JPH02101995A

JPH02101995A - 直流モータの電流検出回路

Info

Publication number: JPH02101995A
Application number: JP63255135A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Ashizaki; 芦崎　幸弘; Satoshi Kawamura; 聡川村; Yasuhiro Kondo; 康宏近藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1990-04-13
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2863172B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、自動車用アクチュエータや、ロボット用アク
チュエータに使用される直流モータのコントローラに関
するものである。

従来の技術近年、自動車技術は今までの油圧やギヤなどの機械的手
段を用いていたものを電気的手段に置き換えて電子制御
化を実現するいわゆる’Ｄｒｉｖｅｂｙ−Ｗｉｒｅ」の
流れが起こっている。これはドライバの意志を小信号に
変換し、パワー制御するという一面を持っているため、
モータの制御技術が必要不可欠である。

また、ファクトリ−オートメーションでも、工場の自動
化に伴い、ロボット用アクチュエータとして、これもモ
ータの制御技術が必要不可欠である。直流モータは安価
で制御しやす（コントローラも比較的簡単なことからこ
の種の目的に広（使用されている。

直流モータによって、位置決め制御、速度制御をする場
合、モータを電流制御する方法が多（用いられサーボ系
の中で、電流マイナルーブを構成することがある。その
とき、モータ電流を正確に検出する技術が必要である。

従来の技術以下に従来の直流モータの電流検出回路について説明す
る。

第６図は従来の直流モータの電流検出回路を示す。３０
〜３３はスイッチング素子、３４〜３７はフリーホイー
ルダイオード、３８は直流モータ、３９は電流検出抵抗
、４０は演算増幅器によるバッファである。

以上の様に構成された直流モータの電流検出回路につい
て、以下その動作を説明する。

例えばモータをＣＷ（時計方向）に回転させるときは、
スイッチング素子３０．３３がＯＮＬ、ＣＣＷ（反時計
方向）に回転させるときは、スイッチング素子３１．３
２がＯＮするものとする。モータへの通電は、大電力制
御の場合、ＰＷＭ駆動が行われるのが普通である。

第７図を使用して、その動作を説明する。スイッチング
素子３０．３３がＯＮすると、電流は図（ａ）の実線矢
印の様に流れる。次にスイッチング素子３０．３３がＯ
ＦＦすると、モータはインダクタンスを持つため、モー
タ電流は瞬時に零にはならず、図（ｂ）の点線矢印のよ
うに流れ、インダクタンスに蓄えられたエネルギーを放
出する。モータの電流方向が切換わったときは第８図（
ａ）　、　（ｂ）のようになり、動作原理としては第７
図（ａ）　、　（ｂ）と同じである。モータ電流は、フ
ルブリッジ回路に取付けられた電流検出抵抗３９の両端
の端子電圧を取り出すことにより得る。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記の従来の構成では、第７゜第８図の
（ａ）の実線矢印の電流と、（ｂ）の点線矢印の電流を
区別できない。

その様子を第９図に示す。ＶＲＣ９はＧＮＤに対する電
流検出抵抗３９の両端の電圧を示す。スイッチング素子
がＯＮのときはＶＲＣ５はＧＮＤに対して正の電位を持
ち、スイッチング素子がＯＦＦのときは、負の電位を持
つ。よってこの信号を直接演算増幅器４０に入力しても
、このままでは電流信号として使用できない。また、演
算増幅器４０の出力は、通常（Ｖｃｃ−Ｖｏ−Ｖｃａｔ
ｓｓｔ＋　）から（Ｖ　Ｄ＋　Ｖｃ［！＜ｓａｔ＋　＋
　Ｇ　Ｎ　Ｄ　）の範囲しか出力しないので、第６図の
構成では、電流が小さいときに、その値を検出できない
ことになる。第５図の様な演算増幅器を使用したバッフ
ァの入力と出力の関係を第１０図に示す。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、スイッ
チング素子のＯＮ、ＯＦＦに関係な（モータ電流信号を
取り出すことのできる直流モータの電流検出回路を提供
するものである。

課題を解決するための手段この目的を達成するために本発明の直流モータの電流検
出回路は、電流検出抵抗を２つ有するとともに、それぞ
れの検出電圧をＰＷＭスイッチングタイミングと同期さ
せ、また、モータのＣＷもしくはＣＣＷの方向によって
検出電圧を切換えるものである。また、演算増幅器によ
るバッファの電源電圧をＧ　Ｎ　Ｄに対して正負のもの
を使用し、モータ電流が小さいときでも十分に検出でき
るように構成されている。

作用この構成によって、モータ電流信号がＰＷＭのいかなる
モードにおいても安定して検出でき、また、モータ電流
が小さいときでも十分に検出することができる。

実施例以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図は本発明の一実施例における直流モータの電流検
出回路を示すものである。

第１図において、１はＰＷＭ信号発生器、２〜５はスイ
ッチング素子駆動回路、６はホールド回路、７はアナロ
グスイッチ、８〜９は演算増幅器によるバッファ、１０
〜１１はスイッチング素子、１２は第１のスイッチング
素子、１３は第２のスイッチング素子、１４〜１７はフ
リーホイールダイオード、１８は第１の電流検出抵抗、
１９は第２の電流検出抵抗、２０は直流モータである。

以上のように構成された本実施例の直流モータの電流検
出回路について、以下その動作を説明する。

１はＰＷＭ信号発生器であり、ＣＰＵ（マイクロプロセ
ッサ−）などからのｃｗ、ｃｃｗ信号と、モータの電圧
又は電流指令に従って各スイッチング素子駆動回路へ信
号を供給する。

電流検出信号は、フルブリッジ回路の第１のスイッチン
グ素子１２とＧＮＤ間に挿入された第１の電流検出抵抗
１８と、第２のスイッチング素子１３とＧＮＤ間に挿入
された第２の電流検出抵抗１９とに現れる。その電流検
出信号は、演算増幅器８゜９を使用したバッファによっ
てインピーダンス変換され、アナログスイッチ７に入力
される。アナログスイッチは、ＰＷＭ信号の状態及びＣ
Ｗ、ＣＣＷモードによって、Ｖ　ＲＣ９ＩかＶｎｃｓ２
かハイインピーダンス状態のうちのどれかの信号を出力
する。

その出力信号は、ホールド回路６に入力され、ｙｎｃｓ
＋かＶＲＣ３２が入力されたときは、出力はその値に変
更され、ハイインピーダンス状態の入力のときは、前の
値が保持される。以上の信号のタイミングの概略を示し
たものが第４図に示されている。

第２図、第３図にＰＷＭのＯＮ、ＯＦＦモードを示す。

実線矢印がＰＷＭのＯＮ状態で、点線矢印がＰＷＭのＯ
ＦＦ状態である。第２図は例えばモータの回転方向がＣ
Ｗのときである。そのとき、電流検出信号はＶＲＣ５Ｉ
に現れる。

ＰＷＭ信号がＯＦ　Ｆ　ｉ：ｍなると、ｖＲＣＳＩハス
ミヤかに０となり、モータインダクタンスのエネルギー
放出は、ダイオードを通して行われる。第３図はモータ
の回転方向がＣＣＷの時で同様の動作原理である。

また、電流検出信号ＶＲＣＳＩ及びＶＲＣＳ２ともにＧ
ＮＤ電位よりも低くなることはなく、よってアナログス
イッチにもＧＮＤ電位より低い値が加わることがないの
で、アナログスイッチ以後の回路は正負電源を使用する
ことなく、安定に動作させることができる。演算増幅器
によるバッファは、ＧＮＤに対して正負電源で動かして
いるので、ＧＮＤ付近の微小な電圧も検出することがで
きる。

なお、フリーホイールダイオード１４〜１５は、スイッ
チング素子がパワーＭＯ８ＦＥＴの場合、寄生ダイオー
ドを使用してもよいが、フリーホイールダイオード１６
〜１７は、スイッチング素子１２及び１３の寄生ダイオ
ードよりもＶＰ（順方向電圧降下）の低いものを使用す
べきである。

また、図中のスイッチング素子はパワーＭＯ８ＦＥＴの
記号で書いであるが、これはトランジスタ［ＧＢＴなど
の素子でもよいことは言うまでもない。

さらに、図中に使用したＰＷＭのスイッチングモードは
Ｖｃｅ側のスイッチング素子とＧＮＤ側のスイッチング
素子が同時にＯＮ、ＯＦＦするものであったが、Ｖｃｅ
側のスイッチング素子のみＯＮ。

０ＦＦｔ、、ＧＮＤ側のスイッチング素子はＣＷ。

ＣＣＷの切換時のみに使用してもよ（、又、ＧＮＤ側の
スイッチング素子のみＯＮ、０ＦＦＬ／、Ｖｃｅ側のス
イッチング素子をｃｗ、ｃｃｗの切換時のみに使用して
もよい。

第１図において、フリーホイールダイオード１４〜１７
が挿入されているが、ＧＮＤ側のスイッチング素子１２
．１３に対応するフリーホイールダイオード１６．１７
は一方はモータ端子に、もう一方はＧＮＤに接続される
。モータ電流検出信号Ｖｎｃｓ＋及びＶＲＣＳ２は、Ｐ
ＷＭ信号によって、きれいなパルス信号が取り出せれる
訳ではなく、パルス信号にはノイズやＬＣＲによる共振
のためのリンキングが重畳されている。そのため、ＶＲ
Ｃ３Ｉ及びＶＲＣ８２の端子にはノイズ除去のために大
容量のコンデンサが接続される。大容量のコンデンサは
電解コンデンサを使用することが多く、それは極性があ
り、逆電圧がかかることは極力避けなければならない。

もし、フリーホイールダイオード１６．１７が第５図（
ａ）のように、一方がモータ端子に、もう−方がスイッ
チング素子と電流検出抵抗の接続点に接続されていると
、モータのインダクタンスに蓄えられたエネルギーを放
出する過程で（ｂ）のように電流検出抵抗にＧＮＤから
モータに向かって電流力流し、ＶＲＣ９Ｉ　、　ｖｎｃ
ｓ２ニはＧＮＤより低い電位が発生することになる。こ
の現象は、ノイズ除去のコンデンサに対して悪影響を及
ぼす。よってフリーホイールダイオードの取付位置は第
１図の様にすることが必要である。

また、フリーホイールダイオード１４．１５はスイッチ
ング素子がパワーＭＯ８ＦＥＴのとき寄生ダイオードを
使用できるが、フリーホイールダイオードは、スイッチ
ング素子１２．１３の寄生ダイオードの順方向電圧降下
よりも低い値をもつダイオードを使用する必要がある。

発明の効果以上のように本発明によれば、電流検出抵抗を２つ有す
るとともに、それぞれの検出電圧をＰＷＭのスイッチン
グタイミングと同期させ、また、モータのｃｗ、ｃｃｗ
の方向によって検出電圧を切換え、さらにバッファとし
て使用する演算増幅器の電源電圧をＧＮＤに対して正負
のものを使用することにより、モータ電流信号が、ＰＷ
Ｍのいかなるモードにおいても安定して検出でき、また
、モータ電流が小さいときでも十分に検出することがで
きるすぐれた直流モータのコントローラを提供するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における直流モータの電流検
出回路の回路図、第２図、第３図は本発明の一実施例に
おけるＰＷＭのスイッチングの各モードにおける電流経
路図、第４図は本発明の一実施例におけ各部信号のタイ
ミングチャート、第５図は本発明のＧＮＤ側ダイオード
のアノードを直接ＧＮＤに接続しない電流経路図、第６
図は従来の直流モータの電流検出回路図、第７図、第８
図は従来の回路におけるＰＷＭスイッチングの各モード
における電流経路図、第９図は従来の回路における各部
信号のタイミングチャート、第１０図は従来の回路にお
けるバッファとして使用する演算増幅器の入出力特性図
である。１・・・・・・ＰＷＭ信号発生器、２〜５・・・・・・
スイッチング素子駆動回路、６・・・・・・ホールド回
路、７・・・・・・アナログスイッチ、８〜９，４０・
・・・・・演算増幅器、１０〜１１．３０〜３３・・・
・・・スイッチング素子、１２・・・・・・第２のスイ
ッチング素子、１３・・・・・・第１のスイッチング素
子、１４〜１７．３４〜３７・・・・・・フリーホイー
ルダイオード、１８・・・・・・第２の電流検出抵抗、
１９・・・・・・第１の電流検出抵抗、２０゜３８・・
・・・・直流モータ、３９・・・・・・電流検出抵抗。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ばか１名派派第図第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　スイッチング素子のオンオフにより、直流モー
タのモータ電流の大きさを制御するフルブリッジ回路に
おいて、一方のＧＮＤ側の第１のスイッチング素子とＧ
ＮＤとの間に第１の電流検出抵抗を設け、他方のＧＮＤ
側の第２のスイッチング素子とＧＮＤとの間に第２の電
流検出抵抗を設け、第１の電流検出抵抗の両端に発生す
る電圧を、ＧＮＤに対して正負両方の電源電圧で駆動さ
れる演算増幅器で受けた第１の電流検出信号と、第２の
電流検出抵抗の両端に発生する電圧をＧＮＤに対して正
負両方の電源電圧で駆動される演算増幅器で受けた第２
の電流検出信号をアナログスイッチに入力し、第１のス
イッチング素子が駆動されるモードでは、第１の電流検
出信号を選択し、第２のスイッチング素子が駆動される
モードでは、第２の電流検出信号を選択し、アナログス
イッチから出力された信号をモータの電流検出信号とす
る直流モータの電流検出回路。
（２）　スイッチング素子のオンオフにより、直流モー
タのモータ電流の大きさを制御するフルブリッジ回路に
おいて、各スイッチング素子に並列に配置されるフリー
ホイールダイオードのうち、ＧＮＤ側のスイッチング素
子と並列に配置されるフリーホイールダイオードのカソ
ード側は、モータ端子に接続され、アノード側はＧＮＤ
に接続される請求項１に記載の直流モータの電流検出回
路。