JP2006115585A - Motor driving unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device.
モータ(例えば、センサレスの3相ブラシレスDCモータ)駆動装置は、例えば出力段として、電源電圧VPと接地間VSS間に直列接続され、その接続点にコイルの一端が接続された、電源電圧VP側のソーストランジスタと、接地VSS側のシンクトランジスタと、を3相のコイルそれぞれについて有している。また、3相の各コイルの他端は共通に接続されている。ソーストランジスタがオンした場合は電源電圧VP→ソーストランジスタ→当該ソーストランジスタと接続されたコイル、の向きの電流が流れる。一方シンクトランジスタがオンした場合は、シンクトランジスタが接続されたコイル→当該シンクトランジスタ→接地VSS、の向きの電流が流れる。そして、モータ駆動装置は、3相のコイルに流れるコイル電流を所定の電気角ごとに順次切り替えることによってモータを駆動させている。図9は従来のモータ駆動装置の各相に流れる電流波形を説明するための図である。U相、V相、W相のモータコイルには、図9に示すように、ハイレベル(階段状波形の上部)、ミドルレベル(階段状波形の中央部)、ローレベル(階段状波形の下部)と順次切り替わるコイル電流が、それぞれ電気角120度の位相差をもって流れる。ここで、コイルを流れる電流がハイレベルとなるのは、当該コイルの一端に接続されたソーストランジスタがオンしている期間であり、コイルを流れる電流がローレベルとなるのは、当該コイルの一端に接続されたシンクトランジスタがオンしている期間である。また、コイルを流れる電流がミドルレベルとなるのは、当該コイルの一端に接続されたソーストランジスタおよびシンクトランジスタが共にオフしている期間である。 A motor (for example, a sensorless three-phase brushless DC motor) drive device is connected in series between a power supply voltage VP and a ground VSS as an output stage, for example, and one end of a coil is connected to the connection point of the power supply voltage VP side Source transistors and sink transistors on the ground VSS side for each of the three-phase coils. The other ends of the three-phase coils are connected in common. When the source transistor is turned on, a current flows in the direction of the power supply voltage VP → the source transistor → the coil connected to the source transistor. On the other hand, when the sink transistor is turned on, a current flows in the direction of the coil to which the sink transistor is connected → the sink transistor → the ground VSS. The motor driving device drives the motor by sequentially switching the coil current flowing through the three-phase coil for each predetermined electrical angle. FIG. 9 is a diagram for explaining a waveform of a current flowing in each phase of a conventional motor drive device. As shown in FIG. 9, the U-phase, V-phase, and W-phase motor coils have a high level (upper portion of the staircase waveform), a middle level (center portion of the staircase waveform), and a low level (lower portion of the staircase waveform). ) And the coil currents that are sequentially switched flow with a phase difference of 120 electrical degrees. Here, the current flowing through the coil is at a high level when the source transistor connected to one end of the coil is on, and the current flowing through the coil is at a low level when the source transistor is connected to one end of the coil. This is a period during which the sink transistor connected to is on. In addition, the current flowing through the coil is at the middle level when both the source transistor and the sink transistor connected to one end of the coil are off.
図10は、図9に示すT期間において3相のコイルに流れるコイル電流の変化を説明するための図である。U相コイル2に流れる電流はT期間にミドルレベルからハイレベルになり、W相コイル6に流れる電流はハイレベルからミドルレベルになる。V相コイル4に流れる電流はローレベルのままである。つまり、V相コイル4には、W相コイル6またはU相コイル2に流れる電流が流れ込むこととなる。このように、図9のT期間におけるコイルの通電の切り替えの場合、3相のコイルに流れる電流の径路は図10の破線方向から実線方向に切り替わることになる。尚、これは、U相コイル2またはW相コイル6からV相コイル4へ電流が流れ込む場合のみならず、U相コイル2またはV相コイル4からW相コイル6へ電流が流れ込む場合も、V相コイル4またはW相コイル6からU相コイル2へ電流が流れ込む場合についても同様のことが言える。
FIG. 10 is a diagram for explaining changes in the coil current flowing in the three-phase coil in the T period shown in FIG. The current flowing through the U-phase coil 2 changes from the middle level to the high level during the T period, and the current flowing through the W-
また、モータの駆動方法の一つとして、コイルに駆動電流を間欠的に供給してモータを駆動させるPWM(Pulse Width Modulatin)制御が知られている。PWM制御では、電気角60度ごとの通電において駆動されるソーストランジスタおよびシンクトランジスタの何れか一方を所定周波数で間欠的にオンオフする。そして、そのパルスのデューティに応じた駆動電流をコイルに流してモータを駆動させる。このようなPWM制御を用いたモータ駆動装置は、電力消費量が低いため、モータ駆動時の発熱を抑えることができる。 As one of motor driving methods, there is known PWM (Pulse Width Modulatin) control for driving a motor by intermittently supplying a driving current to a coil. In the PWM control, one of the source transistor and the sink transistor that are driven by energization at every electrical angle of 60 degrees is intermittently turned on and off at a predetermined frequency. Then, a driving current corresponding to the duty of the pulse is passed through the coil to drive the motor. Since the motor driving device using such PWM control has low power consumption, heat generation during motor driving can be suppressed.
ところで、図9に示すように、コイルの通電の切り替え時にコイル電流が階段状に変化する場合には、モータの駆動が不安定になるとともにモータ駆動時にノイズが発生する。そこで、通電の切り替えによるコイル電流(例えば図9のT期間のU相およびW相の電流)の変化を、滑らかにする方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。従来のモータ駆動装置は、例えば異なる2つの周波数をそれぞれカウントする2つのカウンタのカウント出力によって、デューティが徐々に増加する矩形信号およびデューティが徐々に減少する矩形信号を生成し、コイル電流の切り替えタイミングに、その矩形信号を適用したPWM制御を行うことによって、コイルの通電の切り替え時のコイル電流の変化を滑らかにしていた。
従来のモータ駆動装置は、コイルの通電の切り替え時に、デューティが徐々に変化する矩形信号に基づいたPWM制御を行うことによって、コイル電流を増加させるべき相のコイル電流とコイル電流を減少させるべき相のコイル電流を変化させ、滑らかとしていた。 The conventional motor drive device performs the PWM control based on the rectangular signal whose duty gradually changes when switching the energization of the coil, and thereby the coil current of the phase where the coil current should be increased and the phase where the coil current should be decreased. The coil current was changed to be smooth.
例えば図9におけるT期間の、W相コイル6のコイル電流を徐々に減少させ、U相コイル2のコイル電流を徐々に増加させていた。
For example, during the period T in FIG. 9, the coil current of the W-
図11は図9のT期間のU相コイル2のコイル電流とW相コイル6のコイル電流の変化について説明するための図である。図11の横軸はコイルの一端が接続されたソーストランジスタまたはシンクトランジスタをオン/オフするデューティであり、縦軸はコイルに流れる電流値である。図11の破線は、U相コイルのコイル電流の増加の割合とW相コイルのコイル電流の減少の割合が等しいとした場合のコイル電流の変化を示している。また、図11の実線は、実際のコイルに流れるコイル電流の変化を示している。同図に示すように、コイル電流が変化するときの変化量は、コイル電流の減少する割合の方がコイル電流の増加する割合より大きくなる。そして、このコイル電流の減少の割合と増加の割合が異なるために、各相のコイルに流れるコイル電流のバランスが崩れることになる。
FIG. 11 is a diagram for explaining changes in the coil current of the U-phase coil 2 and the coil current of the W-
図12は、従来のモータ駆動装置で、通電切り替え時のコイル電流の変化を滑らかにした場合に、各相のコイルに流れるコイル電流波形を示す図である。図12に示すように、コイル電流の変化のバランスが悪いため、コイル電流がピークとなる所で、電流波形が窪んでしまう。 FIG. 12 is a diagram showing a coil current waveform that flows in the coils of each phase when the coil current change during energization switching is smoothed in a conventional motor drive device. As shown in FIG. 12, since the balance of changes in the coil current is poor, the current waveform is depressed where the coil current peaks.
このように、従来のモータ駆動装置では、コイル電流の減少の割合と増加の割合が異なることによってコイル電流の電流波形のピーク部分に窪みが生じ、そのためにモータ駆動時にノイズが発生するという問題点があった。また、上記の窪みに伴って駆動トルクが減少して駆動効率が悪くなるという問題点があった。 As described above, in the conventional motor drive device, the rate of decrease in the coil current is different from the rate of increase in the coil current, thereby causing a depression in the peak portion of the current waveform of the coil current, which causes noise when driving the motor. was there. In addition, there is a problem in that the driving torque is reduced due to the depression and the driving efficiency is deteriorated.
そこで、本発明は、コイル電流の増加の割合または減少の割合の少なくとも一方を制御することで、モータ駆動時の音を静音化できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor drive device that can reduce the noise during motor drive by controlling at least one of the increase rate and decrease rate of the coil current.
前記課題を解決するための主たる発明は、一端が共通に接続された3相モータコイルの他端に、前記3相モータコイルを通電する駆動電流を、所定の電気角ごとに切り替えて供給する駆動回路と、所定の1相のモータコイルに対して、他の2相のうちの一方の相のモータコイルから供給される電流が増加し、かつ前記他の2相のうちの他方の相のモータコイルから供給される電流が減少する期間に、前記一方の相のモータコイルに流れる電流の増加の割合と、前記他方の相のモータコイルに流れる電流の減少の割合と、の少なくとも一方の割合を可変とする駆動電流制御回路と、を備え、前記駆動回路は、前記一方の相のモータコイルおよび前記他方の相のモータコイルに、前記駆動電流制御回路の出力に応じた駆動電流を供給することを特徴とする。 The main invention for solving the above-mentioned problems is a drive in which a driving current for energizing the three-phase motor coil is switched to be supplied at predetermined electrical angles to the other end of the three-phase motor coil commonly connected at one end. The current supplied from the motor coil of one of the other two phases increases with respect to the circuit and the predetermined one-phase motor coil, and the motor of the other phase of the other two phases At least one of the rate of increase in the current flowing in the motor coil of the one phase and the rate of decrease in the current flowing in the motor coil of the other phase during the period when the current supplied from the coil decreases. A drive current control circuit that is variable, and the drive circuit supplies a drive current corresponding to an output of the drive current control circuit to the motor coil of one phase and the motor coil of the other phase. Special To.
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。 Other features of the present invention will become apparent from the accompanying drawings and the description of this specification.
本発明によれば、駆動電流が増加する相に流れる電流の増加の割合と、駆動電流が減少する相に流れる電流の減少の割合と、の少なくとも一方を可変とすることで、モータ駆動の音を静音化できる。 According to the present invention, at least one of the rate of increase of the current flowing in the phase in which the drive current increases and the rate of decrease in the current flowing in the phase in which the drive current decreases are made variable so that the sound of motor driving can be changed. Can be silenced.
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。 At least the following matters will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
===モータ駆動装置の構成===
図1、図2を参照しつつ、本発明にかかるモータ駆動装置について説明する。図1は、本発明にかかるモータ駆動装置を説明するための回路ブロック図である。図2は、本発明にかかるモータ駆動装置を説明するための波形図である。なお、本実施形態においてモータは、PWM制御のセンサレスモータ、例えば3相のブラシレスDCモータとする。
=== Configuration of Motor Drive Device ===
A motor driving apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a circuit block diagram for explaining a motor drive device according to the present invention. FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the motor driving apparatus according to the present invention. In this embodiment, the motor is a sensorless motor of PWM control, for example, a three-phase brushless DC motor.
U相コイル2、V相コイル4、W相コイル6は、モータコイルであり、スター結線されるとともに電気角120度の位相差を有してステータに巻回されたものである。
The U-phase coil 2, the V-
Nチャンネル型MOSFET8は、電源VPからU相コイル2へコイル電流を供給するためのソーストランジスタであり、Nチャンネル型MOSFET10は、U相コイル2から接地VSSへコイル電流を供給するためのシンクトランジスタである。これらのMOSFET8、10のドレイン・ソース路は電源VPと接地VSSの間に直列接続され、これらのMOSFET8、10のドレイン・ソース接続部は、U相コイル2の一端と接続されている。Nチャンネル型MOSFET12は、電源VPからV相コイル4へコイル電流を供給するためのソーストランジスタであり、Nチャンネル型MOSFET14は、V相コイル4から接地VSSへコイル電流を供給するためのシンクトランジスタである。これらのMOSFET12、14のドレイン・ソース路は電源VPと接地VSSの間に直列接続され、これらのMOSFET12、14のドレイン・ソース接続部は、V相コイル4の一端と接続されている。Nチャンネル型MOSFET16は、電源VPからW相コイル6へコイル電流を供給するためのソーストランジスタであり、Nチャンネル型MOSFET18は、W相コイル6から接地VSSへコイル電流を供給するためのシンクトランジスタである。これらのMOSFET16、18のドレイン・ソース路は電源VPと接地VSSの間に直列接続され、これらのMOSFET16、18のドレイン・ソース接続部は、W相コイル6の一端と接続されている。そして、MOSFET8、10、12、14、16、18が適宜のタイミングでオン/オフすると、モータは、U相コイル2、V相コイル4、W相コイル6にコイル電流が供給されて予め定められた方向へ回転(例えば正回転)することとなる。これにより、U相コイル2、V相コイル4、W相コイル6の一端には電気角120度の位相差を有するコイル電圧VU、VV、VWが発生することとなる。なお、ソーストランジスタ、シンクトランジスタとして、MOSFETのみならず、バイポーラトランジスタを使用することも可能である。
The N-
コンパレータ22Uは、+端子にコイル電圧VUが印加されるとともに−端子に中性点電圧VCOMが印加され、コイル電圧VUと中性点電圧VCOMを比較することによって、電気角180度のタイミングで変化する矩形の比較信号CPUを出力するものである。この比較信号CPUにはキックバックパルスKBに基づくパルスが重畳している。また、コンパレータ22Vは、+端子にコイル電圧VVが印加されるとともに−端子に中性点電圧VCOMが印加され、コイル電圧VVと中性点電圧VCOMを比較することによって、電気角180度のタイミングで変化する矩形の比較信号CPVを出力するものである。この比較信号CPVにはキックバックパルスKBに基づくパルスが重畳している。更に、コンパレータ22Wは、+端子にコイル電圧VWが印加されるとともに−端子に中性点電圧VCOMが印加され、コイル電圧VWと中性点電圧VCOMを比較することによって、電気角180度のタイミングで変化する矩形の比較信号CPWを出力するものである。この比較信号CPWにはキックバックパルスKBに基づくパルスが重畳している。なお、比較信号CPU、CPV、CPWはそれぞれ電気角120度の位相差を有する。
The
マスク回路26は、コンパレータ22Uの出力である比較信号CPUから矩形信号RE1に基づいてキックバックパルスKBと対応するノイズを除去(マスク)し、マスク信号UMASKを生成して出力する。また、マスク回路26は、コンパレータ22Vの出力である比較信号CPVから矩形信号RE1に基づいてキックバックパルスKBと対応するノイズを除去(マスク)し、マスク信号VMASKを生成して出力する。さらに、マスク回路26は、コンパレータ22Wの出力である比較信号CPWから矩形信号RE1に基づいてキックバックパルスKBと対応するノイズを除去(マスク)し、マスク信号WMASKを生成して出力する。ここで、マスク信号UMASK、VMASK、WMASKは、電気角120度の位相差を有する。
The
さらに、マスク回路26は、矩形の合成信号FGの1/2周期内のうちの所定期間を示す信号MASKをタイミング合成回路50およびタイミング制御回路36に出力する。
Further, the
合成回路28は、マスク回路26から出力されるマスク信号UMASK、VMASK、WMASKを合成し、電気角60度のタイミングで変化する矩形の合成信号FG(『第1矩形信号』)を出力する。
The combining
逓倍回路30は、合成回路28から出力される合成信号FGを逓倍することによって、合成信号FGより高い周波数を有する矩形信号RE1(『第2矩形信号』)を発生するものである。これにより、合成信号FGの位相は矩形信号RE1の位相と一致しており、合成信号FGの1/2周期は矩形信号RE1のn周期(例えば16周期)と一致することとなる。なお、逓倍回路30には、例えばアナログ信号処理をするPLL(Phase Locked Loop)、デジタル信号処理を実行するDLL(Delay Locked Loop)を適用可能である。本実施形態では、逓倍回路30は後者のDLLを適用することとする。
The
センサレスロジック回路40は、U相コイル2、V相コイル4、W相コイル6を適宜のタイミングで通電するための信号を出力するものである。つまり、センサレスロジック回路40は、センサレスモータ自体が起動前のロータとステータの間の相対位置を特定できないことを考慮し、ロータが停止している場合、マスク信号UMASK、VMASK、WMASKの予め定められた初期レベル(例えば、UMASK=“L”、VMASK=“L”、WMASK=“H”とする)から動作する。また、センサレスロジック回路40は、通電信号ULOGIC1(=UMASK−VMASK)、VLOGIC1(=VMASK−WMASK)、WLOGIC1(=WMASK−UMASK)を作成する。そして、U相コイル2、V相コイル4、W相コイル6が通電することにより、センサレスロジック回路40は、通電信号ULOGIC1、VLOGIC1、WLOGIC1より遅延する通電信号ULOGIC2、VLOGIC2、WLOGIC2(『駆動信号』)を出力する。
The
周波数切替回路32は、矩形信号RE1の周波数を分周する回路を有している。そして、周波数切替回路32は、矩形信号RE1に基づいて得られる、周波数の異なる複数の信号のうち何れか一つをRE1カウンタ34に切替出力する。図5は、周波数切替回路32の構成の一例を示す図である。図5に示す周波数切替回路32は入力される矩形信号RE1を、例えば1/2の周波数に分周するDフリップフロップ回路(以下D−FF回路とする)70と、矩形信号RE1とD−FF回路70の出力信号と、を選択して出力する選択回路72を備えている。そして、選択回路72によって、矩形信号RE1または矩形信号RE1の周波数を分周した信号の一方が選択されてRE1カウンタ34に出力される。また、1個のD−FF回路に代えて、複数のD−FF回路をカスケード接続したものを用意し、1/2分周数以外の分周信号を切替出力できるようにしてもよい。なお、矩形信号RE1と当該矩形信号RE1を所定分周した分周信号を切替出力することに、周波数切替回路32の機能は限定されるものではない。例えば、カスケード接続数(分周数)の異なるD−FF回路段を2つ備え、何れか一方の分周信号を切替出力することとしてもよい。
The
RE1カウンタ34(『第1カウンタ』)は、例えば4ビットのカウンタであり、周波数切替回路32から出力される信号のパルス数をカウントする。図6は、RE1カウンタ34の構成の一例を示す図である。図6に示すRE1カウンタ34は、D−FF回路60、62、64、66を備えている。そしてD−FF回路60、62、64、66からQ1、Q2、Q3、Q4の4ビットの信号がカウント出力として出力される。Q1〜Q4の初期値が全て0であるとすると、周波数切替回路32の入力の立ち上がりエッジが加えられるたびに、Q出力(Q4、Q3、Q2、Q1)は、(0、0、0、0),(0、0、0、1),(0、0、1、0)・・・とアップカウントしていく。
The RE1 counter 34 (“first counter”) is, for example, a 4-bit counter, and counts the number of pulses of the signal output from the
また、D−FF回路60、62、64、66はリセットR、セットSの機能を備えていて、タイミング制御回路36の出力によってD入力、C入力の状態に関係なく優先してセットおよびリセットすることができるようになっている。例えば、RE1カウンタ34は4ビットなので16カウントできるが、14をカウントしたところでタイミング制御回路36の出力によってリセットされる。また、タイミング制御回路36の出力はリセットRまたはセットSに接続可能である。そして、タイミング制御回路36の「L」を示す出力が、D−FF回路60、62、64、66のリセットRに入力された場合、Q1、Q2、Q3、Q4はリセットされて「0」となる。一方、タイミング制御回路36の「L」を示す出力が、D−FF回路60、62、64、66のセットSに入力された場合、Q1、Q2、Q3、Q4はセットされて「1」となる。本実施形態では、タイミング制御回路36の出力は、D−FF回路60、62、64のリセットRと接続されるとともにD−FF回路66のセットSと接続されていることとする。
The D-
図6に示すようにタイミング制御回路36の信号をD−FF回路60、62、64のリセットRおよびD−FF回路66のセットSに接続した場合に、タイミング制御回路36から「L」を示す信号が入力されると(Q4、Q3、Q2、Q1)=(1、0、0、0)になる。次にカウントを開始するときには、この初期値からカウントすることになる。このD−FF回路60、62、64、66のリセットR、セットSとタイミング制御回路36の出力との接続は、予め設定しておいてもよいし、スイッチ回路等(不図示)を用いて適宜切り替えるようにしてもよい。
As shown in FIG. 6, when the signal of the timing control circuit 36 is connected to the reset R of the D-
このように、タイミング制御回路36の出力を、D−FF回路60、62、64、66のリセットRまたはセットSに接続することによって、カウントを開始する初期値を変更することができる。
In this way, by connecting the output of the timing control circuit 36 to the reset R or set S of the D-
タイミング制御回路36(『遅延回路』)は、例えば不図示のD−FF回路を備えており、マスク回路26から出力される信号MASKを矩形信号RE1に応じて、所定の時間遅延させてRE1カウンタ34に出力する。
PWMカウンタ42(『第2カウンタ』)は、不図示のD−FF回路を有する、例えば4ビットのカウンタであり、システムクロックMCLK(『第3矩形信号』)のパルス数を、例えば0から15までカウントすることを繰り返して行う。
1/N分周回路44はシステムクロックMCLKを、例えば1/16に分周したPWM信号を、PWM合成回路54に出力する。
The timing control circuit 36 (“delay circuit”) includes, for example, a D-FF circuit (not shown), and delays the signal MASK output from the
The PWM counter 42 (“second counter”) is, for example, a 4-bit counter having a D-FF circuit (not shown), and the number of pulses of the system clock MCLK (“third rectangular signal”) is set to, for example, 0 to 15 Repeat until counting up.
The 1 / N
コンパレータ46の+(非反転入力)端子にはPWMカウンタ42のカウント出力が入力され、コンパレータ46の−(反転入力)端子にはRE1カウンタ34のカウント出力が入力される。そして、コンパレータ46はRE1カウンタ34のカウント値がPWMカウンタ42のカウント値より大きい場合は「L」を示す信号を出力し、RE1カウンタ34のカウント値がPWMカウンタ42のカウント値より小さい場合は「H」を示す信号を出力する。
The count output of the
コンパレータ48の+(非反転入力)端子にはRE1カウンタ34のカウント出力が入力され、コンパレータ48の−(反転入力)端子にはPWMカウンタ42のカウント出力が入力される。そして、コンパレータ48はRE1カウンタ34のカウント値がPWMカウンタ42のカウント値より大きい場合は「H」を示す信号を出力し、RE1カウンタ34のカウント値がPWMカウンタ42のカウント値より小さい場合は「L」を示す信号を出力する。
The count output of the
タイミング合成回路50(『切替選択回路』)は、信号MASK、および通電信号ULOGIC2、VLOGIC2、WLOGIC2に基づいて、切替回路52U、52V、52Wをセンサレスロジック回路40側の信号路と、コンパレータ46、48側の信号路と、を選択的に切り替える。
Based on the signal MASK and the energization signals ULOGIC2, VLOGIC2, and WLOGIC2, the timing synthesis circuit 50 ("switching selection circuit") converts the switching
切替回路52Uは、通電信号ULOGIC2と、コンパレータ46、48の出力信号(『比較信号』)と、を切り替えてPWM合成回路54に出力するものである。また、切替回路52Vは、通電信号VLOGIC2と、コンパレータ46、48の出力信号と、を切り替えてPWM合成回路54に出力するものである。さらに、切替回路52Wは、通電信号WLOGIC2と、コンパレータ46、48の出力信号と、を切り替えてPWM合成回路54に出力するものである。なお、コイル電流が増加する場合はコンパレータ46、48の一方が選択され、コイル電流が減少する場合はコンパレータ46、48の他方が選択される。
The switching
PWM合成回路54は、切替回路52U、52V、52Wにおいてセンサレスロジック回路40側が選択された場合は、センサレスロジック回路40から出力される通電信号ULOGIC2、VLOGIC2、WLOGIC2と、PWM信号と、に基づいてMOSFET8、10、12、14、16、18をPWM制御する信号を出力する。また、PWM合成回路54は、切替回路52U、52V、52Wにおいてコンパレータ46、48側が選択された場合は、コンパレータ46、48から出力される矩形信号に基づいてMOSFET8、10、12、14、16、18をPWM制御する信号を出力する。
When the
このPWM合成回路54の出力に基づいて、U相コイル2、V相コイル4、W相コイル6を通電する駆動電流が生成され、この駆動電流によってモータが駆動することとなる。
Based on the output of the
なお、マスク回路26、センサレスロジック回路40、およびPWM合成回路54は駆動回路を構成する。また、周波数切替回路32、RE1カウンタ、タイミング制御回路36、PWMカウンタ42、コンパレータ46、48、切替回路52U、52V、52W、およびタイミング合成回路50は、駆動電流制御回路を構成する。
The
===コンパレータ46、48===
図3はコンパレータ46、48の出力を説明するための図である。コンパレータ46、48はRE1カウンタ34のカウント出力とPWMカウンタ42のカウント出力との大小比較を行うものである。なお、PWMカウンタ42は、システムクロックMCLKのパルス数をカウントし、RE1カウンタ34は周波数切替回路32から出力される信号のパルス数をカウントする。
===
FIG. 3 is a diagram for explaining the outputs of the
本実施形態ではPWMカウンタ42、RE1カウンタ34はともに4ビットであることとする。PWMカウンタ42はシステムクロックMCLKのパルスを16カウントした後にリセットされ、再度カウントを開始する。また、RE1カウンタは周波数切替回路32から出力される信号のパルス数を所定値までカウントした後にリセットされ、再度カウントを開始する。ここで、矩形信号RE1はモータの回転速度に応じて周期が変化する信号であり、システムクロックMCLKは周期が一定であるとともに、矩形信号RE1より周期が短い信号である。よってPWMカウンタ42とRE1カウンタ34のカウント出力は、例えば図3に示すような関係となる。そして、この2つのカウンタのカウント出力の大小比較をすることによって、コンパレータ48からは徐々にデューティが増加する矩形信号が出力され、コンパレータ46からは徐々にデューティが減少する信号が出力される。
In this embodiment, both the
モータコイルの通電の切り替え時に、このデューティが徐々に変化する信号に基づいたPWM制御を行ってモータコイルを通電するとコイル電流の変化を滑らかにすることができる。 When the energization of the motor coil is switched, if the motor coil is energized by performing the PWM control based on the signal whose duty gradually changes, the change of the coil current can be smoothed.
===モータ駆動装置の動作===
図1、図4および図7を用いて本発明のモータ駆動装置の動作について説明する。
=== Operation of Motor Drive Device ===
The operation of the motor drive apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
図4は、本発明のモータ駆動装置の動作を説明するためのタイムチャートである。なお、図4のU、V、WはU相、V相、W相の各コイルに流れるコイル電流を示している。 FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of the motor drive device of the present invention. In addition, U, V, and W of FIG. 4 have shown the coil current which flows into each coil of U phase, V phase, and W phase.
合成回路28においてマスク信号UMASK、VMASK、およびWMASKが合成されて合成信号FGが生成され、逓倍回路30に出力される。なお、この合成信号FGの立ち上がりおよび立ち下がりの変化は、コイル電圧VU、VV、VWのゼロクロスと一致するものである。
The synthesizing
逓倍回路30は、合成信号FGを当該合成信号FGの整数倍、例えば16倍の周期の矩形信号RE1に逓倍するものである。すなわち、合成信号FGの立ち上がりと立ち下がりとの間の1/2周期には、16周期(16パルス)の矩形信号RE1が発生することになる。逓倍回路30は、実際には、直前の1/2周期が次の1/2周期の動作に反映される。具体的には、期間TAにおける合成信号FGの1/2周期が「b」である場合、次の期間TBでは、「b」期間内に16パルスを発生させるべく逓倍回路30が動作する。
The
矩形信号RE1は、マスク回路26に入力され比較信号CPU、CPV、CPWからキックバックパルスKBと対応するノイズを除去(マスク)するために用いられる。そしてマスク回路26において比較信号CPU、CPV、CPWからキックバックパルスKBと対応するノイズが除去されたマスク信号UMASK、VMASK、WMASKが生成される。また、マスク回路26では矩形信号RE1に基づいて信号MASKが生成される。信号MASKは、合成信号FGの1/2周期内のa期間(例えば、矩形信号RE1の14パルス分)を示す信号である。例えば信号MASKは、図4で示す合成信号FGのTA期間のうち、矩形信号RE1の14パルス分にあたるTA’期間で「H」を示しその前後の1パルス分で「L」を示す信号である。
The rectangular signal RE1 is input to the
タイミング合成回路50は、この信号MASKが「H」となる期間にコイル電流が変化する相の切替回路52U、52V、52Wを、センサレスロジック回路40側からコンパレータ46、48側に切り替える。例えばTA’期間ではU相に流れるコイル電流がミドルレベルからハイレベルになり、W相に流れるコイル電流がハイレベルからミドルレベルになるので、タイミング合成回路50は切替回路52U、および52Wをそれぞれコンパレータ48、46側に切り替える。なお、コンパレータ48とコンパレータ46はコイル電流が増加する場合と減少する場合に応じてどちらかが選ばれるものとする。そして、例えばTA’期間においてコンパレータ46、48の出力信号に基づいてPWM制御を行うことで、U相のコイル電流を一点鎖線で示すように徐々に増加させ、W相のコイル電流を一点鎖線で示すように徐々に減少させることができる。同様にTB期間におけるTB’期間ではV相の切替回路52VとW相の切替回路52Wをそれぞれコンパレータ48、46側にし、U相の切替回路52Uをセンサレスロジック回路40側にする。なお、信号MASKが「L」を示す期間には、ゼロクロスを検出するため、切替回路52U、52V、52Wは全てセンサレスロジック回路40側に切り替えられる。
The
なお、実際には、コイルに流れるコイル電流が増加する割合と減少する割合は等しくない。そこで、本発明では、このコイル電流の増加する割合、またはコイル電流の減少する割合を周波数切替回路32、RE1カウンタ34およびタイミング制御回路36によって調整する。
In practice, the rate at which the coil current flowing through the coil increases is not equal to the rate at which it decreases. Therefore, in the present invention, the rate at which the coil current increases or the rate at which the coil current decreases is adjusted by the
図7は、本発明のモータ駆動装置を用いたコイル電流波形について説明するための図である。なお、本実施形態ではコイル電流が増加するU相について調整する場合について説明する。 FIG. 7 is a diagram for explaining a coil current waveform using the motor drive device of the present invention. In the present embodiment, a case where adjustment is made for the U phase in which the coil current increases will be described.
すでに述べたようにモータコイルの通電の切り替えにおいて、コイル電流が減少すべき相の電流の減少の割合の方が、コイル電流が増加すべき相の電流の増加の割合より大きくなる。すなわち、図4の期間TA’ではU相のコイル電流とW相のコイル電流は図7の破線で示すような関係となる。
そこで、例えば周波数切替回路32で周波数の異なる信号を選択して出力するようにすると、RE1カウンタのカウントの速度を変化させることができる。すなわち、コンパレータ46、48の出力信号の周波数を変化させることができるのでコイル電流波形の傾き(図7のCの部分の傾き)を調整することが可能である。
As described above, in the switching of energization of the motor coil, the rate of decrease of the phase current in which the coil current should be decreased is larger than the rate of increase in the phase current in which the coil current should be increased. That is, in the period TA ′ in FIG. 4, the U-phase coil current and the W-phase coil current have a relationship as indicated by the broken line in FIG.
Therefore, for example, if the
また、タイミング制御回路36の出力と、RE1カウンタ34のリセットR、セットSの接続を変更することによって、RE1カウンタ34のカウントの初期値(図7のAの部分)を調整することが可能である。
さらに、タイミング制御回路36によってRE1カウンタのカウント開始するタイミングを遅延させることによってカウントの開始位置(図7のBの部分)を調整することが可能である。
Further, by changing the output of the timing control circuit 36 and the connection of the reset R and set S of the
Further, it is possible to adjust the count start position (part B in FIG. 7) by delaying the timing at which the RE1 counter starts counting by the timing control circuit 36.
なお、このコイル電流の調整は、コイル電流の通電切り替えにおいて、コイル電流の増加すべき相とコイル電流の減少すべき相のどちらか一方でおこなってもよいし、コイル電流の増加する相とコイル電流の減少する相の両方で行ってもよい。 The adjustment of the coil current may be performed in one of the phase in which the coil current should be increased and the phase in which the coil current should be decreased in the switching of the coil current. It may be performed in both phases where the current decreases.
図8は、本発明のモータ駆動装置の各相に流れるコイル電流の波形である。本発明のモータ駆動装置ではコイル電流の増加の割合、またはコイル電流の減少の割合の少なくとも一方を調整することによって、従来のモータ駆動装置で生じたコイル電流波形の窪み部分を低減し、図8に示すような正弦波に近い形状とすることができる。そして、コイル電流波形を正弦波に近い形状とできるので、モータ駆動の音を静音化することができ、さらに効率を改善することができる。 FIG. 8 shows the waveform of the coil current flowing in each phase of the motor drive device of the present invention. In the motor drive device of the present invention, the depression portion of the coil current waveform generated in the conventional motor drive device is reduced by adjusting at least one of the increase rate of the coil current and the decrease rate of the coil current. A shape close to a sine wave as shown in FIG. And since a coil current waveform can be made into the shape close | similar to a sine wave, the sound of a motor drive can be silenced and efficiency can be improved further.
以上、説明したように、本発明のモータ駆動装置は、U相コイル2、V相コイル4、W相コイル6の通電の切り替えにおいてコイル電流が増加すべき相の電流増加の割合と、コイル電流が減少すべき相の電流減少の割合の少なくとも一方を可変とすることで、モータのコイル電流を正弦波に近づけることができ、モータ駆動時の音を静音化することができる。さらにモータ駆動装置の駆動効率を改善することができる。
As described above, the motor driving device according to the present invention includes the ratio of the current increase in the phase in which the coil current should be increased in switching the energization of the U-phase coil 2, the V-
また、信号MASKが「H」となる期間の各相のコイル電流の通電切り替えに応じて、センサレスロジック回路40の出力信号とコンパレータ46、48の出力信号とを適宜切り替えて3相モータコイルを通電することができる。
Further, according to switching of energization of the coil current of each phase during the period when the signal MASK is “H”, the output signal of the
さらに、入力極性が逆のコンパレータ46とコンパレータ48の2つのコンパレータを用いることでコイル電流が増加する場合と減少する場合のデューティの設定を同時に行うことができる。
Further, by using two
FG信号の1/2周期の立ち上がりおよび立ち下がりの変化点において、切替回路52U、52V、52Wをすべてセンサレスロジック回路40側に切り替えるので、ゼロクロスを検出することができる。
Since the switching
周波数切替回路32で矩形信号RE1または矩形信号RE1を分周した信号を切り替えて出力することによってコイル電流の変化の割合を変更することができる。また、RE1カウンタ34のリセットにオフセット値を設定し、タイミング制御回路に36によってマスクが閉じてからのカウンタのカウント開始を遅延することによって、コイル電流の変化の開始点を変更することができ、コイル電流を調整することができる。
By switching and outputting the rectangular signal RE1 or the signal obtained by dividing the rectangular signal RE1 by the
以上、本実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 As described above, the present embodiment has been specifically described based on the embodiment. However, the present embodiment is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present embodiment.
2 U相コイル
4 V相コイル
6 W相コイル
8、10、12、14、16、18 MOSFET
22U、22V、22W コンパレータ
26 マスク回路
28 合成回路
30 逓倍回路
32 周波数切替回路
34 RE1カウンタ
36 タイミング制御回路
40 センサレスロジック回路
42 PWMカウンタ
44 1/N分周回路
46、48 コンパレータ
50 タイミング合成回路
52U、52V、52W 切替回路
54 PWM合成回路
2 U-phase coil 4 V-phase coil 6 W-
22U, 22V,
40
Claims (4)
所定の1相のモータコイルに対して、他の2相のうちの一方の相のモータコイルから供給される電流が増加し、かつ前記他の2相のうちの他方の相のモータコイルから供給される電流が減少する期間に、前記一方の相のモータコイルに流れる電流の増加の割合と、前記他方の相のモータコイルに流れる電流の減少の割合と、の少なくとも一方の割合を可変とする駆動電流制御回路と、
を備え、
前記駆動回路は、
前記一方の相のモータコイルおよび前記他方の相のモータコイルに、前記駆動電流制御回路の出力に応じた駆動電流を供給することを特徴とするモータ駆動装置。 A drive circuit for switching and supplying a drive current for energizing the three-phase motor coil to the other end of the three-phase motor coil having one end connected in common;
The current supplied from the motor coil of one of the other two phases increases with respect to the predetermined one-phase motor coil, and is supplied from the motor coil of the other of the other two phases. The ratio of the increase in the current flowing in the motor coil of the one phase and the ratio of the decrease in the current flowing in the motor coil of the other phase during the period when the current to be reduced decreases. A drive current control circuit;
With
The drive circuit is
A motor driving device that supplies a driving current according to an output of the driving current control circuit to the motor coil of one phase and the motor coil of the other phase.
モータの回転速度に応じて周期が変化する第1矩形信号を逓倍した第2矩形信号のパルス数を、前記第1矩形信号の1/2周期内における所定期間で、初期値から所定値まで繰り返しカウントする第1カウンタと、
前記第2矩形信号より周期が短い第3矩形信号のパルス数を、初期値から所定値まで繰り返しカウントする第2カウンタと、
前記第1カウンタのカウント出力と前記第2カウンタのカウント出力の大小を比較する比較回路と、
前記駆動回路で生成される駆動信号に基づいて前記駆動電流を得る信号路と、前記比較回路から出力される比較信号に基づいて前記駆動電流を得る信号路と、を切り替えるべく前記モータコイルの各相に対して設けられた切替回路と、
前記切替回路を選択的に切り替える切替選択回路と、
を備え、
前記切替選択回路は、
前記第1矩形信号の1/2周期内における所定期間で、
前記所定の1相のモータコイルに対応する前記切替回路を、前記駆動回路側に切り替え、
前記一方の相のモータコイルおよび前記他方の相のモータコイルに対応する前記切替回路を、前記比較回路側に切り替える、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 The drive current control circuit includes:
The number of pulses of the second rectangular signal obtained by multiplying the first rectangular signal whose cycle changes according to the rotation speed of the motor is repeated from an initial value to a predetermined value within a predetermined period within a half cycle of the first rectangular signal. A first counter for counting;
A second counter that repeatedly counts the number of pulses of the third rectangular signal having a shorter cycle than the second rectangular signal from an initial value to a predetermined value;
A comparison circuit for comparing the count output of the first counter and the count output of the second counter;
Each of the motor coils to switch between a signal path for obtaining the drive current based on a drive signal generated by the drive circuit and a signal path for obtaining the drive current based on a comparison signal output from the comparison circuit. A switching circuit provided for the phase;
A switching selection circuit for selectively switching the switching circuit;
With
The switching selection circuit includes:
In a predetermined period within a half cycle of the first rectangular signal,
Switching the switching circuit corresponding to the predetermined one-phase motor coil to the drive circuit side;
Switching the switching circuit corresponding to the one-phase motor coil and the other-phase motor coil to the comparison circuit side;
The motor driving apparatus according to claim 1.
前記第1カウンタのカウント出力が前記第2カウンタのカウント出力より大の場合に一方のレベルを出力し、前記第1カウンタのカウント出力が前記第2カウンタのカウント出力より小の場合に他方のレベルを出力する第1コンパレータと、
前記第1カウンタのカウント出力が前記第2カウンタのカウント出力より大の場合に他方のレベルを出力し、前記第1カウンタのカウント出力が前記第2カウンタのカウント出力より小の場合に一方のレベルを出力する第2コンパレータと、
を備え、
前記切替選択回路は、
前記一方の相のモータコイルに対する前記比較信号として、前記第1コンパレータの出力を選択し、前記他方の相のモータコイルに対する前記比較信号として、前記第2コンパレータの出力を選択することを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動装置。 The comparison circuit is
One level is output when the count output of the first counter is greater than the count output of the second counter, and the other level when the count output of the first counter is smaller than the count output of the second counter A first comparator that outputs
When the count output of the first counter is larger than the count output of the second counter, the other level is output. When the count output of the first counter is smaller than the count output of the second counter, one level is output. A second comparator that outputs
With
The switching selection circuit includes:
The output of the first comparator is selected as the comparison signal for the motor coil of the one phase, and the output of the second comparator is selected as the comparison signal for the motor coil of the other phase. The motor drive device according to claim 2.
前記第1矩形信号の前記所定期間以外で、前記切替回路を全て前記駆動回路側に切り替えることを特徴とする請求項2または3に記載のモータ駆動装置。
The switching selection circuit includes:
4. The motor driving apparatus according to claim 2, wherein all of the switching circuits are switched to the driving circuit side outside the predetermined period of the first rectangular signal. 5.
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