JPS63294295A - ステップモ−タの駆動回路 - 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】 ［技術分野１ 本発明はＰＷＭ制御を用いたステップモータの駆動回路
に関するものである。

［背景技術１ 第６図は従来の定電流型駆動方式のステップモータの駆
動回路を示しており、この駆動回路ではステップモータ
のモータコイル１にトランンスタブリッジ２により両方
向に電流を流して励磁するとともに、このコイル電流■
。を電流検出抵抗Ｒｓに流して抵抗Ｒｓの降下電圧Ｖｓ
により検出し、該電圧Ｖｓを減算器３に入力してこの減
算器３において設定電圧値Ｖｒｅｆと減算し、Ｖｒｅｆ
−Ｖｓ−Ｖｉｎとなって比較器４へ入力する。

比較器４では一方の入力端に鋸歯状波電圧が入力され、
上記Ｖｉｎと比較される。このＶｉｎが鋸歯状波より小
さい場合には出力Ｖｃは”Ｈ”の信号となり、大きい場
合に”Ｌ″の信号となる。

この出力Ｖｃが”■１”となると、ロジック回路５を通
じてトランジスタブリッジ２の駆動電流が流れてモータ
コイル１にコイル電流Ｉ。が流れるのである。ここで何
等かの外乱でコイル電流■ｏが増加すると、このときＶ
ｉｎ＝Ｖｒｅｆ−Ｖｓは第７図（、）に示すようにＶ　
ｉｎ’となって低下する。このとき比較器４の出力Ｖｃ
は第７図（ｂ）に示すようにそのオン期間ｔｏｎｌｊ：
ｔｏｎ’と短くなり、コイル電流丁〇を減少させ、Ｖｉ
ｎ＝Ｖｒｅｆ−Ｖｓを一定とするように動作する。文通
に外乱でコイル電流■。が減少した場合には上記の動作
と逆の動作が行なわれる。

上記ロジック回路５は回転周波数を決める入力クロック
ｃｌｏｃｋを取り込み、該クロックｃｌｏｃｋに基づい
で比較器４からの出力Ｖｃにより」ユ記トランジスタブ
リッジ２の各トランジスタＱ、−Ｑ４のベース駆動電流
を流す対のベース駆動信号■■゛と■■゛を発生させ、
夫々の対において一方■又は■が電流相を決定し、第８
図（ａ）又は（ｃ）に示すように対応するトランジスタ
Ｑ、又はＱ２オン期間中、他方のトランジスタロ３又Ｑ
、はオン／オフデユーティ比が変化したパルスにより同
図（ｂ）又は（ｄ）に示すように駆動され、トランジス
タＱ、、Ｑ３又はトランジスタＱ２．Ｑ、を通じてモー
タコイル１に間歇電流がフィル電流■。とじて流れる。

尚この例は簡略化のためステップモータ１コイル分のみ
を考えているが、各モータコイルにおいても同じである
。

また出力■■゛と■■゛に対応するトランジスタＱ、、
Ｑ、、Ｑ２．Ｑ、のペアはその信号が上下で逆でも差し
支えない。

ところでこのような定電流方式の回路では印加電圧を高
く設定し、コイル電流１ｏの立ち上がりを早くし、追従
特性を向上させ高速回転でも逆起電圧の影響を小さくで
き、更に低速時にも過電流が流れず安定するという利点
をもっている。つまり第９図に示すようにコイル電流■
。が減算器３の設定電圧Ｖｒｅｆで決まる設定電流値Ｉ
ａに達するまではコイル電流■。は電源電圧Ｅを目脂し
て急速に立ち上がり、設定電流値１ａに達すると、比較
器４、ロジック回路５、トランジスタブリッジ゛２から
なるチョッパ部が動作して電源電圧Ｅをオンオフしでコ
イル電流Ｉ。を一定とするのである。

そして回転速度が速くなると、速度が低い場合では第１
０図（、）に示すように多かった各電流相におけるチョ
ッピングの回数が、同図（ｂ）に示すように少なくなり
、ついには同［ｆｆ１（ｃ）に示すように電圧をオフす
る前に電流相が切替わり、最早定電流制御が出来なくな
って定電圧駆動となってしまい、ロータの軸ぶれ、共振
等で逆起電圧が変動するとコイル電流■。の電流値が一
定とならず、脱調し易くなるという問題があった。

この問題点はチョッパ型の定電流制御方式の回路以外に
も設定電圧Ｖ　ｒｅｆと電流検出を用いる定電流制御方
式の回路では共通であった。

［発明の目的］ 本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもので、その目
的とするところは高速回転時においても定電流駆動が行
えるステップモータの駆動回路を提供するにある。

［発明の開示１ 第１１図は本発明の原理を示しており、横軸は駆動周波
数ｐｐＳｓ縦軸はコイル電流Ｉ。で、コイル電流■。の
ピーク値を駆動周波数ｐｐｓに対応してプロットしであ
る。

まず低速からある範囲ｆ。までは定電流制御が働き、モ
ータの回転速度が速くなって、モータの見掛けのインピ
ーダンスＺＩ１１が増加して行くと、コイル電流■。が
設定電流値Ｉａまで達せずに電流相が反転してしまうの
は背景技術で述べた通りであり、それ以上の速度ではコ
イル電流Ｉ。のピーク値は第１１図のように低下する一
方である。この図では設定電圧値Ｖｒｅｆで決まる設定
電流値１ａが一定であるから上記のように定電流制御が
停止するので、設定電流値１ａを第１１図の破線のよう
にコイル電流Ｉ。のビーク値よりやや低いレベルＩａ’
に設定してやることにより第１２図のように定電流制御
が行え、結果全領域で定電流駆動が可能となることが分
かる。

このような原理に基づいて本発明は構成され、以下本発
明を実施例により説明する。

幻［上 第１図は本実施例の回路構成を示しており、本実施例で
はクロックｃｌｏｃｋを入力する周波数／電圧変換器５
によりクロックｃ　１ｏｃｋの周波数を電圧変換し、こ
の周波数／電圧変換器５の出力電圧を増幅器６で増幅し
、この増幅出力Ｖ（ｆ）を減算器７で基準電圧値Ｖ　ｒ
ｅｆ　’と減算し、この減算器７の減算出力Ｖｒｅｆ’
−Ｖ（ｆ）を減算器３の設定電圧値Ｖｒｅｆとしている
。

ここで周波数／電圧変換器５の変換特性は周波数がｆ。

どなるまでは出力が０で、それ以上の周波数では周波数
に比例したリニアな電圧を出力を発生するようになって
おり、増幅器６を通じて電圧Ｖ　（ｆ）が得られる。第
２図の図はそのｖ（ｒ）の特性を示しでおり、その傾き
は増幅器６で決定される。

ここで前記周波数／電圧変換器５が周波数ｆ６まで出力
をＯとする特性は次のような点から設定できる。つまり
周波数／電圧変換器５は第３図に示すような回路から構
成され、第４図（ａ）に示す入力ようにクロックｃｌｏ
ｃｋをバッファアンプ１１で波形整形し、その波形整形
された信号でワンショットマルチ８をトリガしてＴ、な
る時間幅の信号を第４図（ｂ）に示すように発生させて
、その信号発生期間中スイッチ回路９を動作させ、この
スイッチ回路９を通じて積分回路からなるローパスフィ
ルタ１０のコンデンサＣを第４図（ｃ）に示すように充
電し、Ｔ１の信号期間の終了時にコンデンサＣの充電電
荷を放電させ、第４図（ｄ）のような直流出力を得るよ
うにしたものであり、ローパスフィルタ１０の積分器の
時定数を、」１記周波数がｆ。

どなるまで直流出力がＯとなるように設定して上記の特
性を得たものである。

この周波数ｆ。は上述した定電流制御が停止する７一 時の周波数に対応させている。

しかしてクロックｃｌｏｃｋの周波数に対応して得られ
た増幅器６の出力電圧ｖ　（ｒ）は減算器７において基
準電圧値Ｖ　ｒｅｆ’と減算され、Ｖｒｅｆ’−Ｖ（ｆ
）なる出力が滅罪器３の設定電圧値となる。

しかして抵抗Ｒｓで検出されたコイル電流■。に比例し
た電圧Ｖｓが上記Ｖｒｅｆ’−Ｖ（ｆ）なる設定電圧値
より減算器３で減算される。減算器３から減算の結果発
生する出力は鋸歯状波電圧と比較器４で従来例と同様に
比較される。ここで比較器４で比較される減算器３の出
力は、クロックｃｌｏｃｋの周波数が０からｆ。の間で
はＶ　（ｆ）＝　０であるからＶｒｅｆ’−Ｖ（ｆ）ｔ
ｏなり、周波数がｆ、以上であ・れば、Ｖｒｅｆ’　−
Ｖ　（ｆ）　−Ｖｓとなる。

ここで上記Ｖ　（ｆ）の傾きを予め測定した従来例の電
流低下特性（第１１図の実線）より少し下回る破線（５
％程度）のように決定しておくことにより、常に定電流
制御が行なわれ、その電流波形は第１２図のようになる
。

尚実施例回路で１コイル分のみであるが、他のコイルの
場合も全く同様である。

Ｘ１遣ツユ 本実施例は第５図に示すように演算手段として減算器７
の代わりにマイクロコンピュータ１２を用い減算器３の
設定電圧Ｖ　ｒｅｆを制御するようしたもので、周波数
／電圧変換器５の出力をアナログ／デジタル変換器１３
でデジタル変換し、この変換した値をＩｌｏを通じてマ
イクロコンピュータ１２のシステムに取り込み、マイク
ロコンピュータ１２でのクロックｃｌｏｃｋの周波数に
対応した減算器３の設定電圧値Ｖ　ｒｅｆをＩｌｏ及び
デジタル／アナログ変換器１４を通じて発生させるよう
になっている。

ここで周波数／電圧変換器５の出力をデジタル変換した
値を仮にＶ（ｆ）とし、このＶ　（ｆ）を周波数ｆに対
してリニアとすると次のように表せる。

Ｖ（ｆ）＝に−ｆ　　　　　　ｋ・・・定数このデータ
をマイクロコンピュータ１２のシステムに入力し、この
データを予め定めた演算プログラムにより処理を行う。

つまり設定基準値Ｖｒｅｆ’をデータとしてマイクロコ
ンピュータ１２は持ち、周波数「が・ｆｏより小さいと
きにはＶｒｅ４＝Ｖｒｅｆ’とし、周波数ｆがｆ。より
大きいときにはＶ　ｒｅｆ　＝　Ｖ　ｒｅｆ　’−α・
＼／　（ｆ）とするデータを発生する。ここでｆ。は上
述の定電流制御の停止周波数に対応する。またαは周波
数ｒ。以後の電流減少特性（第６図の実線）より下回る
（５％程度）値で予めマイクロコンピュータ１２のＲＯ
Ｍにプログラムされている。

しかしてマイクロコンピュータ１２よりう出力されたデ
ータはデジタル／アナログ変換器１４によりアナログ値
に変換され、減算器３の設定電圧値Ｖ　ｒｅｆとなり、
実施例１と同様な制御がなされることになる。

本実施例は演算をデジタルで行うのみでなく、ロジック
部も含めてソフトウェアで制御が可能となるので、部品
削減にも有利なものである。

［発明の効果］ 本発明はステップモータの駆動回路において、入力クロ
ックの周波数に応じた電圧を発生させる周波数／電圧手
段と、該周波数／電圧手段の出力電圧が、コイル電流値
が定電流の値を越える前に電流相が反転する入力タロツ
クの周波数より低い周波数に対応する値であれば上記設
定電圧値に対応する基準電圧値を」二元減算器の設定電
圧値として出力させ、逆に高い周波数に対応する値であ
ればコイル電流値の電流減少特性よりやや下回るような
電流値に対応する減算器の設定電圧値を、基準電圧値か
ら周波数に応じて算出して設定する演算手段とを備えた
ので、回転速度が高速になっても定電流制御が行え、結
果逆起電圧変動、負荷変動に対して強くなって脱調を起
こさず安定した回転が高速領域でも得られるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の回路図、第２図は同−Ｆの
周波数／電圧変換特性説明図、第３図は同上使用の周波
数／電圧変換器の構成図、第４図は同上の周波数／電圧
変換器の動作説明図、第５図は本発明の実施例２の回路
図、第６図は従来例の回路図、ｌ１ｌｆＪ７図乃至第１
０図は同上の動作説明図、第１１図及び第１２図は本発
明の原理説明図である。 ２・・・トランジスタブリッジ、３・・・減算器、４・
・・比較器、５・・・周波数／電圧変換器、６・・・増
幅器、７・・・減算器、Ｖ　ｒｅｆ　’・・・基準電圧
値である。 代理人　弁理士　石　１）侵　七 −１２＝ ９Ｒ１１図 ！′＝−１２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力クロックの周波数に応じてモータコイルに流
   す電流相の期間を設定するとともに、モータコイルに流
   れるコイル電流値に対応した検出電圧と設定電圧値とを
   減算器で減算しでその減算値に応じて当該電流相におい
   てモータコイルに印加する電圧をオンオフさせてモータ
   コイルに流れる電流を定電流とするステップモータの駆
   動回路において、入力クロックの周波数に応じた電圧を
   発生させる周波数／電圧手段と、該周波数／電圧手段の
   出力電圧が、コイル電流値が定電流の値を越える前に電
   流相が反転する入力クロックの周波数より低い周波数に
   対応する値であれば上記設定電圧値に対応する基準電圧
   値を上記減算器の設定電圧値として出力させ、逆に高い
   周波数に対応する値であればコイル電流値の電流減少特
   性よりやや下回るような電流値に対応する上記減算器の
   設定電圧値を、基準電圧値から周波数に応じて算出して
   設定する演算手段とを備えたことを特徴とするステップ
   モータの駆動回路。
2. （２）演算手段として別の減算器を用いたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のステップモータの駆動
   回路。
3. （３）演算手段としでマイクロコンピュータを用いたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のステップモ
   ータの駆動回路。