JPS6129237B2 - - Google Patents

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JPS6129237B2
JPS6129237B2 JP51098681A JP9868176A JPS6129237B2 JP S6129237 B2 JPS6129237 B2 JP S6129237B2 JP 51098681 A JP51098681 A JP 51098681A JP 9868176 A JP9868176 A JP 9868176A JP S6129237 B2 JPS6129237 B2 JP S6129237B2
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JP
Japan
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transistor
transistors
upper arm
current
control circuit
Prior art date
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JP51098681A
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Japanese (ja)
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JPS5324515A (en
Inventor
Kyoo Takeyasu
Kenichi Iizuka
Katsuo Mori
Tsunehiro Endo
Hideo Uzuhashi
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トランジスタを用いたブリツジ形イ
ンバータで駆動されるモータ速度制御回路に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a motor speed control circuit driven by a bridge type inverter using transistors.

一般にモータ速度制御回路は、半導体スイツチ
ング素子で構成されるインバータで駆動されるこ
とが多い。半導体素子としてはサイリスタが利用
されるが、比較的小容量のモータの場合は、第1
図に示すようなトランジスタ形インバータを利用
することが可能である。第1図において、1は駆
動電源、2―a,2―bおよび2―cは電機子コ
イル、3―a,3―bおよび3―cはブリツジの
いわゆる上アームに相当するトランジスタ、4―
a,4―bおよび4―cはいわゆる下アームに相
当するトランジスタである。下アームの共通端1
7は各アームを制御する制御回路の基準電位と接
続される共通端であり、多くの場合、接地端子に
相当する。これに対し上アームは、駆動電源1の
正電位側に接続される。また7―a,7―bおよ
び7―cは上アームを駆動するトランジスタ、5
―a,5―bおよび5−cは上アームに、また6
−a,6−bおよび6―cは下アームに逆並列結
合されたダイオードである。このようなブリツジ
構成において、各アームの入力端子13―a,1
3―bおよび13―c,14―a,14―bおよ
び14―cに第2図に示したようなサイクリツク
なインバータの転流信号が印加され、ロータ(図
示せず)が駆動される。
Generally, a motor speed control circuit is often driven by an inverter composed of semiconductor switching elements. A thyristor is used as a semiconductor element, but in the case of a relatively small capacity motor, the first
It is possible to use a transistor type inverter as shown in the figure. In FIG. 1, 1 is a driving power source, 2-a, 2-b and 2-c are armature coils, 3-a, 3-b and 3-c are transistors corresponding to the so-called upper arm of the bridge, and 4-
A, 4-b and 4-c are transistors corresponding to the so-called lower arm. Common end of lower arm 1
A common terminal 7 is connected to a reference potential of a control circuit that controls each arm, and corresponds to a ground terminal in many cases. On the other hand, the upper arm is connected to the positive potential side of the drive power source 1. Further, 7-a, 7-b and 7-c are transistors that drive the upper arm;
-a, 5-b and 5-c are on the upper arm, and 6
-a, 6-b and 6-c are diodes connected in antiparallel to the lower arm. In such a bridge configuration, the input terminals 13-a, 1 of each arm
A commutation signal of a cyclic inverter as shown in FIG. 2 is applied to 3-b, 13-c, 14-a, 14-b and 14-c to drive a rotor (not shown).

このような形式のモータの速度制御を行なう方
法として種々のものが考えられるが、単に速度制
御だけではなく高効率を達成する方式として、先
にトランジスタを所定の高周波のパルス幅信号で
オン・オフ動作させる方式について出願(特願昭
49―100903)した。すなわち、第2図に示したイ
ンバータの転流信号にこれより十分周波数の高い
パルス幅信号を重畳し、そのオン・オフの比率を
変更してモータに印加される平均電圧を変化する
ことにより、速度制御を行なうものである。
Various methods can be considered to control the speed of this type of motor, but one method that achieves not only speed control but also high efficiency is to first turn on and off the transistors using a predetermined high-frequency pulse width signal. An application was filed regarding the method of operation (Special Application
49-100903). That is, by superimposing a pulse width signal with a sufficiently higher frequency on the commutation signal of the inverter shown in Fig. 2, and changing the on/off ratio to change the average voltage applied to the motor, This is for speed control.

本発明はこのように、トランジスタによるブリ
ツジで構成され、所定の転流状態にあるトランジ
スタをさらに高周波でオン・オフ動作させロータ
の速度制御を行なう形式のモータにおいて、より
高効率な動作条件を与えることを目的とする。
As described above, the present invention provides more efficient operating conditions in a motor that is configured with a transistor bridge, and controls the speed of the rotor by turning on and off the transistors in a predetermined commutation state at a higher frequency. The purpose is to

本発明の具体的構成について述べる前に、第1
図に示すインバータ回路を使つて、トランジスタ
を高周波のパルス幅信号でオン・オフした場合の
動作条件について説明する。第3図に示すよう
に、上アームのトランジスタ3―aおよび下アー
ムのトランジスタ4―bが転流信号により通電状
態にあり、破線矢印に示す電流i0,i1′,i1″のルー
プを経て、電機子コイル2―aおよび2―bに電
機子電流が供給されている場合を考える。今高周
波パルス幅信号により、トランジスタ3―aおよ
びトランジスタ4―bが同時にオフとなるように
制御したときは、電機子コイル2―aおよび2―
bのインダクタンスに蓄積されていたエネルギー
によつて、電流iaは電流i2′および電流i2″のルー
プを経て流れ続けようとする。この電流は駆動電
源1に逆向きに流入する形となり、多くの場合電
源に好ましくない影響を与える。これを防止する
ためには、高周波パルス幅信号を上アームまたは
下アームのいずれか一方のみに印加すればよい。
すなわち、トランジスタ3―aのみがオフとなる
場合は電流iaは電流i1″および電流i2′の閉じたル
ープで流れ、トランジスタ4―bのみがオフとな
る場合は電流iaは電流i2″および電流i1′の閉じた
ループで継続し、駆動電源1に悪影響は与えな
い。また、上アームまたは下アームのいずれか一
方のみに高周波パルス幅信号を印加する方式で
は、高周波で動作可能なトランジスタを全体の半
数に出来る点でも有利である。その意味では高周
波パルス幅信号に関して上アームおよび下アーム
の動作条件は等価であると言える。
Before describing the specific configuration of the present invention, the first
Using the inverter circuit shown in the figure, operating conditions when transistors are turned on and off using a high-frequency pulse width signal will be explained. As shown in FIG. 3, the transistor 3-a in the upper arm and the transistor 4-b in the lower arm are energized by the commutation signal, and a loop of currents i 0 , i 1 ′, i 1 ″ as shown by the broken line arrows is generated. Consider the case where the armature current is supplied to the armature coils 2-a and 2-b through the above steps.Now, the high-frequency pulse width signal is used to control the transistors 3-a and 4-b to turn off at the same time. When this happens, armature coils 2-a and 2-
Due to the energy stored in the inductance of b, current i a tries to continue flowing through the loop of current i 2 ' and current i 2 ''. This current flows into the drive power source 1 in the opposite direction. , which often has an undesirable effect on the power supply.To prevent this, a high frequency pulse width signal may be applied only to either the upper arm or the lower arm.
That is, when only transistor 3-a is off, current i a flows in a closed loop of current i 1 '' and current i 2 ', and when only transistor 4-b is off, current i a flows as current i 2 ″ and current i 1 ′ continue in a closed loop, and the drive power source 1 is not adversely affected. Furthermore, the method of applying a high frequency pulse width signal to only either the upper arm or the lower arm is advantageous in that the number of transistors that can operate at high frequencies can be reduced to half of the total. In that sense, it can be said that the operating conditions of the upper arm and lower arm are equivalent regarding the high frequency pulse width signal.

しかし、実際に高効率な制御を行なうことを目
的とする場合は、上アームに高周波パルスを印加
する方式と下アームに高周波パルスを印加する方
式は対等ではない。本発明はこの点に着目したも
のである。すなわち、本発明の基本原理は、イン
バータの制御回路との共通端に接続されていない
上アームのみに高周波パルス幅信号を印加するこ
とを基本原理とするものである。このようにする
ことによつて、具体的に以下の利点が得られる。
However, when the purpose is to actually perform highly efficient control, the method of applying high-frequency pulses to the upper arm and the method of applying high-frequency pulses to the lower arm are not equivalent. The present invention focuses on this point. That is, the basic principle of the present invention is to apply a high frequency pulse width signal only to the upper arm that is not connected to the common end with the control circuit of the inverter. By doing so, the following advantages can be specifically obtained.

(1) 高周波動作にもとずくトランジスタの内部損
失を減少することが可能である。
(1) It is possible to reduce the internal loss of transistors based on high frequency operation.

(2) 一般に回路上の処理がわずらわしい上アーム
のトランジスタの制御が比較的容易になる。
(2) Controlling the upper arm transistor, which generally requires troublesome circuit processing, becomes relatively easy.

(3) 過電流時の電流遮断などが、前記の高周波動
作とは独立に、制御しやすい下アームのトラン
ジスタで可能となる。
(3) Current interruption in the event of overcurrent is possible independently of the above-mentioned high-frequency operation using the transistor in the lower arm, which is easy to control.

これらの本発明の利点のうち、とくに(1)および
(2)について、第4図および第5図により以下に詳
細に説明する。
Among these advantages of the present invention, especially (1) and
(2) will be explained in detail below with reference to FIGS. 4 and 5.

まず第4図は、下アームの各トランジスタ4―
a,4―bおよび4―cの各ベース側に、それぞ
れ抵抗9―a,9―bおよび9―cとバイアス電
源10によつて負バイアスを加えた回路を示す。
一般にオンオフトランジスタのカツトオフを完全
にするために、ベースを常時負バイアスとするこ
と自体は周知である。しかし本発明の用途の場合
は、トランジスタのカツトオフ特性よりも、むし
ろカツトオフ時のトランジスタの接合容量を減少
させる上で、この負バイアスの付加がきわめて重
要な意味を持つ。その理由を以下に説明する。す
でに第3図に示した状態をさらに簡単化したのが
第5図である。つまり、下アームのトランジスタ
4―bはオンのままであるからこれを短絡して示
し、また上アームのトランジスタ3―aは単なる
スイツチ15―aで示してある。また、下アーム
のトランジスタ4―aは、近似的にトランジスタ
12―aとトランジスタ接合容量11―aに置き
かえて示してある。
First of all, Fig. 4 shows each transistor 4 in the lower arm.
A circuit is shown in which negative bias is applied to the base sides of a, 4-b and 4-c by resistors 9-a, 9-b and 9-c and a bias power supply 10, respectively.
Generally, it is well known that the base of an on-off transistor is always kept at a negative bias in order to completely cut off the transistor. However, in the case of the application of the present invention, the addition of this negative bias has an extremely important meaning in reducing the junction capacitance of the transistor at cut-off rather than the cut-off characteristic of the transistor. The reason for this will be explained below. FIG. 5 shows a further simplified version of the state already shown in FIG. That is, since the lower arm transistor 4-b remains on, it is shown short-circuited, and the upper arm transistor 3-a is shown as a simple switch 15-a. Further, the lower arm transistor 4-a is shown approximately replaced with a transistor 12-a and a transistor junction capacitance 11-a.

今、スイツチ15―aがオフのときは、実線で
示した電流iaが流れており、トランジスタ12
―aのエミツタコレクタ間電位はほぼ零の状態で
あり、トランジスタ接合容量11―aには電荷は
ない。次にスイツチ15―aが閉じた瞬間、この
トランジスタ接合容量11―aを駆動電源1の電
圧まで充電するための電流icが図のように急激
に流れる。このトランジスタ接合容量11―aを
通して、トランジスタ12―aのベースに瞬時電
流が流入し、トランジスタ12―aの電流増巾率
だけ増巾されたコレクタ電流ic′が流れる。i
c′の流れる区間は一般に短いが、電流ic′の大き
さはスイツチ15―aとトランジスタ12―aで
電流短絡された大きな値となるため、スイツチ1
5―aとトランジスタ12―aでの瞬時消費電力
は非常に大きくなる。前記電流ic′は、駆動電源
1自体に悪影響を与えるのみならず、スイツチ1
5―a、すなわちトランジスタ3―aには、コレ
クタ電流ic′値にトランジスタ3―aの内部電位
降下を乗じた大きな損失を発生する。一般にパワ
ートランジスタの容量はかなり大きく、高周波数
で繰返し発生するこの損失にともなうモータ全体
の効率低下ならびにトランジスタ自体の温度上昇
は無視しえない。この損失を除去するためには、
第4図に示したバイアス電源10が大きな効果を
与える。すなわち、トランジスタ12―aのベー
スを負バイアスとすることにより、トランジスタ
接合容量11―aを通して流れる電流icは、ト
ランジスタ12―aのベースに流れず、バイアス
電源10の方に吸収されるため、トランジスタ1
2―aは導通せず、前述したコレクタ電流ic′は
流れない。下アームのトランジスタの負バイアス
に関しては、下アームのトランジスタ全体のエミ
ツタが共通でかつ制御回路とも共通になつている
ため、1つのバイアス電源で下アームの3つのト
ランジスタを共通に負バイアスにすることができ
る。
Now, when the switch 15-a is off, the current i a shown by the solid line is flowing, and the transistor 12-a is flowing.
The emitter-collector potential of -a is almost zero, and there is no charge in the transistor junction capacitance 11-a. Next, at the moment the switch 15-a closes, a current i c for charging the transistor junction capacitance 11-a to the voltage of the drive power source 1 rapidly flows as shown in the figure. An instantaneous current flows into the base of the transistor 12-a through this transistor junction capacitance 11-a, and a collector current i c ' amplified by the current amplification rate of the transistor 12-a flows. i
Although the section through which c ' flows is generally short, the magnitude of current i c ' is a large value due to the current short-circuited between switch 15-a and transistor 12-a.
The instantaneous power consumption in transistor 5-a and transistor 12-a becomes very large. The current i c ' not only has an adverse effect on the drive power supply 1 itself, but also has a negative effect on the switch 1.
5-a, that is, the transistor 3-a, generates a large loss equal to the value of the collector current i c ' multiplied by the internal potential drop of the transistor 3-a. Generally, the capacity of a power transistor is quite large, and as a result of this loss that repeatedly occurs at high frequencies, the overall efficiency of the motor decreases and the temperature of the transistor itself increases, which cannot be ignored. To eliminate this loss,
The bias power supply 10 shown in FIG. 4 provides a great effect. That is, by applying a negative bias to the base of the transistor 12-a, the current i c flowing through the transistor junction capacitance 11-a does not flow to the base of the transistor 12-a, but is absorbed by the bias power supply 10. transistor 1
2-a is not conductive, and the collector current i c ' mentioned above does not flow. Regarding the negative bias of the transistors in the lower arm, since the emitters of all the transistors in the lower arm are common and also common to the control circuit, it is possible to apply a common negative bias to the three transistors in the lower arm using one bias power supply. I can do it.

もし、高周波断続動作を下アームのトランジス
タで行なう方式の場合は、逆に上アームのトラン
ジスタを負バイアス状態にするための処置が必要
である。しかし上アームのトランジスタのエミツ
タ電位が他のアームのトランジスタのオン・オフ
によつて変動することから、上アームの3つのト
ランジスタ各々について3つの負バイアス電源を
設けねばならず、これを実行することは極めて困
難であり、その意味で上アームを高周波で動作さ
せる方式は大きな意味を持つ。
If the high frequency intermittent operation is performed by the transistors in the lower arm, it is necessary to take measures to bring the transistors in the upper arm into a negative bias state. However, since the emitter potential of the transistor in the upper arm varies depending on whether the transistor in the other arm is turned on or off, it is necessary to provide three negative bias power supplies for each of the three transistors in the upper arm. is extremely difficult, and in that sense, the method of operating the upper arm at high frequency is of great significance.

次に、上記上アームのトランジスタを、NPN
トランジスタのみで構成する場合の例を第6図に
より説明する。
Next, replace the upper arm transistor with NPN
An example in which the device is constructed using only transistors will be explained with reference to FIG.

第6図は上アームのトランジスタ3―a乃至3
―cをパルストランスなどの変成器16―a乃至
16―bで駆動する例を示す。第1図に示した回
路では上アームのトランジスタをPNPトランジス
タとNPNトランジスタの組合わせで行なつてい
る。これはたとえばNPNのダーリントン回路を
行なうと、高電位のバイアス電源を要するなど回
路処理上のわずらわしい問題を避けるためであ
る。しかし一般のシリコンパワートランジスタで
はPNPのものは高価であり、できるだけNPNの
ものを利用すべきである。第6図は安価な変成器
を利用することによつてこれを可能としている。
すなわち、上アームトランジスタが常時高周波信
号で動作するという前提でこれが可能となる。一
般に、パワートランジスタではターンオフ時間が
大きく、高周波信号のオン/オフのパルス幅比を
ある程度以上にすると、出力はほぼ直流的にな
る。言い換えれば、常時高周波信号によつて駆動
されるという設計条件が可能であり、変成器のよ
うに直流信号を通過しえない素子の利用が可能と
なる。このような点も上アームのトランジスタに
高周波を印加する場合にのみ得られる利点であ
る。
Figure 6 shows upper arm transistors 3-a to 3.
-c is driven by transformers 16-a to 16-b such as pulse transformers. In the circuit shown in FIG. 1, the upper arm transistor is a combination of a PNP transistor and an NPN transistor. This is to avoid troublesome problems in circuit processing, such as the need for a high-potential bias power supply when implementing an NPN Darlington circuit, for example. However, PNP transistors are expensive among general silicon power transistors, and NPN transistors should be used as much as possible. FIG. 6 makes this possible by using an inexpensive transformer.
That is, this is possible on the premise that the upper arm transistor always operates with a high frequency signal. Generally, a power transistor has a long turn-off time, and when the on/off pulse width ratio of a high frequency signal is increased to a certain level, the output becomes almost DC. In other words, the design condition that the device is always driven by a high frequency signal is possible, and it becomes possible to use an element that cannot pass a DC signal, such as a transformer. This point is also an advantage that can only be obtained when a high frequency is applied to the upper arm transistor.

以上に述べたように、本発明によれば、高効率
でかつ安定性の高いモータ速度制御が可能であ
り、工業的に効果が高い。
As described above, according to the present invention, highly efficient and highly stable motor speed control is possible, which is highly effective industrially.

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

第1図は本発明の対象であるブラシレスモータ
制御回路の構成例、第2図、第3図および第5図
はその動作を示す図、第4図および第6図は本発
明による実施例を示す図である。
FIG. 1 shows an example of the configuration of a brushless motor control circuit that is the object of the present invention, FIGS. 2, 3, and 5 show its operation, and FIGS. FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 中性点非接地Y結線された電機子巻線と、3
個のトランジスタを駆動電源の正電位側に接続さ
れてなる上アームおよび3個のトランジスタを負
電位側に接続されてなる下アームからなるインバ
ータと、前記6個のトランジスタのオンオフを制
御するトランジスタの制御回路とを備え、前記負
電位側がトランジスタの制御回路の設地端子に接
続される共通端であるモータ速度制御回路におい
て、前記共通端に接続された一つのバイアス電源
を備え、前記トランジスタの制御回路が、前記イ
ンバータの上アームの転流信号を前記インバータ
の下アームの転流信号の周波数よりも高い周波数
のパルス幅信号でオン・オフ制御することを特徴
とするモータ速度制御回路。
1 armature winding with neutral point ungrounded Y-wired, 3
an inverter consisting of an upper arm having three transistors connected to the positive potential side of the drive power source and a lower arm having three transistors connected to the negative potential side; and a transistor controlling the on/off of the six transistors. a control circuit, the motor speed control circuit having a common terminal where the negative potential side is connected to a ground terminal of the control circuit of the transistor, comprising one bias power supply connected to the common terminal, and controlling the transistor. A motor speed control circuit characterized in that the circuit controls on/off the commutation signal of the upper arm of the inverter using a pulse width signal having a higher frequency than the frequency of the commutation signal of the lower arm of the inverter.
JP9868176A 1976-08-20 1976-08-20 Control circuit of motor velocity Granted JPS5324515A (en)

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JPS5324515A JPS5324515A (en) 1978-03-07
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JPS57160387A (en) * 1981-03-27 1982-10-02 Hitachi Ltd Brushless direct current motor
JPS59185192A (en) * 1983-04-06 1984-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Motor

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