CN102163945A - 马达驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种马达驱动电路，抑制启动时马达的失步、反转。具有：输出晶体管，其对马达的驱动线圈提供驱动电流；第一比较器电路，其比较驱动线圈各相的电压与中性点的电压；位置检测电路，其根据第一比较器电路的比较结果检测马达转子的位置；开关控制电路，其生成根据转子的位置进行脉冲幅度调制而得到的开关信号，提供给输出晶体管；以及电流限制电路，其根据转子的位置判断马达是否以大于等于目标转速以下的基准转速的速度旋转，在判断为马达以大于等于基准转速的速度旋转时，将驱动电流限制为第一电流值使得马达以目标转速旋转，在判断为马达没有以大于等于基准转速的速度旋转时，将驱动电流限制为小于第一电流值的第二电流值。

Description

马达驱动电路
技术领域
本发明涉及一种马达驱动电路。
背景技术
作为具备多相(例如三相)驱动线圈的无刷直流马达的驱动方式，已知一种不需要霍尔元件等位置检测元件的无传感器方式。在该无传感器方式中，利用驱动线圈所产生的反电动势电压，通过将各相的驱动线圈的电压与中性点的电压进行比较，能够检测转子(rotor)的位置。
另外，作为对驱动线圈提供驱动电流的输出晶体管的控制方式，除了PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)方式以外，例如还已知专利文献1至专利文献3所公开的PAM(Pulse Amplitude Modulation：脉冲幅度调制)方式。在该PAM方式中，将进行脉冲幅度调制而得到的开关信号提供给输出晶体管。
在此，图4示出以PAM方式对无传感器方式的三相马达进行驱动的一般的马达驱动电路的结构的一例。
在图4示出的马达驱动电路1b中，比较器电路21将驱动线圈61至63的各相的电压U、V、W与中性点的电压COM进行比较。另外，位置检测电路11根据比较结果信号CMP来检测马达6的转子的位置。并且，开关控制电路12生成根据转子位置信号RP进行脉冲幅度调制而得到的开关信号S41至S43以及S51至S53，分别提供给输出晶体管41至43、51至53。并且，各输出晶体管对驱动线圈61至63提供驱动电流，该驱动电流的电流值作为电压RF而被检测。
在马达驱动电路1b中，比较器电路14将电压RF与电压V1进行比较，输出电流限制信号LMT。另外，开关控制电路12根据电流限制信号LMT来限制各开关信号的振幅，将驱动电流限制为规定电流值。因而，比较器电路14作为限制驱动电流的电流限制电路而发挥功能，马达驱动电路1b能够使马达6以目标转速旋转。
这样，能够以PAM方式驱动无传感器方式的三相马达，使其以目标转速旋转。
专利文献1：日本特开2000-350490号公报
专利文献2：日本特开2002-142484号公报
专利文献3：日本特开2008-259340号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，无传感器方式的马达驱动电路在启动时无法检测转子的位置，因此开关控制电路生成预先决定的开关信号以提供规定的启动电流作为驱动电流。然后，当马达利用该启动电流而开始旋转时，能够检测转子的位置，因此开关控制电路根据该转子的位置来生成开关信号。
然而，在将马达的目标转速设定为高速的情况下，较大的启动电流被供给驱动线圈，有时导致马达比开关信号的切换定时更快旋转。因此，还存在启动时马达失步或者反转的情况。
用于解决问题的方案
解决上述问题的主要的本发明是一种马达驱动电路，其特征在于，具有：多个输出晶体管，其对马达的多相驱动线圈提供驱动电流；第一比较器电路，其将上述多相驱动线圈的各相的电压与上述多相驱动线圈的中性点电压进行比较；位置检测电路，其根据上述第一比较器电路的比较结果来检测上述马达的转子的位置；开关控制电路，其生成根据上述转子的位置进行脉冲幅度调制而得到的开关信号，并将该开关信号提供给上述多个输出晶体管；以及电流限制电路，其根据上述转子的位置来判断上述马达是否以大于等于目标转速以下的规定基准转速的速度进行旋转，在判断为上述马达以大于等于上述规定基准转速的速度进行旋转的情况下，将上述驱动电流限制为第一电流值以使得上述马达以上述目标转速进行旋转，在判断为上述马达不是以大于等于上述规定基准转速的速度进行旋转的情况下，将上述驱动电流限制为小于上述第一电流值的第二电流值。
根据附图以及本说明书的记载可进一步明确本发明的其它特征。
发明的效果
根据本发明，能够抑制启动时马达的失步、反转。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式中的马达驱动电路整体的结构的电路框图。
图2是表示本发明的第一实施方式中的电流限制电路的结构的电路框图。
图3是表示本发明的第二实施方式中的电流限制电路的结构的电路框图。
图4是表示具备电流限制电路的一般的马达驱动电路整体结构的一例的电路框图。
附图标记说明
1a、1b：马达驱动电路；6：马达；7：电阻；8：电容器；11：位置检测电路；12：开关控制电路；13(13a、13b)：电流限制电路；14：比较器电路(电流限制电路)；21：比较器电路；22：选择电路；31～38：端子；41～43：输出晶体管；51～53：输出晶体管；61～63：驱动线圈；131：旋转判断电路；132：比较器电路；133、134：开关电路；135：计数器电路；136：选择电路；R0～R3：电阻。
具体实施方式
根据本说明书以及附图的记载，至少可以明确以下事项。
<第一实施方式>
马达驱动电路整体的结构
下面参照图1来说明本发明的第一实施方式中的马达驱动电路整体的结构。
图1示出的马达驱动电路1a是用于以PAM方式对具备三相驱动线圈61至63的无传感器方式的马达6进行驱动的电路，构成为具备端子31至38的集成电路。另外，马达驱动电路1a构成为包括位置检测电路11、开关控制电路12、电流限制电路13、比较器电路21、选择电路22以及输出晶体管41至43、51至53。并且，在马达驱动电路1a上除了连接马达6以外还连接有电阻7和电容器8。
此外，下面，作为输出晶体管的一例，说明分别使用二极管反向并联连接的NPN晶体管的情况。另外，将驱动线圈61至63各相分别设为U相、V相以及W相。
高压侧输出晶体管41至43的集电极都通过端子35与电源电位VCC相连接。另外，低压侧输出晶体管51至53的发射极都通过与端子36进行外部连接的电阻7与接地电位相连接。并且，输出晶体管41至43分别与输出晶体管51至53串联连接，各连接点分别与端子31至33相连接。并且，在端子31至33上分别连接有驱动线圈61至63，驱动线圈61至63的中性点与端子34相连接。
将端子31至34各自的电压U、V、W以及COM输入到选择电路22。另外，从选择电路22将输入电压Vin和基准电压Vref输入到(第一)比较器电路21。并且在输入电压Vin和基准电压Vref的信号线之间通过端子37以及38与电容器8进行外部连接。并且，从比较器电路21输出比较结果信号CMP。
将比较结果信号CMP输入到位置检测电路11，从位置检测电路11输出转子位置信号RP。另外，将转子位置信号RP以及端子36的电压RF输入到电流限制电路13，从电流限制电路13输出电流限制信号LMT。此外，后面详细说明电流限制电路13的结构。
将转子位置信号RP和电流限制信号LMT输入到开关控制电路12。并且，将从开关控制电路12输出的开关信号S41至S43以及S51至S53分别输入到输出晶体管41至43以及51至53的基极。
马达驱动电路整体的动作
接着，说明本实施方式中的马达驱动电路整体的动作。
根据开关信号S41至S43以及S51至S53来对输出晶体管41至43、51至53进行开关控制，来对马达6的驱动线圈61至63提供驱动电流。
例如，在输出晶体管41以及52导通的情况下，驱动电流从电源电位VCC通过输出晶体管41、驱动线圈61、62、输出晶体管52以及电阻7流向接地电位。因而，在这种情况下，驱动电流从U相流向V相。另外，例如在输出晶体管43以及52导通的情况下，驱动电流从W相流向V相。此外，驱动电流的电流值作为电压RF而被检测。
选择电路22依次选择端子31至33(U相、V相以及W相)各自的电压U、V以及W中的某一个，作为输入电压而输入到比较器电路21。另外，选择电路22将端子34(驱动线圈61至63的中性点)的电压COM作为基准电压Vref而输入到比较器电路21。并且，电容器8被连接在输入电压Vin与基准电压Vref的信号线之间，作为去除比较器电路21的输入信号的噪声的滤波器而发挥功能。并且，比较器电路21将输入电压Vin与基准电压Vref进行比较，将该比较结果作为二值信号的比较结果信号CMP而输出。
位置检测电路11根据比较结果信号CMP来检测马达6的转子的位置，输出转子位置信号RP，该转子位置信号RP表示转子旋转一圈期间内的一个以上的规定位置。另外，电流限制电路13根据从转子位置信号RP求得的马达6的转速以及电压RF所示驱动电流的电流值来输出电流限制信号LMT。此外，后面详细说明电流限制电路13的动作。
开关控制电路12生成根据转子位置信号RP进行脉冲幅度调制而得到的开关信号S41至S43以及S51至S53，分别提供给输出晶体管41至43、51至53。另外，开关控制电路12根据电流限制信号LMT来限制各开关信号的振幅，从而限制驱动电流。
这样，马达驱动电路1a通过限制各开关信号的振幅来限制驱动电流，能够使马达6以目标转速旋转。
电流限制电路的结构
下面，参照图2来说明本实施方式中的电流限制电路的结构。
图2示出的电流限制电路13a构成为包括旋转判断电路131、比较器电路132以及开关电路133、134。此外，在本实施方式中，开关电路133和134相当于电压输出电路。
将转子位置信号RP输入到旋转判断电路131。另外，从旋转判断电路131输出的启动模式信号STR以及其反转信号分别成为用于控制开关电路133和134的接通和断开的控制信号。并且，开关电路133和134的一端都与(第二)比较器电路132的反转输入端相连接，另一端分别被施加(第一)电压V1以及(第二)电压V2。并且，对比较器电路132的非反转输入端施加电压RF，从比较器电路132输出电流限制信号LMT。
电流限制电路的动作
接着，说明本实施方式中的电流限制电路的动作。
旋转判断电路131根据从转子位置信号RP求得的马达6的转速来判断马达6是否以规定基准转速以上的速度进行旋转。在此，将基准转速设定为马达6的目标转速以下的范围内，成为马达6是否正常旋转的判断基准。
此外，例如使用积分电路(低通滤波器)等使转子位置信号RP平滑化，由此能够将马达6的转速检测为电压。另外，例如还能够使用被该电压控制的VCO(Voltage-Controlled Oscillator：电压控制振荡电路)将马达6的转速检测为频率。并且，旋转判断电路131在马达6正常(以基准转速以上的速度)进行旋转的情况下，将启动模式信号STR设为低电平，在启动时等马达6没有正常进行旋转的情况下，将启动模式信号STR设为高电平。
在启动模式信号STR为低电平的情况下，开关电路133接通，开关电路134断开。因此，比较器电路132在电压RF大于等于电压V1的期间输出高电平的电流限制信号LMT。并且，将提供给驱动线圈61至63的驱动电流限制为与电压V1对应的第一电流值使得马达6以目标转速进行旋转。
另一方面，如图2所示，在启动模式信号STR为高电平的情况下，开关电路133断开，开关电路134接通。因此，比较器电路132在电压RF大于等于电压V2的期间输出高电平的电流限制信号LMT。在此，将电压V2设定为低于电压V1的电压。因而，将提供给驱动线圈61至63的驱动电流限制为第二电流值，该第二电流值与电压V2对应，小于第一电流值。
这样，本实施方式的电流限制电路13a在启动时那样马达6没有正常旋转的情况下，将驱动电流限制为小于正常旋转的情况的电流值。因此，在启动时，实质上将马达6的目标转速抑制为低速，从而能够抑制失步、反转。
<第二实施方式>
电流限制电路的结构
本发明的第二实施方式中的马达驱动电路整体的结构以及动作与第一实施方式的马达驱动电路整体的结构以及动作大致相同。然而，在本实施方式的马达驱动电路中，还从开关控制电路对电流限制电路输入开关周期信号CYC。
下面，参照图3来说明本实施方式中的电流限制电路的结构。
图3示出的电流限制电路13b构成为包括旋转判断电路131、比较器电路132、开关电路133、134、计数器电路135、选择电路136以及电阻R0至R3。此外，在本实施方式中，开关电路133、134、计数器电路135、选择电路136以及电阻R0至R3相当于电压输出电路。
计数器电路135构成为四进制计数器，将开关周期信号CYC输入到CK输入端(时钟输入端)，将启动模式信号STR的反转信号输入到CL输入端(清除输入端)。另外，从计数器电路135输出计数值CNT。
电阻R0至R3按照该顺序串联连接，电阻R0以及R3的一端分别与接地电位和电位V2相连接。在此，电阻R0至R3的电阻值相等，将各电阻的连接点的电压分别设为电压V2的25％、50％、75％。
选择电路136构成为四输入一输出的多路转接器，将计数器电路135的计数值CNT输入到选择控制输入端。另外，与CNT＝0至2对应的数据输入与上述各电阻的连接点相连接，与CNT＝3对应的数据输入与电位V2相连接。
与第一实施方式的电流限制电路13a同样地，将转子位置信号RP输入到旋转判断电路131。另外，从旋转判断电路131输出的启动模式信号STR及其反转信号分别成为用于控制开关电路133和134的接通和断开的控制信号。并且，开关电路133和134的一端都与(第二)比较器电路132的反转输入端相连接。
对开关电路133的另一端施加(第一)电压V1。另一方面，开关电路134的另一端与选择电路136的输出端相连接。因而，在本实施方式中，选择电路136的输出电压相当于第二电压。并且，对比较器电路132的非反转输入端施加电压RF，从比较器电路132输出电流限制信号LMT。
电流限制电路的动作
接着，说明本实施方式中的电流限制电路的动作。
与第一实施方式的电流限制电路13a同样地，旋转判断电路131在马达6正常旋转的情况下，将启动模式信号STR设为低电平，在马达6没有正常旋转的情况下，将启动模式信号STR设为高电平。另外，在启动模式信号STR为低电平的情况下，开关电路133接通，开关电路134断开。因此，比较器电路132在电压RF大于等于电压V1的期间输出高电平的电流限制信号LMT。并且，将提供给驱动线圈61至63的驱动电流限制为与电压V1对应的第一电流值使得马达6以目标转速进行旋转。
另一方面，如图3所示，在启动模式信号STR为高电平的情况下，开关电路133断开，开关电路134接通。另外，计数器电路135以开关周期信号CYC开始计数，计数值CNT从0至3依次增加。
此外，开关周期信号CYC是表示各开关信号的周期的信号，例如是用于使马达6的转子旋转一圈的每个周期六步的脉冲信号。在这种情况下，计数器电路135的计数值CNT按该每个周期的六步依次增加，选择电路136的输出电压与该计数值CNT相对应地以25％步长从电压V2的25％依次上升至100％为止。
并且，比较器电路132在电压RF大于等于根据开关信号的周期而这样逐渐上升的选择电路136的输出电压(第二电压)的期间输出高电平的电流限制信号LMT。因而，将提供给驱动线圈61至63的驱动电流限制为第二电流值，该第二电流值与该第二电压的上升对应地逐渐变大。
如上所述，第一实施方式的电流限制电路13a在启动时那样马达6没有正常旋转的情况下将驱动电流限制为规定的电流值，由此将马达6的转速抑制为低速。因此，根据启动时的负载不同，也可能存在马达6无法充分旋转的情况。另外，当为了与重负载下的启动对应而将限制驱动电流的电流值设为较大时，无法在轻负载下启动时抑制失步、反转。
另一方面，在本实施方式的电流限制电路13b中，在马达6没有正常旋转的情况下，限制驱动电流的电流值逐渐变大。因此，能够与从轻负载至重负载的较大范围的负载对应，能够在重负载下的启动时可靠地旋转马达6，并且在轻负载下的启动时抑制失步、反转。
如上所述，在用于以PAM方式对无传感器方式的三相马达6进行驱动的马达驱动电路1a中，在启动时那样马达6没有正常旋转的情况下，将驱动电流限制为小于正常旋转的情况的电流值的第二电流值，由此在启动时，实质上将马达6的目标转速抑制为低速，从而能够抑制失步、反转。
另外，能够通过对表示驱动电流的电流值的电压RF是否到达第一电压或者第二电压的情况进行检测并限制各开关信号的振幅来限制驱动电流。
另外，根据马达6是否以规定的基准转速以上的速度进行旋转的判断结果将电压RF与第一电压或者第二电压进行比较，能够根据该比较结果来限制各开关信号的振幅。
另外，通过使第二电压逐渐上升，能够与从轻负载至重负载的较大范围的负载对应。
并且，通过根据开关信号的周期使第二电压逐渐上升，能够针对启动时的开关控制使第二电压充分地缓慢地上升。
此外，上述实施方式是使本发明容易理解的内容，并不是限定地解释本发明的内容。在不脱离其宗旨的范围内能够对本发明进行变更、改进，并且本发明中还包括其等价物。
例如，电容器8是用于去除噪声而设置的，但是根据噪声的产生状况也有时不需要电容器8。
另外，比较器电路21也可以不通过选择电路22而与马达6相连接。在这种情况下，与各相对应地设置比较器。
另外，在上述第二实施方式中，以25％步长使第二电压依次上升，但是并不限于此。例如，也可以通过以固定的电流值对电容器充电，来以固定的斜率使第二电压逐渐上升。此外，图3示出的电流限制电路13b的电压输出电路的结构不使用电容器，因此能够抑制电路面积，并且能够针对启动时的开关控制使第二电压充分地缓慢地上升。

Claims (5)

1.一种马达驱动电路，其特征在于，具有：
多个输出晶体管，其对马达的多相驱动线圈提供驱动电流；
第一比较器电路，其将上述多相驱动线圈的各相的电压与上述多相驱动线圈的中性点电压进行比较；
位置检测电路，其根据上述第一比较器电路的比较结果来检测上述马达的转子的位置；
开关控制电路，其生成根据上述转子的位置进行脉冲幅度调制而得到的开关信号，并将该开关信号提供给上述多个输出晶体管；以及
电流限制电路，其根据上述转子的位置来判断上述马达是否以大于等于目标转速以下的规定基准转速的速度进行旋转，在判断为上述马达以大于等于上述规定基准转速的速度进行旋转的情况下，将上述驱动电流限制为第一电流值以使得上述马达以上述目标转速进行旋转，在判断为上述马达不是以大于等于上述规定基准转速的速度进行旋转的情况下，将上述驱动电流限制为小于上述第一电流值的第二电流值。
2.根据权利要求1所述的马达驱动电路，其特征在于，
上述电流限制电路在判断为上述马达以大于等于上述规定基准转速的速度进行旋转的情况下，通过检测表示上述驱动电流的电流值的电压是否达到表示上述第一电流值的第一电压来输出电流限制信号，在判断为上述马达不是以大于等于上述规定基准转速的速度进行旋转的情况下，通过检测表示上述驱动电流的电流值的电压是否达到表示上述第二电流值的第二电压来输出上述电流限制信号，
上述开关控制电路根据上述电流限制信号来限制上述开关信号的振幅。
3.根据权利要求2所述的马达驱动电路，其特征在于，
上述电流限制电路包括：
旋转判断电路，其判断上述马达是否以大于等于上述规定基准转速的速度进行旋转；
电压输出电路，其根据上述旋转判断电路的判断结果来输出上述第一电压或者上述第二电压；以及
第二比较器电路，其将表示上述驱动电流的电流值的电压与上述电压输出电路的输出电压进行比较。
4.根据权利要求3所述的马达驱动电路，其特征在于，
在输出上述第二电压的情况下，上述电压输出电路使该第二电压逐渐上升。
5.根据权利要求4所述的马达驱动电路，其特征在于，
在输出上述第二电压的情况下，上述电压输出电路根据上述开关信号的周期使该第二电压逐渐上升。
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