JP2863172B2 - DC motor control circuit - Google Patents
DC motor control circuitInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自動車用アクチュエータや、ロボット用ア
クチュエータに使用される直流モータのコントローラに
関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a controller for a DC motor used for an actuator for a vehicle or an actuator for a robot.
従来の技術 近年自動車技術は今までの油圧やギヤなどの機械的手
段を用いていたものを電気的手段に置き換えて電子制御
化を実現するいわゆる「Drive−by−Wire」の流れが起
こっている。これはドライバの意志を小信号に変換し、
パワー制御するという一面を持っているため、モータの
制御技術が必要不可欠である。2. Description of the Related Art In recent years, in automotive technology, a so-called `` Drive-by-Wire '' flow has been developed in which electronic control is realized by replacing what used to be mechanical means such as hydraulic pressure and gears with electric means. . This converts the driver's will into a small signal,
Since it has one aspect of power control, motor control technology is indispensable.
また、ファクトリーオートメーションでも、工場の自
動化に伴い、ロボット用アクチュエータとして、これも
モータの制御技術が必要不可欠である。直流モータは安
価で制御しやすくコントローラも比較的簡単なことから
この種の目的に広く使用されている。In factory automation, along with the automation of factories, motor control technology is also indispensable as a robot actuator. DC motors are widely used for this purpose because they are inexpensive, easy to control, and relatively simple to control.
直流モータによって、位置決め制御、速度制御をする
場合、モータを電流制御する方法が多く用いられサーボ
系の中で、電流マイナループを構成することがある。そ
のとき、モータ電流を正確に検出する技術が必要であ
る。When positioning control and speed control are performed by a DC motor, a method of controlling the current of the motor is often used, and a current minor loop may be formed in a servo system. At that time, a technique for accurately detecting the motor current is required.
従来の技術 以下に従来の直流モータの電流検出回路について説明
する。2. Description of the Related Art A conventional DC motor current detection circuit will be described below.
第６図は従来の直流モータの電流検出回路を示す。30
〜33はスイッチング素子、34〜37はフリーホイールダイ
オード、38は直流モータ、39は電流検出抵抗、40は演算
増幅器によるバッファである。FIG. 6 shows a conventional DC motor current detection circuit. 30
33 to 33 are switching elements, 34 to 37 are freewheel diodes, 38 is a DC motor, 39 is a current detection resistor, and 40 is a buffer by an operational amplifier.
以上の様に構成された直流モータの電流検出回路につ
いて、以下その動作を説明する。The operation of the DC motor current detection circuit configured as described above will be described below.
例えばモータCW（時計方向）に回転させるときは、ス
イッチング素子30,33がONし、CCW（反時計方向）に回転
させるときは、スイッチング素子31,32がONするものと
する。モータへの通電は、大電力制御の場合、PWM駆動
が行われるのが普通である。For example, when rotating in the motor CW (clockwise), the switching elements 30 and 33 are turned on, and when rotating in the CCW (counterclockwise), the switching elements 31 and 32 are turned on. For energizing the motor, PWM driving is generally performed in the case of high power control.
第７図を使用して、その動作を説明する。スイッチン
グ素子30,33がONすると、電流は図（ａ）の実線矢印の
様に流れる。次にスイッチング素子30,33がOFFすると、
モータはインダクタンスを持つため、モータ電流は瞬時
に零にはならず、図（ｂ）の点線矢印のように流れ、イ
ンダクタンスに蓄えられたエネルギーを放出する。モー
タの電流方向が切換わったときは第８図（ａ），（ｂ）
のようになり、動作原理としては第７図（ａ），（ｂ）
と同じである。モータ電流は、フルブリッジ回路に取付
けられた電流検出抵抗39の両端の端子電圧を取り出すこ
とにより得る。The operation will be described with reference to FIG. When the switching elements 30 and 33 are turned on, the current flows as shown by the solid arrows in FIG. Next, when the switching elements 30 and 33 are turned off,
Since the motor has inductance, the motor current does not instantaneously become zero, but flows as shown by the dotted arrow in FIG. 3B, and releases the energy stored in the inductance. FIGS. 8 (a) and (b) when the current direction of the motor is switched
The principle of operation is shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
Is the same as The motor current is obtained by extracting the terminal voltage between both ends of the current detection resistor 39 attached to the full bridge circuit.
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の従来の構成では、第7,第８図の
（ａ）の実線矢印の電流と、（ｂ）の点線矢印の電流を
区別できない。However, in the above-described conventional configuration, the current indicated by the solid arrow in (a) of FIG. 7 and FIG. 8 cannot be distinguished from the current indicated by the dotted arrow in (b).
その様子を第９図に示す。VRCSはGNDに対する電流検
出抵抗39の両端の電圧を示す。スイッチング素子がONの
ときはVRCSはGNDに対して正の電位を持ち、スイッチン
グ素子がOFFのときは、負の電位を持つ。よってこの信
号を直接演算増幅器40に入力しても、このままでは電流
信号として使用できない。また、演算増幅器40の出力
は、通常（VCC−VD−VCE(sat)）から（VD＋VCE(sat)＋G
ND）の範囲しか出力しないので、第６図の構成では、電
流が小さいときに、その値を検出できないことになる。
第５図の様な演算増幅器を使用したバッファの入力と出
力の関係を第10図に示す。This is shown in FIG. V RCS indicates a voltage between both ends of the current detection resistor 39 with respect to GND. VRCS has a positive potential with respect to GND when the switching element is ON, and has a negative potential when the switching element is OFF. Therefore, even if this signal is directly input to the operational amplifier 40, it cannot be used as a current signal as it is. The output of the operational amplifier 40 is normally (V CC −V D −V CE (sat) ) to (V D + V CE (sat) + G
Since only the range of (ND) is output, in the configuration of FIG. 6, when the current is small, the value cannot be detected.
FIG. 10 shows the relationship between the input and output of the buffer using the operational amplifier as shown in FIG.
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、スイ
ッチング素子のON,OFFに関係なくモータ電流信号を取り
出すことのできる直流モータの電流検出回路を提供する
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a DC motor current detection circuit capable of extracting a motor current signal regardless of ON / OFF of a switching element.
課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明の直流モータのの制
御回路は、PWM信号発生器のPWM信号によりスイッチング
素子のオンオフを行い、直流モータのモータ電流値をPW
M制御するフルブリッジ回路において、一方のGND側の第
１のスイッチング素子とGNDとの間に第１の電流検出抵
抗を設け、他方のGND側の第２のスイッチング素子とGND
との間に第２の電流検出抵抗を設け、第１の電流検出抵
抗の両端に発生する電圧を、GNDに対して正負両方の電
源電圧で駆動される演算増幅器で受けた第１の電流検出
信号と、第２の電流検出抵抗の両端に発生する電圧をGN
Dに対して正負両方の電源電圧で駆動される演算増幅器
で受けた第２の電流検出信号をアナログスイッチに入力
し、第１のスイッチング素子が駆動されるモードでは、
第１の電流検出信号を選択し、第２のスイッチング素子
が駆動されるモードでは、第２の電流信号を選択し、ア
ナログスイッチから出力された信号をモータの電流検出
信号とする構成であり、電流検出抵抗を２つ有するとと
もに、それぞれの検出電圧をPWMスイッチングタイミン
グと同期させ、また、モータのCWもしくはCCWの方向に
よって検出電圧を切換えるものである。また、演算増幅
器によるバッファの電源電圧をGNDに対して正負のもの
を使用し、モータ電流が小さいときでも十分に検出でき
るように構成されている。Means for Solving the Problems In order to achieve this object, a control circuit for a DC motor according to the present invention turns on / off a switching element by a PWM signal of a PWM signal generator, and sets a motor current value of the DC motor to PW.
In a full bridge circuit controlled by M, a first current detecting resistor is provided between a first switching element on one GND side and GND, and a second switching element on the other GND side is connected to GND.
A second current detection resistor is provided between the first and second current detection resistors, and a voltage generated at both ends of the first current detection resistor is received by an operational amplifier driven by both positive and negative power supply voltages with respect to GND. Signal and the voltage generated across the second current detection resistor
In a mode in which a second current detection signal received by an operational amplifier driven by both positive and negative power supply voltages with respect to D is input to an analog switch and the first switching element is driven,
In the mode in which the first current detection signal is selected and the second switching element is driven, the second current signal is selected, and the signal output from the analog switch is used as the motor current detection signal. It has two current detection resistors, synchronizes each detection voltage with the PWM switching timing, and switches the detection voltage according to the direction of CW or CCW of the motor. Further, the power supply voltage of the buffer by the operational amplifier is set to be positive or negative with respect to GND, so that it can be sufficiently detected even when the motor current is small.
作用 この構成によって、モータ電流信号がPWMのいかなる
モードにおいても安定して検出でき、また、モータ電流
が小さいときでも十分に検出することができる。Operation With this configuration, the motor current signal can be stably detected in any PWM mode, and can be sufficiently detected even when the motor current is small.
実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例における直流モータの電流
検出回路を示すものである。FIG. 1 shows a current detection circuit of a DC motor according to an embodiment of the present invention.
第１図において、１はPWM信号発生器、２〜５はスイ
ッチング素子駆動回路、６はホールド回路、７はアナロ
グスイッチ、８〜９は演算増幅器によるバッファ、10〜
11はスイッチング素子、12は第１のスイッチング素子、
13は第２のスイッチング素子、14〜17はフリーホイール
ダイオード、18は第１の電流検出抵抗、19は第２の電流
検出抵抗、20は直流モータである。In FIG. 1, 1 is a PWM signal generator, 2 to 5 are switching element drive circuits, 6 is a hold circuit, 7 is an analog switch, 8 to 9 are buffers by operational amplifiers, 10 to 10
11 is a switching element, 12 is a first switching element,
13 is a second switching element, 14 to 17 are freewheel diodes, 18 is a first current detection resistor, 19 is a second current detection resistor, and 20 is a DC motor.
以上のように構成された本実施例の直流モータの電流
検出回路について、以下その動作を説明する。The operation of the current detection circuit of the DC motor according to the present embodiment configured as described above will be described below.
１はPWM信号発生器であり、CPU（マイクロプロセッサ
ー）などからのCW,CCW信号と、モータの電圧又は電流指
令に従って各スイッチング素子駆動回路へ信号を供給す
る。Reference numeral 1 denotes a PWM signal generator, which supplies a signal to each switching element drive circuit in accordance with a CW / CCW signal from a CPU (microprocessor) or the like and a motor voltage or current command.
電流検出信号は、フルブリッジ回路の第１のスイッチ
ング素子12とGND間に挿入された第１の直流検出抵抗18
と、第２のスイッチング素子13とGND間に挿入された第
２の電流検出抵抗19とに現れる。その電流検出信号は、
演算増幅器8,9を使用したバッファによってインピーダ
ンス変換され、アナログスイッチ７に入力される。アナ
ログスイッチは、PWM信号の状態及びCW,CCWモードによ
って、VRCS1かVRCS2かハイインピーダンス状態のうちの
どれかの信号を出力する。その出力信号は、ホールド回
路６に入力され、VRCS1かVRCS2が入力されたときは、出
力はその値に変更され、ハイインピーダンス状態の入力
のときは、前の値が保持される。以上の信号のタイミン
グの概略を示したものが第４図に示されている。The current detection signal is generated by a first DC detection resistor 18 inserted between the first switching element 12 of the full bridge circuit and GND.
And a second current detection resistor 19 inserted between the second switching element 13 and GND. The current detection signal is
The impedance is converted by a buffer using the operational amplifiers 8 and 9 and input to the analog switch 7. The analog switch outputs one of VRCS1, VRCS2, and a high impedance state depending on the state of the PWM signal and the CW and CCW modes. The output signal is input to the hold circuit 6, and when VRCS1 or VRCS2 is input, the output is changed to that value, and when the input is in the high impedance state, the previous value is held. FIG. 4 schematically shows the timing of the above signals.
第２図，第３図にPWMのON,OFFモードを示す。実線矢
印がPWMのON状態で、点線矢印がPWMのOFF状態である。
第２図は例えばモータの回転方向がCWのときである。そ
のとき、電流検出信号はVRCS1に現れる。FIG. 2 and FIG. 3 show the ON / OFF mode of the PWM. The solid arrow indicates the PWM ON state, and the dotted arrow indicates the PWM OFF state.
FIG. 2 shows a case where, for example, the rotation direction of the motor is CW. At that time, the current detection signal appears at VRCS1 .
PWM信号がOFFになると、VRCS1はすみやかに０とな
り、モータインダクタンスのエネルギー放出は、ダイオ
ードを通して行われる。第３図はモータの回転方向がCC
Wの時で同様の動作原理である。When the PWM signal is turned off, VRCS1 immediately becomes 0, and the energy release of the motor inductance is performed through the diode. Fig. 3 shows that the rotation direction of the motor is CC
The operation principle is the same for W.
また、電流検出信号VRCS1及びVRCS2ともにGND電位よ
りも低くなることはなく、よってアナログスイッチにも
GND電位より低い値が加わることがないので、アナログ
スイッチ以後の回路は正負電源を使用することなく、安
定に動作させることができる。演算増幅器によるバッフ
ァは、GNDに対して正負電源で動かしているので、GND付
近の微小な電圧も検出することができる。Also, the current detection signals V RCS1 and V RCS2 do not become lower than the GND potential, so that the
Since a value lower than the GND potential is not applied, circuits subsequent to the analog switch can be operated stably without using positive and negative power supplies. Since the buffer by the operational amplifier is driven by the positive and negative power supplies with respect to GND, a minute voltage near GND can be detected.
なお、フリーホイールダイオード14〜15は、スイッチ
ング素子がパワーMOSFETの場合、寄生ダイオードを使用
してもよいが、フリーホイールダイオード16〜17は、ス
イッチング素子12及び13の寄生ダイオードよりもVF（順
方向電圧降下）の低いものを使用すべきである。Incidentally, freewheeling diodes 14 and 15, when the switching element is in the power MOSFET, may be used a parasitic diode, freewheeling diode 16-17, V F (forward than the parasitic diode of the switching element 12 and 13 Low directional voltage drop).
また、図中のスイッチング素子はパワーMOSFETの記号
で書いてあるが、これはトランジスタIGBTなどの素子で
もよいことは言うまでもない。Further, although the switching element in the figure is written with the symbol of a power MOSFET, it goes without saying that this may be an element such as a transistor IGBT.
さらに、図中に使用したPWMのスイッチングモードはV
CC側のスイッチング素子とGND側のスイッチング素子が
同時にON,OFFするものであったが、VCC側のスイッチン
グ素子のみON,OFFし、GND側のスイッチング素子はCW,CC
Wの切換時のみに使用してもよく、又、GND側のスイッチ
ング素子のみON,OFFし、VCC側のスイッチング素子をCW,
CCWの切換時のみに使用してもよい。Furthermore, the PWM switching mode used in the figure is V
The switching element on the CC side and the switching element on the GND side were turned on and off at the same time, but only the switching element on the V CC side was turned on and off, and the switching element on the GND side was CW, CC.
It may be used only when switching W, or only the switching element on the GND side is turned ON and OFF, and the switching element on the VCC side is CW,
It may be used only at the time of CCW switching.
第１図において、フリーホイールダイオード14〜17が
挿入されているが、GND側のスイッチング素子12,13に対
応するフリーホイールダイオード16,17は一方はモータ
端子に、もう一方はGNDに接続される。モータ電流検出
信号VRCS1及びVRCS2は、PRW信号によって、きれいなパ
ルス信号が取り出せれる訳ではなく、パルス信号にはノ
イズやLCRによる共振のためのリンキングが重畳されて
いる。そのため、VRCS1及びVRCS2の端子にはノイズ除去
のために大容量のコンデンサが接続される。大容量のコ
ンデンサは電解コンデンサを使用することが多く、それ
は極性があり、逆電圧がかかることは極力避けなければ
ならない。In FIG. 1, freewheel diodes 14 to 17 are inserted. One of the freewheel diodes 16, 17 corresponding to the switching elements 12, 13 on the GND side is connected to the motor terminal, and the other is connected to GND. . As for the motor current detection signals V RCS1 and V RCS2 , a clear pulse signal cannot be taken out by the PRW signal, but linking for resonance due to noise or LCR is superimposed on the pulse signal. Therefore, a large-capacity capacitor is connected to the V RCS1 and V RCS2 terminals for noise removal. Large-capacity capacitors often use electrolytic capacitors, which have polarity and must avoid reverse voltage as much as possible.
もし、フリーホイールダイオード16,17が第５図
（ａ）のように、一方がモータ端子に、もう一方がスイ
ッチング素子と電流検出抵抗の接続点に接続されている
と、モータのインダクタンスに蓄えられたエネルギーを
放出する過程で（ｂ）のように電流検出抵抗にGNDから
モータに向かって電流が流れ、VRCS1,VRCS2にはGNDより
低い電位が発生することになる。この現象は、ノイズ除
去のコンデンサに対して悪影響を及ぼす。よってフリー
ホイールダイオードの取付位置は第１図の様にすること
が必要である。If the freewheel diodes 16 and 17 are connected to the motor terminal and the other is connected to the connection point between the switching element and the current detection resistor as shown in FIG. In the process of releasing the generated energy, a current flows from the GND to the motor through the current detection resistor as shown in FIG. 3B , and a potential lower than the GND is generated at V RCS1 and V RCS2 . This phenomenon has an adverse effect on the noise removing capacitor. Therefore, the mounting position of the freewheel diode must be as shown in FIG.
また、フリーホイールダイオード14,15はスイッチン
グ素子がパワーMOSFETのとき寄生ダイオードを使用でき
るが、フリーホイールダイオードは、スイッチング素子
12,13の寄生ダイオードの順方向電圧降下よりも低い値
をもつダイオードを使用する必要がある。In addition, the freewheel diodes 14, 15 can use a parasitic diode when the switching element is a power MOSFET.
It is necessary to use a diode having a value lower than the forward voltage drop of the 12,13 parasitic diodes.
発明の効果 以上のように本発明によれば、電流検出抵抗を２つ有
するとともに、それぞれの検出電圧をPWMのスイッチン
グタイミングと同期させ、また、モータのCW,CCWの方向
によって検出電圧を切換え、さらにバッファとして使用
する演算増幅器の電源電圧をGNDに対して正負のものを
使用することにより、モータ直流信号が、PWMのいかな
るモードにおいても安定して検出でき、また、モータ電
流が小さいときでも十分に検出することができるすぐれ
た直流モータのコントローラを提供するものである。Advantageous Effects of the Invention As described above, according to the present invention, in addition to having two current detection resistors, synchronizing the respective detection voltages with the PWM switching timing, and switching the detection voltage according to the direction of CW, CCW of the motor, Furthermore, by using a positive / negative power supply voltage for the operational amplifier used as a buffer with respect to GND, the motor DC signal can be detected stably in any PWM mode, and sufficient even when the motor current is small. An object of the present invention is to provide an excellent DC motor controller capable of detecting a DC motor.
第１図は本発明の一実施例における直流モータの電流検
出回路の回路図、第２図，第３図は本発明の一実施例に
おけるPWMのスイッチングの各モードにおける電流経路
図、第４図は本発明の一実施例におけ各部信号のタイミ
ングチャート、第５図は本発明のGND側ダイオードのア
ノードを直接GNDに接続しない電流経路図、第６図は従
来の直流モータの電流検出回路図、第７図，第８図は従
来の回路におけるPWMスイッチングの各モードにおける
電流経路図、第９図は従来の回路における各部信号のタ
イミングチャート、第10図は従来の回路におけるバッフ
ァとして使用する演算増幅器の入出力特性図である。 １……PWM信号発生器、２〜５……スイッチング素子駆
動回路、６……ホールド回路、７……アナログスイッ
チ、８〜9,40……演算増幅器、10〜11,30〜33……スイ
ッチング素子、12……第２のスイッチング素子、13……
第１のスイッチング素子、14〜17,34〜37……フリーホ
イールダイオード、18……第２の電流検出抵抗、19……
第１の電流検出抵抗、20,38……直流モータ、39……電
流検出抵抗。FIG. 1 is a circuit diagram of a current detection circuit of a DC motor according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 and 3 are current path diagrams in each mode of PWM switching according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a timing chart of signals of respective parts in one embodiment of the present invention, FIG. 5 is a current path diagram in which the anode of the diode on the GND side of the present invention is not directly connected to GND, and FIG. 7 and 8 are current path diagrams in each mode of PWM switching in the conventional circuit, FIG. 9 is a timing chart of signals of various parts in the conventional circuit, and FIG. 10 is an operation used as a buffer in the conventional circuit. FIG. 3 is an input / output characteristic diagram of an amplifier. 1 PWM signal generator, 2-5 Switching element drive circuit, 6 Hold circuit, 7 Analog switch, 8-9,40 Operational amplifier, 10-11, 30-33 Switching Element, 12 ... second switching element, 13 ...
1st switching element, 14-17, 34-37 ... freewheel diode, 18 ... 2nd current detection resistance, 19 ...
1st current detection resistance, 20, 38 ... DC motor, 39 ... current detection resistance.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 康宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭47−32312（ＪＰ，Ａ) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yasuhiro Kondo 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-47-32312 (JP, A)
Claims (2)
グ素子のオンオフを行い、直流モータのモータ電流値を
PWM制御するフルブリッジ回路において、一方のGND側の
第１のスイッチング素子とGNDとの間に第１の電流検出
抵抗を設け、他方のGND側の第２のスイッチング素子とG
NDとの間に第２の電流検出抵抗を設け、第１の電流検出
抵抗の両端に発生する電圧を、GNDに対して正負両方の
電源電圧で駆動される演算増幅器で受けた第１の電流検
出信号と、第２の電流検出抵抗の両端に発生する電圧を
GNDに対して正負両方の電源電圧で駆動される演算増幅
器で受けた第２の電流検出信号をアナログスイッチに入
力し、第１のスイッチング素子が駆動されるモードで
は、第１の電流検出信号を選択し、第２のスイッチング
素子が駆動されるモードでは、第２の電流信号を選択
し、アナログスイッチから出力された信号をモータの電
流検出信号とする直流モータの制御回路。The switching element is turned on / off by a PWM signal of a PWM signal generator, and a motor current value of a DC motor is determined.
In a full-bridge circuit that performs PWM control, a first current detection resistor is provided between a first switching element on one GND side and GND, and a second switching element on the other GND side is connected to G.
A second current detection resistor is provided between ND and ND, and a voltage generated at both ends of the first current detection resistor is supplied to an operational amplifier driven by both positive and negative power supply voltages with respect to GND. The detection signal and the voltage generated across the second current detection resistor
The second current detection signal received by the operational amplifier driven by both positive and negative power supply voltages with respect to GND is input to the analog switch, and in the mode in which the first switching element is driven, the first current detection signal is output. A control circuit for a DC motor that selects the second current signal and uses the signal output from the analog switch as a motor current detection signal in a mode in which the second switching element is selected and driven.
モータのモータ電流の電流値をPWM制御するフルブリッ
ジ回路において、各スイッチング素子に並列に配置され
るフリーホイールダイオードのうち、GND側のスイッチ
ング素子と並列に配置されるフリーホイールダイオード
のカソード側は、モータ端子に接続され、アノード側は
GNDに接続される請求項１記載の直流モータの制御回
路。2. A full-bridge circuit that performs PWM control of a current value of a motor current of a DC motor by turning on and off a switching element. The cathode side of the freewheeling diode connected to is connected to the motor terminal, and the anode side is
The control circuit for a DC motor according to claim 1, which is connected to GND.
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1988
- 1988-10-11 JP JP63255135A patent/JP2863172B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02101995A (en) | 1990-04-13 |
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