JP2005278386A - モータ駆動装置及びモータ駆動用集積回路装置 - Google Patents

モータ駆動装置及びモータ駆動用集積回路装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 電力損失低減及びノイズ低減を図ったモータ駆動装置とモータ駆動用集積回路装置を提供する。
【解決手段】 スピンドル出力プリドライバ部とそれにより出力段のパワーMOSFETを制御し、直流シャント抵抗及びセンスアンプで形成された検出電流と電流指示信号とが一致するようにPWM信号を形成し、かかる上記PWM信号に対し、デッドタイムを与えた回生信号を生成し、BEMFゼロクロス検出結果から通電タイミング信号を生成して3相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号を生成して3相モータを駆動するモータ駆動装置に上記スピンドル出力が遷移している時間を測定し、かかる測定時間と指定されたスイッチング時間とが一致するようなフィードバック制御を行うスイッチング特性調整部を設ける。
【選択図】 図1

Description

本発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動用集積回路装置に関し、例えばHDD(ハードディスクドライバ)等の3相スピンドルモータの回転制御技術に利用して有効な技術に関するものである。
HDD装置のスピンドルモータの駆動方式は従来よりPWM(パルス幅変調)駆動が採用されている。PWM駆動では駆動するトランジスタが消費する電力を大きく低減することが可能であるが、出力電圧が電源−GND間を高速に遷移するためノイズを発生し、HDD装置のエラーレートを劣化させる場合がある。これを避けるため、スイッチング時間を緩やかにするとスイッチングロスが増大して電力が増加する。したがってスピンドルのスイッチング時間としてはノイズとスイッチングロスを考慮した適切な時間が要求される。なお、HDD装置のノイズに関連する文献としては、特開平11−69872号公報がある。かかる公報に記載された技術は、磁気ヘッドの位置制御を行うVCMドライバから発生するノイズの低減に関するものであり、上記スピンドルモータの駆動に際して発生するノイズに関連するものは見当たらない。
特開平11−69872号公報
図9には、この発明に先立って検討されたスピンドルモータの駆動回路の出力段回路図が示されている。同図には、U,V,Wからなる3相のうちのU相の回路が例示的に示されている。上下パワーMOSFETM1,M2のオン/オフはXUP,UN信号で制御され、XUP信号がロウレベルの時に上側パワーMOSFETM1がオン、信号UNがハイレベルの時に下側パワーMOSFETM2がオンとなる。
XUP,UN信号は上下パワーMOSFETM1とM2の同時オンを避けるため、通常は遅延時間(デッドタイム)が設けられている。UNがロウレベル→ハイレベルに切り替わるとSW3がオン、SW4がオフに切り替わりカレントミラー回路のMOSFETM43、M44が動作してパワーMOSFETM2のゲート容量Cgs2,Cgd2 を充電する。モータのコイルLUを流れる電流までパワーMOSFETM2のゲート,ソース間電圧Vgsが充電されると、モータの駆動電圧Uはハイレベルからロウレベルに切り替わり始める。このときのスイッチング時間tsrは、電源電圧をVMVCM、カレントミラー比をmとすると次式(1)のように表される。
tsr=Cgd2 ×VMVCM/(m×Iref ) ・・・・・・(1)
式(1)より、パワーMOSFETM2の寄生容量Cgd2 に合わせて基準電流Iref およびカレントミラー比mを設定しておけば所望のスイッチング時間tsrを得ることができる。これはUN=ハイレベル→ロウレベル、XUP=ハイレベル→ロウレベル、ロウレベル→ハイレベルにおいても同様である。モータコイルの作用によりモータ電流は維持されるため、駆動側パワーMOSFETがオフすると逆側のパワーMOSFETのボディダイオードを通じて回生電流が流れる。ボディダイオードを通じた回生は電力が大きくかかるため、この時回生側パワーMOSFETをオンさせる。回生側パワーMOSFETをオンさせるまでの時間tdly はパワーMOSの寄生容量Cgs1,Cgd1 と充放電電流及びスイッチング時間tsrで決まり、次式(2)のようになる。
tdly =tsr+ (Cgs1 +Cgd1)×VBRK/(m×Iref) ・・・・・・(2)
スイッチング時間及びデッドタイムはパワーMOSFETの製造ばらつきの影響を受ける。また基準電流Iref やカレントミラーのばらつき、温度特性、さらに電源電圧の影響を受ける。このためスイッチング時間とデッドタイムはばらつきや温度変化等を考慮してマージンを持たせる必要があり、電力損失が大きくなる。更に、パワーMOSFETを外付けの素子とした場合、モータドライバの設計後に外付けパワーMOSFETの変更が困難になる。
この発明の目的は、電力損失低減及びノイズ低減を図ったモータ駆動装置とモータ駆動用集積回路装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、スピンドル出力プリドライバ部とそれにより出力段のパワーMOSFETを制御し、直流シャント抵抗及びセンスアンプで形成された検出電流と電流指示信号とが一致するようにPWM信号を形成し、かかる上記PWM信号に対し、デッドタイムを与えた回生信号を生成し、BEMF(逆起電圧)ゼロクロス検出結果から通電タイミング信号を生成して3相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号を生成して3相モータを駆動するモータ駆動装置に上記スピンドル出力が遷移している時間を測定し、かかる測定時間と指定されたスイッチング時間とが一致するようなフィードバック制御を行うスイッチング特性調整部を設ける。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、スピンドル出力プリドライバ部とそれにより出力段のパワーMOSFETを制御し、直流シャント抵抗及びセンスアンプで形成された検出電流と電流指示信号とが一致するようにPWM信号を形成し、かかる上記PWM信号に対し、デッドタイムを与えた回生信号を生成し、BEMF(逆起電圧)ゼロクロス検出結果から通電タイミング信号を生成して3相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号を生成して3相モータを駆動するモータ駆動装置において、上側と下側からなる一対のパワーMOSFETのうち一方のパワーMOSFETのゲート,ソース間電圧からオン/オフを判定した信号と、かかるパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号とから、次サイクルでの上記一対のパワーMOSFETの同時オンを避けるための他方のパワーMOSFETのオン/オフ制御のための上記デッドタイムを生成する。
本願において開示される発明のうち他の代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、3相DCモータを駆動する上側と下側パワーMOSFETの動作制御を行うスピンドル出力プリドライバ部と、上記スピンドル出力が遷移している時間を測定し、かかる測定時間と指定されたスイッチング時間とが一致するようなフィードバック制御を行うスイッチング特性調整部とを1つの半導体集積回路装置に形成し、上記スピンドル出力プリドライバ部に所望の回転速度となるように形成されたPWM信号と、上記PWM信号に対して所定のデッドタイムを与えた回生信号と、BEMFのゼロクロス検出結果から形成された通電タイミング信号とから3相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号を伝える。
パワーMOSFETの特性に合わせてスイッチング時間及びデッドタイムを制御できるからノイズ低減と電力損失低減が可能となる。
図1には、この発明に係るモータ駆動装置の一実施例のブロック図が示されている。3相のモータコイルLU,LV,LWは、パワーMOSFETM1〜M6及びスピンドル出力プリドライバ部によりPWM駆動される。上記スピンドル出力プリドライバ部は、出力制御&PWM変調部で生成した出力制御信号XUP,UN,XVP,VN,XWP,WNを入力として動作する。またプリドライバ部は、スイッチング特性調整部で形成されたSPNSR信号に応じた電流で動作し、スイッチング時間が切替え又は調整できるようになっている。
上記スピンドル出力プリドライバ部には、UENAB,VENAB,WENAB信号が入力され、PWM動作をしている相の出力が遷移している時間を判定した信号VTRANと、下側パワーMOSFETがオンしている時間を判定した信号VGSONを形成して、上記スイッチング特性調整部に伝える。また、上記スピンドル出力電圧U,V,W及び中点電圧CTはBEMF検出部へ入力され、出力制御&PWM変調部で形成されたUENAB,VENAB,WENAB信号で適切な相が選択されることでBEMFのゼロクロスを検出する。
通電タイミング制御(PLL)部は、上記BEMF検出部で形成されたBEMFのゼロクロス検出信号PNと通電タイミングとの位相比較を行い、かかる通電タイミング制御部−出力制御部−出力段−モータ−BEMF検出部からなるPLLループによって位相制御された相切替信号FCOMMを出力する。
一方、モータ駆動電流の検出については直流シャント抵抗Rnfを用いて行う。つまり、出力段の下側パワーMOSFETM2,M4,M6の共通接続点と回路の接地電位との間に上記直流シャント抵抗Rnfが設けられ、かかる抵抗Rnfで検出された電圧はセンスアンプAMPにより増幅され、その結果がアナログ−デジタル変換回路ADCへ入力されてデジタル信号に変換される。電流制御部は、AD変換された検出値ADCDと電流指令とから誤差を計算し、かかる電流制御部−PWM信号生成部−出力制御部−出力段−モータ−直流電流検出部Rnf−アナログ−デジタル変換回路ADCからなる電流制御ループによってモータ駆動電流が電流指令と一致するようなデューティのPWM信号PWMCLKが上記PWM信号生成部により生成される。
上記電流制御部は、PWMのデューティが100%付近の場合にロウレベルとなるDutyOK信号を出力する。これはスピンドル出力が動作を完了できないほどオフの幅(時間)が狭い場合にPWM信号生成部やスイッチング特性調整部が異常動作をしないようにするための信号である。例えば、電源投入直後に3相モータを所望の回転速度に高速に立ち上げるときの動作モードに用いられる。上記PWM信号生成部は電流制御により得られたパルス幅変調信号PWMCLKから、上記スイッチング特性調整部で得られた適切なデッドタイム(DCNTON,DCTNOFF)を設けたPWM信号PWMCLKDと回生電流を制御する為の回生信号RCTCLKDを生成する。また、上記DutyOK信号がロウレベルの場合には回生信号RCTCLKDをロウレベル固定とし、回生側のオン動作を行わないようにする。出力制御&PWM変調部ではPLL制御により得られた相切替信号FCOMMと電流制御により得られたPWM信号PWMCLKD,RCTCLKDを用いて、出力制御信号XUP,UN,XVP,VN,XWP,WN及びUENAB,VENAB,WENAB信号を生成する。
この発明によって設けられたスイッチング特性調整部では、ノイズ低減のためにPWM動作をしている相の出力が遷移している時間を判定した信号VTRANから遷移時間が目標値SR−TGに一致するようにSPNSRを調整する。また、無効電力低減のためにスイッチング特性調整部では下側パワーMOSFETがオンしている時間を判定した信号VGSONとPWM信号PWMCLKDとから適切なデッドタイム情報(DCNTON,DCNTOFF)を生成する。ただし、DutyOK信号がロウレベルの場合にはデッドタイム(DCNTON,DCNTOFF)の更新を行わないようにする。
マイコン(マイクロコンピュータ)等の制御装置とのインターフェースはシリアルポートで行われ、電流制御部の電流指令、電流制御、通電タイミング制御部のPLL、スイッチング特性調整部のスイッチング時間目標値(SR−TG)等の各種パラメータがレジスタにより設定される。
図1の実施例において、点線で示したスピンドル出力プリドライバ部とスイッチング特性調整部は、1つの半導体集積回路装置ICで構成される。この構成において、出力段のパワーMOSFETM1〜M6と、その他の回路を半導体集積回路装置で構成し、それぞれを1つのパッケージに搭載したマルチチップモジュールとして構成される。この構成に代えて、上記出力段のパワーMOSFETM1〜M6を除いて、1チップの半導体集積回路装置で構成してもよいし、上記出力段パワーMOSFETM1〜M6を含めて1チップの半導体集積回路装置で構成してもよい。
図2には、図1のモータ駆動装置のスピンドル出力プリドライバ部と出力段及びモータとスイッチング特性調整部の一実施例のブロック図が示されている。3相モータコイルLU,LV,LWは、パワーMOSFETM1〜M6及びスピンドル出力プリドライバ部によりPWM駆動される。上記スピンドル出力プリドライバ部は、出力制御&PWM変調部で生成された出力制御信号XUP,UN,XVP,VN,XWP,WNを入力として動作する。各相のプリドライバは、スイッチング特性調整部で生成されたSPNSR信号により大きさが変化するデジタル−アナログ変換回路DACの出力電圧VBSPNに応じた電流で動作し、パワーMOSFETM1〜M6のスイッチング時間の調整が行われる。
各相のプリドライバは、下側パワーMOSFETM2,M4,M6のゲート,ソース間電圧Vgsに比例した信号VGSMONU,VGSMONV,VGSMONWを出力する。前記出力制御&PWM変調部で形成されたUENAB,VENAB,WENAB信号によりPWM動作をしている相の信号がスイッチSW6で上記信号VGSMONU,VGSMONV,VGSMONWのいずれかを選択し、コンパレータA3により基準電圧Vref と比較することでパワーMOSFETのオン/オフを判定した信号VGSONを生成し、上記スイッチング特性調整部へ入力する。
前記出力制御&PWM変調部で形成されたUENAB,VENAB,WENAB信号によりスピンドル出力U,V,WがスイッチSW5によりPWM動作をしている相が選択され、電源電圧VMVCMを抵抗R1〜R3で分圧した信号とコンパレータA1とA2で比較し、その出力をゲート回路G1に入力してスピンドル出力が遷移している間のみハイレベルとなる信号VTRAN信号を生成し、スイッチング特性調整部へ入力する。
スイッチング特性調整部では上側と下側のパワーMOSFETM1とM2、M3とM4及びM5とM6の同時オンを避けるためのデッドタイム時間の生成とスイッチング時間が最適となるようなデジタル−アナログ変換回路DACの入力信号SPNSRの生成を行う。スイッチング特性調整部は、PWM周期毎に1クロックだけハイレベルとなる信号CNTRST信号でそれぞれのカウンタCNT1,CNT2のリセット及びレジスタREG1〜REG3の更新が行われる。
上記VTRAN信号がハイレベルの時、即ちスピンドル出力が遷移している間のみカウンタCNT1でカウントすることでPWM間隔内に2回現れるスピンドル出力のスイッチング時間の合計Trancntを生成する。このTrancnt信号とマイコンから設定したスイッチング時間の目標値SR−TGとがデコーダDECで比較され、SR−TG>Trancntの場合は、レジスタREG1に保持された1つ前の信号SPNSRに−1を加え、SR−TG=Trancntの場合は上記信号SPNSRに "0" を加え、SR−TG<Trancntの場合は上記信号SPNSRに "+1" を加えることで、信号SPNSRを更新して、スイッチング時間の最適設定が行われる。つまり、出力電圧が電源−GND間を高速に遷移することによるノイズを低減しつつ、スイッチング時間を緩やかにしすぎることによるスイッチングロスを低減する。
スイッチング特性調整部で形成されたVSGON信号とPWM信号生成部で生成されたPWMCLKD信号とをゲート回路G2に供給して、PWMがオフに切り替わった時点から実際にパワーMOSのゲート,ソース間電圧Vgsが基準電圧Vref に下がるまでの遅延時間OffcntをカウンタCNT2により測定する。DutyOK信号がハイレベルの場合には、レジスタREG2に保持された信号DCNTOFFは上記Offcntにより更新される。また、レジスタREG3に保持された信号DCNTONは、Offcntから1回のスイッチング時間分Trancnt/2だけ減じた値に更新される。上記両信号DCNTONとDCNTOFFは、PWM信号生成部に入力されて、パワーMOSFETのオン/オフ動作に適合したPWMの同時オンを避けるデッドタイムの設定が行われる。
図3には、図1のスピンドル出力プリドライバ部と出力段の一実施例の回路図が示されている。同図においては、同図には、U,V,Wからなる3相のうちのU相の回路が例示的に示されている。上下パワーMOSFETM1,M2のオン/オフはXUP,UN信号で制御され、XUP信号がロウレベルの時に上側パワーMOSFETM1がオン、信号UNがハイレベルの時に下側パワーMOSFETM2がオンとなる。XUP,UN信号は上下パワーMOSFETM1とM2の同時オンを避けるため、遅延時間(デッドタイム)が設けられている。UNがロウレベル→ハイレベルに切り替わるとSW3がオン、SW4がオフに切り替わりカレントミラー回路のMOSFETM23、M24が動作してパワーMOSFETM2のゲート容量Cgs2,Cgd2 を充電する。モータのコイルLUを流れる電流までパワーMOSFETM2のゲート,ソース間電圧Vgsが充電されると、モータの駆動電圧Uはハイレベルからロウレベルに切り替わり始める。
前記図9のスピンドル出力段との違いはスイッチング特性調整部より得られたSPNSR信号で動作するデジタル−アナログ変換回路DACに応じた電流で出力段が動作する点とパワーMOSM2のゲート,ソース間電圧を抵抗R5,R6で分圧した電圧VGSMONUを出力する点である。スイッチング時間tsrは、電源電圧をVMVCM、カレントミラー比をmとすると、前記式(1)からtsr=Cgd2 ×VMVCM/(m×Ivbspn)で表されるため、デジタル−アナログ変換回路DACの入力信号である信号SPNSRを変更し、電流源の電流値Ivbspn を変化させることでスピンドルのスイッチング時間tsrを変更(調整)することが可能となる。
図4には、この発明に係るモータ駆動装置の動作の一例の波形図が示されている。PWM間隔毎に1クロックだけハイレベルとなるCNTRST信号で、Trancnt, Offcntを計数するカウンタCNT1,CNT2のリセット及びレジスタREG1〜REG3で形成される信号SPNSR,DCNTOFF,DCNTONの更新が行われる。電流制御部からのPWM信号PWMCLKに対し、PWMCLKD(UN)信号はDCNTONに対応した遅延時間DL1だけ遅延させた信号とされる。
RCTCLKD(XUP)は、上記PWMCLKD信号をさらにDCNTOFFに対応した遅延時間DL2だけ遅らせた信号PWMCLKD2とPWMCLKとのノア(NOR)を取った信号とすることでPWMのオン側にDCNTON(DL1)、オフ側にDCNTOFF(DL2)分のデッドタイムを設けた回生信号が得られる。
以下、電流がシンクの場合、即ち下側パワーMOSFETM2がPWMを行う場合についてその動作を説明する。回生信号RCTCLKD(XUP)の立下りにより、上側パワーMOSFETM1のゲート,ソース間電圧Vgsが放電される。これにより回生側のパワーMOSFETM1がオフするため、U相の出力電圧≒VMVCMからVMVCM+Vf になる。なおVf は、MOSFETM1のボディダイオードの順方向電圧である。
遅延時間DL1後にPWMCLKD(UN)の立ち上がり、下側パワーMOSFETM2のゲート,ソース間電圧Vgsが充電される。モータを流れる電流に相当するだけ下側パワーMOSFETM2のゲート,ソース間電圧Vgsが充電されると、出力電圧(U相電圧)がハイレベルからロウレベルに遷移する。U相の出力電圧が遷移している間、VTRAN信号はハイレベルとなり、この時間はカウンタCNT1により計数されてTrancntがカウントアップされる。
信号PWMCLKD(UN)が立ち下がると、下側パワーMOSFETM2のゲート,ソース間電圧Vgsが放電される。モータを流れる電流に相当するだけ下側パワーMOSFETM2のゲート,ソース間電圧Vgsが放電されるとパワーMOSFETM2はモータ電流を流す能力がなくなるため、出力電圧(U相電圧)がロウレベルからハイレベルに遷移する。この間でも同様にVTRAN信号はハイレベルとなりこの時間は、カウンタCNT1により計数されてTrancntがカウントアップされる。これによりカウンタCNT1で計数されるTrancntとしてはスピンドル出力電圧(U相電圧)のスイッチング時間の2回分の合計が得られる。
遅延時間DL2後にRCTCLKD(XUP)の立ち上がり、上側パワーMOSが再びオンになるため、出力電圧(U相電圧)はVMVCM+Vf から電源電圧VMVCMになる。次の信号CNTRSTが来ると、カウンタCNT1で形成された計数値Trancntと目標値SR−TGの比較に応じたSPNSRの更新がレジスタREG1により行われ、次のPWM動作では更新後のSPNSR(電流Ivbspn)でスピンドル出力段が動作して、そのスイッチ時間(tsr) が設定される。
一方、VGSON信号はパワーMOSFETM2のゲート,ソース間電圧Vgsがある間はハイレベルとなる信号で、この信号とPWMCLKD信号によりPWM信号がオフとなる時の遅延時間がカウンタCNT2で計数されてOffcntが形成される。この遅延時間はパワーMOSFETを放電する時間tdis とスイッチング時間tsrとの合計の時間であり、この時間後に回生側をオンすればデッドタイムを最小にすることが可能である。したがって、オフ側のデッドタイムは、この時間をDCNTOFFとして更新して利用して上記回生信号RCTCLKDを形成する。
また、オン側のデッドタイム(DL1)としてはカウンタCNT2により測定したOffcntからスイッチング時間tsrを減じたものが最適時間であるため、DCNTONとしてはスイッチング時間の2倍であるTrancntの半分の値をOffcntから減じた時間を用いてレジスタREG3により更新する。以上の動作を繰り返すことで、パワーMOSFETM1、M2(M2〜M6)ばらつき、温度変化、経時変化等があっても常に最適なスイッチング特性を得ることが可能になる。
図5には、この発明に係るモータ駆動装置が適用されたハードディスクドライブ(HDD)装置の一実施例の機構図が示されている。この実施例は、この発明に係る3相スピンドルモータ制御系と、ボイスコイルモータ制御系および磁気ヘッド駆動制御系から構成される。3相スピンドルモータは機構部の小型化や高密度実装を実現するため、ディスクを保持するハブという部品の内側にステータであるコイルとロータとなる磁石を持ち、回転軸を中心にディスクを回転させる。
VCMは磁石とVCMコイルにより電流を流すことで回転推力を得て、ヘッドを移動させる。モータ駆動制御回路は、前記実施例で説明したような機能を有するスピンドルモータ駆動制御回路と磁気ヘッドをディスクの径方向へ移動させるボイスコイルモータ駆動制御回路とが一体となった半導体集積回路装置で構成される。上記モータ駆動制御回路はマイコンから供給される制御信号がシリアルポートを介して入力され、その制御信号に従って動作することで、ボイスコイルモータとスピンドルモータを制御する。
リードライトICは磁気ヘッド(MRヘッド等も含む)によって検出された磁気の変化に応じた電流を増幅して読出し信号を信号処理LSI(データチャネルプロセッサ)送信し、信号処理LSIからの書込みパルス信号を増幅して磁気ヘッドの駆動電流を出力する。信号処理LSIは、デジタル磁気記録に適した変調/復調処理や磁気記録特性を考慮した波形整形等の信号処理を行うとともに、上記磁気ヘッドの読出信号から位置情報を読み取る。ハードディスク・コントローラは信号処理LSIから送信されてくる読出しデータを取り込んで誤り訂正処理を行ったりホストからの書込みデータに対して誤り訂正符号化処理を行って信号処理LSIへ出力したりする。インタフェース・コントローラは本システムと外部装置との間のデータの受渡しおよび制御等を行い、上記ハードディスク・コントローラはインタフェース・コントローラを介してパソコン本体のマイクロコンピュータなどのホストコンピュータに接続される。
キャッシュメモリは磁気ディスクから高速で読み出されたリードデータを一時的に記憶するバッファ用として用いる。マイコン(マイクロコンピュータ)からなるコントローラは、ハードディスク・コントローラからの信号に基づいて、いずれの動作モードか判定し、動作モードに対応してシステム各部の制御を行うとともに、ハードディスク・コントローラから供給されるアドレス情報に基づいてセクタ位置などを算出したりする。
以上で構成されるハードディスクドライブ(HDD)装置において、スピンドル駆動回路の駆動電圧に急峻な電圧変化があると、EMI即ちノイズが発生し、コイルから回転軸を伝わり、ディスク表面を通じて、磁気ヘッドによって検出された読出し信号にノイズが重畳してしまい、信号処理LSIの読出し信号のエラーレートが劣化する場合がある。このためスピンドル駆動回路の駆動電圧としてはエラーレートが劣化しない程度に急峻な変化を抑える必要があり、また電力損失の面からはスイッチングによる損失を極力低減する必要がある。したがってスピンドル駆動回路の駆動電圧のスイッチング時間tsrは正確に制御されることが望まれる。前記実施例では、前記のようなスイッチング特性調整部を追加すること及びかかるスイッチング特性調整部で形成された信号SPNSRにより、プリドライバ部において上記スイッチング時間tsrを設定できる可変電流を用いることにより、ノイズの低減を図りつつ、電力損失も低減させることが可能となる。
スイッチング時間tsrの検出方法として、スピンドル出力電圧をモニタする方法でなく、パワーMOSのゲート,ソース間電圧Vgsをモニタする。この場合ゲート,ソース間電圧Vgsが特定の範囲(Vgsが一定となるレベルを含む)にある時間を測定し、これをスイッチング時間の制御に用いることもできる。この方法はパワーMOSFETのしきい値電圧Vthのばらつきの影響を考慮する必要がある点で、前記実施例のようにスピンドル出力電圧をモニタした方が良い。
図6には、図1のモータ駆動装置のスピンドル出力プリドライバ部と出力段及びモータとスイッチング特性調整部の他の一実施例のブロック図が示されている。この実施例では、スイッチング時間の測定方法として、前記カウンタCNT1を用いるのでなくアナログ積分器を利用したタイマ回路TMCによってスイッチング時間の間キャパシタを定電流によりチャージアップさせ、上記スイッチング時間に対応した電圧信号を形成する。この電圧をアナログ−デジタル変換回路ADCによりデジタル信号に変換して、上記スイッチ時間の測定値Trancntを形成する。以下は、前記図2の実施例と同様である。この方法は、高速クロックで動作するロジック回路がない場合に有効である。
デッドタイム(DL1, DL2)の生成方法としてパワーMOSFETのゲート,ソース間電圧Vgsをモニタする方法に代え、スピンドル出力のスイッチング時間tsrを元に生成する。これはスイッチング時間と遅延時間は共にパワーMOSの寄生容量、電源電圧及びプリドライバの基準電流により決定されることから遅延時間=k×スイッチング時間で表現できることを利用している。この方法を用いるとコンパレータやカウンタを削減できる点で回路規模を小さくできるが、遅延時間そのもので無い点でデッドタイムにある程度のマージンが必要となる。本実施例では3相のスイッチング特性に対し、1つの制御値SPNSRを用いているが、DACを3相分用意することで3相独立に制御する構成としても良い。この場合、相間のばらつきに対しても対応することが可能になる。
以上の実施例では、PWM動作をしている出力電圧の遷移時間をカウンタで測定し、目標値に一致するようにスピンドルプリドライバの基準電流を変更することにより、パワーMOSの製造ばらつき、基準電流やカレントミラーのばらつき、温度特性、電源電圧依存性の影響を受けずに常に目標どおりのスイッチング時間を得ることが可能になる。このため、パワーMOSFETの変更があっても同様に、目標どおりのスイッチング時間を得ることが可能になる。ホットキャリア等による素子の経時変化の大きい安価なCMOSプロセス(参考資料: 柳井久義、永田穣著改訂集積回路工学(2) コロナ社 p.230,231)でも目標どおりのスイッチング時間を得ることができるモータ駆動回路を実現可能となる。
目標値をマイコンから設定できるようにしているため、実際のシステムに搭載した状態でのノイズの観測結果等に対応したスイッチング時間の変更が可能となる。またパワーMOSFETのゲート,ソース間電圧VgsからパワーMOSFETのオン/オフを判定した信号とパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号からパワーMOSFETの同時オンを避けるためのデッドタイムを生成することでパワーMOSFETの製造ばらつき、基準電流やカレントミラーのばらつき、温度特性、電源電圧依存性、経時変化の影響を受けず最適なデッドタイムを得ることが可能になる。そして、パワーMOSFETの変更があっても同様に最適なデッドタイムを得ることが可能になる。つまり、パワーMOSFETを上記プリドライバ部とは別の半導体集積回路装置又は単体のパワーMOSFETを用いた場合に好適となる。
前記実施例のフィードバック制御により一定のスイッチング時間tsrを得られるため、HDDのエラーレートを劣化させないスイッチング時間でかつスイッチングロスの最小化を実現でき、電力損失を最小とすることが可能となる。パワーMOSFETの遅延時間を測定することにより最適なデッドタイムが得られるため、パワーMOSFETの同時オンを避け、かつ電力損失を最小にすることが可能となる。そして、スイッチング特性を一定にできる点でPWM変調における歪の影響を受けやすい正弦波電流駆動においてトルクリップル等の特性ばらつきを低減することが可能になる。
図7には、この発明に係るモータ駆動装置の出力段の一実施例の基本的回路図が示されている。同図には、代表として2相分のハーフブリッジ回路とパワーMOSFET動作状態による駆動電流経路も矢印により合わせて示されている。出力段の構成をU,Wの2相分で考えると同図のようなハーフブリッジ(Hブリッジ)型の回路構成となる。パワーMOSFETM1,M2,M5,M6はそれぞれの制御信号UP,UN,WP,WNによりゲート容量Cgd,Cgsが充電されるか放電されるかでオン/オフの制御が行われる。パワーMOSFETはすべてNチャネルMOSFETのためゲート,ソース間電圧がしきい値電圧以上の正でオン、しきい値電圧未満でオフとなる。したがって上側パワーMOSFETM1,M5への制御回路は電源VMVCMを昇圧した電源VBSTで動作させる必要がある。
例えば、モータの駆動電流は電源VMVCMからパワーMOSFETM5モータを通じてパワーMOSFETM2に流れる状態、すなわちW相が電流ソース、U相が電流シンクの状態を考える。PWM動作によりパワーMOSFETM5,M2がオンの場合には駆動電流は電源→M5→モータ→M2→Rnfと流れる。この時W相の出力電圧はVMVCM−Ron×Ispn となる。ここでRonはMOSFETM1,M2,M5,M6のオン抵抗を示す。
一方、PWM動作によりパワーMOSFETM5がオフになるとモータを流れる電流がコイルの時定数により維持されるため、駆動電流はM6→モータ→M2→M6と回生する回生電流が流れる。この時W相の出力電圧は−Ron×Ispnとなる。ここで出力電圧が遷移する状態を考えると、駆動電流がソースの場合にはパワーMOSFETM5が飽和状態で動作することで出力電圧が遷移する。したがって出力の遷移期間中のパワーMOSFETのゲート,ソース間電圧Vgsは、電流ソースの場合には上側がVgs>Vthで、下側がVgs=0Vとなる。
次にモータの駆動電流が電源VpsからパワーMOSFETM1、モータを通じてパワーMOSFETM6に流れる状態、すなわちW相が電流シンク、U相が電流ソースの状態を考える。PWM動作によりパワーMOSFETM1,M6がオンの場合には駆動電流は電源→M1→モータ→M6→Rnfと流れる。この時W相の出力電圧はRon×Ispn となる。
一方、PWM動作によりパワーMOSFETM6がオフになるとモータを流れる電流がコイルの時定数により維持されるため、駆動電流はM1→モータ→M5→M1と回生する。この時W相の出力電圧はVMVCM+Ron×Ispnとなる。ここで出力電圧が遷移する状態を考えると、駆動電流がシンクの場合にはパワーMOSFETM6が飽和状態で動作することで出力電圧が遷移する。したがって出力の遷移期間中のパワーMOSFETのゲート,ソース間電圧Vgsは、電流シンクの場合には上側がVgs=0Vで、下側がVgs>Vthとなる。以上の動作から、1つの相に対し電流がソースかシンクかによって出力遷移期間中のVgsが異なるため、電流のゼロクロス検出が可能になる。
図8には、この発明に係る180 deg通電による電流ゼロクロス検出を説明するための動作波形図が示されている。同図においては、W相の駆動電流1(W)がソースからシンクに切り替わる状態が代表として例示的に示されている。PWM信号WP,WNは上側パワMOSFET(M5)がオンのデューティが徐々に小さくなっていき、これにより駆動電流がソースからシンクへと切り替わる。駆動電流I(W)がソースの場合には上側パワーMOSFET(M5)がオフになると出力電圧が負電位となり下側(M6)を回生し、駆動電流I(W)がシンクの場合には下側パワーMOSFET(M6)がオフになると出力電圧が電源より高くなり上側を回生する。出力電圧の遷移期間に着目すると、電流ソースの場合の下側パワーMOSFET(M6)のゲート,ソース間電圧Vgsは0Vであり、電流シンクの場合の下側パワーMOSFET(M6)のゲート,ソース間電圧Vgsはしきい値電圧Vthより高くなる。この実施例のスピンドル部システムでは、信号VTRANでサンプリングされる下側MOSFETのVgsを用いて電流ゼロクロスの検出を行うことができる。電流ゼロクロスの検出結果に基づいて、モータの回転位相を検出する位相検出部を構成することができる。
図10には、この発明に係るモータ駆動装置の他の一実施例のブロック図が示されている。この実施例は、前記図1の実施例の変形例であり、電流極性検出部が追加される。この電流極性検出部に対応して、PWM信号生成部においても、信号PWMCLKD1、2及びRCTCLKD1,2のような2組の信号が形成され、それを受ける出力制御&PWM変調部でも信号入力端子N1,N2及びXP1とXP2のように変更される。モータ駆動装置において、出力電流がシンクかソースかの電流極性に応じて上下のどちらかの出力MOSFETの駆動信号にデッドタイムを与えるかを適切に選ばないとPWM駆動波形に歪みを生じることが本願発明者の更なる研究によって明らかとされた。本願発明では、3相モータのような多相モータ場合には電流極性の切り替え付近でデッドタイムを与える方向が不適切になると、ゼロクロス歪みを生じてトルクリップルが増加するという新たな問題を解決するための構成及び手段を開示する。
上記電流極性検出部では、各出力電圧U、V,Wの出力電圧がそれぞれ遷移する期間VTRAN時に、それぞれの出力相の下側MOSFETM2、M4、M6のゲート,ソース間電圧Vgsを選択的に検出し、同検出値によって電流極性を判断する。電流極性検出部には、PWMのハイレベルのエッジかロウレベルのエッジの検出かを見分けるための極性選択信号A/XBも入力される。同信号A/XBは、電流制御部で生成され、PWM信号PWMCLKと共に生成される。
前記図9において、上下パワーMOSFETM1とM2のオン/オフは、駆動信号XUP,UN信号で制御され、駆動信号XUP,UNがロウレベルの時に上側パワーMOSFETM1がオン、駆動信号UNがハイレベルの時に下側パワーMOSFETM2がオンとなる。上記駆動信号XUP,UN信号は上下パワーMOSFETM1、M2の同時オンを避けるため、デッドタイムが設けられている。コイル電流Iu がソース状態(同図の矢印で示した方向)のときは上側駆動信号XUPが制御信号となり、PWMデューティを決定する。下側駆動信号UNは上側パワーMOSFETM1がオフの際の回生電流によるロスを抑えるための回生信号となる。コイル電流Iu がシンク状態(同図の矢印とは逆方向)のときは下側駆動信号UNが制御信号となり、PWMデューティを決定する。上側駆動信号XUPは下側パワーMOSFETM2がオフの際の回生電流によるロスを抑えるための回生信号となる。
図11には、図9の回路において、ソース状態とシンク状態のコイル電流Iu の極性と制御側、回生側の関係が反転した場合を説明するための波形図が示されている。同図(A)は、駆動信号としては上側を制御側として入力している状態で電流がシンクの時(Iu<0)の波形図が示されており、この状態では同図( )内に示されるように下側が制御側、上側が回生側として動作してしまうため、パルスデューティはデッドタイム期間の合計tsr+2×tdis分増加する。このため駆動電流で考えるとデッドタイム期間の合計分に相当する分だけ電流が大きくなってしまう。ここで、時間tsrは、前記スイッチング時間である。
同図(B)は、駆動信号としては下側を制御側として入力している状態で電流がソースの時(Iu>0)の波形図が示されており、前記(A)とは逆に、この状態では同図( )内に示されるように上側が制御側、下側が回生側として動作してしまうため、パルスデューティはデッドタイム期間の合計tsr+2×tdis分減少する。このため駆動電流で考えるとデッドタイム期間の合計分に相当する分だけ電流が小さくなってしまう。
このように、電流シンク時又は電流ソース時かに応じて上下どちらの出力MOSFETに対して駆動信号を与えるのか、回生信号を与えるのかを適切に選ばないと、PWM駆動波形にデッドタイム分だけ誤差が発生して所望のPWMデューティが得られなくなり、駆動電流のゼロクロス歪みとなりトルクリップルを増大させるものとなる。このような問題を解決するためには、図10の実施例に示したような電流極性検出部が必要となるものである。
図10において、PWM信号生成部及び出力制御&PWM変調部では、予め電流ソース用(Gr.I )と電流シンク用(Gr.II)の2組のタイミング信号PWMCLKD1,2及びRCTCLKD1,2(XP1,2、N1,N2)を用意する。つまり、PWM信号生成部で形成されたタイミング信号RCTCLKD1、PWMCLKD1、RCTCLKD2、PWMCLKD2は、出力制御&PWM変調部の信号N1、XP1、XP2、N2として伝えられる。
図12には、図10のモータ駆動装置の動作の一例を説明するためのタイミング図が示されている。同図において、実線で示したソース用(Gr.I )タイミング信号は、XP1が制御信号とされ、タイミング信号N1が回生信号とされる。つまり、上側の出力MOSFETM1がPWMデューティに対応してオン/オフ制御され、タイミング信号N1側にデッドタイムが割り当てられて生成され、これに対応して下側の出力MOSFETM2のオン/オフが制御されるようになる。点線で示したシンク用(Gr.II)タイミング信号は、XP2が回生信号とされ、タイミング信号N2が制御信号とされる。つまり、下側の出力MOSFETM2がPWMデューティに対応してオン/オフ制御され、タイミング信号XP2側にデッドタイムが割り当てられて生成され、これに対応して上側の出力MOSFETM1のオン/オフが制御されるようになる。
PWM信号生成部においては、電流制御部により得られたPWM信号PWMCLKから、スイッチング特性調整ロジックで得られた適切なデッドタイム(DCNTON、DCNTOFF)を設けた電流ソース時用の駆動信号ペアPWMCLKD1とRCSCLKD1からなるGr.I ペア(XP1とN1)および電流シンク時用のPWMCLKD2とRCSCLKD2からなるGr.IIペア(XP2とN2)を生成する。出力制御&PWM変調部には、駆動信号ペアGr.I (XP1とN1)と駆動信号ペアGr.II(XP2とN2)が入力され、電流極性検出部の定結果APおよびBPの結果に基づき、同ペア信号はPWM駆動のデューティ誤差を生じない方のペアが選択される。
ここで上記電流極性検出部では、電流の極性判定が駆動電圧の遷移期間VTRAN時において行なわれる。したがって電流極性が変化し、同図に点線で示した本来のduty(デューティ)信号に誤差を生じた後、信号BPのロウレベルへの変化に応じて、ソース用(Gr.)からシンク用(Gr.II)に切り替えられる。また次のPWM周期においても点線で示したようにシンク動作に対応した誤差を生じない適切なPWM制御信号と回生信号の組(Gr.II)が選択される。これにより、電流極性切り替わり時の誤差を最小回数に抑えることができる。
PWM駆動した際の駆動電流はPWMの駆動信号に併せて増加減するため、電流のゼロクロス(切り替え点)付近では、PWM周期で駆動電流がシンク、ソースを繰り返す。つまり、駆動電流の増減が極めて緩やかであるときには、前記説明したように一度誤差を生じた後に駆動信号の組が切り替わり補正されるため、ゼロクロス付近では最悪の場合には常に誤差を生じる駆動信号の組が選択されつづける可能性がある。そこで、3相モ−タの正弦波駆動においては、駆動電流のゼロクロス付近では単調減少、単調増加となることを利用し、駆動電流の極性判定が切り替わり、駆動信号の組が誤差を生じない適切な組に切り替わった後は、ラッチにより保持しておいて予め定められた―定回数のPWM周期の間この駆動信号の組を維持することにより上記のような問題を解決することができる。
駆動信号の組(Gr.I )と(Gr.II)の切り替え方法は、上記図12の動作波形図では駆動電圧がハイレベルからロウレベルに変化するエッジでの電流極性判定、ロウレベルからハイレベルに変化するエッジでの電流極性判定において、先に駆動電流の切り替えが来るエッジでの電流極性判定に基づき駆動信号の組を切り替える単エッジ判定型とされる。上記単エッジ判定型は、比較的急峻な電流極性の切り替わりの場合は、誤差を生じるエッジが1回で済み有利である。
図13には、図10のモータ駆動装置の動作の他の一例を説明するためのタイミング図が示されている。同図においても前記同様に、実線で示したソース用(Gr.I )タイミング信号は、XP1が制御信号とされ、タイミング信号N1が回生信号とされる。この実施例の駆動信号の組(Gr.I )と(Gr.II)の切り替え方法は、上記図12とは異なり、駆動電圧がハイレベルからロウレベルに変化するエッジでの電流極性判定、ロウレベルからハイレベルに変化するエッジでの電流極性判定の両エッジの判定に基づき駆動信号の組をそれぞれ切り替えるようにする。この実施例のような両エッジ判定型では、駆動信号を立上り側と立下り側とでA/XB信号で前半と後半の二つに分けて駆動信号の組の切り替えをそれぞれ独立して行っている。
すなわち、信号BPのロウレベルへの変化により駆動信号の立下り側を(Gr.I )から(Gr.II)に一端切り替え、信号APがまだハイレベルなので駆動信号の立上り側では(Gr.II)から(Gr.I )に戻し、再度信号BPのロウレベルにより(Gr.I )から(Gr.II)に変化させるものである。この後は、信号APがロウレベルにされるので図示しないけれども(Gr.II)が選ばれたままとなる。なお、本実施例においても一度誤差を生じた後に駆動信号の組が切り替わり補正されるため、駆動信号の組が誤差を生じない適切な組に切り替わった後は、ラッチにより保持しておいて予め定められた―定回数のPWM周期の間この駆動信号の組を維持する。
図13の実施例では、PWMの両エッジで独立に判定できるため、電流ソース用の信号と電流シンク用の組の駆動がPWMエッジ毎(半周期毎)に繰り返される比較的緩やかな電流極性の切り替わりの場合に、誤差回数を最小に出来る。図12の単エッジ判定型又は図13の両エッジ検出型のどちらかの方式を選択するかは、対象となるモータによって適切に選択すればよい。
図14には、前記図10の電流極性検出部の動作の一例を説明するためのタイミング図が示されている。同図においては、U相が代表として例示的に示されている。他のV相、W相についても同様である。同図の上側駆動信号XUPおよび下側駆動信号UNの出力レベルと駆動電流Iu の極性によって駆動電圧Uが決定されるが、そのときの下側アーム駆動用パワーMOSFETM2のゲート,ソース間電圧Vgsは同図中央のようになる。MOSFETM2のオン状態とオフ状態のどちらかを判定する信号VGSONは、MOSFETM2のゲート,ソース間電圧Vgsをコンパレータで判定し生成する。ここで、駆動電流Iu がソース状態にあるときVGSON=ロウレベルになり、電流がIu がシンク状態ならVGSON=ハイレベルとなる。また、コンパレータ閾値Vthg はパワーMOSFETM2の閾値Vthよりも少し低く設定する。
駆動電圧Uが遷移する期間に対応したタイミング信号VTRANは適切な閾値を持つウィンドウコンパレータで生成される。A側極性判定信号APおよびB側極性判定信号BPの出力は、上記タイミング信号VTRANの立ち上がりエッジのタイミングでトリガし、同タイミングにおけるVGSONのレベルの反転信号として与えられる。但し、エッジ選択信号A/XB=ハイレベルのときはAP出力のみ、A/XB=ロウレベルのときはBP出力のみ変化する。A側極性判定信号およびB側極性判定信号はともに、ハイレベルが駆動電流Iu のソース状態を示し、ロウレベルが駆動電流Iu のシンク状態を示している。
図15には、図10に示したモータ駆動装置による代表的な信号のシミュレーション波形図が示されている。同図に示すように駆動電流Iu において、ゼロクロス歪みが消滅し、それに対応してトルクの変動も小さくなっている。図16には、本願発明との対比のために示されたシミュレーション波形図であり、前記図11のように3相モータにおいて電流極性の切り替え付近でデッドタイムを与える方向が不適切のときには、ゼロクロス歪みを生じてモータトルクにリップルが増加する例として示されている。
図17には、この発明に係るモータ駆動装置の更に他の一実施例のブロック図が示されている。この実施例は、前記図10の実施例の変形例であり、スイッチング特性調整部が省略される。この実施例では、デッドタイムは、固定値からなる信号DCNTON、DCNTOFF及びSPNSRが与えられる。つまり、素子の特性バラツキを考慮した一定のマージンを持ってデッドタイムが設定される。かかるデッドタイムのもとでも、駆動電流Iu にゼロクロス歪みが消滅し、それに対応してトルクの変動も小さくすることができるものである。
図10及び図17の実施例では、各相のモータコイルに流れる電流極性を判定した結果で制御側と回生側の信号を駆動回路に与えるので、常にPWMの制御信号と同一デューティのPWMデューティで持って、モータコイルを駆動できるから高精度なPWM駆動が可能となる。DCブラシレスモータを正弦波電流で駆動する場合は、各相コイル電流をゼロクロス歪みの生じ難い正弦波駆動が実現できるため、トルクリップルが低減され、より低騒音のモータ駆動が可能となるという効果が得られる。このようなモータトルクのリップルの低減によりモータで発生する振動が低下し、それにより駆動される磁気ディスク等からの読み出しマージンを大きくすることができる。このPWM駆動方法は、電流のゼロクロス付近の精度が重要となるVCMドライバにおいても有効である。
以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、スイッチング時間を測定する手段や、パワーMOSFETのオン/オフ状態を判定する手段は、前記実施例の他の手段により構成してもよい。また制御信号や回生信号は電流制御部で生成するPWMCLKから2通り生成してから選択するのでなく、電流制御部で電流の極性結果を用いて直接生成しても構わない。これはPWMのオン時間を電流極性により切り替えれば容易に実現可能である。この発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動用集積回路として広く利用できる。
この発明に係るモータ駆動装置の一実施例を示すブロック図である。 図1のモータ駆動装置のスピンドル出力プリドライバ部と出力段及びモータとスイッチング特性調整部の一実施例を示すブロック図である。 図1のスピンドル出力プリドライバ部と出力段の一実施例を示す回路図である。 この発明に係るモータ駆動装置の動作の一例を示す波形図である。 この発明に係るモータ駆動装置が適用されたハードディスクドライブ装置の一実施例を示す機構図である。 図1のモータ駆動装置のスピンドル出力プリドライバ部と出力段及びモータとスイッチング特性調整部の他の一実施例を示すブロック図である。 この発明に係るモータ駆動装置の出力段の一動作例を示す回路図である。 図7のモータ駆動装置の動作を説明するための動作波形図である。 この発明に先立って検討されたスピンドルモータの駆動回路の出力段回路図である。 この発明に係るモータ駆動装置の他の一実施例を示すブロック図である。 図9の回路において、コイル電流極性と制御側/回生側の関係が不適切の場合を説明するための波形図である。 図10のモータ駆動装置の動作の一例を説明するためのタイミング図である。 図10のモータ駆動装置の動作の他の一例を説明するためのタイミング図である。 図10の電流極性検出部の動作の一例を説明するためのタイミング図である。 図10に示したモータ駆動装置の代表的な信号のシミュレーション波形図である。 図11に対応したシミュレーション波形図である。 この発明に係るモータ駆動装置の更に他の一実施例を示すブロック図である。
符号の説明
IC…半導体集積回路装置、M1〜M6…パワーMOSFET、LU,LV,LW…モータコイル、ADC…アナログ−デジタル変換回路、A1〜A3…コンパレータ、Rnf…シャント抵抗、G1〜G3…ゲート回路、CNT1,CNT2…カウンタ、REG1〜REG3…レジスタ、DAC…デジタル−アナログ変換回路、TMC…タイマ回路、R1〜R6…抵抗、SW1〜SW6…スイッチ、M11〜M46…MOSFET、INV1〜INV4…インバータ回路。

Claims (24)

  1. 上側と下側パワーMOSFETとスピンドル出力プリドライバ部からなり多相DCモータを駆動する出力段と、
    上記多相DCモータに流される電流を検出する為の電流検出部と、
    電流指示信号と上記電流検出部の検出電流とが一致するように所望のPWM信号を出力する電流制御部と、
    上記PWM信号に対して、上記多相DCモータにそれぞれの相の電圧を与える為の上記上側と下側のパワーMOSFETが同時にオンするのを避けるためのデッドタイムを与えた回生信号を生成するPWM信号生成部と、
    上記多相DCモータの回転位相を検出するための位相検出部と、
    上記位相検出部の検出結果から通電タイミング信号を生成する通電タイミング制御部と、
    上記通電タイミング信号と上記PWM信号生成部の出力信号から多相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号を生成する出力制御&PWM変調部と、
    上記出力段が遷移している時間を測定し、かかる測定時間と指定されたスイッチング時間とが一致するようなフィードバック制御を行うスイッチング特性調整部とを備えてなることを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 請求項1において、
    上記電流検出部の検出電流をデジタル値に変換するADCと、
    上記電流指示信号及びスイッチング時間を含むパラメータを設定するためのパラメータ設定レジスタを有するシリアルポートとを更に備えてなることを特徴とするモータ駆動装置。
  3. 請求項2において、
    上記スイッチング特性調整部は、上記スピンドル出力プリドライバ部がパワーMOSFETのゲートに伝えられる駆動信号を形成する電流源が上記フィードバック制御により可変電流源とされることにより、スピンドル出力が遷移している時間を上記指定されたスイッチング時間に一致させることを特徴とするモータ駆動装置。
  4. 請求項3において、
    上記スイッチング特性調整部は、上記スピンドル出力が遷移している時間を計数するカウンタの計数値と、指定されたスイッチング時間が入力されたレジスタの入力値とを比較し、かかる比較結果により上記可変電流源の電流値を制御することを特徴とするモータ駆動装置。
  5. 請求項4において、
    上記スピンドル出力が遷移している時間は、パワーMOSFETのゲート電圧が特定の電圧範囲にある時間とされることを特徴とするモータ駆動装置。
  6. 請求項3において、
    上記スイッチング特性調整部は、上記スピンドル出力が遷移している時間を積分回路により形成された電圧として形成することを特徴とするモータ駆動装置。
  7. 上側と下側パワーMOSFETとスピンドル出力プリドライバ部からなり多相DCモータを駆動する出力段と、
    上記多相DCモータに流される電流を検出する為の電流検出部と、
    電流指示信号と上記直流検出部の検出電流とが一致するように所望のPWM信号を出力する電流制御部と、
    上記PWM信号に対して、上記DC多相モータにそれぞれの相の電圧を与える為の上記上側と下側のパワーMOSFETが同時にオンするのを避けるためのデッドタイムを与えた回生信号を生成するPWM信号生成部と、
    上記多相DCモータの回転位相を検出するための位相検出部と、
    上記位相検出部検出結果から通電タイミング信号を生成する通電タイミング制御部と、 上記通電タイミング信号と上記PWM信号生成部の出力信号から3相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号を生成する出力制御&PWM変調部と、
    上記上側と下側からなる一対のパワーMOSFETのうち一方のパワーMOSFETのゲート,ソース間電圧からオン/オフを判定した信号とかかるパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号とから、次のPWM周期での上記一対のパワーMOSFETの同時オンを避けるための他方のパワーMOSFETのオン/オフ制御のための上記デッドタイムを生成するスイッチング特性調整部を備えてなることを特徴とするモータ駆動装置。
  8. 請求項7において、
    上記スピンドル出力が遷移している時間が第1カウンタで計数されて第1計数値が形成され、上記一対のパワーMOSFETのうち一方のパワーMOSFETのオフを指示する信号からそのゲート,ソース間電圧によりオフと判定された信号が出力されるまでの時間が第2カウンタで計数されて第2計数値が形成され、上記第1計数値と第2計数値とから他方のMOSFETのオン/オフの遷移時間を推定し、上記デッドタイムを生成することを特徴とするモータ駆動装置。
  9. 請求項7において、
    上記一対のパワーMOSFETのうち一方のパワーMOSFETのゲート,ソース間電圧からオン/オフの遷移時間が第1カウンタで計数されて第1計数値が形成され、上記一方のパワーMOSFETのオフを指示する信号からそのゲート,ソース間電圧によりオフと判定された信号が出力されるまでの時間が第2カウンタで計数されて第2計数値が形成され、上記第1計数値と第2計数値とから他方のMOSFETのオン/オフの遷移時間を推定し、上記デッドタイムを生成することを特徴とするモータ駆動装置。
  10. 請求項7において、
    上記スイッチング特性調整部は、更に上記第1計数値と指定されたスイッチング時間とが一致するようなフィードバック制御部を含み、
    上記スピンドル出力プリドライバ部がパワーMOSFETのゲートに伝えられる駆動信号を形成する電流源が上記フィードバック制御部により制御される可変電流源とされることにより、スピンドル出力が遷移している時間を上記指定されたスイッチング時間に一致させることを特徴とするモータ駆動装置。
  11. 請求項10において、
    上記スイッチング特性調整部は、上記第1計数値と指定されたスイッチング時間が入力されたレジスタの入力値とを比較し、かかる比較結果により上記可変電流源の電流値を制御することを特徴とするモータ駆動装置。
  12. 請求項1又は7において、
    上記出力段のスピンドル出力プリドライバ部及び上記スイッチング特性調整部が1つの半導体集積回路装置で構成されてなることを特徴とするモータ駆動装置。
  13. 請求項12において、
    上記出力段のパワーMOSFETは、上記スイッチング特性調整部を含む半導体集積回路装置とは別の半導体集積回路装置又は単体素子で構成されてなることを特徴とするモータ駆動装置。
  14. 多相DCモータを駆動する上側と下側パワーMOSFETの動作制御を行う出力プリドライバ部と、
    上記出力プリドライバ部に駆動される上記上側と下側のパワーMOSFETの出力が遷移している時間を測定し、かかる測定時間と指定されたスイッチング時間とが一致するようなフィードバック制御を行うスイッチング特性調整部とを備え、
    所望の回転速度となるような電流指令にモータ電流が一致するように形成されたPWM信号から多相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号が形成されて上記出力プリドライバ部に伝えられることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路装置。
  15. 請求項14において、
    上記上側と下側からなる一対のパワーMOSFETのうち一方のパワーMOSFETのゲート,ソース間電圧からオン/オフを判定した信号とかかるパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号とから、次のPWM周期での上記一対のパワーMOSFETの同時オンを避けるための他方のパワーMOSFETのオン/オフ制御のための上記デッドタイムを生成するスイッチング特性調整部を備えてなることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路装置。
  16. 請求項14において、
    上記PWM信号に対してデッドタイムを与えた回生信号と、多相DCモータの回転位相の検出結果から形成された通電タイミング信号とから多相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する上記信号が形成されてなることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路装置。
  17. 請求項14において、
    上記スイッチング時間のパラメータを設定するためのパラメータ設定レジスタを有するシリアルポートとを更に備えてなることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路装置。
  18. 上側と下側パワーMOSFETを含んだ多相DCモータを駆動する出力段と、
    上記多相DCモータに流される電流を検出する為の電流検出部と、
    電流指示信号と上記電流検出部の検出電流とが一致するように所望のPWM信号を出力する電流制御部と、
    上記PWM信号に対して、上記多相DCモータにそれぞれの相の電圧を与える為の上記上側と下側のパワーMOSFETが同時にオンするのを避けるためのデッドタイムを与えた回生信号を生成するPWM信号生成部と、
    上記多相DCモータの回転位相を検出するための位相検出部と、
    上記位相検出部の検出結果から通電タイミング信号を生成する通電タイミング制御部と、
    上記通電タイミング信号と上記PWM信号生成部の出力信号から多相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号を生成する出力制御&PWM変調部と、
    上記出力段からモータコイルに流れる電流の向きがソースかシンクのいずれかを検出する電流極性検出部とを備え、
    上記出力制御&PWM変調部は、上記出力段を構成する上記上側と下側のパワーMOSFETのうち上記電流極性検出部の検出信号に対応して回生側とされるパワーMOSFETの駆動信号にデッドタイム分を割り当ててなることを特徴とするモータ駆動装置。
  19. 上側と下側パワーMOSFETとスピンドル出力プリドライバ部からなり多相DCモータを駆動する出力段と、
    上記多相DCモータに流される電流を検出する為の電流検出部と、
    電流指示信号と上記電流検出部の検出電流とが一致するように所望のPWM信号を出力する電流制御部と、
    上記PWM信号に対して、上記多相DCモータにそれぞれの相の電圧を与える為の上記上側と下側のパワーMOSFETが同時にオンするのを避けるためのデッドタイムを与えた回生信号を生成するPWM信号生成部と、
    上記多相DCモータの回転位相を検出するための位相検出部と、
    上記位相検出部の検出結果から通電タイミング信号を生成する通電タイミング制御部と、
    上記通電タイミング信号と上記PWM信号生成部の出力信号から多相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号を生成する出力制御&PWM変調部と、
    上記出力段が遷移している時間を測定し、かかる測定時間と指定されたスイッチング時間とが一致するようなフィードバック制御を行うスイッチング特性調整部と、
    上記出力段からモータコイルに流れる電流の向きがソースかシンクのいずれかを検出する電流極性検出部とを備え、
    上記出力制御&PWM変調部は、上記出力段を構成する上記上側と下側のパワーMOSFETのうち上記電流極性検出部の検出信号に対応して回生側とされるパワーMOSFETの駆動信号にデッドタイム分を割り当ててなることを特徴とするモータ駆動装置。
  20. 上側と下側パワーMOSFETとスピンドル出力プリドライバ部からなり多相DCモータを駆動する出力段と、
    上記多相DCモータに流される電流を検出する為の電流検出部と、
    電流指示信号と上記直流検出部の検出電流とが一致するように所望のPWM信号を出力する電流制御部と、
    上記PWM信号に対して、上記DC多相モータにそれぞれの相の電圧を与える為の上記上側と下側のパワーMOSFETが同時にオンするのを避けるためのデッドタイムを与えた回生信号を生成するPWM信号生成部と、
    上記多相DCモータの回転位相を検出するための位相検出部と、
    上記位相検出部の検出結果から通電タイミング信号を生成する通電タイミング制御部と、 上記通電タイミング信号と上記PWM信号生成部の出力信号から多相のパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号を生成する出力制御&PWM変調部と、
    上記上側と下側からなる一対のパワーMOSFETのうち一方のパワーMOSFETのゲート,ソース間電圧からオン/オフを判定した信号とかかるパワーMOSFETのオン/オフを制御する信号とから、次のPWM周期での上記一対のパワーMOSFETの同時オンを避けるための他方のパワーMOSFETのオン/オフ制御のための上記デッドタイムを生成するスイッチング特性調整部と、
    上記出力段からモータコイルに流れる電流の向きがソースかシンクのいずれかを検出する電流極性検出部とを備え、
    上記出力制御&PWM変調部は、出力段を構成する上側と下側のパワーMOSFETのうち上記電流極性検出部の検出信号に対応して回生側とされるパワーMOSFETの駆動信号にデッドタイム分を割り当ててなることを特徴とするモータ駆動装置。
  21. 請求項18において、
    上記PWM信号生成部は、出力段からモータコイルに流れる電流の向きがソースのときとシンクのときに対応した2通りのタイミング信号を生成して上記出力制御&PWM変調部に伝え、
    上記出力制御&PWM変調部は、上記電流極性検出部からの検出信号に対応して上記2通りの上記タイミング信号のうちのいずれかを選択して上記駆動信号を形成してなることを特徴とするモータ駆動装置。
  22. 請求項19において、
    上記PWM信号生成部は、出力段からモータコイルに流れる電流の向きがソースのときとシンクのときに対応した2通りのタイミング信号を生成して上記出力制御&PWM変調部に伝え、
    上記出力制御&PWM変調部は、上記電流極性検出部からの検出信号に対応して上記2通りの上記タイミング信号のうちのいずれかを選択して上記駆動信号を形成してなることを特徴とするモータ駆動装置。
  23. 請求項21において、
    電流極性検出部は、出力電圧のハイレベルからロウレベルに変化するエッジにおける極性判定、ロウレベルからハイレベルに変化するエッジにおける極性判定のどちらかの電流極性判定において、先に駆動電流の切り替えが来るエッジでの電流極性判定結果が、ラッチに保持されて上記タイミング信号の選択に利用されることを特徴とするモータ駆動装置。
  24. 請求項21において、
    電流極性検出部は、出力電圧のハイレベルからロウレベルに変化するエッジにおける極性判定、ロウレベルからハイレベルに変化するエッジにおける極性判定の両方の電流極性判定結果が、それぞれラッチに保持されて上記タイミング信号の選択に利用されることを特徴とするモータ駆動装置。
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