JP2003189680A - コイル負荷の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイル負荷をスイッチング駆動すると共に、
そのコイル負荷の逆起電力パルスを抑圧することができ
るコイル負荷の駆動装置を提供する。 【解決手段】 電源端子間に上側スイッチング素子（５
１又は５３）と下側スイッチング素子（５２又は５４）
とを直列接続して構成されると共に、モータ等のコイル
負荷５５に駆動電流を与えるプッシュプル駆動回路と、
プッシュプル駆動回路の出力と下側スイッチング素子
（５２又は５４）の入力との間に接続された定電圧素子
（５６又は５７）とを備えた構成を特徴としており、プ
ッシュプル駆動回路の出力に逆起電力パルスが生じた時
に定電圧素子（５６又は５７）を通じて下側スイッチン
グ素子（５２又は５４）を導通させて出力電圧を制限す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コイル負荷の駆
動装置に係り、特にモータ等のコイル負荷を駆動する駆
動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】モータ等のコイル負荷を駆動する回路
は、従来は直流的に駆動する回路が主流であったが、回
路技術のディジタル化に伴いＰＷＭ技術を活用してスイ
ッチング駆動回路を多用するようになってきた。以下、
モータ等のコイル負荷の駆動回路の従来例について、図
面を参照しながら説明する。

【０００３】図４は、モータ等のコイル負荷を駆動する
コイル負荷の駆動装置の従来構成を示す回路構成図であ
る。モータの種類としては数々あるが、ここではボイス
コイルモータのようなコイル負荷を駆動する回路につい
て説明する。

【０００４】図４において、５１，５３は上側スイッチ
ング素子としてのＭＯＳトランジスタ、５２，５４は下
側スイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタ、５５
はコイル負荷、Ｖｃｃは電源端子であり、電源端子Ｖｃ
ｃと接地点との間にＭＯＳトランジスタ５１とＭＯＳト
ランジスタ５２を直列接続してプッシュプル駆動回路を
構成し、その出力でコイル負荷５５の一端を駆動してい
る。そして、コイル負荷５５の他端は、ＭＯＳトランジ
スタ５３及びＭＯＳトランジスタ５４とで構成されるプ
ッシュプル駆動回路の出力によって駆動される。

【０００５】コイル負荷５５を正方向に駆動する場合
は、ＭＯＳトランジスタ５１とＭＯＳトランジスタ５４
をオンさせる一方、ＭＯＳトランジスタ５３とＭＯＳト
ランジスタ５２をオフさせることにより、電源端子Ｖｃ
ｃからＭＯＳトランジスタ５１→コイル負荷５５→ＭＯ
Ｓトランジスタ５４→ＧＮＤ（接地点）の経路で電流を
流して、コイル負荷５５を正方向に駆動する。逆に、コ
イル負荷５５を負方向に駆動する場合は、ＭＯＳトラン
ジスタ５３とＭＯＳトランジスタ５２をオンさせる一
方、ＭＯＳトランジスタ５１とＭＯＳトランジスタ５４
をオフして、電源端子ＶｃｃからＭＯＳトランジスタ５
３→コイル負荷５５→ＭＯＳトランジスタ５２→ＧＮＤ
の電流経路で電流を流して、コイル負荷５５を負方向に
駆動する。このように、従来の駆動装置は、２つのプッ
シュプル駆動回路の出力でコイル負荷５５を交互にスイ
ッチング駆動する。

【０００６】ところが、コイル負荷５５をスイッチング
駆動すると、コイル負荷５５の端子間に逆起電力パルス
が発生する。特に、ＭＯＳトランジスタ５２または５４
がオフする時に発生する逆起電力が問題であり、例え
ば、ＭＯＳトランジスタ５２がオンしている状態からオ
フ状態に切り替わるとき、ＭＯＳトランジスタ５１がオ
フ状態からオン状態に切り替わるように、ゲートに制御
信号が与えられるのだが、逆起電力パルスが電源電圧よ
り大きくなると、ＭＯＳトランジスタ５１のゲート・ソ
ース間電圧が逆転するため、ＭＯＳトランジスタ５１が
オンする期間であっても逆起電力パルスが発生している
期間は、ＭＯＳトランジスタ５１のゲートに与える制御
信号によってオンさせることができない。従って、ＭＯ
Ｓトランジスタ５２及び５４のドレイン・ソース間耐圧
以上の逆起電力パルスが発生した場合は、ＭＯＳトラン
ジスタ５２，５４が破壊する恐れがある。

【０００７】上述したコイル負荷の駆動装置とは異なる
種類の第２の従来例について、以下に図面を参照しなが
ら説明する。

【０００８】磁気ディスク装置では、人為的事故や停電
等の不慮の事故によって電源回路が遮断された時、磁気
ヘッドを緊急退避させて磁気ディスクを保護する技術が
従来から用いられている。この退避動作のことをリトラ
クト又はアンロードと呼ばれているが、ここではリトラ
クトと呼ぶ。このような緊急時には、電源供給源からの
電力の供給が期待できないため、種々の工夫がなされて
いる。

【０００９】以下、リトラクトを適用したモータ駆動装
置（第２の従来例）について、図５を用いて説明する。
図５は、磁気ディスク用のモータ駆動装置の回路構成図
である。

【００１０】図５において、Ｑ１はアイソレート用のス
イッチ素子であるＭＯＳトランジスタ、Ｑ２〜Ｑ１２は
スイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタ、１〜６
はそれぞれＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ６用の前置駆動
回路、７はボイスコイル、９，１０，１１は上側スイッ
チング素子であるＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ９，Ｑ１
１用の前置駆動回路、１２，１３，１４は下側スイッチ
ング素子であるＭＯＳトランジスタＱ１２，Ｑ１０，Ｑ
８用の前置駆動回路、Ｖｃｃは電源端子である。そし
て、２２〜２４はスピンドルモータのモータコイルであ
って、そのうちの２２はＵ相のモータコイル、２３はＶ
相のモータコイル、２４はＷ相のモータコイルである。

【００１１】ＭＯＳトランジスタＱ１は、電源オフ時に
電源端子Ｖｃｃと駆動装置の電源ライン８との間を電気
的に切離す為に用いるアイソレート用のトランジスタで
あり、通常は常にオンして電源端子Ｖｃｃからの電源電
圧を駆動装置の電源ライン８に供給する。そして、前置
駆動回路１の制御により、スピンドルモータの回転子
（図示せず）が停止するまでＭＯＳトランジスタＱ１を
オフして、モータコイル２２〜２４で発生する誘起電圧
が電源供給源側に逃げないように機能する。

【００１２】ＭＯＳトランジスタＱ２〜Ｑ５は、ボイス
コイルモータ用駆動回路を構成し、前置駆動回路２〜５
の制御信号に応じてボイスコイル７を駆動し、必要に応
じて磁気ヘッド（図示せず）を所定位置に移動させる。

【００１３】ＭＯＳトランジスタＱ６は、リトラクト時
に導通制御されるボイスコイルモータ駆動回路の上側ス
イッチング素子であり、ＭＯＳトランジスタＱ６の導通
によって磁気ヘッド（図示せず）を緊急退避させる。

【００１４】ＭＯＳトランジスタＱ７〜Ｑ１２および前
置駆動回路９〜１４で構成されるスピンドルモータ駆動
回路は、通常時には、ＭＯＳトランジスタＱ１がオンし
て電源ライン８に電源端子Ｖｃｃからの電源電圧が供給
される。そして、ＭＯＳトランジスタＱ７〜Ｑ１２が前
置駆動回路９〜１４の制御信号に応じて導通し、モータ
コイル２２〜２４に通電角で１２０度ずつ異なる駆動電
流を与え、スピンドルモータの回転子（図示せず）を回
転させる。

【００１５】不慮の事故により電源供給源（図示せず）
から電源端子Ｖｃｃを通じての電源供給が停止される
と、ＭＯＳトランジスタＱ７〜Ｑ１２からモータコイル
２２〜２４へ供給される駆動電流も停止するが、スピン
ドルモータは即時には停止せず、回転子（図示せず）の
慣性によって回転を継続し、徐々に回転数が低下して停
止に移行する。そして、スピンドルモータが停止するま
での期間は、モータコイル２２〜２４の端子間には逆起
電力による誘起電圧が発生する。

【００１６】その逆起電力は、ＭＯＳトランジスタＱ
７，Ｑ９，Ｑ１１と逆並列に接続されたフライホイール
ダイオードによって整流され、電源ライン８に向けて電
流が流れる。従って、電源オフ時には、電源ライン８の
モータコイル２２〜２４の逆起電力が供給され、リトラ
クト用のＭＯＳトランジスタＱ６→ボイスコイル７→Ｍ
ＯＳトランジスタＱ３の電流経路でボイスコイル７を駆
動して、磁気ヘッドを退避位置に退避させる。スピンド
ルモータが停止するまでの時間は比較的短い時間であ
り、その間にリトラクト動作を完了させる必要から、前
置駆動回路１の制御信号によりアイソレート用のＭＯＳ
トランジスタＱ１をオフさせて、逆起電力の電流を電源
端子Ｖｃｃ側に逃がさないようにして、モータコイル２
２〜２４の誘起電圧をリトラクト動作時の電力供給源と
して有効活用している。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】コイル負荷の駆動装置
を構成するＭＯＳトランジスタは、コイル負荷をスイッ
チング駆動する時、コイル負荷を駆動するＭＯＳトラン
ジスタに大きな逆起電力パルスが印加される。逆起電力
パルスの電圧レベルよりも高耐圧のＭＯＳトランジスタ
を使用しないと、ＭＯＳトランジスタが破損する危険が
ある。

【００１８】また、コイル負荷の駆動装置の一種である
モータ駆動装置を構成するＭＯＳトランジスタは、電源
オフ時であってもスピンドルモータの慣性によって生じ
るモータコイルの逆起電力がＭＯＳトランジスタに印加
され、それによって破損する危険性があった。

【００１９】本発明の目的は、コイル負荷を駆動するス
イッチング素子を、そのコイル負荷で発生した逆起電力
パルスから保護できるコイル負荷の駆動装置を提供する
ことにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のコイル負荷の駆動装置は、電源端子間に上側
スイッチング素子と下側スイッチング素子とを直列接続
して構成されると共に、モータ等のコイル負荷に駆動電
流を与えるプッシュプル駆動回路と、前記プッシュプル
駆動回路の出力と前記下側スイッチング素子の入力との
間に接続された定電圧素子とを備え、前記プッシュプル
駆動回路の出力に逆起電力パルスが生じた時に前記定電
圧素子を通じて前記下側スイッチング素子を導通させて
前記出力の電圧を制限することを特徴とする構成であ
る。

【００２１】この構成により、プッシュプル動作でコイ
ル負荷をスイッチング駆動する時に生じる逆起電力パル
スを、定電圧素子で検出して下側スイッチング素子を導
通させるため、逆起電力パルスのレベルを制限すること
ができ、これによって下側スイッチング素子を過電圧か
ら保護することができる。

【００２２】また、第２の発明のモータ駆動装置は、自
身の電流路と逆並列にダイオードを接続した上側スイッ
チング素子及び下側スイッチング素子と、電源ラインと
接地点との間に前記上側スイッチング素子と前記下側ス
イッチング素子とを直列接続して構成されると共に、複
数相のモータコイルに駆動電流を与える複数のプッシュ
プル駆動回路と、前記複数のプッシュプル駆動回路の出
力と、同じ駆動回路内に設けられた前記下側スイッチン
グ素子の入力との間に接続される定電圧素子と、前記電
源ラインと電源端子との間に接続されたアイソレート用
のスイッチ素子と、前記電源ライン及び前記接地点から
の電源供給によって動作するボイスコイル駆動回路とを
備え、前記プッシュプル駆動回路の出力に逆起電力パル
スが生じた時に前記定電圧素子を通じて前記下側スイッ
チング素子を導通させて前記出力の電圧を制限すること
を特徴とする構成である。

【００２３】この構成により、不慮の事故により電源が
遮断された時、スピンドルモータが停止するまでの過渡
期に生じる誘起電圧を活用してリトラクト動作を行う一
方、誘起電圧に含まれる逆起電力パルスを定電圧素子で
検出して下側スイッチング素子を導通するため、リトラ
クト動作時に生じる過電圧のレベルを制限して下側スイ
ッチング素子を保護することができる。

【００２４】また、第３の発明のモータ駆動装置は、自
身の電流路と逆並列にダイオードを接続した上側スイッ
チング素子及び下側スイッチング素子と、電源ラインと
接地点との間に前記上側スイッチング素子と前記下側ス
イッチング素子とを直列接続して構成されると共に、複
数相のモータコイルに駆動電流を与える複数のプッシュ
プル駆動回路と、前記複数相毎に設けられ前記上側スイ
ッチング素子の入力をスイッチング制御する第１種類の
前置駆動回路と、前記複数相毎に設けられ前記下側スイ
ッチング素子の入力をスイッチング制御する第２種類の
前置駆動回路と、前記複数のプッシュプル駆動回路の出
力と、同じ駆動回路内に設けられた前記下側スイッチン
グ素子の入力との間に接続される定電圧素子と、前記各
相の下側スイッチング素子毎の入力と接地点との間に接
続された抵抗器とスイッチ手段との直列回路と、前記電
源ラインと電源端子との間に接続されると共に電源オン
時には常時導通し電源オフ時にはオフして前記電源ライ
ンと前記電源端子との間をアイソレートするスイッチ素
子と、前記電源ライン及び前記接地点からの電源供給に
よって動作するボイスコイル駆動回路と、前記スイッチ
手段を所定時間オンさせて前記第２種類の前置駆動回路
の立ち上がり波形を遅らせる手段とを備え、前記プッシ
ュプル駆動回路の出力に逆起電力パルスが生じた時に前
記定電圧素子を通じて前記下側スイッチング素子を導通
させて前記出力の電圧を制限することを特徴とする構成
である。

【００２５】この構成により、貫通電流が生じることな
くスイッチング駆動することができる一方、リトラクト
動作時にはモータコイルで生じる逆起電力パルスに対す
る過電圧保護が優先的に行われる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
コイル負荷の駆動装置について、図面を参照しながら説
明する。

【００２７】（第１の実施形態）本発明の第１の実施形
態に係るコイル負荷の駆動装置について、以下に図１を
参照しながら説明する。

【００２８】図１において、５１，５３は上側スイッチ
ング素子としてのＭＯＳトランジスタ、５２，５４は下
側スイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタ、５５
はコイル負荷、５６，５７は定電圧素子、５８はツェナ
ーダイオード、５９は通常のシリコンダイオード、Ｖｃ
ｃは電源端子であり、電源端子Ｖｃｃと接地点との間に
ＭＯＳトランジスタ５１とＭＯＳトランジスタ５２を直
列接続してプッシュプル駆動回路を構成し、その出力で
コイル負荷５５の一端を駆動している。そして、コイル
負荷５５の他端は、ＭＯＳトランジスタ５３及びＭＯＳ
トランジスタ５４とで構成されるプッシュプル駆動回路
の出力によって駆動される。

【００２９】コイル負荷５５を正方向に駆動する場合
は、ＭＯＳトランジスタ５１とＭＯＳトランジスタ５４
をオンさせる一方、ＭＯＳトランジスタ５３とＭＯＳト
ランジスタ５２をオフさせることにより、電源端子Ｖｃ
ｃからＭＯＳトランジスタ５１→コイル負荷５５→ＭＯ
Ｓトランジスタ５４→ＧＮＤ（接地点）の経路で電流を
流して、コイル負荷５５を正方向に駆動する。逆に、コ
イル負荷５５を負方向に駆動する場合は、ＭＯＳトラン
ジスタ５３とＭＯＳトランジスタ５２をオンさせる一
方、ＭＯＳトランジスタ５１とＭＯＳトランジスタ５４
をオフして、電源端子ＶｃｃからＭＯＳトランジスタ５
３→コイル負荷５５→ＭＯＳトランジスタ５２→ＧＮＤ
の電流経路で電流を流して、コイル負荷５５を負方向に
駆動する。

【００３０】そして、例えば、ＭＯＳトランジスタ５
１，５４をオンする正方向の駆動からＭＯＳトランジス
タ５２，５３をオンする負方向の駆動に切り替える時、
コイル負荷５５の一端はＭＯＳトランジスタ５２がオン
することにより接地電位となる一方、コイル負荷５５の
他端はＭＯＳトランジスタ５３がオンすることにより電
源電圧近傍のハイレベルに切り替わる。コイル負荷５５
の他端の電位がハイレベルに切り替わった直後に、コイ
ル負荷５５の逆起電力によってオーバーシュート（逆起
電力パルス）が起こる。このオーバーシュートのレベル
（逆起電力パルス電圧）は、電源電圧より遙かに大きな
電圧となるが、下側スイッチング素子であるＭＯＳトラ
ンジスタ５４のゲート・ドレイン間に接続された定電圧
素子５７が所定の電圧で導通して、ＭＯＳトランジスタ
５４をオン状態にして、コイル負荷５５の他端の電位が
所定電圧以上に上昇しないようにハイレベルのピーク値
を制限する。これによって、ＭＯＳトランジスタ５４の
ドレイン・ソース間に過大な逆起電力パルスが印加され
なくなり、スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ
５４を保護することが出来る。

【００３１】なお、定電圧素子５７は、図１では通常の
シリコンダイオード５９とツェナーダイオード５８を直
列接続して構成しているが、シリコンダイオード５９の
みを数多く直列接続して順方向ダイオード電圧（０．６
Ｖ〜０．８Ｖ）を活用しても構わないし、ツェナーダイ
オード５８の１個又は２個を直列接続してツェナー降伏
電圧（５Ｖ〜８Ｖ）を活用しても構わない。

【００３２】但し、ツェナーダイオード５８の場合は、
ツェナー降伏電圧が５Ｖ〜８Ｖの電圧となるため、定格
３Ｖ仕様のプロセスではツェナーダイオード１個のみで
対応できるが、定格５Ｖ仕様のプロセスでは電源変動を
考慮した動作マージンが少なく、電源電圧が大きくなっ
た時に駆動信号までも制限する危険性がある。ツェナー
ダイオード２個を直列接続すると、逆起電力パルスを十
分に制限することができず、ＭＯＳトランジスタ５４を
十分に保護できない可能性がある。しかし、図１に示し
たように通常のシリコンダイオード５９とツェナーダイ
オード５８を組み合わせた直列回路の場合は、直列接続
するシリコンダイオード５９の個数を適宜変更すると、
比較的少ない素子数でかつ小さな電圧ピッチで定電圧素
子５７の動作電圧を設定できる。

【００３３】通常のシリコンダイオード５９のみを直列
接続して定電圧素子５７を構成する場合は、素子数が多
くなる欠点があるものの、ツェナー降伏電圧より小さな
値の定電圧を得ることが可能であり、プロセスの微細化
に伴って素子耐圧が３Ｖ以下に低下しても十分に対応で
きる。

【００３４】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態に係るモータ駆動装置について、以下図面を参
照しながら説明する。

【００３５】第２の実施形態に係るモータ駆動装置はコ
イル負荷の駆動装置の一種であり、図２はリトラクト機
能を有した磁気ディスク用のモータ駆動装置の回路構成
を示す図である。以下、図２を参照しながら第２の実施
形態について説明する。

【００３６】図２において、Ｑ１はアイソレート用スイ
ッチ素子としてのＭＯＳトランジスタ、Ｑ２〜Ｑ１２は
スイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタであり、
これらのＭＯＳトランジスタには自身の電流路と逆並列
にフライホイールダイオードが接続されている。また、
１〜６はそれぞれＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ６用の前
置駆動回路、７はコイル負荷の一種であるボイスコイ
ル、８は電源ライン、９，１０，１１は上側スイッチン
グ素子であるＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ９，Ｑ１１用
の前置駆動回路、１２，１３，１４は下側スイッチング
素子であるＭＯＳトランジスタＱ１２，Ｑ１０，Ｑ８用
の前置駆動回路、１８〜２０は定電圧素子、Ｖｃｃは電
源端子である。そして、２２〜２４はスピンドルモータ
のモータコイルであって、そのうちの２２はＵ相のモー
タコイル、２３はＶ相のモータコイル、２４はＷ相のモ
ータコイルである。

【００３７】ＭＯＳトランジスタＱ１は、電源オフ時に
電源端子Ｖｃｃと駆動装置の電源ライン８との間を電気
的に切離す為に用いるアイソレート用のトランジスタで
あり、通常は常にオンして電源端子Ｖｃｃからの電源電
圧を駆動装置の電源ライン８に供給する。

【００３８】ＭＯＳトランジスタＱ２〜Ｑ５は、ボイス
コイルモータ用駆動回路を構成し、前置駆動回路２〜５
の制御信号に応じてボイスコイル７を駆動し、必要に応
じて磁気ヘッド（図示せず）を所定位置に移動させる。

【００３９】ＭＯＳトランジスタＱ７〜Ｑ１２および前
置駆動回路９〜１４で構成されるスピンドルモータ駆動
回路は、通常時には、ＭＯＳトランジスタＱ１がオンし
て電源ライン８に電源端子Ｖｃｃからの電源電圧が供給
される。そして、ＭＯＳトランジスタＱ７〜Ｑ１２が前
置駆動回路９〜１４の制御信号に応じて導通し、モータ
コイル２２〜２４に通電角で１２０ずつ異なる駆動電流
を与え、スピンドルモータの回転子（図示せず）を回転
させる。

【００４０】以上が通常動作時におけるモータ駆動装置
の回路動作の説明であり、リトラクト動作時の回路動作
は以下に説明する。

【００４１】ＭＯＳトランジスタＱ６は、リトラクト時
に導通制御されるボイスコイルモータ駆動回路の上側ス
イッチング素子であり、ＭＯＳトランジスタＱ６の導通
によって磁気ヘッド（図示せず）を緊急退避させる。リ
トラクト時には、電源端子Ｖｃｃからの電源供給が無く
なるが、モータコイル２２〜２４の逆起電力を整流した
電圧の供給を受けて、ボイスコイル７に電流を供給して
リトラクト動作する。なお、この実施形態ではリトラク
ト動作専用のＭＯＳトランジスタＱ６を採用したが、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ４のゲートに前置駆動回路４と６を
並列に接続して、ＭＯＳトランジスタＱ４で通常の位置
制御とリトラクト動作を兼用して行っても構わないし、
前置駆動回路４内のバイアスをリトラクト時に強制的に
切り替える手段を用いることにより前置駆動回路４及び
ＭＯＳトランジスタＱ４によって、前置駆動回路６及び
ＭＯＳトランジスタＱ６のリトラクト動作を兼用して行
っても構わない。

【００４２】不慮の事故により電源供給源（図示せず）
から電源端子Ｖｃｃを通じての電源供給が停止される
と、ＭＯＳトランジスタＱ７〜Ｑ１２からモータコイル
２２〜２４へ供給される駆動電流も停止するが、スピン
ドルモータは即時には停止せず、回転子（図示せず）の
慣性によって回転を継続し、徐々に回転数が低下して停
止状態になる。そして、スピンドルモータが停止するま
での期間は、モータコイル２２〜２４の端子間には逆起
電力による誘起電圧が発生する。

【００４３】その逆起電力は、ＭＯＳトランジスタＱ
７，Ｑ９，Ｑ１１自身の電流路とそれぞれ逆並列に接続
されたフライホイールダイオードによって整流され、電
源ライン８に向けて電流が流れる。従って、電源オフ時
には、電源ライン８のモータコイル２２〜２４の逆起電
力が供給され、リトラクト用のＭＯＳトランジスタＱ６
→ボイスコイル７→ＭＯＳトランジスタＱ３の電流経路
でボイスコイル７を駆動して、磁気ヘッドを退避位置に
退避させる。スピンドルモータが停止するまでの時間は
比較的短い時間であり、その間にリトラクト動作を完了
させる必要があるから、前置駆動回路１の制御信号によ
りアイソレート用のＭＯＳトランジスタＱ１をオフさせ
て、逆起電力の電流を電源端子Ｖｃｃ側に逃がさないよ
うにして、リトラクト動作時の電力を極力確保してい
る。

【００４４】ところが、スピンドルモータのモータコイ
ル２２〜２４で発生する逆起電力の電圧レベルが各パワ
ー素子の定格レベルを超える場合があり、その時の回路
動作について以下に述べる。

【００４５】例えば、Ｕ相のモータコイル２２にて逆起
電力パルスが発生したとすると、定電圧素子１８の電圧
降下分を差引いた電圧がＭＯＳトランジスタＱ１２のス
レッシュ電圧Ｖｔ（オン状態になるゲート・ソース間電
圧Ｖｇｓ）を超えるとＭＯＳトランジスタＱ１２がオン
して、モータコイル２２に蓄積された電磁エネルギーを
ＧＮＤ側に逃がす。これにより、逆起電力パルスの電圧
レベルは、定電圧素子１８の降伏電圧Ｖｚとスレッシュ
電圧Ｖｔとの和で決まる電圧でクランプされ、ＭＯＳト
ランジスタＱ１２のドレイン・ソース間電圧が制限され
て、過電圧保護動作が機能する。以上の動作はＵ相につ
いてのみ説明したが、他のＶ相やＷ相でも同様に機能す
る。

【００４６】なお、上述の第２の実施形態では、各ＭＯ
Ｓトランジスタのドレイン・ソース間にフライホイール
ダイオードを接続した事例で説明したが、ＭＯＳトラン
ジスタとしてＤＭＯＳトランジスタを使用する場合はボ
ディとドレインとの間で構造的に生じる寄生ダイオード
（俗にボディダイオードとも云う）をフライホイールダ
イオードとして活用する手段もあり、実質的にダイオー
ドが接続されていれば、わざわざ別個のフライホイール
ダイオードを接続しなくても構わない。

【００４７】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態に係るモータ駆動装置について、以下図面を参
照しながら説明する。

【００４８】第３の実施形態に係るモータ駆動装置は、
上述した第２の実施形態に更に改良を加えたものであ
り、図３はその回路構成を示す図である。以下、図３を
参照しながら第３の実施形態について説明する。

【００４９】図３において、図２に示す第２の実施形態
と同じ構成要件は同じ符号を付与して説明を省略し、異
なる部分を中心に説明する。図３において、２５，２６
及び２７はそれぞれＭＯＳトランジスタＱ１１，Ｑ９及
びＱ７用の前置駆動回路、１５，１６及び１７はＭＯＳ
トランジスタＱ１２，Ｑ１０及びＱ８用の前置駆動回路
であり、前置駆動回路１５，１６及び１７には貫通防止
回路を内蔵している。また、Ｑ１３はスイッチ手段とし
てのＭＯＳトランジスタ、３１はシンクロナス制御回
路、３２は遅延回路、３３は抵抗器、３４は上側スイッ
チング素子用のもの（２５〜２７）と同様な構成の前置
駆動回路である。

【００５０】そして、シンクロナス制御回路３１は、ス
ピンドルモータの位置検出信号又はモータコイル２２〜
２４の逆起電力を基に、スピンドルモータの回転位置に
応じた電気的な通電位置を指定するための回路であり、
複数相のモータコイル２２〜２４のうち最も電位の高い
相と、最も電位の低い相とを指定し、最も電位の高い相
では上側スイッチング素子（例えば、Ｕ相であればＭＯ
ＳトランジスタＱ１１）のみを導通させ、最も電位の低
い相では下側スイッチング素子（例えば、Ｗ相であれば
ＭＯＳトランジスタＱ８）のみを導通させ、その時点で
のその他のスイッチング素子（Ｑ７，Ｑ９，Ｑ１０，Ｑ
１２）をオフ状態にする制御信号を各スイッチング素子
用毎に発生する。この動作は、スピンドルモータの回転
位置に合わせて順次最適な導通箇所を指定する制御信号
を発生する。

【００５１】前置駆動回路１５〜１７及び２５〜２７の
各回路は、シンクロナス制御回路３１から出力される専
用の制御信号を受けて、出力に接続された各ＭＯＳトラ
ンジスタＱ７〜Ｑ１２をスイッチング駆動する。

【００５２】基本的には上述の構成でシクロナス機能を
果たすモータ駆動装置を実現できるが、上側スイッチン
グ素子を駆動する前置駆動回路と、下側スイッチング素
子を駆動する前置駆動回路とを全く同じ回路構成にする
と、下記のような問題が生じる。

【００５３】スイッチング素子がスイッチング動作する
時、オフ状態からオン状態に切り替わるときの動作遅延
時間ｔ１は小さいのに、オン状態からオフ状態に切り替
わるときの動作遅延時間ｔ２が大きくなる一般的な傾向
がある。従って、プッシュプル駆動回路を構成する上側
スイッチング素子（例えばＭＯＳトランジスタＱ１１）
がオン状態からオフ状態に切り替わる時間がｔ２で行わ
れ、下側スイッチング素子（例えばＭＯＳトランジスタ
Ｑ１２）がオフ状態からオン状態に切り替わる時間がｔ
１で行われ、上側スイッチング素子のオン状態から下側
スイッチング素子のオン状態に移行する過渡期に、上下
２つのスイッチング素子（例えばＭＯＳトランジスタＱ
１１とＱ１２）が同時にオンする時間が生じる。この
時、電源ライン８と接地点との間を瞬間的に短絡するこ
とになり、過大な電流が流れて、リトラクト動作時にモ
ータコイル２２〜２４に蓄積している電磁エネルギーを
早く消費してしまい、リトラクト動作を完了するのに必
要な時間まで、電磁エネルギーを十分に確保できない。
この過大電流によるスイッチングノイズが周辺回路に混
入するという問題もあり、シンクロナス制御回路を用い
るが為に色々な弊害を起こす。

【００５４】そこで、次のような工夫を加えた。Ｕ相の
下側スイッチング素子用の前置駆動回路１５として、上
側スイッチング素子用の前置駆動回路（例えば２５）と
同様な回路構成になっている前置駆動回路３４の出力に
貫通防止回路を接続し、その貫通防止回路はＭＯＳトラ
ンジスタＱ１３及び遅延回路３２で構成した。更に、上
述の第２の実施形態と同様にＭＯＳトランジスタＱ１２
のドレイン・ゲート間に定電圧素子１８を接続して過電
圧保護を図るとともに、ＭＯＳトランジスタＱ１３のド
レインに抵抗器３３を接続した。抵抗器３３は、貫通防
止機能より過電圧保護機能を優先させるために設けてい
る。なお、Ｖ相の前置駆動回路１６もＷ相の前置駆動回
路１７もこれと同様な構成をしている。

【００５５】以上に工夫した構成についての回路動作を
以下に説明する。

【００５６】遅延回路３２及び前置駆動回路３４は、シ
ンクロナス制御回路３１から配信される制御信号を基に
動作し、遅延回路３２はその制御信号を所定時間遅延さ
せる。その遅延時間は、０．１〜１μＳであり、プッシ
ュプル駆動回路を構成する上側スイッチング素子となる
ＭＯＳトランジスタＱ１１がターンオフする時の遅延時
間より大きめに設定する。そして、前置駆動回路３４が
シンクロナス制御信号に応じて動作し、その出力信号が
ローレベルからハイレベルに切り替わるとき、その出力
信号に応じてＭＯＳトランジスタＱ１２がターンオンす
る。貫通電流が生じる主因は、ＭＯＳトランジスタＱ１
２のターンオンする時の遅延時間よりＭＯＳトランジス
タＱ１１のターンオフする時の遅延時間の方が大きいこ
とによるので、前置駆動回路３４の出力電圧が立ち上が
る時、所定時間ほどＭＯＳトランジスタＱ１３をオン状
態にして、前置駆動回路３４の出力電圧の立ち上がり時
間を遅らせる。すると、ＭＯＳトランジスタＱ１２のタ
ーンオンする時間が所定時間ほど遅れることになり、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ１１がターンオフした後にＭＯＳト
ランジスタＱ１２をターンオンさせることができ、その
結果、プッシュプル駆動回路がスイッチング動作する時
の貫通電流を防止することができる。

【００５７】ただ、ＭＯＳトランジスタＱ１２がターン
オンする時間を遅らせるだけの対策であると、プッシュ
プル駆動回路をスイッチング動作させる過程でＭＯＳト
ランジスタＱ１１とＱ１２の両方がオフする時間が生じ
て、モータコイル２２の逆起電力パルスのレベルが上述
した第２の従来例よりも大きくなり、過電圧保護の必要
性が高くなる。ところが、ＭＯＳトランジスタＱ１２の
ドレイン・ゲート間に定電圧素子１８を接続しただけで
は、上述したＭＯＳトランジスタＱ１３がオンしている
と、定電圧素子１８で逆起電力パルスを検出してもＭＯ
ＳトランジスタＱ１２のゲート電位をハイレベルにでき
ない。そこで、ＭＯＳトランジスタＱ１３と直列に抵抗
器３３を接続して、その端子間に電圧降下を発生させる
ようにしている。このようにすると、ＭＯＳトランジス
タＱ１３がオンしていても、定電圧素子１８によって逆
起電力パルスを検出すると、抵抗器３３で電圧降下が発
生するため、ＭＯＳトランジスタＱ１２をオンさせるこ
とができ、逆起電力パルスの発生時には優先的に過電圧
保護することができる。

【００５８】ただし、前置駆動回路３４の出力電圧波形
が立ち上がる時、その出力電圧波形が暫く立ち上がらな
いように、ＭＯＳトランジスタＱ１３の導通によって低
電位側に引き込ませる必要があるため、抵抗器３３の抵
抗値は比較的小さい値に設定する。その抵抗値として
は、１００Ω〜数百Ωに設定すれば良い。このようにす
れば、抵抗器３３を付加していたとしても、ＭＯＳトラ
ンジスタＱ１３のオン動作によって、前置駆動回路３４
の出力電圧波形の立ち上がりを遅らせて、プッシュプル
駆動回路（Ｑ１１，Ｑ１２）の貫通電流を防止すること
は可能であり、逆起電力パルスを検出した際には、抵抗
器３３の電圧降下によってＭＯＳトランジスタＱ１２を
オンさせ、過電圧保護を優先的に行うことができる。

【００５９】ここで、図６および図７を用いて、過電圧
保護の効果について説明する。図６は過電圧対策前のモ
ータ駆動装置の出力波形を示す図であり、モータコイル
を矩形波の電流で駆動している時の各相の出力電圧波形
はＵ相、Ｖ相、Ｗ相で電気角１２０度ずつずれており、
電流の切り替わり点で逆起電力パルスが発生し、そのレ
ベルはＶａに達している。この逆起電力パルスＶａのレ
ベルは、上側と下側の両方のスイッチング素子がオフす
ると電源電圧Ｖｃｃの３〜４倍の電圧になる。下側スイ
ッチング素子をオフさせるとともに上側スイッチング素
子をオンさせて出力をハイレベルにする際に発生する逆
起電力パルスは、そのレベルが電源電圧Ｖｃｃに達する
までは、上側スイッチング素子のオン動作によってエネ
ルギーがある程度放電されることから、この時の逆起電
力パルスのレベルは電源電圧Ｖｃｃの約２倍程度にな
る。

【００６０】図７は、過電圧対策後のモータ駆動装置の
出力電圧波形を示す図であり、定電圧素子と下側スイッ
チング素子とによるクランプ動作によって、逆起電力パ
ルスをＶｓのレベルに制限している。この時、クランプ
レベルＶｓがスイッチング素子（Ｑ８，Ｑ１０，Ｑ１
２）の耐圧レベル以下になるように、定電圧素子（１８
〜２０）の降伏電圧を設定すればよい。この降伏電圧の
設定は、直列接続する素子の個数や、通常のシリコンダ
イオードおよびツェナーダイオードの組み合わせを適宜
選択すれば任意に実施できる。

【００６１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のコイル
負荷の駆動装置は、プッシュプル動作でコイル負荷をス
イッチング駆動する時に生じる逆起電力パルスを、定電
圧素子で検出して下側スイッチング素子を導通させるた
め、逆起電力パルスのレベルを制限することができ、こ
れによって下側スイッチング素子を過電圧から保護する
ことができる。

【００６２】第２の発明のモータ駆動装置は、不慮の事
故により電源が遮断された時、スピンドルモータが停止
するまでの過渡期に生じる誘起電圧を活用してリトラク
ト動作を行う一方、誘起電圧に含まれる逆起電力パルス
を定電圧素子で検出して下側スイッチング素子を導通す
るため、リトラクト動作時に生じる過電圧のレベルを制
限して下側スイッチング素子を保護することができる。

【００６３】第３の発明のモータ駆動装置は、貫通電流
が生じることなくスイッチング駆動することができる一
方、リトラクト動作時にはモータコイルで生じる逆起電
力パルスに対する過電圧保護が優先的に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るコイル負荷の駆動装
置の回路構成図

【図２】本発明の第２の実施形態に係るモータ駆動装置
の回路構成図

【図３】本発明の第３の実施形態に係るモータ駆動装置
の回路構成図

【図４】従来のコイル負荷駆動装置の回路構成図

【図５】従来のモータ駆動装置の回路構成図

【図６】対策前のモータ駆動装置の出力波形を示す図

【図７】過電圧保護対策後のモータ駆動装置の出力波形
を示す図

【符号の説明】

１〜６ 前置駆動回路 ７ ボイスコイル ８ 電源ライン ９〜１４ 前置駆動回路 １８〜２０ 定電圧素子 ２２ Ｕ相のモータコイル ２３ Ｖ相のモータコイル ２４ Ｗ相のモータコイル ５１〜５４ ＭＯＳトランジスタ ５５ コイル負荷 ５６，５７ 定電圧素子 Ｑ１〜Ｑ１３ ＭＯＳトランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上道 秀嗣 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 城越 英樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H540 AA07 BA06 GG02 5H570 BB02 BB07 BB09 HA08 JJ25 MM03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源端子間に上側スイッチング素子と下
   側スイッチング素子とを直列接続して構成されると共
   に、モータ等のコイル負荷に駆動電流を与えるプッシュ
   プル駆動回路と、前記プッシュプル駆動回路の出力と前
   記下側スイッチング素子の入力との間に接続された定電
   圧素子とを備え、前記プッシュプル駆動回路の出力に逆
   起電力パルスが生じた時に前記定電圧素子を通じて前記
   下側スイッチング素子を導通させて前記出力の電圧を制
   限することを特徴とするコイル負荷の駆動装置。
2. 【請求項２】 前記定電圧素子をツェナーダイオードま
   たはダイオード直列回路で構成することを特徴とする請
   求項１記載のコイル負荷の駆動装置。
3. 【請求項３】 自身の電流路と逆並列にダイオードを接
   続した上側スイッチング素子及び下側スイッチング素子
   と、 電源ラインと接地点との間に前記上側スイッチング素子
   と前記下側スイッチング素子とを直列接続して構成され
   ると共に、複数相のモータコイルに駆動電流を与える複
   数のプッシュプル駆動回路と、 前記複数のプッシュプル駆動回路の出力と、同じ駆動回
   路内に設けられた前記下側スイッチング素子の入力との
   間に接続される定電圧素子と、 前記電源ラインと電源端子との間に接続されたアイソレ
   ート用のスイッチ素子と、 前記電源ライン及び前記接地点からの電源供給によって
   動作するボイスコイル駆動回路とを備え、 前記プッシュプル駆動回路の出力に逆起電力パルスが生
   じた時に前記定電圧素子を通じて前記下側スイッチング
   素子を導通させて前記出力の電圧を制限することを特徴
   とするモータ駆動装置。
4. 【請求項４】 自身の電流路と逆並列にダイオードを接
   続した上側スイッチング素子及び下側スイッチング素子
   と、 電源ラインと接地点との間に前記上側スイッチング素子
   と前記下側スイッチング素子とを直列接続して構成され
   ると共に、複数相のモータコイルに駆動電流を与える複
   数のプッシュプル駆動回路と、 前記複数相毎に設けられ前記上側スイッチング素子の入
   力をスイッチング制御する第１種類の前置駆動回路と、 前記複数相毎に設けられ前記下側スイッチング素子の入
   力をスイッチング制御する第２種類の前置駆動回路と、 前記複数のプッシュプル駆動回路の出力と、同じ駆動回
   路内に設けられた前記下側スイッチング素子の入力との
   間に接続される定電圧素子と、 前記各相の下側スイッチング素子毎の入力と接地点との
   間に接続された抵抗器とスイッチ手段との直列回路と、 前記電源ラインと電源端子との間に接続されると共に電
   源オン時には常時導通し電源オフ時にはオフして前記電
   源ラインと前記電源端子との間をアイソレートするスイ
   ッチ素子と、 前記電源ライン及び前記接地点からの電源供給によって
   動作するボイスコイル駆動回路と、 前記スイッチ手段を所定時間オンさせて前記第２種類の
   前置駆動回路の立ち上がり波形を遅らせる手段とを備
   え、 前記プッシュプル駆動回路の出力に逆起電力パルスが生
   じた時に前記定電圧素子を通じて前記下側スイッチング
   素子を導通させて前記出力の電圧を制限することを特徴
   とするモータ駆動装置。