JPH06259151A - Current control circuit - Google Patents

Current control circuit

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JPH06259151A
JPH06259151A JP5075359A JP7535993A JPH06259151A JP H06259151 A JPH06259151 A JP H06259151A JP 5075359 A JP5075359 A JP 5075359A JP 7535993 A JP7535993 A JP 7535993A JP H06259151 A JPH06259151 A JP H06259151A
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current
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coils
electromagnet
differential amplifier
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Kiyoshi Ishida
精 石田
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Abstract

PURPOSE:To increase the load capacity by supplying the detection currents of plural coils magnetically connected together to a differential amplifier and applying a pulse to the gate terminal of a switching element in response to the deviation between the output of the differential amplifier and a current command. CONSTITUTION:Two coils of an electromagnet 72 are magnetically connected to each other so that their magnetic fluxes are generated in the same direction. Then a comparator 11 compares the signal of a rectangular wave transmitter 12 with the current of the electromagnet 72 to generate the pulse string signal in response to the result of comparison performed between the current of the electromagnet 72 detected by a differential amplifier 8 and the current command input of a comparator 9. A command is sent to a gate driver 13 and the switching elements 1 and 2 are repetitively turned on and off. When both elements 1 and 2 are turned on, the currents flowing to the electromagnet 72 are increased and then reduced vice versa. Therefore the elements 1 and 2 can work in a normal state and with no breakage even if no synchronization is secured between both elements. Thus the load capacity is increased without increasing the capacity of a switching element.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、インダクタンスを含む
電磁石や電動機などを負荷とするスイッチング素子から
なる電流制御回路の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a current control circuit including a switching element having an electromagnet including an inductance, an electric motor or the like as a load.

【0002】[0002]

【従来の技術】産業用サーボモータや、非接触支持する
磁気軸受及び磁気浮上装置には電流制御回路が用いられ
ており、これらの性能を向上するには電流制御回路の性
能を向上しなければならない。そこで最近ではスイッチ
ング素子を用いた電流制御回路が用いられており、損失
低減が図られている。スイッチング素子を用いる従来の
電流制御回路のうち、一方向のみの電流を供給する方式
のものを図4を用いて説明する。図において1は第1の
スイッチング素子、2は第2のスイッチング素子、3は
第1のダイオード、4は第2のダイオード、5は電流検
出用の第1のシャント抵抗、6は電流検出用の第2のシ
ャント抵抗、7はインダクタンスをもつ負荷の電磁石、
8は電流検出用の差動増幅器、9は比較器、10は位相
制御器、11は第2の比較器、12は三角波発振器、1
3はゲートドライバである。第1のスイッチング素子1
は3端子の内の1端子を主回路電源の(+)側に、もう
1端子を第1のダイオード3のカソードに接続されてい
る。第2のスイッチング素子2は3端子の内の1端子を
第2のダイオード4のアノードに、もう1端子を第2の
シャント抵抗6を介して主回路電源のグランドに接続さ
れている。第1のダイオード3のアノードは第1のシャ
ント抵抗5を介して主回路電源のグランドに接続され、
第2のダイオード4のカソードは主回路電源の(+)側
に接続されている。電磁石7の一方の端子は第1のスイ
ッチング素子1と第1のダイオード3のカソードの接点
に接続され、もう一方の端子は第2のダイオード4と第
2のスイッチング素子2の接点に接続されている。差動
増幅器8の2つの入力端子の内、一方は第1のダイオー
ド3と第1のシャント抵抗5の接点に接続され、もう一
方は第2のスイッチング素子2と第2のシャント抵抗6
の接点に接続されている。比較器9の2つの入力のうち
1つは電流指令入力であり、もう1つは差動増幅器8の
出力であり、比較器9の出力は位相制御器10の入力に
接続されている。第2の比較器11の一方の入力は位相
制御器10の出力に接続されており、もう一方の入力は
三角波発振器12の出力に接続されている。ゲートドラ
イバ13の入力は第2の比較器11の出力に接続され、
2つの出力のうち1つは第1のスイッチング素子1のゲ
ートに接続され、もう1つは第2のスイッチング素子2
のゲートに接続されている。このような構成において、
差動増幅器8で検出される主回路電流すなわち負荷電磁
石7に流れる電流が比較器9の電流指令入力より小さい
とき、位相制御器10が働いて出力信号を大きくする。
この信号を受けた第2の比較器11は三角波発振器12
の信号と比較してパルス列信号を発生させゲートドライ
バ13に指令を送る。これを受けてスイッチング素子
1、2はオンとオフを繰り返す。オンの時、負荷の電磁
石7に流れる電流は増加し、オフの時、負荷の電磁石7
に流れる電流は減少する。位相制御器10の出力が大き
くなるとオンの確率が高くなるため負荷の電磁石7に流
れる電流は平均的に増加する。一方、差動増幅器8で検
出される主回路電流が比較器9の電流指令入力より大き
いとき、位相制御器10が働いて出力信号を小さくす
る。この信号を受けた第2の比較器11は三角波発振器
12の信号と比較してパルス列信号を発生させゲートド
ライバ13に指令を送る。これを受けてスイッチング素
子1、2はオンとオフを繰り返す。オンの時、負荷の電
磁石7に流れる電流は増加し、オフの時、負荷の電磁石
7に流れる電流は減少する。位相制御器10の出力が小
さくなるとオンの確率が低くなるため負荷の電磁石7に
流れる電流は平均的に減少する。このように、スイッチ
ング素子1、2がオンとオフを繰り返すので負荷の電磁
石7の電流は三角波状のリップルを持つが、平均的には
比較器9に入力される電流指令に追従し電流制御され
る。この電流制御の応答性を向上するには負荷の電磁石
7のインダクタンスを小さくするのが1つの手段である
が、インダクタンスを小さくすると電流リップルが大き
くなるため三角波発振器12の発振周波数を大きくして
リップルの増加を押さえている。
2. Description of the Related Art Current control circuits are used in industrial servomotors, magnetic bearings and magnetic levitation devices that are supported in a non-contact manner. To improve these performances, the performance of the current control circuits must be improved. I won't. Therefore, recently, a current control circuit using a switching element has been used to reduce the loss. A conventional current control circuit using a switching element, which supplies current in only one direction, will be described with reference to FIG. In the figure, 1 is a first switching element, 2 is a second switching element, 3 is a first diode, 4 is a second diode, 5 is a first shunt resistor for current detection, and 6 is a current detection. Second shunt resistor, 7 is a load electromagnet with inductance,
8 is a differential amplifier for current detection, 9 is a comparator, 10 is a phase controller, 11 is a second comparator, 12 is a triangular wave oscillator, 1
Reference numeral 3 is a gate driver. First switching element 1
Has one terminal connected to the (+) side of the main circuit power source and the other terminal connected to the cathode of the first diode 3. The second switching element 2 has one terminal of the three terminals connected to the anode of the second diode 4 and the other terminal connected to the ground of the main circuit power supply through the second shunt resistor 6. The anode of the first diode 3 is connected to the ground of the main circuit power supply via the first shunt resistor 5,
The cathode of the second diode 4 is connected to the (+) side of the main circuit power supply. One terminal of the electromagnet 7 is connected to the contact points of the cathodes of the first switching element 1 and the first diode 3, and the other terminal is connected to the contact points of the second diode 4 and the second switching element 2. There is. Of the two input terminals of the differential amplifier 8, one is connected to the contact point of the first diode 3 and the first shunt resistor 5, and the other is connected to the second switching element 2 and the second shunt resistor 6.
Connected to the contact. One of the two inputs of the comparator 9 is the current command input, the other is the output of the differential amplifier 8, and the output of the comparator 9 is connected to the input of the phase controller 10. One input of the second comparator 11 is connected to the output of the phase controller 10, and the other input is connected to the output of the triangular wave oscillator 12. The input of the gate driver 13 is connected to the output of the second comparator 11,
One of the two outputs is connected to the gate of the first switching element 1 and the other is the second switching element 2
Is connected to the gate. In such a configuration,
When the main circuit current detected by the differential amplifier 8, that is, the current flowing through the load electromagnet 7 is smaller than the current command input of the comparator 9, the phase controller 10 operates to increase the output signal.
The second comparator 11 receiving this signal is the triangular wave oscillator 12
The pulse train signal is generated in comparison with the above signal and the command is sent to the gate driver 13. In response to this, the switching elements 1 and 2 are repeatedly turned on and off. When it is on, the current flowing through the load electromagnet 7 increases, and when it is off, the load electromagnet 7
The current flowing through it decreases. As the output of the phase controller 10 increases, the probability of turning on increases, so the current flowing through the electromagnet 7 of the load increases on average. On the other hand, when the main circuit current detected by the differential amplifier 8 is larger than the current command input to the comparator 9, the phase controller 10 works to reduce the output signal. The second comparator 11 receiving this signal compares it with the signal of the triangular wave oscillator 12 to generate a pulse train signal and sends a command to the gate driver 13. In response to this, the switching elements 1 and 2 are repeatedly turned on and off. When it is on, the current flowing through the load electromagnet 7 increases, and when it is off, the current flowing through the load electromagnet 7 decreases. When the output of the phase controller 10 becomes small, the probability of being turned on becomes low, so that the current flowing through the electromagnet 7 of the load decreases on average. In this way, since the switching elements 1 and 2 are repeatedly turned on and off, the electric current of the electromagnet 7 of the load has a triangular ripple, but on average, the electric current is controlled by following the electric current command input to the comparator 9. It One way to improve the responsiveness of the current control is to reduce the inductance of the electromagnet 7 of the load, but if the inductance is reduced, the current ripple increases, so the oscillation frequency of the triangular wave oscillator 12 is increased to increase the ripple. Is suppressing the increase.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このように、電流応答
を向上する場合、三角波発振器12の発振周波数を高く
していくのでスイッチング素子の遅れが無視できなくな
る。スイッチング素子1、2は同時にオンすることが必
要であるが、実際にはそれぞれ微妙に遅れが異なるた
め、素子に応じたゲートドライバ13を構成する必要が
ある。このゲートドライバ13の構成は三角波発振器1
2の発振周波数が高くなればなるほど難しくなり、手間
がかかるという欠点がある。また負荷に応じて電流容量
を上げるときスイッチング素子の容量を上げれば済むこ
とであるが実際の素子には制限があるため、同じ電流制
御系を2つ構成し負荷の電磁石にコイルを2つ巻き、並
列にドライブする方法(特開昭61−113216、特
開昭62−43713)なども考えられている。しかし
同じ構成を2セット準備することは不経済というだけで
なく、2つの制御系が干渉し様々なトラブルを引き起こ
すという欠点を持っている。本発明は、スイッチング素
子の同期を完全にする必要がなく、また、スイッチング
素子の容量を上げることなく負荷容量を上げられる電流
制御回路を提供することを目的とする。
As described above, when the current response is improved, the oscillating frequency of the triangular wave oscillator 12 is increased, so that the delay of the switching element cannot be ignored. The switching elements 1 and 2 need to be turned on at the same time, but in reality, since the delays are slightly different from each other, it is necessary to configure the gate driver 13 according to the element. This gate driver 13 has a triangular wave oscillator 1
The higher the oscillation frequency of 2 is, the more difficult it is and the more troublesome it is. Also, when increasing the current capacity according to the load, it is sufficient to increase the capacity of the switching element, but there are limits to the actual elements, so two identical current control systems are configured and two coils are wound around the electromagnet of the load. A method of driving in parallel (Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-113216 and 62-43713) is also considered. However, preparing two sets of the same configuration is not only uneconomical, but also has the drawback that two control systems interfere with each other and cause various troubles. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a current control circuit that does not require complete synchronization of switching elements and can increase load capacity without increasing the capacity of switching elements.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明は、発生する磁束が同方向になるように
磁気結合された一組の第1、第2のコイルを備え、該第
1のコイルの一端が、第1のスイッチング素子の一端と
第1のダイオードのカソードとの接続点に接続され、前
記第1のコイルの他端が第1の電流検出器を介して接地
され、前記第1のスイッチング素子の他端が正の直流電
源に接続され、前記第1のダイオードのアノードが負の
直流電源に接続されるとともに、前記第2のコイルの一
端が、第2のスイッチング素子の一端と第2のダイオー
ドのアノードとの接続点に接続され、前記第2のコイル
の他端が第2の電流検出器を介して接地され、前記第2
のスイッチング素子の他端が前記負の直流電源に接続さ
れ、前記第2のダイオードのカソードが前記正の直流電
源に接続され、前記第1、第2のコイルの検出電流を入
力する差動増幅器と、該差動増幅器の出力と電流指令と
の偏差に応じてデューティの変わる出力パルスを前記第
1、第2のスイッチング素子のゲート端子に印加するゲ
ートドライバとを備えたものである。
To achieve the above object, the present invention comprises a pair of first and second coils magnetically coupled so that generated magnetic fluxes have the same direction. One end of the first coil is connected to a connection point between one end of the first switching element and the cathode of the first diode, and the other end of the first coil is grounded via the first current detector. The other end of the first switching element is connected to a positive DC power supply, the anode of the first diode is connected to a negative DC power supply, and one end of the second coil is connected to the second switching power supply. The one end of the element and the anode of the second diode are connected to each other, and the other end of the second coil is grounded via a second current detector.
The other end of the switching element is connected to the negative DC power supply, the cathode of the second diode is connected to the positive DC power supply, and a differential amplifier for inputting the detection currents of the first and second coils And a gate driver for applying an output pulse whose duty varies depending on the deviation between the output of the differential amplifier and the current command to the gate terminals of the first and second switching elements.

【0005】[0005]

【作用】このように構成すると、2つのスイッチング素
子がオンすると、一方のコイルの電流は主回路電源の
(+)側からスイッチング素子とコイル及び電流検出用
シャント抵抗を経由してグランドに流れるため電流が増
加し、もう一方のコイルの電流は主回路電源のグランド
側から電流検出用シャント抵抗とコイル及びスイッチン
グ素子を経由して(−)側に流れるため電流が増加し、
2つのスイッチング素子がオフすると、一方のコイルの
電流は主回路電源の(−)側からダイオードとコイル及
び電流検出用シャント抵抗を経由してグランドに流れる
ため電流が減少し、もう一方のコイルの電流は主回路電
源のグランド側から電流検出用シャント抵抗とコイル及
びダイオードを経由して(+)側に流れるため電流は減
少し、2つのスイッチング素子の同期がとれなくてもス
イッチング素子を破損することなく上記の何れかの正常
な動作をするため、十分に調整されたゲートドライバを
必要とせず、全体の容量を上げるときは、負荷の電磁石
に2つのコイルを追加して巻き、それぞれに前述と同じ
主回路を構成することで上記と同じ動作をするため、ま
た他の制御回路を付加する必要が無いため、容量を上げ
ることが容易になるのである。
With this configuration, when the two switching elements are turned on, the current of one coil flows from the (+) side of the main circuit power supply to the ground via the switching element, the coil and the shunt resistor for current detection. The current increases, and the current of the other coil flows from the ground side of the main circuit power supply to the (-) side via the current detection shunt resistor, coil and switching element, and the current increases,
When the two switching elements are turned off, the current in one coil flows from the (-) side of the main circuit power supply to the ground via the diode, the coil, and the shunt resistor for current detection, so that the current decreases and the other coil's current decreases. Since the current flows from the ground side of the main circuit power supply to the (+) side via the shunt resistor for current detection, coil and diode, the current decreases and the switching elements are damaged even if the two switching elements cannot be synchronized. Without the need for a well-tuned gate driver to perform any of the above without a normal operation, and when increasing the overall capacitance, add two coils to the electromagnet of the load and wind it above each. Since the same operation as above is performed by configuring the same main circuit as above, and it is not necessary to add another control circuit, it is easy to increase the capacity. Than it is.

【0006】[0006]

【実施例】図1は、本発明の実施例を説明する図であ
る。図において1は第1のスイッチング素子、2は第2
のスイッチング素子、3は第1のダイオード、4は第2
のダイオード、5は電流検出用の第1のシャント抵抗、
6は電流検出用の第2のシャント抵抗、72はインダク
タンスをもつ負荷の電磁石、8は電流検出用の差動増幅
器、9は比較器、10は位相制御器、11は第2の比較
器、12は三角波発振器、13はゲートドライバであ
る。第1のスイッチング素子1は3端子の内の1端子を
主回路電源の(+)側に、もう一端子を主回路電源の
(−)側にアノードを接続した第1のダイオード3のカ
ソードに接続されている。第2のスイッチング素子2は
3端子の内の1端子を主回路電源の(+)側にカソード
を接続した第2のダイオード4のアノードに、もう1端
子を主回路電源の(−)に接続されている。電磁石72
は2つのコイルが巻回されており、2つのうち一方のコ
イルは一端を第1のシャント抵抗5を介してグランドに
接続されており、もう一端は第1のスイッチング素子1
と第1のダイオード3の接点に接続されており、もう一
方のコイルは一端を第2のシャント抵抗6を介してグラ
ンドに接続されており、もう一端は第2のダイオード4
と第2のスイッチング素子2の接点に接続されている。
電磁石72の2つのコイルは、電流が一方のコイルから
第1のシャント抵抗5に流れる方向と、電流が第2のシ
ャント抵抗6からもう一方のコイルへ流れる方向とが同
じになるように巻回されている。電磁石72の一方のコ
イルと第1のシャント抵抗5の接点と、電磁石72のも
う一方のコイルと第2のシャント抵抗6の接点とは、そ
れぞれ差動増幅器8の2つの入力に接続されている。比
較器9の2つの入力のうち1つは電流指令入力であり、
もう1つは作動増幅器8の出力であり、比較器9の出力
は位相制御器10に入力している。第2の比較器11の
一方の入力は位相制御器10の出力であり、もう一方の
入力は三角波発振器12の出力である。ゲートドライバ
13の入力は比較器11の出力に接続され、2つの出力
のうち1つは第1のスイッチング素子1のゲートに接続
され、もう1つは第2のスイッチング素子2のゲートに
接続されている。このような構成において、差動増幅器
8で検出される主回路電流すなわち電磁石72の電流が
比較器9の電流指令入力より小さいとき、位相制御器1
0が働いて出力信号を大きくする。この信号を受けた第
2の比較器11は三角波発振器12の信号と比較してパ
ルス列信号を発生させゲートドライバ13に指令を送
る。これを受けてスイッチング素子1、2はオンとオフ
を繰り返す。ここで、電磁石72の2つのコイルの・印
をつけた端子からコイルに電流が流れ込む方向をそれぞ
れの正の方向とする。スイッチング素子1、2がオンの
時、電磁石72に流れる電流はいずれも増加し、オフの
時、電磁石72に流れる電流はいずれも減少する。位相
制御器10の出力が大きくなるとオンの確率は高くなる
ため電磁石72に流れる電流はいずれも平均的に増加す
る。一方、差動増幅器8で検出される主回路電流が比較
器9の電流指令入力より大きいとき、位相制御器10が
働いて出力信号を小さくする。この信号を受けた第2の
比較器11は三角波発振器12の信号と比較してパルス
列信号を発生させゲートドライバ13に指令を送る。こ
れを受けてスイッチング素子1、2はオンとオフを繰り
返す。オンの時、電磁石72に流れる電流はいずれも増
加し、オフの時、電磁石72に流れる電流はいずれも減
少する。位相制御器10の出力が小さくなるとオンの確
率が低くなるため電磁石72に流れる電流はいずれも平
均的に減少する。このように、スイッチング素子1、2
がオンとオフを繰り返すので電磁石72の電流は三角波
状のリップルを持つが、平均的には比較器9に入力され
る電流指令に追従し電流制御される。この電流制御の応
答性を向上するには電磁石7のインダクタンスを小さく
するのが1つの手段であるが、インダクタンスを小さく
すると電流リップルが大きくなるため三角波発振器12
の発振周波数を大きくしてリップルを小さくする。この
時2つのスイッチング素子1、2の動作が微妙にずれて
きても各コイルを含む主回路が別々であるため上記と同
じ動作をし問題となることはない。例えば、2つのスイ
ッチング素子1、2がオンで電磁石72の2つのコイル
の電流が増加しているとき、スイッチング素子1だけが
オフになるとスイッチング素子1の電流は流れなくなる
が、代わりに主回路電源の(−)側から第1のダイオー
ド3を通りコイルと第1のシャント抵抗5を通ってグラ
ンドに流れ、電流は減少する。また、2つのスイッチン
グ素子1、2がオフで電磁石72の2つのコイルの電流
が減少しているとき、第1のスイッチング素子1だけが
オンになると、それまで主回路電源の(−)側から第1
のダイオード3を通りコイルと第1のシャント抵抗5を
通ってグランドに流れ減少していた電流は、第1のスイ
ッチング素子1からコイルと第1のシャント抵抗5を通
る電流の流れに代わり電流が増加しはじめる。2つのス
イッチング素子1、2がオンで電磁石72の2つのコイ
ルの電流が増加しているときに第2のスイッチング素子
2だけにオフになるときと、2つのスイッチング素子
1、2がオフで電磁石72の2つのコイルの電流が減少
しているときに第2のスイッチング素子2だけがオンに
なるとき、の何れにおいても上記と同様の動作をする。
従って、三角波発振器12の発振周波数を大きくするに
つれてゲートドライバ13の調整を厳しくして2つのス
イッチング素子1、2の同期を完全にする必要がない。
また、電磁石72の容量を上げるときは、電磁石のコイ
ル組を複数組とし、それぞれに図1と同様の主回路を構
成し、追加したスイッチング素子のゲート信号としてゲ
ートドライバ13の信号を共用し、電流検出用差動増幅
器を追加してコイル組と同じ数の差動増幅器の信号を加
算することで全電流を検出することができる。図2は本
発明の第2の実施例を示すブロック図である。各コイル
は同じ巻数であり、スイッチング素子1aがオンのと
き、正の直流電源(+)→1a→コイル→シャント5→
GND(接地)へ流れ、オフに切りかえると負の直流電
源(−)→ダイオード3→コイル→シャント5→GND
(接地)と流れる。したがって、(+)、(−)が電流
を供給するばかりのため、各々の平均電流はコイル平均
電流の1/2となる。同構成のコイルを増やしていくと
き、それにつれて(+)、(−)の容量も増える。スイ
ッチング周期の半分は(すなわち、全時間の半分は)フ
ライホイール電流が電源をポンプアップしているので、
従来は、同じ(+)に回生しているが、本発明では、
(−)につないだスイッチング素子2aに同じ機能を持
たせるようにしたものである。2aがオンするとGND
→シャント6→コイル→2a→(−)へ流れ、オフにす
ると、GND→シャント6→コイル→ダイオード4→
(+)へ流れ、(+)と(−)は電流が流れ込むだけな
ので、1aのオン、オフのときに供給のみしていた電流
をうめ合わせることになる。したがって、二つのコイル
に電流が流れても、(+)、(−)の電流は平均的にゼ
ロとなり、電源を小容量にできる。容量を増やす時、コ
イル巻数を増やすと同時に巻数に応じて電圧を増やせば
同じ立上り(すなわち、同じ周波数特性)を維持できる
が、大容量のスイッチング素子が必要になる。大容量で
は周波数特性が悪くなるのが一般的であり、制約が出て
くることになる。そこで本発明のように(+)に接続の
スイッチング素子と(−)に接続のスイッチング素子で
ペアとしている。これを容量アップする時、ペアで増や
していけば(+)、(−)の電流の供給と流れ込みがつ
り合い、電源の容量を最小にすることができる。こうし
て電流制御回路の主要部分である比較器9と、位相制御
器10と、第2の比較器11と、三角波発振器12を兼
用して一つの電流制御系を構成するので従来方法で懸念
されていた制御系の干渉の問題が生じることがない。以
上、電磁石の電流を制御する実施例について示したが、
本発明は電磁石の代わりにサーボモータのステータに供
給する電流を制御する場合にも適用することができる。
図3は、モータの固定子16に巻回されたコイルを示す
図である。この図において、各コイルの端子a1
2 、a3 、a4 はそれぞれ図1と同じ端子を表してい
る。他のコイル端子b1 〜b4 、c1 〜c4 も図1と同
様の回路に接続される。各コイルに流れる電流をたとえ
ば、120°位相のずれた電流指令で各相の電流を制御
すればモータの回転子17を回転させうる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a first switching element and 2 is a second switching element.
Switching element, 3 is a first diode, 4 is a second diode
, 5 is the first shunt resistor for current detection,
6 is a second shunt resistor for current detection, 72 is an electromagnet of a load having an inductance, 8 is a differential amplifier for current detection, 9 is a comparator, 10 is a phase controller, 11 is a second comparator, Reference numeral 12 is a triangular wave oscillator, and 13 is a gate driver. In the first switching element 1, one of the three terminals is connected to the (+) side of the main circuit power supply and the other terminal is connected to the cathode of the first diode 3 whose anode is connected to the (-) side of the main circuit power supply. It is connected. In the second switching element 2, one of the three terminals is connected to the anode of the second diode 4 whose cathode is connected to the (+) side of the main circuit power supply, and the other terminal is connected to the (-) of the main circuit power supply. Has been done. Electromagnet 72
Is wound with two coils, one of the two coils has one end connected to the ground through the first shunt resistor 5, and the other end has the first switching element 1
And the first diode 3 are connected to each other, one end of the other coil is connected to the ground through the second shunt resistor 6, and the other end is connected to the second diode 4
And the contact of the second switching element 2 are connected.
The two coils of the electromagnet 72 are wound so that the direction in which current flows from one coil to the first shunt resistor 5 is the same as the direction in which current flows from the second shunt resistor 6 to the other coil. Has been done. One coil of the electromagnet 72 and the contact point of the first shunt resistor 5 and the other coil of the electromagnet 72 and the contact point of the second shunt resistor 6 are respectively connected to two inputs of the differential amplifier 8. . One of the two inputs of the comparator 9 is a current command input,
The other is the output of the operational amplifier 8, and the output of the comparator 9 is input to the phase controller 10. One input of the second comparator 11 is the output of the phase controller 10, and the other input is the output of the triangular wave oscillator 12. The input of the gate driver 13 is connected to the output of the comparator 11, one of the two outputs is connected to the gate of the first switching element 1 and the other is connected to the gate of the second switching element 2. ing. In such a configuration, when the main circuit current detected by the differential amplifier 8, that is, the current of the electromagnet 72 is smaller than the current command input of the comparator 9, the phase controller 1
0 works to increase the output signal. The second comparator 11 receiving this signal compares it with the signal of the triangular wave oscillator 12 to generate a pulse train signal and sends a command to the gate driver 13. In response to this, the switching elements 1 and 2 are repeatedly turned on and off. Here, the direction in which the current flows from the marked terminals of the two coils of the electromagnet 72 to the coils is defined as the positive direction. When the switching elements 1 and 2 are turned on, the current flowing through the electromagnet 72 increases, and when the switching elements 1 and 2 are turned off, the current flowing through the electromagnet 72 decreases. As the output of the phase controller 10 increases, the probability of turning on increases, so that the current flowing through the electromagnet 72 increases on average. On the other hand, when the main circuit current detected by the differential amplifier 8 is larger than the current command input to the comparator 9, the phase controller 10 works to reduce the output signal. The second comparator 11 receiving this signal compares it with the signal of the triangular wave oscillator 12 to generate a pulse train signal and sends a command to the gate driver 13. In response to this, the switching elements 1 and 2 are repeatedly turned on and off. When it is on, all the currents flowing through the electromagnet 72 increase, and when it is off, all the currents flowing through the electromagnet 72 decrease. When the output of the phase controller 10 becomes small, the probability of being on becomes low, so that the currents flowing through the electromagnets 72 all decrease on average. In this way, the switching elements 1, 2
Is repeatedly turned on and off, the current of the electromagnet 72 has a ripple of a triangular wave, but on average, the current is controlled by following the current command input to the comparator 9. One way to improve the responsiveness of this current control is to reduce the inductance of the electromagnet 7, but if the inductance is reduced, the current ripple increases, so the triangular wave oscillator 12
Increase the oscillation frequency of to reduce the ripple. At this time, even if the operations of the two switching elements 1 and 2 are slightly deviated from each other, since the main circuit including each coil is separate, the same operation as above does not occur and no problem occurs. For example, when the two switching elements 1 and 2 are turned on and the currents of the two coils of the electromagnet 72 are increasing, the current of the switching element 1 stops flowing when only the switching element 1 is turned off. From the (-) side to the ground through the first diode 3 and the coil and the first shunt resistor 5, and the current decreases. Further, when the two switching elements 1 and 2 are off and the currents of the two coils of the electromagnet 72 are decreasing, if only the first switching element 1 is on, from the (−) side of the main circuit power supply until then. First
The current that has flowed to the ground through the diode 3 and the coil and the first shunt resistor 5 is reduced instead of flowing from the first switching element 1 through the coil and the first shunt resistor 5. Begins to increase. When the two switching elements 1 and 2 are on and the currents of the two coils of the electromagnet 72 are increasing, only when the second switching element 2 is off, and when the two switching elements 1 and 2 are off, the electromagnet is off. When only the second switching element 2 is turned on when the currents of the two coils of 72 are decreasing, the same operation as above is performed in any of the cases.
Therefore, it is not necessary to strictly adjust the gate driver 13 and increase the synchronization between the two switching elements 1 and 2 as the oscillation frequency of the triangular wave oscillator 12 is increased.
Further, when increasing the capacity of the electromagnet 72, a plurality of electromagnet coil groups are provided, each of which constitutes a main circuit similar to that of FIG. 1, and the signal of the gate driver 13 is shared as the gate signal of the added switching element. The total current can be detected by adding a current detection differential amplifier and adding signals from the same number of differential amplifiers as the coil set. FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. Each coil has the same number of turns, and when the switching element 1a is on, a positive DC power source (+) → 1a → coil → shunt 5 →
It flows to GND (ground), and when switched off, negative DC power supply (-) → diode 3 → coil → shunt 5 → GND
It flows with (ground). Therefore, since (+) and (-) only supply current, the average current of each becomes 1/2 of the coil average current. When the number of coils having the same structure is increased, the (+) and (−) capacities also increase accordingly. Half the switching period (ie half the total time) is because the flywheel current is pumping up the power supply,
Conventionally, it is regenerated to the same (+), but in the present invention,
The switching element 2a connected to (-) has the same function. GND when 2a turns on
→ shunt 6 → coil → 2a → (-) flow, and when turned off, GND → shunt 6 → coil → diode 4 →
Since the current flows to (+) and (+) and (-) only flow in current, the currents that were only supplied when 1a is turned on and off are summed up. Therefore, even if a current flows through the two coils, the (+) and (-) currents become zero on average, and the power supply can have a small capacity. When the capacity is increased, the same rise (that is, the same frequency characteristic) can be maintained by increasing the number of coil turns and simultaneously increasing the voltage according to the number of turns, but a large capacity switching element is required. With large capacity, the frequency characteristics are generally poor, and there are restrictions. Therefore, as in the present invention, a switching element connected to (+) and a switching element connected to (-) are paired. When the capacity is increased, the capacity of the power supply can be minimized by increasing the capacity in pairs so that the supply and inflow of the (+) and (-) currents are balanced. Thus, the comparator 9, which is a main part of the current control circuit, the phase controller 10, the second comparator 11, and the triangular wave oscillator 12 are combined to form one current control system, which is a concern in the conventional method. The problem of control system interference does not occur. The above is an example of controlling the current of the electromagnet.
The present invention can be applied to the case of controlling the current supplied to the stator of the servo motor instead of the electromagnet.
FIG. 3 is a diagram showing a coil wound around the stator 16 of the motor. In this figure, the terminal a 1 of each coil,
a 2 , a 3 and a 4 respectively represent the same terminals as in FIG. The other coil terminals b 1 to b 4 and c 1 to c 4 are also connected to the same circuit as in FIG. For example, if the currents flowing in the respective coils are controlled by current commands with a 120 ° phase shift, the rotor 17 of the motor can be rotated.

【0007】[0007]

【発明の効果】本発明によれば、スイッチング素子のゲ
ート信号をスイッチング素子の動特性に合わせて厳しく
調整することなくスイッチング形電流制御回路のキャリ
ア周波数をあげて性能を向上することができ、スイッチ
ング素子の容量を上げることなくコイルの巻数を増やし
対応する主回路と差動増幅器を追加するだけで負荷の容
量、及び電流制御回路の容量を上げることができ、磁気
軸受、磁気浮上装置、或いは産業用サーボモータの性能
を向上する効果がある。
According to the present invention, the performance can be improved by raising the carrier frequency of the switching type current control circuit without strictly adjusting the gate signal of the switching element according to the dynamic characteristics of the switching element. The load capacity and the current control circuit capacity can be increased simply by increasing the number of coil turns and adding a corresponding main circuit and differential amplifier without increasing the element capacity. Has the effect of improving the performance of the servo motor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】モータの固定子に巻回されたコイルを示す図。FIG. 3 is a diagram showing a coil wound around a stator of a motor.

【図4】従来の電流制御回路の実施例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a conventional current control circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1のスイッチング素子 2 第2のスイッチング素子 1a、2a、1b、2b スイッチング素子 3 第1のダイオード 4 第2のダイオード 5 第1の電流検出用シャント抵抗 6 第2の電流検出用シャント抵抗 7、72 電磁石 8 電流検出用差動増幅器 9 比較器 10 位相制御器 11 第2の比較器 12 三角波発振器 13 ゲートドライバ 14 正の直流電源 15 負の直流電源 16 固定子 17 回転子 1 1st switching element 2 2nd switching element 1a, 2a, 1b, 2b Switching element 3 1st diode 4 2nd diode 5 1st current detection shunt resistance 6 2nd current detection shunt resistance 7 , 72 Electromagnet 8 Current detection differential amplifier 9 Comparator 10 Phase controller 11 Second comparator 12 Triangular wave oscillator 13 Gate driver 14 Positive DC power supply 15 Negative DC power supply 16 Stator 17 Rotor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発生する磁束が同方向になるように磁気
結合された一組の第1、第2のコイルを備え、該第1の
コイルの一端が、第1のスイッチング素子の一端と第1
のダイオードのカソードとの接続点に接続され、前記第
1のコイルの他端が第1の電流検出器を介して接地さ
れ、前記第1のスイッチング素子の他端が正の直流電源
に接続され、前記第1のダイオードのアノードが負の直
流電源に接続されるとともに、前記第2のコイルの一端
が、第2のスイッチング素子の一端と第2のダイオード
のアノードとの接続点に接続され、前記第2のコイルの
他端が第2の電流検出器を介して接地され、前記第2の
スイッチング素子の他端が前記負の直流電源に接続さ
れ、前記第2のダイオードのカソードが前記正の直流電
源に接続され、前記第1、第2のコイルの検出電流を入
力する差動増幅器と、該差動増幅器の出力と電流指令と
の偏差に応じてデューティの変わる出力パルスを前記第
1、第2のスイッチング素子のゲート端子に印加するゲ
ートドライバとを備えたことを特徴とする電流制御回
路。
1. A pair of first and second coils that are magnetically coupled so that generated magnetic fluxes are in the same direction, and one end of the first coil is connected to one end of the first switching element. 1
Connected to the cathode of the diode, the other end of the first coil is grounded via the first current detector, and the other end of the first switching element is connected to a positive DC power supply. , The anode of the first diode is connected to a negative DC power source, and one end of the second coil is connected to a connection point between one end of the second switching element and the anode of the second diode, The other end of the second coil is grounded via a second current detector, the other end of the second switching element is connected to the negative DC power supply, and the cathode of the second diode is the positive electrode. Differential amplifier connected to the DC power supply of the first and second coils and inputting the detection currents of the first and second coils, and the output pulse whose duty changes according to the deviation between the output of the differential amplifier and the current command. , The second switchon Current control circuit, characterized in that a gate driver for applying to the gate terminal of the device.
【請求項2】 前記第1、第2のコイル、第1、第2の
スイッチング素子、第1、第2の電流検出器および前記
第1、第2のダイオードをそれぞれ同じ複数個備え、前
記正の直流電源を前記複数の第1のスイッチング素子お
よび複数の第2のダイオードに、前記負の直流電源を前
記複数の第2のスイッチング素子および複数の第1のダ
イオードにそれぞれ共通に接続し、前記複数の第1、第
2のスイッチング素子のゲート端子に接続されたゲート
ドライバと、前記複数の第1、第2のコイルの検出電流
を入力する差動増幅器とを備えたことを特徴とする電流
制御回路。
2. The positive and second coils, the first and second switching elements, the first and second current detectors, and the first and second diodes are provided in the same number, respectively, A common DC power supply to the plurality of first switching elements and a plurality of second diodes, and a negative DC power supply to the plurality of second switching elements and a plurality of first diodes, respectively. A current comprising: a gate driver connected to the gate terminals of the plurality of first and second switching elements; and a differential amplifier for inputting the detection current of the plurality of first and second coils. Control circuit.
【請求項3】 電動機の固定子に各相ごとに巻回された
前記第1、第2のコイルと、各相ごとに設けられ、前記
第1、第2のスイッチング素子を駆動するゲートドライ
バと、前記第1、第2のコイルの検出電流を入力する各
相ごとに設けられた差動増幅器とを備え、各相ごとに電
流指令と前記差動増幅器の出力との偏差に応じて前記ゲ
ートドライバを駆動することを特徴とする電流制御回
路。
3. The first and second coils wound around a stator of an electric motor for each phase, and a gate driver which is provided for each phase and drives the first and second switching elements. , A differential amplifier provided for each phase for inputting the detected currents of the first and second coils, and the gate according to the deviation between the current command and the output of the differential amplifier for each phase. A current control circuit characterized by driving a driver.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4110648A1 (en) * 1990-03-29 1991-10-02 Aisin Seiki WIPER WITH CHANGEABLE ARM PRESSURE
JP2003013954A (en) * 2001-06-28 2003-01-15 Boc Edwards Technologies Ltd Excitation circuit of magnetic bearing and turbo- molecular pump unit
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