチング素子を強制的に導通状態にする転流経路制御回路を備えていることを特徴とする電流制御回路。
Two switching elements, a coil that is a load connected between the two switching elements, a regenerative diode that discharges electrical energy stored in the coils, and a switching signal that sends a switching signal to the two switching elements In a current control circuit having a control circuit,
A current control comprising a commutation path control circuit that forcibly turns on a switching element downstream of the coil when a value of a load current flowing through the coil is smaller than a target current value. circuit.
第1相の上アームに第1のスイッチング素子を接続し、第1相の下アームに第1の回生ダイオードを接続し、第2相の上アームに第2の回生ダイオードを接続し、第2相の下アームに第2のスイッチング素子を接続し、負荷枝路にコイルを接続してなるH形ブリッジ回路と、
第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子にスイッチング信号を送るスイッチング信号制御回路と、
負荷電流の値を検出する負荷電流検出手段と、
検出した負荷電流の値が電流目標値よりも小さいときには、第2のスイッチング素子を強制的に導通状態にする転流経路制御手段と、を有することを特徴とする電流制御回路。
The first switching element is connected to the upper arm of the first phase, the first regenerative diode is connected to the lower arm of the first phase, the second regenerative diode is connected to the upper arm of the second phase, and the second An H-shaped bridge circuit in which a second switching element is connected to the lower arm of the phase and a coil is connected to the load branch;
A switching signal control circuit for sending a switching signal to the first switching element and the second switching element;
Load current detecting means for detecting the value of the load current;
A commutation path control means for forcibly bringing the second switching element into a conductive state when the detected load current value is smaller than the current target value.
前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項2または請求項3の電流制御回路。4. The current control circuit according to claim 2, wherein the switching element is a field effect transistor.
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