JPH0560200U - 定電流駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＩＣ内回路を使用した定電流駆動回路におい
て，ＩＣ内抵抗を検出抵抗として使用しても駆動電流の
精度を維持できる様にする。 【構成】 負荷Ｌに流れる駆動電流と対応関係を有する
電流がＩＣ内の検出抵抗８によって電圧変換されて検出
され，検出電圧が目標電圧に追従する様にアンプ９で制
御される。アンプ９の目標電圧は定電流をＩＣ内の目標
電圧に設定抵抗に流した時の電圧として得られる。検出
抵抗８と目標電圧設定抵抗１０は同一ＩＣ内抵抗で構成
されるので，誤差が相殺されて駆動電流からは誤差成分
が除去される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は例えばステップモータ等を駆動するためのフィードバック制御方式の 定電流駆動回路に関し，特にＩＣ内抵抗を検出用抵抗として使用しながら，駆動 電流の制御精度を維持し得る用にした定電流駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えば，図７は従来より知られているバイポーラ方式のステップモータの定電 流駆動回路の一例を示したものである。トランジスタＴ１・Ｔ２・Ｔ３・Ｔ４の ブリッジ回路には負荷となるコイルＬが接続されており，トランジスタＴ１・Ｔ ２にはインバータ１・２が，トランジスタＴ３・Ｔ４にはＨイネールブルの制御 端子を持つオペアンプ３・４が接続されている。今，インバータ１とオペアンプ ４に加えられる制御パルスＣ１がＨレベルになると，トランジスタＴ１・Ｔ４が オンして電源ＶＢからトランジスタＴ１−コイルＬ−トランジスタＴ４−抵抗５ を介して駆動電流Ｉが流れ，逆にインバータ２とオペアンプ３に加えられる制御 パルスＣ２がＨレベルになると，トランジスタＴ２・Ｔ３がオンして電源ＶＢか らトランジスタＴ２−コイルＬ−トランジスタＴ３−抵抗５を介して駆動電流− Ｉが流れる。

【０００３】 オペアンプ３・４の正相入力には定電流回路６から抵抗７に電流を供給した時 に抵抗７に発生する定電圧が目標電圧として加えられ，又，オペアンプ３・４の 逆相入力にはコイルＬとシリーズ接続された検出抵抗５の端子電圧が加えられて いる。従って，オペアンプ３・４はコイルＬに流れる駆動電流によって検出抵抗 ５に発生する電圧がオペアンプ３・４の正相入力と等しくなる様に駆動電流を制 御するので，駆動電流は定電流となり，コイルＬは定電流駆動される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

この様なフィードバック式定電流制御方式による場合，制御精度は検出抵抗５ の精度に依存し，従って，検出抵抗５は要求される精度に見合ったものを使用す ることが必要になる。又，上記の図７に示す様な構成を採用した場合，検出抵抗 ５は負荷Ｌに対してシリーズ接続されるため，検出抵抗による電圧損失を減らす ためには，検出抵抗５の抵抗値を低く設定する必要がある。

【０００５】 一方，一般的にＩＣ内抵抗は通常の外付けのカーボン抵抗と比較して製造精度 が低く，特に電圧損失を減らすための低抵抗値の場合，ＩＣ内抵抗では要求され る精度を得ることが困難になる。従って，定電流制御回路全体はＩＣ化しても， 検出抵抗５は外付けの抵抗が一般的に使用されている。

【０００６】 しかしながら，例えば多相ステップモータの駆動回路等の場合，各励磁相毎に 外付け抵抗を設けることは，回路の小型化を図る上で，大きなネックとなってお り，制御精度を維持しながら，ＩＣ内抵抗を検出抵抗として使用したいという要 望がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案はこの様な問題点を解決するためになされたものであり，ＩＣ内抵抗を 検出用抵抗として使用しながら，駆動電流の制御精度を維持し得る用にした定電 流駆動回路を提供することを目的とする。

【０００８】 要約すれは，本考案のステップモータの定電流駆動回路は，負荷に供給される 駆動電流と対応する電流を電圧に変換して検出する検出抵抗と，該検出抵抗によ って検出された電圧が目標電圧に追従する様に駆動電流を制御するＩＣ内に構成 されたサーボアンプを有する定電流駆動回路を前提として，前記検出抵抗を前記 ＩＣ内に形成するとともに，該ＩＣ内に形成された抵抗に指令電流を供給して前 記目標電圧を得る様になされている。

【０００９】

【作用】

即ち，本考案の定電流駆動回路による場合，検出抵抗はＩＣ内抵抗によって構 成されるので，その検出精度は必ずしも高いものではない。しかしながら，本考 案の場合，ＩＣ内抵抗に電流を供給して目標電圧を得る様になされており，単一 のＩＣ内に形成される複数の抵抗は一般に極めて近似した特性を示すので，目標 電圧設定用の抵抗と検出抵抗とが誤差を相殺し，全体としての精度は充分に維持 される。

【００１０】

【実施例】

以下図面を参照して本考案の１実施例を詳細に説明する。先ず，図１は本考案 の１実施例を原理的に示す回路図である。図中Ｌは負荷となるコイル，Ｔ３はコ イルＬに駆動電流を供給するトランジスタを各々示し，１００内がＩＣ内回路で あることを示している。

【００１１】 Ｔ５はトランジスタＴ３とカレントミラー接続されたトランジスタであり，ト ランジスタＴ５に電流が流れると，トランジスタＴ５とトランジスタＴ３のベー スエミッタ接合面積比に対応した電流が駆動電流としてトランジスタＴ３に流れ る。従って，トランジスタＴ５に流れる電流はトランジスタＴ３に流れる電流と 対応関係を有しており，トランジスタＴ５に流れる電流はトランジスタＴ５とシ リーズ接続された抵抗８によって電圧に変換されて検出され，オペアンプ９の逆 相入力にフィードバックされる。

【００１２】 オペアンプ９の正相入力にはＩＣ内に形成された抵抗１０の端子電圧が目標電 圧として加えられ，検出抵抗８の端子電圧が目標電圧に追従する用にトランジス タＴ５のコレクタ電流が制御され，対応してトランジスタＴ３に流れる駆動電流 が制御される。

【００１３】 １１は定電圧源であり，定電圧源１１はオペアンプ１２の基準電圧Ｖｒｅｆを 設定する。オペアンプ１２の出力に接続されたトランジスタ１３には外付けの抵 抗Ｒ０を介して定電流Ｉ０が供給され，定電流Ｉ０はＩ０＝Ｖｒｅｆ／Ｒ０によ って定まる。ＩＣ内における定電圧源１１は現在のバイポーラＩＣでは温度や電 源変動に対して実用上充分な精度を得ることができ，又，外付けの抵抗Ｒ０も同 レベルの精度を得ることができる。従って，定電流Ｉ０も充分に安定したレベル が得られる。この定電流Ｉ０がトランジスタ１３を介して目標電圧設定用の抵抗 １０に流れ，この時抵抗１０の端子間に発生する電圧がオペアンプ９に目標電圧 として加えられる。

【００１４】 さて，上述の様に図１の回路では負荷Ｌに流れる駆動電流は検出抵抗８の端子 電圧に置換されてオペアンプ９の逆相入力に加えられ，この検出電圧がオペアン プ９の正相入力レベルに追従する様にトランジスタＴ５のコレクタ電流が制御さ れる。本考案では検出抵抗８はＩＣ内抵抗を使用しているので，抵抗８による電 圧検出精度は必ずしも高くはないが，同一ＩＣ内の複数の抵抗（抵抗８及び抵抗 １０）は一般的に同一の誤差特性を有するので，目標電圧も検出電圧も同方向の 誤差を示すことになり，トランジスタＴ５を流れる電流中からは誤差が相殺され る。尚，図２は図１の変形例を示す回路図であり，図１に於けるトランジスタＴ ３とトランジスタＴ５をマルチコレクタトランジスタＭＴに置き換えることも可 能である。

【００１５】 次に，本考案の定電流駆動回路を２相励磁方式のステップモータの定電流駆動 回路として適用した実施例を図３を参照して説明する。尚，図７において示した 要素と共通の要素に関しては図７に示した符号と同一の符号を付して冗長な説明 は省略する。又，本実施例は２相励磁方式のステップモータを想定しており，第 ２相側の駆動回路ＣＨ２が有する各要素は第１相側の駆動回路ＣＨ１と全く共通 であるので，内容図示は省略する。

【００１６】 Ｔ６はトランジスタＴ４とカレントミラー接続されたトランジスタであり，ト ランジスタＴ６とトランジスタＴ４の間にはトランジスタＴ３とトランジスタＴ ５間と同様の関係が成立する。トランジスタＴ５及びＴ６には検出抵抗８を介し て電流が流れ，この時の電流によって検出抵抗８の両端に発生する検出電圧Ｖｄ がオペアンプ３及び４の逆相入力に加えられる。

【００１７】 一方，１１は定電圧Ｖｒｅｆを発生する定電圧源であり，その出力はオペアン プ１２の正相入力に加えられる。このオペアンプ１２の出力に接続されたトラン ジスタ１３は電源ＶＢとグランド間にＩＣ内抵抗１４，１５及び外付け抵抗Ｒ０ と直列接続されており，分圧点がオペアンプ１２の逆相入力にフィードバックさ れており，オペアンプ１２は自身の逆相入力レベルが基準電圧Ｖｒｅｆに一致す る様に，トランジスタ１３に流れる電流を制御する。尚，外付けの抵抗Ｒ０はレ ベル調整用のものである。

【００１８】 １６はフリップフロップ１７によって切換動作をするスイッチング手段であり ，スイッチング手段１６の接点１６ａは，フリップフロップ１７がセットされて いる時には抵抗１５とトランジスタ１３の分圧点をオペアンプ３・４の正相入力 に加え，フリップフロップ１２がリセットされている時には抵抗１４と１５の分 圧点をオペアンプ３・４の正相入力に加える。又，第２相側の接点１６ｂはフリ ップフロップ１２がセットされている時には抵抗１４と１５の分圧点を，フリッ プフロップ１２がリセットされている時には抵抗１５とトランジスタ１３の分圧 点を第２相側の同種要素に加える。

【００１９】 フリップフロップ１７はアップダウンエッジトリガのワンショット回路１８の 出力によってセットされ，アップダウンエッジトリガのワンショット回路１９の 出力によってリセットされる。これらのワンショット回路には外部から与えられ る指令信号ＩＮ１及びＩＮ２が加えられており，図４のタイムチャートに示す様 にパルス状の指令信号ＩＮ１・ＩＮ２は位相が９０°ずれているので，指令信号 ＩＮ１のアップエッジ及びダウンエッジでフリップフロップ１７をセットし，指 令信号ＩＮ２のアップエッジ及びダウンエッジでフリップフロップ１２をリセッ トすれば，各指令信号のパルス幅を２分割した周期で２段階に変動する目標電圧 がオペアンプ３・４に対して加えられることになる。

【００２０】 次に，２０は上述のインバータ１・２並びにオペアンプ３・４に対して制御パ ルスＣ１・Ｃ２を与えるとともに，第２相側の同種回路要素に対して制御パルス Ｃ３・Ｃ４を与える制御部であり，制御パルスＣ１は指令信号ＩＮ１と同位相， 制御パルスＣ２は指令信号ＩＮ１と逆位相，制御パルスＣ３は指令信号ＩＮ２と 同位相，制御パルスＣ４は指令信号ＩＮ２と逆位相である。

【００２１】 次に，上記事項及び図４のタイムチャートを参照して上記実施例の動作を説明 する。

【００２２】 先ず，パワーオン信号ＰＯＮがオンになるとともにインヒビット信号ＩＮＨが オフになると，制御部２０は，第１相指令信号ＩＮ１に同期して制御パルスＣ１ ・Ｃ２を発生するとともに，第２相指令信号ＩＮ２に同期して制御パルスＣ３・ Ｃ４を発生する。尚，以下においては第１相ＣＨ１側を中心に説明するが，位相 が異なるのみで第２相側も全く同様に作用する。

【００２３】 制御パルスＣ１はインバータ１とオペアンプ４に入力され，制御パルスＣ２は インバータ２とオペアンプ３に入力されている。従って，制御パルスＣ１がオン の時間領域ではトランジスタＴ１とトランジスタＴ４が導通して，電源ＶＢから トランジスタＴ１−コイルＬ−トランジスタＴ４−抵抗５を介して駆動電流が流 れる。逆に制御パルスＣ２がオンの時間領域では，トランジスタＴ２とトランジ スタＴ３が導通して，電源ＶＢからトランジスタＴ２−コイルＬ−トランジスタ Ｔ３−抵抗５を介して駆動電流が流れる。

【００２４】 さて，トランジスタＴ５にはトランジスタＴ３に流れる駆動電流と対応関係を 有する電流が，トランジスタＴ６にはトランジスタＴ３に流れる駆動電流と対応 関係を有する電流が，各々検出用の抵抗８を介して流れる。この時抵抗８の両端 に発生する電圧Ｖｄがオペアンプ３・４の逆相入力にフィードバックされ，オペ アンプ３・４は逆相入力レベルと正相入力レベルがイマジナルショートになる様 にトランジスタＴ５・Ｔ６に流れる電流を制御し，これによってトランジスタＴ ３・Ｔ４に流れる駆動電流も制御される。

【００２５】 さて，指令信号ＩＮ１のアップエッジから指令信号ＩＮ２のアップエッジまで の時間領域（即ち，指令信号ＩＮ１の時間幅の前半領域）ではフリップフロップ １７はセットされ，指令信号ＩＮ２のアップエッジから指令信号ＩＮ２のダウン エッジまでの時間領域（即ち，指令信号ＩＮ１の時間幅の後半領域）ではフリッ プフロップ１７はリセットされる。従って，スイッチング手段１６は，指令信号 ＩＮ１の時間幅の前半領域では抵抗１５とトランジスタ１３の分圧レベルをオペ アンプ３・４に対して目標電圧ＶＣ１として供給し，指令信号ＩＮ１の時間幅の 後半領域では抵抗１４と１５の分圧レベルをオペアンプ３・４に対して目標電圧 ＶＣ１として供給する。

【００２６】 従って，コイルＬに流れる駆動電流も２段階に上昇する目標電圧ＶＣ１に追従 して変化する。図４のタイムチャートでは駆動電流Ｉ１がコイルＬに流れる電流 を示しており，図４において，制御パルスＣ１のアップエッジで駆動電流Ｉ１が 上昇し，制御パルスＣ２のアップエッジで駆動電流Ｉ１が下降しているのは，制 御パルスＣ１・Ｃ２の切換に伴ってコイルＬに流れる駆動電流Ｉ１の方向が切り 換わっていることを示している。

【００２７】 さて，目標電圧ＶＣ１をオペアンプ３・４に加えると，検出抵抗８に発生する 電圧Ｖｄが目標電圧ＶＣ１に追従する様にトランジスタＴ５（Ｔ６）に流れる電 流が制御され，これに伴ってコイルＬに流れる駆動電流も制御されるが，本実施 例の場合，目標電圧ＶＣ１が段階的に上昇しているので，電源電圧ＶＢが多少低 下しても駆動電流の追従性は余り損なわれず，従って，トルク誤差も減少する。 即ち，図３の実施例によると，駆動電流の立ち上がり時における相対的に低レベ ルの目標電圧ＶＣ１が駆動電流Ｉ１のリミッタとして作用し，駆動電流Ｉ１はこ の電流リミッタに沿って緩速で立ち上がる。従って，電源電圧に偏差が生じても これに起因する駆動電流Ｉ１の偏差は減少し，安定したモータトルクを得ること ができる。

【００２８】 又，図３の実施例の場合，抵抗８の端子間に発生する検出電圧が抵抗１４・１ ５に定電流を流した時に発生する目標電圧に追従する様にトランジスタＴ５・Ｔ ６に流れる電流が制御されるが，検出抵抗８と目標電圧設定用の抵抗１４・１５ は共にＩＣ内抵抗によって構成されているので，検出抵抗８に誤差が生じても目 標電圧設定用の抵抗１４・１５にも全く同様の誤差が生じるので，誤差が相殺さ れて安定した精度を得ることができる。

【００２９】 次に，図５は本考案の他の実施例を示す回路図であり，図３の実施例と共通す る要素に関しては図３と同一符号を付して，重複した説明は省略する。基本的に は図３の実施例は制御パルスの前半領域と後半領域とで，駆動電流を段階的に上 昇させる様にした例を示すものであるが，この図５の実施例は制御パルスの前半 領域でコンデンサ充電波形に沿って駆動電流を上昇させる様にした例を示すもの である。

【００３０】 図５の実施例では，フリップフロップ１７によって作動するスイッチング手段 １６はバッファ２１を介して間接的に伝達されるＩＣ内抵抗１４の端子レベルと 外部コンデンサ２２と外部抵抗２３によって構成されるＣＲ回路の充電レベルの 何れかを選択して目標電圧ＶＣ１（ＶＣ２）とする様になされており，このコン デンサ２２の充電レベルはワンショット回路１８・１９の双方の出力を検出する ノアゲート２４によってトリガされるスイッチングトランジスタ２５によって短 絡放電される様になされている。従って，図６に示す様に目標電圧ＶＣ１（ＶＣ ２）は制御信号ＩＮ１（ＩＮ２）時間幅の前半領域でＣＲ充電特性に従って上昇 し，この充電カーブがリミッタとして作用するので，電源電圧の変動等に対して も駆動電流の追従性が向上する。

【００３１】 又，図５の実施例の場合も，抵抗８の端子間に発生する検出電圧が目標電圧Ｖ Ｃ１に追従する様にトランジスタＴ５・Ｔ６に流れる電流が制御されるが，図５ の実施例の場合も，検出抵抗８と目標電圧設定用の抵抗１４は共にＩＣ内抵抗に よって構成されているので，検出抵抗８に誤差が生じても目標電圧設定用の抵抗 １４にも全く同様の誤差が生じるので，誤差が相殺されて安定した精度を得るこ とができる。

【００３２】 尚，上記においては，ステップモータの定電流駆動回路を例として実施例の説 明をしたが，本考案はＩＣ内抵抗を検出抵抗とする定電流駆動回路に広く適用で きることはいうまでもない。又，上記では抵抗に発生した基準電圧を図３に示す 様に直接的に或いは図５に示す様にバッファを介して間接的に目標電圧とした例 を示したが，抵抗１４に発生する基準電圧に対応して任意の波形を発生する波形 発生回路を介在させてドライバ段の目標電圧を得る場合であっても，当該波形発 生回路の入力電圧と出力電圧との間に対応関係が確保される限り本考案を適用す ることが可能である。

【００３３】

【考案の効果】

以上説明した様に，本考案によれば，検出抵抗として製造精度の低いＩＣ内抵 抗を使用しても目標電圧設定用の抵抗も検出抵抗と誤差特性が極めて近似した同 一ＩＣ内抵抗を使用しているので，目標電圧設定用の抵抗と電圧検出用の抵抗と で誤差が相殺され，従って，駆動回路毎に外付けの検出抵抗を設ける必要がなく なり，回路の集積度を高めることができる。特に，多相ステップモータの定電流 駆動回路の様に，多数のドライバ毎に検出電圧が目標電圧に追従する様に駆動電 流を制御する回路に対して適用した場合，ドライバ段毎に外付けの検出抵抗を設 ける必要があくなり，回路の集積化をより高めることができる。

【００３４】 又，本考案の場合，検出抵抗が負荷に対して直列に接続されないので，電圧損 失も生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例に係る定電流駆動回路の原理
を示す回路図。

【図２】図１の実施例におけるドライバ段の変形例を示
す回路図。

【図３】本考案の定電流駆動回路を２相励磁方式のステ
ップモータの駆動回路として利用した実施例を示す回路
図。

【図４】図３に示す回路のタイムチャート。

【図５】本考案の定電流駆動回路を２相励磁方式のステ
ップモータの駆動回路として利用した他の実施例を示す
回路図。

【図６】図５に示す回路のタイムチャート。

【図７】従来の定電流駆動回路の回路図。

【符号の説明】

Ｌ コイル ３ オペアンプ ４ オペアンプ ８ 検出用抵抗 １０ 目標電圧設定用抵抗

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷に供給される駆動電流と対応する電
   流を電圧に変換して検出する検出抵抗と，該検出抵抗に
   よって検出された電圧が目標電圧に追従する様に駆動電
   流を制御するＩＣ内に構成されたサーボアンプを有する
   ステップモータの定電流駆動回路において， 前記検出抵抗を前記ＩＣ内に形成するとともに，該ＩＣ
   内に形成された抵抗に指令電流を供給して前記目標電圧
   を得る様にしたことを特徴とする定電流駆動回路。