KR900007414B1 - 모터 속도 제어장치 - Google Patents

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니뽄 덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

모터 속도 제어장치
제1도는 본 발명의 제1의 실시예를 도시하는 회로도.
제2도는 종래예를 도시하는 회로도.
제3도는 제1도에 도시한 회로를 보다 구체적으로 도시한 회로도.
제4도는 제1도에 도시한 기준 전압회로 및 바이어스 전류원이라는 다른 구성을 도시하는 회로도.
제5도는 본 발명의 제2의 실시예릍 도시하는 회로도.
제6도는 본 발명의 제3의 실시예를 도시하는 회로도.
제7도는 본 발명의 한 응용예를 도시하는 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제1단자 2 : 제2단자
3 : 제3단자 4 : 기준단자
6 : 모터 구동 트랜지스터 7 : 분류 트랜지스터
8 : 기준 전압회로 9 : 오차 증폭회로
10 : 직류 모터
본 발명은 모터 제어장치에 관한 것이며, 특히 소형 직류 모터의 회전속도 제어장치에 관한 것이다.
모터의 회전속도는 모터의 역기전압에 비례한다. 따라서, 모터 회전속도 제어의 기본 원리는, 모터의 부하 변동에 의해 모터 구동 전류를 변화시켜 이에 의해 생기는 모터 내부 저항에서의 전압강하의 변화를 모터의 단자간 전압의 제어에서 상쇄하는데 있다. 이와같이하여, 모터의 역기전압은 일정하게 되며, 회전속도는 부하 변동에 대해 안정화 된다.
이와같은 동작 원리에 의해 모터 속도 제어회로가 구성되나, 종래 구성에서는 전원 전압의 변동 및/또는 동작 온도의 변동에 의해 생기는 바이어스 전류의 변화가 모터 역기전압의 변동을 가져와서, 회전속도를 변화시키는 결점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 전원 전압의 변동 및 동작 온도의 변화에 대한 회전속도의 안정화를 향상한 모터 속도 제어회로를 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 모터 속도 제어회로는, 전원 단자와 제1의 단자 사이에 접속된 모터, 상기 전원 단자와 제2의 단자 사이에 접속된 저항, 상기 제1과 제2의 단자 사이에 접속된 저항 분압회로, 상기 분압회로의 분압점에 접속된 제3의 단자, 상기 제1의 단자와 기준 단자 사이에 접속된 콜렉터 에미터로를 갖는 제1의 트랜지스터, 상기 제2의 단자와 상기 기준 단자 사이에 접속된 콜렉터 에미터로를 갖는 제2의 트랜지스터, 제 1 및 제2의 입력 단자와 상기한 제 1 및 제2의 트탠지스터의 베이스에 접속된 출력 단자를 갖는 오차 증폭회로, 상기 오차 증폭회로의 제 1의 입력 단자와 상기 제 1의 단자 사이에 결합되어 그들 사이에 기준 전압을 발생시키는 수단, 및 상기 오차 증폭회로의 제2의 입력 단자를 상기 제3의 단자에 결합하는 수단을 구비하고 있다.
이와같이, 기준 전압회로는 제1의 단자측에 설치되어 있어서 제2의 단자측에서 분리되어 있다. 따라서, 모터의 역기전압의 기준 전압회로에 흐르는 바이어스 전류로의 의존성이 적어져, 전원 전압 변동 및/또는 동작 온도 변동에 따라 생기는 바이어스 전류의 변화에 대해 모터의 역기전압에 안정화 되어 회전속도는 일정하게 보존된다.
도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명하기 전에 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 제2도를 써서 종래의 기술을 설명한다.
제1도에 있어서 제1단자(1)와 접지된 기준 단자(4) 사이에 모터 구동 트랜지스터(6)가 접속되어, 제2의 단자(2)와 기준 단자(4) 사이에 분류 트랜지스터(7)가 접속되어 있다. 제2단자(2)는 기준 전압회로(8)를 거쳐서 오차 증폭회로(9)의 한쪽 입력 단자에 접속되어, 오차 증폭회로(9)의 다른쪽의 입력 단자는 제3단자(3)에 접속되어 있다. 오차 증폭회로(9)의 출력은 모터 구동 트랜지스터(6)와 분류 트랜지스터(7)의 베이스로 부각되어 있다. 전원과 제1단자(1) 사이에 직류 모터(10)가 접속되어, 전원과 제2단자(2) 사이에 저항(13)이 접속되어 있다. 제2단자(2)와 제3단자(3) 사이에 저항(11)이 접속되어, 제1의 단자(1)와 제3의 단자(3) 사이에 저항(12)이 접속되어 있다. 기준 전압회로(8)에는 기준 전압 발생을 위해 전류원(16)에서 바이어스 전류가 부여된다.
이 구성에 있어서, 직류 모터(10)의 단자간 전압 VM은 다음식 ①로 도시된다.
VM= RMX IM+Eα①
단, RM: 직류 모터(10)의 내부 저항.
IM:직류 모터(10)에 흐르는 전류.
Eα: 직류 모터(10)의 역기전압.
오차 증폭회로(9)는 그 2개의 입력 단자의 전압이 동일하게 되도록 트랜지스터(6), (7)의 베이스 전압을 제어하므로, 단자 2-3간의 전압은 기준 전압회로(8)가 발생하는 기준 전압 VREF과 같게 된다. 따라서, 저항(11)에 흐르는 전류I1는 그 저항치를 R1로 하면 다음식 ②으로 주어진다.
Figure kpo00002
오차 증폭회로(9)의 입력 전류는 실질적으로 영이니까, 저항(l1)에 흐르는 전류는 저항(12)에도 흐른다. 따라서, 단자 2-1간의 전위차 V2-1는 저항(12)의 저항치를 R2로 하면 다음식 ③으로 도시된다.
Figure kpo00003
전류 I1는 저항(13)에도 흘러, 또다시 이 저항(13)에는 트랜지스터의 콜렉터 전류 I7및 전류원(l6)의 바이어스 전류 I8도 흐르므로, 저항(13)의 전압강하 V13는
V13=R3×(I1+IB+I7) ④
로 된다. 단, R3은 저항(13)의 저항치이다. 모터 구동 트랜지스터(6)의 콜렉터 전류 I6는 모터(10)로의 전류 IM와 전류 I1와의 합으로 되어 다음식 ⑤로 도시된다.
I6=IM+I1⑤
분류 트랜지스터의 콜렉터 전류 I7는 모터(10)에 흐르므로, 소비 전력 저감을 위해, 모터 구동 트랜지스터(6)의 콜렉터 전류 I6의 K분의 1(K는 정의 값)에 설정되어, 다음식 ⑥의 관계가 있다.
I6= K×I7
그대신, 저항(13)의 저항치 R3는 다음식 ⑦과 같이 모터(10)의 내부 저항 RM의 K배로 설정되어 있다.
R3= K×RM
이상의 ② 내지 ⑦에서, 다음식 ⑧을 얻는다.
Figure kpo00004
따라서, 모터(10)의 역기전압 Eα은 ① 및 ⑧식의 대비에서 명백한 바와 같이
Figure kpo00005
로 된다. 이와같이, 모터(10)의 역기전압 E,은 모터 전류 IM의 변화에 대해 일정해진다. 즉, 모터(10)의 부하가 변동하여도 회전속도는 일정하게 유지된다.
그러나, ⑨식의 우변 제1항의 KIBRM이 전원(15)의 전압 변동 및/또는 동작 온도 변동에 대해 큰 변화를 도시하고, 이 결과가 회전속도의 변동이 발생하는 결점이 있다. 즉, 전원(15)의 전압은, 교류 전원을 정류한 경우에는 리플 성분에 의해, 전지를 사용한 경우에는 그 소모에 의해 변동하게 된다. 또한, 동작 온도는 주위 환경에 의해 변화하게 되며 트랜지스터(6), (7)의 발열에 의해서도 변화한다. 이와같은 전원 전압 및 동작 온도의 변화는 바이어스 전류원(16)의 바이어스 전류 IB의 변동을 가져오게 된다. 바이어스 전류 IB의변화를 적게 하는 일은 가능하나, ⑨식에서 명백한 바와 같이, 바이어스 전류 IB의 변화는 비례정수 K배로 증폭된다. 분류 트랜지스터(7)에 흐르는 전류 l7는 모터(10)의 구동에 직접 사용되지 아니하므로, 정수 K를 크게 하여 회로의 전력 소비를 억제하고 있다. 따라서, 바이어스 전류 IB의 변화에 의한 모터(10)의 역기전압 Eα의 변동은 더욱 커져서, 회전속도가 일정하게 유지되지 않는다.
제1도에 본 발명의 제1의 실시예를 도시한다. 제2도와 같은 구성 요소는 동일 번호로 도시하고 그 설명을 생략한다. 본 실시예에서는, 기준 전압회로(8)를 제1의 단자(1)와 오차 중폭회로(9)의 비반전 입력단자(+)와의 사이에 접속하고 있으며, 또다시 전원(15)에 접속되는 단자(5)를 제5의 단자로서 설치되며, 이 단자(5)와 기준 전압회로(8) 사이에 바이어스 전류원(16)을 접속하고 있다. 따라서, 바이어스 전류 IB는 저항(13)을 거치지 않고 전원(15)에서 공급되어 기준 전압회로(8)를 거쳐 트랜지스터(6)에 흐른다. 이 결과, 본 실시예에서는 상기 식 ② 내지 ⑤가 다음식 ⑩ 내지 ⑬으로 각각 고쳐 써진다.
Figure kpo00006
식 ⑩ 내지 ⑬과 ⑥,⑦에서 모터(1O)의 단자간 전압 VM은 다음식 ⑭으로 표시된다.
Figure kpo00007
식 ①과 ⑭와의 대비에서 명백한 바와 같이 모터(10)의 역기전압 Eα은
Figure kpo00008
로 되어, 모터 전류 IM의 변동에 상관없이 일정해진다. 즉, 부하 변동에 대해 안정화된 회전속도를 얻고 있다. 더욱이, ⑮식의 우변 제1항에는 비례정수 K가 들어있지 아니하므로, 전원(15)의 전압 변동 및/또는 동작 온도의 변동에 따라 바이어스 전류 IB가 다소 변화하여도, 그 약간의 변화가 K배로 증폭되는 일은 없다. 즉, 전원 전압 변동 및 동작 온도 변동에 대해서도 회전속도는 안정화 되어 있다.
제3도에 제1도의 구체적인 회로 구성을 도시한다. 또한, 트랜지스터(6) 및 (7), 기준 전압회로(8), 오차 증폭회로(9) 및 바이어스 전류원(16)은 반도체 집적회로(100)로서 구성되어 있다. 또한, ⑥식의 관계를 얻기 위해, 트랜지스터(6)는 복수의 트랜지스터(6-1) 내지 (6-N)로 구성되어 이들의 콜렉터 에미터로는 병렬로 결합되어, 베이스는 공통 접속되어 있다. 또다시, 트랜지스터(6-1) 내지 (6-N) 및 (7)은 에미터저항(6R-1) 내지 (6R-N) 및 (7R)을 각각 갖는다. 기준 전압회로(8)는 3개의 NPN 트랜지스터 Q5내지 Q7및 3개의 저항 8R1내지 8R3으로 구성되어 도시하는 바와 같이 접속이 되어 있다. 이 구성에는 소위 밴드 갭 조정기로서 알려져 있으며, 그 양단자간에 약 1.2V의 기준 전압을 발생하여 또한 이 전압은 전원(15)의 변동 및 동작 온도의 변동에 실질적으로 의존하지 않는다. 오차 증폭회로(9)는 각각의 에미터가 저항 9R1및 9R2을 거쳐서 정전류원(9-1)에 공통 접속되어서 차동 형식으로 접속된 PNP 트랜지스터 Q1및 Q2를 갖는다. 트랜지스터 Q1의 베이스는 반전 입력 단자(-)로서 단자(3)에 접속되어, 트랜지스터 Q2의 베이스는 비반전 입력 단자(+)로서 바이어스 전류원(10)과 기준 전압회로(8)와의 접속점에 접속된다. 트랜지스터 Q2의 콜렉터는 다이오드 D1및 저항 9R3을 거쳐서 기준 단자(4)에 접속되어, 또다시 NPN 트랜지스터 Q3의 베이스에 접속된다. 트랜지스터 Q3의 에미터는 저항(9R4)을 거쳐서 기준 단자(4)에 접속되며, 콜렉터는 정전류원(9-2)과 NPN과 트랜지스터 Q4의 베이스에 접속된다. 트랜지스터 Q4의 콜렉터는 단자(5)에 접속되어, 이 에미터는 저항(9R5)을 거쳐서 기준 단자(4)에 접속됨과 동시에, 오차 증폭회로(9)의 출력으로서 도출되어 트랜지스터(7) 및 (6)의 베이스에 공통 접속되어 있다.
제4도에 기준 전압회로(8) 및 바이어스 전류원(16)의 별도의 구성예를 도시한다. 이 회로는 전원 전압 및 동작 온도의 변화에 대한 바이어스 전압 IB의 변동을 충분히 적게 하고 있다. 즉, 바이어스 전류원(16)은, 트랜지스터 Q10내지 Q12및 저항(16R1) 내지 (16R3)로 구성되는 밴드 갭 조정기를 가지고 있으며, 다이오드 접속 트랜지스터 Q13및 정전류원(16-1)과 함께 단자(5-4)간에 직렬 접속되어 있다. 트랜지스터Q14및 저항(16R4)이 도시한 바와 같이 새로 설치되어 있다. 따라서, 밴드 갭 조정기의 전압을 VB로 하면, 바이어스 전류 IB는 VB/R164(R164는 저항 16R4의 저항치)로 되어, 전원 전압 변동 및 동작 온도 변동에 대한 바이어스 전류 IR는 매우 적어진다. 기준 전압회로(8)는 단일의 저항으로 구성되어 있다. 따라서, 기준 전압 VREF은
Figure kpo00009
(R8은 저항 8R의 저항치)로 되어, 전원 전압 변동 및 동작 온도 변동의 의존성을 갖지 않는다. R5=R164라 하면, 저항(8R)에는 밴드 갭 전압 VB가 나타난다.
트랜지스터 Q13를 삭제하여도 좋다. 이 경우는 기준 전압회로(8)내에 저항(8R)과 직렬 접속의 다이오드를 설치한다.
제5도에 본 발명의 제2의 실시예를 도시한다. 제1도와 같은 구성 요소는 동일 번호로 표시한다. 이 실시예에서는, 트랜지스터(17)가 추가되어 있다. 이 트랜지스터(17)의 콜렉터 에미터로는 분류 트랜지스터(7)의 콜렉터와 단자(2) 사이에 삽입되어 있다. 트랜지스터(17)의 베이스는 기준 전압회로(8)와 바이어스 전류원(14)과의 접속점으로 접속되어 있다. 따라서, 트랜지스터(7)의 콜렉터 전압은 트랜지스터(6)의 콜렉터 전압에 대해 기준 전압 VREF과 트랜지스터(17)의 베이스 에미터간 전압과의 차 전압만 다르도록 된다. 즉, 분류 트랜지스터(7)와 모터 구동 트랜지스터(6)의 콜렉터 에미터간 전압을 가까이 할 수가 있고, 양 트랜지스터(6), (7)의 정합성(즉, 비례정수 K)이 보다 정확하게 되는 효과가 얻어진다.
제6도에 본 발명의 제3의 실시예를 도시한다. 오차 증폭회로(9)는 제3도에 도시한 구성과 실질적으로 같아서, 트랜지스터 Q1, Q2의 저항(9R1), (9R2)을 거치는 에미터 접지점과 단자(5) 사이에 정전류원이 존재한다. 그러므로, 입력 다이나믹 범위의 확대를 위해 트랜지스터 Q1의 베이스 입력 전압 레벨을 저하시킨쪽이 바람직하다. 이 목적을 위해, 제6도에 도시한 실시예에서는 트랜지스터(60)가 설치되어, 이 트랜지스터(60)는 자신의 베이스 에미터 접합을 거쳐서 단자(3)를 오차 증폭회로(9)의 반전 입력 단자(-)에 접속하고 있다. 이와같이하여, 단자(3)의 전압은 트랜지스터(60)의 베이스 에미터간 전압만큼 레벨 시프트를 되어서 오차 증폭회로(9)의 반전 입력 단자(-)에 공급된다. 정전류원(50)은 트랜지스터(60)의 베이스 에미터간 전압을 일정하게 유지하고 있다. 트랜지스터(60)에 의한 단자(3)의 전압의 레벨 시프트를 보상하기 위해서, 바이어스 전류원(16)은 트랜지스터 Q40내지 Q42및 저항 R40내지 R42으로 형성되는 밴드 갭 조정기를 가지고 있으며, 정전류원(40)을 거쳐서 단자(4-5)간에 직렬 접속되어 있다. 밴드 갭 조정기로부터의 전압VB는 트랜지스터 Q43의 베이스 에미터로와 저항 R43의 직렬 회로에 공급되어 있다. 트랜지스터 Q44및 Q45는 입력 전류 대 출력 전류의 비가 1 : 1로 설정된 전류 미러 회로를 구성하여, 트랜지스터 Q43의 콜렉터 전류가 전류 미러 회로의 입력 전류로서 공급된다. 따라서, 바이어스 전류원(16)으로부터의 바이어스 전류 IB는 (VB-VBE43)/R43으로 된다.
여기에서, VBE43는 트랜지스터 Q43의 베이스 에미터간 전압이다. 기준 전압회로(8)는 단일의 저항 R50으로 구성되어, 그 저항치는 저항 R43과 같이 실정되어 있다. 따라서, 저항 R50에는 (VB-VBE43)인 전압강하가 생긴다. 트랜지스터 Q43및 (60)의 베이스 에미터간 전압은 실질적으로 동일하므로, 단자(3-1)간의 전압은 밴드 갭 전압 VB에 유지되어, 이 전압은 전원 전압 및 동작 온도의 변동에 실질적으로 의존하지 않는다. 더욱이 바이어스 전류 IB의 변동은 밴드 갭 조정기의 채용에 의해 매우 적다.
제7도에 본 발명의 응용예로서 회전속도릍 전환하는 구성을 도시한다. 제어회로(300)는 제1도, 제3도, 제5도, 제6도에 도시한 구성의 어느것이라도 사용할 수가 있다. ⑮식에서 모터(10)의 역기전압 Eα, 따라서 회전속도는 저항(11) 및 (12)의 최소한 한쪽의 저항치를 변화시키므로서 전환할 수가 있다. 제7도로 도시한 구성에서는 저항(12)의 저항치를 변화시키고 있다. 저항치의 전환도 생각되나, 제7도에서는 저항(201)과 트랜지스터(200)의 콜렉터 에미터로와의 직렬 회로를 저항(12)에 병렬로 접속하고 있다. 트랜지스터(200)의 베이스는 저항(202) 및 스위치(203)를 거쳐서 전원(15)에 접속되어 있다. 스위치(203)가 오프 상태에서는 트랜지스터(200)도 오프로 되어, 단자(1-3)간에는 저항(12)만이 접속된 것으로 된다. 스위치(203)를 온으로 하여 트랜지스터(200)를 온으로 하면, 저항(12)에 저항(201)이 병렬 접속되어, 단자(1-3)간의 저항치가 적어져, 모터의 회전속도는 커진다.
모터(10) 내부 저항 RM은 회전속도의 상숭에 수반하여 커진다. 내부 저항 RM이 커졌음에도 불구하고 토오크 제어 저항으로서의 저항(13)을 일정하게 하면, 회전속도의 변동이 커진다. 따라서, 저항(12) 및 (11)의 최소한 한쪽을 조작하여 회전속도를 크게 한 경우는, 그것에 의해 저항(13)의 저항치도 크게 하는 쪽이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 모터 속도 제어회로는, 모터 부하 변동, 전원 전압 변동 및 동작 온도 변동의 어느것에 대해서도 회전속도를 안정화 시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 전원 단자와 제1의 단자 사이에 접속된 모터, 상기 전원 단자와 제2의 단자 사이에 접속된 저항, 상기 제1과 제2의 단자간에 접속된 저항 분압회로, 이 분압회로의 분압점에 접속된 제3의 단자, 상기 제1의 단자와 기준 단자 사이에 접속된 콜렉터 에미터로를 갖는 제1의 트랜지스터, 상기 제2의 단자와 상기기준 단자 사이에 접속된 콜렉터 에미터로를 갖는 제2의 트랜지스터, 제1 및 제2의 입력 단자와 상기 제1 및 제2의 트랜지스터의 베이스에 접속된 출력 단자를 갖는 오차 증폭회로, 상기 오차 증폭희로의 제1의 입력 단자와 상기 제1의 단자 사이에 결합되어 그들 사이에 기준 전압을 발생하는 수단, 및 상기 오차 증폭회로의 제2의 입력 단자를 상기 제3의 단자에 결합하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 속도제어장치.
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