JP2006204017A - Voltage generating circuit and stepping motor drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧生成回路およびステッピングモータ駆動回路に関する。 The present invention relates to a voltage generation circuit and a stepping motor drive circuit.
デジタルカメラ(DSC:Digital Still Camera)やデジタルビデオカメラ(DVC:Digital Video Camera)においてズーム・フォーカスの光学レンズを駆動する際、位置制御が容易な2相バイポーラステッピングモータが使用される。このステッピングモータを駆動する際には、2つの極に90度位相差のある擬似正弦波電流を与える。 When driving a zoom / focus optical lens in a digital camera (DSC: Digital Still Camera) or a digital video camera (DVC: Digital Video Camera), a two-phase bipolar stepping motor with easy position control is used. When the stepping motor is driven, a pseudo sine wave current having a phase difference of 90 degrees is applied to the two poles.
ステッピングモータの駆動回路としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。図7は、同文献に記載の駆動回路を示すブロック図である。コントロール回路101からの信号経路には、ゲート駆動回路102を通してブリッジ回路103へと繋がる経路P1と、D/A変換回路104へと向かう経路P2との2つが存在する。経路P1は、モータの負荷となるコイルに流す電流の正負の切り替えや、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御によるスイッチングのために、ブリッジ回路内のMOSFETゲートを制御する信号経路である。経路P2は、擬似正弦波を生成するブロックを制御する信号経路である。
As a drive circuit for the stepping motor, for example, there is one described in
次に、図7におけるステッピングモータのPWM制御駆動について簡単に説明する。ステッピングモータに擬似正弦波電流を流すためのPWM制御は、D/A変換回路104内の電気的可変抵抗(EVR:Electrical Variable Resistor)回路から出力される全波整流状の擬似Sin関数基準電圧と三角波とを必要とする。EVR回路の構成例を図8に示している。図9(図中左下)に示すように、擬似Sin関数基準電圧は、細かいタイムスケールで見ると、ステップ状(階段状)に変化する電圧波形を呈する。各ステップの電圧値変化量は、当該電圧波形が全体としてSin関数に沿うように重み付けされている。そのため、各タイムスケールでの電圧値変化量すなわち階段の高さは、放物線の極値(最大値)に近づくにつれて低くなっていく。この電圧は、図8のEVR回路において参照電圧VREFを重み付けされた抵抗で分圧することにより生成される。その際、抵抗分割する場所は、スイッチで切り替えられる。
Next, the PWM control drive of the stepping motor in FIG. 7 will be briefly described. The PWM control for flowing the pseudo sine wave current to the stepping motor is based on a full-wave rectified pseudo Sin function reference voltage output from an electrical variable resistor (EVR) circuit in the D /
これにより、EVR回路からは、ステップ状の擬似Sin関数基準電圧V1が全波整流状の波形として出力される(図10、図11参照)。この基準電圧に三角波発生回路105により生成される三角波を足し合わせた電圧値がコンパレータ106の正相入力へ入力される。コンパレータ106の出力は、図10に示すように、ゲート駆動回路102を通じて、モータに流れる電流を直接制御するHブリッジ回路103のハイサイド側Pチャネルのゲートへと伝えられる。Hブリッジ回路103のNチャネルのソースとGNDとの間にはセンス抵抗RSが接続されている。また、センス抵抗RSの図中上側すなわちNチャネルMOSFETのソース側の電圧値が、コンパレータ106の逆相入力へと接続されることにより、フィードバックが形成される。そのため、Pチャネルは、インダクタンス負荷のモータ駆動用コイルに擬似正弦波状の電流が流れるようにチョッピングする。
Thus, from the EVR circuit, step-like pseudo Sin function reference voltages V 1 is output as a full-wave rectifier-like waveform (see FIG. 10, FIG. 11). A voltage value obtained by adding the triangular wave generated by the triangular
ところで、擬似正弦波は、上述のように一周期で等時間分割されたタイムスケール毎にステップ状に上昇する波形であるため、電流値が急峻に変化するステップエッジの存在が騒音発生の問題となっている。従来の駆動回路では、EVRの出力端にコンデンサを付けることによって擬似Sin関数基準電圧のステップエッジを鈍らせ、それによりモータ駆動用コイルに与えられる擬似正弦波状の電流値が急峻に変化するのを緩和していた(特許文献2)。
図12に示すように、上述のコンデンサの容量を大きくすることにより、ステップエッジの滑らかさを増すことができる。しかし、容量を大きくしすぎると、各ステップで電圧が所要の値まで上昇せず、正弦波状の基準電圧を得ることができなくなってしまう。また、容量値を最適化したとしても各ステップの変化時初期(立上がり部分)の急峻な電圧値変化を充分に抑えることは困難である。 As shown in FIG. 12, the smoothness of the step edge can be increased by increasing the capacitance of the capacitor. However, if the capacity is increased too much, the voltage does not rise to a required value at each step, and a sine wave reference voltage cannot be obtained. Further, even if the capacitance value is optimized, it is difficult to sufficiently suppress the abrupt voltage value change at the initial stage (rising portion) when each step changes.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、急峻な電圧値変化を充分に抑制することが可能な電圧生成回路およびそれを用いたステッピングモータ駆動回路を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a voltage generation circuit capable of sufficiently suppressing a steep voltage value change and a stepping motor drive circuit using the voltage generation circuit.
上記課題を解決するために、本発明による電圧生成回路は、正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電流を発生させる電流制御回路と、上記電流制御回路に接続され、上記電流制御回路において発生した上記電流によって充放電される容量素子と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a voltage generation circuit according to the present invention includes a current control circuit that generates a current having a waveform that changes stepwise along a sine wave, and the current control circuit connected to the current control circuit. And a capacitor element that is charged and discharged by the current generated in
この電圧生成回路においては、電流制御回路により階段状に変化する波形をもつ電流を発生させ、その電流によって容量素子を充電または放電する。このとき、その電流は当該階段の各ステップにおいては一定であるので、容量素子にかかる電圧の変化は直線的となる。したがって、上記電流が正弦波に沿って変化することに伴い、直線近似的に正弦波を構成する波形をもつ電圧が生成される。これにより、急峻な電圧値変化を充分に抑制することが可能な電圧生成回路が実現される。 In this voltage generation circuit, a current having a waveform that changes stepwise is generated by a current control circuit, and the capacitive element is charged or discharged by the current. At this time, since the current is constant in each step of the staircase, the change in voltage applied to the capacitive element is linear. Therefore, as the current changes along the sine wave, a voltage having a waveform that forms a sine wave in a linear approximation is generated. Thereby, a voltage generation circuit capable of sufficiently suppressing a steep voltage value change is realized.
上記電流制御回路は、正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電圧を発生させる電圧発生回路と、上記電圧発生回路において発生した上記電圧を電流に変換する変換回路と、を有していてもよい。この場合、正弦波に沿って階段状に変化する電流波形を簡略な構成で得ることができる。 The current control circuit includes a voltage generation circuit that generates a voltage having a waveform that changes stepwise along a sine wave, and a conversion circuit that converts the voltage generated in the voltage generation circuit into a current. May be. In this case, a current waveform that changes stepwise along a sine wave can be obtained with a simple configuration.
上記電流制御回路は、上記変換回路において得られた上記電流の流れる向きを制御する方向制御回路を有していてもよい。この場合、方向制御回路によって電流の向きを切り替えることにより、容量素子の充電と放電とを容易に切り替えることができる。 The current control circuit may include a direction control circuit that controls a direction in which the current obtained in the conversion circuit flows. In this case, charging and discharging of the capacitive element can be easily switched by switching the direction of the current by the direction control circuit.
また、本発明によるステッピングモータ駆動回路は、上記電圧生成回路と、当該電圧生成回路により生成された電圧波形に基づいて擬似正弦波状の波形をもつ電流を発生させ、当該電流をステッピングモータに供給する電流供給回路と、を備えることを特徴とする。 The stepping motor drive circuit according to the present invention generates a current having a pseudo sine wave waveform based on the voltage generation circuit and the voltage waveform generated by the voltage generation circuit, and supplies the current to the stepping motor. And a current supply circuit.
この駆動回路においては、上述の電圧生成回路によって生成される電圧波形に基づいて、擬似正弦波状の電流波形を生成する。このため、直線近似的に正弦波を構成する電流波形が得られる。したがって、急峻な変化が充分に抑制された電流をステッピングモータに供給することができるので、騒音を充分に低減することが可能な駆動回路が実現される。 In this drive circuit, a pseudo sine wave current waveform is generated based on the voltage waveform generated by the voltage generation circuit described above. For this reason, a current waveform constituting a sine wave in a linear approximation is obtained. Therefore, since a current in which a steep change is sufficiently suppressed can be supplied to the stepping motor, a drive circuit capable of sufficiently reducing noise is realized.
本発明によれば、急峻な電圧値変化を充分に抑制することが可能な電圧生成回路およびそれを用いたステッピングモータ駆動回路が実現される。 According to the present invention, a voltage generation circuit capable of sufficiently suppressing a steep voltage value change and a stepping motor drive circuit using the voltage generation circuit are realized.
以下、図面を参照しつつ、本発明による電圧生成回路およびステッピングモータ駆動回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a voltage generation circuit and a stepping motor drive circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
図1は、本発明による電圧生成回路およびステッピングモータ駆動回路の一実施形態を示すブロック図である。ステッピングモータ駆動回路1は、電圧生成回路10、三角波発生回路20、コンパレータ30、ゲート駆動回路40、およびHブリッジ回路50を備えている。電圧生成回路10は、擬似正弦波基準電圧を生成する。また、三角波発生回路20、コンパレータ30、ゲート駆動回路40およびブリッジ回路50は電流供給回路を構成している。電流供給回路は、電圧生成回路10により生成された基準電圧に基づいて擬似正弦波状の波形をもつ電流を発生させ、その電流をステッピングモータ(図示せず)に供給する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a voltage generation circuit and a stepping motor drive circuit according to the present invention. The stepping
電圧生成回路10は、電流制御回路12、コンデンサ14(容量素子)およびオペアンプ16を備えている。電流制御回路12は、正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電流を発生させる。電流制御回路12には、コンデンサ14が接続されている。具体的には、コンデンサ14は、一端が電流制御回路12の出力端に接続され、他端が接地されている。このコンデンサ14は、電流制御回路12において発生する上記電流によって充電および放電される。
The
図2を参照しつつ、電流制御回路12の構成を説明する。電流制御回路12は、電圧発生回路122、変換回路124および方向制御回路126を有している。電圧発生回路122は、正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電圧を発生させる。この電圧発生回路122としては、例えばEVR回路(図8参照)を用いることができる。EVR回路は、多段の抵抗分割回路により構成されており、所望の正弦波の周期および振幅に応じたタイムスケールでスイッチを切り替えることにより、擬似正弦波状の電圧、すなわち正弦波に沿って階段状に変化する電圧を出力する。
The configuration of the
電圧発生回路122には、変換回路124が接続されている。変換回路124は、電圧発生回路122において発生する上記電圧を電流に変換するV/I変換回路である。また、変換回路124には、方向制御回路126が接続されている。方向制御回路126は、変換回路124において得られる上記電流の流れる向きを制御する。すなわち、方向制御回路126は、出力する電流方向の正負(吐出しか吸込みか)を切り替えることができる。
A
図1に戻って、電流制御回路12には、オペアンプ16も接続されている。具体的には、オペアンプ16の正相入力端が、電流制御回路12の出力端およびコンデンサ14の一端に接続されている。このオペアンプ16は、その逆相入力端と出力端とが互いに接続されており、ボルテージフォロアを構成している。本実施形態においては、オペアンプ16からの出力が電圧生成回路10全体の出力となっている。
Returning to FIG. 1, the
電圧生成回路10には、コンパレータ30の正相入力端が接続されている。この正相入力端には三角波発生回路20も接続されている。三角波発生回路20は、電圧生成回路10により生成される擬似正弦波基準電圧に足し合わせる三角波を発生させる。また、コンパレータ30にはゲート駆動回路40が接続され、ゲート駆動回路40にはブリッジ回路50が接続されている。ゲート駆動回路40は、コンパレータ30からの出力に応じて、ブリッジ回路50中のハイサイド側Pチャネルのゲートの駆動を制御する。ブリッジ回路50においては、センス抵抗RSが設けられており、その一端がNチャネルのソースに接続され、多端が接地されている。また、Nチャネルのソース(およびセンス抵抗RSの一端)はコンパレータ30の逆相入力端に接続されており、これによりフィードバックが形成されている。Pチャネルは、ステッピングモータ駆動用のコイル52に擬似正弦波状の電流が流れるようにチョッピングを行う。
A positive phase input terminal of a
次に、図3および図4を参照しつつ、ステッピングモータ駆動回路1の動作を説明する。まず、電圧発生回路122により、全波整流の正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電圧V1が生成される。この電圧V1は、変換回路124により電流I1に変換される。この電流I1の波形も、電圧V1と同様に、全波整流の正弦波に沿って階段状に変化するものである。この電流I1の方向は、方向制御回路126により、正弦波の1/4周期毎に正負が切り替えられる。したがって、方向制御回路126からの出力される電流I2の波形は、図3に示す通りとなる。電流I2が正のときはコンデンサ14が充電され、負のときはコンデンサ14が放電される。
Next, the operation of the stepping
ここで、電流I2は、階段状に変化する波形をもつため、その階段の各ステップにおいては一定値をとる。すなわち、コンデンサ14は、図4(c)に示すように、定電流で充放電されることになる。したがって、コンデンサ14に印加される電圧V2の変化は、図4(a)および図4(b)に示すように、直線的となる。図4(a)は、電圧V2の波形の一部を示している。また、図4(b)は、図4(a)中の円で囲まれた部分の波形を拡大して示している。これにより、正弦波を直線近似的に構成した波形をもつ電圧V2が得られる。すなわち、電圧V2の波形は、電流制御回路12から出力される階段状の電流波形の各ステップに対応する線分同士をつなぎ合わせて得られる連続波形であり、全体として全波整流状の正弦波を構成するものとなる。各線分の傾きは、対応するステップにおける電流値に依存する。
Here, since the current I 2 has a waveform that changes stepwise, the current I 2 takes a constant value at each step of the step. That is, the
この電圧V2は、オペアンプ16を通じてコンパレータ30の正相入力端に入力する。また、三角波発生回路20から出力される三角波も同入力端に入力する。これにより、コンパレータ30においては、電圧V2と三角波とが足し合わされる。その足し合わされて得られた電圧は、ブリッジ回路50のセンス抵抗RSに印加されている電圧と比較され、その結果がゲート駆動用の信号としてコンパレータ30から出力される。その信号はゲート駆動回路40を通じてブリッジ回路50へと伝えられる。以上により、擬似正弦波状のコイル52に流れる電流ILの波形は、電圧V2と同様に、正弦波に沿って直線的に変化するものとなる(図3参照)。
This voltage V 2 is input to the positive phase input terminal of the
続いて、電圧生成回路10およびステッピングモータ駆動回路1の効果を説明する。電圧生成回路10においては、上述のように、電流制御回路12から出力される定電流でコンデンサ14を充電することにより得られる直線的な電圧変化を利用して、擬似正弦波を生成している。これにより、原理的にステップエッジが存在しない電圧波形が得られるので、急峻な電圧値変化を充分に抑制することが可能な電圧生成回路10が実現されている。
Next, effects of the
よって、この電圧生成回路10は、ステッピングモータ駆動回路において擬似正弦波基準電圧を生成するための回路として好適に用いることができる。当該基準電圧における急峻な電圧値変化はステッピングモータにおける騒音発生につながるが、電圧生成回路10を用いればステッピングモータの騒音を低減できる。
Therefore, the
実際、ステッピングモータ駆動回路1においては、電圧生成回路10によって生成される擬似正弦波基準電圧に基づいて、擬似正弦波状の電流波形を生成している。これにより、急峻な変化が充分に抑制された電流をステッピングモータに供給することができる。このため、騒音を充分に抑制しつつ、ステッピングモータを駆動することが可能なステッピングモータ駆動回路1が実現されている。
Actually, the stepping
電流制御回路12は、電圧発生回路122と、電圧発生回路122において発生した電圧を電流に変換する変換回路124と、を有している。かかる構成により、正弦波に沿って階段状に変化する電流波形を直接生成しなくとも、同様の波形をもつ電圧を生成し、それを電流に変換することによって上記電流波形を得ることができる。正弦波に沿って階段状に変化する電圧波形は、EVR回路等の従来から用いられている回路を利用して容易に生成できる。したがって、簡略な構成で、正弦波に沿って階段状に変化する電流波形を生成することが可能な電流制御回路12が実現されている。
The
電流制御回路12は、方向制御回路126を有している。かかる構成により、方向制御回路126によって電流の向きを切り替えることにより、コンデンサ14の充電と放電とを容易に切り替えることができる。
The
また、電圧生成回路10は、オペアンプ16を備えている。これにより、擬似正弦波基準電圧をコンパレータ30に安定的に供給することができる。ただし、電圧生成回路10にオペアンプ16を設けることは必須ではない。すなわち、電流制御回路12およびコンデンサ14が、コンパレータ30の正相入力端に直接接続される構成としてもよい。
In addition, the
本発明による電圧生成回路およびステッピングモータ駆動回路は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図5に示すように、電流制御回路12においては、電圧発生回路122および変換回路124(図2参照)の代わりに定電流発生回路128を用いてもよい。定電流発生回路128は、正弦波に沿って階段状に変化する電流波形を直接生成するものである。図6は、定電流発生回路128の一構成例を示している。この定電流発生回路128においては、カレントミラー回路が多段に設けられており、参照電圧VREFとスイッチの開閉により所望の定電流値を得ることができる。
The voltage generation circuit and the stepping motor drive circuit according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, as shown in FIG. 5, in the
1 ステッピングモータ駆動回路
10 電圧生成回路
12 電流制御回路
14 コンデンサ
16 オペアンプ
20 三角波発生回路
30 コンパレータ
40 ゲート駆動回路
50 ブリッジ回路
52 コイル
122 電圧発生回路
124 変換回路
126 方向制御回路
128 定電流発生回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電流制御回路に接続され、前記電流制御回路において発生した前記電流によって充放電される容量素子と、
を備えることを特徴とする電圧生成回路。 A current control circuit for generating a current having a waveform that changes stepwise along a sine wave;
A capacitive element connected to the current control circuit and charged and discharged by the current generated in the current control circuit;
A voltage generation circuit comprising:
前記電流制御回路は、
正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電圧を発生させる電圧発生回路と、
前記電圧発生回路において発生した前記電圧を電流に変換する変換回路と、
を有する電圧生成回路。 The voltage generation circuit according to claim 1,
The current control circuit is
A voltage generation circuit for generating a voltage having a waveform that changes stepwise along a sine wave;
A conversion circuit for converting the voltage generated in the voltage generation circuit into a current;
A voltage generating circuit.
前記電流制御回路は、前記変換回路において得られた前記電流の流れる向きを制御する方向制御回路を有する電圧生成回路。 The voltage generation circuit according to claim 2,
The voltage control circuit includes a direction control circuit that controls a direction in which the current obtained in the conversion circuit flows.
当該電圧生成回路により生成された電圧波形に基づいて擬似正弦波状の波形をもつ電流を発生させ、当該電流をステッピングモータに供給する電流供給回路と、
を備えることを特徴とするステッピングモータ駆動回路。 A voltage generation circuit according to any one of claims 1 to 3,
A current supply circuit that generates a current having a pseudo sine waveform based on the voltage waveform generated by the voltage generation circuit, and supplies the current to the stepping motor;
A stepping motor drive circuit comprising:
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JP2010091160A (en) * | 2008-10-07 | 2010-04-22 | Hitachi Appliances Inc | Air conditioner |
JP2020143871A (en) * | 2019-03-08 | 2020-09-10 | 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 | Air conditioner |
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- 2005-01-20 JP JP2005012858A patent/JP2006204017A/en active Pending
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