JPH0724471B2 - 4 quadrant controller - Google Patents

4 quadrant controller

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JPH0724471B2
JPH0724471B2 JP61250071A JP25007186A JPH0724471B2 JP H0724471 B2 JPH0724471 B2 JP H0724471B2 JP 61250071 A JP61250071 A JP 61250071A JP 25007186 A JP25007186 A JP 25007186A JP H0724471 B2 JPH0724471 B2 JP H0724471B2
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voltage
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quadrant
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寿一 入江
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は4象限チョッパの制御方式に関し、特に直流電
動機の高速応答、高効率回転、正逆回転制御に適し、イ
ンバータにも容易に応用することができるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a control system for a four-quadrant chopper, and is particularly suitable for high-speed response, high-efficiency rotation and forward / reverse rotation control of a DC motor, and is easily applied to an inverter. Is something that can be done.

<発明の概要> 本発明はトランジスタチョッパ等の直流チョッパを用い
て、直流他励電動機等の逆起電力を持つ負荷を駆動する
場合、負荷電流の連続・不連続、或いは電流正負方向に
かかわらず、負荷の端子電圧の平均値を設定値に保つこ
とができ、且つ設定値を正負にわたって連続的に変化す
る場合も自動的に且つ速やかに負荷の端子電圧の平均値
がこれに追従するいわゆる4象限チョッパの制御方式を
提供するものである。
<Outline of the Invention> The present invention uses a DC chopper such as a transistor chopper to drive a load having a back electromotive force such as a DC separately excited motor, regardless of whether the load current is continuous or discontinuous, or whether the current is positive or negative. The average value of the terminal voltage of the load can be maintained at the set value, and even when the set value continuously changes from positive to negative, the average value of the terminal voltage of the load follows the so-called 4 automatically. It provides a quadrant chopper control method.

<従来の技術> 第12図乃至第19図には、それぞれ従来の第一象限〜第四
象限単独の動作をする4種類のチョッパの回路構成とそ
の特性を示している。ここで負荷となっている電動機M
は、第20図のような等価回路、すなわちインダクタンス
La,抵抗Ra,逆起電力Enの直列回路で表わされるものとす
る。負荷電圧はA端子を正とし、負荷電流はA端子→B
端子の方向を正とする。トランジスタは非常に速い周期
でオンオフし、オン期間の占める割合すなわちデューテ
ィファクタはαで表わす。
<Prior Art> FIGS. 12 to 19 show the circuit configurations and characteristics of four types of choppers that individually operate in the first quadrant to the fourth quadrant, respectively. The electric motor M that is the load here
Is the equivalent circuit shown in Fig. 20, that is, the inductance
It is represented by a series circuit of La, resistance Ra, and back electromotive force En. Load voltage is positive at A terminal, load current is A terminal → B
Make the terminal direction positive. The transistor turns on and off in a very fast cycle, and the ratio of the on period, that is, the duty factor is represented by α.

第12図及び第13図は第一象限チョッパの例である。第12
図はチョッパの構成図、第13図はαが一定での電圧電流
特性である。トランジスタTr1は、1周期のうちαだけ
オンにドライブされ、1-αの期間オフにドライブされ
る。負荷電圧は、オンの期間は直流電源電圧Eに、オ
フの期間はダイオードD2に電流が流れるので0になる。
したがって平均電圧はαEとなる。しかし軽負荷で逆
起電力が大きくなると、電流不連続すなわちオフの期間
中D2に電流が流れ続けないで途中で電流が零となり、逆
起電力が端子に現われる。平均電圧はαEより上昇す
るようになり、αによる電圧制御動性は直線にならな
い。第12図のチョッパでは、αをどのように変えても、
逆起電力がどのように変化しても、負荷電圧および負荷
電流は必ず正であるから、特性の存在範囲は第13図に示
すように第一象限に限られる。
12 and 13 are examples of the first quadrant chopper. 12th
The figure shows the configuration of the chopper, and Fig. 13 shows the voltage-current characteristics when α is constant. The transistor Tr1 is driven on by α in one cycle and is turned off during the period of 1-α. The load voltage becomes 0 because the DC power supply voltage E s is supplied during the ON period and the current flows through the diode D2 during the OFF period.
Therefore, the average voltage is αE s . However, when the back electromotive force becomes large under a light load, the current becomes zero in the middle of the current discontinuity, that is, the current does not continue to flow in D2 during the off period, and the back electromotive force appears at the terminal. The average voltage becomes higher than αE s , and the voltage control dynamics due to α are not linear. In the chopper of Fig. 12, no matter how α is changed,
No matter how the back electromotive force changes, the load voltage and load current are always positive, so the range of characteristics is limited to the first quadrant, as shown in FIG.

第14図及び第15図は第二象限チョッパの例である。トラ
ンジスタTr2がオンのとき、負荷の逆起電力によってLa,
Raを流れる電流‐iが増加し、Tr2がオフの期間に‐
はD1を通じて流れ、電源Eに電力を回生する。逆
起電力Eは電源として動作するので、電動機Mは発電
機として動き、回生制動となる。瞬時電圧vはTr2が
オンのとき0となり、Tr2がオフでD1がオンの期間はE
となる。したがって平均電圧Vは(1-α)Eとな
る。電流が不連続となると、Tr2がオフの期間中D2に電
流が流れ続けないので、オフの間vをEに保つこと
ができず、電流連続のときよりVは小さくなる。平均
電流‐Iは(E‐V)/Rに等しく、αにより任
意の値に制御できる。第二象限チョッパは昇圧チョッパ
と呼ばれ、等価電源Eより高圧の高い等価負荷E
電流を流すことができる。
14 and 15 are examples of the second quadrant chopper. When the transistor Tr2 is on, La,
Current flowing through Ra-I a increases and Tr2 is off-
i a flows through D1 and regenerates power to the power supply E s . Since the counter electromotive force E n operates as a power source, the motor M moves as a generator, the regenerative braking. Instantaneous voltage v a is becomes zero when Tr2 is on, Tr2 is D1 off period of ON E
s . Therefore, the average voltage V a becomes (1-α) E s . When the current becomes discontinuous, the current does not continue to flow in D2 while Tr2 is off, so v a cannot be kept at E s during off, and V a becomes smaller than when current is continuous. The average current −I a is equal to (E n −V a ) / R a , and can be controlled to any value by α. Second quadrant chopper is referred to as step-up chopper, current can be supplied to the high-pressure high equivalent load E S than the equivalent power E n.

第16図及び第17図は第三象限チョッパの例である。電動
機MのA端子を電源負端子に接続し、B端子に第12図の
Tr1,D2と対称的配置されたTr3,D4が同様に動作する。平
均電圧,平均電流共に負の値になり、特性は第17図のよ
うに第三象限に現われる。B端子の電圧が高い方が、グ
ラフの上ではよりマイナスに描かれる。負荷が電動機の
場合は、第一象限とは逆の回転方向に駆動されている。
16 and 17 are examples of the third quadrant chopper. Connect the A terminal of the motor M to the negative terminal of the power supply, and connect the B terminal to the B terminal of FIG.
Tr3 and D4 symmetrically arranged with Tr1 and D2 operate similarly. Both the average voltage and the average current have negative values, and the characteristics appear in the third quadrant as shown in Fig. 17. The higher the voltage of the B terminal, the more negative it is drawn on the graph. When the load is an electric motor, it is driven in the rotation direction opposite to the first quadrant.

第18図及び第19図は第四象限チョッパの例である。トラ
ンジスタTr4とダイオードD3は、第14図のTr2とD1とは対
称形に配置されている。負荷の逆起電力は負で、直流電
動機ならば逆方向に回転している状態にあり、電流は正
方向であるから、電動機の発生トルクは正方向で、電動
機は発電機として動作し、制動されている。電源E
電流はトランジスタTr4がオフのときダイオードD3を通
じて流れ、電力を回生している。すなわち、逆回転回生
制動の昇圧チョッパであり、特性は第19図のようにV
が負、Iが正の第四象限のみで動作する。
18 and 19 are examples of the fourth quadrant chopper. The transistor Tr4 and the diode D3 are arranged symmetrically with Tr2 and D1 in FIG. The back electromotive force of the load is negative, and if it is a DC motor, it is rotating in the opposite direction, and the current is in the positive direction.Therefore, the torque generated by the motor is in the positive direction, and the motor operates as a generator and brakes. Has been done. The current of the power supply E s flows through the diode D3 when the transistor Tr4 is off, regenerating power. That is, a step-up chopper of the reverse rotation regenerative braking characteristic V a as Figure 19
Operates only in the fourth quadrant where is negative and Ia is positive.

1個の負荷たとえば直流他励電動機を1つの直流電源で
4象限にわたって制御する必要がある場合、スイッチン
グ素子はトランジスタTr1〜Tr4,ダイオードD1〜D4を単
相ブリッジインバータ接続し、所定のトランジスタをオ
ンまたはオフまたは所定のデューティファクタでオン・
オフすることによって、4象限のチョッパ制御を行なう
ことができる。
When it is necessary to control a single load, such as a DC separately excited motor, with a single DC power source over four quadrants, the switching element connects transistors Tr1 to Tr4 and diodes D1 to D4 to a single-phase bridge inverter and turns on a predetermined transistor. Or off or on with a predetermined duty factor
By turning off, four-quadrant chopper control can be performed.

従来、直流他励電動機をチョッパによって4象限運転す
るには、その象限で動作すべきかを、回転速度、電流を
測定することによって判断し、第12図乃至第19図の動作
回路に切り換えて、デューティファクタαによって負荷
電圧または負荷電流を制御する方法がとられて来た。
Conventionally, in order to operate a DC separately excited motor in four quadrants by a chopper, it is judged whether or not it should be operated in the quadrant by measuring the rotation speed and the current, and switched to the operation circuit of FIG. 12 to FIG. A method of controlling the load voltage or the load current by the duty factor α has been used.

<発明が解決しようとする問題点> しかし、この方法では次のような欠点がある。<Problems to be Solved by the Invention> However, this method has the following drawbacks.

第一象限と第二象限または第三象限と第四象限で特
性が連続しない。それぞれの象限でαと(1-α)を対応
させても、電流不連続の状態では特性が一致しない。
The characteristics are not continuous in the first and second quadrants or the third and fourth quadrants. Even if α and (1-α) are associated in each quadrant, the characteristics do not match in the state of current discontinuity.

象限によって動作回路を切り換えるとき、短絡回路
を形成したり、異常に電流が増加したりしないように、
一定時間すべてのトランジスタをオフとし、電流の減衰
を持つ必要がある。
When switching the operation circuit by quadrant, to prevent the formation of a short circuit or abnormal current increase,
It is necessary to turn off all transistors for a certain period of time and have a current decay.

このような欠点のために、複数の象限にわたる動作をさ
せると、動作回路切り換えに時間がかかり、速い応答の
動作は望めず、また特性が連続しないので切り換え時に
衝撃があり、円滑な動作、たとえば電動機の正逆転運転
は困難で、そのうえ、回路が複雑であった。
Due to such a drawback, when the operation is performed over a plurality of quadrants, it takes time to switch the operation circuit, a fast response operation cannot be expected, and since the characteristics are not continuous, there is an impact at the time of switching and smooth operation, for example, The forward and reverse operation of the electric motor was difficult, and the circuit was complicated.

その他の方法として、チョッパの1サイクル中に複数の
トランジスタをオンオフさせる駆動法、たとえばTr1とT
r2またはTr3とTr4を交互にオンとする。Tr1とTr4または
Tr2とTr3をそれぞれ同時にオンオフする方法は、電流が
不連続にはならないので直線性のよい制御はできるがオ
ンになるトランジスタを切り換えるときに短時間の短絡
モードが生じたり、負荷に加わる方形波の電圧が大きか
ったりして、電力損失が大きい欠点を有する。
As another method, a driving method for turning on / off a plurality of transistors in one cycle of the chopper, for example, Tr1 and T
Turn on r2 or Tr3 and Tr4 alternately. Tr1 and Tr4 or
The method of turning on and off Tr2 and Tr3 at the same time allows good linearity control because the current does not become discontinuous, but when switching the transistor that turns on, a short-circuit mode occurs for a short time, or a square wave applied to the load is generated. There is a drawback that power loss is large due to large voltage.

<発明の目的> 本発明は、ブリッジ形4象限チョッパの駆動方法に関す
るもので、負荷電圧は象限,電流の連続・不連続に関係
なく設定値に等しくなるので、象限が変っても特性が連
続し、象限切り換え時間は非常に短く、電源短絡の危険
がなく、円滑に動作し得る駆動法を提供するものであ
る。
<Object of the Invention> The present invention relates to a method for driving a bridge type four-quadrant chopper, in which the load voltage is equal to the set value regardless of whether the quadrant or the current is continuous or discontinuous. However, the quadrant switching time is very short, and there is no danger of a power supply short circuit, and a driving method that can operate smoothly is provided.

本発明は2象限チョッパを駆動する「チョッパ制御方
式」特公昭56−2503号公報を発展させて4象限にわたる
動作を可能にするものである。
The present invention develops a "chopper control system" for driving a two-quadrant chopper, which is disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-2503, and enables operation over four quadrants.

<実施例> 第1図は4象限チョッパの構成と、発明の制御方式によ
る駆動回路の実施例を示す。
<Embodiment> FIG. 1 shows the construction of a four-quadrant chopper and an embodiment of a drive circuit according to the control method of the invention.

トランジスタTr1〜Tr4,ダイオードD1〜D4はブリッジを
構成し、端子A,Bの間に負荷電動機を接続する。
The transistors Tr1 to Tr4 and the diodes D1 to D4 form a bridge, and the load motor is connected between the terminals A and B.

第1表は第一象限〜第四象限における通流素子を示して
いる。第一象限ではTr1およびTr4が共にオンのときチョ
ッパはオンとなり、瞬時電圧vはEに等しく、電流
はE‐Tr1-M-Tr4-Eの経路で流れる。チョッパ
オフの回路は2つ可能であって、Tr1がオフとなり、
はM-Tr4-D2-Mに流れるときとTr4がオフで、i
はM-D3-Tr1-Mに流れるときのいずれかで、いずれもv
=0である。Tr4をオンとし、Tr1をオンオフすることで
第12図の回路が形成される。Tr1をオンとし、Tr4をオン
オフしても同様の特性が得られる。
Table 1 shows the flow elements in the first to fourth quadrants. In the first quadrant, when both Tr1 and Tr4 are on, the chopper turns on, the instantaneous voltage v a is equal to E s , and the current i a flows in the path of E s -Tr1-M-Tr4-E s . There are two possible chopper-off circuits, Tr1 is off,
i a is when flowing to M-Tr4-D2-M and when Tr4 is off, i a
In either case flowing through the M-D3-Tr1-M, both v a
= 0. The circuit of FIG. 12 is formed by turning on Tr4 and turning on and off Tr1. Similar characteristics can be obtained by turning on Tr1 and turning off Tr4.

第二象限の動作では、Tr2をオンオフすると、D4には常
に電流が流れ、Tr2とD1には交互に電流が流れるので、
第14図のチョッパ回路が形成される。Tr4はオンにドラ
イブしておいても支障ない。Tr3のみをオンオフしても
同様の特性が得られる。このときはTr1がオンにドライ
ブされていてもよい。
In the operation of the second quadrant, when Tr2 is turned on and off, current always flows in D4, and current flows alternately in Tr2 and D1.
The chopper circuit of FIG. 14 is formed. There is no problem if Tr4 is driven on. Similar characteristics can be obtained by turning on and off only Tr3. At this time, Tr1 may be driven on.

第三象限の動作は、Tr2をオンとし、Tr3をオンオフする
ことで第16図の回路が形成される。Tr3をオンとし、Tr2
をオンオフしても同様の特性が得られる。
In the operation of the third quadrant, the circuit of FIG. 16 is formed by turning Tr2 on and turning Tr3 on and off. Turn on Tr3, Tr2
Similar characteristics can be obtained by turning on and off.

第四象限の動作は、Tr4をオンオフすることで第18図の
回路が形成される。Tr2をオンにしておいてもよいが、
電流はD2を流れるのでTr2には流れない。Tr1のみをオン
オフしても同様の特性が得られる。このときTr3はオン
オフどちらでもよい。
In the operation of the fourth quadrant, the circuit of FIG. 18 is formed by turning Tr4 on and off. You may leave Tr2 on, but
Since the current flows through D2, it does not flow through Tr2. Similar characteristics can be obtained by turning on and off only Tr1. At this time, Tr3 may be on or off.

第1図の4象限チョッパの制御回路は1個の加算積分器
によって負荷端子電圧すなわち端子A,端子Bの電位差と
電圧設定値の差を時間積分し、その積分出力を4つのヒ
ステリシスコンパレータに加える。コンパレータ1〜4
はそれぞれトランジスタTr1〜Tr4にオン・オフ信号を供
給する。4つのコンパレータはEr1〜Er4の電圧によっ
て、あらかじめ入力の動点電圧が違えてある。
The control circuit of the four-quadrant chopper of FIG. 1 time-integrates the load terminal voltage, that is, the difference between the voltage difference between the terminal A and terminal B and the voltage setting value by one adding integrator, and adds the integrated output to the four hysteresis comparators. . Comparator 1-4
Supplies an on / off signal to the transistors Tr1 to Tr4, respectively. The four comparators have different input moving point voltages depending on the voltages of Er1 to Er4.

第2図は第一象限の動作回路を示している。図でコンパ
レータ2〜4の出力は一定でTr2,Tr3はオフにTr4はオン
にドライブされている。第3図は第2図の動作波形を示
している。コンパレータ1の上限はV11で、下限はV
10で表わす。コンパレータ1は入力vがV11以上
のときオンとなり、vがV10以下のときオフとな
る。入力vがV11とV10の間にあるときはコンパ
レータ1は変化しない。加算積分器の出力はR1の電流と
R2の電流の和をコンデンサCに蓄積したものである。式
で表わすと(1)式となる。
FIG. 2 shows an operation circuit in the first quadrant. In the figure, the outputs of the comparators 2 to 4 are constant, and Tr2 and Tr3 are driven off and Tr4 is driven on. FIG. 3 shows the operation waveforms of FIG. The upper limit of the comparator 1 is V c 11, and the lower limit is V c 11.
It is represented by c 10. Comparator 1 is turned ON when the input v c is equal to or higher than V c 11, v c is turned off when the V c 10 below. Comparator 1 does not change when the input v c is between V c 11 and V c 10. The output of the summing integrator is the current of R 1
The sum of the currents of R 2 is stored in the capacitor C. When expressed by a formula, formula (1) is obtained.

(1)式を(2)式のように変形すると ただし、V は電圧設定値 は負荷電圧の瞬時値vと設定値V の誤差を時
間積分したものである。vの傾斜はV ‐vに比
例する。Tr1がオンの期間はvは+Eになってお
り、vはV より大きいのでvは負の傾斜を持っ
ており、初期値はV11である。
If equation (1) is transformed into equation (2), However, V a * is the voltage setting value v c is the time integral of the error between the instantaneous value v a of the load voltage and the set value V a * . v inclination of c is proportional to the V a * -v a. While Tr1 is on, v a is + E s , and since v a is larger than V a * , v c has a negative slope and the initial value is V c 11.

Tr1がオンの期間はv=V10になるまで続くので (3)式より となる。(4)式の右辺は第3図v波形上の面積
(ア)に等しい。vがコンパレータ1の下限V10に
達するとTr1はオフにドライブされ、チョッパはオフと
なり、電流iはダイオードD2を通じて流れるのでv
=0となる。誤差電圧v‐V は負となるのでv
は正の傾斜となる。v初期値はV10である。v=V11になるとコンパレ
ータ1はオンとなりオフ期間が終るので(5)式より となる。(6)式の右辺は第3図v波形上の面積
(イ)に等しい。第3図(b)のように平均電流I
a2のように小さい場合は、オフの期間中の途中でi
が途切れ、i=0となると逆起電力Eがv波形上
に現われ、v=Eとなり、vの傾斜は‐(v
)に比例して緩やかになるが、第一象限ではE
<V であるから傾斜の極性は変わらない。オフの時
間は延びるが、(6)式で表わされる面積(イ)は電流
連続時と同じである。
Since the period during which Tr1 is on continues until v c = V c 10, the equation (3) Becomes (4) the right side of the equation is equal to the area (A) on FIG. 3 v a waveform. When v c reaches the lower limit V c 10 of the comparator 1, Tr1 is driven off, the chopper turns off, and the current i a flows through the diode D2, so v a
= 0. Since the error voltage v a −V a * becomes negative, v c
Has a positive slope. v c The initial value is V c 10. When v c = V c 11, the comparator 1 turns on and the off period ends, so from equation (5) Becomes (6) the right side of the equation is equal to the area (a) on FIG. 3 v a waveform. When the average current I a is as small as I a2 as shown in FIG. 3B, i a is midway during the off period.
Interrupted, i a = 0 when it comes to appear on the back electromotive force E n is v a waveform, v a = E n becomes, v gradient of c is - (v a -
V a * ) becomes gentler, but in the first quadrant E n
Since <V a * , the polarity of the slope does not change. Although the off time extends, the area (a) expressed by the equation (6) is the same as that when the current is continuous.

(4)式と(6)式を較べて判るように、誤差電圧が作
る正の面積(ア)と負の面積(イ)は、コンパレータの
上限と下限の電位差で決まるので、常に等しく、v
平均値Vは常に設定値V に等しく制御され、E1
よってV を変化したときの応答も非常に速い。他の
象限の動作でも同じことが云える。また、0<V
で且つE<V である限り、vはコンパレー
タ1の上限,下限の間を往復し、チョッパの動作は第一
象限内にとどまる。第9図は第7図の動作回路における
対Iの特性を図示したもので、第1図(b)と比
較して、出力電圧Vはαで制御されるのではなく、直
接V に制御され、αおよびチョッパ周期はVがV
に等しくなるように自動的に変化する特性は電流の
連続・不連続には無関係である。
As can be seen by comparing equations (4) and (6), the positive area (a) and the negative area (a) created by the error voltage are always equal because v is the same as the upper and lower potential differences of the comparator. mean value V a of a is always equal controlled to the set value V a *, also very fast response when changing the V a * by E 1. The same can be said for operations in other quadrants. In addition, 0 <V a * <
As long as E s and E n <V a * , v c reciprocates between the upper and lower limits of comparator 1 and the chopper operation remains in the first quadrant. FIG. 9 illustrates the characteristics of V a vs. I a in the operating circuit of FIG. 7. Compared with FIG. 1 (b), the output voltage V a is not controlled by α but is directly controlled. Is controlled by V a * , and α and chopper cycle are such that V a is V
The characteristic that automatically changes to be equal to a * is independent of the continuity / discontinuity of the current.

第5図は第1図におけるコンパレータ1〜4の上限・下
限電圧の配置の例を示している。フリップフロップ1,2
は入力信号がそのまま出力しているとしておく。入力電
圧であるvは縦軸にとってある。それぞれのコンパレ
ータの上限下限の範囲が重ならないようにし、コンパレ
ータ1,2,4,3の順になっている。例えばvが正から負
の方向に変化するならば、最初v>V11ではTr1とT
r4がオン状態である。vが負に変化するにしたがっ
て、順に、Tr1→オフ,Tr2→オン,Tr4→オフ,Tr3→オン
に変化し、v<V31ではTr2とTr3がオンになってい
る。Tr1とTr2およびTr3とTr4が共にオンとなるvはな
く、または瞬時にオン状態が入れ換わることもないの
で、電源短絡モードは生じない。V対Iの特性を第
6図に示す。図でVが一定になっているのはV
一定のときのチョッパ出力特性で、傾斜しているのはE
一定のときの負荷特性 V=E+R …(7) である。出力特性と負荷特性の交点が動作点となる。以
下、象限の移動の例について説明する。
FIG. 5 shows an example of the arrangement of the upper and lower limit voltages of the comparators 1 to 4 in FIG. Flip-flop 1,2
The input signal is output as it is. The input voltage v c is on the vertical axis. The upper and lower limits of the comparators are arranged so that they do not overlap, and the comparators 1, 2, 4, and 3 are arranged in this order. For example v if c is changed from positive to negative direction, the first v c> V in c 11 Tr1 and T
r4 is on. As v c changes negatively, Tr1 → off, Tr2 → on, Tr4 → off, Tr3 → on are sequentially changed, and Tr2 and Tr3 are turned on when v c <V c 31. Because Tr1 and Tr2 and Tr3 and Tr4 rather than v c together turned on or instantaneously on-state nor interchanged, and no power short circuit mode. The characteristics of V a vs. I a are shown in FIG. In the figure, the constant V a is the chopper output characteristic when V a * is constant, and the slope is E.
The load characteristic when n is constant is V a = E n + R a I a (7). The operating point is the intersection of the output characteristic and the load characteristic. An example of quadrant movement will be described below.

動作点 E=En1,V =Va1とすると動作点は第一象限の
となる。誤差積分vは第5図のようにV11とV
10の間を往復し、Tr2,Tr3はオフ,Tr4はオン,Tr1はオン
オフしている。
The operating point E n = E n1, V a * = operating point and a V a1 is as first quadrant. The error integral v c is V c 11 and V c as shown in FIG.
After going back and forth between 10, Tr2 and Tr3 are off, Tr4 is on, and Tr1 is on and off.

動作点→ の動作点で動作している場合から、電圧設定値を変化
してV =Va2に設定した場合を考える。
Consider the case where the voltage setting value is changed and set to V a * = V a2 from the case of operating from the operating point → operating point.

a2は逆起電力En1より小さいので電流は減少し、Tr1
がオフの期間中にi=0となる。i=0では逆起電
力En1が負荷端子に現われv=En1となる。v‐V
は正であるからvは負の傾斜となり、vは再び
11に達することなく減少し、Tr1はオフのままであ
る。時間が経過してvがコンパレータの下限V21に
達するとTr2がオンになってチョッパオンとなり電流i
はE‐Tr2-D4-Eに流れるようになり、v=0と
なる。v‐V は負であるからvは正の傾斜で上
昇する。vがV20に達すると、Tr2はオフにドライ
ブされ、チョッパはオフで電流はE‐D1-E‐D4-E
に流れ電源に電力を回生する。そのとき、v=E
なっているのでv‐V は正で、vは負の傾斜で
21に向って変化する。電流不連続で、チョッパオフ
の期間中にi=0となり、端子に逆起電力が現われて
=En1になってもv‐V が正であるからv
は負の傾斜でV21に向う。このように、vはV20
とV21間を往復しコンパレータ2によってTr2のみが
オン・オフし、負荷電圧平均値VはV (=Va2
に等しく制御され、動作点はとなる。負荷電動機は正
回転で回生制動されている。第二象限の動作である。
Since V a2 is smaller than the back electromotive force E n1 , the current decreases and Tr1
I a = 0 during the off period. When i a = 0, the counter electromotive force E n1 appears at the load terminal and v a = E n1 . v a -V
Since a * is positive, v c has a negative slope, v c decreases without reaching V c 11 again, and Tr1 remains off. When time elapses and v c reaches the lower limit V c 21 of the comparator, Tr2 is turned on, the chopper is turned on, and the current i
a will to flow to E n -Tr2-D4-E n , a v a = 0. Since v a -V a * is negative, v c rises with a positive slope. When v c reaches V c 20, Tr2 is driven off, the chopper off at current E n -D1-E s -D4- E n
Flow to the power source to regenerate power. At that time, since v a = E s , v a −V a * is positive, and v c changes toward V c 21 with a negative slope. Since the current is discontinuous, i a = 0 during the chopper-off period, and even if a counter electromotive force appears at the terminal and v a = E n1 , v a −V a * is positive, v c
Goes to V c 21 with a negative slope. Thus, v c is V c 20
And V c 21 are reciprocated and only Tr2 is turned on / off by the comparator 2, and the average load voltage value V a is V a * (= V a2 ).
Is controlled equal to, and the operating point is. The load motor is regeneratively braked by forward rotation. This is the operation of the second quadrant.

動作点→ 負荷の逆起電力EはEn1のままで、電圧設定値V
をVa3(ただし‐E<Va3<0)に変えたとする。こ
のとき、Tr2がオフすなわちv=Eであっても、Tr2
がオンすなわちv=0であっても、誤差電圧V‐V
は正となり、vの傾斜は負となって、V31の方
に移動する。途中でコンパレータ4の下限V40を横切
り、Tr4はオフにドライブされるが、電流はD4を流れて
いるので、チョッパの動作には関係がない。vがV
31に達するとTr3がオンになり、Tr2はすでにオンになっ
ているので電流iはE‐Tr3-M-Tr2-Eに流れv
=‐Eとなる。v‐V は負となり、vは正の
傾斜となる。vがV30に達すると、Tr3はオフとな
り、iはM-D4-Tr2-Mに流れ、v=0となる。v
は正となり、vは負の傾斜となってV31に向
って変化する。動作点はとなっている。V<0,I
<0であるから第三象限で逆転駆動である。チョッパの
オンオフはTr3のオンオフと同じである。端子電圧V
はV (=Va3)に制御される。
Counter electromotive force E n of the operating point → load remains E n1, the voltage setting value V a *
Is changed to V a3 (where -E s <V a3 <0). At this time, even if Tr2 is off, that is, v a = E s , Tr2
Is on, that is, when v a = 0, the error voltage V a -V
a * becomes positive and the slope of v c becomes negative, moving to V c 31. The lower limit V c 40 of the comparator 4 is crossed on the way, and Tr4 is driven off, but the current is flowing through D4, so it is not related to the operation of the chopper. v c is V c
When it reaches 31, Tr3 is turned on and Tr2 is already turned on, so the current i a flows to E s -Tr3-M-Tr2-E s v a
= -E s . v a −V a * becomes negative and v c becomes a positive slope. When v c reaches V c 30, Tr3 turns off, i a flows to M-D4-Tr2-M, and v a = 0. v a-
V a * becomes positive and v c becomes a negative slope and changes toward V c 31. The operating point is. V a <0, I a
Since it is <0, it is driven in reverse in the third quadrant. Turning on and off the chopper is the same as turning on and off Tr3. Terminal voltage V a
Is controlled to V a * (= V a3 ).

動作点→ V =Va3のままで、負荷の逆起電力EがEn2に変
化したと考える。
Remains of the operating point → V a * = V a3, consider a counter-electromotive force E n of the load is changed to E n2.

の動作点ではEn1>V で電流iは負方向に流れ
ていたが、En2<V ではMの端子電圧より逆起電力
の方が小さいので、電流は正の方向に変化しようとし、
必ずTr3オフの間にi=0の期間を生ずる。i=0
のとき、v=Eとなるので、v‐V は負であ
って、vは正の傾斜で変化する。vは再びV31に
達することなくV41まで変化し、Tr4がオンとなる。
電流iはM-Tr4-D2-Mの回路でEを電源として正方向
に流れる。このとき、v=0であるからv‐V
は正で、vは負の傾斜に変わる。vがV40に達す
るとTr4はオフで電流はM-D3-E‐D2-Mに流れ電力をE
に回生する。v=‐Eでv‐V は負、v
の傾斜は正となり、以下動作点はでvはV41とV
40の間を往復する。Vは負、Iは正で、逆転回生
制動、第四象限の動作となる。
At the operating point of E n1 > V a * , the current i a was flowing in the negative direction. However, at E n2 <V a * , the counter electromotive force is smaller than the terminal voltage of M, so the current flows in the positive direction. Trying to change,
The period of i a = 0 always occurs while Tr3 is off. i a = 0
Since v a = E n , v a −V a * is negative and v c changes with a positive slope. v c is changed to V c 41 without reaching V c 31 again, Tr4 are turned on.
Current i a flows in the positive direction E n as a power supply circuit of M-Tr4-D2-M. At this time, since v a = 0, v a −V a *
Is positive and v c turns into a negative slope. When v c reaches V c 40, Tr4 is turned off and the current flows to M-D3-E s -D2-M, and the electric power is E
regenerate to s . v a = -E s and v a -V a * is negative, v c
Is positive, and the following operating point is v c is V c 41 and V
Make a round trip between c 40. Since V a is negative and I a is positive, reverse regenerative braking and operation in the fourth quadrant are performed.

動作点→ の動作点にあるとき、逆起電力En3はそのままで、電
圧設定値V をVa3からVa2(ただし0<Va2
)に変えたとする。
At the operating point → operating point, the counter electromotive force E n3 remains unchanged and the voltage setting value V a * is changed from V a3 to V a2 (where 0 <V a2 <
E s ).

Tr4がオン(v=0)であってもオフ(v=‐
)であっても、v‐V は負となり、vの傾
斜は正で、vはV11に向って変化する。Tr4はオン
(v=0)となり、Tr2はオフとなり、vが11に達
してTr1がオンとなって、v‐V が正となり、v
の傾斜は負に変わる。vはV11とV10の間を往
復し、第一象限の動作となる。
Tr4 is even on (v a = 0) off (v a = -
Even if E s ), v a −V a * becomes negative, the slope of v c is positive, and v c changes toward V c 11. Tr4 is turned on (v a = 0) becomes, Tr2 are turned off, v c is Tr1 reaches the 11 is turned on, it is v a -V a * is positive, v
The slope of c changes to negative. v c reciprocates between V c 11 and V c 10, the operation of the first quadrant.

このように、電圧設定値と負荷の関係によって、オンオ
フ動作をするコンパレータが自動的に移り換わり、自動
的に必要なトランジスタをオンオフさせ、また、それぞ
れどの象限においても同一の加算積分器によって、電圧
設定値と負荷電圧の誤差積分を行なうので、負荷電圧の
平均値は設定値に特しく制御される。特性は完全に連続
で象限が変化するときの特性変化による衝撃はない。
In this way, the comparator that performs on / off operation is automatically switched depending on the relationship between the voltage setting value and the load, and the required transistors are automatically turned on / off. Since the error integration between the set value and the load voltage is performed, the average value of the load voltage is specifically controlled to the set value. The characteristics are completely continuous and there is no impact due to the characteristics change when the quadrant changes.

第1図の構成におけるコンパレータ1〜4の上限,下限
電圧の順序を変えることによって、チョッパの動作がど
のようになるかを説明する。
The operation of the chopper will be described by changing the order of the upper limit voltage and the lower limit voltage of the comparators 1 to 4 in the configuration of FIG.

第7図は、コンパレータ1〜4の上限下限電圧を第5図
の順序とは違う構成にしたもので、それぞれの上限電圧
を接近させ、また、下限電圧も接近させている。動作点
〜は第5図および第6図の動作点〜に対応して
いる。動作点では、まず、vがV11に達し、Tr1
がオンになるときは、コンパレータ2は必ずオフの入力
となり、Tr2は必ずオフになっている。Tr1がオンになる
とvは減少し、vがV10に達してTr1がオフにな
る。Tr1がオフになるとvは増加する。これを繰返し
てvはV11とV10の間を往復する。第一象限での
は、Tr2がオンとなるV21には達することがな
い。第5図の動作点とまったく同じである。動作点が
他の象限に移動するときも、第5図と同じ順序で動作す
る。各コンパレータの動作電圧が接近しているので、動
作点が象限を移動する時間が第5図の場合よりも非常に
短くなっている。
FIG. 7 shows a configuration in which the upper and lower limit voltages of the comparators 1 to 4 are different from the order of FIG. 5, and the respective upper limit voltages are made closer and the lower limit voltages are also made closer. The operating points ~ correspond to the operating points ~ in Figs. 5 and 6. At the operating point, first, v c reaches V c 11, and Tr1
When is turned on, the comparator 2 is always turned off and Tr2 is always turned off. Tr1 is v c decreases when turned on, v c is Tr1 and reaches V c 10 turned off. Tr1 is v c is increased when turned off. By repeating this, v c reciprocates between V c 11 and V c 10. The v c in the first quadrant, never reach the V c 21 which Tr2 is turned on. This is exactly the same as the operating point in FIG. When the operating point moves to another quadrant, it operates in the same order as in FIG. Since the operating voltages of the comparators are close to each other, the time required for the operating point to move in the quadrant is much shorter than that in the case of FIG.

しかし、第5図の場合よりやや信頼性が小さい欠点があ
る。例えば動作点で、通常はTr1とTr2が共にオンにド
ライブされることはないが、Tr1がオンでvがV10
<v<V20の間にあるとき、コンパレータ2はヒステ
リシス領域にあるので、もしノイズ等で誤動作しオンに
変化すると、Tr1とTr2が同時にドライブされることにな
る。Tr1とTr2による電源短絡は、フリップフロップ1に
より防止される。フリップフロップ1はRSフリップフロ
ップを構成し、その真理値は第2表で表わされる。
However, there is a drawback that the reliability is slightly smaller than that in the case of FIG. For example, at the operating point, normally both Tr1 and Tr2 are not driven on, but Tr1 is on and v c is V c 10
<When in between v c <V 2 0, since the comparator 2 is in the hysteresis region, if the changes on malfunction due to noise, so that the Tr1 and Tr2 are driven simultaneously. The power supply short circuit due to Tr1 and Tr2 is prevented by the flip-flop 1. Flip-flop 1 constitutes an RS flip-flop, the truth value of which is shown in Table 2.

正常動作では状態1,2(第一象限)または状態2,3(第二
象限)の動作であるからフリップフロップ1の出力はコ
ンパレータ1,2の出力に従っている。誤動作で状態4に
なったときはフリップフロップ出力は変化せず、すなわ
ち状態1または3の出力となっているのでTr1,Tr2短絡
は防止される。フリップフロップ2は、同様に、Tr3とT
r4の短絡を防止し、信頼性を向上している。
In the normal operation, the operation is in the states 1 and 2 (first quadrant) or the states 2 and 3 (second quadrant), so that the output of the flip-flop 1 follows the outputs of the comparators 1 and 2. When the state is changed to 4 by a malfunction, the flip-flop output does not change, that is, the state 1 or 3 output is provided, so that the Tr1 and Tr2 short circuits are prevented. Flip-flop 2 is also Tr3 and T
Prevents r4 short circuit and improves reliability.

第8図は、コンパレータ1〜4の上限下限電圧を第5図
の順序とは違う他の構成としたもので、コンパレータ4
の上限下限の中にコンパレータ1の上限下限が入ってお
り、コンパレータ3の上限下限の中にコンパレータ2の
上限下限が入っている。図で示した動作点〜は第6
図の動作点〜に対応している。
FIG. 8 shows another configuration in which the upper and lower limit voltages of the comparators 1 to 4 are different from the order shown in FIG.
The upper and lower limits of the comparator 1 are included in the upper and lower limits of 1, and the upper and lower limits of the comparator 2 are included in the upper and lower limits of the comparator 3. The operating points shown in the figure are the sixth
It corresponds to the operating points ~ in the figure.

動作点 動作点では、Tr4がオンになっていれば、vはV1
1とV10の間を往復し、Tr1をオンオフする。もし、Tr
4がオフであれば、Tr1がオンになっても負荷に電流が流
れないのでEが端子に現われてv=En1となり、v
‐V は負であるからvは正の傾斜でV11を越
えて更に上昇し、V41まで達してTr4をオンにする。T
r4がオンになれば通常の第一象限の動作となる。動作点
ではvはV10より負にならないので、V40に達
することがなく、Tr4はオンにドライブされたままであ
る。
Operating point At the operating point, if Tr4 is on, v c is V c 1
Reciprocating between 1 and V c 10 turns Tr1 on and off. If Tr
If 4 is off, next v a = E n1 appearing in E n the terminal because Tr1 is no current flows through the load be turned on, v
Since a- V a * is negative, v c rises further beyond V c 11 with a positive slope, reaching V c 41 and turning on Tr4. T
When r4 is turned on, it operates normally in the first quadrant. Since v c does not become more negative than V c 10 at the operating point, it never reaches V c 40 and Tr4 remains driven on.

動作点→ 逆起電力がEn1のままで、電圧設定値V をVa2に変
えると第5図と同様の経過で動作点はとなり第二象限
の動作をする。Tr1,Tr4,Tr3はオフでTr2のみオンオフす
る。
Operating point → When the counter electromotive force remains E n1 , and the voltage setting value V a * is changed to V a2 , the operating point becomes and the operation in the second quadrant occurs in the same manner as in FIG. Tr1, Tr4, Tr3 are off and only Tr2 is on / off.

動作点→ 第8図の時刻t23で電圧設定値V をVa2からVa3
変えたとする。第二象限では0≦v≦Eであり、‐
<Va3<0であるから、v‐V は正で、v
は負の傾斜で変化し、V31に達する。Tr3がオンにド
ライブされるので、vはTr2オンで‐E、Tr2オフで
0であるからv‐V は負,正に変化し、vはV
21,V20を往復し、Tr2がオンオフする。動作点と
はTr3がオフになっていることのみ異なる。
Operating point → It is assumed that the voltage setting value V a * is changed from V a2 to V a3 at time t 23 in FIG. In the second quadrant is 0 ≦ v a ≦ E s, -
Since E s <V a3 <0, v a −V a * is positive and v c
Changes with a negative slope and reaches V c 31. Since Tr3 is driven on, v a is −E s when Tr2 is on and 0 when Tr2 is off, so v a −V a * changes to negative and positive, and v c is V
The c 21, V c 20 reciprocates, Tr2 are turned on and off. It differs from the operating point only in that Tr3 is turned off.

動作点→ 電圧設定値をt32で再びVa2にもどしたとすると、v
は一度V30まで移動し、Tr3をオフにドライブして、T
r2のオンオフを継続する。第二象限の動作にもどる。
Operating point → If the voltage setting value is returned to V a2 again at t 32 , v c
Moves to V c 30 once, drives Tr3 off, and
Continue turning on and off r2. Go back to the second quadrant.

動作点→ 動作点にあるとき(Tr2〜Tr4オフ,Tr1がオンオフ)、
t45で電圧設定値Va2のように正の値にすると、v
一度V41に達してTr4をオンに変え、その後はTr1をオ
ンオフして第一象限の動作となる。
Operating point → When operating point (Tr2 to Tr4 off, Tr1 on / off)
When the voltage setting value V a2 is set to a positive value at t 45 , v c once reaches V c 41 to turn Tr 4 on, and then Tr 1 is turned on and off to operate in the first quadrant.

このように、第8図のようにコンパレータの上限、下限
を配すると、Tr3,Tr4は象限が変わるときのみオンまた
はオフに変化し、同一象限内での動作中はオンオフの動
作をしない。Tr1またはTr2は、どの象限でもオンオフし
てチョッパの動作を行なう。このような動作では、Tr1,
Tr2に高速スイッチング素子を用いれば、Tr3,Tr4は速度
の遅い素子を用いることができる。
As described above, when the upper and lower limits of the comparator are arranged as shown in FIG. 8, Tr3 and Tr4 turn on or off only when the quadrant changes, and do not turn on or off during the operation in the same quadrant. Tr1 or Tr2 turns on / off in any quadrant to operate as a chopper. In such operation, Tr1,
If a fast switching element is used for Tr2, a slow element can be used for Tr3 and Tr4.

その他、コンパレータ1〜4の上限下限電圧を種々に設
定することによって、種々の動作モードによる4象限チ
ョッパを構成することができる。このとき、短絡しない
ためにコンパレータ1〜4の上限下限の間の必要条件は を同時に満足させることである。
In addition, by setting the upper and lower limit voltages of the comparators 1 to 4 variously, a four-quadrant chopper having various operation modes can be configured. At this time, the necessary condition between the upper and lower limits of comparators 1 to 4 is to prevent short circuit. To satisfy at the same time.

第9図は発明の他の実施例で、直流電動機の4象限速度
制御を行ったものである。第9図は第1図(4象限電圧
制御回路)からの変更部分のみ示してある。電圧帰還抵
抗Rには直列にコンデンサCが挿入され、端子A,B間の
交流成分(方形波)がOPアンプの加算点に供給される。
直流成分に関しては、電動機Mの軸に取付けられた速度
発電機TGの出力電圧Vを抵抗Rを通じてOPアンプの加算
点に供給する。
FIG. 9 shows another embodiment of the invention in which four-quadrant speed control of a DC motor is performed. FIG. 9 shows only the portion changed from FIG. 1 (four quadrant voltage control circuit). A capacitor C is inserted in series with the voltage feedback resistor R, and the AC component (square wave) between the terminals A and B is supplied to the addition point of the OP amplifier.
Regarding the DC component, the output voltage V of the speed generator TG mounted on the shaft of the electric motor M is supplied to the addition point of the OP amplifier through the resistor R.

電動機の速度が、V=V になるようにチョッパがVを変化させ、コンデンサC2
はVに充電され、定常状態となる。VをV に保
つために必要な電圧Vと電流の方向によって電圧制御
の場合と同様に所定のコンパレータが動作して、自動的
に象限が移動する。
The speed of the electric motor is V t = V t * Chopper alters the V a such that the capacitor C 2
Is charged to V a and enters a steady state. Depending on the voltage V a and the direction of the current required to keep V t at V t * , a predetermined comparator operates as in the case of voltage control, and the quadrant moves automatically.

第10図は、第1図の4象限チョッパ制御回路に電流制限
回路を追加したものである(追加部分が示してあ
る。)。電流iの検出値(電圧に変換されている)を
ヒステリシスを持つコンパレータ1I〜4Iによって電流設
定値I 〜I と比較し、出力を電圧制御のコンパ
レータ1〜4(第1図のもの)とアンド回路のアンド1
〜4によって結合したものである。第11図はその特性を
示す図である。コンパレータ1I〜4Iは±ΔIに相当する
ヒステリシス幅を持ち、例えばコンパレータ1Iでは上限
‐I +ΔIと下限‐I ‐ΔIが設定される。
FIG. 10 shows a current limiting circuit added to the four-quadrant chopper control circuit shown in FIG. 1 (the additional portion is shown). The detected value (converted to voltage) of the current i a is compared with the current set values I 1 * to I 4 * by the comparators 1I to 4I having hysteresis, and the outputs are voltage-controlled comparators 1 to 4 (see FIG. 1). Stuff) and AND circuit AND 1
Are combined by ~ 4. FIG. 11 is a diagram showing the characteristics. The comparators 1I to 4I have a hysteresis width corresponding to ± ΔI. For example, the comparator 1I sets an upper limit −I 1 * + ΔI and a lower limit −I 1 * −ΔI.

動作例について説明する。まず、電圧V =Va1に設
定され、Iは正で特性の第一象限で動作しているも
のとすると、このときコンパレータ2〜4の動作によっ
てTr2,Tr3はオフ,Tr4はオン、コンパレータ1が動作しT
r1はオンオフしている。IがI1より小さいうちは、‐
はコンパレータ1Iの下限に達することがなく、コン
パレータ1Iは常に“1"でアンド1の出力はコンパレータ
1の出力に従う。電圧制御が動作している。
An operation example will be described. First, assuming that the voltage V a * is set to V a1 and I a is positive and operates in the first quadrant of the characteristic, at this time, the operations of the comparators 2 to 4 turn off Tr2 and Tr3 and turn on Tr4. , Comparator 1 operates and T
r1 is on and off. While I a is smaller than I 1 , −
i a does not reach the lower limit of the comparator 1I, the comparator 1I is always “1”, and the output of the AND 1 follows the output of the comparator 1. Voltage control is working.

負荷の逆起電力Eが減少し、負荷電流Iが増加し、
設定値I1に達すると、Tr1のオン期間中(コンパレータ
1の出力が“1"であるうち)にコンパレータ1Iの出力が
“0"になり、Tr1のオンオフはコンパレータ1Iの出力で
制御されるようになる。チョッパの出力特性はの定電
流特性の上に動作点がくる。負荷電圧VはV (=
a1)より小さくなるので、誤差積分値vは積分器の
OPアンプが飽和するまで上昇し、第5図のようにコンパ
レータ1,4は常に“1"を出力する。Tr1のオンオフはコン
パレータ1Iに従い、iはI1+ΔIとI1-ΔIの間を往
復し、iの平均値IはI1に制御される。いわゆる電
流瞬時値制御の動作である。更にEが小さくなると負
荷特性との交点すなわち動作点のVが小さくなり、Tr
オンの時間が短くなる。逆起電力Eが負になり動作点
のVが0になったとき、Tr1のオン期間はなくなりE
がD2とTr4で短絡された状態である。更にEが負に
なりIが増加するとIはI4に達し、コンパレータ4I
によってTr4がオンオフし特性はとなる。このとき、T
r1が確実にオフとなっていることが必要で、そのために
I1 <I4 とすればよい。Enが更に負になっていくとTr
4のオン時間が次第に短くなり、したがってVはより
負となり、Vが‐Eとなったとき、Tr4もすべての
期間オフとなる。D2とD3によってVは‐Eより負に
なることはなく、電流制限の機能もなくなる。逆起電力
が正方向に増加して行けば、→→の特性上を動作
点が移動し、自動的に電圧制御にもどる。E>Va1
特性の上に動作点があるとき(コンパレータ2が動作
している)、Eが増加して、電流が負方向に増加しI2
に達すると、特性,の場合と同様に、コンパレータ
2から得られる信号のオン時間よりもコンパレータ2Iか
ら得られる信号のオン時間の方が短いので、アンド回路
はオフ優先であるからアンド2の出力はコンパレータ2I
の出力に従う。すなわちチョッパの出力特性はとなっ
て電流IをI2に制限する。
Counter electromotive force E n of the load is reduced, increasing the load current I a is,
Upon reaching the set value I 1, it becomes in Tr1 ON period (the output of the comparator 1 is "1" among a) to the output of the comparator 1I is "0", off of Tr1 is controlled by the output of the comparator 1I Like The output point of the chopper has an operating point on top of the constant current characteristic of. The load voltage V a is V a * (=
Since it is smaller than V a1 ), the error integral value v c of the integrator is
It rises until the OP amplifier is saturated, and comparators 1 and 4 always output "1" as shown in FIG. According off of Tr1 comparator 1I, i a the back and forth between I 1 + [Delta] I and I 1 -.DELTA.I, the average value I a of i a is controlled to I 1. This is a so-called current instantaneous value control operation. Furthermore V a of intersection or operating point of the load characteristics E n is smaller decreases, Tr
The on time becomes shorter. When counter electromotive force E n becomes V a is 0 the operating point becomes negative, E is no longer on-period of the Tr1
n is short-circuited by D2 and Tr4. Furthermore I a the E n is I a is increased is negative reached I 4, comparator 4I
Therefore, Tr4 is turned on and off, and the characteristic becomes. At this time, T
It is necessary to make sure that r1 is off, which is why
I 1 * <I 4 * should be set. When En becomes even more negative, Tr
4 on-time gradually shortened, thus V a becomes more negative, when V a becomes -E s, it is also Tr4 all periods off. Due to D2 and D3, V a never becomes more negative than −E s , and the function of current limiting is also lost. If the back electromotive force increases in the positive direction, the operating point moves on the characteristic of →→ and automatically returns to voltage control. When in E n> V a1 is the operating point on the characteristic (the comparator 2 is operating), E n is increased, current increases in the negative direction I 2
Is reached, since the ON time of the signal obtained from the comparator 2I is shorter than the ON time of the signal obtained from the comparator 2, as in the case of the characteristics, the AND circuit has the OFF priority and the output of the AND 2 is output. Is comparator 2I
Follow the output of. That limits the current I a to I 2 is an output characteristic of the chopper and.

以上のように、第15図のように電流制限回路を付加する
と、電圧設定値が正のときは‐‐‐‐‐の
特性となり、電流は正,負の値で制限され、負荷の逆起
電力の大きさによって、自動的に第一,第二,第4象限
の動作を行なう。電圧設定値がVa2のように負のとき
は、特性は‐‐‐‐‐となり、正負の電流
制限が行なわれ、また、自動的に第二,第三,第四象限
の動作を行なう。このときHの動作点においてTr3が確
実にオフになっていることが必要で、そのためにI2
I3 とすればよい。
As described above, when a current limiting circuit is added as shown in Fig. 15, when the voltage setting value is positive, the characteristic becomes -----, the current is limited by positive and negative values, and the back electromotive force of the load is increased. The operation of the first, second, and fourth quadrants is automatically performed according to the amount of electric power. When the voltage setting value is negative like V a2 , the characteristic becomes ----------, positive and negative current limitation is performed, and the second, third, and fourth quadrants are automatically operated. At this time, Tr3 must be surely turned off at the operating point of H, which is why I 2 * >
I 3 *

すなわち4象限の電流制限においては、同じ電流方向
(第一および第四象限、第二および第三象限)の電流制
限値は、駆動象限(第一象限、第三象限)よりも回生象
限(第四象限、第二象限)で大きな値に設定すればよ
い。
That is, in the four quadrant current limit, the current limit value in the same current direction (first and fourth quadrants, second and third quadrants) is higher than that in the drive quadrant (first quadrant, third quadrant). It may be set to a large value in the four quadrants and the second quadrant.

このように、電圧制御回路と電流制御回路を、それぞれ
のトランジスタのオンオフ信号の段階で論理回路で結合
することによって、2種の制御回路は、設定値と負荷の
状態によって自動的に、且つ円滑に切換わることができ
る。
In this way, by combining the voltage control circuit and the current control circuit with the logic circuit at the stage of the ON / OFF signal of each transistor, the two control circuits can automatically and smoothly operate according to the set value and the load state. Can be switched to.

<発明の効果> 以上説明してきたように、本発明によれば、4象限チョ
ッパの電圧制御を精度よく行なうことができ、4象限の
動作切り換えは自動的かつ円滑に行なうことができる。
また、応答も非常に速いので、電圧設定値を正弦波とす
れば、正弦波インバータとなり、電動機の速度に容易に
応用することができ、電流制限も効果的に行なえる。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, the voltage control of the 4-quadrant chopper can be accurately performed, and the operation switching of the 4-quadrant can be automatically and smoothly performed.
Also, since the response is very fast, if the voltage setting value is a sine wave, it becomes a sine wave inverter, which can be easily applied to the speed of the electric motor, and the current can be effectively limited.

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

第1図は本発明の1実施例の回路図、第2図は同実施例
における第一象限の動作回路図、第3図は第2図に示す
回路の波形図、第4図は第2図に示す回路の特性図、第
5図は第1図に示す実施例におけるコンパレータの上限
下限電圧配置の一例と象限切り換わり時の誤差電圧積分
波形図、第6図は同実施例の特性と動作点の説明図、第
7図は同実施例におけるコンパレータの上限下限電圧の
他の配置の例と象限切り換わり時の誤差電圧積分波形
図、第8図は同実施例におけるコンパレータの上限下限
電圧の他の配置の例と象限切り換わり時の誤差電圧積分
波形図、第9図は本発明を応用した直流電動機の4象限
速度制御の回路図、第10図は第2の発明として第1図の
回路に付加すべき電流制御用ヒステリシスコンパレータ
と論理回路の接続および回路構成図、第11図は第2の発
明の制御法による4象限チョッパの出力電圧電流特性
図、第12図及び第13図は従来一般の第一象限チョッパの
回路図と特性図、第14図及び第15図は同第二象限チョッ
パの回路図と特性図、第16図及び第17図は同第三象限チ
ョッパの回路図と特性図、第18図及び第19図は同第四象
限チョッパの回路図と特性図、第20図はチョッパの負荷
の等価回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an operation circuit diagram of the first quadrant in the same embodiment, FIG. 3 is a waveform diagram of the circuit shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a characteristic diagram of the circuit shown in FIG. 5, FIG. 5 is an example of the upper and lower limit voltage arrangement of the comparator in the embodiment shown in FIG. 1, and an error voltage integrated waveform diagram at the time of quadrant switching. FIG. 6 is a characteristic diagram of the same embodiment. FIG. 7 is an explanatory view of the operating point, FIG. 7 is an example of another arrangement of the upper and lower limit voltages of the comparator in the same embodiment, and an error voltage integrated waveform diagram at the time of quadrant switching. FIG. 8 is an upper and lower limit voltage of the comparator in the same embodiment. FIG. 9 is a circuit diagram of four quadrant speed control of a DC motor to which the present invention is applied, FIG. 10 is a second invention, and FIG. 1 is a second invention. Connection of the current control hysteresis comparator and logic circuit to be added to the circuit And a circuit configuration diagram, FIG. 11 is an output voltage / current characteristic diagram of a four-quadrant chopper by the control method of the second invention, and FIGS. 12 and 13 are circuit diagrams and characteristic diagrams of a conventional general first quadrant chopper. FIGS. 14 and 15 are circuit diagrams and characteristic diagrams of the second quadrant chopper, FIGS. 16 and 17 are circuit diagrams and characteristic diagrams of the third quadrant chopper, and FIGS. 18 and 19 are the same fourth diagram. A quadrant chopper circuit diagram and characteristic diagram, and FIG. 20 is an equivalent circuit diagram of the load of the chopper.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】逆並列ダイオード(D1〜D4)を持つ第1〜
第4のスイッチング素子(Tr1〜Tr4)の単相ブリッジイ
ンバータ接続と、その負荷端子電圧(va)と電圧設定値
(Va)との差を積分する手段と、その積分出力(vc)を
入力とする第1〜第4のヒステリシスを持つコンパレー
タ(コンパレータ1〜4)と、この第1〜第4のコンパ
レータ(コンパレータ1〜4)出力論理に応じて、それ
ぞれ前記第1〜第4のスイッチング素子(Tr1〜Tr4)を
オン/オフに駆動する手段を持ち、 前記第1〜第4のヒステリシスを持つコンパレータ(コ
ンパレータ1〜4)の上限電圧(Vc11,Vc20,Vc30,V
c41)、下限電圧(Vc10,Vc21,Vc31,Vc40)を、 Vc21<Vc20<Vc11 Vc21<Vc10<Vc11 Vc31<Vc30<Vc41 Vc31<Vc40<Vc41 なる関係に配置し、 前記積分出力(vc)のレベル移動によって負荷電流(I
a)の正負,負荷電圧(Va)の正負できまる第1〜第4
象限のそれぞれにおいて、1個の繰返しオン/オフ論理
を出力するコンパレータ(コンパレータ1〜4)が自動
的に選択され、他の3個のコンパレータ(コンパレータ
1〜4)はオンまたはオフの状態になって前記第1〜第
4のスイッチング素子(Tr1〜Tr4)が該当象限チョッパ
を構成して負荷電圧(Va)を制御し、 正負両方向の負荷電流(Ia)に対して、負荷電圧(Va)
の平均値を正および負の設定値に等しく制御することを
特徴とする4象限チョッパの制御装置。
1. A first to a first antiparallel diode (D1 to D4)
Single-phase bridge inverter connection of the fourth switching element (Tr1 to Tr4), means for integrating the difference between the load terminal voltage (va) and voltage setting value (Va), and its integrated output (vc) as input The first to fourth switching elements (comparators 1 to 4) having the first to fourth hysteresis, and the first to fourth switching elements (comparators 1 to 4) corresponding to the output logics of the first to fourth comparators (comparators 1 to 4), respectively. The upper limit voltage (Vc 11 , Vc 20 , Vc 30 , V) of the comparator (comparators 1 to 4) having the first to fourth hysteresis (Tr1 to Tr4) is turned on / off.
c 41 ), the lower limit voltage (Vc 10 ,, Vc 21 ,, Vc 31 ,, Vc 40 ) to Vc 21 <Vc 20 <Vc 11 Vc 21 <Vc 10 <Vc 11 Vc 31 <Vc 30 <Vc 41 Vc 31 <Vc 40 <Vc 41 , and the load current (I
1st to 4th which can be positive / negative of a) and positive / negative of load voltage (Va)
In each of the quadrants, one comparator (comparators 1 to 4) that outputs one repetitive on / off logic is automatically selected, and the other three comparators (comparators 1 to 4) are turned on or off. The first to fourth switching elements (Tr1 to Tr4) compose a corresponding quadrant chopper to control the load voltage (Va), and the load voltage (Va) is applied to the load current (Ia) in both positive and negative directions.
A controller for a four-quadrant chopper, characterized in that the average value of is controlled to be equal to positive and negative set values.
【請求項2】逆並列ダイオード(D1〜D4)を持つ第1〜
第4のスイッチング素子(Tr1〜Tr4)の単相ブリッジイ
ンバータ接続と、負荷電流(ia)を検出する手段、第1
〜第4の電流設定値(I1〜I4)を与える手段を持ち、検
出された負荷電流(ia)を第1〜第4の電流設定値と比
較するように接続されたヒステリシスを持つ第1〜第4
の電流制御用コンパレータ(コンパレータ1I〜4I)を備
え、 それぞれの電流制御用コンパレータ(コンパレータ1I〜
4I)は負荷電流(ia)の検出値が電流設定値より増大し
たときチョッパをオフに、減少したときチョッパをオン
にする論理信号を出力し、 前記第1〜第4のスイッチング素子(Tr1〜Tr4)をオン
/オフに駆動する手段と共に第1〜第4象限において電
流制御回路を構成し、 これら第1〜第4の電流制御用コンパレータ(コンパレ
ータ1I〜4I)の出力を、別に準備した電圧制御回路の第
1〜第4の電圧制御用出力に論理回路(アンド1〜4)
で結合しスイッチング素子(Tr1〜Tr4)の単相ブリッジ
インバータ接続およびスイッチング素子(Tr1〜Tr4)を
オン/オフに駆動する手段を電圧制御回路と電流制御回
路で共用し、これらの論理回路(アンド1〜4)は駆動
されるスイッチング素子(Tr1〜Tr4)のオフ論理を優先
出力する手段とし、 第1〜第4の電流設定値を前記スイッチング素子(Tr1
〜Tr4)を流れる電流の電流制限値とし、負荷が増し負
荷電流が正または負に増大してそれぞれの象限の電流設
定値以上の値になろうとしたとき、電流制御用コンパレ
ータ(コンパレータ1I〜4I)出力のオン出力時間が電圧
制御用信号出力のオン時間より短くなり、電流制御用コ
ンパレータ(コンパレータ1I〜4I)出力のオフ出力時間
が電圧制御用信号出力のオフ時間より長くなって、論理
回路(アンド1〜4)で優先され、該当象限のスイッチ
ング素子(Tr1〜Tr4)が自動的に電流制御用コンパレー
タ(コンパレータ1I〜4I)出力によってオン/オフ駆動
されるようになり、電流制御回路が動作して負荷電流を
電流設定値に制御して電流制限器として動作し、 負荷が減じ、負荷電圧が正または負に増大してそれぞれ
の象限の電圧設定値以上の値になろうとしたとき、電圧
制御用信号出力のオン出力時間が電流制御用コンパレー
タ(コンパレータ1I〜4I)出力のオフ時間より長くなっ
て、論理回路(アンド1〜4)で優先され、該当象限の
スイッチング素子(Tr1〜Tr4)が自動的に電圧制御用信
号出力によってオン/オフ駆動されるようになり、電圧
制御回路が動作して電圧制御を行い、 回路の切り換え信号を使用することなく、負荷の増減に
よって自動的に電圧制御から電流制限へ移行し、また自
動的に電流制限から電圧制御へ復帰することを特徴とす
る4象限チョッパの制御装置。
2. A first to a first diode having antiparallel diodes (D1 to D4).
Single-phase bridge inverter connection of fourth switching element (Tr1 to Tr4) and means for detecting load current (ia), first
The have a means for providing to fourth current setting value (I 1 ~I 4), with the connected hysteresis as detected load current (ia) compared with the first to fourth current setpoint 1 to 4
The current control comparators (comparators 1I to 4I) are equipped with the respective current control comparators (comparators 1I to 4I).
4I) outputs a logic signal that turns off the chopper when the detected value of the load current (ia) increases above the current setting value, and turns on the chopper when the detected value decreases, and the first to fourth switching elements (Tr1 to A current control circuit is configured in the first to fourth quadrants together with a means for driving Tr4) on / off, and the outputs of these first to fourth current control comparators (comparators 1I to 4I) are separately prepared voltages. Logic circuits (AND 1 to 4) are provided for the first to fourth voltage control outputs of the control circuit.
The voltage control circuit and the current control circuit share the means for connecting the switching elements (Tr1 to Tr4) with a single-phase bridge inverter and driving the switching elements (Tr1 to Tr4) on / off. 1 to 4) are means for preferentially outputting the OFF logic of the driven switching elements (Tr1 to Tr4), and the first to fourth current set values are set to the switching elements (Tr1).
Current limit value of the current flowing through Tr4), and when the load increases and the load current increases positively or negatively and tries to exceed the current setting value of each quadrant, the current control comparator (comparators 1I to 4I ) The output ON output time is shorter than the voltage control signal output ON time, and the current control comparator (comparator 1I to 4I) output OFF output time is longer than the voltage control signal output OFF time. (AND 1 to 4) has priority, and the switching elements (Tr1 to Tr4) in the corresponding quadrant are automatically turned on / off by the output of the current control comparator (comparators 1I to 4I), and the current control circuit is It operates to control the load current to the current setting value and operates as a current limiter.The load decreases, the load voltage increases positively or negatively, and the voltage exceeds the voltage setting value of each quadrant. When an attempt is made, the ON output time of the voltage control signal output becomes longer than the OFF time of the current control comparator (comparator 1I to 4I) output, and the logic circuit (AND 1 to 4) has priority, and the switching element in the corresponding quadrant. (Tr1 to Tr4) are automatically turned on / off by the voltage control signal output, and the voltage control circuit operates to perform voltage control, increasing or decreasing the load without using the circuit switching signal. A control device for a four-quadrant chopper, which automatically shifts from voltage control to current control by means of, and automatically returns from current control to voltage control.
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