JPS6212751B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は直流モータ位置制御システム、特に電
源が12Vの電池である様な低圧の直流電源で運転
される直流モータ位置制御システムのためのサー
ボ増幅器に関する。 従来より、サーボ増幅器としては安価に製作出
来、しかも低圧直流電源から大電流出力を高精度
で取り出すことの出来るものが望まれていた。こ
の様なサーボ増幅器の用途としては水力装置の比
例電気遠隔制御システム等がある。 本発明の装置では、直流モータは通過する電流
に比例するトルクを発生し、そのトルクは該通過
電流が電機子回路を流れる方向を制御することに
より、時計方向或は反時計方向とされる。従来技
術では、これを行なうための方法の一つとしてダ
ーリントントランジスタを使用して電力段をブリ
ツジの形で構成する方法があつた。 この構成では、モータの入力端子の一方の電位
を反対側の他の入力端子の電位より高くして、電
流が一方の端子から入り、反対側の他の端から出
る様にしている。この電位の関係を逆にすれば、
モータ内の電流の方向を変えることが出来る。ダ
ーリントンの脚の１組を飽和させて得られるモー
タの両端子間に発生する電圧の最高値は約8.8V
である。12Vの電源を用いた場合、得られる電圧
の最高値はモータの端子間で約6Vである。この
ため駆動効率は約50％となり、またモータが発生
するトルクの最大ピーク値が制限される。モータ
端子間の電圧降下を少なくするために、ダーリン
トン回路ではなくパワトランジスタを用いたパル
ス幅変調スイツチング形（modulated switching
type）電力増幅器が提案されていた。回路を適
切に設計すれば、12Vの電源でモータ端子間に
11V程度を発生させることが可能である。しか
し、パルス幅変調法は多くの欠点を有している。
第一に、制御増幅器は複雑となり高価である。第
二に、増幅器のスイツチング特性に基づく「副作
用」があり好ましくない。経験に依れば、意図す
るシステムには飽和電圧の低い線形増幅器が適し
ていることが知られていたが、従来技術ではその
様な装置を得ることは出来なかつた。 本発明の目的は、制御モータを高速に且つ正確
に動作させるのに充分な電力を供給する、安価で
高効率の新規な電力増幅器を提供することであ
る。 本発明に依れば、サーボモータに電力を供給す
るために前記モータに接続される出力部を有する
出力トランジスタのブリツジと、前記出力トラン
ジスタのブリツジに直列に接続され、負荷として
予め選択された値の抵抗を有する高い電流増幅率
のトランジスタ、例えばダーリントントランジス
タの補助ブリツジとを有し、上記高電流増幅率ト
ランジスタのブリツジの出力部と負荷の抵抗とを
上記出力トランジスタのブリツジの入力部に接続
している線形増幅器回路を提供することが出来
る。 本発明の好ましい実施例を添付図を用いて説明
する。 第１図に於いて、サーボモータ１１は、PNP出
力トランジスタ１４とNPN出力トランジスタ１
５とを直列に接続し、同様にPNP出力トランジス
タ１６とNPN出力トランジスタ１７とを直列に
接続し、これら２組の直列回路を並列に接続した
出力トランジスタブリツジの端子１２及び１３の
間に接続され、該出力トランジスタブリツジの一
方の対角線となる。トランジスタ１４，１６の各
エミツタはそれぞれ端子１８に接続され、トラン
ジスタ１５，１７の各エミツタはそれぞれ端子１
９に接続される。これらのトランジスタ用の電源
は端子１８及び１９の間に接続され、該ブリツジ
の他の対角線を形成している。出力ブリツジの各
トランジスタはそれぞれ補助駆動トランジスタに
より駆動される。これらの駆動トランジスタ自身
もブリツジを形成している。駆動トランジスタ２
０，２２の各コレクタはそれぞれ抵抗２４，２６
を介して端子１８に接続されている。駆動トラン
ジスタ２１，２３の各コレクタはそれぞれ抵抗２
５，２７を介して端子１９に接続される。駆動ト
ランジスタ２０，２１の各エミツタは共に接続さ
れ抵抗２８を介して端子１２に接続されている。
駆動トランジスタ２２，２３の各エミツタは共に
接続され抵抗２９を介して端子１３に接続されて
いる。駆動トランジスタ２０，２１の各エミツタ
は負荷抵抗３０の一端に接続され、該負荷抵抗の
他端は駆動トランジスタ２２，２３のエミツタに
接続されている。 出力トランジスタ１４，１５，１６及び１７の
各ベースはそれぞれ駆動トランジスタ２０，２
１，２２及び２３の各コレクタに接続されてい
る。駆動トランジスタ２０及び２１の各ベースは
端子３１に接続され、駆動トランジスタ２２及び
２３の各ベースは端子３２に接続される。ダイオ
ード３４は端子１８，１２間に、ダイオード３５
は端子１２，１９間に、ダイオード３６は端子１
８，１３間に、そしてダイオード３７は端子１
３，１９間にそれぞれ接続されている。 第１図の回路の動作を次に説明する。 サーボモータ１１のトルクはモータ内を流れる
電流に比例し、回転方向は電流の方向により定ま
る。端子３１の制御電圧の電位を端子３２の電位
より高くすればモータ１１は一方向に回転し、電
位の関係を逆にすれば逆方向に回転する。 この実施例の増幅器は、端子１８，１９間の操
作電圧が例えば12Vの電池の様な低い電圧でも、
モータ１１から大きなトルクを得られる様に設計
されている。この程度の電圧用のサーボモータの
端子間抵抗の代表的な値は約1.12Ωである。従つ
て、モータ電流の最大値は10Aとなる。コレクタ
電流が10Aの場合、トランジスタ１４，１５，１
６及び１７の電流利得の最小値は15である。従つ
て、モータに10Aの電流を供給するのに必要なベ
ース電流の最大値は0.67Aである。負荷抵抗３０
の抵抗値が小さくて、モータ１１の抵抗値よりも
小さい場合には、駆動トランジスタのコレクタ抵
抗での電流減少が大きくなり、駆動トランジスタ
は出力トランジスタに対して必要なベース電流を
供給出来なくなる。 後記第１表に示す回路素子を使用する場合に
は、抵抗３０の最適値は7.5Ωであることが見出
された。抵抗３０の両端間の電圧降下の最大値は
7.5×0.67即ち5Vとなる。この値を電源電圧の
12Vから差し引くと出力トランジスタの電圧降下
に打勝つ為には7Vが残される。各出力トランジ
スタのコレクタ・エミツタ間飽和電圧は0.5Vで
あるからサーボモータ１１の端子間の電圧は11V
となる。 出力トランジスタのベース・エミツタ飽和電圧
はそれぞれ1Vであり、この値と抵抗３０間の電
圧降下5Vとを電源電圧12Vから引くと、駆動トラ
ンジスタのコレクタ・エミツタ電圧として5V、
即ち各駆動トランジスタには2.5Vが残される。
各駆動トランジスタの飽和電圧は1.5Vであるの
で、各トランジスタの線形領域には1Vが残るこ
とになる。各駆動トランジスタのベース・エミツ
タ間電圧降下は2.5Vである。従つて端子３１，
３２間の電圧は10Vとなる。駆動トランジスタの
最小電流利得は10000であるので、0.67Aのコレ
クタ電流を生ずるのに必要なベース電流の最大値
は67μＡである。 端子３１及び３２を駆動するための適切な演算
増幅器、例えばナシヨナル セミコンダクタ
（National Semiconductor）社又はモトロラ
（Motorola）社製のLM324では、電源電圧からの
電圧降下1.2Vで端子３１に5000μＡ迄の電流源
を供給することが出来る。又、端子３２にグラン
ドより0.5V高い電圧で約1000μＡの電流源
（current sink）を供給することが出来る。従つ
て、電源電圧12Vから、1.2V及び0.5Vを引くと演
算増幅器には端子３１，３２間を駆動するために
は10.3Vが残される。 抵抗２８及び２９はそれぞれ、出力トランジス
タ１４及び１５のコレクタから駆動トランジスタ
２０及び２１のベースへの電圧フイードバツク
と、出力トランジスタ１６及び１７のコレクタか
ら駆動トランジスタ２２及び２３のベースへの電
圧フイードバツクを供給するために設けられてい
る。抵抗２８，２９の抵抗値は零とすることは出
来ない。何故ならば、そうすると駆動トランジス
タのベース電圧が出力トランジスタのコレクタ電
圧に従うことになりコレクタ・エミツタ間電圧降
下は0.5Vであり、合成ベース・エミツタ間電圧
降下1Vと駆動トランジスタ飽和時のコレクタ・
エミツタ間電圧降下1.5Vとを加えたものより小
さいので、出力トランジスタは飽和にまで駆動さ
れることはないからである。フイードバツク抵抗
２８，２９は、駆動トランジスタのエミツタが出
力トランジスタの飽和に必要な分だけ出力トラン
ジスタのコレクタ電圧より低くなるのに必要な電
圧フイードバツクを与えなければならない。 発明者は、本実施例の条件では抵抗２８及び２
９のそれぞれの最適値は約50Ωであることを見出
した。 下記第１表に本実施例で使用する回路素子を示
す。

【表】

【表】 抵抗２４，２５，２６及び２７はそれぞれ実際
には出力トランジスタ１４，１５，１６及び１７
用のベースリターン（base return）抵抗であ
る。ベース・エミツタ間抵抗の値はコレクタ・エ
ミツタ間の漏れ電流を最小にするために可能な限
り小さく、又、駆動トランジスタ２０，２１，２
２及び２３の最大コレクタ漏れ電流がそれぞれの
駆動トランジスタに対応する出力トランジスタの
ベースに流れない様にするために充分小さいもの
でなければならない。 第１表に記載の駆動トランジスタでは漏れ電流
の最大値は20μＡであり、抵抗２４，２５，２６
及び２７を好ましい値である51Ωとすると、前記
の電流により各抵抗の両端子間では約１ｍＶの電
圧降下が生じるが、この値は出力トランジスタの
ベース・エミツタ間遮断電圧に打勝つには不充分
である。 ダイオード３４，３５，３６及び３７はモータ
電流を急速に変化させる様に制御する場合にモー
タ１１の電機子のインダクタンスに依り発生する
ことのある逆電圧から出力トランジスタを保護し
ている。 本発明の増幅器の主な利点は線形であること、
即ちノンスイツチング（non―switching）であ
ること、単一の低電圧電源で動作すること、電源
電圧から出力トランジスタの内の２個のトランジ
スタの飽和電圧のみを引いた電圧が負荷に加わる
こと等である。 本明細書に於いては、本発明の好ましい実施例
を説明しているが、特許請求の範囲内で本発明を
他の方法で実施することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例の回路図であ
る。 １１……サーボモータ、１４，１５，１６，１
７……補助出力トランジスタ、２０，２１，２
２，２３……補助駆動トランジスタ、２４，２
５，２６，２７……コレクター抵抗、２８，２９
……フイードバツク抵抗、３０……負荷抵抗、３
４，３５，３６，３７……ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相互に逆極性の２つのトランジスタのエミツ
   タを接続し、かつ、それぞれのトランジスタのコ
   レクタにはコレクタ抵抗を接続した第１の直列回
   路を２つ並列に接続した駆動トランジスタブリツ
   ジと、 相互に逆極性の２つのトランジスタのコレクタ
   を接続した第２の直列回路を２つ並列に、かつ、
   各トランジスタが前記駆動トランジスタブリツジ
   の各トランジスタと１対１で対応するように接続
   し、更に、各トランジスタのベースが駆動トラン
   ジスタブリツジの各トランジスタのコレクタに接
   続された出力トランジスタブリツジと、 駆動トランジスタブリツジを構成する一方の第
   １の直列回路のエミツタ相互の接続点と、他方の
   第１の直列回路のエミツタ相互の接続点に挿入さ
   れた負荷抵抗と、 上記２つのブリツジを構成する第１の直列回路
   の２つのトランジスタのエミツタ相互の接続点
   と、第２の直列回路のコレクタ相互の接続点に挿
   入されるフイードバツク抵抗と、 上記２つのブリツジを構成する４つの直列回路
   端に共通に取付けられる直流駆動電流接続端子
   と、 上記２つの第１の直列回路を構成する各トラン
   ジスタのベースに共通に取付けられる２つの制御
   電流接続端子と、 上記２つの第２の直列回路のコレクタ相互の接
   続点より引き出されるサーボモータ接続ラインと
   を備えたサーボ増幅器。 ２ サーボモータと共に使用され、該負荷抵抗の
   抵抗値が前記サーボモータの直流抵抗値よりも大
   きい特許請求の範囲第１項に記載のサーボ増幅
   器。 ３ 該フイードバツク抵抗の抵抗値が該出力トラ
   ンジスタのエミツタ・コレクタ間飽和電圧よりも
   大きい様に調整されている特許請求の範囲第１項
   に記載のサーボ増幅器。