JPH07202590A - リニア−ｐｗｍハイブリッド増幅器 - Google Patents
リニア−ｐｗｍハイブリッド増幅器Info
- Publication number
- JPH07202590A JPH07202590A JP5338284A JP33828493A JPH07202590A JP H07202590 A JPH07202590 A JP H07202590A JP 5338284 A JP5338284 A JP 5338284A JP 33828493 A JP33828493 A JP 33828493A JP H07202590 A JPH07202590 A JP H07202590A
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- JP
- Japan
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- linear
- amplifier
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- power
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電力変換器において、ＰＷＭ方式とリニア方
式のそれぞれの特徴を有効に結び付けて、低損失、高精
度、高応答性を向上させる。 【構成】 サーボモータ等を駆動する電力変換器におい
て、電圧の異なる２系統の電源１５，１６、１３，１４
を備え、低電圧側の電源１３，１４をリニア増幅器の正
側及び負側電源端子に接続し、高電圧側の電源１５，１
６を前記リニア増幅器の出力素子の正側及び負側にそれ
ぞれ接続されたＰＷＭ用スイッチング素子１，２に接続
したリニア−ＰＷＭハイブリッド増幅器。 【効果】 電流指令等の入力電圧信号に応じてリニア増
幅器モードとＰＷＭ増幅器モードとを自動的に切り替え
ることにより、リニア方式の持つ高精度とＰＷＭ方式の
持つ高応答性とを兼ね備えたドライブシステムを構築す
ることができる。
式のそれぞれの特徴を有効に結び付けて、低損失、高精
度、高応答性を向上させる。 【構成】 サーボモータ等を駆動する電力変換器におい
て、電圧の異なる２系統の電源１５，１６、１３，１４
を備え、低電圧側の電源１３，１４をリニア増幅器の正
側及び負側電源端子に接続し、高電圧側の電源１５，１
６を前記リニア増幅器の出力素子の正側及び負側にそれ
ぞれ接続されたＰＷＭ用スイッチング素子１，２に接続
したリニア−ＰＷＭハイブリッド増幅器。 【効果】 電流指令等の入力電圧信号に応じてリニア増
幅器モードとＰＷＭ増幅器モードとを自動的に切り替え
ることにより、リニア方式の持つ高精度とＰＷＭ方式の
持つ高応答性とを兼ね備えたドライブシステムを構築す
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータの駆動装
置やオーディオアンプのような高精度高応答で、かつ低
損失が要求される増幅器に関する。
置やオーディオアンプのような高精度高応答で、かつ低
損失が要求される増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】高い応答性と高効率が要求されるサーボ
ドライブには、一般にＰＷＭ方式の電力変換回路（増幅
器）が用いられるが、極めて高度の位置決め精度や滑ら
かな運転が要求される場合には、ＰＷＭのキャリアに起
因するリップル電流や短絡防止のためのデッドタイムに
起因する不安定現象などにより十分な性能が得られない
ことがある。このような場合には、発生損失が大幅に増
大するという犠牲を払ってリニア形の増幅器を用いてい
る。一方、オーディオ用増幅器では、制御回路の簡易化
と音質重視の見地からリニア形の増幅器が一般的である
が、大規模の拡声装置ではＰＷＭ形（クラスＤ）の増幅
器を用いることもある。
ドライブには、一般にＰＷＭ方式の電力変換回路（増幅
器）が用いられるが、極めて高度の位置決め精度や滑ら
かな運転が要求される場合には、ＰＷＭのキャリアに起
因するリップル電流や短絡防止のためのデッドタイムに
起因する不安定現象などにより十分な性能が得られない
ことがある。このような場合には、発生損失が大幅に増
大するという犠牲を払ってリニア形の増幅器を用いてい
る。一方、オーディオ用増幅器では、制御回路の簡易化
と音質重視の見地からリニア形の増幅器が一般的である
が、大規模の拡声装置ではＰＷＭ形（クラスＤ）の増幅
器を用いることもある。
【０００３】図４は、従来から一般的なサーボドライブ
に用いているＰＷＭ形電力変換回路の構成図（１相分）
および出力波形である。基本動作がスイッチングである
ため高効率の変換回路であるが、波形からも分かるよう
に出力にリップルが生じるので、高精度制御の妨げにな
ることがある。また、素子のターンオフ遅れ時間によっ
て生じるＰ側の素子とＮ側の素子の同時点弧、すなわち
短絡現象を防止するために設けるデッドタイムのため不
安定現象を起こすことがある。
に用いているＰＷＭ形電力変換回路の構成図（１相分）
および出力波形である。基本動作がスイッチングである
ため高効率の変換回路であるが、波形からも分かるよう
に出力にリップルが生じるので、高精度制御の妨げにな
ることがある。また、素子のターンオフ遅れ時間によっ
て生じるＰ側の素子とＮ側の素子の同時点弧、すなわち
短絡現象を防止するために設けるデッドタイムのため不
安定現象を起こすことがある。
【０００４】図５は、比較的小容量で高精度を要求され
る場合に用いられるリニア形増幅器の回路構成図であ
る。上記のようなリップル電流もデッドタイムも存在し
ないので高精度化には適しているものの、電源電圧と出
力電圧との差電圧が半導体素子に印加されるため、その
電圧と出力電流との積が損失となり発熱の原因となる。
特に、低出力電圧、大電流時に損失が大きくなる。両者
の長所を活用する方法として、図４と図５の双方を設け
ておき、運転条件によって切り替える方法が当然考えら
れるが、切り替えのタイミング等の問題で実用的でな
い。図５の回路のままで、大出力が必要な時に素子が飽
和するような高い入力電圧を加えてＰＷＭ動作をさせる
こともできるが、高精度が要求される低速時（低出力電
圧）、停止時の損失低減にはならない。
る場合に用いられるリニア形増幅器の回路構成図であ
る。上記のようなリップル電流もデッドタイムも存在し
ないので高精度化には適しているものの、電源電圧と出
力電圧との差電圧が半導体素子に印加されるため、その
電圧と出力電流との積が損失となり発熱の原因となる。
特に、低出力電圧、大電流時に損失が大きくなる。両者
の長所を活用する方法として、図４と図５の双方を設け
ておき、運転条件によって切り替える方法が当然考えら
れるが、切り替えのタイミング等の問題で実用的でな
い。図５の回路のままで、大出力が必要な時に素子が飽
和するような高い入力電圧を加えてＰＷＭ動作をさせる
こともできるが、高精度が要求される低速時（低出力電
圧）、停止時の損失低減にはならない。
【０００５】特開昭５６−１１４４０７号公報には、共
通の入力電極と出力電極をもったプッシュプル動作する
一対の増幅素子と、前記入力電極に印加された信号に比
例した出力電圧を発生するＰＷＭ型可変電源と、同じく
前記入力電極に印加された信号に比例した出力電圧を発
生するリニア増幅型可変電源とを有し、これらの２つの
可変電源出力を相互に絶縁する手段を介して加算して前
記一対の増幅素子の電源電極に印加し、前記ＰＷＭ型可
変電源の出力電圧を前記リニア増幅型可変電源の出力電
圧より高くした電力増幅器が記載されている。しかしな
がら、前記公報に記載された電力増幅器は、ＰＷＭ型可
変電源とリニア増幅型可変電源が並列的に接続されてお
り、これらの電源を入力信号の周波数によって切り替え
ているために、周波数特性を向上させる効果はあるもの
の、ｄｉ／ｄｔ（応答性）を改善することはできないと
いう問題があった。
通の入力電極と出力電極をもったプッシュプル動作する
一対の増幅素子と、前記入力電極に印加された信号に比
例した出力電圧を発生するＰＷＭ型可変電源と、同じく
前記入力電極に印加された信号に比例した出力電圧を発
生するリニア増幅型可変電源とを有し、これらの２つの
可変電源出力を相互に絶縁する手段を介して加算して前
記一対の増幅素子の電源電極に印加し、前記ＰＷＭ型可
変電源の出力電圧を前記リニア増幅型可変電源の出力電
圧より高くした電力増幅器が記載されている。しかしな
がら、前記公報に記載された電力増幅器は、ＰＷＭ型可
変電源とリニア増幅型可変電源が並列的に接続されてお
り、これらの電源を入力信号の周波数によって切り替え
ているために、周波数特性を向上させる効果はあるもの
の、ｄｉ／ｄｔ（応答性）を改善することはできないと
いう問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決すべき課
題は、ＰＷＭ方式とリニア方式のそれぞれの特徴を有効
に結び付けて、低損失、高精度、高応答性を向上させる
ことにある。
題は、ＰＷＭ方式とリニア方式のそれぞれの特徴を有効
に結び付けて、低損失、高精度、高応答性を向上させる
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のリニア−ＰＷＭハイブリッド増幅器は、サ
ーボモータ等を駆動する電力変換器において、電圧の異
なる２系統の電源を備え、低電圧側の電源をリニア増幅
器の正側及び負側電源端子に接続し、高電圧側の電源を
前記リニア増幅器の出力素子の正側及び負側にそれぞれ
接続されたＰＷＭ用スイッチング素子に接続したもので
ある。
め、本発明のリニア−ＰＷＭハイブリッド増幅器は、サ
ーボモータ等を駆動する電力変換器において、電圧の異
なる２系統の電源を備え、低電圧側の電源をリニア増幅
器の正側及び負側電源端子に接続し、高電圧側の電源を
前記リニア増幅器の出力素子の正側及び負側にそれぞれ
接続されたＰＷＭ用スイッチング素子に接続したもので
ある。
【０００８】
【作用】サーボモータ等を駆動する電力変換器におい
て、比較的低電圧のリニア増幅器の正側・負側電源端子
に比較的高電圧のＰＷＭ用スイッチング素子を接続した
主回路構成にし、出力電圧が小さくてすむ低速運転時や
位置決め停止時にはリニア増幅器を作動させて高精度特
性を実現し、高応答制御や高速運転で高い出力電圧が必
要な場合は、ＰＷＭ回路を作動させることにより、高精
度と高応答を同時に達成する。
て、比較的低電圧のリニア増幅器の正側・負側電源端子
に比較的高電圧のＰＷＭ用スイッチング素子を接続した
主回路構成にし、出力電圧が小さくてすむ低速運転時や
位置決め停止時にはリニア増幅器を作動させて高精度特
性を実現し、高応答制御や高速運転で高い出力電圧が必
要な場合は、ＰＷＭ回路を作動させることにより、高精
度と高応答を同時に達成する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例を参照しな
がら具体的に説明する。図１は本発明実施例の主回路構
成図である。トランジスタ１，２、ダイオード５，６，
９，１０はリニア増幅器を構成している。このリニア増
幅器は、比較的低い電圧Ｐ1 ，Ｎ1 を持った電源１３，
１４から逆流防止ダイオード１１，１２を介して給電さ
れ、入力ＩＮとほぼ同一の電位が出力ＯＵＴに現れ、負
荷器１７に電流を供給する電圧増幅率１の電流増幅器で
ある。電源電圧が低いのでリニア増幅器としては低損失
ですむ。トランジスタ３，４およびダイオード７，８は
ＰＷＭ用のスイッチング回路である。このスイッチング
回路は、比較的高い電圧Ｐ2 ，Ｎ2 を持った電源１５，
１６から給電されている。いま、トランジスタ１が十分
に飽和した状態でトランジスタ３を駆動すると、出力端
子には電源１３と１５の電圧の和であるＰ2 が現れる。
また、同様にトランジスタ２が十分に飽和している状態
でトランジスタ４を駆動すると、出力端子にはＮ2 が得
られる。これらの２つの状態を交互に繰り返すことによ
りＰＷＭ制御を行うことができる。ダイオード５，７お
よび６，８は、誘導性の負荷の場合に遅れ電流を流すた
めのものである。
がら具体的に説明する。図１は本発明実施例の主回路構
成図である。トランジスタ１，２、ダイオード５，６，
９，１０はリニア増幅器を構成している。このリニア増
幅器は、比較的低い電圧Ｐ1 ，Ｎ1 を持った電源１３，
１４から逆流防止ダイオード１１，１２を介して給電さ
れ、入力ＩＮとほぼ同一の電位が出力ＯＵＴに現れ、負
荷器１７に電流を供給する電圧増幅率１の電流増幅器で
ある。電源電圧が低いのでリニア増幅器としては低損失
ですむ。トランジスタ３，４およびダイオード７，８は
ＰＷＭ用のスイッチング回路である。このスイッチング
回路は、比較的高い電圧Ｐ2 ，Ｎ2 を持った電源１５，
１６から給電されている。いま、トランジスタ１が十分
に飽和した状態でトランジスタ３を駆動すると、出力端
子には電源１３と１５の電圧の和であるＰ2 が現れる。
また、同様にトランジスタ２が十分に飽和している状態
でトランジスタ４を駆動すると、出力端子にはＮ2 が得
られる。これらの２つの状態を交互に繰り返すことによ
りＰＷＭ制御を行うことができる。ダイオード５，７お
よび６，８は、誘導性の負荷の場合に遅れ電流を流すた
めのものである。
【００１０】図２（ａ）は、図１の回路を作動させるた
めの制御ブロック図で、電流フィードバック制御を行う
例である。電流指令値ｉref と電流検出器２７で検出し
た実電流ｉfbとを比較器２８で比較し、その差を電流増
幅器２１で増幅し電圧指令値として図１の回路に入力す
る電流フィードバックループを形成している。ＰＷＭの
パルス発生回路２２は図２（ｂ）のような特性を持って
おり、入力電圧の大きさが電源電圧Ｐ1 またはＮ1 以下
であれば出力が出ないようになっている。したがってＰ
1 とＮ1 との間であればＰＷＭ回路は作動せずリニア増
幅器として働く。入力電圧の大きさがＰ1 またはＮ1 を
超えると、正または負のパルス電圧が出力され、トラン
ジスタ３または４を駆動しＰＷＭ増幅器としての動作を
行う。この際、リニア増幅器用トランジスタ１，２の飽
和が解けるのを防ぐために、加算器２３にパルス信号を
加える。図３は電源電圧に対してＰＷＭ動作とリニア動
作との関係を示したものである。すなわち、低い電圧Ｐ
1 〜Ｎ1 の間では本増幅器はリニア動作し、それより高
い電圧Ｐ2 〜Ｐ1 ，Ｎ2 〜Ｎ1 の間ではＰＷＭ動作をす
る。このようにして、比較的低い入力電圧ではリニア増
幅器で微細制御が行われ、大入力に対しては、ＰＷＭ増
幅器による高応答制御が行われる。
めの制御ブロック図で、電流フィードバック制御を行う
例である。電流指令値ｉref と電流検出器２７で検出し
た実電流ｉfbとを比較器２８で比較し、その差を電流増
幅器２１で増幅し電圧指令値として図１の回路に入力す
る電流フィードバックループを形成している。ＰＷＭの
パルス発生回路２２は図２（ｂ）のような特性を持って
おり、入力電圧の大きさが電源電圧Ｐ1 またはＮ1 以下
であれば出力が出ないようになっている。したがってＰ
1 とＮ1 との間であればＰＷＭ回路は作動せずリニア増
幅器として働く。入力電圧の大きさがＰ1 またはＮ1 を
超えると、正または負のパルス電圧が出力され、トラン
ジスタ３または４を駆動しＰＷＭ増幅器としての動作を
行う。この際、リニア増幅器用トランジスタ１，２の飽
和が解けるのを防ぐために、加算器２３にパルス信号を
加える。図３は電源電圧に対してＰＷＭ動作とリニア動
作との関係を示したものである。すなわち、低い電圧Ｐ
1 〜Ｎ1 の間では本増幅器はリニア動作し、それより高
い電圧Ｐ2 〜Ｐ1 ，Ｎ2 〜Ｎ1 の間ではＰＷＭ動作をす
る。このようにして、比較的低い入力電圧ではリニア増
幅器で微細制御が行われ、大入力に対しては、ＰＷＭ増
幅器による高応答制御が行われる。
【００１１】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、電流
指令等の入力電圧信号に応じてリニア増幅器モードとＰ
ＷＭ増幅器モードとを自動的に切り替えることにより、
リニア方式の持つ高精度とＰＷＭ方式の持つ高応答性と
を兼ね備えたドライブシステムを構築することができ
る。また、全範囲リニア方式にする場合に比べて、低損
失、高効率になり、小型化、低コスト化、省エネルギ化
を実現することができる。
指令等の入力電圧信号に応じてリニア増幅器モードとＰ
ＷＭ増幅器モードとを自動的に切り替えることにより、
リニア方式の持つ高精度とＰＷＭ方式の持つ高応答性と
を兼ね備えたドライブシステムを構築することができ
る。また、全範囲リニア方式にする場合に比べて、低損
失、高効率になり、小型化、低コスト化、省エネルギ化
を実現することができる。
【図１】 本発明の実施例を示す回路図である。
【図２】 （ａ）は図１の回路を作動させるための制御
ブロック図である。（ｂ）はＰＷＭのパルス発生回路の
特性図である。
ブロック図である。（ｂ）はＰＷＭのパルス発生回路の
特性図である。
【図３】 電源電圧に対するＰＷＭ動作とリニア動作と
の関係を示した説明図である。
の関係を示した説明図である。
【図４】 一般的なＰＷＭ型電力変換器の回路図であ
る。
る。
【図５】 一般的なリニア型増幅器の回路図である。
１〜４ トランジスタ、５〜１０ ダイオード、１１，
１２ 逆流防止ダイオード、１３〜１６ 電源、１７
負荷器、２１ 電流増幅器、２２ パルス発生回路、２
７ 電流検出器、２８ 比較器
１２ 逆流防止ダイオード、１３〜１６ 電源、１７
負荷器、２１ 電流増幅器、２２ パルス発生回路、２
７ 電流検出器、２８ 比較器
Claims (1)
- 【請求項１】 サーボモータ等を駆動する電力変換器に
おいて、電圧の異なる２系統の電源を備え、低電圧側の
電源をリニア増幅器の正側及び負側電源端子に接続し、
高電圧側の電源を前記リニア増幅器の出力素子の正側及
び負側にそれぞれ接続されたＰＷＭ用スイッチング素子
に接続したことを特徴とするリニア−ＰＷＭハイブリッ
ド増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5338284A JPH07202590A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | リニア−ｐｗｍハイブリッド増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5338284A JPH07202590A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | リニア−ｐｗｍハイブリッド増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07202590A true JPH07202590A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18316683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5338284A Pending JPH07202590A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | リニア−ｐｗｍハイブリッド増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07202590A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6392484B1 (en) | 2000-07-31 | 2002-05-21 | Nikon Corporation | Amplifier with combined pulsed energy output and linear type output |
| JP2008199887A (ja) * | 2007-02-14 | 2008-08-28 | Honeywell Internatl Inc | 効率的な広いダイナミックレンジのコイル駆動用のシステムおよび方法 |
| KR100865609B1 (ko) * | 2001-05-30 | 2008-10-27 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 자기디스크 기억장치 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5338284A patent/JPH07202590A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6392484B1 (en) | 2000-07-31 | 2002-05-21 | Nikon Corporation | Amplifier with combined pulsed energy output and linear type output |
| KR100865609B1 (ko) * | 2001-05-30 | 2008-10-27 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 자기디스크 기억장치 |
| JP2008199887A (ja) * | 2007-02-14 | 2008-08-28 | Honeywell Internatl Inc | 効率的な広いダイナミックレンジのコイル駆動用のシステムおよび方法 |
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