JP4468517B2 - Current interrupt circuit for motor drive - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動回路の電流遮断機能とその動作確認方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の技術によるモータ駆動回路の電流遮断機能においては、図2に示す如く駆動回路と電源正極を接続する部分を遮断トランジスタ18によって開閉し、遮断機能の作動確認には遮断トランジスタ18通過後の部分の電圧を検出器21によって検知する構成を取る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来の構成は、次のような問題を有している。
【0004】
装置の異常検出機能として装置各部の動作を確認する場合、遮断機能についても作動確認を行うことになるがモータ駆動回路において運転時間が長期間に渡る用途では電源投入時のみの作動確認では不十分であることが考えられ、その場合には遮断機能の作動確認をモータの回転中においても行うことができる必要がある。
図2において遮断トランジスタ18を遮断すると、遮断トランジスタ18の後段の上段トランジスタ2a、2b、2cのエミッタが結ばれた遮断トランジスタ作動検出増幅器21に入力される遮断トランジスタ作動検出点23の電位は、定常的には低電位に落ち着くが安定電位に遷移するまでの期間では上段トランジスタ2a、2b、2cの状態とそのときの巻線電流によって遷移時間にばらつきが生じる。遷移時間が一番長く掛かる場合には遮断トランジスタ18に遮断処理を行ってから遮断トランジスタ作動検出増幅器21が遮断を検出するまでに百μs以上を要してしまい、特に数kHzの周波数で励磁相を切り替えるステッピングモータの制御や低振動を要求される制御系等においてはモータの制御に支障をきたすため、回転中に遮断機能が正常に機能するかを確認することはできない。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、電流遮断トランジスタ11を下側トランジスタ3a、3b、3cと電流検出抵抗8の間に挿入し、遮断機能の作動確認には下側トランジスタ3a、3b、3cと遮断トランジスタ11の間に作動検出点17を設け遮断トランジスタ11の開閉を検知する方式を用いる。
【0006】
【作用】
上述の如き構成においては、モ−タの回転制御に影響を与えない程度の短い期間で迅速に遮断機能の正常作動を確認することができる。
【0007】
【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、図1は本発明になる一実施例を示す。
【0008】
モータ1はコイル巻線に通電されることによって出力軸にトルクを発生するが、連続した出力トルクを得るためには上側トランジスタ2a、2b、2c、下側開閉トランジスタ3a、3b、3cの開閉により通電巻線を適宜切り替えることが必要である。 モータ1の巻線電流は電流検出抵抗8に誘起する電圧を電流帰還増幅器9が増幅率設定抵抗10a、10bによって設定された増幅率で増幅し制御回路に帰還電圧として出力する。制御回路はトランジスタ2a、2b、2c,3a、3b、3cをそれぞれの駆動バッファ6a,6b,6c,7a、7b、7cを用いて開閉することによりモータ1の回転及びトルクの制御を行う。
モータ1の巻線に通電中に電流量を制御する目的で制御回路がいままで閉じていた上側トランジスタ2a、2b、2cのいずれかを開いた場合、モータ1の巻線インダクタンスにより電流は継続して流れようとするため、仮にいままで上側トランジスタ2aと下側トランジスタ3bを閉じて巻線に通電していたとすると上側トランジスタ2aを開くと今まで図3の矢印に示すように電源正極より上側トランジスタ2a、モータ1の巻線と通過し下側トランジスタ3bから電流検出抵抗8を通って電源負極に通じていた電流は電源正極より上側トランジスタ2aを通る経路が遮断されるため図4の矢印に示すように電源負極より下側環流ダイオード3aを通過してモータ1に流れる。
【0009】
ここで図1に示す様に電流遮断トランジスタ11を下側トランジスタ3a、3b、3cのコレクタを結束した線と電流検出抵抗8の間に配し、プルアップ抵抗13,プルダウン抵抗14,ダイオード15a、15bによって検出しバッファ16で波形整形する遮断検出回路の入力を電流遮断トランジスタ11と下側トランジスタ3a、3b、3cのコレクタの間に接続する。
【0010】
電流検出抵抗8の電圧降下は電流制御に支障が無い範囲で十分小さくなるように設定し電流遮断トランジスタ11の飽和電圧も十分小さいものとすると、電流遮断トランジスタ11が閉じているときにはバッファ16への入力電圧はほぼ遮断トランジスタ11の飽和電圧と電流検出抵抗8の電圧降下を足した値となるためバッファ16のしきい値電圧よりも低い電圧となる。
【0011】
次に上記の状態から遮断トランジスタ11を開いた場合、モータ1の巻線電流は上側トランジスタ2aが閉じているときには図5に示す様に上側トランジスタ2aとモータ巻線、上側環流ダイオード4bで環流し、上側トランジスタ2aが開いたときには図6に示すように電源負極から下側環流ダイオード5aを通りモータ巻線、上側環流ダイオード4bを経て電源正極へと流れる。
このとき、遮断トランジスタ11を開いたときのバッファ16への入力電圧はダイオード15aから遮断トランジスタ11に流れていた電流が遮断されるため、検出回路の電源電圧からダイオード15bの順電圧降下を引いた電圧にプルダウン抵抗14の抵抗値をプルアップ抵抗13の抵抗値とプルダウン抵抗14の抵抗値の合計で除したものを掛け合わせた電圧となる。この電圧をバッファ16のしきい値電圧より高くなるように設定することにより遮断トランジスタ11が開いたことを検出することができる。
【0012】
仮に、上側トランジスタ2aと下側トランジスタ3bを閉じて巻線に通電していたときに遮断トランジスタ11を開いて電流を遮断する操作を行った場合、モータ1の巻線電流は上側トランジスタ2aからモータ1の巻線を通過し、下側トランジスタ3bが遮断トランジスタ11を開いたことにより開いてしまうので下側トランジスタ3bの代わりに上側環流ダイオード4bを通り上側トランジスタ2aへと流れる。この電流経路に検出回路が関与する部分は無いため遮断回路の作動検出に環流電流の影響は受けず、遮断トランジスタ11の開閉を1〜5μs程度の遅れで検出することが可能である。
【0013】
ここで、遮断トランジスタ11が開いたことによって電流検出抵抗8の端子電圧は0Vとなり、実際の電流値とは異なる値を検出してしまうことになる。
しかし、遮断トランジスタ11が開いたことにより巻線電流は減少することになり、遮断機能の作動確認から復帰した際の電流制御系の処理としてはいずれにせよ電流を増加させようと機能することになるため、開いたことを検出した後に直ちに閉じれば10μs程度で遮断トランジスタ11を元通りに閉じることは十分可能なので、40kHz以下の周波数で開閉を行う制御系では制御に支障を生じることはほとんどない。
【0014】
ここで、遮断トランジスタ11を元通りに閉じることをせずに開いたままの状態を継続するとモータ1の巻線電流は前述の経路にしばらくは継続して流れるが遮断トランジスタ11が開いたことにより電源負極との接続が遮断されるため、巻線インダクタンスに蓄えられた電気エネルギー及びモータ1の出力軸負荷に蓄えられた運動エネルギーが放出されると巻線電流は零になりモータ1の出力軸が発生するトルクもなくなる。この状態が本来の目的である遮断トランジスタ11によって電流遮断機能を行使した結果の状態である。
【0015】
【発明の効果】
本発明に成る回路では遮断機能の作動確認が瞬時に行えるため、モータが回転中であってもモータの回転に影響を与えずに遮断機能が作動することを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に成る例の実施例
【図2】従来の回路例
【図3】通電中の電流経路
【図4】上側トランジスタを開いた際の電流経路
【図5】遮断トランジスタを開いた際の電流経路
【符号の説明】
1 モータ
2a 上側トランジスタa
2b 上側トランジスタb
2c 上側トランジスタc
3a 下側トランジスタa
3b 下側トランジスタb
3c 下側トランジスタc
4a 上側環流ダイオードa
4b 上側環流ダイオードb
4c 上側環流ダイオードc
5a 下側環流ダイオードa
5b 下側環流ダイオードb
5c 下側環流ダイオードc
6a 上側トランジスタ駆動バッファa
6b 上側トランジスタ駆動バッファb
6c 上側トランジスタ駆動バッファc
7a 下側トランジスタ駆動バッファa
7b 下側トランジスタ駆動バッファb
7c 下側トランジスタ駆動バッファc
8 電流検出抵抗
9 電流帰還増幅器
10a 増幅率設定抵抗a
10b 増幅率設定抵抗b
11 遮断トランジスタ
12 遮断トランジスタ駆動バッファ
13 プルアップ抵抗
14 プルダウン抵抗
15a ダイオードa
15b ダイオードb
16 バッファ
17 遮断トランジスタ作動検出点
18 従来例遮断トランジスタ
19 ゲートプルアップ抵抗
20 従来例遮断トランジスタ駆動トランジスタ
21 従来例遮断トランジスタ作動検出増幅器
22a 従来例遮断トランジスタ作動検出しきい値設定抵抗a
22b 従来例遮断トランジスタ作動検出しきい値設定抵抗b[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a current interruption function of a motor drive circuit and an operation confirmation method thereof.
[0002]
[Prior art]
In the current cutoff function of the motor drive circuit according to the prior art, as shown in FIG. 2, the part connecting the drive circuit and the power supply positive electrode is opened and closed by the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional configuration as described above has the following problems.
[0004]
When confirming the operation of each part of the device as an abnormality detection function of the device, the operation of the shut-off function will also be confirmed, but in applications where the operation time is long in the motor drive circuit, it is not sufficient to confirm the operation only when the power is turned on. In this case, it is necessary to check the operation of the blocking function even while the motor is rotating.
When the
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the
[0006]
[Action]
In the configuration as described above, the normal operation of the shut-off function can be quickly confirmed in a short period that does not affect the motor rotation control.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment according to the present invention.
[0008]
The motor 1 generates torque on the output shaft when the coil winding is energized. In order to obtain continuous output torque, the
If the control circuit opens any of the
[0009]
Here, as shown in FIG. 1, the current cut-
[0010]
If the voltage drop of the current detection resistor 8 is set to be sufficiently small within a range where there is no problem in current control, and the saturation voltage of the
[0011]
Next, when the
At this time, since the current flowing from the diode 15a to the
[0012]
If the upper transistor 2a and the lower transistor 3b are closed and the winding is energized and the
[0013]
Here, when the
However, when the
[0014]
Here, when the state in which the
[0015]
【The invention's effect】
In the circuit according to the present invention, since the operation check of the shut-off function can be performed instantaneously, it can be confirmed that the shut-off function operates without affecting the rotation of the motor even when the motor is rotating.
[Brief description of the drawings]
1 is an example of an embodiment according to the present invention. FIG. 2 is a circuit example of the prior art. FIG. 3 is a current path during energization. FIG. 4 is a current path when the upper transistor is opened. Current path [Explanation of symbols]
1 Motor 2a Upper transistor a
2b Upper transistor b
2c Upper transistor c
3a Lower transistor a
3b Lower transistor b
3c Lower transistor c
4a Upper freewheeling diode a
4b Upper freewheeling diode b
4c Upper freewheeling diode c
5a Lower freewheeling diode a
5b Lower freewheeling diode b
5c Lower freewheeling diode c
6a Upper transistor drive buffer a
6b Upper transistor drive buffer b
6c Upper transistor drive buffer c
7a Lower transistor drive buffer a
7b Lower transistor drive buffer b
7c Lower transistor drive buffer c
8 Current detection resistor 9 Current feedback amplifier 10a Amplification factor setting resistor a
10b Gain setting resistor b
11 Cut-off transistor 12 Cut-off transistor drive buffer 13 Pull-up resistor 14 Pull-down resistor 15a Diode a
15b Diode b
16
22b Conventional example cutoff transistor operation detection threshold setting resistor b
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