JPH06261580A - ３値出力パルス幅変調制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルス幅変調出力を３値出力にすることによ
り、外付部品を無くしてコストを低くし、より高性能な
電流モーターのサーボ特性を発揮させる。 【構成】 被制御用の電流コントロールＤＣモーターの
回転速度を検出する速度検出器２１と、該検出器２１か
らの出力に応じたパルス幅のパルスを発生するパルス幅
変調出力波発生回路とを備え、該パルス幅変調出力波に
よってＤＣモーターを定速制御するパルス幅変調制御装
置において、前記パルス幅変調出力波発生回路として、
前記速度検出器２１からの出力に応じて、ハイレベル
（５Ｖ），ミドルレベル（２．５Ｖ），ローレベル（０
Ｖ）の３値のパルス幅変調出力波を発生する３値出力手
段を備えたことを特徴とする３値出力パルス幅変調制御
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電流コントロールＤＣ
モーターをパルス幅変調出力制御によって定速制御する
方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のパルス幅変調制御装置の例を図５
乃至図１６とともに説明する。

【０００３】はじめに、図１０乃至図１６を用いて電圧
コントロール駆動システムによるモーター制御装置の従
来例を説明する。

【０００４】図１３において、３０は制御される対象で
あるＤＣモーターであり、回転速度検出器を有し、図１
０に示すような回転速度検出信号ＦＧを出力している。
５０は制御ＩＣであり、後に詳細に説明するように回転
速度検出信号ＦＧを受けてその周期を測定し、正規の回
転からのエラー（誤差）分を算出してエラー量に応じた
デューティ比をもつパルス幅変調出力として出力するも
のである。４０は平滑回路であり、制御ＩＣ５０よりの
パルス幅変調出力を平滑してエラー量に応じたＤＣ電圧
を作る。

【０００５】ＤＣモーター３０からの回転速度検出信号
ＦＧは、図１０に示すような形で得られる。図はＤＣモ
ーター３０が規定の速度で回転している時の状況を示し
ており、この時の回転速度検出信号ＦＧの周期が６００
Ｈｚであることを示している。

【０００６】この回転速度検出信号ＦＧの周期の測定
は、制御ＩＣ５０内に設けられたパルス幅変調出力カウ
ンターによって信号ＦＧの一周期内でのカウンタークロ
ックの数をカウントすることによってなされる。

【０００７】図１０に示すとおり、ＤＣモーター３０が
規定の速さで回転している時には、カウント値ＮＳが得
られ、それよりも速い速度で回転している時には、より
低いカウント値ＮＬが、それよりも遅い速度で回転して
いる時には、より高いカウント値ＮＨがカウントされる
ことになる。

【０００８】制御ＩＣ５０内のパルス幅変調出力カウン
ターをカウンタークロック３．５８／２ＭＨｚ，誤差出
力ビット数１０ビットで動作させた場合、図１１のよう
な傾きとなり、正常速度の場合ｂ点（ＮＳ）の値「１０
００００００００」がメモリーにラッチされ、デューテ
ィ比５０％のパルス幅変調波が出力される。

【０００９】速度が速い場合は（例えばａ点）、デュー
ティ比の小さい（＜５０％）パルス幅変調波が出力され
平滑回路にて平滑され結果的にＤＣ電圧が下がることと
なりモーターの速度が遅くなるように制御される。速度
が遅い場合は（例えばｃ点）、速い場合と逆にデューテ
ィ比の大きい（＞５０％）パルス幅変調波が出力され
る，ように制御される。

【００１０】前記ａ点、ｂ点、ｃ点における各パルス幅
変調波形を図１２に示す。このような回転速度検出信号
ＦＧの場合、図１３に示した様な電圧コントロールＤＣ
モーターの場合にはサーボ等の動作的な問題は無いが、
図示しないモーター駆動ＩＣ内にバッファを必要とし、
部品コストが大きくなることより、実際に製品化される
モーター部にはコストの低減できる電流コントロールモ
ーターが取り入れられる方が多かった。しかし、電流コ
ントロールの場合には、以下に述べるような問題が発生
していた。

【００１１】この問題点を図５乃至図９を用いて説明す
る。

【００１２】図７乃至図９に一例として電流コントロー
ルモーターのモーター側入力段の等価回路及び入出力特
性を示す。図から分かるようにモーターの入力段はトラ
ンジスタ及びダイオードで構成されており動作点はＶBE
＋ＶD＝１．２５Ｖ（ＶBE：Ｔｒ１のベース，エミッタ
間電圧，ＶD：ダイオードＤ１の両端間電圧）で動作す
る。

【００１３】図７のサーボ回路３１はＲ１に流れる電流
を一定となるように動作するサーボ回路である。このよ
うな電流コントロールモーターを図１３と同様な方法で
制御した場合パルス幅変調出力が５Ｖであり、かつ、モ
ーター自身の動作点が図８に示した様に１．２５Ｖ（も
ともと電流駆動であるが見掛け上１．２５Ｖが動作点と
なる）の為、図９の様にデューティ比が２５％（１．２
５Ｖ／５Ｖ＝０．２５）でサーボがかかりダイナミック
レンジの減少（デューティ比変化分の縮小）が起こる。

【００１４】このため、従来の回路はエラーアンプを設
けている。図５はこの例を示すものであり、制御ＩＣ１
のパルス幅変調（ＰＷＭ）出力端２に抵抗Ｒ１の一端を
接続し、該抵抗Ｒ１の他端にコンデンサーＣ１と抵抗Ｒ
２とを接続し、該コンデンサーＣ１の他端をアース３に
接地し、該抵抗Ｒ２の他端にエラーアンプ４の＋入力端
子５を接続している。

【００１５】該エラーアンプ４の−入力端子６と２．５
Ｖバイアス電圧間には抵抗Ｒ３が接続されており、また
該エラーアンプ４の−入力端子と該エラーアンプの出力
端子７間を抵抗Ｒ４とコンデンサーＣ２が並列に接続さ
れている。

【００１６】また該エラーアンプ４の出力端子７には抵
抗Ｒ５が接続されており、該抵抗Ｒ５の他端は電流コン
トロールモーター回路８の入力端子９に接続されてい
る。該入力端子９とトランジスタＴｒ１のベースＴｒ１
ｂが接続され、該トランジスタＴｒ１のエミッタＴｒ１
ｅには抵抗Ｒ６が接続され、該抵抗Ｒ６の他端にはダイ
オードＤ１が接続されその先に抵抗Ｒ７がありその先端
はアースに接している。該トランジスタＴｒ１のコレク
タＴｒ１ｃには図示されないモーター部が接続される。

【００１７】また、上記電流コントロールモーター回路
にはモーターの回転状態を出力するＦＧ出力端子１０が
あり、該ＦＧ出力端子１０からの信号が前記制御ＩＣ１
に入力されるように構成されてなるものである。

【００１８】次に、この従来のパルス幅変調制御装置の
動作について説明すると、上記従来の回路では図５に示
すように前述の−入力端子に２．５Ｖ電圧を接続したエ
ラーアンプ４を追加している。このため図５から分かる
ようにオペアンプ（エラーアンプ）４が２．５Ｖでバイ
アスされることとなり、オペアンプの特性上（イマジナ
リアース）オペアンプへの入力電圧は２．５Ｖとなり、
従ってパルス幅変調出力は図６に示すようにデューティ
比５０％を中心に動作することとなる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成した
パルス幅変調制御装置では、電流コントロールモーター
を制御する場合エラーアンプとして使用するためのオペ
アンプが必要であり、またエラーアンプのゲイン設定に
よっては、例えばエラーアンプが２４ｄＢ（２^４（１６
倍））の場合に誤差出力１０ｂｉｔカウンターの下位４
ｂｉｔが無視されることになり誤差に対する制御が粗く
なり、パルス幅変調出力の下位ビットが無視されること
によって、誤差データをより活用することができなくな
る。

【００２０】また、外付部品が必要であるためにコスト
が高くなり、また、下位ビットを無視することにより正
確な制御ができないという問題があった。

【００２１】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものでありパルス幅変調出力を３値出力にすることによ
り、外付部品を無くしてコストを低くし、より高性能な
モーターのサーボ特性を発揮させることができる３値出
力パルス幅変調制御装置を提供することを目的としてい
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のパルス幅変調制御方法及び装置は、パルス
幅変調出力をハイレベル、ミドルレベル、ローレベルの
３値出力によって定速制御を行うことを特徴とするもの
である。

【００２３】また、パルス幅変調出力波発生回路とし
て、速度検出器からの出力に応じて、ハイレベル，ミド
ルレベル，ローレベルの３値のパルス幅変調出力波を発
生する３値出力手段を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００２４】

【作用】上記のように構成された３値出力パルス幅変調
制御装置は、ハイレベル、ミドルレベル、ローレベルの
３値出力によって定速制御を行うことを特徴とする３値
出力手段によってパルス幅変調出力をしているので、モ
ーターの起動時には利得を稼ぐためにハイレベルを出力
しモーターの回転状態が定常状態に近づくとミドル及び
ローレベルのパルス幅変調出力に切り換えるように働く
ので、より高性能なＤＣモーターのサーボ特性を発揮さ
せることが可能となり、また外付部品を無くしてコスト
を低くすることが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の３値出力パルス幅変調制御装
置の一実施例を図１乃至図４とともに説明するが、従来
例と同一部分は同一符号を付し説明する。

【００２６】図１は、本発明の３値出力パルス幅変調制
御装置の一実施例の主要回路図であり、図４は、本発明
の３値出力パルス幅変調制御装置の一実施例の制御ＩＣ
内部の等価回路図である。図１及び図４に示すように、
本発明による３値出力パルス幅変調制御装置は、制御Ｉ
Ｃ１１のパルス幅変調（ＰＷＭ）出力端１２に抵抗Ｒ１
１の一端が接続されており、該抵抗Ｒ１１の他端にはコ
ンデンサーＣ１１と抵抗Ｒ１２とが接続され該コンデン
サーＣ１１の他端はアース１３に接地され該抵抗Ｒ１２
の他端は電流コントロールモーター回路１４の入力端子
１５に接続されている。更に該入力端子１５とトランジ
スタＴｒ１１のベースＴｒ１１ｂが接続され、該トラン
ジスタＴｒ１１のエミッタＴｒ１１ｅには抵抗Ｒ１６が
接続され、該抵抗Ｒ１６の他端にはダイオードＤ１１が
接続されその先端に抵抗Ｒ１７があり、その先端はアー
ス１６に接している。該トランジスタＴｒ１１のコレク
タＴｒ１１ｃには図示されないモーター部及び入力端子
１５に接続される。

【００２７】また、上記電流コントロールモーター回路
１４にはモーターの回転状態を出力するＦＧ出力端子１
０があり、該ＦＧ出力端子１０からの信号が前記制御Ｉ
Ｃ１１のＦＧ入力端子２０に入力される。

【００２８】上記制御ＩＣ１１の（３値出力手段であ
る）等価回路は、ＦＧ入力端子２０が速度検出器である
ＦＧ計測回路２１と接続されており、該ＦＧ計測回路２
１の出力部が２２から１１までに示されるパルス幅変調
出力波回路内のトランジスタ制御回路２２の入力部と接
続され、該トランジスタ制御回路２２にある２つの端子
２２ａ，２２ｂがそれぞれトランジスタＴｒ２１，Ｔｒ
２２のベースと接続されている。トランジスタＴｒ２１
のエミッタＴｒ２１ｅとトランジスタ２２のコレクタＴ
ｒ２２ｃは共通接点よりライン２３を介してパルス幅変
調出力端１２に接続される。またライン２３上に抵抗Ｒ
１８を介して接地され、同じくライン２３上に抵抗Ｒ１
９を介してトランジスタＴｒ２１のコレクタＴｒ２１ｃ
に接続される。

【００２９】尚、上記構成においてトランジスタＴｒ２
１のコレクタＴｒには５Ｖの電圧がかけられてなるもの
である。

【００３０】また、ＦＧ計測回路２１は図１１で説明し
たものと同様の方法により、ＦＧ信号の周期を検出し、
トランジスタ制御回路２２に出力する。トランジスタ制
御回路２２ではＦＧ信号の周期に基づきトランジスタＴ
ｒ２１及びＴｒ２２をそれぞれＯＮ／ＯＦＦ動作させ
る。

【００３１】次に上記のように構成した本発明の３値出
力パルス幅変調制御装置の動作について図１乃至図４と
ともに説明する。

【００３２】図１に示すような動作点１．２５Ｖの電流
コントロールモーター（一般に市販されている電流コン
トロール用モータードライバーＩＣはＶＢＥ＋ＶD：約
１．２５Ｖ動作点のものがほとんどである。）を直接パ
ルス幅変調制御するためには、制御ＩＣ１１は起動時に
は利得を稼ぐためにハイレベル（Ｈ）を出力し（図
２）、モーターの回転状態が定常状態に近づくと（例え
ば目標定速制御の±５％に入った場合）ミドルレベル
（Ｍ）の２．５Ｖパルス幅変調出力（図３）に出力を切
り換えてデューティ比５０％でモーターをダイレクトド
ライブする。

【００３３】ここで、目標定速制御の説明をする。

【００３４】例えば、目標周波数が６００Ｈｚであると
すると、図１で示したモーターより出力される回転速度
検出信号ＦＧを制御ＩＣ１１で計測し（計測の仕方は図
１１と同様である）、出力が６００Ｈｚ：誤差５％（５
７０Ｈｚ〜６３０Ｈｚ）の回転速度検出信号ＦＧの周期
になったらパルス幅変調出力Ｍ〜Ｌ（２．５Ｖ，０Ｖ）
に切り換える。

【００３５】さらに詳しく説明すると、図４にパルス幅
変調出力の等価回路を示すように、回転速度検出信号Ｆ
Ｇの周期（周波数）が目標の±５％（実際には９５％に
達するまで）に入るまではトランジスタ制御回路２２が
トランジスタＴｒ２１はＯＮ動作を、トランジスタ２２
はＯＦＦ動作をしてパルス幅変調出力端子からは一定の
電圧であるＨ電圧（５Ｖ）が出力されるように制御し
（図２）、目標周波数の±５％に入ると、上記トランジ
スタ制御回路２２は該トランジスタＴｒ２１をＯＦＦ
に、トランジスタＴｒ２２をＯＮ／ＯＦＦ動作するよう
に制御する。したがって、パルス幅変調の出力はＭ電圧
（２．５Ｖ）〜Ｌ電圧（０Ｖ）のパルス波（図３）にな
る。

【００３６】これにより、電流駆動モーターの動作点で
ある１．２５Ｖをデューティ比５０％のパルス幅変調出
力（２．５／２Ｖ）として、モーターコントロールでき
る。

【００３７】ただし次の点に注意が必要である。

【００３８】制御ＩＣの誤差により誤差出力用カウンタ
ービット数及びクロックを前記したように（カウンター
クロック：３．５８／２ＭＨｚ，ビット数：１０ｂｉ
ｔ）でパルス幅変調出力電圧を２．５Ｖに変更した場
合、変換ゲインが低くなってしまうため、

【００３９】

【数式１】

【００４０】より、パルス幅変調出力電圧： ５Ｖ時は
１４５．６７ｍＶ／％ パルス幅変調出力電圧：２．５Ｖ時は７２．８３ｍＶ／
％となり、制御特性に支障をきたす場合が考えられるの
で、数式１よりカウンタークロックを従来の倍の３．５
８ＭＨｚにする必要がある。

【００４１】

【発明の効果】本発明の３値パルス幅変調制御方法及び
装置は上記のように３値出力手段を備えることにより、
パルス幅変調出力をハイレベル、ミドルレベル、ローレ
ベルの３値出力によって定速制御を行うことを可能とし
ているため、外付け部品点数の削減及びモーターをパル
ス幅変調出力にて直接ドライブすることにより、部品費
用及びその取り付け費を削減することができ、また、よ
り高性能なサーボ特性が得られ、かつモーターの立ち上
がりを高速化することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３値出力パルス幅変調制御装置の一実
施例の主要回路図である。

【図２】本発明の３値出力パルス幅変調制御装置の一実
施例の主要回路図における起動時の出力を示した図であ
る。

【図３】本発明の３値出力パルス幅変調制御装置の一実
施例の主要回路図における定常時のパルス幅変調出力を
示した図である。

【図４】本発明の３値出力パルス幅変調制御装置の一実
施例の制御ＩＣ内部の等価回路図である。

【図５】従来のパルス幅変調制御装置の一実施例の主要
回路図を示した図である。

【図６】従来のパルス幅変調制御装置の一実施例の主要
回路図におけるパルス幅変調出力を示した図である。

【図７】電流コントロールモーターのモーター側入力段
の等価回路を示した図である。

【図８】電流コントロールモーターのモーター側入力段
の入出力特性を示した図である。

【図９】電流コントロールモーターのモーター側入力段
の定速時のパルス幅変調波形を示した図である。

【図１０】モーターの制御原理を示した図である。

【図１１】図１０中の仮想台形波形の拡大図である。

【図１２】仮想台形波中の各点のパルス幅変調波形を示
した図である。

【図１３】電圧コントロールモーター駆動装置の主要回
路図である。

【図１４】電圧コントロールモーター駆動装置の主要回
路図におけるパルス幅変調出力を示した図である。

【図１５】電圧コントロールモーター駆動装置の主要回
路図におけるモーター側入力段のパルス幅変調波形を示
した図である。

【図１６】電圧コントロールモーターのモーター側入力
段の入出力特性を示した図である。

【符号の説明】

１ 制御ＩＣ ２ パルス幅変調出力端 ３ アース ４ エラーアンプ ５ エラーアンプ＋入力端子 ６ エラーアンプ−入力端子 ７ エラーアンプ出力端子 ８ 電流コントロールモーター回路 ９ 電流コントロールモーター回路入力端子 １０ ＦＧ出力端子 １１ 制御ＩＣ １２ パルス幅変調出力端 １３ アース １４ 電流コントロールモーター回路 １５ 電流コントロールモーター回路入力端子 １６ アース ２０ ＦＧ入力端子 ２１ ＦＧ計測回路 ２２ トランジスタ制御回路 ２３ ライン ３０ モーターユニット ３１ サーボ回路 ４０ 平滑回路 ５０ 制御ＩＣ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流コントロールＤＣモーターをパルス
   幅変調出力制御によって定速制御する方法であって、前
   記パルス幅変調出力をハイレベル、ミドルレベル、ロー
   レベルの３値出力によって定速制御を行うことを特徴と
   する３値出力パルス幅変調制御方法。
2. 【請求項２】 被制御用の電流コントロールＤＣモータ
   ーの回転速度を検出する速度検出器と、該検出器からの
   出力に応じたパルス幅のパルスを発生するパルス幅変調
   出力波発生回路とを備え、該パルス幅変調出力波によっ
   てＤＣモーターを定速制御するパルス幅変調制御装置に
   おいて、 前記パルス幅変調出力波発生回路として、前記速度検出
   器からの出力に応じて、ハイレベル，ミドルレベル，ロ
   ーレベルの３値のパルス幅変調出力波を発生する３値出
   力手段を備えたことを特徴とする３値出力パルス幅変調
   制御装置。