JP2013240214A - Dcモータドライバ - Google Patents
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Abstract
【課題】
DCモータの回転方法、速度切り替えが即座に行えるようにすること。また、オーバーシュートを小さくすること。
【解決手段】
CW回転用の駆動回路を構成する電源とDCモータの間に配置された第1スイッチおよび前記DCモータとGNDの間に配置された第2スイッチと、CCW回転用の駆動回路を構成する前記電源と前記DCモータの間に配置された第3スイッチおよび前記DCモータと前記GNDの間に配置された第4スイッチと、前記DCモータの回転方向および回転速度の調節を、前記各スイッチの間欠的な開閉によって行う制御手段によって、前記駆動電流とは反対の方向に向かって生じる前記DCモータの逆起電力を逃がすように構成したこと。
【選択図】図1
DCモータの回転方法、速度切り替えが即座に行えるようにすること。また、オーバーシュートを小さくすること。
【解決手段】
CW回転用の駆動回路を構成する電源とDCモータの間に配置された第1スイッチおよび前記DCモータとGNDの間に配置された第2スイッチと、CCW回転用の駆動回路を構成する前記電源と前記DCモータの間に配置された第3スイッチおよび前記DCモータと前記GNDの間に配置された第4スイッチと、前記DCモータの回転方向および回転速度の調節を、前記各スイッチの間欠的な開閉によって行う制御手段によって、前記駆動電流とは反対の方向に向かって生じる前記DCモータの逆起電力を逃がすように構成したこと。
【選択図】図1
Description
本発明はDCモータドライバに関する。
一般的なDCモータの回転方向、速度制御については非特許文献1に記載されている。例えば、図4に示す回路では、DCモータ100の両端子101、102に入力する電流方向を、4つのスイッチS100、S200、S300、S400の選択的な開閉によって制御しており、これよりDCモータ100をCW(時計回り)方向およびCCW(反時計回り)方向に回転させている。スイッチS100、S200、S300、S400の開閉は、別途設けられている制御装置によって行われるものであり、スイッチS100とS400を閉じて(オン)S300とS200を開けば(オフ)DCモータ100はCW方向に回転し、スイッチS100とS400を開いて(オフ)S300とS200を閉じれば(オン)DCモータ100はCCW方向に回転するようになっている。
また、上記4つのスイッチS100、S200、S300、S400の開閉時間をICで制御されたパルス幅によってコントロール(PWM制御)することで、DCモータ100の回転速度を制御することが行われている。DCモータ100をCW方向に回転させる場合を例に説明すると、例えば図5(a)に示すようにスイッチS100は閉じたまま、スイッチS400の開閉時間をパルス幅によってコントロールする。この場合、図5(b)に示すように周期的にスイッチS400を閉じる(オンする)間隔を短くするとDCモータ100は低速で回転し(低速動作)、スイッチS400を閉じる間隔を長くするとDCモータ100は高速で回転(高速動作)する。
また、上記4つのスイッチS100、S200、S300、S400の開閉時間をICで制御されたパルス幅によってコントロール(PWM制御)することで、DCモータ100の回転速度を制御することが行われている。DCモータ100をCW方向に回転させる場合を例に説明すると、例えば図5(a)に示すようにスイッチS100は閉じたまま、スイッチS400の開閉時間をパルス幅によってコントロールする。この場合、図5(b)に示すように周期的にスイッチS400を閉じる(オンする)間隔を短くするとDCモータ100は低速で回転し(低速動作)、スイッチS400を閉じる間隔を長くするとDCモータ100は高速で回転(高速動作)する。
DCモータは上記のように回転方向や回転速度を制御することが可能であるが、減速、停止若しくは回転方向を逆転させる際には逆起電力が発生するので、回転方向や減速時には、逆起電力の十分な放電時間を経過させてから指定した方向や速度で回転させていた。したがって、俊敏な回転方向の切り替えや速度変化は難しいものであった。
また、このような逆起電力の発生に対処したものとして特許文献1記載の技術がある。当該技術は、モータの加減速時に生じる逆起電力によりインバータ入力側で上昇する電圧を検出する逆起電力検出部と、当該逆起電力検出部の出力をスイッチング手段により逆起電力除去部に入力するMOS−FETゲートドライバを有し、MOS−FETのオンまたはオフ制御により電源入力端間に電流が流れてエネルギーとして消費されるようにした逆起電力除去部を有したものである。そして、モータの逆起電力を効果的に除去してインバータを構成するスイッチングエレメントの破壊を防止し、モータの制御器を保護するMOS−FETを利用したモータの逆起電力除去装置を提供するというものである。
また、このような逆起電力の発生に対処したものとして特許文献1記載の技術がある。当該技術は、モータの加減速時に生じる逆起電力によりインバータ入力側で上昇する電圧を検出する逆起電力検出部と、当該逆起電力検出部の出力をスイッチング手段により逆起電力除去部に入力するMOS−FETゲートドライバを有し、MOS−FETのオンまたはオフ制御により電源入力端間に電流が流れてエネルギーとして消費されるようにした逆起電力除去部を有したものである。そして、モータの逆起電力を効果的に除去してインバータを構成するスイッチングエレメントの破壊を防止し、モータの制御器を保護するMOS−FETを利用したモータの逆起電力除去装置を提供するというものである。
使いこなすDCモータ技術 見城尚志著 日刊工業新聞社
DCモータの回転方向や回転速度の切り替え時には、DCモータから逆起電力が発生するので、当該逆起電力の放電時間を十分にとらないと次の制御に対応できなかった。これにより、回転方向や速度を頻繁に切り替える用途にはDCモータは採用されづらかった。また、特許文献1記載の例では、前記逆起電力検出部等を設けなければならず回路および制御も複雑なものとなっている。
本発明は上記課題に鑑み発明されたものであって、DCモータの回転方向、速度の切り替えを俊敏に、かつオーバーシュートを少なく行えるDCモータドライバの提供を課題とするものである。
また、構造や制御が複雑でないDCモータドライバの提供を課題とするものである。
また、構造や制御が複雑でないDCモータドライバの提供を課題とするものである。
上記課題を解決するために本願請求項1記載の発明は以下の構成を有する。すなわち、
CW回転用の駆動回路を構成する電源とDCモータの間に配置された第1スイッチおよび前記DCモータとGNDの間に配置された第2スイッチと、
CCW回転用の駆動回路を構成する前記電源と前記DCモータの間に配置された第3スイッチおよび前記DCモータと前記GNDの間に配置された第4スイッチと、
前記DCモータの回転方向および回転速度の調節を、前記各スイッチの間欠的な開閉によって行う制御手段を有し、
前記DCモータの回転方向を変更する際または回転速度を減速する際に、一方のスイッチが閉じて駆動電流を流している際に開いている前記電源と前記DCモータの間に配置された他方のスイッチを閉じることによって、前記駆動電流とは反対の方向に向かって生じる前記DCモータの逆起電力を逃がすように構成したことを特徴とするDCモータドライバ。
CW回転用の駆動回路を構成する電源とDCモータの間に配置された第1スイッチおよび前記DCモータとGNDの間に配置された第2スイッチと、
CCW回転用の駆動回路を構成する前記電源と前記DCモータの間に配置された第3スイッチおよび前記DCモータと前記GNDの間に配置された第4スイッチと、
前記DCモータの回転方向および回転速度の調節を、前記各スイッチの間欠的な開閉によって行う制御手段を有し、
前記DCモータの回転方向を変更する際または回転速度を減速する際に、一方のスイッチが閉じて駆動電流を流している際に開いている前記電源と前記DCモータの間に配置された他方のスイッチを閉じることによって、前記駆動電流とは反対の方向に向かって生じる前記DCモータの逆起電力を逃がすように構成したことを特徴とするDCモータドライバ。
また、請求項2記載の発明は上記DCモータドライバであって、
前記CW回転時に行う駆動電流の印加を前記DCモータとGNDの間に配置された第2スイッチの開閉によって制御するとともに、当該第2スイッチの開閉に伴って生じる逆起電力を前記第3スイッチの開閉によって逃がし、
前記CCW回転時に行う駆動電流の印加を前記DCモータとGNDの間に配置された第4スイッチの開閉によって制御するとともに、当該第4スイッチの開閉に伴って生じる逆起電力を前記第1スイッチの開閉によって逃がすように構成したことを特徴とする。
前記CW回転時に行う駆動電流の印加を前記DCモータとGNDの間に配置された第2スイッチの開閉によって制御するとともに、当該第2スイッチの開閉に伴って生じる逆起電力を前記第3スイッチの開閉によって逃がし、
前記CCW回転時に行う駆動電流の印加を前記DCモータとGNDの間に配置された第4スイッチの開閉によって制御するとともに、当該第4スイッチの開閉に伴って生じる逆起電力を前記第1スイッチの開閉によって逃がすように構成したことを特徴とする。
また、請求項3記載の発明は上記DCモータドライバであって、
逆起電力に伴う電流を逃がす際に駆動される前記第3スイッチまたは前記第1スイッチの開閉は、駆動電流の制御を行う前記第2スイッチまたは前記第4スイッチの開閉時から微少時間を経過した後に行われるようになっていることを特徴とする。
逆起電力に伴う電流を逃がす際に駆動される前記第3スイッチまたは前記第1スイッチの開閉は、駆動電流の制御を行う前記第2スイッチまたは前記第4スイッチの開閉時から微少時間を経過した後に行われるようになっていることを特徴とする。
本発明に係るDCモータドライバは、DCモータの逆起電力を適時放出することができるので、素早い速度変化や回転方向の変化を行うことができるものとなっている。また、速度変化や回転方向の変化を行う際に生じるオーバーシュートを極力小さくすることができるという効果を有している。
また、前記したオーバーシュートが少なく、素早い速度変化や回転方向の変化を行うことができる制御を、スイッチの開閉制御だけで行うことができるので、構造や制御が複雑でないDCモータドライバを提供することができるという効果を有している。
また、前記したオーバーシュートが少なく、素早い速度変化や回転方向の変化を行うことができる制御を、スイッチの開閉制御だけで行うことができるので、構造や制御が複雑でないDCモータドライバを提供することができるという効果を有している。
以下、本発明の一実施の形態を図を用いて説明する。図1は、DCモータ2を含む本発明に係わるDCモータドライバ1の構成を模式的に示したブロック図である。
DCモータドライバ1は、DCモータ2が有する端子3,4に制御された電力を供給することにより、回転方向や回転速度の制御を行うものである。当該DCモータドライバ1は、ワンチップマイコンで構成された制御手段5、当該制御手段5によって開閉される4つのスイッチS1,S2,S3,S4、直流を生成する電源6その他の手段から構成されている。
DCモータドライバ1は、DCモータ2が有する端子3,4に制御された電力を供給することにより、回転方向や回転速度の制御を行うものである。当該DCモータドライバ1は、ワンチップマイコンで構成された制御手段5、当該制御手段5によって開閉される4つのスイッチS1,S2,S3,S4、直流を生成する電源6その他の手段から構成されている。
DCモータドライバ1は、CW回転用の駆動回路を構成するために、電源6とDCモータ2の間に配置されたスイッチS1(第1スイッチ)およびDCモータ2とGNDの間に配置されたスイッチS4(第2スイッチ)を有している。また、CCW回転用の駆動回路を構成するために、電源6とDCモータ2の間に配置されたスイッチS3(第3スイッチ)およびDCモータ2とGNDの間に配置されたスイッチS2(第4スイッチ)を有している。本実施の形態では、前記4つのスイッチS1,S2,S3,S4には、トランジスタやMOS−FET、IGBTなどが使用される。
また、スイッチS4と平行にダイオードD2が設けられ、スイッチS2と平行にダイオードD1が設けられている。
また、スイッチS4と平行にダイオードD2が設けられ、スイッチS2と平行にダイオードD1が設けられている。
前記4つのスイッチS1,S2,S3,S4、ダイオードD1、D2および制御手段5は、一例として同一基板上に設けられている。ダイオードD1、D2は、例えばスイッチがMOSFETの場合には内蔵のものが使用でき、あえて外部に追加する必要が無い場合もある。
図2は、本実施の制御を特徴的に書いた図である。図2(a)はDCモータドライバ1の動作説明図、図2(b)は制御手段5によって制御されるスイッチS4,S3の開閉タイミングを表した波形を示している。
CW回転を行わせる駆動電流は電源6、スイッチS1,DCモータ2、スイッチS4,GNDの順に流れ、この際スイッチS3,スイッチS2は開いている(オフとなっている)。当該駆動電流は、スイッチS1を閉じた(オン)状態で、PWM制御によるスイッチS4の開閉(オン/オフ)よって図2(b)に示す波形で流れるようになっている。
スイッチS4をオンからオフに切り替える際、DCモータ2には逆起電力が発生する。この逆起電力が、DCモータ2の速度調節や、回転方向の制御を行う際の抵抗となり、制御のレスポンスを低下させるとともにオーバーシュートが生じる要因となっている。
本実施の形態では、S4を開いた逆起電力が生じるタイミングに合わせてS3を閉じ、DCモータ2の逆起電力を放出させている(破線の方向に電流が流れる)。すなわち、GND、ダイオードD1、DCモータ2、スイッチS3、電源6に向かう回路が開かれ、逆起電力に伴う電流Z1が流れるようになっている。
CW回転を行わせる駆動電流は電源6、スイッチS1,DCモータ2、スイッチS4,GNDの順に流れ、この際スイッチS3,スイッチS2は開いている(オフとなっている)。当該駆動電流は、スイッチS1を閉じた(オン)状態で、PWM制御によるスイッチS4の開閉(オン/オフ)よって図2(b)に示す波形で流れるようになっている。
スイッチS4をオンからオフに切り替える際、DCモータ2には逆起電力が発生する。この逆起電力が、DCモータ2の速度調節や、回転方向の制御を行う際の抵抗となり、制御のレスポンスを低下させるとともにオーバーシュートが生じる要因となっている。
本実施の形態では、S4を開いた逆起電力が生じるタイミングに合わせてS3を閉じ、DCモータ2の逆起電力を放出させている(破線の方向に電流が流れる)。すなわち、GND、ダイオードD1、DCモータ2、スイッチS3、電源6に向かう回路が開かれ、逆起電力に伴う電流Z1が流れるようになっている。
なお、交互に切り替えられるスイッチS3、S4の開閉は同時に行われるのではなく、図2(b)に示すように切り替えごとに遅延時間t1、t2を設けている。当該t1、t2はスイッチS3、S4のスイッチが同時に閉じて電源からGNDへ貫通電流が流れないように、適当な時間差をもって制御することを目的としたものである。このように、本発明における制御では、毎回、S4のPWM信号がオフの時にその上側スイッチS3をオンさせ(閉じ)、DCモータに蓄積されている逆起電力を放出させている。
以上のように、PWM信号オフ時に毎回逆起電力を放出させているので、回転方向の切り替えや速度の変更時に生じるDCモータに蓄積している逆起電力のエネルギーが、そうでないものに比べ格段に小さくなるので、瞬時に回転方向の切り替えや速度の変更が行えるようになっている。また、オーバーシュートが低減されるようになっている。
CCW回転を行わせる場合には、図3に示すように駆動電流は電源6、スイッチS3,DCモータ2、スイッチS2,GNDの順に流れる。この際スイッチS1,スイッチS4は開いた状態(オフ)となっている。CCW回転を行う駆動電流は、スイッチS3を閉じた(オン)状態で、PWM制御によるスイッチS2の開閉(オン/オフ)よって図3(b)に示す波形で流れるようになっている。
スイッチS2をオンからオフに切り替える際、DCモータ2には逆起電力が発生する。本実施の形態では、スイッチS2を開いた(オフ)逆起電力が生じるタイミングに合わせてスイッチS1を閉じ(オン)、DCモータ2の逆起電力を放出させている。すなわち、GND、ダイオードD2、DCモータ2、スイッチS1、電源6に向かう回路が開かれ、逆起電力に伴う電流Z2が流れるようになっている。
スイッチS2をオンからオフに切り替える際、DCモータ2には逆起電力が発生する。本実施の形態では、スイッチS2を開いた(オフ)逆起電力が生じるタイミングに合わせてスイッチS1を閉じ(オン)、DCモータ2の逆起電力を放出させている。すなわち、GND、ダイオードD2、DCモータ2、スイッチS1、電源6に向かう回路が開かれ、逆起電力に伴う電流Z2が流れるようになっている。
また、前述したCW回転の場合と同様に、スイッチS1、S2の切り替えは同時に行われるのではなく、図3(b)に示すように切り替えごとに遅延時間t1、t2を設けている。当該t1、t2はスイッチS1、S2が同時にONになって電源6からGNDへ貫通電流が流れないように、適当な時間差をもって制御するためのものである。
以上に説明した実施の形態に係るモータドライバは、次のような効果を得ることが出来る。
従来、DCモータドライバは回転方向、速度切り替え時にDCモータの逆起電力の十分な放電時間経過を待ってから指定した方向や速度に対応して回転する必要があったが、本発明のように適時、逆起電力を放出させることで俊敏な回転方向、速度切り替えが可能となった。また、切り替え時に逆起電力のエネルギーが小さいので、オーバーシュートが小さくなった。
さらに、逆起電力の放出を、プログラム若しくは簡単なシーケンス制御による各スイッチの開閉制御のみで行うことができるので別途ハードウエア手段を設けることなく、従来型のモータドライバと比較して大型化することもなく極めてコンパクトに形成することができるものとなっている。
従来、DCモータドライバは回転方向、速度切り替え時にDCモータの逆起電力の十分な放電時間経過を待ってから指定した方向や速度に対応して回転する必要があったが、本発明のように適時、逆起電力を放出させることで俊敏な回転方向、速度切り替えが可能となった。また、切り替え時に逆起電力のエネルギーが小さいので、オーバーシュートが小さくなった。
さらに、逆起電力の放出を、プログラム若しくは簡単なシーケンス制御による各スイッチの開閉制御のみで行うことができるので別途ハードウエア手段を設けることなく、従来型のモータドライバと比較して大型化することもなく極めてコンパクトに形成することができるものとなっている。
Claims (3)
- CW回転用の駆動回路を構成する電源とDCモータの間に配置された第1スイッチおよび前記DCモータとGNDの間に配置された第2スイッチと、
CCW回転用の駆動回路を構成する前記電源と前記DCモータの間に配置された第3スイッチおよび前記DCモータと前記GNDの間に配置された第4スイッチと、
前記DCモータの回転方向および回転速度の調節を、前記各スイッチの間欠的な開閉によって行う制御手段を有し、
前記DCモータの回転方向を変更する際または回転速度を減速する際に、一方のスイッチが閉じて駆動電流を流している際に開いている前記電源と前記DCモータの間に配置された他方のスイッチを閉じることによって、前記駆動電流とは反対の方向に向かって生じる前記DCモータの逆起電力を逃がすように構成したことを特徴とするDCモータドライバ。 - 前記CW回転時に行う駆動電流の印加を前記DCモータとGNDの間に配置された第2スイッチの開閉によって制御するとともに、当該第2スイッチの開閉に伴って生じる逆起電力を前記第3スイッチの開閉によって逃がし、
前記CCW回転時に行う駆動電流の印加を前記DCモータとGNDの間に配置された第4スイッチの開閉によって制御するとともに、当該第4スイッチの開閉に伴って生じる逆起電力を前記第1スイッチの開閉によって逃がすように構成したことを特徴とする請求項1記載のDCモータドライバ。 - 逆起電力に伴う電流を逃がす際に駆動される前記第3スイッチまたは前記第1スイッチの開閉は、駆動電流の制御を行う前記第2スイッチまたは前記第4スイッチの開閉時から微少時間を経過した後に行われるようになっていることを特徴とする請求項1または2の何れか一項記載のDCモータドライバ。
Priority Applications (1)
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JP2012112291A JP2013240214A (ja) | 2012-05-16 | 2012-05-16 | Dcモータドライバ |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH068838A (ja) * | 1992-06-11 | 1994-01-18 | Omron Corp | 電動式パワーステアリング装置 |
JPH1127979A (ja) * | 1997-06-30 | 1999-01-29 | Nec Corp | モータ駆動回路 |
JP2001016893A (ja) * | 1999-04-28 | 2001-01-19 | Keyence Corp | 直流モータ駆動装置 |
JP2003244988A (ja) * | 2002-02-20 | 2003-08-29 | Unisia Jkc Steering System Co Ltd | 電動機駆動装置 |
-
2012
- 2012-05-16 JP JP2012112291A patent/JP2013240214A/ja active Pending
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