JP2001042956A - 誘導性負荷駆動回路 - Google Patents

誘導性負荷駆動回路

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JP2001042956A
JP2001042956A JP11218506A JP21850699A JP2001042956A JP 2001042956 A JP2001042956 A JP 2001042956A JP 11218506 A JP11218506 A JP 11218506A JP 21850699 A JP21850699 A JP 21850699A JP 2001042956 A JP2001042956 A JP 2001042956A
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JP
Japan
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current
voltage
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pwm
duty ratio
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JP11218506A
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Wataru Maruyama
渉 丸山
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイポーラトランジスタをPWM方式でスイ
ッチング駆動する誘導性負荷の駆動回路において、PW
Mのデューティ比に応じてバイポーラトランジスタに供
給するベース電流を変化させるように構成することによ
り、過剰なベース電流を抑制し、損失を少なくするとと
もに、発熱を少なくすること。 【解決手段】 デューティ比制御信号とパルス幅変調信
号を受けてパルス幅変調を行うPWMコンパレータのパ
ルス幅変調出力と、デューティ比制御信号を電流に変換
する電圧電流変換回路の出力電流とを受けて、パルス幅
変調出力がオンの時に、電圧電流変換回路の出力電流あ
るいはこの出力電流を増幅した電流をバイポーラトラン
ジスタのベース電流として供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
としてバイポーラトランジスタを用い、PWM(Pulse
Width Modulation)駆動される誘導性負荷の駆動回路に
関する。
【0002】
【従来の技術】モータなどの負荷を駆動する駆動回路と
して、スイッチング素子や制御回路構成部品などを集積
(IC)化したPWM駆動方式を採用したものが多く使
用されている。
【0003】図4は、そのようなPWM駆動方式のスイ
ッチング素子にバイポーラトランジスタを用いた、従来
の負荷駆動回路を示す図である。
【0004】同図において、NPN型バイポーラトラン
ジスタTr1〜Tr4がHブリッジ構成に接続され、こ
のHブリッジの出力にモータMなどの負荷11が接続さ
れ、またこのHブリッジへの電源は電流検出抵抗R1を
介して電源電圧Vccが供給される。
【0005】このHブリッジは、次のように制御され
る。すなわち、電流検出抵抗R1の電圧降下と設定器1
2の設定値とが帰還増幅器13に入力され、帰還増幅器
13でこの2入力の差が演算増幅され、平滑コンデンサ
C1で平滑される。
【0006】この平滑コンデンサC1の電圧と三角波発
生回路15の三角波電圧とがPWMコンパレータ14で
比較され、パルス幅変調された出力が得られる。このP
WM出力のパルス幅、すなわちデューティ比は平滑コン
デンサC1の電圧に比例して大きくなる。
【0007】PWMコンパレータ14のパルス幅変調さ
れた出力は電流増幅段16、および電流増幅段17の一
方の入力に加えられ、他方の入力には定電流回路19の
定電流が加えられる。そして、電流増幅段16及び電流
増幅段17では、定電流回路19からの定電流を所定の
値に増幅し、PWMコンパレータ14からのPWMパル
スがオンの時にトランジスタTr1、Tr4(モータM
の正転時)、あるいはトランジスタTr2,Tr3(モ
ータMの逆転時)をオンし、負荷11にパルス幅制御さ
れた所定方向の電流が供給される。
【0008】なお、ダイオードD1〜D4はフライホイ
ーリングダイオードであり、トランジスタTr1〜Tr
4とそれぞれ並列に接続されていり。このダイオードD
1〜D4の内の1つとトランジスタTr1〜Tr4のう
ちの1つで、PWMパルスがオフの時に負荷11の電流
の閉回路を形成する。
【0009】このようにして、設定器12で設定された
値と電流検出抵抗R1での検出値がフィードバックさ
れ、この両者が等しくなるように、PWMパルスの幅が
制御される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】この従来の負荷駆動回
路では、トランジスタTr1〜Tr4のベース電流は、
定電流回路19の定電流が電流増幅段16で増幅されて
供給されている。このベース電流の大きさは、PWM制
御のデューティ比の大きさに関わりなく、最大の負荷電
流の値に見合った値とされている。
【0011】負荷が、抵抗負荷のばあいにはデューティ
比に関わらずトランジスタ導通時の負荷電流は一定(オ
ン期間に応じて平均値は異なる)であるが、モータなど
の誘導性負荷の場合には、デューティ比に応じて負荷電
流が大きくなる。
【0012】しかしながら、従来の負荷駆動回路では、
前述のように、PWM制御のデューティ比の大きさに関
わりなく、最大の負荷電流の値に見合った値のベース電
流を供給しているため、通常使用されるデューティ比が
100%に満たない駆動領域では、必要とされるベース
電流以上のベース電流を流していることになる。
【0013】このため、過剰に流しているベース電流の
分だけ電力の損失となる問題があった。また、この損失
による発熱もあり、ICの温度が上昇する問題があっ
た。
【0014】そこで、本発明は、バイポーラトランジス
タをPWM方式でスイッチング駆動する誘導性負荷の駆
動回路において、PWMのデューティ比に応じてバイポ
ーラトランジスタに供給するベース電流を変化させるよ
うに構成することにより、過剰なベース電流を抑制し、
損失を少なくするとともに、発熱を少なくすることを目
的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1の誘導性負荷駆
動回路は、バイポーラトランジスタをPWM方式でスイ
ッチング駆動する誘導性負荷の駆動回路において、デュ
ーティ比制御信号を電流に変換する電圧電流変換回路
と、前記デューティ比制御信号とパルス幅変調信号とを
受けてパルス幅変調を行うPWMコンパレータと、前記
電圧電流変換回路の出力電流と前記PWMコンパレータ
のパルス幅変調出力とを受けて、前記PWMコンパレー
タのパルス幅変調出力がオンの時に、前記電圧電流変換
回路の出力電流あるいはこの出力電流を増幅した電流を
前記バイポーラトランジスタのベース電流として供給す
る制御手段とを備えることを特徴とする。
【0016】この請求項1記載の構成によれば、誘導性
負荷をPWM方式でスイッチングする場合に、デューテ
ィ比に応じて変化する負荷電流に対応して、スイッチン
グ素子として用いられているバイポーラトランジスタの
ベース電流をデューティ比に応じて変更することができ
る。
【0017】これにより、バイポーラトランジスタのベ
ース電流は流れている負荷電流に見合った大きさで供給
されるから、過剰なベース電流が抑制され、したがって
損失が少なくなり、発熱も少なくなる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図1〜図3を参照して説明する。
【0019】図1は、本発明の実施例に係る誘導性負荷
駆動回路を示す図であり、従来の負荷駆動回路である図
4とは、定電流回路19に代えて電圧電流変換器18を
設けている点で異なっている。また、本発明の説明のた
めに、回路中の電流、電圧あるいは制御信号に符号を付
している。その他の点は、図4と同一であり、対応する
構成要素には同じ符号を付している。
【0020】さて、図1において、従来の図4と同様
に、負荷電流Ioと電流検出抵抗R1の積である電圧降
下と設定器12の設定値とが帰還増幅器13に入力さ
れ、帰還増幅器13でこの2入力の差が演算増幅され、
平滑コンデンサC1で平滑される。
【0021】この平滑コンデンサC1の平滑電圧は、制
御指令電圧ViとしてPWMコンパレータ14の一方の
入力に加えられ、また三角波発生回路15のパルス幅変
調用三角波信号VsがPWMコンパレータ14の他方の
入力に加えられ、PWMコンパレータ14で比較され、
パルス幅変調されたPWMパルス出力Pcが得られる。
【0022】さらに、平滑コンデンサC1の平滑電圧で
ある制御指令電圧Viは電圧電流変換器18にも印加さ
れる。ここで、制御指令電圧Viは、PWMコンパレー
タ14のPWM出力のパルス幅、すなわちデューティ比
を決定する電圧であるとともに、誘導性負荷の場合には
デューティ比と負荷電流Ioとが対応するものであるこ
とから、バイポーラトランジスタTr1〜Tr4のベー
スに流すべきベース電流値と直接に関係している。
【0023】このことから、電圧電流変換器18は入力
される電圧に応じた電流Iiを出力するように構成され
ている。電圧電流変換器18の電圧電流の変換特性は、
電源電圧Vccを含めた主回路構成における負荷電流I
oとデューティ比との関係、及びトランジスタTr1〜
Tr4の特性を考慮して決定される。
【0024】そして、電圧電流変換器18からのIiと
PWMコンパレータ14からのPWMパルス出力Pcと
が電流増幅段16,電流増幅段17の2つの入力に加え
られる。電流増幅段16(または電流増幅段17)で
は、Iiを供給すべきベース電流Ibとなるように適宜
増幅するとともに、PWMパルス出力Pcがオンの時に
トランジスタTr1、Tr4(モータMの正転時)、あ
るいはトランジスタTr2,Tr3(モータMの逆転
時)をオンし、負荷11にパルス幅制御された所定方向
の電流が供給される。
【0025】次に、本発明の実施例に係る図1の動作に
ついて、信号波形を示す図2,図3を参照して、さらに
説明する。
【0026】設定器12で設定された値と電流検出抵抗
R1での検出値がフィードバックされ、この両者が等し
くなるように、PWMパルスの幅が制御されるが、設定
器12の設定値が小さい場合には、帰還制御における制
御偏差としての制御指令電圧Viも設定値に対応して小
さい値になる。 図2(a)はこの時の制御指令電圧V
iとパルス幅変調用三角波信号Vsとを示しており、同
図(b)のようにやや幅狭のPWMパルス出力Pcが得
られ、これに応じて負荷電流Ioが流れる。この負荷電
流Ioは、実線で示すように、PWMパルス出力Pcの
期間には、電源電圧VccからトランジスタTr1(ま
たはTr3)、負荷11、Tr4(またはTr2)、ア
ースへ流れる。PWMパルス出力Pc以外の期間には、
破線のように、例えば負荷11,Tr4,ダイオードD
2のように、閉回路をループ電流として減少しつつ流れ
る。
【0027】そして、この時の負荷電流Ioの大きさ
は、同図(c)に示されるように、やや幅狭のPWMパ
ルス出力Pcに対応した小さい電流となっている。この
負荷電流Ioの大きさに対応した値のベース電流Ib
が、同図(c)に示されるように、トランジスタのベー
スに流される。
【0028】一方、設定器12の設定値が大きくされる
と、帰還制御における制御偏差としての制御指令電圧V
iも設定値に対応して大きい値になる。図3(a)はこ
の時の制御指令電圧Viとパルス幅変調用三角波信号V
sとを示している。この場合、同図(b)のようにやや
幅広のPWMパルス出力Pcが得られ、これに応じた負
荷電流Ioが流れる。この負荷電流Ioは、実線で示す
ように、PWMパルス出力Pcの期間には、電源電圧V
ccからトランジスタTr1(またはTr3)、負荷1
1、Tr4(またはTr2)、アースへ流れる。PWM
パルス出力Pc以外の期間には、破線のように、例えば
負荷11,Tr4,ダイオードD2などのように、閉回
路をループ電流として減少しつつ流れる。
【0029】そして、この時の負荷電流Ioの大きさ
は、同図(c)に示されるように、やや幅広のPWMパ
ルス出力Pcに対応した大きい電流となっている。この
負荷電流Ioの大きさに対応した値のベース電流Ib
が、同図(c)に示されるように、トランジスタのベー
スに流される。
【0030】以上説明したように、本発明の誘導性負荷
駆動回路によれば、誘導性負荷11をPWM方式でスイ
ッチングする場合に、スイッチング素子として用いられ
ているバイポーラトランジスタTr1〜Tr4のベース
電流Ibを、デューティ比に応じて変化する負荷電流I
oに対応して、デューティ比に応じて変更する。
【0031】従来の負荷駆動回路では、トランジスタT
r1〜Tr4のベース電流の大きさは、PWM制御のデ
ューティ比の大きさに関わりなく、最大の負荷電流の値
に見合った値とされていたため、通常使用されるデュー
ティ比が100%に満たない駆動領域では必要とされる
ベース電流以上のベース電流を流していた。
【0032】これに対して、本発明では、バイポーラト
ランジスタTr1〜Tr4のベース電流Ibは流れてい
る負荷電流Ioに見合った大きさで供給されるから、過
剰なベース電流が抑制され、したがって損失が少なくな
り、発熱も少なくなる。
【0033】上記実施例では、PWM制御をフィードバ
ック制御により行うこととして、説明しているが、フィ
ードフォワード制御にも同様に適用することができる。
すなわち、図1の電流検出抵抗R1,帰還増幅器13,
平滑コンデンサC1を省略し、設定器12で直接に制御
指令電圧Viを設定するようにしてもよい。
【0034】また、主回路構成として上記実施例のH形
ブリッジに限ることなく、誘導性負荷をバイポーラトラ
ンジスタのPWM制御にて駆動するものであれば、同様
に適用することができる。
【0035】
【発明の効果】この請求項1記載の構成によれば、誘導
性負荷をPWM方式でスイッチングする場合に、デュー
ティ比に応じて変化する負荷電流に対応して、スイッチ
ング素子として用いられているバイポーラトランジスタ
のベース電流をデューティ比に応じて変更することがで
きる。
【0036】これにより、バイポーラトランジスタのベ
ース電流は流れている負荷電流に見合った大きさで供給
されるから、過剰なベース電流が抑制され、したがって
損失が少なくなり、発熱も少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る誘導性負荷駆動回路を示
す図。
【図2】本発明の実施例に係る図1の信号波形を示す
図。
【図3】本発明の実施例に係る図1の信号波形を示す
図。
【図4】従来の誘導性負荷駆動回路を示す図。
【符号の説明】
Vcc 電源電圧 12 設定器 13 帰還増幅器 14 PWMコンパレータ 15 三角波発生回路 16 電流増幅段 17 電流増幅段 18 電圧電流変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H420 BB02 BB13 CC02 DD02 DD06 EA11 EA39 EA45 EB04 EB09 EB18 EB37 FF04 FF24 HJ03 5H571 BB02 DD01 EE02 GG04 HA08 HC01 HD02 JJ12 JJ25 LL22 5J055 AX12 AX64 AX65 BX16 CX13 CX20 DX04 DX60 DX83 DX84 EX01 EX02 EX23 EY01 EY10 EY12 EZ00 EZ09 EZ10 EZ23 FX02 FX04 FX07 FX17 FX32 GX01 GX02 GX04 GX05

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バイポーラトランジスタをPWM方式で
    スイッチング駆動する誘導性負荷の駆動回路において、 デューティ比制御信号を電流に変換する電圧電流変換回
    路と、 前記デューティ比制御信号とパルス幅変調信号とを受け
    てパルス幅変調を行うPWMコンパレータと、 前記電圧電流変換回路の出力電流と前記PWMコンパレ
    ータのパルス幅変調出力とを受けて、前記PWMコンパ
    レータのパルス幅変調出力がオンの時に、前記電圧電流
    変換回路の出力電流あるいはこの出力電流を増幅した電
    流を前記バイポーラトランジスタのベース電流として供
    給する制御手段とを備えることを特徴とする誘導性負荷
    駆動回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008062993A1 (en) * 2006-11-22 2008-05-29 Smart Corporation Co., Ltd. Induction heating bonding apparatus
CN113900469A (zh) * 2021-10-12 2022-01-07 鑫雁电子科技(上海)有限公司 一种限流保护电路
CN115161854A (zh) * 2022-07-12 2022-10-11 苏州汇川控制技术有限公司 感性负载驱动电路及喷气织机

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CN113900469B (zh) * 2021-10-12 2023-09-19 上海鑫雁微电子股份有限公司 一种限流保护电路
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