JPS6011550B2 - DC motor speed control device - Google Patents

DC motor speed control device

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JPS6011550B2
JPS6011550B2 JP54044078A JP4407879A JPS6011550B2 JP S6011550 B2 JPS6011550 B2 JP S6011550B2 JP 54044078 A JP54044078 A JP 54044078A JP 4407879 A JP4407879 A JP 4407879A JP S6011550 B2 JPS6011550 B2 JP S6011550B2
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JP
Japan
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transistor
resistor
base
collector
control device
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JP54044078A
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光治 大田
功 吉田
秀孝 木下
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/288Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using variable impedance

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転速度制御時のトルク(以下制御最大トル
クと記す)ならびに起動トルクを大きくすることができ
「 しかも半導体集積回路化に好適な直流モータの速度
制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a speed control device for a DC motor that can increase torque during rotational speed control (hereinafter referred to as maximum control torque) and starting torque, and is suitable for semiconductor integrated circuit implementation. .

電子ガバナと称される小型直流モータの速度制御装置は
、直流モータの回転速度に比例して駆動コイルに生じる
逆起電圧と基準電圧とを比較し、両者の差電圧によって
制御動作を実行するものであるが、モータの端子間に生
じる電圧は通常逆起電圧そのものではなく、巻線抵抗な
どからなる内部抵抗による電圧降下分が含まれたもので
ある。
A small DC motor speed control device called an electronic governor compares the back electromotive force generated in the drive coil in proportion to the rotational speed of the DC motor with a reference voltage, and executes control operations based on the difference in voltage between the two. However, the voltage generated between the terminals of the motor is usually not the back electromotive force itself, but includes a voltage drop due to internal resistance such as winding resistance.

したがって、モータの端子間から逆起電圧のみをとりだ
し正確な速度制御動作をなすためには速度制御装置の構
成を抵抗ブリッジ構成とするのが一般的であった。なお
、抵抗ブリッジ構成の速度制御装置においてはブリッジ
の構成主体となる抵抗の値を所定値に正しく選定するこ
とが極めて大切である。ところで、近年各種の回路装置
が半導体集積回路化されつつあり、上記の直流モータの
速度制御装置もまた半導体集積回路化されつつあるが、
抵抗の値を所定値に選定することが重要である抵抗ブリ
ッジ構成の速度制御装置を半導体集積回路化しようとし
た場合、ブリッジ構成用の抵抗をばらつきの大きな拡散
抵抗によって形成することは困難であり、このブリッジ
構成用の抵抗は外付けとされる。
Therefore, in order to extract only the back electromotive force between the terminals of the motor and perform accurate speed control operations, it has been common to configure the speed control device with a resistance bridge configuration. In a speed control device having a resistance bridge configuration, it is extremely important to correctly select the value of the resistance, which is the main component of the bridge, to a predetermined value. By the way, in recent years, various circuit devices are being implemented as semiconductor integrated circuits, and the speed control device for the above-mentioned DC motor is also being implemented as semiconductor integrated circuits.
When attempting to integrate a speed control device with a resistance bridge configuration into a semiconductor integrated circuit, in which it is important to select the resistance value to a predetermined value, it is difficult to form the resistance for the bridge configuration with a diffused resistor with large variations. , the resistor for this bridge configuration is externally attached.

このため半導体集積回路の外部導出線数が増加する不都
合は避けられなかった。このような不都合を排除するこ
とのできる速度制御装置の構成として第1図で示す抵抗
ブリッジを変形した構成が考えられる。
For this reason, the inconvenience of an increase in the number of lines led out to the outside of the semiconductor integrated circuit has been unavoidable. As a configuration of a speed control device that can eliminate such inconveniences, a configuration in which the resistance bridge shown in FIG. 1 is modified may be considered.

第1図において、点線枠内の回路部分が半導体集積回路
化される部分であり、図示する制御回路部1、基準電圧
発生回路部2、電流制限回路部3、定電流回路部4なら
びに電流分配回路部5が単一の半導体基板内へ作り込ま
れることになる。
In FIG. 1, the circuit parts within the dotted line frame are the parts to be integrated into a semiconductor circuit, including the control circuit section 1, reference voltage generation circuit section 2, current limiting circuit section 3, constant current circuit section 4, and current distribution circuit section. The circuit section 5 will be built into a single semiconductor substrate.

そして、電源電圧印加端子6、出力端子7および調整抵
抗接続端子8の3つの端子が外部導出端子とされている
。さらに、出力端子7に直流モータ9が接続され、調整
抵抗10が端子8と接地点との間に接続されている。以
上の構成からなる速度制御装置では、出力端子7と議整
抵抗接続端子8の間に直流モータの逆起電圧虫aに比例
する基準電圧Vrerを発生させ、この電圧が逆起電圧
Eaと等しくなるように調整抵抗10における電圧降下
を変化させる回路動作が実行される。例えば外乱により
直流モータ9の内部抵抗Raによる電圧降下が変動した
場合、電流分配回路4により調整抵抗101こ流し込む
電流を変化させて調整抵抗10による電圧降下を変化さ
せ基準電圧Vrefと逆起電圧虫aとを等しく保つ動作
が実行され、直流モータの回転速度変動が抑制される。
しかしながら、この速度制御装置により直流モータの速
度制御を行った場合、大きな起動トルクが得難くモータ
の回転速度が所定値となるまでにかなりの時間を要する
こと、また、制御最大トルクが小さいことなどの問題が
派生するのであった。本発明は以上説明してきた従来の
直流モータの制御装置における不都合に鑑みてなされた
もので、半導体集積回路化に好適な構成を具備するとと
もに、大きな起動トルクと大きな最大制御トルクをうろ
ことのできる直流モータの速度制御装置を提供するもの
である。
Three terminals, the power supply voltage application terminal 6, the output terminal 7, and the adjustment resistance connection terminal 8, are used as external terminals. Further, a DC motor 9 is connected to the output terminal 7, and an adjustment resistor 10 is connected between the terminal 8 and the ground point. In the speed control device having the above configuration, a reference voltage Vrer proportional to the back electromotive force a of the DC motor is generated between the output terminal 7 and the adjustment resistor connection terminal 8, and this voltage is equal to the back electromotive force Ea. A circuit operation is performed to change the voltage drop across the adjustment resistor 10 so that the voltage drop in the adjustment resistor 10 is changed. For example, when the voltage drop due to the internal resistance Ra of the DC motor 9 fluctuates due to a disturbance, the current flowing into the adjustment resistor 101 is changed by the current distribution circuit 4 to change the voltage drop due to the adjustment resistor 10, thereby changing the reference voltage Vref and the back electromotive voltage. An operation is performed to keep the values of a and a equal to each other, and fluctuations in the rotational speed of the DC motor are suppressed.
However, when controlling the speed of a DC motor using this speed control device, it is difficult to obtain a large starting torque and it takes a considerable amount of time for the motor rotation speed to reach a predetermined value, and the maximum control torque is small. The problem arises. The present invention has been made in view of the inconveniences in the conventional DC motor control devices described above, and has a configuration suitable for semiconductor integrated circuits, and is capable of producing a large starting torque and a large maximum control torque. A speed control device for a DC motor is provided.

以下に本発明の速度制御装置の構成の1例を示す第2図
を参照して本発明を詳細に説明する。
The present invention will be described in detail below with reference to FIG. 2, which shows an example of the configuration of the speed control device of the present invention.

図示する本発明の速度制御装置において、直流モータ駆
動用のNPN型トランジスタ1 1,12,13および
14は同じ特性を有し、また、これらのトランジスタの
ヱミツタ抵抗15,16,17および18も同じ値に選
定されており、これらの回路要素11〜18によって直
流モータ9に流れるモータ電流laのカレントミラーが
構成されている。また、トランジスタ11のコレクタは
定電流源19によって定電流が供給されるダイオード2
0と21の直列接続体における順電圧降下がベースに印
加され、コレクタが抵抗22を介して端子23に接続さ
れたトランジスタ24とダーリントン接続されているト
ランジスタ25のェミッ外こ接続され、残るトランジス
タ12〜14のコレクタは共通接続されて様子26へ接
続され、この端子26と電源端子27との間に前記の直
流モータ9が接続されている。なお、端子23は、端子
26と電源端子27との間に接続された抵抗28と可変
抵抗29よりなる電圧分割手段の電圧分割点に接続され
ている。かかる回路構成部分において、トランジスタ2
4のベース電位V8凶は端子26の電位V26よりも2
個のダイオード20,21の順電圧降下分2Voだけ高
く、一方、トランジスタ11のコレクタ電圧Vc,.は
V824よりもトランジスタ24と25のベースェミツ
タ間電圧VB824, VBE25の和の電圧分だけ低
い。ところで、Vo,VBE汲およびVBE25の値は
ほぼ等しく、したがって「 VB24よりも2Vo分だ
け低いVc,.は端子26の電位V26にほぼ等しい。
すなわち、トランジスタ11のコレクタ電圧はトランジ
スタ12〜14のコレクタ電圧とほぼ等しい電圧に保持
される。トランジスタ30と31は差敷増幅器を形成す
るトランジスタであり、トランジスタ30のべ−スは端
子26に接続され、一方、トランジスタ31のベースは
基準電圧源32のマイナス側端子に接続されており、こ
れらのトランジスタ30’31のコレク外こはカレンド
ミラー接続されたトランジスタ33と34のコレクタが
接続されている。
In the illustrated speed control device of the present invention, NPN transistors 1 1, 12, 13 and 14 for driving a DC motor have the same characteristics, and emitter resistors 15, 16, 17 and 18 of these transistors also have the same characteristics. These circuit elements 11 to 18 constitute a current mirror of the motor current la flowing through the DC motor 9. Further, the collector of the transistor 11 is connected to a diode 2 to which a constant current is supplied by a constant current source 19.
The forward voltage drop in the series connection of 0 and 21 is applied to the base and the emitter of the transistor 25 which is Darlington connected to the transistor 24 whose collector is connected to the terminal 23 via the resistor 22, and the remaining transistor 12. The collectors of 1 to 14 are connected in common to a terminal 26, and the DC motor 9 is connected between this terminal 26 and a power supply terminal 27. Note that the terminal 23 is connected to a voltage dividing point of voltage dividing means consisting of a resistor 28 and a variable resistor 29 connected between the terminal 26 and the power supply terminal 27. In such a circuit component, the transistor 2
The base potential V8 of terminal 26 is 2 higher than the potential V26 of terminal 26.
The forward voltage drop of the diodes 20, 21 is higher by 2Vo, while the collector voltage of the transistor 11 is Vc, . is lower than V824 by the sum of the base-emitter voltages VB824 and VBE25 of transistors 24 and 25. By the way, the values of Vo, VBE, and VBE25 are approximately equal, so that "Vc, which is lower than VB24 by 2 Vo, is approximately equal to the potential V26 of the terminal 26.
That is, the collector voltage of transistor 11 is maintained at approximately the same voltage as the collector voltages of transistors 12 to 14. Transistors 30 and 31 are transistors forming a differential amplifier, and the base of transistor 30 is connected to terminal 26, while the base of transistor 31 is connected to the negative terminal of reference voltage source 32. The collectors of transistors 33 and 34 connected in a calendar mirror are connected to the collectors of transistors 30' and 31'.

さらにトランジスタ30と31のェミツタ共通接続点に
は定電流源35が接続されている。トランジスタ31の
コレクタには、ェミツタが定電流源36を介して電源端
子27に接続され、コレクタが接地端子37に接続され
ているPNP型トランジスタ38のベースが接続され、
また、トランジスタ38のェミツタにはコレクタが電源
端子27に接続され「 ェミツタが抵抗39を介して接
地点へ接続されるとともに、トランジスタ11〜14の
ベースにも接続されたトランジスタ40のベースが接続
されている。なお、41は定電流源である。以上の構成
からなる本発明の速度制御装置によれば、直流モータの
回転数に変動が生じた場合、以下のような回路動作が実
行され、この変動が抑制される。
Further, a constant current source 35 is connected to the common emitter connection point of the transistors 30 and 31. The collector of the transistor 31 is connected to the base of a PNP transistor 38 whose emitter is connected to the power supply terminal 27 via a constant current source 36 and whose collector is connected to the ground terminal 37.
Further, the collector of the emitter of the transistor 38 is connected to the power supply terminal 27, and the emitter is connected to the ground point via the resistor 39, and the base of the transistor 40, which is also connected to the bases of the transistors 11 to 14, is connected. Note that 41 is a constant current source. According to the speed control device of the present invention having the above configuration, when a fluctuation occurs in the rotational speed of the DC motor, the following circuit operation is executed. This fluctuation is suppressed.

例えば、直流モータ9の回転数が増す方向に変動したと
すると、直流モータ9の逆起電圧Eaが高くなり、この
ため端子26の電圧が低下する。
For example, if the rotational speed of the DC motor 9 changes in the direction of increasing, the back electromotive voltage Ea of the DC motor 9 increases, and therefore the voltage at the terminal 26 decreases.

端子26の電圧V26の低下により差動増幅器を形成す
るトランジスタ30のベースバイアスが深くなり、その
コレクタ電流が増加し、カレントミラ・一を構成するト
ランジスタ34のコレク夕霞流も増加する。ところで、
トランジスタ34のコレクタ電流の増加によってコレク
夕に引き込まれる電流、すなわち、PNP型トランジス
タ38のベース電流が増加し、またそのェミッタ電流も
増加する。したがって、PNP型トランジスタ38のェ
ミツタにベースの接続されているトランジスタ40のベ
ース電流が減少するところとなり、そのヱミツタにベー
スの接続されたトランジスタ11〜14のベース電流さ
らにコレクタ電流も減少する。この結果、直流モータ9
のモータ電流laが減少してその回転数が低下する方向
の速度制御がなされる。また、直流モータ9の回転数が
低下する方向に変動した場合には、上記の回路動作とは
逆の動作が実行され回転数を増加させる方向の速度制御
がなされる。ところで、かかる本発明の速度制御装置に
よって速度制御がなされる直流モータの制御最大トルク
と起動トルクは極めて大きな値となる。
As the voltage V26 at the terminal 26 decreases, the base bias of the transistor 30 forming the differential amplifier becomes deeper, its collector current increases, and the collector current of the transistor 34 forming the current mirror also increases. by the way,
As the collector current of transistor 34 increases, the current drawn into the collector, that is, the base current of PNP transistor 38 increases, and its emitter current also increases. Therefore, the base current of the transistor 40 whose base is connected to the emitter of the PNP transistor 38 decreases, and the base current and collector current of the transistors 11 to 14 whose bases are connected to the emitter of the transistor 40 also decrease. As a result, the DC motor 9
Speed control is performed in such a direction that the motor current la decreases and the rotational speed of the motor decreases. Further, when the rotational speed of the DC motor 9 changes in the direction of decreasing, an operation opposite to the above-described circuit operation is performed to perform speed control in the direction of increasing the rotational speed. By the way, the control maximum torque and starting torque of the DC motor whose speed is controlled by the speed control device of the present invention are extremely large values.

この値が最大になるのは端子26の電圧が最小の時であ
り、トランジスタ12〜14が飽和するならば制御最大
トルクは大きくなる。本発明の速度制御装置では、トラ
ンジスタ11〜14のベース電流を供給するトランジス
タ40のコレク外ま電源端子27へ接続されており、こ
のため、トランジスタ40はトランジスタ12〜14を
飽和させうるベース電流を供給することが可能である。
This value becomes maximum when the voltage at terminal 26 is minimum, and if transistors 12 to 14 are saturated, the maximum control torque becomes large. In the speed control device of the present invention, the outside of the collector of the transistor 40 that supplies the base current of the transistors 11 to 14 is connected to the power supply terminal 27. Therefore, the transistor 40 has a base current that can saturate the transistors 12 to 14. It is possible to supply.

このベース電流が供給されたときの制御最大トルクでm
町は次式であらわされる。。m舵ニKt・VCC−Ea
。−VC8“【11Ra+RE。ここで、Ktは直流モ
ータのトルク定数、Vccは端子27に印加される電源
電圧、Ba。
The maximum control torque when this base current is supplied is m
The town is expressed by the following formula. . m rudder Kt・VCC-Ea
. -VC8"[11Ra+RE. Here, Kt is the torque constant of the DC motor, Vcc is the power supply voltage applied to the terminal 27, and Ba.

は定格回転速度における逆起電圧、Vc8はトランジス
タ12〜14のコレクタェミッタ間飽和電圧、Raは直
流モータの内部抵抗、そしてR8oはェミッタ抵抗16
〜18の合成抵抗値である。第2図で示す本発明の速度
制御装置では、上記のようにトランジスタ40によつて
トランジスタ12〜14にはこれらを飽和させるに十分
なべース電流が供給されるため、Vc耳の値は0.5V
以下となる。したがって、第2図で示す速度制御装置に
おいて、例えば、Ktが96タ伽/A、Vccが4.5
V、Ea。が2.45V、Raが6.30、R8aがI
Q、そしてVcEが0.5Vであるとすると、制御最大
トルクOmaxはこれらの値を第1式に代入し、◇m松
=96×4.5−2.45−0‐56.3十1 ニ20,4(タ伽) として求まる。
is the back electromotive force at the rated rotational speed, Vc8 is the collector-emitter saturation voltage of transistors 12 to 14, Ra is the internal resistance of the DC motor, and R8o is the emitter resistance 16
The combined resistance value is ~18. In the speed control device of the present invention shown in FIG. 2, as described above, the transistor 40 supplies enough base current to the transistors 12 to 14 to saturate them, so the value of the Vc ear is 0. .5V
The following is true. Therefore, in the speed control device shown in FIG. 2, for example, Kt is 96 T/A and Vcc is 4.5.
V, Ea. is 2.45V, Ra is 6.30, R8a is I
Assuming that Q and VcE are 0.5V, the maximum control torque Omax is calculated by substituting these values into the first equation, ◇mpine=96×4.5-2.45-0-56.3+1 It can be found as ni20,4 (Taga).

すなわち、上記の回路定数の下では制御最大トルクCm
axは20.4タ弧と極めて大きな値が得られる。とこ
ろで、第2図で示した本発明の速度制御装置において、
トランジスタ11のコレクタ電圧Vc,.とトランジス
タ12〜14のコレクタ電圧を等しい値に保つことが大
切である。
That is, under the above circuit constants, the maximum control torque Cm
An extremely large value of 20.4 ta arc is obtained for ax. By the way, in the speed control device of the present invention shown in FIG.
The collector voltages Vc, . It is important to keep the collector voltages of transistors 12 to 14 at the same value.

すなわち、図示した回路構成にかえて、例えば、トラン
ジスター1のコレクタを直接端子23に接続したとする
と、トランジスタ11のコレクタ電圧はトランジスタ1
2〜14のコレクタ電圧よりも基準電圧源32の電圧V
ref分だけ高くなる。このため、制御最大トルク時に
トランジスター2〜14が飽和しても、トランジスタ1
1は飽和せず、トランジスタ11とトランジスタ12〜
14のコレクタ電流特性が異つた状態となり、トランジ
スタ11とトランジスター2〜14の電流比が変化する
。したがって、モータ回転数が一定に保持されず不安定
となる不都合が生じる。本発明の速度制御装置では、す
でに説明したようにトランジスタ11とトランジスタ1
2〜亀4のコレク夕電圧は等しく、したがって「上記の
ような不都合は発生せず、制御最大トルク時でもモータ
回転数は安定に保たれる。
That is, if, for example, the collector of transistor 1 is directly connected to terminal 23 instead of the circuit configuration shown in the figure, the collector voltage of transistor 11 will be lower than that of transistor 1.
The voltage V of the reference voltage source 32 is higher than the collector voltages of 2 to 14.
The price will be higher by ref. Therefore, even if transistors 2 to 14 are saturated at the maximum control torque, transistor 1
1 is not saturated, transistor 11 and transistor 12~
The collector current characteristics of transistor 14 become different, and the current ratio between transistor 11 and transistors 2 to 14 changes. Therefore, there is a problem that the motor rotation speed is not kept constant and becomes unstable. In the speed control device of the present invention, as already explained, the transistor 11 and the transistor 1
The collector voltages of Tortoises 2 to 4 are equal, so the above-mentioned problems do not occur, and the motor rotational speed is kept stable even at the maximum control torque.

また、本発明の速度制御装置によれば、起動トルクも大
きくなる。
Further, according to the speed control device of the present invention, the starting torque is also increased.

すなわち、直流モータ9がロックされた場合、逆起電圧
Ea。が零となるため、端子26の電圧は上昇する。こ
の電圧上昇により差動増幅器を形成するトランジスタ3
0のベースバイアスが浅くなり、このことによって、ト
ランジスタ30のコレクタ電流の減少、トランジスタ3
4のコレクタ電流の減少、トランジスタ34のコレクタ
電流の減少に基〈トランジスタ38のベース電流の減少
、トランジスタ38のェミツ外こベースの接続されたト
ランジスタ40のベース電流の増加、さらに、トランジ
スタ11〜14のベース電流の増加をもたらす回路動作
が実行され、トランジスタ11〜14のコレクタ電流が
増加する。したがって、直流モータ9には大きなモータ
電流が流れる。ところで、直流モータ9のロック時に上
記のように大きなモータ電流が流れて差敷増幅器を形成
するトランジスタ31のベース電圧が低下しすぎると、
トランジスタ31のコレクタベース接合が順方向にバイ
アスされ、PNP型トランジスタ38にベース電流が流
れてPNP型トランジスタ38が導適状態となり、トラ
ンジスタ40のベース電流の減少、トランジスタ11〜
14のベース電流の減少ならびにトランジスタ11〜1
4のコレクタ電流の減少をもたらす回路状態に陥り、直
流モータ3のトルクが減少する不都合を招く。
That is, when the DC motor 9 is locked, the back electromotive force Ea. becomes zero, so the voltage at terminal 26 increases. Due to this voltage increase, the transistor 3 forming a differential amplifier
The base bias of transistor 30 becomes shallower, which causes a decrease in the collector current of transistor 30,
Based on the decrease in the collector current of transistor 4 and the decrease in the collector current of transistor 34, the base current of transistor 38 decreases, and the base current of transistor 40 connected to the emitter base of transistor 38 increases; A circuit operation is performed that results in an increase in the base current of , and the collector currents of transistors 11-14 increase. Therefore, a large motor current flows through the DC motor 9. By the way, if a large motor current flows as described above when the DC motor 9 is locked, and the base voltage of the transistor 31 forming the differential amplifier drops too much,
The collector-base junction of transistor 31 is biased in the forward direction, and base current flows through PNP transistor 38, making PNP transistor 38 conductive, decreasing the base current of transistor 40, and reducing transistors 11 to 11.
14 base current reduction and transistors 11-1
4, resulting in a circuit condition that causes a decrease in the collector current of DC motor 3, resulting in a disadvantage that the torque of DC motor 3 decreases.

たとえば、トランジスタ40のベースエミツタ間電圧を
VBEゆ、トランジスタ1 1〜14のべ−スェミッタ
間電圧をVB8、抵抗15〜18による電圧降下をVR
とすると、上記の回路状態に陥ったときのトランジスタ
40のベース電圧VB4oはt VR+VBE+VB8
4。
For example, the base-emitter voltage of transistor 40 is VBE, the base-emitter voltage of transistors 11 to 14 is VB8, and the voltage drop due to resistors 15 to 18 is VR.
Then, the base voltage VB4o of the transistor 40 in the above circuit state is tVR+VBE+VB8
4.

である。したがってPNP型トランジスタ38をしや断
状態に保っためには、モータロック時におけるPNP型
トランジスタ38のベース電圧VB38をVB4。から
トランジスタ38のベースェミッ夕闇電圧VB838を
差し引いた値(V側−VBE38)以上に保つ必要があ
る。同様にトランジスタ31のコレクタベース接合を順
方向にバイアスさせないためには、トランジスタ31の
ベース電圧VB3,を、そのべ−スェミッタ間電圧VB
E乳をVB38から差し引いた値(VB斑−VBE$)
以上に保つ必要がある。第2図で示す速度制御装置にお
いて、トランジスタ11のェミッタ面積とトランジスタ
12〜14のェミッタ面積の合計との比を1:K(整数
)とすると、端子23にはモータ電流laの1′Kの電
流が流れる。
It is. Therefore, in order to keep the PNP transistor 38 in a damped state, the base voltage VB38 of the PNP transistor 38 when the motor is locked is set to VB4. It is necessary to maintain the voltage at a value equal to or higher than the value obtained by subtracting the base emitter voltage VB838 of the transistor 38 from the voltage (V side - VBE38). Similarly, in order to prevent the collector-base junction of the transistor 31 from being forward biased, the base voltage VB3 of the transistor 31 should be changed to the base-emitter voltage VB3.
Value obtained by subtracting E milk from VB38 (VB spot - VBE$)
It is necessary to maintain it above. In the speed control device shown in FIG. 2, if the ratio of the emitter area of transistor 11 to the sum of the emitter areas of transistors 12 to 14 is 1:K (integer), then 1'K of motor current la is connected to terminal 23. Current flows.

したがって、抵抗28の値を直流モータ9の内部抵抗R
aのK倍に選定するならば、抵抗28と内部抵抗Raに
よる電圧降下が等しくなり、端子23と26の電圧が等
しくなる。このため、モータロツク時にトランジスタ1
2〜14が飽和して端子26の電圧が所定の値まで低下
すると、端子23の電圧もこの電圧と等しい値まで低下
するところとなり、トランジスタ31のベース電圧VB
3,は端子23の電圧よりも基準電圧Vrd分だけ低い
電圧となる。このとき、基準電圧Vrefが端子26の
電圧と等しい程度の電圧であるとトランジスタ31のベ
ース電圧VBのはほぼOVとなり前記の不都合を招く。
この不都合を排除するには、モータロツク時にトランジ
スタ11のコレクタに流れる電流を制限することによっ
てて、端子23の電圧を端子26の電圧より高く保つ必
要があり、本発明の速度制御装置では抵抗22によって
この目的が達成される。すなわち、トランジスタ11の
コレクタに大きなコレクタ電流が流れるとトランジスタ
25のベース電流が増大して抵抗22による電圧降下が
大きくなり、トランジスタ24が飽和し、トランジスタ
25のベース電流ならびにェミッタ電流が制限される。
Therefore, the value of the resistor 28 is determined by the internal resistance R of the DC motor 9.
If K times a is selected, the voltage drops due to the resistor 28 and the internal resistor Ra will be equal, and the voltages at the terminals 23 and 26 will be equal. Therefore, when the motor is locked, transistor 1
2 to 14 are saturated and the voltage at the terminal 26 drops to a predetermined value, the voltage at the terminal 23 also drops to a value equal to this voltage, and the base voltage VB of the transistor 31
3 is a voltage lower than the voltage at the terminal 23 by the reference voltage Vrd. At this time, if the reference voltage Vref is approximately equal to the voltage at the terminal 26, the base voltage VB of the transistor 31 becomes approximately OV, causing the above-mentioned problem.
In order to eliminate this inconvenience, it is necessary to keep the voltage at terminal 23 higher than the voltage at terminal 26 by limiting the current flowing to the collector of transistor 11 when the motor is locked. This objective is achieved. That is, when a large collector current flows through the collector of the transistor 11, the base current of the transistor 25 increases, the voltage drop across the resistor 22 increases, the transistor 24 becomes saturated, and the base current and emitter current of the transistor 25 are limited.

なお、抵抗22の値は、モータロック時以外の正常な動
作状態の下で、トランジスタ24が飽和することのない
値に選定されていることは勿論である。ところで、端子
23の電圧y囚は、トランジスター1のコレクタ電圧を
Vc,.、トランジスタ25のベースェミツタ間電圧を
VBE25、トランジスタ24の飽和電圧をVc824
、トランジスタ11のコレクタ電流をlc,.、トラン
ジスタ25の電流増幅率をhFE25、そして抵抗22
の値をR22とすると、V23=Vc,.十V8825
十Vc824十貫・R22..・..・‘2)とあらわ
される。
It goes without saying that the value of the resistor 22 is selected so that the transistor 24 will not become saturated under normal operating conditions other than when the motor is locked. By the way, the voltage y at the terminal 23 is the collector voltage of the transistor 1, which is Vc, . , the base-emitter voltage of the transistor 25 is VBE25, and the saturation voltage of the transistor 24 is Vc824.
, the collector current of transistor 11 is lc, . , the current amplification factor of the transistor 25 is hFE25, and the resistor 22 is
If the value of is R22, then V23=Vc, . 10V8825
10 Vc824 10 pieces/R22. ..・.. ..・It is expressed as '2).

たとえば、第2図の速度制御装置において、VCIIニ
〇,6V、VB825ニ〇.7V、VCE滋ニ〇.IV
、ICII=1仇公、hFE25=100、そしてR2
2が母KQであるとすると、V23は、第【21式にこ
れらを代入して2.0Vと求められる。
For example, in the speed control device shown in FIG. 2, VCII 20.6V, VB825 20. 7V, VCE Shigeru 〇. IV
, ICII=1 Duke, hFE25=100, and R2
Assuming that 2 is the mother KQ, V23 can be found to be 2.0V by substituting these values into Equation 21.

このときのトランジスタ31のベース電圧VB31はV
8乳二V23−Vref ……【
31であり、Vrefをたとえば1.2Vに設定するな
らば、VB3,は0.8Vとなる。
At this time, the base voltage VB31 of the transistor 31 is V
8 Breasts 2 V23-Vref ……[
31, and if Vref is set to 1.2V, for example, VB3, becomes 0.8V.

すなわち、VB3,の値がトランジスタ31のベースェ
ミッタ間電圧VB83,(約0.6V)以上に保たれる
ならばPNP型トランジスタ38は導通せず、定電流源
36の電流は全てトランジスタ40のベース電流となり
、そのコレクタ電流はすこぶる大きな値となる。この結
果トランジスタ12〜14にも大きなコレクタ電流が流
れるところとなり大きな起動トルクが得られる。ところ
で、直流モータ9の起動トルクぐsはぐS=Kt:V篤
壬壱羊……‘31とあらわされる。
That is, if the value of VB3, is maintained above the base-emitter voltage VB83, (approximately 0.6V) of the transistor 31, the PNP transistor 38 will not conduct, and the current of the constant current source 36 will all be the base current of the transistor 40. Therefore, the collector current becomes a very large value. As a result, a large collector current flows also in the transistors 12 to 14, and a large starting torque is obtained. By the way, the starting torque of the DC motor 9 is expressed as S = Kt:V Atsushi Ichigo...'31.

したがって、回路定数が制限最大トルクOmaxに関し
て例示した定数であるとすると、起動トルク◇sはoS
:96×篭停滞=526(タ肌) となる。
Therefore, if the circuit constant is the constant exemplified for the limit maximum torque Omax, the starting torque ◇s is oS
: 96 x basket stagnation = 526 (Tahada).

なお、抵抗22のない場合には、モータロック時に端子
23と26の電圧は等しくなる。
Note that if the resistor 22 is not provided, the voltages at the terminals 23 and 26 will be equal when the motor is locked.

また、トランジスタ31のベース電圧VB3,がそのベ
ースヱミッタ間電圧VBE3,(約0.6V)以上には
ならない。したがって基準電圧Vrefを1.2Vとす
ると、端子23の電圧V23はV23=VB3,十Vr
ef=0.6V+1.2V=1.8Vとなる。
Furthermore, the base voltage VB3 of the transistor 31 does not exceed its base-emitter voltage VBE3 (approximately 0.6V). Therefore, if the reference voltage Vref is 1.2V, the voltage V23 at the terminal 23 is V23=VB3, +Vr
ef=0.6V+1.2V=1.8V.

端子26の電圧V26は上記の電圧V23に等しく、し
たがって、トランジスタ12〜14のVcBは1.8V
であり、この値を第馴式に代入して起動トルク0sを求
めると。
The voltage V26 at terminal 26 is equal to the voltage V23 above, so the VcB of transistors 12-14 is 1.8V.
Then, by substituting this value into the first conditioning equation, the starting torque of 0s is found.

S=96×篤信器=355(タ伽)となる。S = 96 x Atsushiki = 355 (Taga).

このように、抵抗22の有無によって、起動トルクマs
の大きさには箸るしい差が生じる。
In this way, depending on the presence or absence of the resistor 22, the starting torque mass
There is a noticeable difference in the size of the chopsticks.

第3図は従来の速度制御装置と本発明の速度制御装置に
より速度制御を行った場合のモー夕回転数の変化に対す
るトルクの変化を示す図であり、Aは従来の速度制御装
置による場合の変化を、Bは本発明の速度制御装置によ
る場合の変化を示す。図示するところから明らかなよう
に、本発明の速度制御装置によれば、定格回転数Rrか
ら外れる負荷トルクすなわち制御最大トルクが従釆の速
度制御装置による場合よりもはるかに大きくなり、さら
に、モ−タ回転数が零になるときのトルクすなわち起動
トルクもまた従来の速度制御装置による場合よりもはる
かに大きくなる。以上説明してきたところから明らかな
ように、本発明の直流モータ速度制御装置は、これを半
導体集積回路化する場合、点線で包囲した回路部分が単
一の半導体基板内へ作り込まれる。
FIG. 3 is a diagram showing changes in torque with respect to changes in motor rotation speed when speed control is performed by a conventional speed control device and a speed control device of the present invention, and A is a diagram showing changes in torque with respect to changes in motor rotation speed when speed control is performed by a conventional speed control device and a speed control device of the present invention. B shows the change caused by the speed control device of the present invention. As is clear from the diagram, according to the speed control device of the present invention, the load torque that deviates from the rated rotational speed Rr, that is, the maximum control torque, is much larger than in the case of the subordinate speed control device. - The torque when the motor speed reaches zero, that is, the starting torque, is also much greater than with conventional speed control devices. As is clear from the above description, when the DC motor speed control device of the present invention is fabricated into a semiconductor integrated circuit, the circuit portion surrounded by the dotted line is built into a single semiconductor substrate.

このとき外部へ導出する必要のある端子の数はわずかに
4個であり、半導体集積回路化に好適である。さらに制
御最大トルクおよび起動トルクを大きくすることができ
、したがって、従釆の速度制御装置よりも重い負荷が放
ってもモータの回転数を定柊回転数に維持しうろこと、
回転数の立上りが遠い高性能の直流モータを実現しうろ
ことなどの効果が奏される。因に、本発明の速度制御装
置によって速度制御がなされる直流モ−夕をレコードプ
レーヤのターンテーブルの駆動に使用するならば、定格
回転数に達するまでの立上り時間の短い高性能のレコ−
ドプレーャが実現される。
At this time, the number of terminals that need to be led out to the outside is only four, which is suitable for semiconductor integrated circuits. Furthermore, the maximum control torque and starting torque can be increased, and therefore the motor rotation speed can be maintained at a constant rotation speed even when a load heavier than that of the subordinate speed control device is applied.
A high-performance DC motor with a long rise in rotational speed can be realized, and effects such as scales can be achieved. Incidentally, if a DC motor whose speed is controlled by the speed control device of the present invention is used to drive the turntable of a record player, it will be possible to drive a high-performance record player with a short rise time until the rated rotational speed is reached.
Doprayer is realized.

さらに、テープレコ−ダのテープ駆動用として使用する
ならば、仮りにテープの摩擦が大きくなり直流モータの
負荷が増大しても、このことにより直流モー夕がロック
されることのないテープ駆動をなすこともできる。
Furthermore, if used as a tape drive for a tape recorder, even if the friction of the tape increases and the load on the DC motor increases, this will prevent the DC motor from locking up. You can also do that.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従釆の直流モー夕の速度制御装置の構成を示
すブロック図、第2図は本発明の直流モータの速度制御
装置の具体的な回路構成を示す回路図、第3図は従来の
速度制御装置ならびに本発明の速度制御装置により速度
制御がなされる直流モータの回転数とトルクの関係を示
す図である。 9…・・・直流モータ、11〜14・・…・NPN型ト
ランジスタ、15〜18,39……ェミツタ抵抗、19
,35,36,41……定電流源、20,21……ダイ
オード、22……コレクタ抵抗、23,26,27,3
7・・・・・・外部導出端子、24,25・・・・・・
ダーリントン接続トランジスタ、28・・・・・・固定
抵抗、29・・・・・・可変抵抗、30,31・・・・
・・差動増幅器形成用トランジスタ、32・・・・・・
基準電圧源、33,34・・・・・・カレントミラー接
続されたトランジスタ、38・…・・PNP型トランジ
スタ、40・・・・・・ベース電流供給用のNPN型ト
ランジスタ。 第1図 第2図 第3図
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a secondary DC motor speed control device, FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific circuit configuration of the DC motor speed control device of the present invention, and FIG. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the rotational speed and torque of a DC motor whose speed is controlled by a conventional speed control device and a speed control device of the present invention. 9...DC motor, 11-14...NPN transistor, 15-18, 39...Emitter resistor, 19
, 35, 36, 41... Constant current source, 20, 21... Diode, 22... Collector resistor, 23, 26, 27, 3
7... External lead-out terminal, 24, 25...
Darlington connection transistor, 28... Fixed resistance, 29... Variable resistor, 30, 31...
...Transistor for forming differential amplifier, 32...
Reference voltage source, 33, 34...current mirror connected transistors, 38...PNP transistor, 40...NPN transistor for base current supply. Figure 1 Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 前段トランジスタのコレクタ回路に抵抗を含み、ダ
イオードの順電圧降下がベースバイアス電圧として供給
されるダーリントン接続トランジスタと、第1の抵抗を
介してコレクタが電源端子に接続され、エミツタが第2
の抵抗を介して接地された第1のトランジスタと、ベー
スが前記第1のトランジスタのベースと共通接続され、
コレクタが直流モータを介して前記電源端子へ接続され
、さらにエミツタが第3の抵抗を介して接地されるとと
もにエミツタ面積が前記第1のトランジスタのエミツタ
面積の整数倍に選定され、前記第1のトランジスタと同
極性の第2のトランジスタと、エミツタが共通接続され
て定電流源に接続され、一方のベースが前記第2のトラ
ンジスタのコレクタに接続され、他方のベースが前記ダ
ーリントン接続トランジスタと第1の抵抗との接続点に
一方の端子が接続される基準電圧源の他方の端子に接続
された2個のトランジスタで構成される差動増幅器と、
前記差動増幅器の一方のトランジスタのコレクタに流れ
る電流に応じてベース電流が変化し、前記第1および第
2のトランジスタのベースへの電流供給を制御する第3
のトランジスタと、前記ダーリントン接続トランジスタ
と前記第1の抵抗との接続点および第2のトランジスタ
のコレクタとの間に接続された速度調整用の可変抵抗と
で構成されてなることを特徴とする直流モータの速度制
御装置。 2 第2のトランジスタが、コレクタが共通接続される
とともにエミツタにそれぞれに等しい値の抵抗が接続さ
れ、前記抵抗の他端を共通接続したトランジスタの並列
接続体で構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載の直流モータの速度制御装置。 3 ベースバイアス供給用のダイオードが、ダーリント
ン接続トランジスタを構成するトランジスタの数と同数
のダイオードの直列接続体であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項に記載の直流モータの速度制御装置。 4 ベースバイアス供給用のダイオードが、ダーリント
ン接続トランジスタのベースと第2のトランジスタのコ
レクタとの間に接続されていることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の直流モータの速度制御装置。5
差動増幅器を構成する2個のトランジスタのコレクタ
回路が、カレントミラー接続されたトランジスタのコレ
クタに接続されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項に記載の直流モータの速度制御装置。 6 基準電圧源の他端にベースが接続された側の差動増
幅器形成用トランジスタのコレクタと第3のトランジス
タのベースとの間に、PNP型トランジスタが配置され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
直流モータの速度制御装置。 7 第1の抵抗および速度調整用抵抗を除く他の回路要
素が半導体集積化され、前記半導体集積回路に前記第1
の抵抗および前記速度調整用可変抵抗が外部接続されて
なることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の直
流モータの速度制御装置。
[Scope of Claims] 1. A Darlington-connected transistor including a resistor in the collector circuit of the front-stage transistor, to which the forward voltage drop of the diode is supplied as a base bias voltage, and a collector connected to the power supply terminal via the first resistor, Emitsuta is the second
a first transistor grounded through a resistor, the base of which is commonly connected to the base of the first transistor;
The collector is connected to the power supply terminal via a DC motor, and the emitter is grounded via a third resistor, and the emitter area is selected to be an integral multiple of the emitter area of the first transistor. A second transistor having the same polarity as the transistor has its emitter connected in common and is connected to a constant current source, one base is connected to the collector of the second transistor, and the other base is connected to the Darlington connected transistor and the first transistor. a differential amplifier consisting of two transistors connected to the other terminal of a reference voltage source, one terminal of which is connected to the connection point with the resistor;
A third transistor whose base current changes according to the current flowing through the collector of one of the transistors of the differential amplifier to control current supply to the bases of the first and second transistors.
and a variable resistor for speed adjustment connected between the connection point between the Darlington connected transistor and the first resistor and the collector of the second transistor. Motor speed control device. 2. The second transistor is characterized in that it is constituted by a parallel connection of transistors whose collectors are connected in common, resistors of equal value are connected to their emitters, and the other ends of the resistors are connected in common. A speed control device for a DC motor according to claim 1. 3. The speed control device for a DC motor according to claim 1, wherein the base bias supply diode is a series connection of the same number of diodes as the number of transistors constituting the Darlington connection transistor. 4. The DC motor speed control device according to claim 1, wherein the base bias supply diode is connected between the base of the Darlington connected transistor and the collector of the second transistor. . 5
2. The speed control device for a DC motor according to claim 1, wherein collector circuits of two transistors constituting the differential amplifier are connected to collectors of transistors connected in a current mirror manner. 6. A patent claim characterized in that a PNP transistor is arranged between the collector of the differential amplifier forming transistor on the side whose base is connected to the other end of the reference voltage source and the base of the third transistor. A speed control device for a DC motor according to item 1. 7. Circuit elements other than the first resistor and the speed adjustment resistor are integrated into semiconductors, and the first resistor is integrated into the semiconductor integrated circuit.
2. The speed control device for a DC motor according to claim 1, wherein the resistor and the speed adjusting variable resistor are externally connected.
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