JP4039280B2

JP4039280B2 - モータ駆動回路

Info

Publication number: JP4039280B2
Application number: JP2003070554A
Authority: JP
Inventors: 薫碓井; 智光大原
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004282897A; CN1531185B; US20040178755A1; US7215093B2; CN1531185A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータ駆動回路に係り、特に、ショートブレーキ機能を有するモータ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ駆動回路は、モータに駆動電流を供給して、モータを回転させる回路である。このようなモータ駆動回路において、モータに駆動電流を供給してモータが回転している状態からモータへの駆動電流の供給を停止すると、モータはその慣性により回転を続けようとする。この慣性によりモータが回転すると、モータに回転に応じた逆起電力が発生する。モータに発生した逆起電力は、モータ駆動回路に印加される。したがって、モータの回転が長く、大きい程モータ駆動回路には、逆起電力が長く、大きく印加されることになる。
【０００３】
モータ駆動回路は、モータに駆動電流を供給するための回路であり、モータ側から逆起電力が印加されると、誤動作する恐れがあった。この誤動作を防止するため、モータ駆動回路にはモータの回転を強制的に停止させるブレーキ機能が設けられたものがある。
【０００４】
モータ駆動回路のブレーキ機能としては、ショートブレーキなるブレーキ機能が存在する。ショートブレーキは、モータ駆動回路からモータへの駆動電流の供給を停止したとき、モータの両極を結ぶループを形成して逆起電力による電流を回生することによって、モータにブレーキをかけるブレーキ機能である。
【０００５】
図６はモータ駆動回路のブロック構成図を示す。
【０００６】
図６に示すモータ駆動回路１００は、Ｈブリッジ型の回路構成をしており、ドライブ回路１１２及び出力トランジスタＱ111〜Ｑ114から構成されている。
【０００７】
出力トランジスタＱ111と出力トランジスタＱ112、及び、出力トランジスタＱ113と出力トランジスタＱ114とは各々エミッタ-コレクタ間が電源電圧Ｖccと接地との間に直列に接続された構成とされており、ドライブ回路１１２によりスイッチング制御される。
【０００８】
ドライブ回路１１２は、モータ１１１を正転させる場合には、出力トランジスタＱ111、Ｑ114をオンさせ、出力トランジスタＱ113、Ｑ112をオフさせる。また、ドライブ回路１１２は、モータ１１１を反転させる場合には、出力トランジスタＱ113、Ｑ112をオンさせ、出力トランジスタＱ111、Ｑ114をオフさせる（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１５４３９６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来のモータ駆動回路では、ショートブレーキ時にはトランジスタＱ111をオフさせ、トランジスタＱ112をオンさせていた。このとき、モータに発生する逆起電力によりトランジスタＱ111とトランジスタＱ112の接続点の電位が上昇する。トランジスタＱ111とトランジスタＱ112の接続点の電位が上昇すると、トランジスタＱ111のオフするタイミングがトランジスタＱ112のオンするタイミングに比べて遅れる。これによって、トランジスタＱ111とトランジスタＱ112とが同時にオンする時間が発生する。
【００１１】
トランジスタＱ111とトランジスタＱ112とが同時にオンすると、電源からトランジスタＱ111及びトランジスタＱ112を介して接地まで電流が貫通して流れる、いわゆる、貫通電流が流れる。この貫通電流がトランジスタＱ111、Ｑ112に流れる時間が長いと、ドライブ回路などの動作に誤動作が発生するなどの問題点があった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、確実にブレーキ動作を行えるモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動信号に応じてモータ（１２）に駆動電流を供給するモータ駆動回路であって、モータ（１２）に駆動電流を供給する第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）と、モータ（１２）から駆動電流を引き込む第２のトランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）と、第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）及び第２のトランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）のベースに接続され、駆動信号に応じて第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）及び第２のトランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）のベース電位を制御し、第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）及び第２のトランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）によりモータ（１２）の駆動電流を制御し、モータ（１２）を駆動させるドライブ回路（２１）と、第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）及び第２のトランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）のベース及びドライブ回路（２１）に接続され、ブレーキ動作指示信号に応じてドライブ回路（２１）により第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）がオフし、第２のトランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）がオンするように、ドライブ回路（２１）を制御するとともに、ドライブ回路（２１）とは別に、第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）のベースから電流を引き込み、第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）を強制的にオフさせるブレーキ回路（２２）とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ブレーキ回路（２２）により、第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）及び第２のトランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）のベース及びドライブ回路（２１）に接続され、ブレーキ動作指示信号に応じてドライブ回路（２１）により第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）がオフし、第２のトランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）がオンするように、ドライブ回路（２１）を制御するとともに、ドライブ回路（２１）とは別に、第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）のベースから電流を引き込み、第１のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）を強制的にオフさせることにより、第１のトランジスタ（Ｑ１；Ｑ３）を高速でオフさせることができるため、第１及び第２のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ２；Ｑ３、Ｑ４）が同時にオンする時間を短縮でき、よって、貫通電流が第１及び第２のトランジスタ（Ｑ１、Ｑ２；Ｑ３、Ｑ４）に流れる時間を短縮できる。これによって、ブレーキ動作を確実に行える。
【００１５】
なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲が限定されるものではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。
【００１７】
本実施例のモータ駆動システム１は、直流モータ１２を駆動するためのシステムであり、モータ駆動用ＩＣ１１、直流モータ１２から構成されている。
【００１８】
モータ駆動用ＩＣ１１は、ドライブ回路２１、ショートブレーキ回路２２、出力トランジスタＱ1〜Ｑ4から構成され、外部端子として少なくとも電源端子Ｔvcc1、Ｔvcc2、出力端子Ｔout1、Ｔout2、コントロール端子Ｔcnt1、Ｔcnt2、ショートブレーキ端子Ｔsbを有する構成とされている。
【００１９】
電源端子Ｔvcc1には、電源電圧Ｖcc1が印加され、電源端子Ｔvcc2には、電源電圧Ｖcc2が印加される。また、出力端子Ｔout1と出力端子Ｔout2との間に直流モータ１２が接続される。さらに、コントロール端子Ｔcnt1には、マイコンなどから回転制御信号が供給され、コントロール端子Ｔcnt2には、マイコンなどから正反転制御信号が供給される。
【００２０】
ドライブ回路２１は、コントロール端子Ｔcnt1、Ｔcnt2から供給される制御信号に基づいて出力トランジスタＱ1〜Ｑ4をスイッチング制御して、直流モータ１２の回転方向、及び回転速度を制御する。
【００２１】
出力トランジスタＱ1は、ＮＰＮトランジスタから構成されており、ドライブ回路２１からの駆動信号がハイレベルのとき、オンし、電源端子Ｔvcc2から駆動電流を出力端子Ｔout1に出力し、ドライブ回路２１からの駆動信号がローレベルのとき、オフし、電源端子Ｔvcc2から出力端子Ｔout1への駆動電流の出力を停止する。出力トランジスタＱ2は、ＮＰＮトランジスタから構成されており、ドライブ回路２１からの駆動信号がハイレベルのとき、オンし、出力端子Ｔout1から駆動電流を引き込み、ドライブ回路２１からの駆動信号がローレベルのとき、オフし、出力端子Ｔout1からの駆動電流の引き込みを停止する。
【００２２】
出力トランジスタＱ3は、ＮＰＮトランジスタから構成されており、ドライブ回路２１からの駆動信号がハイレベルのとき、オンし、電源端子Ｔvcc2から駆動電流を出力端子Ｔout2に出力し、ドライブ回路２１からの駆動信号がローレベルのとき、オフし、電源端子Ｔvcc2から出力端子Ｔout2への電源電流の出力を停止する。出力トランジスタＱ4は、ＮＰＮトランジスタから構成されており、ドライブ回路２１からの駆動信号がハイレベルのとき、オンし、出力端子Ｔout2から駆動電流を引き込み、ドライブ回路２１からの駆動信号がローレベルのとき、オフし、出力端子Ｔout2からの駆動電流の引き込みを停止する。
【００２３】
図２は通常動作時の動作説明図、図３はショートブレーキ動作時の動作説明図を示す。
【００２４】
ドライブ回路２１はコントロール端子Ｔcnt1からの回転制御信号が正転を指示する信号であるときには、出力トランジスタＱ1、Ｑ4をオンし、出力トランジスタＱ2、Ｑ3をオフする。出力トランジスタＱ1、Ｑ4をオンし、出力トランジスタＱ2、Ｑ3をオフすることにより、図２に実線で示す駆動電流Ｉ1が流れる。また、出力トランジスタＱ2、Ｑ3をオンし、出力トランジスタＱ1、Ｑ4をオフすることにより、図２に破線で示す駆動電流Ｉ2が流れる。直流モータ１２は、駆動電流Ｉ1により正転し、駆動電流Ｉ2により反転する。
【００２５】
また、ショートブレーキ回路２２は、正転用ショートブレーキ回路２２ａ及び逆転用ショートブレーキ回路２２ｂを有する。正転時には正転用ショートブレーキ回路２２ａが動作する。正転用ショートブレーキ回路２２ａは、ショートブレーキ制御端子Ｔsbからのショートブレーキ制御信号がショートブレーキを指示する信号のときには、トランジスタＱ1がオフするようにドライブ回路２１を制御するとともに、トランジスタＱ2のベースに電流を供給し、トランジスタＱ2をオンさせ、トランジスタＱ4に並列に形成される寄生ダイオードＤ1を通して、図３に実線で示すようなループ電流Ｉ3が流れるようにする。このループ電流Ｉ3により直流モータ１２にショートブレーキがかかる。
【００２６】
なお、このとき、本実施例の正転用ショートブレーキ回路２２ａでは、トランジスタＱ1のベースから強制的に電流を引き込み、トランジスタＱ1のオフするまでの速度が短縮できるように回路が構成されている。
【００２７】
また、反転用ショートブレーキ回路２２ｂは、ショートブレーキ制御端子Ｔsbからのショートブレーキ制御信号がショートブレーキを指示する信号のときには、トランジスタＱ3がオフするようにドライブ回路２１を制御するとともに、トランジスタＱ4のベースに電流を供給し、トランジスタＱ4をオンさせ、寄生ダイオードＤ2とともに、図３に破線で示すようなループ電流Ｉ4が流れるようにする。このループ電流Ｉ4により直流モータ１２にショートブレーキがかかる。なお、このとき、本実施例の反転用ショートブレーキ回路２２ｂでは、トランジスタＱ3のベースから強制的に電流を引き込み、トランジスタＱ3のオフするまでの速度を短縮できるように回路が構成されている。
【００２８】
次にショートブレーキ回路２２について説明する。なお、正転用ショートブレーキ回路２２ａと反転用ショートブレーキ回路２２ｂとは同じ構成であるので、ここでは、正転用ショートブレーキ回路２２ａについて説明を行う。
【００２９】
図４は、正転用ショートブレーキ回路２２ａの回路構成図を示す。
【００３０】
ショートブレーキ回路２２ａは、入力回路３１、電流供給回路３２、電流出力回路３３、電流引込回路３４を含む構成とされている。
【００３１】
入力回路３１は、抵抗Ｒ11〜Ｒ13、トランジスタＱ11を含む構成とされている。抵抗Ｒ11及び抵抗Ｒ12は、ショートブレーキ制御端子Ｔsbと接地との間に直列に接続されており、ショートブレーキ制御端子Ｔsbに供給されるショートブレーキ制御信号を分圧する。抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点は、トランジスタＱ11のベースに接続されている。
【００３２】
トランジスタＱ11は、ＮＰＮトランジスタから構成されており、ベースが抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点に接続され、エミッタは接地され、コレクタは抵抗Ｒ13の一端に接続されている。トランジスタＱ11は、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12との接続点の電位、すなわち、ショートブレーキ制御信号に応じてスイッチングする。トランジスタＱ11は、ショートブレーキ制御信号がハイレベルのときにはオンし、コレクタから電流を引き込み、コレクタ電位をローレベルにする。また、トランジスタＱ11は、ショートブレーキ制御信号がローレベルのときにはオフし、電流の流れを切断し、コレクタ電位をハイレベルにする。
【００３３】
抵抗Ｒ13は、一端がトランジスタＱ11のコレクタに接続され、他端が電流供給回路３２に接続されている。抵抗Ｒ13は、電流供給回路３２から引き込む電流を制限している。
【００３４】
電流供給回路３２は、トランジスタＱ21〜Ｑ25、抵抗Ｒ21から構成され、いわゆる、カレントミラー回路を構成している。トランジスタＱ21のベース及びトランジスタＱ22のコレクタは、入力回路３１の抵抗Ｒ13の他端に接続されている。トランジスタＱ21は、ＰＮＰトランジスタから構成され、入力回路３１のトランジスタＱ11がオンし、ベースから電流が引き込まれると、オンし、トランジスタＱ22〜Ｑ25のベースから電流を引き込む。
【００３５】
トランジスタＱ22〜Ｑ25は、ＰＮＰトランジスタから構成され、トランジスタＱ21がオンし、ベースから電流が引き込まれ、ベース電位が低下すると、オンする。トランジスタＱ23〜Ｑ25のコレクタには、トランジスタＱ22のコレクタに流れる電流と略等しい電流が流れる。
【００３６】
なお、このとき、抵抗Ｒ13に流れる電流Ｉ11、すなわち、トランジスタＱ22〜Ｑ25に流れる電流Ｉ11は、トランジスタＱ11のコレクタ−エミッタ間電圧をＶceq11、トランジスタＱ22のコレクタ−エミッタ間電圧をＶceq22とすると、
Ｉ11＝（Ｖcc1−Ｖceq11−Ｖceq22）／Ｒ3
で求められる。
【００３７】
トランジスタＱ23のコレクタ電流は、電流出力回路３３に供給される。
【００３８】
電流出力回路３３は、トランジスタＱ31〜Ｑ34、抵抗Ｒ31、Ｒ32を含む構成とされており、定電流回路を構成している。
【００３９】
トランジスタＱ31は、ＮＰＮトランジスタから構成されており、ベースには電流供給回路３２のトランジスタＱ23のコレクタ電流が供給される。トランジスタＱ31のコレクタには、電源端子Ｔvcc2から電源電圧Ｖcc2が印加されている。また、トランジスタＱ31のエミッタは、トランジスタＱ32、Ｑ33のベースに接続され、抵抗Ｒ31とともに、トランジスタＱ32、Ｑ33のベース電位を制御している。トランジスタＱ31は電流供給回路３２のトランジスタＱ23から電流が供給されると、オンし、トランジスタＱ32、Ｑ33のベース電位を上昇させる。
【００４０】
トランジスタＱ32、Ｑ33は、ＮＰＮトランジスタから構成されており、トランジスタＱ31がオンし、そのエミッタ電流によりベース電位が上昇すると、オンする。トランジスタＱ32は、トランジスタＱ33のエミッタ電流に応じた電流をそのエミッタ電流として、出力する。トランジスタＱ32の出力電流は、抵抗Ｒ32を介して出力トランジスタＱ２のベースに供給される。
【００４１】
また、トランジスタＱ34は、ダイオード接続されており、トランジスタＱ33のエミッタとトランジスタＱ２のベースとの間に順方向に接続されており、リーク電流を吸収するとともに、トランジスタＱ２のベースからの電流の逆流を防止する。
【００４２】
このとき、電流供給回路３２からトランジスタＱ2のベースに供給される電流Ｉ12は、トランジスタＱ34のベース−エミッタ間電圧をＶbeq34、トランジスタＱ32の電流増幅率を１０、熱電圧をＶTとすると、
Ｉ12＝Ｉ11＋｛（Ｖbeq34＋ＶT・ｌｎ１０）／Ｒ32｝
で表される。
【００４３】
また、電流供給回路３２のトランジスタＱ24のコレクタ電流は、電流引込回路３４に供給される。電流引込回路３４は、トランジスタＱ41、Ｑ42、抵抗Ｒ41、Ｒ42を含む構成とされている。
【００４４】
トランジスタＱ24のコレクタ電流は、抵抗Ｒ41に供給される。抵抗Ｒ41はトランジスタＱ41のベース-エミッタ間に接続されており、リーク電流を吸収するとともに、トランジスタＱ24のコレクタ電流に応じて電圧を発生する。
【００４５】
トランジスタＱ41は、ＮＰＮトランジスタから構成されており、ベース-エミッタ間に抵抗Ｒ41が接続され、コレクタに電源電圧Ｖcc2が印加されている。トランジスタＱ41はトランジスタＱ24からの電流により抵抗Ｒ41に電圧が発生し、オン電圧より大きくなると、オンする。
【００４６】
トランジスタＱ41がオンすると、エミッタ電流が出力される。トランジスタＱ41のエミッタ電流は、トランジスタＱ42のベースに供給される。
【００４７】
トランジスタＱ42は、ＮＰＮトランジスタから構成されており、コレクタが出力トランジスタＱ１のベースに接続され、エミッタが出力端子Ｔout1に接続され、ベース−エミッタ間には、抵抗Ｒ42が接続されている。抵抗Ｒ42は、リーク電流を吸収するとともに、トランジスタＱ41のエミッタ電流により電圧を発生する。トランジスタＱ42は、トランジスタＱ41のエミッタ電流により抵抗Ｒ42に電圧が発生し、オン電圧より大きくなると、オンする。トランジスタＱ42がオンすると、トランジスタＱ42のコレクタから電流が引き込まれる。
【００４８】
次に、正転用ショートブレーキ回路２２ａの動作を説明する。
【００４９】
図５は正転用ショートブレーキ回路２２ａの動作波形図を示す。図５（Ａ）はショートブレーキ制御端子Ｔsbに供給されるショートブレーキ制御信号、図５（Ｂ）は電流引込回路３４を持たない場合のトランジスタＱ1のベース電位、図５（Ｃ）は電流引込回路３４を持たない場合のトランジスタＱ2のベース電位、図５（Ｄ）は電流引込回路３４を有する場合のトランジスタＱ1のベース電位、図５（Ｅ）は電流引込回路３４を有する場合のトランジスタＱ2のベース電位を示す。
【００５０】
時刻ｔ0で、図５（Ａ）に示すようにショートブレーキ制御端子Ｔsbに供給されるショートブレーキ制御信号がハイレベルになると、電流供給回路３２から電流出力回路３３に電流が供給され、電流出力回路３３からトランジスタＱ2のベースに駆動電流が供給される。これによって、図５（Ｅ）に示すように、トランジスタＱ2が瞬時にオンする。また、ドライブ回路２１は電流供給回路３２のトランジスタＱ25からの電流に基づいてトランジスタＱ1のベース電位を低下させる。このとき、本実施例では、電流引込回路３４によりトランジスタＱ1のベースから強制的に電流を引き込んでいるため、トランジスタＱ1のベース電位は、図５（Ｄ）に示すように時刻ｔ0から時間Ｔ2（＝４５０ｎｓｅｃ）だけ経過した時刻ｔ１でトランジスタＱ1のオフ電圧に降下する。
【００５１】
これに対して、電流引込回路３４がない場合には、ドライブ回路２１からの信号によってのみベース電位が低下するため、図５（Ｂ）に示すように時刻ｔ0から時間Ｔ2（＝４５０ｎｓｅｃ）より大きい時間Ｔ1（＝２．５μｓｅｃ）だけ経過した後、トランジスタＱ1のベースがオフ電圧に達する。このため、本実施例によれば、電流引込回路３４がない場合に比べて時間ΔＴ1-2＝（Ｔ1−Ｔ2）だけトランジスタＱ1がオフするタイミングを短縮できる。
【００５２】
これによって、トランジスタＱ1とトランジスタＱ2とが同時にオンする時間を短縮できるため、トランジスタＱ1、Ｑ2に流れる貫通電流の流れる時間を短縮できる。これによって、トランジスタＱ1、Ｑ2を貫通電流より保護できる。
【００５３】
なお、本実施例では、直流モータ１１を正逆回転可能とするＨブリッジ型のモータ駆動回路について説明したが、これに限定されるものではなく、要は、ショートブレーキ、回生ブレーキ機能を有するモータ駆動回路一般に適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、ブレーキ回路により、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタのベース及びドライブ回路に接続され、ブレーキ動作指示信号に応じてドライブ回路により第１のトランジスタがオフし、第２のトランジスタがオンするように、ドライブ回路を制御するとともに、ドライブ回路とは別に、第１のトランジスタのベースから電流を引き込み、第１のトランジスタを強制的にオフさせることにより、第１のトランジスタを高速でオフさせることができるため、第１及び第２のトランジスタが同時にオンする時間を短縮でき、よって、貫通電流が第１及び第２のトランジスタに流れる時間を短縮できるため、ブレーキ動作を確実に行える等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のシステム構成図である。
【図２】通常動作時の動作説明図である。
【図３】ショートブレーキ動作時の動作説明図である。
【図４】ショートブレーキ回路２２の回路構成図である。
【図５】ショートブレーキ回路２２の動作波形図である。
【図６】モータ駆動回路のブロック構成図である。
【符号の説明】
１モータ駆動システム
１１モータ駆動ＩＣ、１２直流モータ
２１ドライブ回路、２２ショートブレーキ回路
３１入力回路、３２電流供給回路、３３電流出力回路
３４電流引込回路
Ｑ1〜Ｑ4 出力トランジスタ

Claims

駆動信号に応じてモータに駆動電流を供給するモータ駆動回路であって、
前記モータに駆動電流を供給する第１のトランジスタと、
前記モータから駆動電流を引き込む第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのベースに接続され、駆動信号に応じて前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのベース電位を制御し、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタにより前記モータの駆動電流を制御し、前記モータを駆動させるドライブ回路と、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのベース及び前記ドライブ回路に接続され、ブレーキ動作指示信号に応じて前記ドライブ回路により前記第１のトランジスタがオフし、前記第２のトランジスタがオンするように、前記ドライブ回路を制御するとともに、前記ドライブ回路とは別に、前記第１のトランジスタのベースから電流を引き込み、前記第１のトランジスタを強制的にオフさせるブレーキ回路とを有するモータ駆動回路。
前記ブレーキ回路は、前記第１のトランジスタのベース−エミッタ間に接続されているスイッチング素子をオンさせることにより、前記第１のトランジスタを強制的にオフさせる請求項１記載のモータ駆動回路。