JP2006109684A

JP2006109684A - モータ駆動回路及びそれを備えるモータ装置

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Publication number: JP2006109684A
Application number: JP2004296967A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Yamamoto; 精一山本
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-20
Also published as: TW200625781A; WO2006040953A1; US20080100242A1; CN101036286A

Abstract

【課題】正方向に回転しているモータに負方向のトルクを加えてブレーキをかける場合、そのトルクを制御できるモータ駆動回路の提供。
【解決手段】このモータ駆動回路３は、中間点からコイル９を駆動する複数対の電源側駆動トランジスタ１５、１６及び接地側駆動トランジスタ１７、１８と、コイル９の駆動電流を電源側で検出する駆動電流検出手段１９と、正方向に回転しているモータにブレーキをかける場合、負方向のトルクを加えるよう電源側駆動トランジスタ及び他の接地側駆動トランジスタを選択し、それらをオンして駆動電流を流し、駆動電流が所定の値になると、これらの選択された電源側駆動トランジスタ及び選択された接地側駆動トランジスタを共にオフして回生電流を流すように制御する制御回路２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ（アクチュエータも含む）のコイルにＰＷＭ（パルス幅変調）により電圧を印加するモータ駆動回路、及びそれを備えるモータ装置に関する。

従来より、電源電圧レベルをＰＷＭのパルス期間、すなわち、オンデユーティ期間だけモータのコイルに印加してモータのトルクを制御するＰＷＭ駆動のモータ装置が知られている（例えば特許文献１）。このものは、ＰＷＭのパルス期間（以下、駆動期間ＴＤ）に電源電位から駆動電流がコイルを通って接地電位に流れ込み、残りの期間、すなわち、オフデユーティ期間（以下、回生期間ＴＥ）には、電流を流れ続けさせるコイルの誘導性により、駆動期間ＴＤのときの経路とは別の経路で回生電流が流れる。この種のモータ装置の一例を図４に示す。このモータ装置１０１は、コイル１０９を有するモータ１０２と、それを駆動するモータ駆動回路１０３と、から成る。

モータ駆動回路１０３は、外部のマイクロコンピュータ等の指令部（図示せず）から入力されるトルク制御電圧ＴＯと基準電圧ＲＥＦにより制御される。すなわち、モータ１０２を起動して正方向に一定の速度で回転させる場合、トルク制御電圧入力端子１１０を介して入力されるトルク制御電圧ＴＯが基準電圧入力端子１１１を介して入力される基準電圧ＲＥＦよりも高くなる。そのため、極性比較器１２６はハイレベルとなり、制御ロジック回路１２７を介して電源側駆動トランジスタ１１６はオフする。そして、発振器（ＯＳＣ）１２５からのクロックＣＬＫが立ち上がってフリップフロップ１２４の出力がハイレベルになると、接地側駆動トランジスタ１１７はオフ、電源側駆動トランジスタ１１５と接地側駆動トランジスタ１１８はオンする。モータ１０２のコイル１０９には駆動入力端子Ａから駆動入力端子Ｂに向かって徐々に増加する駆動電流Ｉ_Ｄが流れる。駆動電流検出手段である抵抗素子１１９に生じるこの駆動電流Ｉ_Ｄに比例した電圧が、トルク制御電圧ＴＯと基準電圧ＲＥＦの差の絶対値を出力する絶対値出力器１２１により制御される可変電圧発生器１２２の可変電圧よりも大きくなると駆動電流検出比較器１２３はハイレベルを出力し、フリップフロップ１２４の出力はローレベルとなる。そうすると、電源側駆動トランジスタ１１５はオフすると共に接地側駆動トランジスタ１１７はオンし、コイル１０９には駆動入力端子Ａから駆動入力端子Ｂに向かって徐々に減少する回生電流Ｉ_Ｅが流れる。

このように、コイル１０９に徐々に増加する駆動電流Ｉ_Ｄと徐々に減少する回生電流Ｉ_Ｅが繰り返して流れ、駆動電流Ｉ_Ｄの最大値が制御されることによりモータ１０２のトルクが制御される。ここで、回生電流Ｉ_Ｅが流れるとき、接地側駆動トランジスタ１１７、１１８は共にオンし、駆動入力端子Ａ、Ｂはほぼ接地電位に固定されるようになっている。これは、コイル１０９の両端を実質的に短絡することにより、コイル１０９に蓄積されるエネルギが他の素子により熱エネルギに変換されて消費されるのを抑制し、電力効率が低下するのを防止するためである。

なお、このモータ駆動回路１０３では駆動電流検出手段として抵抗素子１１９を用いているが、電源側駆動トランジスタ又は接地側駆動トランジスタのオン抵抗を利用する（例えば特許文献２）などにより、駆動電流検出手段として抵抗素子を用いないようにすることもできる。

特開２００４−１５８５５号公報特開２００１−４５７６５号公報

ところで、正方向に一定の速度で回転しているモータを減速して他の所望の回転速度にする場合、負方向のトルクを加えてブレーキ（逆転ブレーキ）をかけると、所望の回転速度に達するまでの時間が短くて済む。従って、この方式は高速動作が要求されるシステムのモータ装置に非常に有効である。

図５は、モータ駆動回路１０３において、負方向のトルクを加えてブレーキをかけた場合の説明図である。（ａ）、（ｃ）はそれぞれ駆動期間ＴＤ、回生期間ＴＥにおける駆動トランジスタ１１５〜１１８のオン・オフ状態、（ｂ）、（ｄ）はそれぞれ駆動期間ＴＤ、回生期間ＴＥにおけるコイルの各成分の電圧配分、（ｅ）は各信号の電圧又は電流波形を示している。ＣＬＫは発振器１２５からのクロックＣＬＫの電圧、Ａ、Ｂは駆動入力端子Ａ、Ｂの電圧、Ｉ_１は駆動入力端子Ａから駆動入力端子Ｂの方向を正としてコイル１０９に流れる電流（すなわち駆動電流Ｉ_Ｄと回生電流Ｉ_Ｅとから成る電流）、Ｉ_２は抵抗素子１１９に流れる電流を示す。駆動期間ＴＤには、電源側駆動トランジスタ１１６と接地側駆動トランジスタ１１７がオンし、駆動入力端子Ｂの電圧が駆動入力端子Ａの電圧よりも高くなり、コイル１０９には、モータ１０２を起動して正方向に一定の速度で回転させる場合とは逆に、駆動入力端子Ｂから駆動入力端子Ａに向かって駆動電流Ｉ_Ｄが流れる。その結果、負方向のトルクによりモータ１０２は減速する。なお、モータ１０２が回転することによりコイル１０９に逆起電圧Ｖ_Ｘが速度と回転方向に依存して誘起されるが、このとき、（ｂ）に示すように、回転による逆起電圧Ｖ_Ｘは駆動電流Ｉ_Ｄと同方向、すなわち駆動入力端子Ｂから駆動入力端子Ａに向かって発生している。

そして、回生期間ＴＥには、電源側駆動トランジスタ１１６がオフして接地側駆動トランジスタ１１８がオンするため、駆動入力端子Ａ、Ｂは共にほぼ接地電位となり、実質的に短絡される。このとき、コイル１０９には駆動入力端子Ｂから駆動入力端子Ａに向かって回生電流Ｉ_Ｅが流れ、回転による逆起電圧Ｖ_Ｘは、駆動期間ＴＤの場合と同様に、回生電流Ｉ_Ｅと同方向に発生している。ここで留意すべきは、（ｄ）に示すように、モータ１０２の回転による逆起電圧Ｖ_Ｘは抵抗成分による降下電圧Ｖ_Ｒとインダクタ成分による逆起電圧Ｖ_Ｉによって相殺されるのであるが、回生電流Ｉ_ＥはＶ_Ｘ／Ｒｍに達するまで増加し続けることである。なお、Ｒｍは抵抗成分の値である。

従って、抵抗素子１１９で目標の駆動電流Ｉ_Ｄが検出できた（時間ｔ_０）後、回生電流Ｉ_Ｅが減少しないので、駆動電流Ｉ_Ｄが流れる駆動期間ＴＤが極めて短く、コイル１０９に流れる電流は回生電流Ｉ_Ｅにより増加し続けることになる。その結果、過大な負方向のトルクによりモータ１０２は減速して所望の回転速度よりも下がってしまうことが起こる。この場合、マイクロコンピュータ等の指令部（図示せず）は、再度、トルク制御電圧ＴＯを基準電圧ＲＥＦよりも高くして速度を調整することができるが、上記のように、負方向のトルクが加えられる間、モータ駆動回路３はトルク制御電圧ＴＯに従ってトルクを制御していないので、モータ１０２が最終的に所望の回転速度に達するまでの時間が長くなる。また、その間に無駄な電力も消費される。

本発明は、以上の事由に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、正方向に一定の速度で回転しているモータに負方向のトルクを加えてブレーキをかける場合でも、そのトルクを制御できるようにしたモータ駆動回路を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に係るモータ駆動回路は、入力されるトルク制御電圧に従ってコイルに徐々に増加する駆動電流と徐々に減少する回生電流を流すことによりモータのトルクを制御するモータ駆動回路において、電源電位と接地電位との間に直列に接続され、その中間点からコイルを駆動する複数対の電源側駆動トランジスタ及び接地側駆動トランジスタと、コイルの駆動電流を電源側で検出する駆動電流検出手段と、モータを起動して正方向に一定の速度で回転させる場合、正方向のトルクを加えるよう一の電源側駆動トランジスタ及び一の接地側駆動トランジスタを選択し、それらをオンして駆動電流を流し、駆動電流がトルク制御電圧に対応する値になると、この選択された電源側駆動トランジスタをオフすると共にそれと対をなす接地側駆動トランジスタをオンして回生電流を流し、かつ、正方向に回転しているモータにブレーキをかける場合、負方向のトルクを加えるよう他の電源側駆動トランジスタ及び他の接地側駆動トランジスタを選択し、それらをオンして駆動電流を流し、駆動電流がトルク制御電圧に対応する値になると、これらの選択された電源側駆動トランジスタ及び選択された接地側駆動トランジスタを共にオフして回生電流を流すように制御する制御回路と、を備えてなることを特徴とする。

請求項２に係るモータ駆動回路は、請求項１に記載されたモータ駆動回路において、前記駆動電流検出手段は、電源電位に接続されて設けられた抵抗素子であることを特徴とする。

請求項３に係るモータ駆動回路は、入力されるトルク制御電圧に従ってコイルに徐々に増加する駆動電流と徐々に減少する回生電流を流すことによりモータのトルクを制御するモータ駆動回路において、電源電位と接地電位との間に直列に接続され、その中間点からコイルを駆動する複数対の電源側駆動トランジスタ及び接地側駆動トランジスタと、コイルの駆動電流を接地側で検出する駆動電流検出手段と、モータを起動して正方向に一定の速度で回転させる場合、正方向のトルクを加えるよう一の電源側駆動トランジスタ及び一の接地側駆動トランジスタを選択し、それらをオンして駆動電流を流し、駆動電流がトルク制御電圧に対応する値になると、この選択された接地側駆動トランジスタをオフすると共にそれと対をなす電源側駆動トランジスタをオンして回生電流を流し、かつ、正方向に動いているモータにブレーキをかける場合、負方向のトルクを加えるよう他の電源側駆動トランジスタ及び他の接地側駆動トランジスタを選択し、それらをオンして駆動電流を流し、駆動電流がトルク制御電圧に対応する値になると、これらの選択された電源側駆動トランジスタ及び選択された接地側駆動トランジスタを共にオフして回生電流を流すように制御する制御回路と、を備えてなることを特徴とする。

請求項４に係るモータ駆動回路は、請求項３に記載されたモータ駆動回路において、前記駆動電流検出手段は、接地電位に接続されて設けられた抵抗素子であることを特徴とする。

請求項５に係るモータ駆動回路は、請求項１乃至４のいずれかに記載されたモータ駆動回路において、前記電源側駆動トランジスタはＰ型ＭＯＳトランジスタであり、接地側駆動トランジスタはＮ型ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする。

請求項６に係るモータ装置は、コイルを有するモータと、そのコイルを駆動する請求項１乃至５のいずれかに記載されたモータ駆動回路と、を備えてなることを特徴とする。

本発明に係るモータ駆動回路は、正方向に一定の速度で回転しているモータに負方向のトルクを加えてブレーキをかける場合、駆動期間ＴＤにオンしていた電源側駆動トランジスタと接地側駆動トランジスタが回生期間ＴＥでは共にオフして回生電流が減少するので、駆動期間ＴＤの駆動電流を制御することによりモータのトルクを制御することが可能になる。また、本発明に係るモータ装置は、このモータ駆動回路を備えているので、モータを他の所望の回転速度に達するまでの時間を短縮することが可能になる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態であるモータ装置の回路図である。このモータ装置１は、コイル９を有するモータ２と、それを駆動するモータ駆動回路３と、を有して成る。モータ２は、駆動入力端子Ａ、Ｂを有しており、それらの間にコイル９が接続される。モータ駆動回路３は、トルク制御電圧ＴＯが入力されるトルク制御電圧入力端子１０と、トルク制御電圧ＴＯの基準電圧ＲＥＦが入力される基準電圧入力端子１１と、回転方向信号ＲＯが入力される回転方向信号入力端子１２と、モータ２の駆動入力端子Ａに接続される駆動出力端子１３と、モータ２の駆動入力端子Ｂに接続される駆動出力端子１４と、を有する。図示しないが、トルク制御電圧ＴＯ、基準電圧ＲＥＦ、及び回転方向信号ＲＯは、全体のシステムを制御する外部のマイクロコンピュータ等の指令部などから、トルク制御電圧入力端子１０、基準電圧入力端子１１、回転方向信号入力端子１２を介して入力される。すなわち、正方向のトルクを加えるときは基準電圧ＲＥＦよりも高いトルク制御電圧ＴＯが、負方向のトルクを加える場合は基準電圧ＲＥＦよりも低いトルク制御電圧ＴＯが、それぞれ入力される。また、モータ２が正方向に回転しているときはハイレベルの回転方向信号ＲＯが、負方向に回転している場合はローレベルの回転方向信号ＲＯが、それぞれ入力される。

モータ駆動回路３は、更に、ＰＭＯＳ型の第１及び第２の電源側駆動トランジスタ１５、１６と、ＮＭＯＳ型の第１及び第２の接地側駆動トランジスタ１７、１８と、駆動電流検出手段として抵抗素子１９と、制御回路２０と、を有する。対を成す第１の電源側駆動トランジスタ１５と第１の接地側駆動トランジスタ１７は、電源電位Ｖ_ＣＣと接地電位との間に直列に接続され、その中間点は駆動出力端子１３に接続される。対を成す第２の電源側駆動トランジスタ１６と第２の接地側駆動トランジスタ１８は、電源電位Ｖ_ＣＣと接地電位との間に直列に接続され、その中間点は駆動出力端子１４に接続される。第１及び第２の電源側駆動トランジスタ１５、１６の電源側は互いに接続される。駆動電流検出手段である抵抗素子１９は、その接続点と電源電位Ｖ_ＣＣとの間に設けられる。

次に、主要部である制御回路２０を説明する。トルク制御電圧入力端子１０と基準電圧入力端子１１の両方には絶対値出力器２１が接続され、絶対値出力器２１はトルク制御電圧ＴＯと基準電圧ＲＥＦとの差の絶対値を出力する。絶対値出力器２１の出力には可変電圧発生器２２が接続され、この可変電圧発生器２２は、電源電位Ｖ_ＣＣから絶対値出力器２１の出力電圧に応じた可変電圧分だけ降下させて出力する。可変電圧発生器２２の出力は駆動電流検出比較器２３の反転入力端子に接続される。駆動電流検出比較器２３の非反転入力端子には抵抗素子１９の一端が接続される。駆動電流検出比較器２３は、可変電圧発生器２２の可変電圧と抵抗素子１９に生じる電圧とを比較してハイレベル又はローレベルを出力する。駆動電流検出比較器２３の出力にはフリップフロップ２４のリセット入力端子Ｒが接続される。フリップフロップ２４のデータ入力端子Ｄには電源電位Ｖ_ＣＣが入力され、クロック入力端子Ｃには、発振器２５が出力する一定周波数のクロックＣＬＫが入力される。フリップフロップ２４は、クロックＣＬＫの立ち上がりでデータ入力端子Ｄの電源電位レベルを取り込むことによりセット状態となって出力端子Ｑからハイレベルを出力し、駆動電流検出比較器２３の出力がハイレベルになるとリセット状態となって出力端子Ｑからローレベルを出力する。

また、トルク制御電圧入力端子１０と基準電圧入力端子１１には、それぞれ極性比較器２６の非反転入力端子と反転入力端子が接続され、極性比較器２６はトルク制御電圧ＴＯと基準電圧ＲＥＦとを比較してハイレベル又はローレベルを出力する。そして、前述のフリップフロップ２４の出力、極性比較器２６の出力、及び回転方向信号入力端子１２には制御ロジック回路２７が接続される。制御ロジック回路２７には前述の第１及び第２の電源側駆動トランジスタ１５、１６、第１及び第２の接地側駆動トランジスタ１７、１８が接続され、制御ロジック回路２７はＡＮＤ回路、ＯＲ回路、インバータ、ＥＮＯＲ回路を組み合わせてそれらのオン・オフを制御する。この制御ロジック回路２７の動作を次に説明する。

制御ロジック回路２７は、極性比較器２６の出力がハイレベルの場合（すなわち、後述のモータ２を起動して正方向に一定の速度で回転させる場合と、詳しい説明は省略するが負方向に回転しているモータ２にブレーキをかける場合）、以下のように動作する。フリップフロップ２４の出力がハイレベルならば第１の電源側駆動トランジスタ１５及び第２の接地側駆動トランジスタ１８をオンし、第２の電源側駆動トランジスタ１６及び第１の接地側駆動トランジスタ１７をオフする。フリップフロップ２４の出力がローレベルで回転方向信号ＲＯがハイレベルならば第１及び第２の接地側駆動トランジスタ１７、１８をオンし、第１及び第２の電源側駆動トランジスタ１５、１６をオフする。フリップフロップ２４の出力がローレベルで回転方向信号ＲＯがローレベルならば第１及び第２の電源側駆動トランジスタ１５、１６、第１及び第２の接地側駆動トランジスタ１７、１８を全てオフする。

また、制御ロジック回路２７は、極性比較器２６の出力がローレベルの場合（すなわち、後述の正方向に回転しているモータ２にブレーキをかける場合と、詳しい説明は省略するがモータ２を起動して負方向に一定の速度で回転させる場合）、以下のように動作する。フリップフロップ２４の出力がハイレベルならば第２の電源側駆動トランジスタ１６及び第１の接地側駆動トランジスタ１７をオンし、第１の電源側駆動トランジスタ１５及び第２の接地側駆動トランジスタ１８をオフする。フリップフロップ２４の出力がローレベルで回転方向信号ＲＯがローレベルならば第１及び第２の接地側駆動トランジスタ１７、１８をオンし、第１及び第２の電源側駆動トランジスタ１５、１６をオフする。フリップフロップ２４の出力がローレベルで回転方向信号ＲＯがハイレベルならば第１及び第２の電源側駆動トランジスタ１５、１６、第１及び第２の接地側駆動トランジスタ１７、１８を全てオフする。

なお、第１の電源側駆動トランジスタ１５と第１の接地側駆動トランジスタ１７、又は第２の電源側駆動トランジスタ１６と第２の接地側駆動トランジスタ１８が過渡的に同時にオンして貫通電流が流れるのを防止する手段が必要であるが、この手段については、本発明の要旨と関係しないのでその詳細な説明は省略している。

次に、モータ装置１の全体の動作を説明する。モータ２を起動して正方向に一定の速度で回転させる場合、基準電圧ＲＥＦよりも高いトルク制御電圧ＴＯが入力される。また、回転方向信号入力端子１２にはハイレベルが入力される。そのため、極性比較器２６はハイレベルとなり、制御ロジック回路２７を介して第２の電源側駆動トランジスタ１６はオフする。そして、発振器（ＯＳＣ）２５からのクロックＣＬＫが立ち上がりフリップフロップ２４の出力がハイレベルとなると、第１の接地側駆動トランジスタ１７はオフ、第１の電源側駆動トランジスタ１５と第２の接地側駆動トランジスタ１８はオンする。モータ２のコイル９には駆動入力端子Ａから駆動入力端子Ｂに向かって徐々に増加する駆動電流Ｉ_Ｄが流れる。抵抗素子１９に生じるこの駆動電流Ｉ_Ｄに比例した電圧が可変電圧発生器２２の可変電圧よりも大きくなると駆動電流検出比較器２３はハイレベルを出力し、フリップフロップ２４の出力はローレベルとなる。そうすると、第１の電源側駆動トランジスタ１５はオフすると共に第１の接地側駆動トランジスタ１７はオンし、コイル９には駆動入力端子Ａから駆動入力端子Ｂに向かって徐々に減少する回生電流Ｉ_Ｅが流れる。

このように、駆動入力端子Ａから駆動入力端子Ｂの方向に流れ、徐々に増加する駆動電流Ｉ_Ｄと徐々に減少する回生電流Ｉ_Ｅが繰り返され、駆動電流Ｉ_Ｄの最大値がトルク制御電圧ＴＯにより制御されることによりモータ２のトルクが制御される。

次に、図２に基づいてコイル９の駆動電流Ｉ_Ｄ及び回生電流Ｉ_Ｅを更に詳しく説明する。（ａ）、（ｃ）はそれぞれ駆動期間ＴＤ、回生期間ＴＥにおける駆動トランジスタ１５〜１８のオン・オフ状態、（ｂ）、（ｄ）はそれぞれ駆動期間ＴＤ、回生期間ＴＥにおけるコイル９の各成分の電圧配分、（ｅ）は各信号の電圧又は電流波形を示している。ＣＬＫは発振器２５からのクロックＣＬＫの電圧、Ａ、Ｂは駆動入力端子Ａ、Ｂの電圧、Ｉ_１は駆動入力端子Ａから駆動入力端子Ｂの方向を正としてコイル９に流れる電流（すなわち駆動電流Ｉ_Ｄと回生電流Ｉ_Ｅを足した電流）、Ｉ_２は抵抗素子１９に流れる電流を示す。駆動期間ＴＤには、第１の電源側駆動トランジスタ１５と第２の接地側駆動トランジスタ１８がオンし、駆動入力端子Ａの電圧が駆動入力端子Ｂの電圧よりも高くなり、コイル９には駆動入力端子Ａから駆動入力端子Ｂに向かって駆動電流Ｉ_Ｄが流れる。その結果、正方向のトルクがモータ２に加えられる。このとき、（ｂ）に示すように、回転による逆起電圧Ｖ_Ｘは駆動電流Ｉ_Ｄと逆方向、すなわち駆動入力端子Ｂから駆動入力端子Ａに向かって発生している。

そして、回生期間ＴＥには、第１の電源側駆動トランジスタ１５がオフして第１の接地側駆動トランジスタ１７がオンするため、駆動入力端子Ａ、Ｂは共にほぼ接地電位となり、実質的に短絡される。このとき、（ｄ）に示すように、コイル９には駆動入力端子Ａから駆動入力端子Ｂに向かって回生電流Ｉ_Ｅが流れ、回転による逆起電圧Ｖ_Ｘは、駆動期間ＴＤの場合と同様に、回生電流Ｉ_Ｅと逆方向に発生している。

続いて、正方向に回転しているモータ２にブレーキをかける場合を説明する。この場合、基準電圧ＲＥＦよりも低いトルク制御電圧ＴＯが入力される。その結果、第２の電源側駆動トランジスタ１５はオフする。そしてクロックＣＬＫが立ち上がりフリップフロップ２４の出力がハイレベルとなると、第２の接地側駆動トランジスタ１８はオフ、第２の電源側駆動トランジスタ１６と第１の接地側駆動トランジスタ１７はオンし、コイル９には駆動入力端子Ｂから駆動入力端子Ａに向かって（負方向に）徐々に増加する駆動電流Ｉ_Ｄが流れる。抵抗素子１９に生じるこの駆動電流Ｉ_Ｄに比例した電圧が可変電圧発生器２２の可変電圧よりも大きくなると駆動電流検出比較器２３はハイレベルを出力し、フリップフロップ２４の出力はローレベルとなる。そうすると、第２の電源側駆動トランジスタ１６と第１の接地側駆動トランジスタ１７はオフし、コイル９には駆動入力端子Ｂから駆動入力端子Ａに向かって回生電流Ｉ_Ｅが流れる。この回生電流Ｉ_Ｅは、クロックＣＬＫが再度立ち上がるまで徐々に減少する。

このように、駆動入力端子Ｂから駆動入力端子Ａの方向に流れ、徐々に増加する駆動電流Ｉ_Ｄと徐々に減少する回生電流Ｉ_Ｅが繰り返され、駆動電流Ｉ_Ｄの負の最大値がトルク制御電圧ＴＯにより制御されることによりモータ２のトルクが制御される。

更に、図３に基づいてコイル９の駆動電流Ｉ_Ｄ及び回生電流Ｉ_Ｅを詳しく説明する。同図の内容は図２に対応するものである。駆動期間ＴＤには、第２の電源側駆動トランジスタ１６と第１の接地側駆動トランジスタ１７がオンし、駆動入力端子Ｂの電圧が駆動入力端子Ａの電圧よりも高くなり、コイル９には駆動入力端子Ｂから駆動入力端子Ａに向かって駆動電流Ｉ_Ｄが流れる。その結果、負方向のトルクによりモータ２は減速する。駆動電流Ｉ_Ｄは、負の最大値に至るまではクロックＣＬＫの一周期が全て駆動期間ＴＤとなり、その後は駆動期間ＴＤと回生期間ＴＥが繰り返される。

そして、回生期間ＴＥには、（ｅ）に示すように、回生電流Ｉ_Ｅは、接地電位から、ＮＭＯＳ型の第２の接地側駆動トランジスタ１８と並列に存在する寄生ダイオード、駆動入力端子Ｂ、コイル９、駆動入力端子Ａ、ＰＭＯＳ型の第１の電源側駆動トランジスタ１５と並列に存在する寄生ダイオードを経て電源電位Ｖ_ＣＣに流れる。このとき、(ｄ)に示すように、回転による逆起電圧Ｖ_Ｘは回生電流Ｉ_Ｅと同方向（駆動入力端子Ｂから駆動入力端子Ａへの方向）、抵抗成分による電圧Ｖ_Ｒは逆方向に生じる。また、インダクタンス成分による逆起電圧Ｖ_Ｉは回生電流Ｉ_Ｅと同方向に生じなければならないので、回生電流Ｉ_Ｅは徐々に減少することになる。なお、回生期間ＴＥでは、抵抗素子１９の電圧降下を無視すると、駆動入力端子Ａは電源電位Ｖ_ＣＣから寄生ダイオードの順バイアス電圧（Ｖｆ）だけ上がった電圧になり、Ｂは接地電位から寄生ダイオードの順バイアス電圧（Ｖｆ）だけ下がった電圧になっている。

従って、駆動期間ＴＤの駆動電流Ｉ_Ｄが最大値になった後は、回生電流Ｉ_Ｅが減少するので、モータ２のトルクを制御することが可能になる。よって、正方向に回転しているモータ２にブレーキをかける場合であっても、駆動電流Ｉ_Ｄの最大値がトルク制御電圧ＴＯにより制御されることにより、モータ２には所望の負方向のトルクが加えられる。その結果、モータ２を減速して他の所望の回転速度に達するまでの時間を短縮することが可能になる。

なお、このモータ駆動回路３では、正方向に回転しているモータ２にブレーキをかける場合、第２の電源側駆動トランジスタ１６と第１の接地側駆動トランジスタ１７をオフすることにより全ての駆動トランジスタ１５、１７、１６、１８がオフすることになるが、第２の接地側駆動トランジスタ１８をオンして寄生ダイオードによる電力消費を多少抑えることも可能である。

モータ２を起動して負方向に一定の速度で回転させる場合と負方向に回転しているモータ２にブレーキをかける場合の動作は、以上の説明から明らかであるので詳しい説明は省略する。

また、以上説明したモータ装置１は、電源側に駆動電流検出手段として抵抗素子１９を設けているが、電源側でなく接地側に駆動電流検出手段として抵抗素子を設けるように変形することも可能である。この場合、モータを起動して正方向に一定の速度で回転させる場合には、駆動電流がトルク制御電圧に対応する値になった後には第２の接地側駆動トランジスタがオフして第２の電源側駆動トランジスタがオンして回生電流が流れるようにする。その他、可変電圧発生器２２や駆動電流検出比較器２３などについてこの変形に対応させる小さな変更が必要であるが、明らかであるので説明は省略する。

また、背景技術の説明で述べたように、電源側駆動トランジスタ又は接地側駆動トランジスタのオン抵抗を利用するなどにより、駆動電流検出手段として抵抗素子を用いないようにすることもできる。

以上、本発明の実施形態であるモータ駆動回路及びそれを備えるモータ装置について説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、電源側駆動トランジスタをＮＭＯＳ型のトランジスタにしたり、駆動トランジスタの全て又は一部をバイポーラ型のトランジスタにしたりすることも可能である。この場合、実施形態の述べたような寄生ダイオードが存在しないときはこれを別に設けることもできる。また、本発明は複数のコイルを有するモータ（例えば３相モータ）を駆動する場合にも適用可能である。また、駆動トランジスタに実施形態で述べた動作をさせるものならば、制御回路は任意の構成が可能なのは勿論である。

本発明の実施形態に係るモータ装置を示す回路図。同上のモータを起動して正方向に一定の速度で回転させる場合の動作説明図。同上のモータにブレーキをかける場合の動作説明図。背景技術のモータ装置を示す回路図。同上のモータにブレーキをかける場合の動作説明図。

符号の説明

１モータ装置
２モータ
３モータ駆動回路
９コイル
１５、１６電源側駆動トランジスタ
１７、１８接地側駆動トランジスタ
１９抵抗素子（駆動電流検出手段）
２０制御回路

Claims

入力されるトルク制御電圧に従ってコイルに徐々に増加する駆動電流と徐々に減少する回生電流を流すことによりモータのトルクを制御するモータ駆動回路において、
電源電位と接地電位との間に直列に接続され、その中間点からコイルを駆動する複数対の電源側駆動トランジスタ及び接地側駆動トランジスタと、
コイルの駆動電流を電源側で検出する駆動電流検出手段と、
モータを起動して正方向に一定の速度で回転させる場合、正方向のトルクを加えるよう一の電源側駆動トランジスタ及び一の接地側駆動トランジスタを選択し、それらをオンして駆動電流を流し、駆動電流がトルク制御電圧に対応する値になると、この選択された電源側駆動トランジスタをオフすると共にそれと対をなす接地側駆動トランジスタをオンして回生電流を流し、かつ、正方向に回転しているモータにブレーキをかける場合、負方向のトルクを加えるよう他の電源側駆動トランジスタ及び他の接地側駆動トランジスタを選択し、それらをオンして駆動電流を流し、駆動電流がトルク制御電圧に対応する値になると、これらの選択された電源側駆動トランジスタ及び選択された接地側駆動トランジスタを共にオフして回生電流を流すように制御する制御回路と、
を備えてなることを特徴とするモータ駆動回路。
請求項１に記載されたモータ駆動回路において、
前記駆動電流検出手段は、電源電位に接続されて設けられた抵抗素子であることを特徴とするモータ駆動回路。
入力されるトルク制御電圧に従ってコイルに徐々に増加する駆動電流と徐々に減少する回生電流を流すことによりモータのトルクを制御するモータ駆動回路において、
電源電位と接地電位との間に直列に接続され、その中間点からコイルを駆動する複数対の電源側駆動トランジスタ及び接地側駆動トランジスタと、
コイルの駆動電流を接地側で検出する駆動電流検出手段と、
モータを起動して正方向に一定の速度で回転させる場合、正方向のトルクを加えるよう一の電源側駆動トランジスタ及び一の接地側駆動トランジスタを選択し、それらをオンして駆動電流を流し、駆動電流がトルク制御電圧に対応する値になると、この選択された接地側駆動トランジスタをオフすると共にそれと対をなす電源側駆動トランジスタをオンして回生電流を流し、かつ、正方向に動いているモータにブレーキをかける場合、負方向のトルクを加えるよう他の電源側駆動トランジスタ及び他の接地側駆動トランジスタを選択し、それらをオンして駆動電流を流し、駆動電流がトルク制御電圧に対応する値になると、これらの選択された電源側駆動トランジスタ及び選択された接地側駆動トランジスタを共にオフして回生電流を流すように制御する制御回路と、
を備えてなることを特徴とするモータ駆動回路。
請求項３に記載されたモータ駆動回路において、
前記駆動電流検出手段は、接地電位に接続されて設けられた抵抗素子であることを特徴とするモータ駆動回路。
請求項１乃至４のいずれかに記載されたモータ駆動回路において、
前記電源側駆動トランジスタはＰ型ＭＯＳトランジスタであり、接地側駆動トランジスタはＮ型ＭＯＳトランジスタであることを特徴とするモータ駆動回路。
コイルを有するモータと、そのコイルを駆動する請求項１乃至５のいずれかに記載されたモータ駆動回路と、を備えてなることを特徴とするモータ装置。