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JP3806577B2 - モータのpwm駆動回路 - Google Patents

モータのpwm駆動回路 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度制御入力信号をPWMパルス発生回路に入力して得られるPWMパルス信号からスタート/ストップ信号を発生させるモータのPWM駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
モータをPWM駆動する場合、出力トランジスタのON/OFFのデューティを可変することによってモータの回転数を制御している。前記出力トランジスタのON/OFFのデューティは、出力トランジスタのベースにPWMパルス信号を印加して可変する。
【0003】
図8に示すように、速度制御入力信号がPWMパルス発生回路1に入力されと、PWMパルス発生回路1入力された速度制御入力信号に応じてデューティを変化させたPWMパルス信号を出力する。前記出力されたPWMパルス信号はモータ回路2の前記出力トランジスタに加えられ、出力トランジスタのON/OFFのデューティを可変し、モータの回転数を制御する。前記出力トランジスタのON/OFFのデューティは、このPWMパルス信号のデューティによって決定される。
【0004】
一方、モータのスタート(駆動状態)とストップ(駆動オフ)は、出力トランジスタのベースに、スタート/ストップ信号を印加することによって切り替えており、前記スタト/ストップ信号はS/S回路3から出力される。モータのスタートとストップを切り替えるためにS/S入力信号がS/S回路3に入力され、S/S回路3からは前記S/S入力信号に応じてスタート/ストップ信号を出力する。
【0005】
また、スタト/ストップ信号は保護回路のリセット信号としても使用している。例えば、モータが拘束された場合に駆動をオフしてモータを保護する拘束保護や、モータが逆回転した場合に駆動をオフしてモータを保護する逆回転保護回路のリセット信号として使用している。
【0006】
【発明が解決するための課題】
モータをPWM駆動する場合、従来回路では速度制御入力信号とS/S入力信号の二つの入力信号が必要であった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、速度制御入力信号をPWMパルス発生回路に入力して得られるPWMパルス信号からスタート/ストップ信号を発生させることによって、S/S入力信号がなくても、あるいはS/S入力信号をスタート入力のままでも速度制御入力信号のみでモータをPWM駆動できるようするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
図2は本発明のモータのPWM駆動回路における一実施例で、5は速度制御入力信号が加えられるPWMパルス発生回路で、発生されたPWMパルス信号はモータ回路6に加えられると共に、PWMパルス信号の一部信号POはスタート/ストップ信号発生回路7に加えられる。前記スタート/ストップ信号発生回路7は前記PWMパルス信号からの一部信号POが加えられると後述するようにスタート/ストップ信号SSを発生する。
【0009】
図3はスタート/ストップ操作ボタン(図示せず)からS/S入力信号がS/S回路8に入力され、S/S回路8からS/S入力信号に応じてスタート/ストップ信号SSOを発生する。前記スタート/ストップ信号SSOはモータをスタートする時にはLowレベルで、ストップ時にHighレベルを出力する。
【0010】
モータ回路6には前記S/S回路8からのスタート/ストップ信号SSOまたはスタート/ストップ信号発生回路7からのスタート/ストップ信号SSPがオア回路9を経て加わるので、前記スタート/ストップ信号SSOはLowレベルのままでもよい。
【0011】
図6及び図9において説明するように、前記PWMパルス発生回路5はノコギリ波を発生する発振回路を持っており、発振回路から発生されたノコギリ波VOSCと速度を変化させるため速度制御器(図示せず)から発生された速度制御入力信号VCTLがコンパレータ10でコンパレートされPWMパルス信号を発生する。
【0012】
前記PWMパルス信号はノコギリ波VOSC速度制御入力信号VCTLの時ハイレベルとなりモータ回路6の後述する出力トランジスタをONし、ノコギリ波VOSC速度制御入力信号VCTLの時ローレベルとなり出力トランジスタをOFFする。
【0013】
従って速度制御入力信号VCTLの大きさによってPWMパルス信号のHighレベル/Lowレベルのデューティが変化し、出力トランジスタのON/OFFのデューテイが可変できる。例えば速度制御入力信号VCTLがノコギリ波のLowレベル以下であれば、出力トランジスタのオンデューティが100%で、速度制御入力信号VCTLがノコギリ波のHighレベル以上あれば、出力トランジスタのオンデューティが0%となる。また、ノコギリ波の周波数が、PWMパルス信号の周波数であり、出力トランジスタをON/OFFする周波数となる。
【0014】
図7及び図10は速度制御入力信号がパルス波形の場合で、PWMパルス信号発生回路5に入力された速度制御入力信号VPULのパルス波形によって、PWMパルス信号を出力する。
【0015】
即ち速度制御入力信号VPULはコンパレータ11で基準信号Vrefと比較され、速度制御入力信号VPUL=HでHighレベルとなり、速度制御入力信号VPUL=LでLowレベルを出力する。
【0016】
従って速度制御入力信号VPULによってPWMパルス信号のHighレベル/Lowレベルのデューティが変化し、出力トランジスタのON/OFFのデューテイが可変できる。例えば速度制御入力信号VPUL=Lのままであれば、出力トランジスタのオンデューティが0%で、速度制御入力信号VPUL=Hのままであれば、出力トランジスタのオンデューティが100%となる。また、ノコギリ波の周波数が、PWMパルス信号の周波数であり、出力トランジスタをON/OFFする周波数となる。
【0017】
図4は前記モータ回路6で、モータ駆動用の出力トランジスタで構成される駆動回路12とモータの異常時に駆動オフ信号を発生しモータを保護する保護回路からなる。前記保護回路にはモータが拘束された場合に駆動をオフしてモータを保護する拘束保護回路13とモータが逆転した場合に駆動をオフしモータを保護する逆回転保護回路14がある。
【0018】
図5は前記駆動回路16の具体的回路図で、ベースに前記PWMパルス信号発生回路5からのPWMパルス信号が加えられる出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18b及びY接続され前記一端が出力トランジスタ16a、16bとのエミッタ・コレクタ接続点に接続されたU相の駆動コイル19と、同じくY接続され前記一端が出力トランジスタ17a、17bとのエミッタ・コレクタ接続点に接続されたV相の駆動コイル20と,Y接続され前記一端が出力トランジスタ18a、18bとのエミッタ・コレクタ接続点に接続されたW相の駆動コイル21と,電源22とよりなる。
【0019】
前記出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bはPWMパルス信号発生回路5から順次加えられる6相のPWMパルス信号がHighレベルの時ONし、駆動コイル19、20、21に順次駆動電流を供給し、モータを回転させる。
【0020】
例えばモータ回転の最初の電気角60度では、出力トランジスタ16aと出力トランジスタ17bはPWMパルス信号発生回路5から加えられるPWMパルス信号がHighレベルとなりONし、駆動コイル19、20に駆動電流を供給し、次の電気角60度から120度では、出力トランジスタ16aは引続きPWMパルス信号発生回路5から加えられるPWMパルス信号がHighレベルとなりONすると共に出力トランジスタ18bもONし、駆動コイル19、21に駆動電流を供給する。
【0021】
また電気角120度から180度では、出力トランジスタ17aと出力トランジスタ18bはPWMパルス信号発生回路5から加えられるPWMパルス信号がHighレベルのとなりONし、駆動コイル20、21に駆動電流を供給し、次の電気角180度から240度では、出力トランジスタ17aが引続きPWMパルス信号発生回路5から加えられるPWMパルス信号がHighレベルとなりONすると共に出力トランジスタ18bがONし、駆動コイル20、19に駆動電流を供給する。
【0022】
さらに電気角240度から300度では、出力トランジスタ18aと出力トランジスタ16bはPWMパルス信号発生回路5から加えられるPWMパルス信号がHighレベルとなりONし、駆動コイル21,19に駆動電流を供給し、次の電気角300度から360度では、出力トランジスタ18aは引続きPWMパルス信号発生回路5からのPWMパルス信号がHighレベルとなり、ONすると共に出力トランジスタ17bがONし、駆動コイル21,22に駆動電流を供給する。
【0023】
このように順次駆動コイル19、20、21に駆動電流を供給しモータを回転すると共に、前記PWMパルス信号発生回路5からのPWMパルス信号のHighレベルとLowレベルとのデューティを変えて出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのON時間を変え、流れる駆動電流量を制御し、モータの回転速度を変えている。
【0024】
本発明は、速度制御入力信号をPWMパルス発生回路5に入力して得られるPWMパルス信号をスタート/ストップ信号発生回路7に加え、該スタート/ストップ信号発生回路7からスタート/ストップ信号を発生させることにより、S/S入力信号がなくても速度制御入力信号のみでモータをPWM駆動できるものである。
【0025】
今、速度制御入力信号を変化させることによってPWMパルス信号POを40%のHighレベル出力、60%のLowレベルの出力であった状態からLowレベルの出力のみにしたとする。この場合、出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューテイは、40%であった状態から0%になる。
【0026】
出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューテイが0%になるということは、モータを駆動する時間(オンデューテイ)が全くないということであるため、駆動オフ(ストップ)と等しい。従って速度入力制御信号によって出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューテイを0にした状態は、S/S入力信号によってモータをストップにしている状態と等しい。ス−ト/ストップ信号発生回路7は速度制御入力信号によって出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューテイが0%(PWMパルス信号POがLowレベル出力のみ)にされるとストップ(Highレベル)を出力される。
【0027】
また、速度制御入力信号を変化させることによって、PWMパルス信号POをLowレベル出力のみであった状態から40%のHighレベル出力、60%のLowレベル出力の状態にしたとする。出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューテイが0%から40%になるということは、スップ(駆動オフ)の状態からスタート(40%の駆動オン)になったことに等しい。
【0028】
従って、速度制御入力信号によって出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューテイを0%からに任意のオンデューティ(0%以外のオンデューティ)にした状態は、S/S入力信号によってモータをストップからスタートにした状態と等しい。スタート/ストップ信号発生回路7は速度制御入力信号によって出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bをオンデューテイが0%以外の任意のオンデューテイ(PWMパルス信号POにHighレベル出力を発生)にされるとスタート(Lowレベル)を出力する。
【0029】
図1はスタート/ストップ信号発生回路7の具体的な回路図で、25は第1DFFでD端子と−Q端子とは接続され、CL端子にはクロック信号CLKAが加えられる。26は第2DFFでCL端子には前記第1DFFのQ端子からの信号QAがインバータ27でインバートされた信号CLKBが加えられ、またR端子にはPWMパルス信号発生回路5からのPWMパルス信号POが加えら、該PWMパルス信号POがHighレベルになるとリセットされる。
【0030】
28はアンド回路で、一方の入力端子には第1DFF25からのQ端子の出力信号QAがインバータ27を介して加えられ、他方の入力端子には第2DFF26のQ端子からの信号QBが加えられ、出力端子にスタート/ストップ信号を発生しモータ回路6に加えられると共に、一部は第1DFF25のR端子に帰還される。
【0031】
前記スタート/ストップ信号発生回路7にはPWMパルス発生回路5の出力であるPWMパルス信号POとクロック入力信号CLKAが入力される。クロック入力信号CLKAとしては、PWMパルス信号POの周波数と同じあるいは遅い周波数のクロックを入力しておく。また、クロック入力信号CLKAは常に入力されているとする。
【0032】
今、速度制御入力信号によってPWMパルス信号POが40%のHighレベル,60%のLowレベル出力にしたとする。この場合、出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューテイは40%になっている。
【0033】
図11に示すように、このような状態で第1DFF25はクロック入力信号CLKAがHighレベルからLowレベルに立ち下がる毎に反転し、インバータ27でインバートされた信号CLKBがアンド回路28の一方の入力に加わる。
【0034】
一方第2DFF26はCL端子に加わる前記CLKBがHighレベルからLowレベルに立ち下がる毎に反転しようとするが、R端子にPWMパルス信号発生回路5からのPWMパルス信号POがHighレベル出力になる毎にリセットされるため、アンド回路28の他方の端子に加えられるQB信号は殆どがLowレベルで、前記信号CLKBと信号QBが同時にHighレベルになることはなく、アンド回路28から出力されるスタート/ストップ信号はLowレベル(スタート)のままとなる。
【0035】
次に速度入力制御信号を変化させることにより、PWMパルス信号発生回路5から発生されるPWMパルス信号POをLowレベルの出力のみにする。この場合、出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューティは0%(駆動オフ)になる。
【0036】
前記第1DFF25はクロック入力信号CLKAがHighレベルからLowレベルに立ち下がると反転し出力信号QAがLowレベルからHighレベルとなり、前記インバータ27でインバートされた信号CLKBはHighレベルとなってアンド回路28の一方の入力に加わる。またPWMパルス信号発生回路5から発生されるPWMパルス信号POはLowレベル出力のみで第2DFF26がリセットされないため、CL端子に加わる前記信号CLKBがHighレベルからLowレベルに立ち下がると非反転し出力信号QBはHighレベルのままとなる。
【0037】
従ってアンド回路28に加えられる入力信号が共にHighレベルとなるので、出力されるスタート/ストップ信号もHighレベル((ストップ)となる。前記Highレベルのスタート/ストップ信号SSは第1DFF25のR端子に加わるため、第1DFFはラッチされ、信号CLKBはHighレベルのままとなる。
【0038】
このようにスタート/ストップ信号発生回路7は速度制御入力信号によって出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューティが0%(PWMパルス信号POがLowレベル出力のみ)にされるとストップ信号(Highレベル)を出力する。
【0039】
図12において、速度制御入力信号を変化させることにより、PWMパルス信号POをLowレベルのみであった状態(スタート/ストップ信号はHighレベルでラッチされた状態)からPWMパルス信号PO40%のHighレベル,60%のLowレベル出力にしていたとする。この場合、出力トランジスタ16a、16b、17a、17b、18a、18bのオンデューテイは0%であった状態から40%になっている。
【0040】
するとPWMパルス信号POのHighレベル出力が第2DFF26のR端子に加わり、第2DFF26をリセットするためQ端子からの信号QBはLowレベルとなり、スタート/ストップ信号はLowレベル(スタート)になる。そして第1DFF25のリセットを解除するため、前述と同様第1DFFはクロック入力信号CLKAがHighレベルからLowレベルに立ち下がる毎に反転し、出力信号QAはインバータ27でインバートされた信号CLKBがアンド回路28の一方の入力に加わる。
【0041】
一方第2DFF26はCL端子に加わる前記CLKBがHighレベルからLowレベルに立ち下がる毎に反転しようとするが、R端子にPWMパルス信号発生回路5からのPWMパルス信号POのHighレベル出力によってリセットされるため、アンド回路28の他方の端子に加えられるQB信号は殆どがLowレベルで、前記信号CLKBと信号QBが同時にHighレベルになることはなく、アンド回路28から出力されるスタート/ストップ信号はLowレベル(スタート)のままとなり、モータ回路6を回転させる。
【0042】
【発明の効果】
本発明のモータのPWM駆動回路はPWMパルス発生回路からのPWMパルス信号をスタート/ストップ信号発生回路に加え、該スタート/ストップ信号発生回路からモータのスタート/ストップ信号を発生させるので、入力信号は速度制御入力信号のみでよい。
【0043】
また前記スタート/ストップ信号発生回路はCL端子に加えられるクロック信号にて非反転/反転される第1DFFと、PWMパルス信号発生回路5よりのPWMパルス信号にてリセットされ前記第1DFFの出力信号で非反転/反転される第2DFFと、前記第1DFFと第2DFFの出力信号をアンドゲートするアンド回路よりなり、PWMパルス信号を0%のHighレベル出力以外は前記ゲート回路に加わる入力信号の少なくとも一方をLowレベルとし、アンド回路からLowレベルのスタート/ストップ信号を発生させるので回路構成が簡単である。
【0044】
さらに前記第1DFFのR端子にHighレベルのスタート/ストップ信号を加え、モータが停止している間第1DFFをラッチでき、モータを停止続けられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のモータのPWM駆動回路におけるスタート/ストップ信号発生回路の回路図である。
【図2】本発明のモータのPWM駆動回路のブロック図である。
【図3】本発明のモータのPWM駆動回路の他の実施例を示すブロック図である。
【図4】本発明のモータのPWM駆動回路におけるモータ回路の回路図である。
【図5】図4の駆動回路の具体例を示すの回路図である。
【図6】本発明のモータのPWM駆動回路におけるPWMパルス信号発生回路の一実施例を示す回路図である。
【図7】本発明のモータのPWM駆動回路におけるPWMパルス信号発生回路の一実施例を示す回路図である。
【図8】 従来のモータのPWM駆動回路におけるスタート/ストップ信号発生回路の回路図である。
【図9】図6のPWMパルス信号波形図である。
【図10】図7のPWMパルス信号波形図である。
【図11】図1における各部分の信号波形図である。
【図12】図1における各部分の信号波形図である。
【符号の説明】
5 PWMパルス信号発生回路
6 モータ回路
7 スタート/ストップ信号発生回路
25 第1DFF
26 第2DFF
28 アンド回路

Claims (4)

  1. 速度制御入力信号に応じてHighレベル/Lowレベルのデューティが変化するPWMパルス信号を発生するPWMパルス信号発生回路を有し、前記PWMパルス信号をモータの駆動コイルに駆動電流を流すための出力トランジスタに供給し、前記出力トランジスタを前記PWMパルス信号のデューティに応じてON/OFFし、前記駆動電流の量を変えて前記モータの速度制御を行うモータのPWM駆動回路において、
    前記PWMパルス信号が入力され、前記PWMパルス信号が前記出力トランジスタのONデューティを0%より大とする状態から前記出力トランジスタのONデューティを0%とする状態となった場合、前記モータをストップするための一方のレベルのスタート/ストップ信号を発生し、前記PWMパルス信号が前記出力トランジスタのONデューティを0%とする状態から前記出力トランジスタのONデューティを0%より大とする状態となった場合、前記モータをスタートするための他方のレベルのスタート/ストップ信号を発生するスタート/ストップ信号発生回路、
    を備えたことを特徴とするモータのPWM駆動回路。
  2. 前記スタート/ストップ信号発生回路は
    前記スタート/ストップ信号が前記一方のレベルであるときリセットされ、前記スタート/ストップ信号が前記他方のレベルであるとき、前記PWMパルス信号の周波数以下の周波数を有するクロック信号の変化に応じて、出力信号のレベルを反転する第1DFFと、
    前記PWMパルス信号が前記出力トランジスタをONするレベルであるときリセットされ、前記PWMパルス信号が前記出力トランジスタをOFFするレベルであるとき、前記第1DFFの出力信号の変化に応じて、出力信号のレベルをリセット時のレベルとは異なるレベルとする第2DFFと、
    前記第1DFFの出力信号と、前記第2DFFの出力信号とに基づいて、前記スタート/ストップ信号を出力するアンド回路と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載のモータのPWM駆動回路。
  3. 前記アンド回路は、
    前記スタート/ストップ信号が前記他方のレベルであるときの前記第1DFFの出力信号と、前記PWMパルス信号が前記出力トランジスタのONデューティを0%とする状態であるときの前記第2DFFの出力信号と、に基づいて、前記スタート/ストップ信号を前記他方のレベルから前記一方のレベルへ変化させる、
    ことを特徴とする請求項2に記載のモータのPWM駆動回路。
  4. 前記アンド回路は、
    前記PWMパルス信号が前記出力トランジスタのONデューティを0%より大とする状態となったときの前記第2DFFの出力信号に基づいて、前記スタート/ストップ信号を前記他方のレベルとする、
    ことを特徴とする請求項2に記載のモータのPWM駆動回路。
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