JPS5843177A - 出力駆動段によつて制御される消費機器のための電流調節回路 - Google Patents

出力駆動段によつて制御される消費機器のための電流調節回路

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JPS5843177A
JPS5843177A JP57139088A JP13908882A JPS5843177A JP S5843177 A JPS5843177 A JP S5843177A JP 57139088 A JP57139088 A JP 57139088A JP 13908882 A JP13908882 A JP 13908882A JP S5843177 A JPS5843177 A JP S5843177A
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JP57139088A
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ヨハン・ベツチユ
エリク・エフ・コ−ン
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、出力駆動段によって制御される消費m−、特
にパルス輻羨調で、または同期パルスに・よって制御さ
れる直流モータのための電流調節回路□に関する。
例えば、出力駆動段(最終一段)がブリッジを威すよう
に接続された4個のトランジスタを含ん゛でいるサーボ
モータのためのこの種の公知の電流調節(ロ)路におい
ては、それぞれ二つのブリッジの対角線の中を流れる電
流の測定によって発生されるアナ゛pグ的な実際値電圧
か制御段中の直流鱒にその最終段と接続された比較点に
直接供給される。同様にアナログ的な予定値と比較して
発生された誤差信号は、最終段のブリッジ対角線のキー
イング・レシオ゛がそれによって制御される調節量とし
て電機子電圧に対応する出力電圧を発生する、21時間
挙動を”持った調−増輻器によって増幅される。電機子
電流の予定値はこれまで普通のシスチーでは回転数調節
器の出力電圧として供給され、そのことによって、就中
予定電流の選択の可能性が制゛限された。
しかしながう、公知のアナログ電流調節回路では、特に
(1kHzのオーダである)小さなバンド幅が不利であ
る。すなわち、それは例えはオーパージネートまたは擾
乱の結果の負荷電流の変化に非常にゆっくり応答し、そ
の゛結果安全上3炙 の理由から電流は許容されるピーク電流値を溝に(例え
ば50%)下まわる値に制限されなければならなかった
さらに、今日出力駆動段に使用し得る高電圧に適したト
ランジスタを高価な電源変圧器を中間接続することなく
直接既存の交流電力網に接続することが望ましいという
ことから、特別な問題が発生する。この場合、電源を含
む制御段から、およびそのシステム中のその他のエレク
トロニツクス制御゛装置か5の最終段の直流的絶縁に気
を配らなければならない。そのシス、テムには屡々プロ
セス計算機またはその他のデータ処理設備が属している
。皐の所要の直流的絶縁が、高い伝達帯域幅、優れた直
線性、および調節回路の希望の精度および分解能の達成
を困難にしている。
本発明の課題は、パルス幅変調または類似の変調方式で
制御される、これまでよりも大きな帯域幅を持ち、でき
る限り直線的に動作し、電流変化にこバまでよりも速く
かつ正確に応答する、大出力の最終段のための電流調節
回路を提供することである。
この課題は特許請求の範囲第1項によって特(使用され
る素子に応じて少なくとも10〜20hHgあるいtr
i 10 G kHz以上)を有するとともに、調節積
度が改曽され、また調節の慣性を考慮して言うに足る程
の安全間隔を保持する必要力5ないから、消費−一に可
能な最大の電流を供給す、ること、ができる劣いう利点
を持っているO例えばgl−の結果として過剰電流が流
′れる際、非常、:声 に連い遮断が可岬である。ディジタル駆動はまたこれ“
までよりも擾乱を受けにくい。簡単に、かつ少ない費用
で、付加の保護手段を設けること、および伝達されたコ
ードから、例えば符号の狂いのような調節駆動における
誤差を認識することが可能である。ディジタル駆動は純
粋、のP調節特性を可能にする。比較回路のバイナリ誤
差信号は最終段のパルスの持続時間(キーイシグ・レシ
オ)奪直接に、すなわち、後接続された調節増幅器なし
に制御することができる。
さらに、記載された電流調節り路は、多くの場合に必要
となるような計算機プログラムによったり、比較的速い
変化を持った予め与えられた電流曲線にしたがったりす
るような、電流予定値の従来よりも簡単で、より変更自
由な調節を可能にする。場合によって必要となる回転微
調節は、電流調節の予定値に無関係に考慮される°こ乍
ができる。
記載される調節回路は、電源変圧器を用シ1ずに最終段
を交流電力網に直接接続し、制一段を最終段から直流曽
に分離しておく構成に特に適している。実際、本発明に
お−1で制御システム中で好ま、シ<は使用されるフォ
トカプラ(オプトカプラ)が絶縁を可能にすることはそ
れ自体公知ではあるが、それはこ−に記載された電流調
節回路と関連して特別の利点を持っている。
すなわち、まず、実際値コードおよび場合によってはま
た調節信号を遅延なしに伝達し得ることであり、このこ
とは広い帯域幅を保証するために有益である。フォトカ
プラは互に擾乱を及ぼすこともなく、また外部からの擾
乱によってけるためにも有利炉そのことから、フォトカ
プラは(磁気的伝達器とは−なって)バイナリ信号の静
的で時間的に制限されない伝達を可能にする。しかしな
がら1.特に制御段から最終段への調節パルスの伝達の
ために、フォトカプラの代りにその他の伝達器もまた使
用することができる。
同期制御される最終段(この電流調節回路はそのような
最終段に適している)は、出力トランジスタス代りに、
例えばいわゆるゲート・ターンオフ・サイリスタ等のパ
ルス幅変調に適シた他の半導体素子を含むことができる
。また、記載された(本発明の)ディジタル電流調節回
路は4象限駆動で動作するモータのみならず他の任意の
消費機器にも適している。
本発明を、添付図面に示された実゛施例を参照して、以
下に一層詳しく説明する。
第1図によれば、例えはサーボモー)の出力駆動段Ls
中゛に公知の方法でブリッジに接続された4個のトラン
ジスタT1ないしT4が直流電圧源+VCCに接続され
ており、それらのトランジスタは、出力電圧Vムか0と
最大電圧の間で変化することができるように、公知の方
法でパルス輻蛮調によって制御されることができる。
モータに電力を供給する出力電圧VAはまたこのブリッ
ジ接続によって極性を反転す・ることもできる。したが
って、モータば4象限駆動で動作することができる。す
なわち、右廻りにも左廻りにも、また駆動されるごとも
、場合によっては電流の供給を受けて制動されることも
できるO 電圧源+VCCは整流平滑回路を介して、好ましくは電
源変圧器を用いることなく、例え&1580vまたはそ
れ以上の適当な交流または3相電力網に直接接続されな
ければならない。出力駆動段L8の中の以下に述べられ
るエレクトロニクス回路のための(Illには示されて
いなし亀)その他の必要となる低い正および負の駆動電
圧も同様に交流電力網から作り出され(それ6まこの場
合蔽は変圧器およi直流電圧調節器を通じて可−である
)、それらの電圧は+VCCに関連づけられる。それに
反して、制御段8T(第2図)の駆動電圧の供給は出力
駆動段の電圧の供給とは独立とされ、特に直流的に分離
されてしするO 図示の実施例において、モータの中を流れる1流Iムは
抵抗−1(トランジスタT1および〒2がオンのと門)
または抵抗R5(トランジスタT3およびT4がオンの
とき)における電圧降下を検出することによって測定さ
れる。出力電圧Vムは比較的高い周塘数で変調されるか
ら、モータのインダクタンスがその電流を実質上直流に
平滑する。抵抗によらずに、電流の大きさを変圧器、ホ
ール素子、緩衝増幅器、等によっても検出することがで
きる。上′の象限における図示の測定はい゛かなる場合
にも゛、通常の実際値のはかに、例えばアースに対する
電11子の短絡の結果として発生するような短絡電流も
また直接検出されるという利点を持っている。
モータ電流に対応する電圧は、−測定値を検出する増幅
回路10に供給される。増幅回路10はブリッジの対角
線の中で得られる二つの電圧の差を形成して増幅する演
算増幅器を含んでいる。増幅回路10の中では同時に調
節回路を希望の最大電流に適合させるための増幅の規格
化(Normierung )も行なわれる。増幅回路
10の入力では(図には示されていない)フィルタが調
節帯域幅を制限する役をすることがてきる。
そのフィルタは切換え時のピーク電圧やその他の高周波
擾乱を抑制する〇 増幅回路10の出力には、走査・保持回路(サンプリン
グ・ホールド回路)11が接続すれている。該回路11
は局所的なシーケンス制御ユニ7)TLIの同期パルス
による制御の下で、増幅回路10のアナレグ出力信号を
周期的に走査し、記憶し、予め与え−られたシステムの
切換え周波数でA/D変換器12に与える。同様にシー
ケンス制御ユニットTLIIの同期パルスによって制御
されるA/D変換器12は、そのアナ四グ入力信号を対
応するディジタル信号に、すなわち例えば10個の並列
なビットからなる実際値コードに変換する。そのディジ
タル信号は、ついで、そのA/D変換器12の出力に接
続されたラッチまたは信号メモリから成る装置13に記
憶される。希望の大きな伝達帯域幅を得るために、成可
く高い変換率のA/D変換器が使用されなければならな
い。
信号メモリ装置13から、実際値コードの並列なiット
はまたシーケンス制御ユニットTLsによる同期制御の
下で読み取られ、その読取り段階中静的にかつ擾乱を受
けずに、それぞれ1つのフォトカプラ(参照符14で包
括的に示す)を通じて出力駆動段L8かも制御段8T(
第2図)に伝達すれる。該フォトカプラは、よく知られ
ているように、例えば発光ダイオードからジスタとから
成っている。
過電流の際の保護措置は保護回路15によってなされる
。保護回路15は、図示のように、増幅回路10の出力
に接続され、許容されない過電流の際にはバイナリ信号
を発生する。ことができ−1そのバイナリ信号もまたフ
ォトカプラ16を通じて制御段8Tに伝達され、そこで
出方駆動段の開成の°ために、前置−動器に供給さ°れ
る。
こ\でもまたフォトカプラ、の前述の利点が重要である
。保護回路15はま、た入力側で上記A/D変換器の出
力に接続されることができ、この場@′1“$1Ii1
:”−)”e!、−リ制御段8T(第2図)へは、フォ
トカプラ14を介して伝達される実際値コードの並列な
ビットがバイナリの比較回路2oの第1の入力に直接遠
する。比較囲路20は、実rIAmコードと、モータま
たはその他の消費機器の中を流れる電流Iム(第1図)
の予定の値に対応する、実際値コードのピッ)Wkに対
応する数の同様に並列なビットとしてその第2の入力に
印加される予定値コードとを並列比較する。測定された
電流が予定値よりも大きいときは、比較回路20は第1
の出力りにバイナリ誤差信号を発生し、該誤差信号はパ
ルス幅制御回路21に供給され、その回路21かついで
ブリッジ対角!I(“左〃)のための前置駆動器22を
スイ、ツチ・オンする。
制御回路21は例えば信号メモリを含むことかできる。
実際値コードで表現された測定された電流が予定値より
も小さし)ときは、比較回路2゜はそ゛の第2の出力R
&:誤差信号を発生し、その信号が制御回路25を介し
て他方のブリッジ対、1・′・ 角線(”右“)ヤ、、1.ための前置駆動器24に供給
さ6−゛ れる。前置l駆動器22.24の調節信号は、光学的の
1I11のものであることも、また磁気的な種類のもの
であることもできるカプラ25を介して、出力駆動段L
8(第1図)の駆動回路17.18に伝達される。
予定値コードはバイナリ回路26によって、予め設定さ
れた一定値としてか6、あるいはその時々の使用条件に
依存して、例えば°計算機プログラムまたは予め与えら
れた変化曲線にしたがって可変の値として発生される。
どのことはバイナリ形式の故゛にいずれの場合にも従来
におけ許容ピーク電流であることができる。
予定値コードおよび実際値コードは比較回路20にそれ
ぞれlには示されていない)バッファーメモリおよび入
力フィルタを介して供給され、それらは、データ、が電
流調節回路の帯域−の手分の最大をもって変化させられ
るよう7に′する。
従って、考察している種類の公知のモーター制御システ
ムとは異なって、こ\に記載される電流調節回路によれ
ば、その電機子電流の予定値は特別の回転数調節器によ
って作り出されるのではない。回転Wk11節器28が
備えられている七きは、その゛出力信号は直接パルス幅
に調器29に作用を及ぼすことができる。パルス幅変調
器29の出力信号は例えば前置駆動器22.24の中に
含まれるゲート要素中で制御回路21また韓23のその
時々の誤差信号と論理的に結合されることができる。そ
の(qに示されてぃなじりゲート要素は、他の一つの入
力で、“保護機能によって制御されるこ七ができる。
ム/D変jlII112にょっ゛て発生される実際値コ
ードと予定値コードとは好ましくは2の補数として供給
される。それは一義的に定義されたゼロ値の両側に対称
であ・る−(正と負の値について同じコード数)という
利点だIでなく、モータのそ°の時々の駆動象II(電
流方向)に対応する符号を非常に簡単に検出することが
できるという8点を持っている。予定値及び実際値の符
号の検出は同機・に比較回路2oによって行なわれる。
比較回路2oは第3の出方を持っており、その出力では
、実際値と予定値とが一致するが擾乱の結果狂った符号
を持っている゛ときは、警報信号が発生される。この警
報信号は警報回路27の中に記憶されることが÷き、例
えば制御回路21,23お、よび前置駆動器22.’2
4を通じて、出力駆動段をオ?にするために使用される
ことができる。′ 制゛御段8Tはシーケンス制御ユニツ)T8Tを含み、
そのユニットはフォトカブラ30を通じて出力駆動段L
8のシーケンス制御ユニットTLJIと結合され1、T
L8と同期化される。制御ユニット〒8テは予定値回路
26および比較回路2゜に同期信号を供給し、そのよう
にして比較回路、20の入力に備えられた信号メモリへ
の、またはそれからの両方のコード2人出力データを制
御する。” 両方のコードの並列比較を行なうために、比較回路20
は、“より大″」:う”よ、す4・″、お、よび“略し
い″に、ういて希望の三つの出力信号を供給する、普通
に市販されている大きさ比較回路(ナショナル・セミフ
ンダクタ社のMM54085第1図に示されたトランジ
スタ・ブリッジの従来のパルス幅変調では、出力電圧V
ムは、そ。
れぞれ一方の対角線のトランジスタ(TIおよびT2、
またはT3およびT4)を同時に接続しながら、二つの
ブリッジ対角線の間のキーイング・レシオを選択するこ
とによって、殆んど−1−Vccと−vCCの間のすべ
ての値に調節されることができる。切換えは常に短い電
流無しの休止をもって行なわれる。
しかしながら、その代りに、電流方向に応じて−クの対
角線中の1つのトランジスタが常に導通していて該対角
線中の他方のトランジスタのみがパルス幅、に関して制
御され、他方の対角線が阻止されたま−になってい・る
、し゛)ろいろの観点からより有利な制御原理゛も応用
することができる。この−一、1性の制御原理は、特に
、制御されるトランジスタが遅延なしにスイッチ・オフ
されることができ、特に出力トランジスタの普通りリリ
ーフ・ネッ□トワークのためにより優れた擾乱不依−存
性およびより小さな出費を達成することができるから有
利である。しかしながら、他方ではトランジスタの時間
的にとびとびの制御が必要である。したがって、第2図
中に51で示されたシステム同期ユニットの同期・パル
スによって決定される、正確に定義された時点でのみト
ランジスタが切り換えられることができるように意図さ
れて゛いる。このユニ?/トは調節回路の駆動と同期化
されている。−極性で動作する、時間的にとびとびの制
御システムとは、こ5\で記載されたディジタル調節回
路は特に有意義に組み合わされる。
パルス幅変調の従来の原理とは区別されなければならな
い、出力トランジスタの一極性の、時間的にきびとびの
制御のこの原理によれLf、(ユニットTNTもまた制
御することかで゛きる)ユニツ。ト31の同期信号によ
って定義される時点でのみスイッチ・オンおよび・オフ
されることができる出カドランジス・りT1ない−L、
、T4までは、例えばモータの希望゛の7正の電、・流
方向で、っぎの導通状態を持っている。
T4および〒3常時オフiT1常時オン;T2  I実
際くI予定でオン; T2  I実際〉■予定でオフ。
それに反して負の電流方向が設定されるときは、下記の
状態が発生する。
T1およびT2オフ;T5常時オン; T4   I実際〈I予定で°オン゛;T4  I実際
〉■予定でオフ。
したがって、与えられた電流方向で、電流の強さは4個
の出力゛トランジスタの一つでのみミ例えば正の電流方
向の場合には、トラン、ジスタT2で調節される。それ
は、例えばピーク電流でのモータの加速の際、および電
流値が通常比較的低い基準速度駆動の際、消費機器やモ
ータのインダクタンスに依存して、それぞれ一つまたは
少数の同期周期中導通状態にとどまることができる0各
クロツク・パルスで、予定値に到6達したかまたは既に
それを越えたかどうか、比較回路20によって決定され
、場合によってはトランジスタT2は、予定電流値に再
び達するのクロック期間に亘って閉鎖される、等である
遅延を避けるために、電流予定値′信号を表わ′すコー
ドのピッ、トを並列に制御段8Tに伝達するのが合目的
的である。しかしながら、事情によっては、その時々の
場合に利°用できる変換器。
の動作速度が十分な場合には、それら゛のビットを直列
に伝達し該ビットを制御段で直列−並列・変換器を介し
て比較回路に印加する可能性も存在する。直列伝達は、
例えば実際値コードが、7オトカYうの送信機及び受信
機の近接した配置、したがって両方の段LSおよq8T
の近接した配置を前提とするフォトカプラを介、して伝
達される代りに、少なくと’&1本のグラス・ファイバ
を介して伝達される場合、に利益がある。
グラス・ファイバは著しい、空間的な介層と゛、中でも
一層優れた擾乱の無さを可能にする。対応する個数のグ
ラス・ファイバを通じての尊列伝達は場合によっては余
りにも費用がか\り過ぎるだるう
【図面の簡単な説明】
第1図は出力駆動段(最終段)の概略ブロック図、躊2
図はその最終段の前に接続される制御段の概略ブロック
図である。 10・・・増幅゛回路、11・・・走査保持回路、12
−A / D変換器、1S・・・信号メモリ装置、14
゜14、3’0−’・フォトカプラ、15・・・保饅回
路、17.1卿・・・駆動回路、20・・°比較回路、
21.25・・・パルス幅制御回路、22.24・・・
前置駆動器、25・・・カプラ、2名・・・予定値バイ
ナリ回路、27・・・警報°回路、28・・・回転数調
節器、29・・・パルス41 変II W s s 1
・・・シ各テム同期風ニット、L8・・・出力駆動段゛
、8T・・・制御段、T1.T2゜T5.T4・・・ト
ランジスタ1.R1,R5・・・抵抗ミ’I’Ls、T
ar・・・シニケンス制御ユニット。 ′]:、、 :・″・5

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  消費機器の中を流れる電流に対応する実際の
    信号の発生゛のための出カー動段に含まれる測定装置、
    および電流め実際の値が電流予定値と比較され、比較回
    路が出力スイッチの制御のために偏差に対応する誤差信
    号を発生する制御段を有する、出力スイッチを持ったブ
    リッジ回路の中に設けられ、多象謳駆動で動作すること
    ができる、反転することができる電流方向を持った、出
    力駆動段によって制御される消費機器のための電流調節
    回路において、 その出力駆動段が直流的に制御段から分離されているこ
    と、 その測定装置がA/D変換器a湯を含んでおり、その変
    換器が消費機器の中を流れる電流の走査に基づいて実際
    の値の信号を複数のビットから成るバイナリ・コードと
    して発生し、そのビットは出力駆動段(L8)からオプ
    トエレクトロエックスの結合装置Iを通じて制御段(8
    T)に伝達されること、 制御段(8T)の中に備えられているバイナリ(論理)
    比較回路四は並列ビットの形をした実際の値のコードを
    同様に複数の並列に供給されるビットか、ら成る、予吟
    与えられた、またその時々に希望された消費機器の電流
    に対応する予定値コードと比較すること、およ・び、 その比、II2回路燐が少なくとも2つの出力(R。 L)を有し□、実際の値が予定値を上回る゛かまたは下
    回るとき・、そこでバイナリ誤差信号が発生させられる
    、 ことを特徴とする電流間fljii!1路。
  2. (2)  ム/D変換器が走査保持回路a謔と接続され
    、その回路が同期信号による制御の下で周期的に消費機
    器の電流を走査し、走査値を記憶し、A/D変換Na2
    に与えること、およびその人/D変換器03、その出力
    に備えられた信号メモリ装置時、および比較6回路(ホ
    )が走査クロックに一応する、シーケンス制御ユーット
    (TLI、T8’r)の同期信号によって制御されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電流調節回
    路。
  3. (3)  ブリッジ回路を形°成している出力トランジ
    スタの電流回路とA/D変換器住湯の走査回路の間に演
    算増幅器(回路10)が接続されており、その増幅器が
    測定値の検出のために二つのブリッジの対角線の電流値
    の差を形成することを特徴とする特許請求の範囲第2項
    記載の電流調節回路。
  4. (4)出カドランジスiの電流回路と走査回路の間に調
    節帯域幅を制限するがめのフィルタが接続されているこ
    とを豐微とする、 特許請求の範囲前記開環の一つに記載の電流調節回路。
  5. (5)実際の値か保鏝回路aうに供給され、その一路は
    許されない過剰電流に応答し、バイナリの過剰電流信号
    を発生し、その信号が7オトカプラa砕を介して制御段
    (8T)に伝達され、出力駆動段(LS)のためにその
    前置駆動器(22,24)に供給されることを特徴とす
    る特許請求の範囲前記開環の一つに記載の電流調節回路
  6. (6)  実際値コードおよび/または予定値コードが
    それぞれバッファーおよび信号メモリ装置、および入力
    フィルタを通じて比較回路(至)に供給され、そ、めフ
    ィルタが関係するコードの変化率を電流調節回路の約半
    分の帯域幅に制御することを特徴とする特許請求の範囲
    前記開環の一つに記載の電流調節回路。
  7. (7)予定値コードおよび賃際値コードが2の補数とし
    て比*一路(2)に伝達されるこ°と、およびその比較
    臀、、−(2)がそれから予定値および寒際値コード゛
    h4q4を得、符号が狂っているときは曽報信号を発生
    することを特徴とする特許請求の範囲前記開環の一つに
    記載の電流調節回路。
  8. (8)  電流予定値を上回るかまたは下回るときに発
    生させられる比較回路(至)の両方の誤差信号がそれぞ
    れ一つのゲート要素に供゛給され、それらの信号が、そ
    れぞれ他の一つの入力で全調器(2)の出力信号によっ
    て制御され、その出力信号で出力駆動段(LS)を制御
    することを特徴とする特許請求の範囲前記開環の一つに
    記載の電流調節回路。
  9. (9)その変―器翰が出力駆動段(LS)から電力を供
    給しようとするモータのための回転数調節器(至)によ
    って制御できることを特徴とする特許請求の範囲第8項
    記載の電流lI節回路。 01  電流実際値信号を表わすコードが少なくとも1
    個のグラス−ファイバを通、じてIII all R(
    8T)に伝達されることを特徴とする特許#−求の範囲
    第1項記載の電流調節mm。
JP57139088A 1981-08-10 1982-08-10 出力駆動段によつて制御される消費機器のための電流調節回路 Pending JPS5843177A (ja)

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