JP5032184B2 - Motor control circuit - Google Patents
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Description
本発明は、モータを急速停止する場合に、発電制動を利用して停止させるモータ制御回路に関する。 The present invention relates to a motor control circuit for stopping power generation using braking when the motor is rapidly stopped.
電力を供給してモータを回転させて、機械的な負荷を駆動し、電力供給を停止することにより、モータの回転を停止させる構成に於いて、電力供給停止時は、モータは惰性回転を継続して停止するものであり、電力供給停止と共に、急速停止を行わせる為には、機械的ブレーキや電磁ブレーキを設けて、モータの回転を停止させるか、或いは、電力供給を停止した時の残存回転エネルギによる発電能力を有するモータの場合は、その発電電力を抵抗等により消費させて、モータの回転を停止させる発電制動等が知られている。 Rotating the motor by supplying electric power, driving the mechanical load, and stopping the power supply to stop the motor rotation. When the power supply is stopped, the motor continues inertial rotation In order to make a quick stop along with the stop of power supply, a mechanical brake or electromagnetic brake is provided to stop the rotation of the motor or the remaining power when the power supply is stopped. In the case of a motor having a power generation capability based on rotational energy, power generation braking or the like is known in which the generated power is consumed by a resistor or the like to stop the rotation of the motor.
又モータ制御回路は、例えば、図4に示す構成が知られており、単相モータを、インバータ回路により駆動する場合の構成を示し、30はモータ(M)、31は直流電源、32はインバータ回路、33は制御回路、34−1〜34−4はゲート駆動回路、35は絶縁増幅器、36は増幅器、37は誤差増幅器、38はPWMコンパレータ、39は三角波生成回路、40は分周回路、R1は出力電流検出用抵抗、C1はコンデンサ、L1,L2はチョークコイル、Q1〜Q4はスイッチング素子としての電界効果トランジスタ、D1〜D4はダイオード又は寄生ダイオードを示す。又モータ30は、電力供給停止時には、残存回転エネルギにより発電できる構成を有するものである。
For example, the motor control circuit has a configuration shown in FIG. 4 and shows a configuration when a single-phase motor is driven by an inverter circuit. 30 is a motor (M), 31 is a DC power supply, and 32 is an inverter. Circuit, 33 is a control circuit, 34-1 to 34-4 are gate drive circuits, 35 is an insulation amplifier, 36 is an amplifier, 37 is an error amplifier, 38 is a PWM comparator, 39 is a triangular wave generation circuit, 40 is a frequency divider circuit, R1 is an output current detection resistor, C1 is a capacitor, L1 and L2 are choke coils, Q1 to Q4 are field effect transistors as switching elements, and D1 to D4 are diodes or parasitic diodes. The
直流電源31から電圧+Vcc,−Vccをインバータ回路32に供給し、このインバータ回路32を構成する電界効果トランジスタQ1〜Q4を、制御回路33からゲート駆動回路34−1〜34−4を介して制御し、電界効果トランジスタQ1,Q4と電界効果トランジスタQ2,Q3とを交互にオン、オフ制御して、モータ30に単相の交流電圧を供給して回転させる。その時に流れる電流を抵抗R1により検出し、モータ30の駆動回路側の電位から制御回路側を絶縁する為の絶縁増幅器35を介して増幅器36により増幅して電流検出信号とし、誤差増幅器37により指令値入力に対する誤差分を求めて、PWMコンパレータ38に入力し、クロック信号CLKを分周回路40により分周した信号に同期して、三角波生成回路39から三角波信号をPWMコンパレータ38に入力し、制御回路33に制御信号CONTとして入力する。
Voltages + Vcc and -Vcc are supplied from the
又制御回路33は、ON/OFFとして示すON信号又はOFF信号を入力することにより、モータ30への電力の供給開始又は供給停止を行うように、インバータ回路32の電界効果トランジスタQ1〜Q4のスイッチング動作開始又はスイッチング動作停止を制御する。スイッチング動作開始時は、指令値に対応する電流をモータ30に供給できるように、制御回路33により、電界効果トランジスタQ1,Q4をオン、電界効果トランジスタQ2,Q3をオフとし、又電界効果トランジスタQ1,Q4をオフ、電界効果トランジスタQ2,Q3をオンとする制御により、モータ30に単相の交流電圧を供給して回転させる。なお、チョークコイルL1,L2とコンデンサC1とは、インバータ回路32の出力に含まれるスイッチング周波数成分を除去する為のものであり、又直流電源31は、商用交流電源からの交流電圧を整流回路により整流する構成とする場合が一般的である。又モータ30を停止させる為に、OFF信号を制御回路33に入力すると、制御回路33は、例えば、ローサイド側の電界効果トランジスタQ2,Q4を同時にオンとして、モータ30の端子間を短絡した状態とし、発電制動を行わせることにより、急速停止を行うことができる。この急速停止時には、ハイサイド側の電界効果トランジスタQ1,Q3を同時にオンとして、モータ30の端子間を短絡した状態して、発電制動を行わせることも可能であるが、通常は、ローサイド側の電界効果トランジスタQ2,Q4を同時にオンとする構成が一般的である。
Further, the
又3相インバータ回路により3相のモータを駆動し、緊急停止時には、インバータ回路のスイッチング素子を単相又は3相の巻線対応のスイッチング素子のオン、オフを制御して、電流を監視すると共に、巻線に直流を供給して発電制動を行わせる直流制動方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。又整流回路により整流した直流を3相インバータ回路により3相交流に変換して、3相サーボモータを駆動し、この3相サーボモータを停止させる場合、整流回路の動作を停止させ、その整流回路と3相インバータ回路との間に回生抵抗を、トランジスタを介して接続し、発電制動により3相サーボモータを停止させる制御方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。又3相同期モータを3相インバータ回路により駆動し、停止時には、3相インバータ回路のスイッチング素子と並列のダイオードを介して流れる発生直流電流を抵抗に流す構成として、発電制動を行わせる同期モータ制御回路が提案されている(例えば、特許文献3参照)。又高速回転を行うスピンドルモータを停止させる場合に、機械的な構成のブレーキと、スピンドルモータの発電制動とを組み合わせた急速停止装置も提案されている(例えば、特許文献4参照)。
インバータ駆動のモータは、前述のように、既に各種の構成が知られており、又急速停止時には発電制動を利用した構成が一般的となっている。例えば、前述の図4に示す構成の制御回路33の要部は、図5に示すように、アンド回路41,43とオア回路42,44と、デッドタイム生成回路45,46と、インバータ47とを含む論理回路を有し、gate1〜gate4は、電界効果トランジスタQ1〜Q4に対応したゲート駆動回路34−1〜34−4に入力するゲート信号を示す。又図4に於けるPWMコンパレータ38からの制御信号CONTがデッドタイム生成回路45と、インバータ47を介してデッドタイム生成回路46とに入力され、又ON/OFF信号がアンド回路41,43と、オア回路42,44の反転入力端子とに入力される。デッドタイム生成回路45,46は、電界効果トランジスタQ1,Q2及び電界効果トランジスタQ3,Q4が同時にオンとならないように、オン、オフ切替時にデッドタイムを与える為のものである。
As described above, various configurations of inverter-driven motors are already known, and a configuration using dynamic braking at the time of rapid stop is common. For example, the main part of the
ON/OFF信号は、H(ハイ)レベルでオン、L(ロー)レベルでオフを示し、オン状態に於いては、制御信号CONTがハイレベルの時、ゲート信号gate1,gate4が出力されて、電界効果トランジスタQ1,Q4がオン、電界効果トランジスタQ2,Q3はオフ、制御信号CONTがローレベルの時、ゲート信号gate2,gate3が出力されて、電界効果トランジスタQ2,Q3がオン、電界効果トランジスタQ1,Q4はオフとなり、この動作が交互に行われて、モータ30に交流電圧が供給される。
The ON / OFF signal indicates ON at the H (high) level, and OFF at the L (low) level. When the control signal CONT is at the high level, the gate signals gate1 and gate4 are output. When the field effect transistors Q1 and Q4 are on, the field effect transistors Q2 and Q3 are off, and the control signal CONT is at a low level, the gate signals gate2 and gate3 are output, the field effect transistors Q2 and Q3 are on, and the field effect transistor Q1 , Q4 are turned off, and this operation is alternately performed to supply an AC voltage to the
又ON/OFF信号をローレベルとすると、オア回路42,44からのゲート信号gate4,gate2が出力されて、ローサイド側の電界効果トランジスタQ2,Q4がオンとなる。それにより、モータ30の端子間が、チョークコイルL1,L2を介して短絡された状態となり、発電制動が作用することにより、モータ30は急速停止する。しかし、ローサイド側の電界効果トランジスタQ2,Q4を同時にオンとした直前には、モータ30は、設定された回転数であり、その回転数による回転エネルギによる発生電圧は比較的高いから、モータ30の端子間を短絡した時には、過大な電流が流れることになり、それによるノイズ成分の発生の問題や、電界効果トランジスタ等の回路部品の障害発生の問題がある。
When the ON / OFF signal is set to the low level, the gate signals gate4 and gate2 from the
本発明は、前述の従来の問題点を解決することを目的とし、簡単な構成により、急速停止時の電流を制限可能とするものである。 An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and it is possible to limit a current during a rapid stop with a simple configuration.
本発明のモータ制御回路は、ハイサイド側とローサイド側とのスイッチング素子を有するインバータ回路を介してモータに交流電圧を供給して該モータを駆動し、前記ハイサイド側又は前記ローサイド側のスイッチング素子を同時にオンとして前記モータの端子間を短絡状態として急速停止させるモータ制御回路に於いて、前記モータの急速停止時に、前記ハイサイド側又は前記ローサイド側のスイッチング素子を同時にオン、オフ制御を繰り返し行うDUTY調整回路を設けた構成を有するものである。 The motor control circuit of the present invention supplies an AC voltage to the motor via an inverter circuit having switching elements on the high side and the low side to drive the motor, and the switching element on the high side or the low side In a motor control circuit that turns on simultaneously and turns the terminals of the motor into a short-circuited state and rapidly stops, the high-side or low-side switching elements are simultaneously turned on and off repeatedly during the rapid stop of the motor. In this configuration, a DUTY adjustment circuit is provided.
又前記DUTY調整回路は、外部信号により前記ハイサイド側又は前記ローサイド側のスイッチング素子を同時にオン、オフ制御する周期又はパルス幅を変更可能とする構成とすることができる。 The DUTY adjustment circuit may be configured to change a cycle or a pulse width for simultaneously controlling on / off of the high-side or low-side switching elements by an external signal.
又前記DUTY調整回路は、前記モータに流れる電流を検出した電流検出信号により前記ハイサイド側又は前記ローサイド側のスイッチング素子を同時にオン、オフ制御する周期又はパルス幅を変更する構成とすることができる。 The DUTY adjustment circuit may be configured to change a cycle or a pulse width for simultaneously controlling on / off of the high-side or low-side switching elements by a current detection signal that detects a current flowing through the motor. .
インバータ回路を介してモータの駆動電圧を供給し、その駆動電圧の供給を停止して急速停止させる場合に、DUTY調整回路によって、インバータ回路のハイサイド側又はローサイド側のスイッチング素子を同時にオン、オフさせることにより、連続的にオンとした場合に比較して、モータに流れる電流を抑制することができ、ノイズ発生や回路部品の損傷等を回避することができる。 When the drive voltage of the motor is supplied via the inverter circuit, and the supply of the drive voltage is stopped and stopped rapidly, the switching element on the high side or low side of the inverter circuit is simultaneously turned on and off by the DUTY adjustment circuit By doing so, it is possible to suppress the current flowing through the motor as compared with the case where it is continuously turned on, and it is possible to avoid generation of noise, damage to circuit components, and the like.
本発明のモータ制御回路は、ブリッジ接続したスイッチング素子をオン、オフ制御して直流電圧を交流電圧に変換し、該交流電圧をモータに供給して駆動し、前記ブリッジ接続したスイッチング素子のハイサイド側又はローサイド側の何れか一方を同時にオン状態としてモータの入力端子間を短絡状態とすることにより、モータを発電制動状態として急速停止させるモータ制御回路に於いて、ブリッジ接続のスイッチング素子のハイサイド側又はローサイド側のスイッチング素子を、モータの急速停止制御時に、同時にオン、オフする制御を繰り返し、且つオン、オフ制御の繰り返しパルス周期又はパルス幅を時間経過に従って変化させる制御を行うDUTY調整回路を備えた構成を有するものである。 The motor control circuit according to the present invention controls the bridge-connected switching elements on and off to convert a DC voltage into an AC voltage, and supplies the AC voltage to the motor to drive the high-side of the bridge-connected switching elements. by between motor input terminals short circuited as simultaneously turned on either the side or the low side, in the motor control circuit to rapidly stop the motor as a generator braking state, the high-side switching elements of the bridge connection A DUTY adjustment circuit that repeats control to simultaneously turn on and off the switching elements on the side or low side during the rapid stop control of the motor, and performs control to change the repetition pulse period or pulse width of the on / off control with time It has the composition provided .
図1は、本発明の実施例1の要部説明図であり、11,12はオア回路、13,14はアンド回路、15はインヒビット回路、16,17はデッドタイム生成回路、18はインバータ、19はデューティを調整するDUTY調整回路、gate1〜gate4はゲート制御信号、CONTは制御信号、ON/OFFはオン/オフ信号、CLKはクロック信号を示し、図5の従来例と同様に、図4に示すモータ制御回路の要部を示すものである。従って、ゲート制御信号gate1〜gate4は、図4に於けるゲート制御回路34−1〜34−4を介して、インバータ回路のスイッチング素子としての電界効果トランジスタQ1〜Q4のゲートに印加する信号に相当する。又デッドタイム生成回路16,17とインバータ18との機能は、図5について説明した場合と同様に、直流電源に対して短絡状態とならないようなタイミング設定を行う構成を有する。又DUTY調整回路19は、例えば、カウンタ構成を有し、クロック信号CLKをカウントして、所定数カウント毎にパルス信号を出力する分周回路構成とすることができ、分周した出力パルス信号をインヒビット回路15に入力する。このDUTY調整回路19は、ゲート制御信号gate2,gate4のデューティを調整可能とするものであり、ゲート制御信号gate2,gate4の発生周期又は発生周期とパルス幅(デューティ)又はパルス幅のみを調整可能の構成とする。以下図4も参照して説明する。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a main part of the first embodiment of the present invention, 11 and 12 are OR circuits, 13 and 14 are AND circuits, 15 is an inhibit circuit, 16 and 17 are dead time generation circuits, 18 is an inverter, 19 is a duty adjustment circuit for adjusting the duty, gate1 to gate4 are gate control signals, CONT is a control signal, ON / OFF is an on / off signal, and CLK is a clock signal. As in the conventional example of FIG. The main part of the motor control circuit shown in FIG. Therefore, the gate control signals gate1 to gate4 correspond to signals applied to the gates of the field effect transistors Q1 to Q4 as the switching elements of the inverter circuit via the gate control circuits 34-1 to 34-4 in FIG. To do. Further, the functions of the dead
ON/OFF信号をハイレベルとすると、制御信号CONTがハイレベルの時、アンド回路13とオア回路11とからのゲート制御信号gate1,gate4により、電界効果トランジスタQ1,Q4がオン、電界効果トランジスタQ2,Q3はオフとなる。又制御信号CONTがローレベルの時、アンド回路14とオア回路12とからのゲート制御信号gate2,gate3により、電界効果トランジスタQ2,Q3がオン、電界効果トランジスタQ1,Q4はオフとなる。それにより、モータ30に交流電圧が供給され、モータ30は回転する。
When the ON / OFF signal is at a high level, when the control signal CONT is at a high level, the field effect transistors Q1 and Q4 are turned on by the gate control signals gate1 and gate4 from the
ON/OFF信号をローレベルとすると、アンド回路13,14は閉じられた状態となり、又インヒビット回路15からDUTY調整回路19の出力パルス信号がオア回路11,12に入力され、ゲート信号gate4,gate2により、インバータ回路のローサイド側の電界効果トランジスタQ2,Q4がオンとなり、この場合のオン状態は、DUTY調整回路19からのパルス信号に従って繰り返される。それにより、モータ30は、端子間を電界効果トランジスタQ2,Q4により断続的に短絡されて、発電制動の状態となり、モータ30は急速停止する。その場合、連続的に電界効果トランジスタQ2,Q4がオン状態とならないので、発電制動時に過大な電流が流れることを回避できる。このDUTY調整回路19は、周期が一定で、オン期間を決めるパルス幅、即ち、デューティを変更可能とする構成、又は周期を変更して、単位時間内のオン期間の繰り返し回数を変更可能とする構成を適用することができる。即ち、モータ30の容量や発電制動時の電圧等によって最適な発電制動用の電流を流すように設定することができる。
When the ON / OFF signal is set to the low level, the AND
図2は、本発明の実施例2の要部説明図であり、図1と同一符号は同一名称部分を示し、20はDUTY調整回路を示す。このDUTY調整回路20は、前述の図1に於けるDUTY調整回路19と同様にカウンタ構成とすることができるが、外部信号によりクロック信号CLKの分周比を変更可能の構成とする。ON/OFF信号をハイレベルとして、モータ30を回転させる場合は、図1に示す構成と同様の機能によって、電界効果トランジスタQ1,Q4と電界効果トランジスタQ2,Q3とを交互にオン、オフして、モータ30に交流電圧を供給して回転させる。又ON/OFF信号をローレベルとしてモータを停止させる場合は、DUTY調整回路20の出力パルス信号に従ってゲート信号gate2、gate4が出力され、それに従って電界効果トランジスタQ2,Q4がオン、オフを繰り返して、モータ30の端子間を断続的に短絡し、発電制動を行わせ、急速停止させる。その場合、実施例1と同様に、モータ30の端子間を連続的に短絡状態とするものではないから、過大な電流が流れることを回避できる。又外部信号により、DUTY調整回路20からのパルス信号の周期を、最初は長く、次第に短くなるように制御することも可能であり、又は周期を一定として、オン期間を制御するパルス幅を次第に広くするように制御することも可能である。それにより、発電制動開始時に流れる電流を抑制し、回転数の低下に伴う発生電圧の低下に従って短絡電流の流れる時間を順次長くして、急速停止させることができる。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a main part of the second embodiment of the present invention, where the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same names, and 20 denotes a DUTY adjustment circuit. The
図3は、本発明の実施例3の要部説明図であり、図1及び図2と同一符号は同一名称部分を示し、21はDUTY調整回路、22はA/D変換器を示す。DUTY調整回路21は、クロック信号CLKを分周してパルス信号を出力するものであるが、電流検出信号(図4に於ける抵抗R1により検出し、絶縁増幅器35と増幅器36とを介した電流検出信号)をA/D変換器22によりディジタル信号に変換して、DUTY調整回路21の分周比制御信号とする。この場合、電流検出信号の値が大きい程、DUTY調整回路21の出力パルス信号によるオン期間を示すデューティを小さくする。又はオン期間の周期を長くする。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a main part of a third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same name, 21 indicates a DUTY adjustment circuit, and 22 indicates an A / D converter. The
ON/OFF信号をハイレベルとして、モータ30を回転させる場合は、図1及び図2に示す構成と同様の機能によって、電界効果トランジスタQ1,Q4と電界効果トランジスタQ2,Q3とを交互にオン、オフして、モータ30に交流電圧を供給して回転させる。又ON/OFF信号をローレベルとしてモータを停止させる場合は、DUTY調整回路21の出力パルス信号に従ってゲート信号gate2、gate4が出力され、それに従ってインバータ回路のローサイド側の電界効果トランジスタQ2,Q4がオン、オフを繰り返して、モータ30の端子間を断続的に短絡し、発電制動を行わせ、急速停止させる。この発電制動時に流れる電流を検出して、DUTY調整回路21を制御することにより、過大な初期電流が流れないように、オン期間を短く又はオン期間の周期を長くし、検出電流値の低下に従って、オン期間を長く又はオン期間の周期を短くするように、自動的に制御することができる。
When the
前述の各実施例は、急速停止時に、インバータ回路のローサイド側の電界効果トランジスタQ2,Q4を同時にオンとして単相のモータ30の端子間を短絡する場合を示すが、ハイサイド側の電界効果トランジスタQ1,Q3を同時にオンとし、単相のモータ30の端子間を短絡して発電制動を行わせることも可能である。又単相モータのみでなく、3相等の多相のモータに対しても適用可能であり、その場合は、インバータ回路を多相構成とし、ローサイド側又はハイサイド側の少なくとも2個のトランジスタを同時にオンとし、少なくとも2相分を短絡状態として発電制動を行わせる構成とし、且つDUTY調整回路等により、オン期間の周期又はオン期間の長さを制御することにより、断続的な短絡状態を形成するものであるから、急速停止時の過大な短絡電流が流れることを回避し、且つ急速停止を可能とすることができる。
Each of the above-described embodiments shows a case where the low-side field effect transistors Q2 and Q4 of the inverter circuit are simultaneously turned on at the time of rapid stop to short-circuit the terminals of the single-
11,12 オア回路
13,14 アンド回路
15 インヒビット回路
16,17 デッドタイム生成回路
18 インバータ
19,20,21 DUTY調整回路
22 A/D変換器
11, 12 OR
Claims (1)
前記ブリッジ接続のスイッチング素子のハイサイド側又はローサイド側のスイッチング素子を、前記モータの急速停止制御時に、同時にオン、オフする制御を繰り返し、且つ該オン、オフ制御の繰り返しパルス周期又はパルス幅を時間経過に従って変化させる制御を行うDUTY調整回路を備えた
ことを特徴とするモータ制御回路。 The bridge-connected switching element is turned on / off to convert a DC voltage to an AC voltage, the AC voltage is supplied to a motor to drive the motor, and the bridge-connected switching element on the high side or the low side In either of the motor control circuits that simultaneously turn on one of the motors and short-circuit between the input terminals of the motor, and quickly stop the motor as a dynamic braking state,
During the rapid stop control of the motor, the switching element on the high side or the low side of the bridge-connected switching element is simultaneously turned on and off repeatedly, and the repetition pulse period or pulse width of the on / off control is set to the time. A motor control circuit comprising a DUTY adjustment circuit for performing control that changes according to progress.
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