JP2003348881A - ブラシレス直流1相モータのドライブ回路 - Google Patents
ブラシレス直流1相モータのドライブ回路Info
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Abstract
の還流電流の吸収を、スイッチング素子に高熱を発生さ
せず、また、電解コンデンサ群を使用せずに行わせるこ
とができ、放熱に関係するコストの上昇を抑える。 【解決手段】 モータコイルLを間においてHブリッジ
回路をなす4つのスイッチング素子Q1〜Q4を備え、
それらのON/OFF制御のデューティ比を変化させて
モータ速度を制御するブラシレス直流1相モータのドラ
イブ回路において、デューティ比が100%未満のとき
にONからOFFするアース側スイッチング素子Q3又
はQ4のOFF期間におけるモータコイルLからの電源
電流を、電源側スイッチング素子Q1,Q2の電源側共
通接続部よりも電源側に設けられたコンデンサC1に吸
収させる通電路38,39を設ける。従来、必要とした
電源側スイッチング素子の電源側端子及びアース間のコ
ンデンサ群を除去する。
Description
で発生する熱を外部に排出するファンモータに好適なブ
ラシレス直流1相モータに係り、特にそのドライブ回路
に関するものである。
ー機等のOA機器のように、多数の電子部品を比較的狭
い筐体内に収容した電子機器においては、上記電子部品
から発生する熱が筐体内にこもり、電子部品を熱破壊さ
せる虞がある。そこで、このような電子機器の筐体の壁
面や天井面に通気口を設け、その通気口にファンモータ
を取り付けて筐体内の熱を外部に排出するようにしてい
る。
1相モータを用いることが少なくないが、このようなブ
ラシレス直流1相モータの従来のドライブ回路を図3を
参照しつつ説明する。この図において、+Bはブラシレ
ス直流1相モータのコイル(モータコイル)L駆動用の
直流電源を示す。
子、ここではMOS形パワーFET(電界効果トランジ
スタ)Q1〜Q4、ダイオードD1及び電解コンデンサ
群31を備えて構成されている。DC−DCコンバータ
34は直流電源+Bの電圧以下の直流電源をプリドライ
ブ回路35に供給する電圧変換回路である。プリドライ
ブ回路35は、モータ回転位置検出器36及びPWM
(pulse width modulation)におけるデューティ比設定
器37から信号を受け、適宜設定されたデューティ比に
応じたゲート信号GS1〜GS4をFET Q1〜Q4
に供給し、それらをON/OFF制御する回路である。
なお、32はヒューズ、33はフィルタ回路である。
示せず)に備えられ、FET Q1〜Q4によって所定
のON/OFFタイミングで通電され、動的な磁界(回
転磁界)を生成する。モータのロータ(図示せず)には
永久磁石が備えられており、このロータは永久磁石が上
記磁界に追従して回転することにより回転する。
に向かって通電されたときに正転状態になると仮定し
て、上述従来回路の動作を説明する。まず、モータコイ
ルLの図中左端から右端の方向に100%のデューティ
比で回転させるゲート信号GS1〜GS4がプリドライ
ブ回路35からFET Q1〜Q4(ゲートG1〜G
4)に出力されているとする。この場合、FET Q
1,Q4には高レベルのゲート信号GS1,GS4が、
FET Q2,Q3には低レベルのゲート信号GS2,
GS3が出力されている。このとき、FET Q1への
高レベルのゲート信号GS1は、直流電源+Bの電圧を
超える所定レベルまで昇圧されており、FET Q1を
ONしている。FET Q4への高レベルのゲート信号
GS4は、FET Q4をONさせるに足りる程度の電
圧レベルのまま、FET Q4に与えられ、FET Q
4をONしている。一方、FET Q2,Q3には各々
低レベルのゲート信号GS2,GS3が出力されている
ので、FET Q2,Q3は共にOFF状態にある。
ET Q1,Q4へのゲート信号GS1,GS4の高レ
ベル期間毎に、ダイオードD1→Q1(ドレイン・ソー
ス間)→モータコイルL→FET Q4(ドレイン・ソ
ース間)→アースの経路で流れる(実線矢印I1参
照)。FET Q1,Q4のゲート信号GS1,GS4
の立上がり及び立下がりは、デューティ比が100%の
設定であれば常に同時であり、モータ(ロータ)は最速
回転する。
ば50%に下げて回転させる場合には、FET Q4へ
のゲート信号GS4の立下がりタイミングのみについ
て、上述100%時に比べて1/2だけ早い時点とされ
る。これによると、直流電源+Bからの電流が、ダイオ
ードD1→FET Q1→モータコイルL→FET Q
4→アースの経路で流れる期間は上述100%時の半分
となり、モータは最速時の1/2の速度で回転すること
になる。
Q1のON期間、つまり、FETQ1のみがONしてい
てFET Q4がOFFしている期間は、モータコイル
Lからの電源電流I2はFET Q2の寄生ダイオード
を通って電解コンデンサ群31(4つの電解コンデンサ
EC)に吸収される(破線矢印I2参照)。電解コンデ
ンサ群31に吸収された電荷は、FET Q2のON時
に放出される。ダイオードD1は、この時、モータコイ
ルLからの電源電流が直流電源+B側に流れようとする
のを阻止(逆流阻止)する。
号GS2,GS3、FET Q1,Q4に低レベルのゲ
ート信号GS1,GS4が各々出力された場合には、F
ETQ2,Q3がONし、モータコイルLへは図中右端
から左端に向かって通電される。これによれば、FET
Q2,Q3は、ゲート信号GS2,GS3に基づく所
定のデューティ比でモータコイルLに通電して、モータ
を回転(逆転)させる。
な従来技術では、次のような問題点があった。すなわ
ち、上述したように、デューティ比が100%未満に設
定されていると、FET Q1(又はQ2)のみがON
していてFET Q4(又はQ3)がOFFしている期
間が生じる。この期間中、モータコイルLからの電源電
流I2は、FET Q2(又はQ1)の寄生ダイオード
を通って電解コンデンサ群31に吸収されるが(破線矢
印I2参照)、この際、FET Q2(又はQ1)、特
にその寄生ダイオードから高熱が発生するという問題点
があった。また、電解コンデンサ群31が故障、例えば
そのうちの1つの電解コンデンサECが短絡すると、回
路破壊を招くが、電解コンデンサ群31を構成する各電
解コンデンサECは、他の構成部品と比較して寿命が短
く、故障を起こしやすい。したがって、電解コンデンサ
群31が短寿命であることによりドライブ回路、ひいて
はモータを短寿命化するという問題点もあった。
と比較して、部品取付用のプリント基板(図示せず)上
の占有空間が大きく、これを複数備える電解コンデンサ
群31に至っては、そのプリント基板上の占有空間が著
しく大きくなるという問題点もあった。また、プリント
基板上に、このような占有空間の大きな電解コンデンサ
ECないし電解コンデンサ群31を、大きさの制約され
たプリント基板上にFET Q1〜Q4と共に取り付け
ると、FET Q1〜Q4からの発生熱の放熱の妨げと
なる。そこで、放熱効果を高めるために、例えば放熱板
を設けなければならず、コストを上昇させることになっ
た。
るためになされたもので、電源側のスイッチング素子の
発生熱を低減でき、また、デューティ比が100%未満
に設定された際の電源側のスイッチング素子方向への還
流電流の吸収を、モータの短寿命化に起因する電解コン
デンサ群を使用することなく行うことができ、電解コン
デンサ群の使用に起因した種々の問題点を解消できるブ
ラシレス直流1相モータのドライブ回路を提供すること
を目的とする。
に、請求項1に記載の発明は、2つのスイッチング素子
の直列接続体が一対、電源・アース間に接続され、それ
ら直列接続体の2つのスイッチング素子の接続点相互間
に接続されたモータコイルを、各スイッチング素子のO
N/OFF制御によって任意の方向から、任意のタイミ
ングでON/OFF通電制御可能で、かつ、前記スイッ
チング素子へのON/OFF制御のデューティ比を変化
させてモータ回転速度を制御可能なブラシレス直流1相
モータのドライブ回路において、前記デューティ比が1
00%未満のときにONからOFFするアース側スイッ
チング素子のOFF期間における前記モータコイルから
の電源電流を、前記一対の直列接続体の電源側の共通接
続部よりも電源側にて電源・アース間に接続されたコン
デンサに吸収させる電流還流用通電路を具備することを
特徴とする。
の発明において、電流還流用通電路は、モータコイルの
電源電流出力側コイル端と電源との間に接続され、電源
側から前記モータコイルへの逆流を阻止するダイオード
を備えることを特徴とする。
に記載の発明において、電流還流用通電路は、モータコ
イルの電源電流出力側コイル端の最大ピーク電圧を設定
するツェナダイオードを備えることを特徴とする。
は3に記載の発明において、一対の直列接続体を構成す
るスイッチング素子のうち、一対の電源側スイッチング
素子は、各々寄生ダイオードを有するFETであって、
その各電源側FETと前記一対の直列接続体の電源側の
共通接続部との間に、前記寄生ダイオードとは逆極性に
向けられた逆流阻止用のダイオードが各別に介挿接続さ
れることを特徴とする。
のいずれかに記載の発明において、アース側のスイッチ
ング素子とアースとの間に、逆接防止用のダイオードが
介挿接続されることを特徴とする。
に基づき説明する。図1は、本発明によるブラシレス直
流1相モータのドライブ回路の一実施形態を示す図であ
る。この図において、+Bはブラシレス直流1相モータ
のコイル(モータコイル)L駆動用の直流電源を示す。
ドライブ回路は、4つのスイッチング素子、ここではM
OS形パワーFET(電界効果トランジスタ)Q1〜Q
4、逆流阻止用のダイオードD1,D4,D5、逆接
(電源逆極性接続)防止用のダイオードD6及び電流還
流用通電路38,39を備えて構成されている。
FETと略記する。) Q1〜Q4は、2組のスイッチ
ング素子直列接続体(FET Q1,Q3による第1直
列接続体とFET Q2,Q4による第2直列接続体)
に分けられ、各々直流電源+B及びアース間に順方向に
接続されている。駆動対象であるモータコイルLは、第
1直列接続体を構成するFET Q1,Q3の接続点
と、第2直列接続体を構成するFET Q2,Q4の接
続点との間に接続されている。各FET Q1〜Q4
は、それらのゲートG1〜G4に供給される後述プリド
ライブ回路からのゲート信号(パルス信号)GS1〜G
S4によりON/OFF制御される。
1,第2直列接続体Q1,Q3;Q2,Q4との間に、
直流電源+Bに対して順方向に接続されている。ダイオ
ードD4はダイオードD1とFETQ1との間に、ダイ
オードD5はダイオードD1とFETQ2との間に、各
々FET Q1,Q2の寄生ダイオードとは逆極性(直
流電源+Bに対しては順方向)に接続されている。ダイ
オードD6は、上記第1,第2直列接続体Q1,Q3;
Q2,Q4とアースとの間に、直流電源+Bに対して順
方向に接続されている。なお、本発明回路においては、
ダイオードD1はこれと同極性のダイオードD4,D5
の存在により省略可能である。
端から直流電源+B側を見たとき、順方向のダイオード
D2と逆方向のツェナダイオードZD1,ZD2の直列
体とからなる直列接続回路を備えてなる。この電流還流
用通電路38は、アース間に適宜のコンデンサ、ここで
は後述フィルタ回路を構成するコンデンサが接続された
直流電源+B(ヒューズ32等を介して直流電源+Bと
導通する箇所、例えば図中イ点を含む。)と、FET
Q1,Q3及びモータコイルLの接続点との間に接続さ
れる。
ルL端から直流電源+B側を見たとき、順方向のダイオ
ードD3と、逆方向のツェナダイオードZD3,ZD4
の直列体とからなる直列接続回路を備えてなる。この電
流還流用通電路39は、アース間に適宜のコンデンサ、
ここでは後述フィルタ回路を構成するコンデンサが接続
された直流電源+B(ヒューズ32等を介して直流電源
+Bと導通する箇所、例えば図中イ点を含む。)と、F
ET Q2,Q4及びモータコイルLの接続点との間に
接続される。
ために設けられ、フィルタ回路33は伝導ノイズ、放射
ノイズ等の電気的ノイズを除去するために設けられてい
る。この場合、フィルタ回路33は、コンデンサC1,
C2及びコイルL1,L2を備えて構成され、入力端が
上記ヒューズ32を介して直流電源+Bに、出力端が上
記ダイオードD1のアノードに接続されている。DC−
DCコンバータ34は直流電源+Bの電圧以下の直流電
源をプリドライブ回路35に供給する電圧変換回路であ
る。
検出器36及びPWM(pulse width modulation)にお
けるデューティ比設定器37から信号を受け、デューテ
ィ比設定器37で設定されたデューティ比に応じたゲー
ト信号GS1〜GS4を上記FET Q1〜Q4に供給
し、FETQ1〜Q4をON/OFF制御する回路であ
る。なお、プリドライブ回路35及びFET Q1〜Q
4の各ゲートG1〜G4間には適宜ゲート抵抗(図示せ
ず)が挿入されている。
(図示せず)に備えられ、FETQ1〜Q4によって、
上記デューティ比に応じた所定のON/OFFタイミン
グで通電され、動的な磁界(回転磁界)を生成する。モ
ータのロータ(図示せず)には永久磁石が備えられてお
り、このロータは永久磁石が上記磁界に追従して回転す
ることにより回転する。
に向かって通電されたときに正転状態(本モータがファ
ンモータに適用された場合には送風状態)になると仮定
して、上述従来回路の動作を説明する。まず、モータコ
イルLの図中左端から右端の方向に100%のデューテ
ィ比、換言すれば最速設定で回転させるゲート信号GS
1〜GS4がプリドライブ回路35からFET Q1〜
Q4(ゲートG1〜G4)に出力されているとする。こ
の場合は、FET Q1,Q4に高レベルのゲート信号
GS1,GS4、FETQ2,Q3に低レベルのゲート
信号GS2,GS3が各々出力されていることになる。
このとき、FET Q1への高レベルのゲート信号GS
1は、直流電源+Bの電圧を超える所定レベルまで昇圧
されており、FET Q1をONしている。FET Q
4への高レベルのゲート信号GS4は、直流電源+Bの
電圧以下であって、FET Q4をONさせるに足りる
程度の電圧レベルのまま、FET Q4に与えられ、F
ET Q4をONしている。一方、FET Q2,Q3
には各々低レベルのゲート信号GS2,GS3が出力さ
れているので、FET Q2,Q3は共にOFF状態に
ある。
ET Q1,Q4へのゲート信号GS1,GS4の高レ
ベル期間毎に、ダイオードD1→Q1(ドレイン・ソー
ス間)→モータコイルL→FET Q4(ドレイン・ソ
ース間)→アースの経路で流れる(実線矢印I1参
照)。FET Q1,Q4のゲート信号GS1,GS4
の立上がり及び立下がりは、デューティ比が100%の
設定であれば常に同時であり、モータ(ロータ)は最速
回転する。本モータがファンモータに適用されている場
合には最大量の送風が行われ、取り付けられた電子機器
の筐体内の熱を最大能力にて外部に排出する。なお、F
ET Q1,Q4へのゲート信号GS1,GS4の立上
がり及び立下がりタイミングは、モータ回転位置検出器
36で検出されたモータ(ロータ;永久磁石)の回転位
置信号に従う。
ば50%に下げて回転させる場合には、FET Q4へ
のゲート信号GS4の立下がりタイミングのみについ
て、上述100%時に比べて1/2だけ早い時点とされ
る。すなわち、FET Q1へのゲート信号GS1の高
レベル期間は変えることなく、FET Q4へのゲート
信号GS4の高レベル期間を半減させる。これによる
と、直流電源+Bからの電流が、ダイオードD1→FE
T Q1→モータコイルL→FET Q4→アースの経
路で流れる期間は上述100%時の半分となり、モータ
は最速時の1/2の速度で回転することになる。
Q1のON期間、つまり、FETQ1のみがONしてい
てFET Q4がOFFしている期間は、モータコイル
Lからの電源電流I3は電流還流用通電路39を通って
直流電源+B側のコンデンサ、ここではフィルタ回路3
3を構成するコンデンサC1に吸収される。
ティ比が100%未満のときにONからOFFするアー
ス側スイッチング素子、ここではFET Q4のOFF
期間の、モータコイルLからの電源電流を、FET Q
2の寄生ダイオードを通して還流するものではない。こ
れによれば、上記OFF期間の上記寄生ダイオードへの
通電により同寄生ダイオードから高熱が発生するという
問題点が解消され、したがって、放熱効果を高めるため
のコストの上昇が抑えられる等、寄生ダイオードからの
高熱発生に起因する問題点の解消される。
おける電解コンデンサ群31(図3参照)を用いること
がなく、したがって、同電解コンデンサ群31の使用に
起因した問題点も解消でき、次のような効果を発揮でき
る。すなわち、ドライブ回路ひいてはそれにより駆動さ
れるモータの短寿命化を防止でき、また、部品取付用の
プリント基板(図示せず)上の部品占有空間を大きくす
ることや、FET Q1〜Q4からの発生熱の放熱を妨
げること等を防止できる。
ータコイルL端から直流電源+B側を見たとき順方向の
ダイオードD3を備えているので、電源側、すなわち図
中イ点からモータコイルLへ電流が逆流すること(モー
タコイルLへの直流電源+Bの直接の流込み)を阻止で
きる。これによれば、図示電流還流用通電路39の付加
による上記FET Q4のOFF期間の電源電流の還流
を簡単な構成にて支障なく実現させ得る。また電流還流
用通電路39は、モータコイルLの電源電流出力側コイ
ル端(図中、左端)直流電源+B側を見たとき逆方向の
ツェナダイオードZD3,ZD4を備えているので、同
電源電流出力側コイル端の最大ピーク電圧の設定が可能
となる。これによれば、ダイオードD3やコンデンサC
1等を過電流から保護できる。なお、上記最大ピーク電
圧の設定は、ツェナダイオードの直列接続個数等により
増減可能である。
ードD1とFETQ2との間に、FET Q2の寄生ダ
イオードとは逆極性(直流電源+Bに対しては順方向)
に接続されている。したがって、本来、電流還流用通電
路39を通ってコンデンサC1に吸収されるべき電流が
FET Q2の寄生ダイオードを通ってFET Q1,
Q2の直流電源+B側へ回り込むことを防止できる。ま
た図示例では、第1,第2直列接続体Q1,Q3;Q
2,Q4とアースとの間に、直流電源+Bに対して順方
向にダイオードD6が接続され、直流電源+Bの逆接防
止が図られている。したがって、直流電源+Bの逆接に
よる回路素子の損傷、破壊等が防止でき、信頼性を増
す。
号GS2,GS3、FET Q1,Q4に低レベルのゲ
ート信号GS1,GS4が各々出力された場合には、F
ETQ1,Q4がOFFし、それに代わってFET Q
2,Q3がONし、モータコイルLへは図中右端から左
端に向かって通電される。これによれば、FETQ2,
Q3は、正転時のFET Q1,Q4と同様に動作し、
FET Q2,Q3へのゲート信号GS2,GS3に基
づく所定のデューティ比でモータコイルLに通電して、
モータを回転(逆転)させる。ここで、ダイオードD
2、ツェナダイオードZD1,ZD2及びダイオードD
4は、各々ダイオードD3、ツェナダイオードZD3,
ZD4及びダイオードD5に相当する。したがって、上
述モータ逆転時においても、モータ正転時におけるダイ
オードD3、ツェナダイオードZD3,ZD4及びダイ
オードD5による作用、効果と同様の作用、効果が得ら
れる。
てもよく、この場合は、図2に示すように、ノイズ除去
兼用のコンデンサC3に還流電流の吸収を行わせる。コ
ンデンサC1,C3の容量は、電流I3の値や図示回路
中の直流電源+Bのラインやこれと導通するライン、例
えば直流電源+Bを供給する電源回路(図示せず)の電
源ライン及びアース間に接続されるコンデンサ(図示せ
ず)の容量等によって適宜設定される。なお、上掲各図
において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
によれば、デューティ比が100%未満に設定された際
の還流電流の吸収を、電源側スイッチング素子に高熱を
発生させることなく行うことができる。また、上記還流
電流の吸収を、電解コンデンサ群を使用することなく行
うことができ、電解コンデンサ群の使用に起因した種々
の問題点を解消できる。すなわち、ドライブ回路ひいて
はそれにより駆動されるモータの短寿命化や、部品取付
用のプリント基板上の部品占有空間が大きくなること等
を防止でき、また、電解コンデンサ群が放熱を妨害する
ことにより付加される放熱板の除去が可能となる等の利
点があり、コストの低減が図れる。
用通電路の付加による電源側からモータコイル電流が逆
流することを簡単な構成で阻止でき、請求項1の発明を
低コストにて実現できる。
イルの電源電流出力側コイル端の最大ピーク電圧の設定
が可能となり、回路中のコンデンサやダイオード等を過
電流から保護できる。
ング素子が寄生ダイオードを有するFETである場合
に、電流還流用通電路を通ってコンデンサに吸収される
べき電流が寄生ダイオードを通って電源側へ回り込むこ
とを防止できる。
直流電源の逆接(逆極性接続)が防止され、電源逆接に
よる回路素子の損傷、破壊等が防止でき、信頼性を増
す。
グ素子) Q3,Q4 MOS形パワーFET(アース側スイッチ
ング素子) +B 直流電源 L モータコイル C1 コンデンサ 38,39 電流還流用通電路
Claims (5)
- 【請求項1】 2つのスイッチング素子の直列接続体が
一対、電源・アース間に接続され、それら直列接続体の
2つのスイッチング素子の接続点相互間に接続されたモ
ータコイルを、各スイッチング素子のON/OFF制御
によって任意の方向から、任意のタイミングでON/O
FF通電制御可能で、かつ、前記スイッチング素子への
ON/OFF制御のデューティ比を変化させてモータ回
転速度を制御可能なブラシレス直流1相モータのドライ
ブ回路において、 前記デューティ比が100%未満のときにONからOF
Fするアース側スイッチング素子のOFF期間における
前記モータコイルからの電源電流を、前記一対の直列接
続体の電源側の共通接続部よりも電源側にて電源・アー
ス間に接続されたコンデンサに吸収させる電流還流用通
電路を具備することを特徴とするブラシレス直流1相モ
ータのドライブ回路。 - 【請求項2】 電流還流用通電路は、モータコイルの電
源電流出力側コイル端と電源との間に接続され、電源側
から前記モータコイルへの逆流を阻止するダイオードを
備えることを特徴とする請求項1に記載のブラシレス直
流1相モータのドライブ回路。 - 【請求項3】 電流還流用通電路は、モータコイルの電
源電流出力側コイル端の最大ピーク電圧を設定するツェ
ナダイオードを備えることを特徴とする請求項1又は2
に記載のブラシレス直流1相モータのドライブ回路。 - 【請求項4】 一対の直列接続体を構成するスイッチン
グ素子のうち、一対の電源側スイッチング素子は、各々
寄生ダイオードを有するFETであって、その各電源側
FETと前記一対の直列接続体の電源側の共通接続部と
の間に、前記寄生ダイオードとは逆極性に向けられた逆
流阻止用のダイオードが各別に介挿接続されることを特
徴とする請求項1、2又は3に記載のブラシレス直流1
相モータのドライブ回路。 - 【請求項5】 アース側のスイッチング素子とアースと
の間に、逆接防止用のダイオードが介挿接続されること
を特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のブラシ
レス直流1相モータのドライブ回路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002149204A JP3932409B2 (ja) | 2002-05-23 | 2002-05-23 | ブラシレス直流1相モータのドライブ回路 |
US10/439,905 US6933688B2 (en) | 2002-05-23 | 2003-05-16 | Brushless direct current monophase motor drive circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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