【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ファンモータ等のＤＣモータにおいて，特にロータの回転を検出するホール素子等の位置検出素子の信号に基づいてステータのコイルに双方向に電流を通流して，駆動制御するＤＣモータ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子機器や制御機器は熱に弱く、発熱を伴う場合には冷却を行う必要がある。このとき、自然冷却では冷却力が不足することから、機器の正常動作確保のために、軸流ファン、横流ファン、遠心ファン等のファンにより強制的に冷却することが従来から行われている。そして、ＤＣブラシレスモータは、高信頼性、長寿命という優れた特性から、この種の機器冷却用ファンの駆動用に適している。
【０００３】
図２は従来のＤＣブラシレスモータの駆動装置の概略構成を示し、図２に示すように、直流電源の正端子＋Ｖ及び負端子ＧＮＤ間にはフルブリッジ接続された４個のスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４から成るスイッチ部１が設けられている。（例えば，特許文献１参照。）
このとき、ＰＮＰ型トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタが共に正端子＋Ｖに接続され、ＮＰＮ型トランジスタＱ３、Ｑ４のエミッタが共に負端子ＧＮＤに接続され、トランジスタＱ１、Ｑ３のコレクタ同士及びトランジスタＱ２、Ｑ４のコレクタ同士が接続されている。
【０００４】
また、トランジスタＱ１、Ｑ３のコレクタ同士の接続点Ｐ１と、トランジスタＱ２、Ｑ４のコレクタ同士の接続点Ｐ２との間には、ＤＣブラシレスモータ（図示せず）のロータに巻回されて直列接続された単相のモータコイルＬ１、Ｌ２の両端がそれぞれ接続されている。
【０００５】
このようなスイッチ部１は、図２に示す駆動用ＩＣ２及びドライブ回路３により制御され、駆動用ＩＣ２の出力に応じ、ドライブ回路３から各トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のベースにオン制御信号が出力されて各トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４がオン、オフされる。このとき、トランジスタＱ１、Ｑ４が同時にオンし、トランジスタＱ２、Ｑ３が同時にオンするように、ドライブ回路３からオン制御信号が出力される。
【０００６】
ところで、図２に示すように、駆動用ＩＣ２にはロータのステータに対する回転位置を磁気的に検出して検出信号を出力するホール素子Ｈの両出力端子が接続され、このホール素子Ｈの一端は限流用の抵抗Ｒ１を介して直流電源の正端子＋Ｖに、他端は負端子ＧＮＤにそれぞれ接続されている。そして、ホール素子Ｈから駆動用ＩＣ２に出力される検出信号に基づき、駆動用ＩＣ２により相切り換えのタイミングが検知され、この相切り換えのタイミングで駆動用ＩＣ２からドライブ回路３に駆動信号が出力される。
【０００７】
また、図２に示すように、直流電源の正端子＋Ｖと駆動用ＩＣ２の電源端子との間には駆動用ＩＣ２への動作電圧供給用の抵抗Ｒ２が設けられ、この抵抗Ｒ２と負端子ＧＮＤとの間には、２個の分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路が設けられている。更に、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ１との直列回路から成る充放電回路４が両分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路に並列に接続され、両分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点Ｐ３と、抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ１の接続点Ｐ４とが駆動用ＩＣ２の入力端子に接続されている。
【０００８】
ここで、駆動用ＩＣ２は、相切り換えのタイミングで動作してコンデンサＣ１を放電する放電用トランジスタを内蔵すると共に、接続点Ｐ３とＰ４の電圧を比較する比較器を内蔵している。そのため、コンデンサＣ１の放電によって接続点Ｐ４の電圧が接続点Ｐ３の電圧よりも低下している間、ドライブ回路３に対して全トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を一定時間オフすべく休止指令信号を出力する。このように、全トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４をオフした一定の休止時間（例えば数百μｓ）を設けることによって、例えばトランジスタＱ１、Ｑ３（或いはトランジスタＱ２、Ｑ４）の同時オンによる過大な貫通電流の通流を阻止し、トランジスタＱ１、Ｑ３（或いはトランジスタＱ２、Ｑ４）が破壊されることを防止している。
【０００９】
従って、相切り換えのタイミングでスイッチ部１のすべてのトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が一定の休止時間オフ状態となり、その後例えばトランジスタＱ１、Ｑ４がオンされてモータコイルＬ１、Ｌ２に、図２中の実線矢印方向に電流が流れ、再びすべてのトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が一定の休止時間オフ状態となった後、トランジスタＱ２、Ｑ３がオンされてモータコイルＬ１、Ｌ２に、図２中の破線矢印方向に電流が流れ、このような動作が繰り返しによってモータコイルＬ１、Ｌ２に発生する交番磁界とモータマグネットの形成磁界とが反発し、これによりロータに回転力が作用してモータが回転する。
【００１０】
以上が基本回路の動作であるが、使用条件によってはファン高速回転時の機械音を嫌う場合があり，その場合は，その抑制の為，相切換時の電流立ち下がりに傾斜を付ける，所謂ソフトスイッチング回路を搭載したタイプの駆動回路が採用される。その回路図面を図２に示す。
【００１１】
【特許文献１】
特願平１１−１６４８６８号公報
【発明が解決しようとする課題】
ソフトスイッチング回路を搭載するとは，既述の様に相切換時の電流の立ち下がりに傾斜を付けることである。従ってこのままでは図５のタイミングチャートが示すようにトランジスタＱ１のベース電流とトランジスタＱ２のベース電流が同時に流れるタイミングが存在してしまう。（図５に斜線で示した）
この為，前記休止期間を介在させる回路が必要になる。また，前記スイッチング素子に流れる電流がＯＦＦを始めてから完全にＯＦＦするまでの時間はばらつきがあるため実際の休止時間の設定値はマージンを見込んで決める為ソフトスイッチング回路が無いときよりも長くなる。
【００１２】
この為，例えば電源電圧を上げていくとロータの回転周期は減少するが休止時間は電源電圧に関係なく一定である為，ロータの回転周期に対する休止時間の割合が次第に大きくなり，その結果電源電圧を上げてもモータの回転数はあまり上昇しないと言う不都合が生じる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決する為に上下短絡防止回路を搭載する。すなわち、本発明は、ロータのステータに対する回転位置を検出して検出信号を出力する回転位置検出部と，直流電源の正，負端子間に，フルブリッジ接続された４個のスイッチング素子からなりブリッジの向かい合う対辺に配設された一方のスイッチング素子対及び残りの他方のスイッチング素子対が交互にオンしてモータコイルに双方向に電流を通流するスイッチ部と，前記一方のスイッチング素子対のオンと前記他方のスイッチング素子対のオンとの間にすべての前記スイッチング素子をオフとする休止時間を設定する為の休止時間設定部と，前記検出信号及び前記休止設定部からの信号により前記各スイッチング素子の制御端子に所定のタイミングでオン制御信号を出力して前記一方のスイッチング素子対及び前記他方のスイッチング素子対を前記休止時間を挟んで交互にオンさせる制御部とを備えた単相ブラシレスモ−タ用ドライブ回路において，
前記一方のスイッチング素子対のオン状態からオフ状態への切替り動作を時定数を持たせ徐々に行うソフトスイッチング回路と，ソフトスイッチング時，前記休止時間がとれなくなる事による上下短絡の発生を防止すべくソフトスイッチング時，他方のスイッチング素子対を含むフルブリッジ接続された４個のスイッチング素子全てをオンさせない上下短絡防止回路とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
この場合、前記ソフトスイッチング回路が抵抗及びコンデンサから成る充放電回路で両スイッチング素子対に各々対応している構成とすることができ、前記上下短絡防止回路が抵抗，ダイオード，トランジスタから成る構成で両スイッチング素子対に各々対応している構成としてもよい。
【００１５】
以下，本回路の動作を説明する。前記両スイッチング素子対に対応するドライブ回路をドライブするＩＣの２出力――前記スイッチング素子対にドライブ回路を介して対応する――の内の１出力がアクティブである場合を想定する。
【００１６】
この出力に対応する前記一方のスイッチング素子対が導通しているとして，今本ＩＣ出力がＯＦＦする場合を想定するとソフトスイッチング回路を搭載している為ある時間（＝Ｔｓ）だけアクティブ状態が継続し前記一方のスイッチング素子対に電流が流れることを継続する。この時（正確にはＩＣがＯＦＦした時，またはソフトスイッチング動作を開始した時）前記上下短絡防止回路が働き前記両スイッチング素子対をドライブする前記ＩＣの２出力を強制的にＯＦＦする。
【００１７】
従って他方のスイッチング素子対がアクティブになることは決して起こらず，上下短絡も起こり得ない。
【００１８】
また，ソフトスイッチングが終了すると，換言すれば前記一方スイッチング素子対に流れる電流が０となると，自動的に上下短絡防止回路による前記ＩＣの２出力の強制ＯＦＦが解除されるので，ソフトスイッチのばらつきを考慮してマージンを見込んで休止時間を決定する必要が無く，前記休止時間が最小限に押さえられる。
【００１９】
この事により，ロータの回転周期に対する休止時間の割合が次第に大きくなり，その結果電源電圧を上げてもモータの回転数はあまり上昇しないと言う不都合を回避できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明を電子機器や制御機器等の強制冷却ファンの駆動に使用するＤＣブラシレスモータに適用した場合の一実施形態について図１を参照して詳細に説明する。但し，図１は本発明の概略回路図である。
【００２１】
今，回転位置検出器ＨＥのＩＣへの入力端子９，１０ピンのＨ，Ｌパターンより１３ピンがアクティブ（論理レベル：Ｈ）になるとドライブ回路の出力端子Ａはローアクティブの特性を持ちほぼ０ボルトになり，トランジスタ：Ｑ１のベース，トランジスタ：Ｑ５のベースから電流を引っ張るのでトランジスタＱ１，トランジスタＱ５は導通する。この時，ソフトスイッチング回路を構成するコンデンサＣ２にも電荷がおおよそ電源電圧分チャージされる。
【００２２】
トランジスタＱ５が導通するとトランジスタＱ５のコレクタから流出した電流は一部はＲ８に流入して電圧効果を発生し，トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ３を導通させる。又一部は抵抗Ｒ１２を経て，ドライブ回路のＡ端子がほぼ０ボルトなのでダイオードＤ１を経て，ドライブ回路のＡ端子へ流入する。
【００２３】
以上より，電源の＋端子からトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ，ステータコイルＬ１，Ｌ２，トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ３のドレインーソースを介して電流がＣ１の向きに流れ電源の−端子に流入する。この時，コイルＬ１，Ｌ２を通じて発生する磁界とロータに搭載された永久磁石の極性の関係で反発力が発生し、ロータは回転する。
【００２４】
一定時間経過後，ロータの回転に同期して回転位置検出器ＨＥの出力が変化してＩＣの１３ピンがＬに反転するとドライブ回路の出力端子ＡもイナクティブになりＨに反転し始める。しかし，ソフトスイッチ回路が組みこまれているので，前記出力端子Ａがイナクティブに成っても直ぐにはＨにまで回復しない。
【００２５】
この理由は，コンデンサＣ２に電荷がおおよそ電源電圧分チャージされているので，トランジスタＱ１，トランジスタＱ５のベース電流はコンデンサＣ２に流入し，チャージされている電荷を極性の違いから相殺する（見掛け上はディスチャージされた様に見える）。このディスチャージ時間を経て前記出力端子ＡはＨに回復する。何故ならばコンデンサＣ２が完全にディスチャージされるとコンデンサＣ２両端の電位差がほぼ０Ｖとなるので，前記出力端子Ａは電源電圧にほぼ等しくなるからである。
【００２６】
又，ＩＣの１３ピンがイナクティブになり，前記出力端子ＡがＬからＨに反転し始めるとトランジスタＱ５のコレクタ電流の１部は抵抗Ｒ１２を介してダイオードＤ１に向い，ドライブ回路のその出力端子Ａによりシンクされて流入していたのが，前記出力端子Ａがイナクティブになりシンクされなくなり，且つ，前記出力端子Ａの電位が徐々に上昇する為，そのアノード側とカソード側で電位差が徐々になくなる為ついにはダイオードＤ１には流入できなくなり，逆方向のダイオードＤ２に向けて流れ始めトランジスタＱ７を導通させる。
【００２７】
トランジスタＱ７が導通するとＩＣの５ピン端子は引っ張られ，従って５ピン端子の電位はほぼ０Ｖまで下がる。
【００２８】
本端子は閾値を２つ持っており高電位（Ｖｈ）の方は約２．０Ｖ，低電位（Ｖｌ）の方は約０．８Ｖである。本端子がＶｈをこえているときは本ＩＣの二つの出力（１３ピンと１４ピン）を動作モードにするが、Ｖｌを下回る時は二つの出力をＯＦＦする。（尚，本５ピン端子はＩＣ内部にて抵抗でプルアップされておりオープンの場合は出力は動作モードになる。）
従って，トランジスタＱ７が導通すると本ＩＣの５ピン端子はほぼ０ボルトまで低下するので本ＩＣの二つの出力はＯＦＦする。よってドライブ回路の出力端子ＢもＯＦＦするので，前記他方のスイッチング素子対も当然導通されず，ＯＦＦのままである。
【００２９】
その後ソフトスイッチング動作時間（Ｔｓ）が経過すると，トランジスタＱ１，トランジスタＱ５は完全にＯＦＦし，従って，トランジスタＱ７へダイオードＤ２を介して流入する電流は０となりトランジスタＱ７は完全にＯＦＦする。この時ＩＣの５ピン端子は既述した様に内部的にプルアップされているのでＨに反転しＩＣの二出力端子のＯＦＦを解除する。
【００３０】
従って，既述した様に回転位置検出器ＨＥのステイタス情報からＩＣの１３ピン端子はＯＦＦ，１４ピン端子はアクティブになる。ドライブ回路の前記出力端子Ｂは其れゆえにローアクティブでトランジスタＱ２，トランジスタＱ６のベースを引っ張り両トランジスタを導通させる。この過程で，コンデンサＣ３を充電する。
【００３１】
トランジスタＱ６のコレクタ電流は一部はＲ１１に流入し電圧効果を発生し，トランジスタＱ４（ＦＥＴ）を導通させる。また他の一部はダイオードＤ３を経て前記出力端子Ｂにシンクされる。
【００３２】
以上より電流は電源のブラス端子からトランジスタＱ２のエミッタ−コレクタ間をへてコイルＬ２，コイルＬ１更にトランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ４のドレイン−ソースをへて電流がＣ２の向きで電源のマイナス端子へ流れ込む。この時，コイルＬ２，Ｌ１を通じて発生する磁界とロータに搭載された永久磁石の極性の関係で反発力が発生し、ロータは回転する。
【００３３】
一定時間経過後，ロータの回転に同期して回転位置検出器ＨＥの出力が変化してＩＣの１４ピンがＬに反転するとドライブ回路の出力端子ＢもイナクティブになりＨに反転し始める。しかし，ソフトスイッチ回路が組みこまれているので，前記出力端子Ｂがイナクティブに成っても直ぐにはＨにまで回復しない。
【００３４】
この理由は，既述した様にコンデンサＣ３に電荷がおおよそ電源電圧分チャージされているので，トランジスタＱ２，トランジスタＱ６のベース電流はコンデンサＣ３に流入し，チャージされている電荷を極性の違いから相殺する。（見掛け上はディスチャージされた様に見える。）このディスチャージ時間を経て前記出力端子ＢはＨに回復する。何故ならばコンデンサＣ３が完全にディスチャージされるとコンデンサＣ３の両端の電位差がほぼ０Ｖとなるので，前記出力端子Ｂは電源電圧にほぼ等しくなるからである。
【００３５】
又，ＩＣの１４ピンがイナクティブになり，前記出力端子ＢがＬからＨに反転し始めるとトランジスタＱ６のコレクタ電流の１部は抵抗Ｒ１４を介してダイオードＤ３に向って，ドライブ回路のその出力端子Ｂからシンクされて流入していたのが，前記出力端子Ｂがイナクティブになりシンクされなくなり，且つ，前記出力端子Ｂの電位が徐々に上昇する為，そのアノード側とカソード側で電位差が徐々になくなる為ついにはダイオードＤ３には流入できなくなり，逆方向のダイオードＤ４に向けて流れ始めトランジスタＱ７を導通させる。
【００３６】
トランジスタＱ７が導通するとＩＣの５ピン端子は引っ張られ，従って５ピン端子の電位はほぼ０Ｖまで下がる。従って，本ＩＣの二つの出力はＯＦＦする。よってドライブ回路の出力端子ＢもＯＦＦするので，前記他方のスイッチング素子も当然導通されず，ＯＦＦのままである。
【００３７】
その後ソフトスイッチング動作時間（Ｔｓ）が経過すると，トランジスタＱ２，トランジスタＱ６は完全にＯＦＦし，従って，トランジスタＱ７へダイオードＤ４を介して流入する電流は０となりトランジスタＱ７は完全にＯＦＦする。
【００３８】
この時ＩＣの５ピン端子は既述した様に内部的にプルアップされているのでＨに反転しＩＣの二出力端子のＯＦＦを解除する。従って，既述した様に回転位置検出器ＨＥのステイタス情報からＩＣの１３ピン端子はアクティブ，１４ピン端子はＯＦＦになる。
【００３９】
図４のタイミングチャート（上下短絡防止回路付き），図５のタイミングチャート（上下短絡防止回路なし）をベースに以下説明する。
【００４０】
従来技術で説明した図２は基本回路にソフトスイッチング回路を搭載しただけの場合である。トランジスタＱ１のベース電流とトランジスタＱ２のベース電流はオーバラップするタイミングが存在する。このままでは上下短絡が必ず発生するので、既述した様にソフトスイッチング回路が動作している時間（Ｔｓ）のばらつきのマージンを考慮して前記休止時間を決定する必要がある。
【００４１】
これに対して図４は上下短絡防止回路有の場合で既に詳細に説明した様にトランジスタＱ７が機能するのでトランジスタＱ１からトランジスタＱ２への切換は最小限の前記休止時間で達成される。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の上下短絡防止回路が搭載される事により所謂Ｈブリッジ回路の上下２個のスイッチング素子からなる１組のブリッジ回路ともう１組のブリッジ回路への切り替え時に必要となる前記休止時間が最小限に抑えられ，既述した電源電圧を上げてもモータの回転数はあまり上昇しないと言う不都合が生じ無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単相モータ駆動回路の 実施形態を示す回路図である。
【図２】従来の単相モータ駆動回路の回路図
【図３】従来の単相モータ駆動回路でソフトスイッチング回路が搭載されている回路図
【図４】本発明のタイミングチャート図
【図５】従来の単相モータ駆動回路でソフトスイッチング回路が搭載されている場合のタイミングチャート図
【符号の説明】
ＩＣ コイルドライブ用ＩＣ
Ｌ１，Ｌ２ コイル
Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ （Ｈブリッジ構成）
Ｑ３，Ｑ４ トランジスタ（ＦＥＴ）（Ｈブリッジ構成）
Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７ トランジスタ
Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ ダイオード
Ｒ１２，Ｒ１４ 抵抗
ＨＥ 回転位置検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC motor drive that performs drive control in a DC motor such as a fan motor, in particular, by passing a current bidirectionally through a stator coil based on a signal from a position detection element such as a Hall element that detects rotation of the rotor. Regarding the circuit.
[0002]
[Prior art]
In general, electronic devices and control devices are vulnerable to heat, and must be cooled if they generate heat. At this time, since natural cooling has insufficient cooling power, forcibly cooling by a fan such as an axial fan, a cross fan, a centrifugal fan or the like has been conventionally performed in order to ensure the normal operation of the device. The DC brushless motor is suitable for driving this kind of equipment cooling fan because of its excellent characteristics of high reliability and long life.
[0003]
FIG. 2 shows a schematic configuration of a conventional DC brushless motor driving device. As shown in FIG. 2, four switching transistors Q1, Q2 are connected in full bridge between the positive terminal + V and the negative terminal GND of the DC power source. , Q3, Q4 is provided. (For example, refer to Patent Document 1.)
At this time, the emitters of the PNP transistors Q1 and Q2 are both connected to the positive terminal + V, the emitters of the NPN transistors Q3 and Q4 are both connected to the negative terminal GND, the collectors of the transistors Q1 and Q3, and the transistors Q2 and Q4 Collectors are connected to each other.
[0004]
Further, the connection point P1 between the collectors of the transistors Q1 and Q3 and the connection point P2 between the collectors of the transistors Q2 and Q4 are wound around a rotor of a DC brushless motor (not shown) and connected in series. Both ends of the single-phase motor coils L1 and L2 are connected to each other.
[0005]
Such a switch unit 1 is controlled by the driving IC 2 and the drive circuit 3 shown in FIG. 2, and an on control signal is sent from the drive circuit 3 to the bases of the transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 according to the output of the driving IC 2. Is output and the transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 are turned on and off. At this time, an on control signal is output from the drive circuit 3 so that the transistors Q1 and Q4 are simultaneously turned on and the transistors Q2 and Q3 are simultaneously turned on.
[0006]
By the way, as shown in FIG. 2, both output terminals of the Hall element H that magnetically detects the rotational position of the rotor with respect to the stator and outputs a detection signal are connected to the driving IC 2, and one end of the Hall element H is The DC power supply is connected to the positive terminal + V via the current limiting resistor R1, and the other end is connected to the negative terminal GND. Based on the detection signal output from the Hall element H to the driving IC 2, the timing of phase switching is detected by the driving IC 2, and the driving signal is output from the driving IC 2 to the drive circuit 3 at this phase switching timing. .
[0007]
As shown in FIG. 2, a resistor R2 for supplying an operating voltage to the driving IC 2 is provided between the positive terminal + V of the DC power source and the power terminal of the driving IC 2, and the resistor R2 and the negative terminal GND are provided. Between the two, a series circuit of two voltage dividing resistors R3 and R4 is provided. Further, a charging / discharging circuit 4 composed of a series circuit of a resistor R5 and a capacitor C1 is connected in parallel to a series circuit of both voltage dividing resistors R3 and R4, a connection point P3 of both voltage dividing resistors R3 and R4, and a resistor R5 and The connection point P4 of the capacitor C1 is connected to the input terminal of the driving IC 2.
[0008]
Here, the driving IC 2 includes a discharge transistor that operates at the timing of phase switching and discharges the capacitor C1, and also includes a comparator that compares the voltages at the connection points P3 and P4. Therefore, while the voltage at the connection point P4 is lower than the voltage at the connection point P3 due to the discharge of the capacitor C1, the pause command signal is used to turn off all the transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 for a certain time with respect to the drive circuit 3. Is output. Thus, by providing a certain pause time (for example, several hundred μs) in which all the transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 are turned off, for example, excessive penetration due to simultaneous turning on of the transistors Q1 and Q3 (or transistors Q2 and Q4), for example. Current flow is blocked and the transistors Q1 and Q3 (or transistors Q2 and Q4) are prevented from being destroyed.
[0009]
Accordingly, all the transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 of the switch unit 1 are turned off for a certain pause time at the phase switching timing, and then, for example, the transistors Q1 and Q4 are turned on to the motor coils L1 and L2 in FIG. The current flows in the direction of the solid line arrow and all the transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 are turned off again for a certain pause time, and then the transistors Q2 and Q3 are turned on to the motor coils L1 and L2 in FIG. When the current flows in the direction of the broken arrow, the alternating magnetic field generated in the motor coils L1 and L2 and the magnetic field formed by the motor magnet are repelled by repeating such an operation, whereby the rotational force acts on the rotor and the motor rotates. To do.
[0010]
The above is the operation of the basic circuit. However, depending on the usage conditions, mechanical noise during high-speed rotation of the fan may be disliked. A drive circuit of a type equipped with a switching circuit is employed. The circuit diagram is shown in FIG.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 11-164868 [Problems to be Solved by the Invention]
Installing a soft switching circuit means adding a slope to the current fall during phase switching, as described above. Accordingly, there is a timing when the base current of the transistor Q1 and the base current of the transistor Q2 simultaneously flow as shown in the timing chart of FIG. (Indicated by hatching in FIG. 5)
For this reason, a circuit for interposing the pause period is required. Also, since the time from when the current flowing through the switching element starts to turn off until it completely turns off varies, the set value of the actual pause time is determined with a margin in mind, and becomes longer than when there is no soft switching circuit.
[0012]
For this reason, for example, if the power supply voltage is increased, the rotor rotation cycle decreases, but the pause time is constant regardless of the power supply voltage, so the ratio of the pause time to the rotor rotation cycle gradually increases. However, there is a disadvantage that the motor speed does not increase much even if the value is increased.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a vertical short circuit prevention circuit is mounted. That is, the present invention comprises a rotational position detector for detecting the rotational position of the rotor relative to the stator and outputting a detection signal, and four switching elements connected in a full bridge between the positive and negative terminals of the DC power supply. One switching element pair and the remaining other switching element pair arranged on opposite sides of each other are alternately turned on so that a current is bidirectionally passed to the motor coil, and the one switching element pair is turned on. A pause time setting unit for setting a pause time during which all the switching elements are turned off between the first switching element pair and the other switching element pair being turned on, and the switching signals by the detection signal and the signal from the pause setting unit. An ON control signal is output to the control terminal of the element at a predetermined timing to switch the one switching element pair and the other switching element In another Drive circuit, - a single-phase brushless motor having a control unit for turning on the element pairs are alternately across the pause time
A soft switching circuit that gradually switches the switching element pair from the on state to the off state with a time constant, and prevents the occurrence of a short circuit due to the absence of the pause time during soft switching. Therefore, it is characterized in that it includes a vertical short circuit prevention circuit that does not turn on all four switching elements connected in a full bridge including the other switching element pair during soft switching.
[0014]
In this case, the soft switching circuit can be a charge / discharge circuit composed of a resistor and a capacitor and can correspond to both switching element pairs, and the upper and lower short-circuit prevention circuit can be composed of a resistor, a diode, and a transistor. It is good also as a structure corresponding to each switching element pair.
[0015]
The operation of this circuit will be described below. Assume that one output of two outputs of an IC that drives a drive circuit corresponding to both of the switching element pairs —corresponding to the switching element pair via a drive circuit—is active.
[0016]
Assuming that the one switching element pair corresponding to this output is conducting, and assuming that the present IC output is turned OFF, the active state continues for a certain time (= Ts) because the soft switching circuit is mounted. The current continues to flow through the one switching element pair. At this time (precisely, when the IC is turned off or when the soft switching operation is started), the upper and lower short-circuit prevention circuit works to forcibly turn off the two outputs of the IC that drives both pairs of switching elements.
[0017]
Therefore, the other switching element pair never becomes active, and a vertical short circuit cannot occur.
[0018]
When soft switching is completed, in other words, when the current flowing through the one switching element pair becomes zero, the forced OFF of the two outputs of the IC by the upper and lower short-circuit prevention circuit is automatically released, so that the variation of the soft switch Therefore, it is not necessary to determine the pause time in consideration of the margin, and the pause time is minimized.
[0019]
This makes it possible to avoid the inconvenience that the ratio of the pause time to the rotor rotation cycle gradually increases, and as a result, the motor speed does not increase much even if the power supply voltage is increased.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to a DC brushless motor used for driving a forced cooling fan of an electronic device or a control device will be described in detail with reference to FIG. However, FIG. 1 is a schematic circuit diagram of the present invention.
[0021]
Now, when the input terminal 9 to the IC of the rotational position detector HE and the 13th pin becomes active (logic level: H) from the H and L patterns of the 10th pin, the output terminal A of the drive circuit has a low active characteristic and is almost 0. Since the voltage is pulled and current is pulled from the base of the transistor: Q1 and the base of the transistor: Q5, the transistors Q1 and Q5 are turned on. At this time, the capacitor C2 constituting the soft switching circuit is also charged with approximately the power supply voltage.
[0022]
When the transistor Q5 is turned on, a part of the current flowing out from the collector of the transistor Q5 flows into R8 to generate a voltage effect, thereby turning on the transistor (FET) Q3. A part of the voltage passes through the resistor R12, and since the A terminal of the drive circuit is almost 0 volts, it flows into the A terminal of the drive circuit via the diode D1.
[0023]
As described above, current flows in the direction of C1 from the positive terminal of the power source through the emitter and collector of the transistor Q1, the stator coils L1 and L2, and the drain and source of the transistor (FET) Q3, and flows into the negative terminal of the power source. At this time, a repulsive force is generated due to the relationship between the magnetic field generated through the coils L1 and L2 and the polarity of the permanent magnet mounted on the rotor, and the rotor rotates.
[0024]
After a certain period of time, when the output of the rotational position detector HE changes in synchronization with the rotation of the rotor and the 13 pin of the IC is inverted to L, the output terminal A of the drive circuit becomes inactive and begins to be inverted to H. However, since a soft switch circuit is incorporated, even if the output terminal A becomes inactive, it does not immediately recover to H.
[0025]
This is because the capacitor C2 is charged approximately by the power supply voltage, so that the base currents of the transistors Q1 and Q5 flow into the capacitor C2 and cancel the charged charges from the difference in polarity (apparently It looks like it was discharged). After this discharge time, the output terminal A recovers to H. This is because when the capacitor C2 is completely discharged, the potential difference between both ends of the capacitor C2 becomes almost 0 V, and the output terminal A becomes almost equal to the power supply voltage.
[0026]
Also, when pin 13 of the IC becomes inactive and the output terminal A begins to invert from L to H, a part of the collector current of the transistor Q5 is directed to the diode D1 through the resistor R12, and its output terminal A of the drive circuit. Since the output terminal A becomes inactive and is not sinked, and the potential of the output terminal A gradually rises, the potential difference between the anode side and the cathode side gradually disappears. Eventually, it can no longer flow into the diode D1, starts to flow toward the diode D2 in the reverse direction, and turns on the transistor Q7.
[0027]
When transistor Q7 is turned on, the 5 pin terminal of the IC is pulled, so the potential at the 5 pin terminal drops to approximately 0V.
[0028]
This terminal has two thresholds, the high potential (Vh) is about 2.0V, and the low potential (Vl) is about 0.8V. When this terminal exceeds Vh, the two outputs (pin 13 and pin 14) of this IC are set to the operation mode, but when the voltage is lower than Vl, the two outputs are turned OFF. (Note that this 5-pin terminal is pulled up with a resistor inside the IC, and when it is open, the output is in the operation mode.)
Therefore, when the transistor Q7 is turned on, the 5-pin terminal of the IC drops to almost 0 volts, so that the two outputs of the IC are turned off. Therefore, since the output terminal B of the drive circuit is also turned OFF, the other switching element pair is naturally not conducted and remains OFF.
[0029]
Thereafter, when the soft switching operation time (Ts) elapses, the transistor Q1 and the transistor Q5 are completely turned off, so that the current flowing into the transistor Q7 via the diode D2 becomes 0 and the transistor Q7 is completely turned off. At this time, since the 5-pin terminal of the IC is internally pulled up as described above, it is inverted to H and the OFF of the two output terminals of the IC is released.
[0030]
Therefore, as described above, from the status information of the rotational position detector HE, the 13th pin terminal of the IC is OFF and the 14th pin terminal is active. The output terminal B of the drive circuit is therefore low active and pulls the bases of the transistors Q2 and Q6 to make both transistors conductive. In this process, the capacitor C3 is charged.
[0031]
A part of the collector current of the transistor Q6 flows into R11 to generate a voltage effect, thereby turning on the transistor Q4 (FET). The other part is sunk to the output terminal B through the diode D3.
[0032]
From the above, the current flows from the brass terminal of the power source through the emitter-collector of the transistor Q2 to the coil L2, the coil L1, and further from the drain-source of the transistor (FET) Q4 to the negative terminal of the power source in the direction of C2. At this time, a repulsive force is generated by the relationship between the magnetic field generated through the coils L2 and L1 and the polarity of the permanent magnet mounted on the rotor, and the rotor rotates.
[0033]
After a certain period of time, when the output of the rotational position detector HE changes in synchronization with the rotation of the rotor and the 14 pin of the IC is inverted to L, the output terminal B of the drive circuit becomes inactive and begins to be inverted to H. However, since a soft switch circuit is incorporated, even if the output terminal B becomes inactive, it does not immediately recover to H.
[0034]
The reason for this is that, as described above, since the capacitor C3 is charged approximately by the power supply voltage, the base currents of the transistors Q2 and Q6 flow into the capacitor C3, and the charged charges are offset from the difference in polarity. To do. (Appears to appear discharged.) After this discharge time, the output terminal B recovers to H. This is because when the capacitor C3 is completely discharged, the potential difference between both ends of the capacitor C3 becomes almost 0 V, and the output terminal B becomes almost equal to the power supply voltage.
[0035]
Also, when pin 14 of the IC becomes inactive and the output terminal B starts to invert from L to H, a part of the collector current of the transistor Q6 is directed to the diode D3 via the resistor R14, and the output terminal of the drive circuit. Since the output terminal B becomes inactive and is not sunk, and the potential of the output terminal B gradually rises, the potential difference between the anode side and the cathode side gradually increases. Since it disappears, it can no longer flow into the diode D3, and starts to flow toward the diode D4 in the reverse direction, thereby turning on the transistor Q7.
[0036]
When transistor Q7 is turned on, the 5 pin terminal of the IC is pulled, so the potential at the 5 pin terminal drops to approximately 0V. Therefore, the two outputs of this IC are turned off. Therefore, since the output terminal B of the drive circuit is also turned OFF, the other switching element is naturally not conducted and remains OFF.
[0037]
Thereafter, when the soft switching operation time (Ts) elapses, the transistor Q2 and the transistor Q6 are completely turned off. Therefore, the current flowing into the transistor Q7 via the diode D4 becomes 0 and the transistor Q7 is completely turned off.
[0038]
At this time, since the 5-pin terminal of the IC is internally pulled up as described above, it is inverted to H and the OFF of the two output terminals of the IC is released. Therefore, as described above, from the status information of the rotational position detector HE, the 13 pin terminal of the IC is active and the 14 pin terminal is OFF.
[0039]
The timing chart shown in FIG. 4 (with a vertical short circuit prevention circuit) and the timing chart shown in FIG.
[0040]
FIG. 2 described in the prior art shows only a case where a soft switching circuit is mounted on a basic circuit. There is an overlapping timing between the base current of the transistor Q1 and the base current of the transistor Q2. Since the upper and lower short-circuits always occur in this state, it is necessary to determine the pause time in consideration of the margin of variation in the time (Ts) during which the soft switching circuit is operating as described above.
[0041]
On the other hand, FIG. 4 shows the case where the upper and lower short-circuit prevention circuit is provided, and the transistor Q7 functions as described in detail, so that the switching from the transistor Q1 to the transistor Q2 can be achieved with the minimum pause time.
[0042]
【The invention's effect】
By mounting the upper and lower short-circuit prevention circuit of the present invention, the pause time required when switching between one set of bridge elements composed of two upper and lower switching elements of a so-called H bridge circuit and another set of bridge circuits is minimized. Therefore, there is no inconvenience that the rotational speed of the motor does not increase so much even if the power supply voltage described above is increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a single-phase motor drive circuit of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional single-phase motor driving circuit. FIG. 3 is a circuit diagram in which a soft switching circuit is mounted in a conventional single-phase motor driving circuit. FIG. 4 is a timing chart of the present invention. Timing chart when a soft switching circuit is mounted on a conventional single-phase motor drive circuit [Explanation of symbols]
IC for coil drive IC
L1, L2 Coil Q1, Q2 Transistor (H bridge configuration)
Q3, Q4 Transistor (FET) (H-bridge configuration)
Q5, Q6, Q7 Transistors C2, C3 Capacitors D1, D2, D3, D4 Diodes R12, R14 Resistor HE Rotation position detector
