JPH07245992A - 定電流チョッパ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステップ数とモータ回転角度との関係を線形
化させ、ステッピングモータを高精度、高分解能で動作
させること。 【構成】 定電流チョッパ回路２ａには、検出電圧Ｖ_ia
（検出電流値）と指令電圧Ｖ_sa（目標電流値）が入力さ
れる。Ｖ_iaがＶ_thまで上昇しない間は、比較器２１の出
力電圧Ｖ_oaがローレベルなため、負論理のモータドライ
バ３ａを介しモータ電流が増大する。このときＶ_thはト
ランジスタＴＲオフによりＶ_saと等しい。モータ電流増
大によりＶ_iaがＶ_thまで上昇すると、Ｖ_oaがハイレベル
に反転するためモータ電流が減少し、また、ＴＲオンに
よりＶ_thはＶ_sa・Ｒ2 ／（Ｒ1＋Ｒ2 ）に下降する。モ
ータ電流減少によりＶ_iaがＶ_thまで下降すると、Ｖ_oaが
ローレベルに復帰するためモータ電流が再び増大し、ま
た、ＴＲオフによりＶ_thは再びＶ_saに上昇する。これに
より、Ｖ_thのヒステリシス量△Ｖ_thは、Ｖ_sa・Ｒ1 ／
（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定電流チョッパ回路、
詳しくは、ステッピングモータの各相の検出電流値を示
す検出電圧と、基準電圧とを比較する比較器を備え、各
相のモータ電流を目標電流値に一致させるための定電流
チョッパ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータをマイクロステップ
駆動する定電流チョッパ回路には、他励式と自励式のも
のがある。

【０００３】他励式定電流チョッパ回路においては、基
準電圧にヒステリシスをもたせるために、目標電流値を
示す指令電圧に三角波発生回路による三角波電圧を重畳
させている。そして、このようにしてヒステリシスが与
えられた基準電圧と、検出電流値を示す検出電圧とを比
較して、各相のモータ電流を目標電流値に一致させるよ
うにしている。

【０００４】また、自励式定電流チョッパ回路において
は、基準電圧にヒステリシスをもたせるために、目標電
流値を示す指令電圧に比較器の出力電圧を分圧した電圧
を重畳させている。そして、このようにしてヒステリシ
スが与えられた基準電圧と、検出電流値を示す検出電圧
とを比較して、各相のモータ電流を目標電流値に一致さ
せるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の他励式
定電流チョッパ回路には、三角波発生回路を必要として
おり、コスト高になるという問題がある。

【０００６】更に、他励式定電流チョッパ回路において
は、三角波電圧が目標電流値に関係無く常に一定である
ことから、目標電流値が最大電流の１／２以下では、図
５(A) に示すように、目標電流値が大きいときにはモー
タ電流の平均電流値の目標電流値からのズレ量が小さい
が、図５(B) に示すように、目標電流値が小さいときに
はズレ量が大きくなり、この結果、図６に示すように、
例えば、Ｂ相からマイクロステップ駆動で１ステップ回
転させようとしたとき、目標合成磁界の方向と平均合成
磁界の方向に差が生じ、図７に示すように、ステップ数
とモータ回転角度との関係が非線形となり、ステッピン
グモータを高精度、高分解能で動作させることが困難で
あるという問題があった。

【０００７】また、後者の自励式定電流チョッパ回路に
おいては、ヒステリシス量が目標電流値に関係無く常に
一定であることから、図８(A) に示すように、目標電流
値が大きいときにはモータ電流の平均電流値の目標電流
値からのズレ量が小さいが、図８(B) に示すように、目
標電流値が小さいときにはズレ量が大きくなり、この結
果、図９に示すように、例えば、Ｂ相からマイクロステ
ップ駆動で１ステップ回転させようとしたとき、目標合
成磁界の方向と平均合成磁界の方向に差が生じ、図１０
に示すように、ステップ数とモータ回転角度との関係が
非線形となり、ステッピングモータを高精度、高分解能
で動作させることが困難であるという問題があった。

【０００８】そこで、請求項１に係る定電流チョッパ回
路は、ステップ数とモータ回転角度との関係を線形化す
ることにより、ステッピングモータを高精度、高分解能
で動作させることができるようにすることを目的とす
る。

【０００９】また、請求項２に係る定電流チョッパ回路
は、自励式でステップ数とモータ回転角度との関係を線
形化することにより、低コストで、ステッピングモータ
を高精度、高分解能で動作させることができるようにす
ることを目的とする。

【００１０】また、請求項３に係る定電流チョッパ回路
は、請求項２に係る定電流チョッパ回路と同様の目的の
他、帰還回路を簡単な構成で実現することも目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る定電流チョッパ回路は、ステッピン
グモータの各相の検出電流値を示す検出電圧と、基準電
圧とを比較する比較器を備え、各相のモータ電流を前記
目標電流値に一致させるための定電流チョッパ回路にお
いて、前記各相のモータ電流により発生する平均合成磁
界の方向を前記目標電流値による目標合成磁界の方向と
一致させるよう、前記基準電圧のヒステリシス量を前記
目標電流値に応じて変化させ、該可変ヒステリシス量を
有する基準電圧に基づいて各相のモータ電流を制御する
よう構成したことを特徴とする。

【００１２】また、請求項２に係る定電流チョッパ回路
は、請求項１に係る定電流チョッパ回路において、比較
器の出力端子と基準電圧入力端子との間に、抵抗値が該
比較器の出力電圧に対応して定められる帰還回路を接続
し、前記基準電圧の可変ヒステリシス量を、前記目標電
流値と前記帰還回路の抵抗値とにもとづいて定めるよう
構成したことを特徴とする。

【００１３】また、請求項３に係る定電流チョッパ回路
は、請求項２に係る定電流チョッパ回路において、前記
比較器の前記基準電圧入力端子に入力抵抗が接続され、
前記帰還回路を、前記基準電圧入力端子に接続された帰
還抵抗と、該帰還抵抗と直列に接続され、前記比較器の
出力電圧によりスイッチング動作し、前記帰還抵抗を接
地又は開放するスイッチ素子と、から構成したことを特
徴とする。

【００１４】

【発明の作用効果】請求項１に係る定電流チョッパ回路
によると、基準電圧のヒステリシス量を可変とし、モー
タ電流により発生する平均合成磁界の方向を目標電流値
による目標合成磁界の方向に一致させるようにしたた
め、ステップ数とモータ回転角度との関係を線形化で
き、ステッピングモータを高精度、高分解能で動作させ
ることができる。

【００１５】また、請求項２に係る定電流チョッパ回路
によると、請求項１に係る定電流チョッパ回路による上
記の効果の他、比較器の帰還回路の抵抗値を比較器の出
力電圧に対応して決定し、基準電圧のヒステリシス量を
目標電流値及び帰還回路の抵抗値にもとづき決定する自
励式で構成したことから、三角波発生回路が不要となる
ことによるコスト低減を同時に図ることができる。

【００１６】また、請求項３に係る定電流チョッパ回路
によると、請求項２に係る定電流チョッパ回路による上
記の効果の他、帰還回路を帰還抵抗とスイッチ素子とか
ら構成したため、帰還回路を簡単な構成で実現すること
ができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１８】図１は、一実施例に係る定電流チョッパ回
路を組み込んだ自動車のアイドル回転数制御装置の要部
の構成を示している。

【００１９】図１において、１は、バイパス吸入空気量
を調節するアイドルコントロールバルブ（図示せず。）
を駆動するステッピングモータを表わしている。

【００２０】ステッピングモータ１のＡ相コイル１ａ
は、Ａ相定電流チョッパ回路２ａから負論理のＡ相モー
タドライバ３ａを介してＡ相モータ電流の供給を受け、
この電流にもとづく磁界を発生する。ここで、Ａ相コイ
ル１ａに流れるＡ相モータ電流の向きは、Ａ相モータド
ライバ３ａに入力されてくるＣＰＵ４からの正逆転指令
信号により制御される。

【００２１】Ａ相モータ電流は、Ａ相電流検出回路５ａ
で検出され、このＡ相検出電流値は、検出電圧Ｖ_iaとし
てＡ相定電流チョッパ回路２ａの入力端子Ｔ_i に入力さ
れる。

【００２２】Ａ相定電流チョッパ回路２ａの他の入力端
子Ｔ_s には、ＣＰＵ４で求められＡ相Ｄ／Ａ６ａでアナ
ログ変換されたＡ相目標電流値が指令電圧Ｖ_saとして入
力される。

【００２３】Ａ相定電流チョッパ回路２ａにおいて、入
力端子Ｔ_i は、ボルテージフォロア（バッファ）２０i
の非反転入力端子（＋）に接続され、ボルテージフォロ
ア２０i の出力端子は、入力抵抗Ｒ1 を介して比較器２
１の非反転入力端子（＋）と接続されている。一方、他
の入力端子Ｔ_s は、他のボルテージフォロア（バッフ
ァ）２０s の非反転入力端子（＋）に接続され、ボルテ
ージフォロア２０s の出力端子は、他の入力抵抗Ｒ1 を
介して比較器２１の反転入力端子（−）と接続されてい
る。比較器２１の出力端子は、プルアップ抵抗Ｒ3 を介
して電源Ｖ_CCに接続されている。また、比較器２１の出
力端子は、帰還回路２２を介して反転入力端子（−）と
接続されている。帰還回路２２は、スイッチ素子として
のＮＰＮトランジスタＴＲと、このトランジスタＴＲの
ベースと比較器２１の出力端子との間に接続されたベー
ス抵抗Ｒ4 と、トランジスタＴＲのコレクタと比較器２
１の反転入力端子（−）との間に接続された帰還抵抗Ｒ
2 とから構成される。また、Ａ相定電流チョッパ回路２
ａの出力端子Ｔ_o は、Ａ相モータドライバ３ａに接続さ
れている。

【００２４】次に、Ａ相モータドライバ３ａの動作時に
おけるＡ相定電流チョッパ回路２ａの動作を説明する。

【００２５】検出電圧Ｖ_iaが、比較器２１の反転入力端
子（−）に入力される基準電圧Ｖ_thまで上昇しない間
は、比較器２１の出力電圧Ｖ_oaがローレベルに維持さ
れ、負論理のＡ相モータドライバ３ａを介してＡ相モー
タ電流が増大してゆく。また、出力電圧Ｖ_oaがローレベ
ルであるため、トランジスタＴＲはオフ状態に維持さ
れ、このため、基準電圧Ｖ_thは指令電圧Ｖ_saに維持され
ている。

【００２６】そして、モータ電流の増大により検出電圧
Ｖ_iaが基準電圧Ｖ_th（＝Ｖ_sa）まで上昇すると、比較器
２１の出力電圧Ｖ_oaがハイレベルに反転し、モータ電流
がＡ相コイル１ａの誘起電圧により減少してゆく。ま
た、出力電圧Ｖ_oaがハイレベルに反転したことにより、
トランジスタＴＲはオン状態へとスイッチング動作し、
このため、基準電圧Ｖ_thは、Ｖ_sa・Ｒ2 ／（Ｒ1 ＋Ｒ2
）に下降する。

【００２７】そして、モータ電流の減少により検出電圧
Ｖ_iaが基準電圧Ｖ_th（＝Ｖ_sa・Ｒ2／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ））
まで下降すると、比較器２１の出力電圧Ｖ_oaがローレベ
ルに反転し、モータ電流が再び増大してゆく。また、出
力電圧Ｖ_oaがローレベルに反転したことにより、トラン
ジスタＴＲはオフ状態へとスイッチング動作し、このた
め、基準電圧Ｖ_thは、再びＶ_saに上昇する。

【００２８】以後、上述の動作が繰り返し行なわれ、モ
ータ電流は、高低２つの基準電圧Ｖ _sa，Ｖ_sa・Ｒ2 ／
（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）の間で周期的に増大、減少する。

【００２９】このように、基準電圧Ｖ_thはヒステリシス
を有し、ヒステリシス量△Ｖ_thは、Ｖ_sa・Ｒ1 ／（Ｒ1
＋Ｒ2 ）（＝Ｖ_sa−Ｖ_sa・Ｒ2 ／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ））とな
る。従って、ヒステリシス量△Ｖ_thは、指令電圧Ｖ_sa換
言すると目標電流値に比例し、目標電流値が大きいとき
には大きな値、目標電流値が小さいときには小さな値と
なる。このため、目標電流値が大きいときのモータ電流
波形を示す図２ａ(A)と、目標電流値が小さいときのモ
ータ電流波形を示す図２ａ(B) とを比較すれば明らかな
ように、目標電流値が大きいときのモータ電流の平均電
流値の目標電流値からのズレ量は比較的大きく、一方、
目標電流値が小さいときのモータ電流の平均電流値の目
標電流値からのズレ量は比較的小さくなる。この結果、
図３に示すように、例えば、Ｂ相からマイクロステップ
駆動で１ステップ回転させようとしたとき、目標合成磁
界の方向と平均合成磁界の方向を一致させることがで
き、図４に示すように、ステップ数とモータ回転角度と
の関係を線形化させることができるようになる。そし
て、このような線形化により、ステッピングモータ１を
高精度、高分解能で動作させることが可能になる。

【００３０】なお、Ｂ相コイル１ｂにＢ相モータ電流を
供給する回路も、上述したようなＡ相コイル１ａにＡ相
モータ電流を供給する回路と同様に構成されており、Ｂ
相定電流チョッパ回路２ｂ、Ｂ相モータドライバ３ｂ、
Ｂ相電流検出回路５ｂ、Ｂ相Ｄ／Ａ６ｂは、それぞれ、
Ａ相定電流チョッパ回路２ａ、Ａ相モータドライバ３
ａ、Ａ相電流検出回路５ａ、Ａ相Ｄ／Ａ６ａに対応して
いる。

【００３１】以上説明したように、本実施例の定電流チ
ョッパ回路２ａ，２ｂによると、基準電圧Ｖ_thに可変ヒ
ステリシス量△Ｖ_th（＝Ｖ_sa・Ｒ1 ／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ））
をもたせ、モータ電流により発生する平均合成磁界の方
向を目標電流値による目標合成磁界の方向に一致させる
ようにしたため、ステップ数とモータ回転角度との関係
を線形化でき、ステッピングモータ１を高精度、高分解
能で動作させることができる。

【００３２】また、比較器２１の帰還回路２２の抵抗値
を比較器２１の出力電圧Ｖ_oaに対応して決定し、基準電
圧Ｖ_thのヒステリシス量△Ｖ_th（＝Ｖ_sa・Ｒ1 ／（Ｒ1
＋Ｒ2 ））を指令電圧Ｖ_sa（目標電流値）及び帰還回路
２２の抵抗値（Ｒ2 又は∞）にもとづき決定する自励式
で構成したことから、三角波発生回路が不要となること
によるコスト低減を図ることができる。

【００３３】また、帰還回路２２を帰還抵抗Ｒ2 とスイ
ッチ素子ＴＲとから構成したため、帰還回路２２を簡単
な構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る定電流チョッパ回路が組み込ま
れた自動車のアイドル回転数制御装置の要部の構成図

【図２】モータ電流波形図

【図３】合成磁界のベクトル図

【図４】ステップ数−モータ回転角度特性図

【図５】従来の他励式定電流チョッパ回路によるモータ
電流波形図

【図６】その合成磁界のベクトル図

【図７】そのステップ数−モータ回転角度特性図

【図８】従来の自励式定電流チョッパ回路によるモータ
電流波形図

【図９】その合成磁界のベクトル図

【図１０】そのステップ数−モータ回転角度特性図

【符号の説明】

１ ステッピングモータ ２ａ，２ｂ 定電流チョッパ回路 ２１ 比較器 ２２ 帰還回路 ＴＲ トランジスタ（スイッチ素子） Ｒ2 帰還抵抗 Ｖ_th 基準電圧 △Ｖ_th 可変ヒステリシス量 Ｖ_ia 検出電圧 Ｖ_sa 指令電圧（目標電流値）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステッピングモータの各相の検出電流値
   を示す検出電圧と、基準電圧とを比較する比較器を備
   え、各相のモータ電流を目標電流値に一致させるための
   定電流チョッパ回路において、 前記各相のモータ電流により発生する平均合成磁界の方
   向を前記目標電流値による目標合成磁界の方向と一致さ
   せるよう、前記基準電圧のヒステリシス量を前記目標電
   流値に応じて変化させ、該可変ヒステリシス量を有する
   基準電圧に基づいて各相のモータ電流を制御するよう構
   成したことを特徴とする定電流チョッパ回路。
2. 【請求項２】 前記比較器の出力端子と基準電圧入力端
   子との間に、抵抗値が該比較器の出力電圧に対応して定
   められる帰還回路を接続し、 前記基準電圧の可変ヒステリシス量を、前記目標電流値
   と前記帰還回路の抵抗値とにもとづいて定めるよう構成
   したことを特徴とする請求項１に記載の定電流チョッパ
   回路。
3. 【請求項３】 前記帰還回路を、前記基準電圧入力端子
   に接続された帰還抵抗と、該帰還抵抗と直列に接続さ
   れ、前記比較器の出力電圧によりスイッチング動作し、
   前記帰還抵抗を接地又は開放するスイッチ素子と、から
   構成したことを特徴とする請求項２に記載の定電流チョ
   ッパ回路。