JP2005185019A - ステッピングモータ駆動装置、及びステッピングモータ駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 参照信号生成部110aは、階段波生成部2が生成した階段波を積分回路3で積分することにより、レベルが経時的に連続的に変化しかつ電流制限値を表す参照信号VCTAを生成する。ブリッジ整流回路130aはPWM制御部120aからの制御に応じて、巻線19aへの給電電流を参照信号VCTAによって表される電流制限値に電流チョッパ方式で制御するとともに、給電停止中にトランジスタ10及び12をオン状態にして巻線19aと共に形成される閉回路に回生電流を還流させる同期整流を行う。同期整流禁止制御部115aは、参照信号の減少速度が比較的速い期間には給電停止中にトランジスタ10又は12がオン状態になることを禁止し回生電流の減衰を加速する。
【選択図】 図1
Description
撮影用電子機器に用いられるステッピングモータの動作には、特に低騒音性及び低振動性が求められる。ステッピングモータが発する騒音は機器の内蔵マイクにキャッチされ雑音として録音され、振動はぶれ等を生じさせ録画画質を劣化させるからである。
図33は、当該文献に開示されている駆動装置である。なお、ここでは、原理説明に必要な構成要素のみを記載する。
図33において、20は制御対象であるステッピングモータ、45は回転子、19a及び19bはそれぞれ第1巻線及び第2巻線である。
D/Aコンバータ44aは、4ビット信号DA1〜DA4に応じた電圧信号VCAを出力する。電圧信号VCAは、ステップ状に増加及び減少する階段波である。クロック信号CLKPの周波数、及びステップレベルの段差の大きさに応じて、電圧信号VCAの変化速度は可変である。クロック信号CLKPのパルス頻度が大きいほど、また、ステップレベルの段差が大きいほど、電圧信号VCAは高速な変化を示す。また、クロック信号CLKPを停止することによって電圧信号VCAを一定値に維持できる。
上述した構成要素と同様の構成要素が第2巻線19bについても設けられ、同様の作用によって、階段波に基いて第2巻線19bを電圧駆動する。
また、上記従来技術の駆動装置は、巻線電流を常時流すため消費電力が大きいという第2の問題がある。
上記の問題に鑑み、本発明は、駆動対象であるステッピングモータの動作を低騒音化及び低振動化する駆動装置の提供を第1の目的とする。
また、前記ステッピングモータ駆動装置は、さらに、前記チョッピング用スイッチング手段、前記同期整流用スイッチング手段、及び他の複数のスイッチング手段を含んで構成され、前記給電電流を整流するブリッジ整流回路と、当該ブリッジ整流回路を構成する各スイッチング手段を、それぞれ導通状態又は非導通状態の何れか所定の状態にすることによって、前記巻線への給電極性を反転させる給電極性反転手段を備えてもよい。
また、振動及び騒音を的確に抑制するために、例えば正弦波を近似した参照信号によって表される電流制限値に従って巻線電流を制御する場合、参照信号の減少速度が比較的速い期間には同期整流を禁止して巻線電流を高速に減衰させることで参照信号への追従性を高め、他の期間には同期整流を行って巻線電流の減衰を緩和させることで電力効率を高めることができる。
また、このステッピングモータ駆動装置は、巻線への給電電流を電流チョッパ方式でPWM制御するので、電圧制御を行って巻線へ給電する場合に比べて低電力化を実現する。
また、前記積分回路は、前記階段波の変化速度に応じて前記積分の時定数を変更することによって、前記参照信号を前記階段波の平均勾配に追従させて生成してもよく、また、前記階段波の変化速度を示す速度指定信号を取得し、当該取得される速度指定信号に応じて前記積分の時定数を変更してもよい。
これらの構成によれば、異なる速度で変化する複数の階段波それぞれに追従して滑らかな参照信号が生成される。その結果、様々な回転数において振動と騒音とを抑制する効果が発揮される。
この構成によれば、情報信号に応じて任意の波形を近似する階段波を生成できる。特に、正弦波を近似した階段波を用いることによって、優れた振動と騒音との抑制効果が発揮される。
この構成によれば、前記参照信号によって表される電流制限値が十分に0に接近していない時点で前記給電極性信号が反転する場合に、前記給電極性信号の反転後、電流制限値が十分に0に接近するために必要な時間が経過してから給電制御極性を反転することができる。これにより、巻線電流のリップル成分を、前記給電極性信号の反転後直ちに給電制御極性を反転する場合に比べて小さく抑えることができ、その結果、モータ駆動時の振動及び騒音の低減効果を的確に得ることができる。
この構成によれば、前述した効果に加えて、参照信号が0である期間に巻線への給電を完全に停止するので電力効率が向上する。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置は、レベルが経時的に連続的に変化し、かつ当該レベルによって電流制限値を表す参照信号を生成する。レベルが経時的に連続的に変化する信号とは、階段状のレベル変化を示さない信号を言い、一例として、正弦波信号、立ち上がり及び立ち下りがスロープ状である三角波信号、台形波信号等が該当する。
また、当該ステッピングモータ駆動装置は、モータ巻線への給電を停止している期間に、導通状態にした同期整流用スイッチを経由してモータ巻線からの回生電流を還流させる同期整流を行う。しかし、前記参照信号によって表される電流制限値が減少しつつある期間の少なくとも一部分においては前記同期整流用スイッチを導通状態にせず、前記同期整流用スイッチと並列に接続されるフライホイルダイオードを経由してモータ巻線からの回生電流を還流させる。つまり、同期整流を禁止する。
(全体構成)
図1は当該ステッピングモータ駆動装置の全体構成を示す機能ブロック図である。なお、同図には制御対象であるステッピングモータをも記載している。
当該ステッピングモータ駆動装置は、PWM基準信号生成部1、参照信号生成部110a、同期整流禁止制御部115a、PWM制御部120a、ブリッジ整流回路130a、給電電流測定部140a、及び電源8から構成される。
参照信号生成部110aは、階段波生成部2、及び積分回路3から構成される。PWM制御部120aは、コンパレータ4、フリップフロップ5、及び通電論理部6から構成される。ブリッジ整流回路130aは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor、以降単にトランジスタと言う)10〜13、及びフライホイルダイオード14〜17から構成される。
(階段波生成部2の詳細)
図2は、階段波生成部2の詳細な構成を示す機能ブロック図である。速度切替部は、速度指定信号FDAに応じて、階段波のステップ単位時間を刻むクロック信号CLKP、又はクロック信号CLKPを2分周して得られる信号の何れかを選択して、信号Aとしてアップダウンカウンタへ供給する。
図3は、階段波生成部2における主要信号の時間変化を示す波形図であり、速度指定信号FDA(不図示)がハイレベルである場合を例示している。
時刻t10から時刻t11まで、クロック信号CLKP、ハイレベルの給電極性信号PHCA、及びハイレベルのアップダウン信号DAが供給される。これらの信号に応じて、アップダウンカウンタは0から15まで増加するカウント値DA0〜DA3を出力し、D/AコンバータはROMから読み出されたステップレベルデータDD0〜DDnをD/A変換することにより1/4周期の正弦波を近似する階段波VCAを生成する。
時刻t12において、カウント値DA0〜DA3が0に達すると同時に、給電極性信号PHCAがローレベルに転じる。
なお、速度指定信号FDAがローレベルの場合、クロック信号CLKPを2分周して得られる信号が信号Aとなり、図3に例示した場合の半分の周波数の正弦波を近似する階段波VCAが生成される。この場合、給電極性信号PHCA及びアップダウン信号DAは予め適切なタイミングに調整されてから供給されるものとする。
図4は、積分回路3の詳細な構成を示す回路図である。この回路は、バタワース型のローパスフィルタとして周知であり、階段波VCAを速度指定信号FDAに応じた積分時定数で積分することによって、階段波VCAの平均勾配に追従する参照信号VCTAを出力する。
図5(A)及び(B)は、積分時定数に応じて異なる増減速度の階段波に追従する参照信号が得られることを示す概念図である。
階段波が高速に増減することを示すハイレベルの速度指定信号FDAが与えられると、SW1及びSW2は短絡し、前記調整抵抗は低く、積分時定数は短く設定される。図5(A)は、この場合に、高速に増減する階段波VCAの平均勾配に追従する参照信号VCTAが得られることを示している。
このようにして得られた参照信号VCTAのレベルは連続的に変化し、階段波VCAに見られた階段状のレベル変化はもはや存在しない。
図6は、同期整流禁止制御部115aの詳細な構成を示す機能ブロック図である。同期整流禁止制御部115aは、カウント値DA0〜DA3、及びアップダウン信号DAに基づいて、カウント値が減少しつつある期間の少なくとも一部分に同期整流禁止信号MMCPAを出力する。この具体例によれば、同期整流禁止信号MMCPAは、アップダウン信号DAがカウントダウン(ローレベル)を示し、かつカウント値DA0〜DA3が7から0までのいずれかの値を示す場合に出力される。
(巻線電流のPWM制御動作の詳細)
次に、PWM基準信号生成部1、参照信号生成部110a、同期整流禁止制御部115a、PWM制御部120a、ブリッジ整流回路130a、及び給電電流測定部140aが協働して行う巻線電流の供給及び回生制御動作について詳細に説明する。
図8は、この場合の巻線電流の制御に関係する主要な制御信号の時間変化を示す波形図であり、給電極性信号PHCAがローレベル、かつ同期整流禁止信号MMCPAがローレベルである場合を例示している。
PWM基準信号生成部1は、巻線への給電期間の開始を指示するPWM基準信号(不図示)を、所定周期で生成する。
貫通保護論理部7は、短縮された給電期間を示す信号CHA1、及び短縮された回生期間を示す信号CHA2を生成する。通電論理部6は、各ゲート信号GA1〜GA4を、信号CHA1、信号CHA2、及び給電極性信号PHCAに応じて出力する。
給電指令信号Qの1周期は、信号CHA1及び信号CHA2のレベルの組み合わせに応じて、短縮された給電期間、短縮された回生期間、及びそれ以外の貫通保護期間に分けられる。
短縮された給電期間において、経路Aの電流経路が形成される。経路Aに沿って巻線への給電が行われ、給電電流は徐々に増加する。
給電電流が参照信号VCTAによって表される電流を超えると貫通保護期間となり、経路Bの電流経路が形成される。巻線からの回生電流は、フライホイルダイオード14及びトランジスタ12を経由する経路Bに沿って還流し徐々に減衰する。
なお、貫通保護期間は、電流経路を切り替える際にトランジスタ10及び11が同時に導通して給電用の電源を短絡させることがないように設けられる。
次に、同期整流を行わない場合について説明する。
図10は、同期整流を行わない場合の巻線電流の制御に関係する主要な制御信号の時間変化を示す波形図であり、給電極性信号PHCAがローレベル、かつ同期整流禁止信号MMCPAがハイレベルである場合を例示している。
なお、給電極性信号PHCAがハイレベルの場合には、前述した動作と同様の動作が、図9に示した回路図において左右を反転して生じる。
(同期整流を禁止する作用)
同期整流を行わない場合に、巻線からの回生電流が同期整流を行う場合よりも急速に減衰することは、次の等価回路を用いて説明される。
ここで、tを給電から回生に切り替わる時点を0とする時刻、Ioを時刻0における巻線電流、τをL/R(時定数)、Vdをフライホイルダイオードによるロス電圧とすると、同期整流を行う図11(A)の等価回路におけるコイル電流値Iaは、
(式1) Ia=(Io+E/R)×exp(-t/τ)-E/R (0≦t)
同期整流を行わない図11(B)の等価回路におけるコイル電流値Ibは、
(式2) Ib=(Io+(E+Vd)/R)×exp(-t/τ)-(E+Vd)/R (0≦t)
と表される。
式1から、モータの回転が高速になるほど−(E/R)の値が大きくなって巻線電流の減衰が妨げられることが示される。このことは、特にモータの高速回転時において電流制限値の絶対値が急速に減少する期間にまで同期整流を行うと、巻線電流の減衰が鈍化して電流制限値への追従性が悪くなることを意味する。
(まとめ)
本発明における参照信号VCTAは、階段状のレベル変化を示さないから、階段波を参照信号に用いる場合の、ステップアップ時、及びステップダウン時のトルク変動に起因する振動と騒音とが、本発明によって完全に解消される。
このように、参照信号の減少速度に応じて同期整流を実行する期間と禁止する期間とを設けることによって、振動及び騒音の抑制効果を的確に得ると同時に、良好な電力効率をも得ることができる。
なお、給電電流測定部140aは、オン抵抗調整回路24とトランジスタ23とに代えて単に抵抗器を用いて構成してもよく、またオペアンプ21を省いて構成することもできる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置は、第1の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置と比べて、クロック信号のパルス頻度を弁別することによって前述した速度指定信号を装置内部で生成し、当該生成された速度指定信号を用いて参照信号を生成する点で異なる。以下、主に第1の実施形態との違いを説明する。
図13は、第2の実施形態における、参照信号生成に関する構成を示す機能ブロック図である。第1の実施形態と比べて、パルス頻度弁別部22が追加される。パルス頻度弁別部22は、第1の実施形態において外部から供給されていた速度指定信号FDAを、クロック信号CLKPのパルス頻度を弁別することによって生成する。
第1モノマルチ部は、デジタル構成された単安定マルチバイブレータであり、クロック信号CLKPの周期毎にトリガされ、弁別用信号MCLKの8パルス期間にわたって出力信号OUT1を出力する。
第2モノマルチ部は、デジタル構成された単安定マルチバイブレータであり、出力信号OUT1の出力終了でトリガされ、弁別用信号MCLKの8パルス期間にわたって出力信号OUT2を出力する。
パルス頻度弁別部22は、OUT2の出力中に次のOUT1の出力が開始されるか、OUT2の出力終了後に次のOUT1の出力が開始されるかに応じて、クロック信号CLKPの周期の長短(すなわちパルス頻度)を弁別する。
図15は、パルス頻度弁別部22における主要信号の時間変化を示す波形図である。
図15の左半分は、クロック信号CLKPの周期が短い(すなわちパルス頻度が高い)場合を表している。この場合、OUT2の出力中に次のOUT1の出力が開始されるので、信号J1がクロック信号CLKPの周期毎に出力され、信号J2は出力されず、その結果、フリップフロップが繰り返しセットされ、速度指定信号FDAがハイレベルに維持される。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置は、第2の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置と比べて、参照信号VCTAの生成に関する構成が変更される。以下、主に第2の実施形態との違いを説明する。
図16は、第3の実施形態における、参照信号生成に関する構成を示す機能ブロック図であり、第2の実施形態と比べて、積分回路3に代えて積分回路25が用いられる点で異なる。
(積分回路25の詳細)
積分回路25は、速度指定信号FDAと速度プログラム信号PRGとの両方に基いて制御されるスイッチを用いて、積分時定数を決定する調整抵抗が可変に構成される。
好適な具体例として、第1の実施形態で説明したように正弦波を近似した階段波VCAを用いる場合、階段波VCAのステップの深さが相対的に深くなる期間、例えば階段波生成部のアップダウンカウンタが0から7までのカウント値を示す期間に速度プログラム信号PRGを与えてもよい。このような速度プログラム信号PRGに基づいて得られる参照信号VCTAは、時間的に変動する階段波VCAの平均勾配に精度良く追従して正弦波により近い波形となるので、振動及び騒音の抑制効果を高めることができる。
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置は、第1の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置と比べて、給電極性信号を遅延させる構成が追加される点で異なる。以下、主に第1の実施形態との違いを説明する。
図18は第4の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置の全体構成を示す機能ブロック図である。なお、同図には制御対象であるステッピングモータをも記載している。このステッピングモータ駆動装置は、第1の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置(図1参照)に反転時期調整部116aを追加して構成される。反転時期調整部116aは、給電極性信号PHCAに所定の遅延を与えてから通電論理部6へ出力する。
図19は、反転時期調整部116aの詳細な構成を示す機能ブロック図である。反転時期調整部116aは、給電極性信号PHCAと、遅延用信号CLKとを入力され、遅延給電極性信号Gを出力する。
ここで、遅延用信号CLKは階段波VCAのステップ単位時間よりも短い周期のクロック信号であり、例えば、PWM基準信号生成部1から出力されるPWM基準信号を兼用してもよい。
図20は、反転時期調整に関する主要信号の時間変化を示す波形図である。この例では、信号C及び信号Fの出力期間を階段波VCAのステップ単位時間に略一致させている。この時間は、参照信号VCTAのレベルが階段波VCAの略1ステップ分減少するために要する時間に相当する。
図21は、給電極性の反転時期を遅延させる効果を示す概念図であり、(A)は給電極性信号PHCAを遅延させた場合の巻線電流の時間変化、(B)は給電極性信号PHCAを遅延させない場合の巻線電流の時間変化を、それぞれ表す波形図である。なお、各縦線は給電指令信号Qの立下りの時期を示す。
給電極性信号PHCAの反転時期が階段波VCAのレベルが0に達する時期と略同時であるとして、給電極性信号PHCAを遅延させなければ、給電極性信号PHCAが反転した後のPWM基準信号の最初の立下りから、その時流れている回生電流とは逆方向に巻線電流が参照信号VCTAによって表される電流制限値に達するまで、電源回路から給電が行われる。この動作は図21(B)に示される。この場合、巻線電流のリップル成分が増大してモータ駆動時の振動及び騒音の低減が阻害される。
(反転時期調整部の変形例)
図22は、反転時期調整部の変形例を示す機能ブロック図である。この変形例は、図19に示した反転時期調整部の、信号A及び信号Eをそれぞれ延長して信号C及び信号Fを生成する回路部分を、デジタル構成された単安定マルチバイブレータに置換したものであり、図19に示した反転時期調整部と同様に動作して、給電極性信号PHCAを遅延させる。
(実施の形態5)
本発明の第5の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置は、第1の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置と比べて、給電電流測定用のアンプ21の出力に正のオフセットを意図的に加算するように構成される点で異なる。以下、主に第1の実施形態との違いを説明する。
図23(A)及び(B)はそれぞれ、給電電流を測定するためのアンプ21の出力に正のオフセットを意図的に加算する構成の一例を示す機能ブロック図である。何れの構成も、給電電流測定部140a(図1参照)におけるアンプ21の非反転入力端に定電流源及び抵抗を付加して得られる。
図24は、アンプの入出力特性分布を示すグラフである。アンプ自体のオフセットを0とすると、アンプ本来の入出力特性は、個体差や温度変動等のため、原点を通る特性Bを中心として負のオフセットを持つ特性Aから正のオフセットを持つ特性Cまでの範囲に分布する。
特性Aのアンプを用いる場合、巻線電流はVDEADに相当する電流よりも小さく制御できないから、巻線電流は太い点線で示したように参照信号VCTAによって表される電流制限値にVDEADに相当する電流を加算した見かけの電流制限値に制御される。この場合、給電制御極性が反転する時点で見かけの電流制限値に生じる段差のために巻線電流のリップル成分が増大し、モータ駆動時の振動及び騒音の低減が阻害される。
そこでアンプに意図的に正のオフセットを持たせることによって特性分布を図24の特性Bから特性Dまでの範囲にシフトさせれば、個体差及び温度変動等の最悪条件下においてもアンプが特性Aに従って動作することを回避でき、その結果、モータ駆動時の振動及び騒音の低減効果を的確に得ることができる。
図26は、アンプの出力に正のオフセットを意図的に加算するための他の構成を示す回路図である。この回路図はオペアンプの等価回路を例示しており、図に見られるように8個のトランジスタを含む。
このうち所定のトランジスタのゲート長及びゲート幅の比を図26に示したように製造することによって、定電流源及び抵抗を付加することなく、アンプ自体の入出力特性に正のオフセットを持たせることができる。
(実施の形態6)
本発明の第6の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置は、第4の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置(図18参照)と比べて、階段波の各ステップのレベルを表すシリアルデータを受信し、当該シリアルデータに基いて階段波を生成し、当該階段波から参照信号を生成する点で異なる。以下、主に第4の実施形態との違いを説明する。
図27は、本実施形態におけるステッピングモータ駆動装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
第4の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して示し、説明を省略する。また、巻線毎に設けられる構成要素の内容は同一なので、ここでは第1巻線19a用の構成要素のみを代表して記載し、他の記載を省略する。
シリアルデータ通信部32は、巻線毎の階段波における各ステップのレベルを表すシリアル情報信号DATAを、通信制御用信号ENAB及びCLKを用いた制御の下で受信し、当該受信したシリアル情報信号をパラレル変換する。そして、当該変換後のパラレルデータを、ステップ単位時間毎に、クロック信号CLKPと共に各巻線に対応する参照信号生成部160aへ供給する。
図28は、受信されるシリアルデータの1単位を示したタイミングチャートであり、1巻線用の階段波の1ステップ分を示している。各巻線用の階段波の各ステップに関するシリアルデータがこのような単位で表され、連続して受信される。ENABは単位期間信号、CLKはビット同期信号、DATAは情報信号である。
また、図28には、シリアルデータ通信部32における主要信号の時間変化をも、通信タイミングに合わせて示している。
図29は、シリアルデータ通信部32の詳細な構成を示す機能ブロック図である。シリアルデータ通信部32は、アドレスカウンタ回路35、データカウンタ回路34、シリアルパラレル変換回路33、ライト信号生成回路36、アドレスデコーダ回路37、及びレジスタ回路38から構成される。
アドレスカウンタ回路35は、各単位の前半4ビット分のビット同期信号CLKをカウントすることによって、前半4ビットの情報信号の受信が完了したことを示すアドレス完了信号ADO及びADTを出力する。
シリアルパラレル変換回路33は、図中上段の4つのフリップフロップで構成されるシフトレジスタによって、情報信号DATAをパラレル変換する。そして、アドレス完了信号ADTの立上りで、前半4ビットに含まれるアドレスSAD0〜SAD2及び増減方向ビットDDを、図中下段の4つのフリップフロップにラッチする。これによって、アドレスSAD0〜SAD2及び増減方向ビットDDが、後半4ビットに含まれるデータSD0〜SD3から分離される。
図31は、アドレスデコーダ回路37の詳細な構成を示す機能ブロック図である。
アドレスデコーダ回路37は、レジスタ回路38に設けられる5ビットのレジスタ組の1つに、データSD0〜SD3、及び増減方向ビットDDの記録を指示する信号RCKA、及びRCKBを、ライト信号REC、及びアドレスSAD0〜SAD2に応じて生成する。信号RCKA及びRCKBは、それぞれ、階段波のステップ単位時間を示す巻線毎のクロック信号CLKPA及びCLKPBとしても用いられる。
レジスタ回路38は、巻線19a及び19bにそれぞれ対応して5ビットのレジスタ組A及びBを備えている。RCKA信号が与えられるとデータSD0〜SD3、及び増減方向ビットDDをレジスタ組Aに記録し、記録したデータを5ビットパラレル信号DA0A〜DA3A、DAとして出力する。RCKB信号が与えられるとデータSD0〜SD3、及び増減方向ビットDDをレジスタ組Bに記録し、記録したデータを5ビットパラレル信号DA0B〜DA3B、DBとして出力する。
この場合の階段波VCAの各ステップレベルは、ステップ毎にシリアルデータで指示されるので、第1の実施形態で例示したような正弦波を近似する階段波のみならず、任意の波形を近似する階段波VCAを得ることができる。
(その他の変形例)
なお、本発明を上記の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
(1)本発明は、実施の形態で説明したステッピングモータ駆動方法を、コンピュータシステムを用いて実現するためのコンピュータプログラムであるとしてもよいし、前記プログラムを表すデジタル信号であるとしてもよい。
また、本発明は、電気通信回線、無線又は有線通信回線、若しくはインターネットに代表されるネットワーク等を経由して伝送される前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号であるとしてもよい。
(2)各実施の形態では、トランジスタ13及び11によって給電電流をチョッピング制御するとしたが、トランジスタ12及び10によって給電電流をチョッピング制御しても、振動と騒音との抑制効果が同様に得られる。
(3)各実施の形態では、2相の巻線を備えるステッピングモータを例示したが、本発明が2相のステッピングモータに限定されるものでないことはいうまでもない。他の相数、例えば5相のステッピングモータの各巻線を、レベルが経時的に連続的に変化する参照信号を用いて給電制御する場合も、本発明に含まれる。
(4)第1の実施の形態では、参照信号生成部は、階段波生成部と積分回路とを有し、階段波生成部は階段波を生成し、積分回路は当該生成された階段波を積分することによってレベルが経時的に連続的に変化する参照信号を生成するとしたが、参照信号生成部の内部構成は、当該構成に限定されない。
2 階段波生成部
3 積分回路
4 コンパレータ
5 フリップフロップ
6 通電論理部
7 貫通保護論理部
8 電源
10〜13 トランジスタ
14〜17 フライホイルダイオード
19a、19b 巻線
21 アンプ
22 パルス頻度弁別部
23 トランジスタ
24 オン抵抗調整回路
25 積分回路
31a 階段波生成部
32 シリアルデータ通信部
33 シリアルパラレル変換回路
34 データカウンタ回路
35 アドレスカウンタ回路
36 ライト信号生成回路
37 アドレスデコーダ回路
38 レジスタ回路
39a 駆動回路
41a 非反転パワーアンプ
42a 反転パワーアンプ
43a アップダウンカウンタ回路
44a D/Aコンバータ
110a 参照信号生成部
115a 同期整流禁止制御部
116a 反転時期調整部
120a PWM制御部
130a ブリッジ整流回路
140a 給電電流測定部
160a 参照信号生成部
Claims (18)
- 駆動対象であるステッピングモータが備える巻線への給電電流を測定する給電電流測定手段と、
レベルが経時的に連続的に変化し、かつ電流制限値を表す参照信号を生成する参照信号生成手段と、
導通状態において前記巻線へ給電し、非導通状態において前記巻線への給電を停止するチョッピング用スイッチング手段と、
所定の周期で前記チョッピング用スイッチング手段を導通状態にし、かつ前記測定される給電電流が前記参照信号によって表される電流制限値よりも大きくなった時点で、前記チョッピング用スイッチング手段を非導通状態にするパルス幅変調制御手段と、
前記巻線と共に閉回路を形成する同期整流用スイッチング手段と、
前記チョッピング用スイッチング手段が非導通状態にされている期間において、前記同期整流用スイッチング手段を導通状態にすることによって、前記巻線からの回生電流を前記同期整流用スイッチング手段を経由して還流させる同期整流制御手段と、
前記参照信号によって表される電流制限値が減少しつつある期間の少なくとも一部分において、前記同期整流制御手段が前記同期整流用スイッチング手段を導通状態にすることを禁止する同期整流禁止手段と
を備えることを特徴とするステッピングモータ駆動装置。 - 前記参照信号生成手段は、
階段波を生成する階段波生成部と、
当該階段波を積分することによって前記参照信号を生成する積分回路とから構成される
ことを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記積分回路は、前記階段波の変化速度に応じて前記積分の時定数を変更することによって、前記参照信号を前記階段波の平均勾配に追従させて生成する
ことを特徴とする請求項2に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記積分回路は、前記階段波の変化速度を示す速度指定信号を取得し、当該取得される速度指定信号に応じて前記積分の時定数を変更する
ことを特徴とする請求項3に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記階段波生成部は、ステップ単位時間を刻むパルス信号をカウントすることにより前記階段波を生成し、
前記ステッピングモータ駆動装置は、さらに、
当該パルス信号の頻度を弁別する弁別手段を備え、
前記積分回路は、当該弁別の結果に応じて前記積分の時定数を変更する
ことを特徴とする請求項3に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記ステッピングモータ駆動装置は、さらに、
前記階段波の各ステップのレベルを表す情報信号を受信する情報信号受信手段を備え、
前記階段波生成部は、当該受信された情報信号をステップ単位時間毎にD/A変換することによって前記階段波を生成する
ことを特徴とする請求項2に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記ステッピングモータ駆動装置は、さらに、
前記チョッピング用スイッチング手段、前記同期整流用スイッチング手段、及び他の複数のスイッチング手段を含んで構成され、前記給電電流を整流するブリッジ整流回路と、
当該ブリッジ整流回路を構成する各スイッチング手段を、それぞれ導通状態又は非導通状態の何れか所定の状態にすることによって、前記巻線への給電極性を反転させる給電極性反転手段を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記給電極性反転手段は、
前記巻線への給電極性を示す給電極性信号を取得する取得部と、
当該取得された給電極性信号を、前記参照信号によって表される電流制限値が所定量減少するために要する時間遅延させる遅延部と
を有し、
当該遅延された給電極性信号に従って前記巻線への給電極性を反転させる
ことを特徴とする請求項7に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記参照信号生成手段は、
階段波を生成する階段波生成部と、
当該階段波を積分することによって前記参照信号を生成する積分回路とから構成され、
前記パルス幅変調手段は、前記階段波のレベルが0である期間、前記チョッピング用スイッチング手段を非導通状態に維持する
ことを特徴とする請求項8に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記給電電流測定手段は、前記巻線と直列に接続される抵抗体であり、当該抵抗体に発生する電圧によって前記給電電流を測定する
ことを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記抵抗体は、導通状態にされる半導体素子である
ことを特徴とする請求項10に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記給電電流測定手段は、前記測定された給電電流に正のオフセットを加算した電流値を測定結果とし、
前記パルス幅変調制御手段は、所定の周期で前記チョッピング用スイッチング手段を導通状態にし、かつ前記オフセット加算後の電流値が前記参照信号によって表される電流制限値よりも大きくなった時点で、前記チョッピング用スイッチング手段を非導通状態にする
ことを特徴とする請求項10に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記ステッピングモータは複数の相それぞれに対応する巻線を備え、
前記給電電流測定手段は巻線毎に給電電流を測定し、
前記参照信号生成手段は巻線毎に電流制限値を表す参照信号を生成し、
前記チョッピング用スイッチング手段は巻線毎に給電とその停止とを行い、
前記パルス幅変調制御手段は、前記チョッピング用スイッチング手段を制御することによって、巻線毎に所定の周期で給電を開始しかつ前記測定される給電電流が前記参照信号によって表される電流制限値よりも大きくなった時点で給電を停止し、
前記同期整流用スイッチング手段は巻線毎に設けられ、対応する巻線と共に閉回路を形成し、
前記同期整流制御手段は、前記同期整流用スイッチング手段を個別に制御することによって、巻線毎の回生電流をそれぞれ対応する同期整流用スイッチング手段を経由して還流させ、
前記同期整流禁止手段は、巻線毎に前記参照信号によって表される電流制限値が減少しつつある期間の少なくとも一部分において、前記同期整流制御手段がその巻線に対応する同期整流用スイッチング手段を導通状態にすることを禁止する
ことを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 駆動対象であるステッピングモータが備える巻線と共に閉回路を形成する同期整流用スイッチング手段を備えた駆動回路を用いて行われるステッピングモータ駆動方法であって、
前記巻線への給電電流を測定する給電電流測定ステップと、
レベルが経時的に連続的に変化し、かつ電流制限値を表す参照信号を生成する参照信号生成ステップと、
所定の周期で前記巻線への給電を開始し、かつ前記測定される給電電流が前記参照信号によって表される電流制限値よりも大きくなった時点で給電を停止するパルス幅変調制御ステップと
前記給電が停止されている期間において、前記同期整流用スイッチング手段を導通状態にすることによって、前記巻線からの回生電流を前記同期整流用スイッチング手段を経由して還流させる同期整流制御ステップと、
前記参照信号によって表される電流制限値が減少しつつある期間の少なくとも一部分において、前記同期整流制御ステップが前記同期整流用スイッチング手段を導通状態にすることを禁止する同期整流禁止ステップと
を含むことを特徴とするステッピングモータ駆動方法。 - 前記参照信号生成ステップは、
階段波を生成する階段波生成サブステップと、
当該階段波を積分することによって前記参照信号を生成する積分サブステップとを含む
ことを特徴とする請求項14に記載のステッピングモータ駆動方法。 - 前記積分サブステップは、前記階段波の変化速度に応じて前記積分の時定数を変更することによって、前記参照信号を前記階段波の平均勾配に追従させて生成する
ことを特徴とする請求項15に記載のステッピングモータ駆動方法。 - 前記ステッピングモータ駆動方法は、さらに、
前記巻線への給電極性を示す給電極性信号を取得する取得ステップと、
当該取得された給電極性信号を、前記参照信号によって表される電流制限値が所定量減少するために要する時間、遅延させる遅延ステップと、
当該遅延された給電極性信号に従って前記巻線への給電極性を反転させる給電極性反転ステップと
を含むことを特徴とする請求項14に記載のステッピングモータ駆動方法。 - 前記給電電流測定ステップは、
前記測定された給電電流に正のオフセットを加算するオフセット加算サブステップを含み、
当該オフセット加算後の電流値を測定結果とし、
前記パルス幅変調制御ステップは、前記所定の周期で前記巻線への給電を開始し、かつ前記オフセット加算後の電流値が前記参照信号によって表される電流制限値よりも大きくなった時点で給電を停止する
ことを特徴とする請求項14に記載のステッピングモータ駆動方法。
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