JPH0799960B2 - 誘導負荷の過電流時間監視回路 - Google Patents

誘導負荷の過電流時間監視回路

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JPH0799960B2
JPH0799960B2 JP3163576A JP16357691A JPH0799960B2 JP H0799960 B2 JPH0799960 B2 JP H0799960B2 JP 3163576 A JP3163576 A JP 3163576A JP 16357691 A JP16357691 A JP 16357691A JP H0799960 B2 JPH0799960 B2 JP H0799960B2
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浩 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CPU制御によりステ
ッピングモータ等の誘導負荷(以下、単に負荷というこ
ともある)に対して、意図的に定格を超えて電流を流す
場合における、その通電時間を監視する誘導負荷の過電
流時間監視回路に関する。
【0002】
【従来の技術】CPU制御が行われるプリンタなどに使
用されるステッピングモータ(以下、単にモータとい
う)やマグネットなどの負荷の駆動制御においては、駆
動電圧として論理電源とは異なる高電圧を採用している
場合が多い。このため、CPUの暴走が発生したりする
と制御がきかなくなり、負荷に高電圧がかかりきりとな
って定格より多い電流が流れ、焼損や発熱過剰状態が発
生し、負荷やその駆動素子の寿命を縮めたりする。
【0003】このようなCPU暴走の発生に備えて、そ
の検出と防護のため、ウオッチドッグタイマ回路を設
け、CPU暴走発生時には、そのタイムアウトにより駆
動電源をオフしたり、あるいはCPUを初期化するなど
して、負荷の焼損、発熱過剰状態やそれによる性能劣化
を防止したりしている。
【0004】また、このようなCPU暴走と異なり、C
PU制御が行われつつも、負荷に定格を超えた電流を流
す制御が行われる場合が多々ある。例えば、プリンタの
印字ヘッドを搭載したキャリッジのモータ制御によるキ
ャリッジ駆動である。
【0005】この制御の場合、モータを加速−等速−減
速−停止というように電流値を変えて制御を行う。そし
て、印字スピードを上げるには、この加速と減速の制御
について、負荷に対し定格を超えて電流を流す制御を行
う。このような制御回路において、モータのコイルのコ
モンを流れる電流の制御が、前述の如きプリンタのスペ
ース制御について行われる。このとき、等速の電流が定
格電流で、加速、減速の電流は定格を超えており、場合
によつては定格の数倍となる場合もある。
【0006】このように、CPU暴走などと異なり、C
PU制御により定格を超えて負荷に電流を流す場合は、
その電流値を常時監視する必要がある。
【0007】CPUのプログラムが正常に走っている場
合は、負荷に流す最大電流時間は、例えば5秒に限定さ
れているが、定電流チョッパ駆動回路のハイブリッドI
C(HIC)がロックされた場合、即ち、HICの前段
の定電流値設定回路が故障した場合は、例えば定格1A
の負荷に対して、例えば2.4A程度の最大電流を流し
続けてしまうことになる。
【0008】このことは、負荷や駆動回路の異常発熱や
性能劣化、さらには焼損を招く原因となるので、事前に
予防しておく必要がある。
【0009】このような背景から、以下に述べる過電流
時間監視回路が、本出願人より既に提案されている。
【0010】図3は、本発明の成立過程でなされた先の
提案に係る全体回路図であり、負荷に対して自励式に定
電流駆動を行う定電流チョッパ駆動回路20と、過電流
時間監視回路1とから構成されている。
【0011】まず、定電流チョッパ駆動回路20につい
て説明すると、L1とL3はモータのコイルで対をなし
ており、一端はコモンとして駆動電圧VMに接続され、
他端はハイブリッドIC21に接続されている。駆動電
圧VMは、+24V電源やこれを超える高圧電源が用い
られており、ハイブリッドIC21にも接続されて、内
部で制御用電圧が作られる。φ1とφ3は負荷L1とL
3に対し電流を流すか否かの制御を行う相切替信号で、
負荷L1とL3に同時に電流が流れることはない。な
お、4相のモータではもう一対のコイルL2とL4もハ
イブリッドIC21に接続されるが、これについては説
明を省略する。
【0012】ハイブリッドIC21は、定電流制御回路
22と、この定電流制御回路22の制御により負荷L1
とL3の負荷電流を流すパワーMOSFET23a,2
3bを内蔵している。
【0013】RSは電流検出用抵抗器で、このRSを流
れる電流値によりハイブリッドIC21との接続点に電
位V1が現れる。
【0014】A及びBは電流切替信号であり、図示しな
い制御手段にて設定されるその論理により、L1,L
に流す電流値を設定する。この電流切替信号A及びBは
オープンコレクタのインバータ24a,24bに入力さ
れ、その出力は基準電圧である+Vccに接続された抵
抗器R1とR2の接続点に抵抗器R4,R5を介して接
続され、この接続点は抵抗器R6を介してハイブリッド
IC21に接続されている。
【0015】この点の電位をV2とすると、この電位V
2と前述の電流検出用抵抗器RSの電位V1が定電流制
御回路22に入力されて内部で比較制御され、定電流が
設定されることにより、コイルのコモンに流れる電流値
0 が設定される。また、この時、チョッピング周波数
が抵抗器R3とコンデンサC1の時定数により通常20
KHzから30KHzに設定される。
【0016】ここで、の点で論理がICの故障その他
により“H”に固定されると、A及びB信号が所定の入
力状態であっても、加速−等速−減速−停止の区間及び
この繰り返しに渡って常に定格を超えた過電流が流れる
ことになる。
【0017】次に、過電流時間監視回路1について説明
すると、この過電流時間監視回路1は、定電流チョッパ
駆動回路20における電流検出用抵抗器RSに接続され
るもので、ピーク値ホールド回路2、コンパレータ回路
3及びタイマ回路4より構成されている。
【0018】負荷にI0 なる電流が流れると、これを検
出するのが電流検出用抵抗器RSである。そして、この
電流検出用抵抗器RSに対する接続点における電位V1
が、定格を超える電流I2 が流れた時にVA 、定格時に
B 、停止保持時にVC であるとすると、の点の電流
波形は、図4(a)のようなチョッピング電圧波形とな
る。
【0019】この波形は、ピーク値ホールド回路2に入
力されるもので、保護抵抗器R7を介してオペアンプ2
aに入力される。オアンプ2aを介在させるのは、入
力が高インピーダンスなので、これが接続されても出力
側の電流検出用抵抗器RSの電位V1が影響されないた
めである。このオペアンプ2aの使い方は、電圧ホロワ
と呼ばれるもので、電位V1がそのままオペアンプ2a
の出力として現れる。即ち、図4(a)の出力がそのま
ま現れる。
【0020】このオペアンプ2aの出力に接続されたダ
イオードD1と、これに続く出力の発振防止用抵抗器R
8に接続された抵抗器R9と、コンデンサC2とにより
チョッピング電圧波形のピーク値が平滑ホールドされ
る。
【0021】即ち、図4(b)の拡大図に示すように、
ダイオードD1によりA1の部分がホールドされると共
に、抵抗器R9とコンデンサC2の時定数によりA2の
部分が鎖線のように平滑にされる。従って、コンパレー
タ回路3のコンパレータ3aの反転入力端子(−)に入
力される信号波形は図4(c)のようになる。
【0022】そこで、コンパレータ回路3のコンパレー
タ3aの非反転入力端子(+)に接続されている抵抗器
R10とR11の分圧によるスライスレベルを図4
(c)中のV3のように設定すれば、その出力パルスは
図4(d)のようになり、加速及び減速の定格を超える
過電流部分が論理“L”として現れ、等速と停止保持の
部分が論理“H”として現れる。そして、この長周期の
パルスが次のタイマ回路4に入力される。
【0023】図4(d)のように整形されたパルスは、
タイマ回路4内のまずNAND回路(論理回路)4bに
入力される。他方、NAND回路4bの他入力には、周
期の速いパルス、この実施例では周期1μsのクロック
パルスが入力される。そして、NAND回路4bでとら
れた両入力パルスの論理積がプログラマブル・インター
バル・タイマ回路4aのGATE2に入力される。
【0024】プログラマブル・インターバル・タイマ回
路4aは、プログラムにより各種のタイマ制御が可能な
もので、8253と呼ばれるものである。データバス
(D0〜D7)や基本クロック(CLK0)等の制御信
号線は後述する制御手段であるCPUに接続され、制御
される。
【0025】8253はモードの指定によりタイマ制御
を行うが、この実施例で使用したモードは、一般にモー
ド1と呼ばれる使い方で、プログラマブル・ワンショッ
トと呼ばれ、指定した長さのワンショットパルス(アク
ティブ・ロウ=論理“L”)を出力する。これを図5に
より説明する。
【0026】図5において、CPU制御の所定のコント
ロール・ワードによりモード1を選択すると、カウンタ
出力であるOUT2は初期状態として論理“H”とな
り、カウント数nロード後(図中のBで、この例ではn
=4としてある)、GATE2(トリガ)の立ち上がり
(C)によりトリガされてカウントが開始される。そし
て、OUT2は、カウント中は“L”であり(D)、カ
ウント数nについてのカウントが終了する、つまりカウ
ントオーバとなると再び初期化され、“H”となる。
【0027】即ち、パルス幅がカウント数に対応したア
クティブ・ロウのワンショット出力となる。他方、カウ
ント中に再トリガがかかる、つまりEに示すようにGA
TE端子が“L”から“H”となると、再び設定カウン
ト数の初期値よりカウントが開始される。
【0028】そして、これが繰り返えされる限り、カウ
ントオーバによる初期化でOUT2=“H”となること
はない(F)。このモード1を利用して過電流時間の監
視を行うものである。
【0029】以下、この過電流時間の監視について図3
と図6を参照して説明する。尚、図6の丸数字は図3の
回路図中の番号と一致させてある。
【0030】8253のOUT0からのクロック出力
は、図5のFについて説明したようなカウントの繰り返
しを行わせるためのトリガ用で、前述のように、速いク
ロック周期1μsに設定されており、NAND回路4b
に入力される(図6の)。
【0031】他方、OUT1からの出力であるCLK2
は、過電流時間の監視、つまりカウントに用いるもの
で、この例の場合には、監視すべき過電流時間が比較的
長いので、OUT0の出力CLK0より周期が数段遅い
クロック周期5ms設定してある(図6の)。
【0032】OUT0出力のクロックと、図6のに示
す波形のパルス〔図4に(d)で示されるパルス〕と
は、NAND回路4bにより論理積をとられ、図6の
に示す波形のパルスとなってGATE2端子に入力され
る。
【0033】こののパルスの内、電流が定格値以下の
等速部分と停止保持部分(図中のSの部分)は、クロッ
ク周期1μsのクロックパルスが現れ、論理“L”と
“H”を1μsの周期で繰り返している。従って、高速
部分と停止保持部分については、1μsの周期でカウン
トが繰り返されることになり、カウントオーバの状態が
生ぜず、図5のFについて説明したように、タイマ出力
OUT2は、論理“L”のままである。
【0034】他方、のパルスの内、加速部分あるいは
減速部分(図6中のTkの部分)は、図示のような長い
周期であり、この長い周期の間カウントが継続される。
そして、この周期が前述のように予め設定されているカ
ウント数nに対応するカウント時間より長いものであれ
ば、周期の途中においてカウントオーバとなり、OUT
2が論理“H”となる()。
【0035】従って、カウント時間、つまりカウント数
nを図4(d)の加速、減速の時間T1,T3よりやや
長めに設定し、加速、減速の時間T1,T3が正常の長
さである限り、カウントオーバとならないようにしてお
くことにより、過電流時間の監視、つまり過電流時間が
正常値を超えたか否かの監視をOUT2の出力により確
実に行うことになる。
【0036】
【発明が解決しようとする課題】本出願人が上記の先に
提案した装置によって、信頼性の高い過電流時間監視が
行われるようになったが、上記装置は比較的回路構成が
複雑で、コストが高いという点で改良の余地が残されて
いた。
【0037】本発明は、このような背景に基づいてなさ
れたものであり、より簡単な構成で信頼性の高い過電流
時間監視を行うことができる誘導負荷の過電流監視回路
を提供することを目的とする。
【0038】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、モータ定格電流以上の電流設定がなさ
れた場合にこれを検出するコンパレータ回路と、このコ
ンパレータ回路からの出力パルスと適宜の手段により与
えられるクロックパルスとの論理演算を行う論理回路
と、この論理回路からの出力パルスをトリガとして、予
め設定されているカウント数について所定のクロック周
期に基づきカウントを行い、カウントオーバになった時
に所定の信号を出力するプログラマブル・インターバル
・タイマ回路とを備えたことを特徴とするものである。
【0039】
【作用】モータ駆動用HICの電流設定端子にモータ定
格電流以上の電流設定がなされた場合に、コンパレータ
によりそれを検知し、インターバル・タイマへ信号を送
る。インターバル・タイマはコンパレータからの信号が
ある時間以上継続しているとみなした場合は、エラーと
してCPUへエラー信号を送る。
【0040】CPUは、このエラー信号に基づき、相デ
ータを所定論理に固定する。具体的には、1〜4相デー
タを0にセットする。そして、電流設定値を0にする。
【0041】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。尚、前述した回路構成と同一個所には同一符号を付
して重複する説明は省略した。
【0042】図1は、本発明の基本概念を示す全体ブロ
ック図であり、5はCPU、6はモータ(負荷)、7は
モータ駆動電流を設定する電流設定用電圧V2をオン、
オフするスイッチ(トランジスタで構成されている)、
ISは電流設定信号である。
【0043】また、本発明においては、ピーク値ホール
ド回路2を省略して、コンパレータ回路3とタイマ回路
4とから過電流時間監視回路1が構成されている。
【0044】このような構成において、モータ駆動用H
IC21の電流設定端子にモータ定格電流以上の電流設
定がなされた場合に、コンパレータ回路3によりそれを
検知し、タイマ回路4のプログラマブル・インターバル
・タイマへ信号を送る。プログラマブル・インターバル
・タイマは、コンパレータ回路3からの信号がある時間
以上継続しているとみなした場合は、エラーとしてCP
U5へエラー信号eを送る。
【0045】CPU5は、このエラー信号eに基づき、
相データを所定論理固定する。具体的には、1〜4相デ
ータを0にセットする。そして、電流設定値を0にす
る。即ち、CPU5からは、1〜4相までをオフにする
信号S1及びスイッチ7を構成するトランジスタのベー
ス電流を0にするための信号S2が出力される。
【0046】図2は、具体的回路の一例を示す全体図で
あり、コンパレータ回路3のコンパレータ3aの反転入
力端子(−)には、図4の(c)に示す信号が入力され
る。また、NAND回路4bには前述と同様に図4の
(d)に示すパルス信号が入力される。
【0047】このように、ピーク値ホールド回路2をな
くしても、モータ6に定格電流以上の電流が流れた場合
は、これをコンパレータ回路3で検出して、タイマ回路
4のプログラマブル・インターバル・タイマ回路4aに
その信号を送り、前述と同様の制御を行うことができる
のである。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンパレータ回路と、タイマ回路のみで、過電流時間監
視回路を構成することができるから、簡単な構成でコス
トも低く、信頼性の高い過電流時間監視を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本概念を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施例に係る全体回路図である。
【図3】本発明の成立過程で提案された全体回路図であ
る。
【図4】図3の過電流時間監視回路における各部の信号
の波形図である。
【図5】プログラマブル・インターバル・タイマ回路の
モードの説明図である。
【図6】プログラマブル・インターバル・タイマ回路に
おける過電流監視状態の説明図である。
【符号の説明】
1 過電流時間監視回路 3 コンパレータ回路 3a コンパレータ 4 タイマ回路 4a プログラマブル・インターバル・タイマ回路(8
253) 4b NAND回路(論理回路) 5 CPU 6 モータ 7 スイッチ 20 定電流チョッパ駆動回路 21 ハイブリッドIC 22 定電流制御回路 L1,L3 コイル RS 電流検出用抵抗器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02P 7/00 P U 8/12

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御手段により誘導負荷に対し、誘導負
    荷の定格を超過した過電流を一時的に流す制御が行われ
    る定電流チョッパ駆動回路における誘導負荷の過電流時
    間監視回路であって、モータ定格電流以上の電流設定が
    なされた場合にこれを検出するコンパレータ回路と、こ
    のコンパレータ回路からの出力パルスと適宜の手段によ
    り与えられるクロックパルスとの論理演算を行う論理回
    路と、この論理回路からの出力パルスをトリガとして、
    予め設定されているカウント数について所定のクロック
    周期に基づきカウントを行い、カウントオーバになった
    時に所定の信号を出力するプログラマブル・インターバ
    ル・タイマ回路とを備えたことを特徴とする誘導負荷の
    過電流時間監視回路。
JP3163576A 1991-06-08 1991-06-08 誘導負荷の過電流時間監視回路 Expired - Lifetime JPH0799960B2 (ja)

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