JPS6264292A - Ｐｗｍ方式のモ−タ駆動装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主電源に対して夫々縦続接続した２組のスイ
ッチング素子の各縦続接続点にモータを接続してパワー
ブリッジ回路を構成し、前記４つのスイッチング素子の
ＯＮ／ＯＦＦの組み合わせ、及び、そのＯＮ／ＯＦＦを
ＰＷＭ方式で制御することにより、前記モータの回転速
度及び回転方向を制御するＰＷＭ方式のモータ駆動装置
に関する。

〔従来の技術〕

上記この種のモータ駆動装置は、第３図に示すように、
４つのスイッチング素子（Ｑ＋〜口、）、例えば、パワ
ートランジスタ等を、ブリッジ接続して構成したパワー
ブリッジ回路（Ａ）にモータ（Ｍ）を接続し、上記４つ
のスイッチング素子（Ｑ、〜Ｑ４）夫々のＯＮ／ＯＦＦ
を制御するスイッチ駆動回路（Ｑｌ−ｃ、、）を設ける
と共に、これらスイッチ駆動回路（Ｑｌ−Ｇ４．）の作
動を制御するゲート信号発生回路（Ｑｏ）を設け、この
ゲート信号発生回路（Ｑｏ）に入力される速度指令信号
（モータの回転方向およびその回転速度）に対応して、
上記４つのスイッチング素子（Ｑ、〜Ｑ４）夫々のＯＮ
／ＯＦＦ及びそのＯＮ１０　Ｆ　Ｆ時間幅を、ＰＷＭ方
式（パルス幅変調方式）にて制御し、主電源からモータ
への電力供給の極性つまりモータの正逆転及びその単位
時間当たりの供給電力量を制御することにより、モータ
の回転方向及び回転速度を制御するように構成したもの
である。

このように、パワーブリフジ回路を構成する４つのスイ
ッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時間幅（デユーティ比）を
制御するＰＷＭ方式でモータを駆動すると、スイッチン
グ素子のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比（駆動パルスのデユ
ーティ比）がモータへの電力供給量すなわちモータの回
転数に比例することとなり、モータの低速回転時のトル
クを低下させないようにしながら且つパワーブリッジ回
路による電力損失が少ない状態でモータの回転数を細か
く制御できるという特徴がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記パワーブリッジ回路を構成する４つ
のスイッチング素子の各２組は、主電源に対して縦続接
続されていることから、この縦続接続された上下のスイ
ッチング素子が同時にＯＮＬないように、各スイッチン
グ素子の駆動信号のＯＮ／ＯＦＦ切り換え時間を調整す
る必要がある。又、上記ＰＷＭ方式においては、上記ス
イッチング素子のＯＮ／ＯＦＦのデユーティ比をパルス
幅変調により制御するために、その駆動信号を発生する
ための回路構成が複雑になる。従って、モータを確実に
停止させるためには、上記パワーブリッジ回路を構成す
る４つのスイッチング素子への主電源からの電力供給を
、上述したように縦続接続された２つのスイッチング素
子が同時にＯＮＬで電源がスイッチング素子でショート
するような状態が発生しないようにしながら電源供給を
遮断する必要がある。従って、上記４つのスイッチング
素子を同時にＯＦＦするためのパワーオフ回路が別に必
要となり、回路構成が更に複雑になる不利がある。又、
この場合、パワーブリッジ回路を構成する４つのスイッ
チング素子やスイッチ駆動回路が故障するとモータを停
止できなくなる不都合がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、パワーブリッジ回路を構成するスイッチング
素子やそのスイッチ駆動回路等のモータの回転を制御す
るための回路の作動状態に拘らず、モータへの電力供給
を確実に且つ高速に遮断できるようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるＰＷＭ方式のモータ駆動装置の特徴は、前
記縦続接続した２組のスイッチング素子の各接地側の２
つのスイッチング素子と前記主電源の接地側との間に、
前記モータへの電力供給を遮断する半導体スイッチ素子
を設けてある点にあり、その作用並びに効果は以下の通
りである。

〔作　用〕

すなわち、モータへの電力供給は、すべてパワ、−ブリ
フジ回路を構成する４つのスイッチング素子を介して行
われるので、この接地側のスイッチング素子と主電源の
接地側との間に設けた半導体スイッチング素子にてモー
タへの電力供給を遮断すると、４つのスイッチング素子
のＯＮ１０　Ｆ　Ｆ状態に無関係にモータへの電力供給
を確実に高速遮断できるのである。

〔発明の効果〕

従って、モータへの電力供給を直接制御するスイッチン
グ素子と主電源との接続を半導体スイッチング素子で遮
断する構成であるから、モータへの電力供給を制御する
パワーブリッジ回路の作動状態に無関係に、例えば、上
記パワーブリッジ回路を構成するスイッチング素子が故
障したり、その駆動回路が故障していても、確実にモー
タを停止させることができる。しかも、半導体スイッチ
ング素子を用いであることから、その遮断を高速に行う
ことができる。又、この半導体スイ・ノチング素子にて
、パワーブリッジ回路と主電源との接地側の接続を遮断
する構成であるから、この半導体スイッチング素子の駆
動回路の接地電位を、上記パワーブリッジ回路を構成す
る４つのスイッチング素子の駆動回路の接地電位や主電
源の接地電位と共通にできるので、この半導体スイッチ
ング素子の駆動回路構成を簡素化できるのである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示すように、モータ駆動回路は、生霊′ｒＡ（
ｖｂ）に対して縦続接続した２組のスイッチング素子と
してのパワーＦ　Ｅ　Ｔ　（ｑ＋＋ｑｚ）＋　（Ｑ３．
Ｇ４．）の各縦続接続点（Ｘａ）　、　（Ｘｂ）間にモ
ータ（Ｍ）を接続してパワーブリフジ回路（Ａ）を形成
すると共に、前記縦続接続した２組のパワーＦ　Ｅ　Ｔ
　（Ｑ、Ｑｚ）。

（Ｑ３．Ｇ４）のうちの接地側の２つのパワーＦＥＴ（
Ｑ　ｚ）　、（Ｑ　ｔ）と前記主電源（Ｖｂ）の接地側
との間に、電源遮断用のパワーＦ　Ｅ　Ｔ　（Ｑｓ）を
設けたモータ駆動部（Ａ１）、前記モータ（Ｍ）へ流れ
る電流（１）を検出する電流検出部（Ａ２）、前記電流
（Ｉ）の異常及び電源異常を監視する異常検出部（Ａ３
）から構成しである。

前記モータ駆動部（ＡＩ）を構成するに、前記４つのパ
ワーＦＥＴ（口、〜Ω４）のうちの上側の２つのパワー
Ｆ　Ｅ　Ｔ　（Ｑｌ）、（（ｈ）を、接地電位（ＱＮＤ
）に対してフローティングされた状態でＯＮ／ＯＦＦ駆
動する第１、第３のゲートドライブ回路（Ｑｌ）、　（
（、）、下側の２つのパワーＦ　Ｅ　Ｔ　（Ｑｌ）　。

（Ｑ３）及び前記電源遮断用のパワーＦ　Ｅ　Ｔ　（Ｑ
ｓ）を、前記接地電位（ＱＮＤ）に対してフローティン
グしない状態でＯＮ／ＯＦＦ駆動する第２、第４、第５
のゲートドライブ回路（Ｑｇ）　、（Ｑ４）、（Ｑｓ）
、フォトカプラ（１）を介して入力されるモータ（Ｍ）
の回転方向の指令信号（ＤＩＲ）及び回転速度の指令信
号（ＰＷＭ）に基づいて前記第１〜第４の４つのゲート
ドライブ回路（Ｑｌ）〜（Ｑ、）にパルス幅変調された
ゲート信号（Ｐａ）〜（Ｐｄ）を出力するゲート信号発
生回路（Ｑｏ）、前記電源遮断用のパワーＦＥＴ（Ｑｓ
）をＯＮ／ＯＦＦ駆動する第５のゲートドライブ回路（
ＣＳ）、前記異常検出部（Ａ２）からの電源異常信号（
Ｓｅ）又は前記フォトカブラ（１）を介して入力される
モータ休止指令信号（ＰＯＷｆＥＲ）の何れかが“Ｌ”
レベルとなると前記第１〜第４のゲートドライブ回路（
Ｑ１）〜（Ｑ４）の作動状態に拘らず前記電源遮断用の
パワーＦ　Ｅ　Ｔ　（Ｑｓ）をＯＦＦしてモータ（Ｍ）
への電力供給を遮断する“Ｌ”レベルの遮断信号（Ｓｏ
）を出力するＡＮＤゲート（Ｑ６）、及び、前記第１、
第３のゲートドライブ回路（Ｑｌ）、（Ｑｉ）をフロー
ティング状態で作動させるための電力供給を行う第１の
発振回路（２）を設けてある。

ところで、前記モータ（旧に対する給電は、このモータ
（Ｍ）と主電源（Ｖｂ）に対して対角状に直列接続され
る関係となる上下一対のパワーＦＥＴ（口１．Ｑ４．）
、（口ｉ、Ｑｚ）によりＯＮ１０　Ｆ　Ｆされることか
ら、この上下一対のパワーＦＥＴ（Ｑ、、Ｇ４．）、　
（Ｑ３．ＱＺ）のうちの作動側の一方をパルス幅変調し
た信号で駆動すれば、前記モータ（Ｍ）への電力供給を
パルス幅変調することができる。

従って、前記フローティング状態で駆動する必要がある
上側の２つのパワーＦ　ＥＴ　（Ｑｌ）、　（Ｑｆｆ）
を、前記回転方向の指令信号（ＤＩＲ）に対応して常時
ＯＮ又は常時ＯＦＦ状態となるように駆動し、下側つま
り接地側の２つのパワーＦＥＴ（Ｑｔ）　、　（Ｑｌ）
を、前記回転速度の指令信号（ＰＷＭ）に対応してパル
ス幅変調された信号で駆動するように構成すると、回路
構成が複雑になるフローティング側の第１．第３のゲー
トドライブ回路（Ｑｌ）、（Ｑ３）の作動を簡素化でき
、フローティング状態にする必要が無い第２．第４のゲ
ートドライブ回路（Ｑ　ｚ）　、（Ｑ　ｔ）のみパルス
幅変調したゲート信号（Ｐｂ）　、　（Ｐｄ）を出力可
能に構成すればよいこととなり、モータ駆動回路全体の
構成を簡略化できる。そして、その場合、前記第２．第
４のゲートドライブ回路（Ｑｚ）　、　（Ｑ４．）のみ
パルス幅変調したゲート信号（ｐｂ）、　（Ｐ（１）を
出力可能に構成するに、前記回転速度の指令信号（ＰＷ
Ｍ）自体を、回転速度に対応してパルス幅変調した信号
として入力するようにすると、この第２．第４のゲート
ドライブ回路（Ｑｚ）　、（Ｑ４）は、単に入力された
信号を、その信号レベルを変換するだけの簡単な回路構
成とすることができる。

前記電流検出部（Ａ２）を構成するに、前記パワーブリ
ッジ回路（Ａ）とモータ（Ｍ）との接続点（Ｘａ）　。

（Ｘｂ）の電圧変化に基づいて前記モータ（Ｍ）へ流れ
る電流（１）を検出し、その電流値に対応した電流検出
信号（Ｖｉ）を出力する電流検出回路（３）、この電流
検出回路（３）による電流検出が前記ゲート信号発生回
路（Ｑｏ）へ入力される速度指令信号（ＰＷＭ）の変化
に同期して行われるように同期信号を前記電流検出回路
（３）に出力する同期パルス発生回路（４）ミ前記電流
検出信号（Ｖｉ）を所定のレベルに増幅する増幅器（５
）、この増幅器−（５）を介して出力される電流検出信
号（Ｖｉ）を平滑化して直流電圧に変換する平滑回路（
６）、この平滑回路（６）の出力緩衝用のバッファ（７
）、このバッファ（７）を介して出力される直流化され
た前記電流検出信号（Ｖｉ）を、第２の発振回路（８）
より供給される信号をキャリアとして交流信号に変換し
て外部の装置に対する接地電位をフローティングするた
めの変調器（９）、及び、前記変調器（９）の出力を平
滑して直流化する平滑回路（１０）を設けてある。尚、
前記電流検出回路（３）の作動が前記回転速度の指令信
号（１肋に同期して行われるように構成したのは、前記
パワーブリッジ回路（＾）の縦続接続点（Ｘａ）　、　
（Ｘｂ）つまり前記モータ（Ｍ）への印加電圧波形は、
第２図に示すように、パルス幅変調された電圧波形とな
ることから、モータ（Ｍ）に通電されている区間のみに
おいて電流を検出する必要があることに起因するもので
ある。そして、その検出電流波形は、前記縦続接続点（
Ｘａ）　、　（Ｘｂ）の電圧波形と同様にリップルを含
むものとなることから、前記平滑回路（５）にて平滑す
るのである。

前記異常検出部（Ａ３）を構成するに、電源電圧が設定
電圧に対して許容差以内に有るか否かに基づいて許容差
外にあると“Ｈ”レベルとなる電源異常信号（Ｓｅ）を
出力する電源異常検出回路（１１）、前記電源異常信号
（Ｓｅ）を外部にフローティング状態で出力するフォト
カブラ（１）、前記電流検出部（Ａ２）に設けた電流検
出信号（Ｖｉ）を平滑化して直流電圧に変換する平滑回
路（６）の出力を受け、所定のレベルの電圧信号に変換
するゲイン調整器（１２）、このゲイン調整器（１２）
を介して入力される電流検出信号（Ｖｉ）と異常電流に
対応する設定闇値とを比較して設定闇値以上であると“
Ｈ”レベルとなる電流異常信号（Ｓｔ）を出力するコン
パレータ（１３）、及び、前記電流異常信号（Ｓｉ）を
外部にフローティング状態で出力するフォトカプラ（１
）を設けてある。

従って、第２図に示すように、前記モータ（Ｍ）の回転
方向の指令信号（ＤＩＲ）が“Ｌ”レベルである場合（
第２図中に示すｔ３以前の区間）にはモータ（Ｍ）が正
転し、“Ｈ”レベルである場合（第２図中に示すｔ２以
降の区間）には逆転するように前記４つのゲートドライ
ブ回路（Ｃ＋）〜（Ｑ４）の動作を制御することにより
、前記モータ（Ｍ）の両端にパルス幅変調された主電源
（Ｖｂ）が印加されてモータ（Ｍ）の回転速度が所定の
回転速度となるようにするのである。この場合、前記電
源遮断信号（ＰＯＷＥＲ）を、モータ（Ｍ）の回転速度
の変更時（第２図中ｔ２で示す時点）や正逆転反転時（
第２図中ｔ３で示す時点）の前後において一時的に“Ｌ
”レベルにすることにより、前記縦続接続した２組のパ
ワーＦＥＴ（Ｑ、、口２）。

（Ｑ３．Ｑｌ）が上下同時に導通して主電源（Ｖｂ）を
ショートするような状態にあっても、そのＯＮ／ＯＦＦ
駆動状態に拘らず主電源（Ｖｂ）がショートすることな
く前記パルス幅変調された主電源（Ｖｂ）がモータ（Ｍ
）に印加されるようにできると共に、任意の時点で、前
記モータ（Ｍ）への電力供給を高速遮断できる。従って
、前記モータ（Ｍ）は、前記回転方向の指令信号（ＤＩ
Ｒ）及び回転速度の指令信号（ＰＷＭ）の状態に拘らず
前記電源遮断信号（ＰＯＷＥＲ）が“Ｈ”レベルである
区間（第２図中ｔ＋””ｔ４で示す区間）のみ正逆転駆
動されることとなる。

尚、上記実施例においては、パワーブリフジ回路（Ａ）
を構成する４つのスイッチング素子（口、）〜（０４）
及び半導体スイッチ素子（Ｑ、）として全てパワーＦＥ
Ｔを用いた場合を例示したが、パワートランジスタやサ
イリスク等の他の半導体スイッチ素子を用いてもよい。

又、上記パワーブリッジ回路（Ａ）を構成する４つのス
イッチング素子（シ）〜（０４）としては、リレー等の
半導体以外のスイッチング素子を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係るＰＷＭ方式のモータ駆
動回路の実施例を示し、第１図はモータ駆動回路の構成
を示すブロック図、第２図はその動作を示すタイムチャ
ートである。第３図は従来例の構成を示すブロック図で
ある゛。 （Ａ）・・・・・・パワーブリッジ回路、（Ｖｂ）・・
・・・・主電源、（Ｍ）・・・・・・モータ、（Ｑ＋）
、（（ｈ）　、（口３）、（口、）・・・・・・スイッ
チング素子、（Ｑ、）・・・・・・半導体スイッチ素子
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主電源（Ｖｂ）に対して夫々縦続接続した２組のスイッ
   チング素子（Ｑ＿１、Ｑ＿２）、（Ｑ＿３、Ｑ＿４）の
   各縦続接続点（Ｘａ）、（Ｘｂ）にモータ（Ｍ）を接続
   してパワーブリッジ回路（Ａ）を構成し、前記４つのス
   イッチング素子（Ｑ＿１〜Ｑ＿４）のＯＮ／ＯＦＦの組
   み合わせ、及び、そのＯＮ／ＯＦＦをＰＷＭ方式で制御
   することにより、前記モータ（Ｍ）の回転速度及び回転
   方向を制御するＰＷＭ方式のモータ駆動装置であって、
   前記縦続接続した２組のスイッチング素子（Ｑ＿１、Ｑ
   ＿２）、（Ｑ＿３、Ｑ＿４）の各接地側の２つのスイッ
   チング素子（Ｑ＿２）、（Ｑ＿４）と前記主電源（Ｖｂ
   ）の接地側との間に、前記モータ（Ｍ）への電力供給を
   遮断する半導体スイッチ素子（Ｑ＿５）を設けてあるＰ
   ＷＭ方式のモータ駆動装置。