JPH07213097A - ステッピングモ−タ駆動回路 - Google Patents
ステッピングモ−タ駆動回路Info
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- JPH07213097A JPH07213097A JP6023387A JP2338794A JPH07213097A JP H07213097 A JPH07213097 A JP H07213097A JP 6023387 A JP6023387 A JP 6023387A JP 2338794 A JP2338794 A JP 2338794A JP H07213097 A JPH07213097 A JP H07213097A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/14—Arrangements for controlling speed or speed and torque
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/36—Protection against faults, e.g. against overheating or step-out; Indicating faults
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Abstract
と共に、スイッチング素子のブレークダウンによる破壊
を防ぐ。 【構成】 ステッピングモータ2のコイル3、4と電源
1との間にバイポーラ駆動のためのブリッジ回路5、6
を接続する。ブリッジ回路5、6に並列にコンデンサ2
0、21を接続する。電源1とブリッジ回路5、6との
間に定電圧ダイオード24、25を接続する。コンデン
サ20、21の電圧がブリッジ回路5、6のスイッチン
グ素子Q1 〜Q8 のブレークダウン電圧に近づいた時に
定電圧ダイオード24、25が導通し、電源1への帰還
回路が形成される。
Description
バイポーラ駆動するように構成されたステッピングモー
タ駆動回路に関する。
ポーラ駆動回路を示す。この駆動回路は、直流電源1と
ステッピングモータ2の2つのコイル3、4との間に第
1及び第2のブリッジ回路5、6を接続することによっ
て構成されている。第1のブリッジ回路5はトランジス
タから成る第1、第2、第3及び第4のスイッチング素
子Q1 、Q2 、Q3 、Q4 で形成され、第2のブリッジ
回路6はトランジスタから成る第5、第6、第7及び第
8のスイッチング素子Q5 、Q6 、Q7 、Q8 で形成さ
れている。コイル3、4の逆起電力(蓄積エネルギ−)
を電源に帰還させるために、第1〜第8のスイッチング
素子Q1 〜Q8 に対して逆並列に第1〜第8のダイオー
ドD1 〜D8 がそれぞれ接続されている。
イッチング素子Q1 、Q2 の接続中点に接続され、この
他端は第3及び第4のスイッチング素子Q3 、Q4 の接
続中点に接続されている。第2のコイル4の一端は第5
及び第6のスイッチング素子Q5 、Q6 の接続中点に接
続され、この他端は第7及び第8のスイッチング素子Q
7 、Q8 の接続中点に接続されている。直流電源1の一
端は、第1のブリッジ回路5の第1及び第3のスイッチ
ング素子Q1 、Q3 の接続点(電源側端子)7及び第2
のブリッジ回路6の第5及び第7のスイッチング素子Q
5 、Q7 の接続点(電源側端子)8に接続され、この他
端は第1のブリッジ回路5の第2及び第4のスイッチン
グ素子Q2 、Q4 の接続点(グランド)及び第2のブリ
ッジ回路6の第6及び第8のスイッチング素子Q6 、Q
8 の接続点(グランド)に接続されている。
て、ステッピングモータ2を所定の励磁方式(例えばバ
イポーラ2相励磁方式)で駆動するための図3の(A)
(B)(C)(D)に示す励磁信号をライン10、1
1、12、13に送出する。励磁信号ライン10は第1
及び第4のスイッチング素子Q1 、Q4 の制御端子(ベ
ース)に接続され、励磁信号ライン11は第2及び第3
のスイッチング素子Q2 、Q3 の制御端子に接続され、
励磁信号ライン12は第5及び第8のスイッチング素子
Q5 、Q8 の制御端子に接続され、励磁信号ライン13
は第6及び第7のスイッチング素子Q6 、Q7 の制御端
子に接続されている。なお、各スイッチング素子Q1 〜
Q8 のベ−スラインに抵抗が接続されている。
すように例えば90度間隔で配置された第1、第2、第
3及び第4の磁極14、15、16、17を有する固定
子コア18と、N極とS極とを例えば180度間隔で有
する永久磁石から成る回転子19とを備えている。第1
のコイル3は第1及び第3の磁極14、16に巻き回さ
れ、第2のコイル4は第2及び第4の磁極15、17に
巻き回されている。
式で駆動する時には、図3の(A)(B)(C)(D)
の励磁信号で第1〜第8のスイッチング素子Q1 〜Q8
をオン・オフ制御する。即ち、図3(A)のt1 〜t3
期間では第1及び第4のスイッチング素子Q1 、Q4 が
同時にオン制御される。これにより直流電源1と第1の
スイッチング素子Q1 と第1のコイル3と第4のスイッ
チング素子Q4 とから成る回路で第1の方向の電流が第
1のコイルに流れる。図3(B)のt3 〜t5 期間には
第2及び第3のスイッチング素子Q2 、Q3 がオンにな
り、直流電源1と第3のスイッチング素子Q3 と第1の
コイル3と第2のスイッチング素子Q2 とから成る回路
で第2の方向の電流が第1のコイル3に流れる。図3
(C)のt2 〜t4 期間には、第5及び第8のスイッチ
ング素子Q5 、Q8 がオンになり、直流電源1と第5の
スイッチング素子Q5 と第2のコイル4と第8のスイッ
チング素子Q8 とから成る回路で第1の方向の電流が第
2のコイル4に流れる。図3(D)のt4 〜t6 期間に
は第6及び第7のスイッチング素子Q6 、Q7 がオンに
なり、直流電源1と第7のスイッチング素子Q7 と第2
のコイル4と第6のスイッチング素子Q6 とから成る回
路で第2の方向の電流が第2のコイル4に流れる。
オンからオフに切り換った時にコイル3又は4に逆起電
力が発生する。今、第2及び第3のスイッチング素子Q
2 、Q3 をオンからオフに転換し、代って第1及び第4
のスイッチング素子Q1 、Q4 をオフからオンに転換さ
せる場合について考えると、第1のコイル3に発生する
逆起電力(蓄積エネルギー)に基づいて第1のコイル3
と第1のダイオードD1 と電源1と第4のダイオードD
4 とから成る回路に電流が流れ、第1のコイル3の蓄積
エネルギーは電源1に帰還される。この時、第1及び第
4のダイオードD1 、D4 がオンになるので、逆起電力
に基づく高い電圧の第1及び第4のスイッチング素子Q
1 、Q4 への印加が防止され、第1及び第4のスイッチ
ング素子Q1 、Q4 を保護することができる。第2及び
第3のスイッチング素子Q2 、Q3 以外のスイッチング
素子Q1 、Q4 〜Q8 のターンオフ時においても同様な
作用が生じる。
基づく電流が例えば第1及び第4のダイオードD1 、D
4 を通って流れている時には、第1及び第4のスイッチ
ング素子Q1 、Q4 に励磁信号が与えられていても、こ
れ等がオンにならない。従って、逆起電力に基づく電流
が流れる期間(帰還電流期間)が長い場合には、この帰
還電流期間の後に実際の励磁期間が配置されることにな
り、励磁信号の周期を必然的に長くすることが必要にな
り、ステッピングモータ2を高速回転することができな
い。
ングモータ2のプルアウトトルクの増大を図るために、
図4に示すように、各ブリッジ回路5、6に並列に第1
及び第2のコンデンサ20、21を接続する方式が知ら
れている。図4では第1のコンデンサ20は第1のブリ
ッジ回路5の接続点7とグランドとの間に接続され、接
続点7と電源1との間には帰還阻止用ダイオード22が
接続されている。また、第2のコンデンサ21は第2の
ブリッジ回路6の接続点8とグランドとの間に接続さ
れ、接続点8と電源1との間には帰還阻止用ダイオード
23が接続されている。図4の回路において、上記以外
は図1の回路と同一に構成されている。図4に示すよう
にコンデンサ20、21を設けると、例えば、図5
(A)(B)に示すようにt1 時点で第1及び第4のス
イッチング素子Q1 、Q4 に励磁信号が与えられ、第2
及び第3のスイッチング素子Q2 、Q3 がオフになった
時に、第1のコイル3の逆起電力に基づく電流が、第1
のコイル3と第1のダイオードD1 と第1のコンデンサ
20と第4のダイオードD4 とから成る回路で流れる。
これにより、第1のコイル3の蓄積エネルギーはコンデ
ンサ20で吸収される。逆起電力に基づく電流の流れる
期間は、コンデンサ20の容量によって調整することが
できるので、この期間を図1の回路よりも短くしてステ
ッピングモータ2の高速回転を可能にすることができ
る。また、コンデンサ20に蓄積されたエネルギーは、
第1及び第4のスイッチング素子Q1 、Q4 がオンにな
った時に第1のコイル3に第1の方向の電流を流すため
の電源としても機能するので、プルアウトトルクの増大
を図ることもできる。
21の充電電圧がコイル3、4やコンデンサ20、21
の回路定数のバラツキによってスイッチング素子Q1 〜
Q8のブレークダウン電圧よりも高くなると、オフ期間
中のスイッチング素子がブレークダウンを起し、破壊に
至ることがある。即ち、図5(C)はコンデンサ20の
充電電圧Vc を示すものであり、t1 時点でスイッチン
グ素子Q2 、Q3 がターンオフすると、電源電圧Vs よ
りも高いVspまで充電され、これが例えば第2のスイッ
チング素子Q2 又は第3のスイッチング素子Q3 の耐圧
よりも高くなると、ブレークダウン破壊が生じる恐れが
ある。
きによって高速回転を可能にすると共に、スイッチング
素子の破壊を防ぐことができるステッピングモータ駆動
回路を提供することにある。本発明の別の目的は低速回
転と高速回転との両方を良好に達成することができるス
テッピングモータ駆動回路を提供することにある。
の本発明は、ステッピングモータをバイポーラ駆動する
ために直流電源とステッピングモータのコイルとの間に
スイッチング素子のブリッジ回路が接続され、且つ前記
スイッチング素子に逆方向並列に整流ダイオードが接続
され、前記スイッチング素子が所定の励磁方式でオン・
オフ制御されるように構成されたステッピングモータ駆
動回路において、前記ブリッジ回路に対して並列に接続
されたコンデンサと、順方向にバイアスされている時に
前記直流電源から前記ブリッジ回路に電流を流すことが
できる方向性を有して前記直流電源と前記ブリッジ回路
との間に接続され、且つ前記コンデンサが前記コイルの
逆起電力によって前記スイッチング素子のブレークダウ
ン電圧よりも低い所定電圧値まで充電された時に逆バイ
アス状態であるにも拘らず導通するように設定された定
電圧ダイオードとを備えていることを特徴とするステッ
ピングモータ駆動回路に係わるものである。なお、請求
項2に示すように、請求項1の定電圧ダイオードの代り
に、帰還(逆流)阻止用ダイオードと帰還用スイッチン
グ素子との並列回路を電源とブリッジ回路との間に接続
することができる。また、請求項3に示すように、請求
項2の帰還阻止用ダイオードの代りに請求項1に示すよ
うな定電圧ダイオードを接続することができる。また、
請求項4に示すように、帰還用スイッチング素子をトラ
ンジスタとし、このベースとコレクタとの間に定電圧ダ
イオードを接続することができる。
圧ダイオードがスイッチング素子の耐圧よりも低い逆方
向電圧でオンになり、コンデンサの充電電圧が電源の電
圧と定電圧ダイオードの電圧との和の値(一定値)に制
限され、スイッチング素子のブレークダウンによる破壊
を防ぐことができる。請求項2の発明によれば、ステッ
ピングモータを種々の状態で駆動することができる。ま
た、請求項3及び4によれば、高速回転領域でコンデン
サの働きを使用する場合において生じる恐れのある高電
圧の発生を阻止し、スイッチング素子を請求項1の発明
と同様に保護することができる。
ステッピングモータ駆動回路を説明する。但し、図6及
び後述する図8、図10、及び図11において、図1及
び図4と共通する部分には同一の符号を付してその説明
を省略する。
2、23の代りに定電圧ダイオード(ツエナーダイオー
ド)24、25を電源1と各ブリッジ回路5、6の接続
点7、8との間に接続したものである。定電圧ダイオー
ド24、25は順方向電流は図4の整流ダイオード2
2、23と同様に流すことができると共に、所定値以上
の逆方向電圧が印加した時にツエナー降伏して導通状態
になり、この両端子間電圧が一定値になるものである。
この実施例では、電源1の電圧Vs と定電圧ダイオード
24、25の電圧Vr との和Vs +Vr が電源電圧Vs
よりは高く、スイッチング素子Q1 〜Q8 のブレークダ
ウン電圧よりは幾らか低い範囲の値に設定されている。
図6の回路において上記以外は図4の回路と同一であ
る。
的駆動方法及び動作は図4と同一である。図6の回路に
おいても、例えば図7に示すようにt1 で第1及び第4
のスイッチング素子Q1 、Q4 に励磁信号が印加され、
第2及び第3のスイッチング素子Q2 、Q3 がオフにな
ると、第1のコイル3の逆起電力による電流がコンデン
サ20に流れ、この充電電圧Vc が増大する。しかし、
コンデンサ20の電圧Vc がスイッチング素子Q1 〜Q
4 のブレークダウン電圧に近づくと、定電圧ダイオード
24が導通し、コンデンサ20の電圧Vc は電源電圧V
s と定電圧ダイオード24の電圧Vr との和にクランプ
される。これにより、t1 〜t2 期間における第2又は
第3のスイッチング素子Q2 、Q3 のブレークダウンに
よる破壊を防ぐことができる。なお、コンデンサ20、
21を設けることによる効果は図4の回路と同様に得る
ことができる。
トランジスタQ9 〜Q13と抵抗R1 、R2 を付加し、そ
の他は図4と同一に構成したものである。2つのトラン
ジスタQ9 、Q2 はダーリントン接続され、第1の帰還
用スイッチング素子として機能する。このダーリントン
トランジスタのエミッタは接続点7に接続され、コレク
タは電源1に接続されている。トランジスタQ10のベー
スとグランドとの間には抵抗R1 を介してオン・オフ制
御用トランジスタQ11が接続されている。この制御用ト
ランジスタQ11のベースは制御回路26に接続されてい
る。第2のブリッジ回路6側においても2つのトランジ
スタQ12、Q13はダーリントン接続され、第2の帰還用
スイッチング素子として機能する。このダーリントント
ランジスタのエミッタは接続点8に接続され、コレクタ
は電源1に接続されている。トランジスタQ13のベース
とグランドとの間には抵抗R2 を介してオン・オフ制御
用トランジスタQ14が接続されている。この制御用トラ
ンジスタQ11のベースは制御回路26に接続されてい
る。
転速度が所定値以下の時にオン制御信号を発生し、所定
値よりも高い時にオフ制御信号を発生する。
同一である。図9に示すステッピングモータ2の回転速
度が所定値N1 以下の低速回転領域においては、図9
(A)に示すようにトランジスタQ9 及びQ12がオン制
御される。この結果、第1及び第2のブリッジ回路5、
6の接続点7、8がトランジスタQ9 、Q12を介して電
源1に接続された状態にあり、コンデンサ20、21は
電源1と同様な機能を有するのみである。従って、回転
速度がN1 以下の場合には図8の回路は図1の回路と同
一に動作する。低回転速度の場合には図9(B)に示す
ようにプルアウトトルクτは比較的に大きいので、図4
の回路で説明したコンデンサ20、21によるプルアウ
トトルクτの増大効果を得ることが不要である。また、
コイル3、4の逆起電力に基づく電流が流れる期間が長
くなり、回転子19の停止角度からのオーバーシュート
及び振動を抑制することができる。図4の従来回路では
コンデンサ20、21が低速回転領域でも機能するため
に、低速回転領域でトルクτが極端に大きくなると共
に、電源1から供給する電流Iの最大値が大きくなった
が、図10の回路ではコンデンサ20、21の電圧がほ
ぼ電源電圧に保たれているので、トルクτの極端な増大
及び電源供給電流の増大を招かない。
(A)に示すようにトランジスタQ9 、Q12がオフにな
る。この結果、図8の回路は図4の回路と同一に動作
し、コンデンサ20、21によるコイル3、4の逆起電
力に基づく電流の吸収作用が生じ、逆起電力に基づく電
流の流れる期間の短縮を図り、高速回転を可能にする。
また、プルアウトトルクτの増大を図ることもできる。
ダイオード27、28を付加したものであり、その他は
図8と同一に構成されている。定電圧ダイオード27、
28はトランジスタQ10、Q13のベースとコレクタとの
間に接続されている。この図10の回路では、図9の回
転速度がN1 よりも高い領域でトランジスタQ9 、Q12
がオフ制御の状態において、コンデンサ20、21の電
圧Vc がスイッチング素子Q1 〜Q8 のブレークダウン
電圧近くまで高くなった時に定電圧ダイオード27、2
8が導通してトランジスタQ9 、Q10のエミッタ・ベー
ス間と定電圧ダイオード27の回路及びトランジスタQ
12、Q13のエミッタ・ベース間と定電圧ダイオード28
の回路によって電源帰還回路が形成され、コンデンサ2
0、21の電圧が図7(C)に示すように一定値に抑制
され、スイッチング素子Q1 〜Q8 が保護される。従っ
て、図10の回路は図8の回路の効果と図6の回路の効
果との両方を有する。
〜Q8 のオン期間に連続的にオン制御しないで、断続し
て電流制御を行うように構成したものであり、制御回路
29、30を有する。励磁信号発生回路9は図12
(E)(F)に示す励磁信号を発生する。なお、この図
12(E)(F)の波形は図3(A)(C)の波形と同
一である。制御回路29は図12(E)の励磁信号に基
づいて図12(A)(B)のPWM(パルス幅変調)パ
ルスを形成してスイッチング素子Q1 〜Q4 に送る。制
御回路30は図12(F)の励磁信号に基づいて図12
(C)(D)のPWMパルスを形成してスイッチング素
子Q5 〜Q8 に送る。図12(A)〜(D)のPWMパ
ルスの幅は、電流検出器(図示せず)によって検出され
たコイル3、4に流れる電流又は電源1の電流に基づい
てこの電流を一定にするように帰還制御される。なお、
スイッチング素子Q1 〜Q8 のオン期間(励磁期間)の
最初のパルスは後のパルスよりも幅広である。図11の
主回路は図6と同一であるので、図6の回路と同一の作
用効果が得られる。
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 図8のダイオード22、23を図13に示すよ
うに定電圧ダイオード24、25に置き換えた回路に構
成することができる。これによって図10の回路と同様
な作用効果が得られる。 (2) 図8、図10、図13の回路においても、図1
1と同様にPWMパルスによる電流制御を行うことがで
きる。 (3) ダイオードD1 〜D8 をスイッチング素子Q1
〜Q8 と別体に構成しないで一体に構成することができ
る。 (4) スイッチング素子Q1 〜Q8 を、ソースをサブ
ストレートに接続した絶縁ゲート型電界効果トランジス
タとし、この内蔵ダイオードをダイオードD1〜D8 と
して使用することができる。 (5) 2相励磁方式にかかわらず、その他の励磁方式
にすることができる。 (6) 上側のQ1 、Q3 、Q5 、Q7 と下側のQ3 、
Q4 、Q6 、Q8 とを別のタイプとし、例えばQ1 、Q
3 、Q5 、Q7 をPNP型トランジスタとすることがで
きる。
図である。
A〜D点の励磁信号を示す波形図である。
回路図である。
号とコンデンサの電圧を示す波形図である。
動回路を示す回路図である。
号とコンデンサの電圧を示す波形図である。
示す回路図である。
ランジスタQ9 、Q12のオン・オフとの関係、モータ回
転速度とプルアウトトルクとの特性、モータ回転速度と
電源供給電流との特性を示す図である。
を示す回路図である。
を示す回路図である。
る。
を示す回路図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 ステッピングモータをバイポーラ駆動す
るために直流電源とステッピングモータのコイルとの間
にスイッチング素子のブリッジ回路が接続され、且つ前
記スイッチング素子に逆方向並列に整流ダイオードが接
続され、前記スイッチング素子が所定の励磁方式でオン
・オフ制御されるように構成されたステッピングモータ
駆動回路において、 前記ブリッジ回路に対して並列に接続されたコンデンサ
と、 順方向にバイアスされている時に前記直流電源から前記
ブリッジ回路に電流を流すことができる方向性を有して
前記直流電源と前記ブリッジ回路との間に接続され、且
つ前記コンデンサが前記コイルの逆起電力によって前記
スイッチング素子のブレークダウン電圧よりも低い所定
電圧値まで充電された時に逆バイアス状態であるにも拘
らず導通するように設定された定電圧ダイオードとを備
えていることを特徴とするステッピングモータ駆動回
路。 - 【請求項2】 ステッピングモータをバイポーラ駆動す
るために直流電源とステッピングモータのコイルとの間
にスイッチング素子のブリッジ回路が接続され、且つ前
記スイッチング素子に逆方向並列に整流ダイオードが接
続され、前記スイッチング素子が所定の励磁方式でオン
・オフ制御されるように構成されたステッピングモータ
駆動回路において、 前記ブリッジ回路に対して並列に接続されたコンデンサ
と、 前記直流電源から前記ブリッジ回路を介して前記コイル
に電流を流すことができる方向性を有して前記ブリッジ
回路と前記コンデンサとの接続点と前記直流電源との間
に接続された整流ダイオードと、 前記コイルに発生した逆起電力に基づく電流を前記直流
電源に流すことができる方向性を有して前記整流ダイオ
ードに並列に接続された帰還用スイッチング素子と、 前記帰還用スイッチング素子をオン・オフ制御する制御
回路とを備えていることを特徴とするステッピングモ−
タ駆動回路。 - 【請求項3】 請求項2の前記整流ダイオ−ドの代わり
に、前記直流電源の電圧値よりは高く且つ前記コイルの
逆起電力によって前記スイッチング素子のブレークダウ
ン電圧よりも低い所定電圧値まで前記コンデンサが充電
された時に逆バイアス状態であるにも拘らず導通するよ
うに設定された定電圧ダイオードを接続したことを特徴
とするステッピングモータ駆動回路。 - 【請求項4】 前記帰還用スイッチング素子が前記ブリ
ッジ回路に接続されたエミッタと前記直流電源に接続さ
れたコレクタとを有するトランジスタであり、更に、前
記コンデンサが前記コイルの逆起電力によって前記スイ
ッチング素子のブレークダウン電圧よりも低い所定電圧
値まで充電された時に逆バアイス状態であるにも拘らず
導通するように設定された定電圧ダイオードが前記トラ
ンジスタのベースとコレクタとの間に接続されているこ
とを特徴とする請求項2記載のステッピングモータ駆動
回路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6023387A JP2651887B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | ステッピングモータ駆動回路 |
US08/378,026 US5541487A (en) | 1994-01-24 | 1995-01-24 | Driving circuit for stepping motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6023387A JP2651887B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | ステッピングモータ駆動回路 |
Publications (2)
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