JP2006204083A - モータドライバ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、簡易かつ安価な構成で、モータの正転/逆転に依ることなく、常に適切な進角制御を行うことが可能なモータドライバ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るモータドライバIC10は、外部分圧電圧RIS、ROSに応じてホール信号に所定の位相シフトを与える位相シフト回路105と;位相シフト回路105の出力信号に応じた三相入力信号を受けて、各相駆動信号を生成する出力駆動回路109と;モータ20の逆転時、位相シフト回路105への入力信号となる各相のホール信号のうち、V相とW相を互いに入れ換えて出力する第1クロススイッチ104と;同じくモータ20の逆転時、出力駆動回路109への三相入力信号のうち、U相とW相を互いに入れ換えて出力する第2クロススイッチ108と;を有して成る構成とされている。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係るモータドライバIC10は、外部分圧電圧RIS、ROSに応じてホール信号に所定の位相シフトを与える位相シフト回路105と;位相シフト回路105の出力信号に応じた三相入力信号を受けて、各相駆動信号を生成する出力駆動回路109と;モータ20の逆転時、位相シフト回路105への入力信号となる各相のホール信号のうち、V相とW相を互いに入れ換えて出力する第1クロススイッチ104と;同じくモータ20の逆転時、出力駆動回路109への三相入力信号のうち、U相とW相を互いに入れ換えて出力する第2クロススイッチ108と;を有して成る構成とされている。
【選択図】図1
Description
本発明は、レーザビームプリンタの紙送り用三相全波モータやファン用三相全波モータなど、大トルクが要求される三相モータの駆動制御を行うモータドライバ装置(プリドライバを含む)に関するものであり、特に各相信号の位相シフト制御に関するものである。
大トルクが要求されるモータの駆動制御を行うモータドライバ装置においては、モータコイルに与える出力信号の位相をホールセンサで検出されるホール信号の位相に対して意図的に進めることで、モータの出力トルクを増大させる制御(いわゆる進角制御)が一般に行われている。
より具体的に述べると、三相モータを制御対象とするモータドライバ装置は、モータコイルに生じる逆起電圧信号と同一位相で三相出力信号を供給することが基本であるが、上記した進角制御を実現すべく、通常、モータのホールセンサは、モータコイルに対して所定位相(一般には+30°)だけ進んだ位置に置かれていた。すなわち、モータドライバ装置には、モータコイルに生じる逆起電圧信号に対して、モータ正転時は30°だけ進んだホール信号が入力され、モータドライバ装置は、当該ホール信号に基づいてモータコイルに与える出力信号を生成する構成とされていた。
ただし、モータの出力トルクが最大となる位相差(或いは、ユーザが要求するモータ特性を得るための位相差)は、モータ毎に千差万別である。そのため、従来のモータドライバ装置は、モータコイルに生じる逆起電圧信号とホールセンサで検出されるホール信号との間で所望の位相差が得られるように、ホールセンサの位置を適宜調整する構成とされていた(例えば、特許文献1を参照)。
特開2000−134978号公報(特に、段落[0020]など)
確かに、従来のモータドライバ装置でも、ホールセンサの配設位置を適宜調整しさえすれば、モータの正転時における出力トルクを最大とすることが可能である。
しかしながら、従来のモータドライバ装置では、モータを逆転駆動させて用いる場合、位相差がモータ正転時の逆方向になってしまい、却って出力トルクが小さくなってしまうという課題があった。
なお、特許文献1では、マイクロコンピュータを用いて進角制御を行う技術が開示・提案されているが、当該従来技術は、あくまで、モータ駆動中における進角制御の最適化を図るための技術に過ぎず、上記課題を解決し得るものではなかった。また、当該従来技術は、マイクロコンピュータを必要とする構成であるため、仮に当該構成を応用して上記課題の解決を図った場合には、不要なコストアップを招来するおそれもあった。
本発明は、上記の問題点に鑑み、簡易かつ安価な構成で、制御対象であるモータの正転時/逆転時に依ることなく、常に適切な進角制御を行うことが可能なモータドライバ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明に係るモータドライバ装置は、三相モータから入力される各相のホール信号に基づいて、その駆動制御を行うモータドライバ装置において、前記ホール信号を各相毎、所定の制御信号に応じて各々の振幅が定められる第1、第2電流信号に変換分離し、異なる相同士の第1、第2電流信号を足し合わせて3系統の合成電流信号を生成する位相シフト回路と;前記合成電流信号に応じた三相入力信号を受けて、前記三相モータ各相毎の駆動信号を生成する出力駆動回路と;前記位相シフト回路よりも前段に設けられ、前記三相モータの逆転時、前記位相シフト回路への入力信号となる各相のホール信号のうち、いずれか二相を互いに入れ換えて出力する第1クロススイッチと;前記出力駆動回路よりも前段に設けられ、前記三相モータの逆転時、前記出力駆動回路への前記三相入力信号のうち、第1クロススイッチで入れ換え対象とされた二相との関係で定まる別対の二相を互いに入れ換えて出力する第2クロススイッチと;を有して成る構成(第1の構成)とされている。
具体的に述べると、上記第1の構成から成るモータドライバ装置において、前記位相シフト回路は、V相の第1電流信号とW相の第2電流信号を足し合わせて得られる合成電流信号をU相正弦波信号として出力し、W相の第1電流信号とU相の第2電流信号を足し合わせて得られる合成電流信号をV相正弦波信号として出力し、U相の第1電流信号とV相の第2電流信号を足し合わせて得られる合成電流信号をW相正弦波信号として出力するものであり、第1クロススイッチは、前記三相モータの逆転時、前記位相シフト回路への入力信号となる各相のホール信号のうち、V相とW相を互いに入れ換えて出力するものであり、第2クロススイッチは、前記三相モータの逆転時、前記出力駆動回路への前記三相入力信号のうち、U相とW相を互いに入れ換えて出力するものである構成(第2の構成)とされている。
このように、ホールセンサの位置調整ではなく、前記制御信号に応じた装置内部での信号処理を行うことで位相シフト量を制御する構成とすることにより、簡易かつ安価な構成で、制御対象であるモータの正転時/逆転時に依ることなく、常に適切な進角制御を行うことが可能となる。
なお、上記第1または第2の構成から成るモータドライバ装置において、前記位相シフト回路は、生成した合成電流信号の振幅を所望値に合わせ込む手段を有して成る構成(第3の構成)にするとよい。このような構成とすることにより、本発明の位相シフト処理に起因してモータのスピード制御に異常が生じることを未然に回避することが可能となる。
また、上記第1〜第3いずれかの構成から成るモータドライバ装置は、前記制御信号を生成する手段として、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と;前記基準電圧を分圧して前記制御信号を生成する外付けの抵抗分割回路と、を有して成る構成(第4の構成)にするとよい。このように、位相シフト回路の位相シフト量を調整するための制御信号として外付け抵抗による抵抗分割で得られた分圧電圧信号を用いる構成であれば、外付け抵抗の付け替え作業を行うだけで、容易に位相シフト回路の位相シフト量を調整することが可能となる。
或いは、上記第1〜第3いずれかの構成から成るモータドライバ装置は、前記制御信号を生成する手段として、外付け抵抗と、前記外付け抵抗に電流を供給する電流源の出力段として機能するトランジスタと、を有して成り、前記外付け抵抗の一端電圧を前記制御信号として引き出す構成(第5の構成)としてもよい。このような構成とすることにより、上記と同様、外付け抵抗の付け替え作業を行うだけで容易に位相シフト回路の位相シフト量を調整することが可能となる上、外付けの抵抗分割回路を用いた上記構成に比べて、外付け抵抗の選択幅を拡大し、さらには、外付け抵抗の製造ばらつきによる影響を低減することが可能となる。
上記したように、本発明に係るモータドライバ装置であれば、簡易かつ安価な構成で、制御対象であるモータの正転時/逆転時に依ることなく、常に適切な進角制御を行うことが可能となる。
図1は、本発明に係るモータドライバIC[Integrated Circuit]の一実施形態を示すブロック図(一部に回路図を含む)である。本図に示すように、本実施形態のモータドライバIC10は、三相全波モータ20の駆動制御を行う半導体集積回路装置であり、ホールアンプ101〜103と、第1クロススイッチ104と、位相シフト回路105と、三角波生成回路106と、PWM[Pulse Width Modulation]コンパレータ107と、第2クロススイッチ108と、出力駆動回路109と、バンドギャップ電源回路110と、アンプ111と、を有して成る。
モータ20を構成する各相(U相、V相、W相)のモータコイルには、各々ホールセンサが付加されている。なお、本実施形態にて制御対象とされているモータ20は、最も一般的なブラシレスモータであり、各相のホールセンサは、モータの正転方向につき、モータコイルに対して所定位相(本実施形態では30°)だけ進んだ位置に設けられている。各相ホールセンサで得られたホール信号は、ホールアンプ101〜103に各々差動入力されている。すなわち、本実施形態において、モータドライバIC10には、モータコイルに生じる逆起電圧信号に対して、モータ正転時は30°進んだホール信号が入力され、モータ逆転時は30°遅れたホール信号が入力されることになる。
ホールアンプ101は、入力されたU相ホール信号の振幅を増幅し、U相差動ホール信号H_Up、H_Umを出力する。同様に、ホールアンプ102、103は、入力されたV相、W相ホール信号の振幅を増幅し、V相差動ホール信号H_Vp、H_Vm、及び、W相差動ホール信号H_Wp、H_Wmを各々出力する。
第1クロススイッチ104は、モータ20の正転/逆転を選択するFR選択信号に応じて、ホールアンプ102、103から入力されるV相、W相の各差動ホール信号につき、相互間の出力入れ換え制御を行う。より具体的に述べると、モータ20の正転時、第1クロススイッチ104は、V相、W相の各差動ホール信号を入れ換えることなく、位相シフト回路105のV相差動入力信号Vp、VmとしてV相差動ホール信号H_Vp、H_Vmを出力し、W相差動入力信号Wp、WmとしてW相差動ホール信号H_Wp、H_Wmを出力する。一方、モータ20の逆転時、第1クロススイッチ104は、V相、W相の各差動ホール信号を相互に入れ換え、位相シフト回路105のV相差動入力信号Vp、VmとしてW相差動ホール信号H_Wp、H_Wmを出力し、W相差動入力信号Wp、WmとしてV相差動ホール信号H_Vp、H_Vmを出力する。なお、位相シフト回路105のU相差動入力信号Up、Umとしては、モータ20の正転/逆転に依ることなく、U相差動ホール信号H_Up、H_Umが直接入力される。
位相シフト回路105は、各相の差動入力信号を受け、各々の位相を所定位相だけシフトさせた正弦波信号sinU、sinV、sinWを生成する。なお、位相シフト回路105の回路構成並びに動作については、後ほど詳述する。
三角波生成回路106は、不図示のクロック信号に基づいて、PWM信号の生成に必要な三角波信号(三角波形或いはスロープ波形)を生成する。
PWMコンパレータ107は、位相シフト回路105から入力される各相の正弦波信号sinU、sinV、sinWと、三角波生成回路106から入力される三角波信号と、を比較して、各相のPWM信号PWM_U、PWM_V、PWM_Wを生成する。
第2クロススイッチ108は、前記FR選択信号に応じて、PWMコンパレータ107から入力されるU相、W相の各PWM信号につき、相互間の出力入れ換え制御を行う。具体的に述べると、モータ20の正転時、第2クロススイッチ108は、U相、W相のPWM信号を入れ換えることなく、出力駆動回路109のU相入力信号D_UとしてU相PWM信号PWM_Uを出力し、W相入力信号D_WとしてW相PWM信号PWM_Wを出力する。一方、モータ20の逆転時、第2クロススイッチ108は、U相、W相の各PWM信号を相互に入れ換え、出力駆動回路109のU相入力信号D_UとしてW相PWM信号PWM_Wを出力し、W相入力信号D_WとしてU相PWM信号PWM_Uを出力する。なお、出力駆動回路109のV相入力信号D_Vとしては、モータ20の正転/逆転に依ることなく、V相PWM信号PWM_Vが直接入力される。
出力駆動回路109は、PWMコンパレータ107から出力される各相のPWM信号を受け、モータコイルの駆動信号U、V、Wを生成する。
バンドギャップ電源回路110は、周囲温度に依存しない基準電圧源であり、その出力端は、アンプ111の非反転入力端(+)に接続されている。アンプ111の出力端は、外付け抵抗R1〜R3を介して接地される一方、内部抵抗R4、R5を介しても接地されている。なお、抵抗R4、R5の接続ノードは、アンプ111の反転入力端(−)に接続されている。すなわち、アンプ111(非反転アンプ)の出力端で適切な電圧が発生するようにすれば、後述する第1、第2分圧電圧RIS、ROSのバイアス電圧を動作範囲の適切な値に設定することができる。
一方、抵抗R2、R3の接続ノードは、位相シフト回路105の第1位相シフト量制御端に接続されており、該制御端には、バンドギャップ電圧の第1分圧電圧RISが印加されている。また、抵抗R1、R2の接続ノードは、位相シフト回路105の第2位相シフト量制御端に接続されており、該制御端には、バンドギャップ電圧の第2分圧電圧ROSが印加されている。このように、位相シフト回路105の位相シフト量を調整するための制御信号として、外付け抵抗R1〜R3による抵抗分割で得られた第1、第2分圧電圧信号RIS、ROSを用いる構成であれば、外付け抵抗R1〜R3の付け替え作業を行うだけで、容易に位相シフト回路105の位相シフト量を調整することが可能となる。
なお、本実施形態では、第1、第2分圧電圧RIS、ROSの電圧関係がRIS<ROSである場合を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、位相シフト回路105で得ようとする所望の位相シフト量に応じて、両者の電圧関係をRIS>ROSとしてもよいし、位相シフトが不要であれば、RIS=ROSとしてもよい。
図2は、位相シフト回路105の一構成例を示す回路図である。本図に示す通り、位相シフト回路105は、その構成要素として、NPN型バイポーラトランジスタN1〜N18と、PNP型バイポーラトランジスタP1〜P24と、定電流源I1〜I3と、を含んで成り、回路ブロックとしては、上記の構成要素から成るNPN型差動アンプ部A1、B1、C1と、カレントミラー部(非反転側)A2、B2、C2と、カレントミラー部(反転側)A3、B3、C3と、PNP型差動アンプ部(非反転側)A4、B4、C4と、PNP型差動アンプ部(反転側)A5、B5、C5と、信号合成部D1と、を有して成る。
差動アンプ部A1は、トランジスタN1、N2と定電流源I1で構成されている。トランジスタN1、N2のエミッタは、互いに接続されており、その接続ノードは、定電流源I1を介して接地されている。トランジスタN1のベースは、差動アンプ部A1の一入力端(差動入力信号Upの印加端)に相当し、トランジスタN2のベースは、差動アンプ部A1の他入力端(差動入力信号Umの印加端)に相当する。
同様に、差動アンプ部B1、C1は、トランジスタN3、N4と定電流源I2、及び、トランジスタN5、N6と定電流源I3で各々構成されている。なお、上記構成と異なる点として、トランジスタN3のベースには、差動入力信号Vpが印加され、トランジスタN4のベースには、差動入力信号Vmが印加される。また、トランジスタN5のベースには、差動入力信号Wpが印加され、トランジスタN6のベースには、差動入力信号Wmが印加される。
カレントミラー部A2は、トランジスタP1、P2で構成されている。トランジスタP1、P2のエミッタは、互いに接続されており、その接続ノードは、電源端に接続されている。トランジスタP2のコレクタは、トランジスタN1のコレクタに接続されている。トランジスタP1、P2のベースは、互いに接続されており、その接続ノードは、トランジスタP2のコレクタに接続されている。カレントミラー部A3は、トランジスタP3、P4で構成されている。トランジスタP3、P4のエミッタは、互いに接続されており、その接続ノードは、電源端に接続されている。トランジスタP3のコレクタは、トランジスタN2のコレクタに接続されている。トランジスタP3、P4のベースは、互いに接続されており、その接続ノードは、トランジスタP3のコレクタに接続されている。
同様に、カレントミラー部B2、B3は、トランジスタP5、P6、及び、トランジスタP7、P8で構成されており、カレントミラー部C2、C3は、トランジスタP9、P10、及び、トランジスタP11、P12で構成されている。なお、上記構成と異なる点として、トランジスタP6、P7のコレクタは、トランジスタN3、N4のコレクタに接続されており、トランジスタP10、P11のコレクタは、トランジスタN5、N6のコレクタに接続されている。
上記したトランジスタP1〜P12のエミッタには、回路の特性調整を図るべく、各々抵抗素子を付加しても構わない。
差動アンプ部A4は、トランジスタP13、P14で構成されている。トランジスタP13、P14のエミッタは、互いに接続されており、その接続ノードは、トランジスタP1のコレクタに接続されている。トランジスタP13のベースは、差動アンプ部A4の一入力端(第1分圧信号RISの印加端)に相当し、トランジスタP14のベースは、差動アンプ部A4の他入力端(第2分圧信号ROSの印加端)に相当する。差動アンプ部A5は、トランジスタP15、P16で構成されている。トランジスタP15、P16のエミッタは、互いに接続されており、その接続ノードは、トランジスタP4のコレクタに接続されている。トランジスタP15のベースは、差動アンプ部A5の一入力端(第1分圧信号RISの印加端)に相当し、トランジスタP16のベースは、差動アンプ部A5の他入力端(第2分圧信号ROSの印加端)に相当する。
同様に、差動アンプ部B4、B5は、トランジスタP17、P18、及び、トランジスタP19、P20で構成されており、差動アンプ部C4、C5は、トランジスタP21、P22、及び、トランジスタP23、P24で構成されている。なお、上記構成と異なる点として、トランジスタP17、P18のエミッタは、いずれもトランジスタP5のコレクタに接続されており、トランジスタP19、P20のエミッタは、いずれもトランジスタP8のコレクタに接続されている。また、トランジスタP21、P22のエミッタは、いずれもトランジスタP9のコレクタに接続されており、トランジスタP23、P24のエミッタは、いずれもトランジスタP12のコレクタに接続されている。
上記した差動アンプ回路A4、A5、B4、B5、C4、C5については、回路の特性調整を図るべく、各トランジスタを2段構成としてもよいし、各トランジスタのベースにバイアス電流を流す構成としてもよい。
信号合成部D1は、トランジスタN7〜N18で構成されている。トランジスタN7、N8のエミッタは、互いに接続されており、その接続ノードは接地されている。トランジスタN7のコレクタは、トランジスタP15のコレクタと接続されており(ノードa)、トランジスタN8のコレクタは、トランジスタP13のコレクタと接続されている。トランジスタN7、N8のベースは、互いに接続されており、その接続ノードは、トランジスタN8のコレクタに接続されている。トランジスタN9、N10のエミッタは、互いに接続されており、その接続ノードは接地されている。トランジスタN9のコレクタは、トランジスタP14のコレクタと接続されており、トランジスタN10のコレクタは、トランジスタP16のコレクタと接続されている(ノードb)。トランジスタN9、N10のベースは、互いに接続されており、その接続ノードは、トランジスタN9のコレクタに接続されている。つまり、トランジスタN7、N8、及び、トランジスタN9、N10は、各トランジスタ対毎にカレントミラー部を構成していると言える。
同様に、トランジスタN11、N12、トランジスタN13、N14、トランジスタN15、N16、及び、トランジスタN17、N18は、各トランジスタ対毎にカレントミラー部を構成している。なお、上記構成と異なる点として、トランジスタN11のコレクタは、トランジスタP19のコレクタに接続され(ノードc)、トランジスタN12のコレクタは、トランジスタP17のコレクタに接続されている。また、トランジスタN13のコレクタは、トランジスタP18のコレクタに接続され、トランジスタN14のコレクタは、トランジスタP20のコレクタに接続されている(ノードd)。また、トランジスタN15のコレクタは、トランジスタP23のコレクタに接続され(ノードe)、トランジスタN16のコレクタは、トランジスタP21のコレクタに接続されている。また、トランジスタN17のコレクタは、トランジスタP22のコレクタに接続され、トランジスタN18のコレクタは、トランジスタP24のコレクタに接続されている(ノードf)。
さらに、信号合成部D1において、ノードc、fは、互いに接続されており、その接続ノードは、位相シフト回路105のU相出力端(U相正弦波信号sinUの出力端)に相当する。また、ノードb、eは、互いに接続されており、その接続ノードは、位相シフト回路105のV相出力端(V相正弦波信号sinVの出力端)に相当する。また、ノードa、dは、互いに接続されており、その接続ノードは、位相シフト回路105のW相出力端(W相正弦波信号sinWの出力端)に相当する。
なお、上記トランジスタN7〜N18のエミッタには、回路の特性調整を図るべく、各々抵抗素子を付加しても構わない。
続いて、上記構成から成るモータドライバIC10の動作につき、モータ20の正転時と逆転時に分けて、詳細な説明を行う。
まず、モータ20の正転時におけるモータドライバIC10の動作について、先出の図1、図2のほかに、図3を参照しながら詳細に説明する。図3は、モータ正転時におけるタイミングチャートである。なお、本図の丸付数字1〜12で示した信号は、図2中の丸付数字1〜12で示した電流信号を表わしている。
本図に示すように、モータ20の正転時、モータドライバIC10には、モータコイルに生じる各相(U相、V相、W相)の逆起電圧信号に対して、各々30°進んだホール信号が各相毎に入力される。ホールアンプ101〜103は、入力されたホール信号の振幅を増幅し、各相の差動ホール信号(本図では、非反転信号H_Up、H_Vp、H_Wpのみを描写)を出力する。このとき、第1クロススイッチ104は、FR選択信号に応じて、V相、W相の各差動ホール信号を入れ換えることなく、位相シフト回路105のV相差動入力信号Vp、VmとしてV相差動ホール信号H_Vp、H_Vmを出力し、W相差動入力信号Wp、WmとしてW相差動ホール信号H_Wp、H_Wmを出力する。また、位相シフト回路105のU相差動入力信号Up、Umとしては、U相差動ホール信号H_Up、H_Umが直接入力される。
位相シフト回路105において、差動アンプ部A1は、与えられたU相差動入力信号Up、Umに応じてU相差動電流信号(すなわちコレクタ電流信号)を生成する。カレントミラー部A2は、非反転側のU相差動電流信号に応じて変動する第1のU相ミラー電流信号を生成し、差動アンプ部A4に供給する。同様に、カレントミラー部A3は、反転側のU相差動電流信号に応じて変動する第2のU相ミラー電流信号を生成し、差動アンプ部A5に供給する。差動アンプ部A4は、第1、第2分圧信号RIS、ROSに応じて、第1のU相ミラー電流信号を二手に分ける。同様に、差動アンプ部A5は、第1、第2分圧信号RIS、ROSに応じて、第2のU相ミラー電流信号を二手に分ける。なお、V相の差動入力信号Vp、Vmについても、差動アンプ部B1、カレントミラー部B2、B3、及び、差動アンプ部B4により、上記と同様の信号処理が行われる。また、W相の差動入力信号Wp、Wmについても、差動アンプ部C1、カレントミラー部C2、C3、及び、差動アンプ部C4により、上記と同様の信号処理が行われる。
信号合成部D1は、上記信号処理で生成された電流信号を合成して各相の正弦波信号sinU、sinV、sinWを生成する。具体的に述べると、U相の正弦波信号sinUは、ノードcで得られるRIS印加側のV相電流信号([3]RIS_IVp+[4]RIS_IVm)と、ノードfで得られるROS印加側のW相電流信号([11]ROS_IWp+[12]ROS_IWm)と、を合算することで得られる。これと同様に、V相の正弦波信号sinVは、ノードeで得られるRIS印加側のW相電流信号([5]RIS_IWp+[6]RIS_IWm)と、ノードbで得られるROS印加側のU相電流信号([7]ROS_IUp+[8]ROS_IUm)と、を合算することで得られ、W相の正弦波信号sinWは、ノードaで得られるRIS印加側のU相電流信号([1]RIS_IUp+[2]RIS_IUm)と、ノードdで得られるROS印加側のV相電流信号([9]ROS_IVp+[10]ROS_IVm)と、を合算することで得られる。
ここで、RIS印加側の各相電流信号([1]〜[6])の振幅Xと、ROS印加側の各相電流信号([7]〜[12])の振幅Yとの間には、以下の(1)式で示される相関関係が成立する。なお、式中のパラメータについては、ΔV=RIS−ROS、VT=kT/q(k:ボルツマン定数、T:絶対温度、q:単位電荷量)、X+Y=1とする。
上式からも分かるように、振幅X、Yは、第1、第2分圧信号RIS、ROSに依存して変動する。より具体的に述べると、RIS<ROS(本実施形態の場合)であれば、RIS側の振幅Xの方がROS側の振幅Yよりも大きくなり、逆に、RIS>ROSであれば、振幅Xの方が振幅Yよりも小さくなる。また、RIS=ROSであれば、振幅Xと振幅Yは一致する。
従って、位相シフト回路105で得られる各相の正弦波信号sinU、sinV、sinWは、差動ホール信号H_Up、H_Vp、H_Wpに対して、第1、第2分圧信号RIS、ROSに応じた所定位相だけシフトされた信号となる。
上記した信号合成部D1での位相シフト原理について、RIS印加側の電流信号をXsinθ、ROS印加側の電流信号をYsin{θ+(2/3)π}としたモデル演算(互いに120°位相がずれた正弦波信号の合成演算)を行うことにより、詳細に説明する。
RIS印加側の電流信号Xsinθと、ROS印加側の電流信号Ysin{θ+(2/3)π}とを足し合わせた合成電流信号(すなわち、位相シフト回路105の出力信号)は、以下の(2)式で表わされる。
ここで、X=Y(すなわちRIS=ROS)とした状態が位相シフト量Δα=0°となる状態であるところ、上記(2)式から、X=Yの場合は、α=60°となることが分かる。従って、位相シフト量Δαは、Δα=α−60°という演算で求めることができる。これに従うと、X=1(Y=0)のときには、位相シフト量Δα=−60°となり、X=0(Y=1)のときには、位相シフト量Δα=+60°となる。すなわち、位相シフト回路105における位相シフト量Δαの可変範囲は、−60°〜+60°であり、モータコイルに生じる逆起電圧信号を基準にすると、本実施形態の場合、ホールセンサの位置ずれに起因する位相シフト量(+30°)を加味して、トータル的には−30°〜+90°の可変範囲を有することになる(図4を参照)。
なお、本実施形態のモータドライバIC10では、振幅X、Yの比が(Y/X)=0.732となるように、第1、第2分圧電圧RIS、ROSの電圧値(すなわち外付け抵抗R1〜R3の抵抗値)が適宜調節されている。その結果、位相シフト回路105で得られる各相の正弦波信号sinU、sinV、sinWは、位相シフト105に入力された差動ホール信号に対して15°だけ遅れた信号となり、トータル的には、モータコイルに生じる逆起電圧信号に対して15°だけ進んだ信号となっている。
なお、先出の(2)式でも示したように、位相シフト回路105で得られる正弦波信号の振幅は、所望の位相シフト量に応じて一義的に定まるため、必ずしも所望の振幅値とならない場合がある。そのため、位相シフト回路105で生成される各相の正弦波信号sinU、sinV、sinWの振幅を所望値に合わせ込むべく、差動アンプ部A1、B1、C1を構成する定電流源I1〜I3については、不図示の振幅サーボにより、その定電流値の可変制御を行う構成にするとよい。このような構成とすることにより、上記の位相シフト処理に起因してモータ20のスピード制御に異常が生じることを未然に回避することが可能となる。
位相シフト回路105での位相シフト処理後、正弦波信号sinU、sinV、sinWは、PWMコンパレータ107でPWM信号PWM_U、PWM_V、PWM_Wに変換される。このとき、第2クロススイッチ108は、FR選択信号に応じて、U相、W相の各PWM信号を入れ換えることなく、出力駆動回路109のU相入力信号D_UとしてU相PWM信号PWM_Uを出力し、W相入力信号D_WとしてW相PWM信号PWM_Wを出力する。また、出力駆動回路109のV相入力信号D_Vとしては、V相PWM信号PWM_Vが直接入力される。出力駆動回路109は、PWMコンパレータ107から出力される各相のPWM信号を受け、モータコイルの駆動信号U、V、Wを生成する。
次に、モータ20の逆転時におけるモータドライバIC10の動作について、先出の図1、図2のほかに、図5、図6を参照しながら詳細に説明する。図5は、モータ逆転時におけるタイミングチャートである。また、図6は、モータ逆転時における位相シフト経過を模式的に示す図である。
図5、図6に示す通り、モータ20の逆転時、モータドライバIC10には、正転時と逆に、モータコイルに生じる各相(U相、V相、W相)の逆起電圧信号に対して、各々30°遅れたホール信号が各相毎に入力される。ホールアンプ101〜103は、入力されたホール信号の振幅を増幅し、各相の差動ホール信号(図5では、非反転信号H_Up、H_Vp、H_Wpのみを描写)を出力する。
このとき、第1クロススイッチ104は、FR選択信号に応じて、V相、W相の各差動ホール信号を入れ換え、位相シフト回路105のV相差動入力信号Vp、VmとしてW相差動ホール信号H_Wp、H_Wmを出力し、W相差動入力信号Wp、WmとしてV相差動ホール信号H_Vp、H_Vmを出力する。一方、位相シフト回路105のU相差動入力信号Up、Umとしては、正転時と同様、U相差動ホール信号H_Up、H_Umが直接入力される。
すなわち、第1クロススイッチ104におけるV相、W相の出力反転処理は、V相差動ホール信号H_Vp、H_Vmの位相を120°だけ遅らせてV相差動入力信号Vp、Vmとし、また、W相差動ホール信号H_Wp、H_Wmの位相を120°だけ進めてW相差動入力信号Wp、Wmとしたのと等価であると言える。
位相シフト回路105では、先述の信号合成処理により、各相の正弦波信号sinU、sinV、sinWを生成する。なお、正弦波信号sinU、sinV、sinWは、図5、図6に示すように、モータ20の正転時と同様、位相シフト105への差動入力信号に対して15°だけ遅れた信号となる。その後、位相シフト回路105で生成された正弦波信号sinU、sinV、sinWは、PWMコンパレータ107でPWM信号PWM_U、PWM_V、PWM_Wに変換される。
このとき、第2クロススイッチ108は、FR選択信号に応じてU相、W相の各PWM信号を入れ換え、出力駆動回路109のU相入力信号D_UとしてW相PWM信号PWM_Uを出力し、W相入力信号D_WとしてU相PWM信号PWM_Uを出力する。一方、出力駆動回路109のV相入力信号D_Vとしては、正転時と同様、V相PWM信号PWM_Vが直接入力される。出力駆動回路109は、PWMコンパレータ107から出力される各相のPWM信号を受け、モータコイルの駆動信号U、V、Wを生成する。
すなわち、第2クロススイッチ108におけるU相、W相の出力反転処理は、U相PWM信号PWM_Uの位相を120°だけ遅らせて出力駆動回路109のU相入力信号D_Uとし、また、W相PWM信号PWM_Wの位相を120°だけ進めて出力駆動回路109のW相入力信号D_Wとしたのと等価であると言える。
上記した位相シフト回路105での位相シフト処理、並びに、第1、第2クロススイッチ104、108での出力入換処理により、出力駆動回路109の各相入力信号D_U、D_V、D_Wは、モータコイルに生じる逆起電圧信号の反転位相(すなわち、位相−180°)に対し、正転時と同様、トータル的に15°だけ進んだ信号となっている。
なお、位相シフト回路105における位相シフト量Δαの可変範囲は、正転時と同様、−60°〜+60°である。従って、本実施形態のモータドライバIC10は、逆起電圧信号の反転位相を基準にすると、ホールセンサの位置ずれに起因する位相シフト量を加味して、正転時と同様、トータル的に−30°〜+90°の可変範囲を有することになる。
上記のように、本発明に係るモータドライバIC10は、ホールセンサの位置調整ではなく、外部制御信号である第1、第2分圧電圧RIS、ROSに応じた装置内部での信号処理を行うことで、位相シフト量を制御する構成とされている。このような構成とすることにより、簡易かつ安価な構成で、制御対象であるモータの正転時/逆転時に依ることなく、常に適切な進角制御を行うことが可能となる。
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第1、第2クロススイッチ104、108での相入れ換え対象は、所望の位相シフト量を得ることができさえすれば、本実施形態に限定されるものではなく、第1クロススイッチ104は、モータ20の逆転時、位相シフト回路105への入力信号となる各相のホール信号のうち、いずれか二相を互いに入れ換えて出力するものであればよいし、また、第2クロススイッチ108は、同じくモータ20の逆転時、出力駆動回路109への各相PWM信号のうち、第1クロススイッチ104で入れ換え対象とされた二相との関係で定まる別対の二相を互いに入れ換えて出力するものであればよい。
また、位相シフト回路105の位相シフト量を調整するための制御信号(上記実施形態では、第1、第2分圧電圧RIS、ROS)の生成手段としては、先述した外付け抵抗R1〜R3から成る抵抗分割回路を用いる構成に代えて、図7の構成を採用してもよい。
図7は、制御信号生成手段の一例を示す回路図である。本図に示す通り、本構成例の制御信号生成手段は、外付け抵抗R6、R7と、内部抵抗R8、R9と、NPN型バイポーラトランジスタTr1、Tr2と、PNP型バイポーラトランジスタTr3と、定電流源I4と、を有して成る。
トランジスタTr1、Tr2のコレクタは、いずれも電源ライン(Vcc)に接続されている。トランジスタTr1のエミッタは、外付け抵抗R6を介して接地される一方、第1制御信号RISの引出端として、位相シフト回路105の第1位相シフト量制御端(不図示)に接続されている。また、トランジスタTr2のエミッタは、外付け抵抗R7を介して接地される一方、第2制御信号ROSの引出端として、位相シフト回路105の第2位相シフト量制御端(不図示)に接続されている。トランジスタTr1、Tr2のベースは、いずれもトランジスタTr3のエミッタに接続されている。トランジスタTr3のエミッタは、定電流源I4を介して、電源ラインに接続されている。トランジスタTr3のコレクタは接地されている。トランジスタTr3のベースは、内部抵抗R8を介して電源ラインに接続される一方、内部抵抗R9を介して接地もされている。
すなわち、本構成例の制御信号生成手段は、外付け抵抗R6〜R7と、当該外付け抵抗R6、R7に電流を供給する電流源の出力段として機能するトランジスタTr1、Tr2と、を有して成り、外付け抵抗R6〜R7の一端電圧を第1、第2制御信号RIS、ROSとして引き出す構成とされている。
上記構成から成る制御信号生成手段において、トランジスタTr1、Tr2に流れる電流i1、i2の大きさ(延いては、第1、第2制御電圧RIS、ROSの大きさ)は、電源電圧Vcc、トランジスタTr3のベース電圧V1(延いては、トランジスタTr1、Tr2のベース電流)、定電流源I4で生成される定電流値、及び、外付け抵抗R1、R2の抵抗値、に基づいて決定される。
このような構成であれば、外付けの抵抗分割回路を用いた構成と同様、外付け抵抗R6〜R7の付け替え作業を行うだけで、容易に位相シフト回路105の位相シフト量を調整することが可能となる。
また、本構成例の制御信号生成手段では、第1、第2制御電圧RIS、ROSの差分電圧ΔVが、以下に示す演算から導出される。
まず、RIS側を考えると、以下の(3)式が成立する。また、ROS側を考えると、以下の(4)式が成立する。なお、式中のパラメータについて、V2はトランジスタTr1、Tr2のベース電圧を示している。
従って、ΔV(=RIS−ROS)は、以下の(5)式で表されることになる。
ここで、上記(3)、(4)式より、I1、I2は、以下の(3’)、(4’)式に変形することができる。
従って、上記(5)式に上記(3’)、(4’)式を代入することにより、ΔVとして以下の(6)式を導くことができる。
上記(6)式から分かるように、本構成例の制御信号生成手段であれば、外付けの抵抗分割回路を用いた構成と異なり、外付け抵抗の抵抗値がΔVに直接影響を及ぼすことはなく、対数関数の真数として間接的に現れる形となる。従って、本構成例の制御信号生成手段であれば、外付けの抵抗分割回路を用いた構成と比べて、外付け抵抗R6〜R7の選択幅を拡大することができ、さらには、外付け抵抗R6〜R7の製造ばらつきによる影響を低減することも可能となる。
本発明は、レーザビームプリンタの紙送り用三相全波モータや、ファン用三相全波モータなど、大トルクが必要となるモータの駆動制御を最適化する上で有用な技術である。
10 モータドライバIC
101〜103 ホールアンプ
104 第1クロススイッチ
105 位相シフト回路
106 三角波生成回路
107 PWMコンパレータ
108 第2クロススイッチ
109 出力駆動回路
110 バンドギャップ電源回路
111 アンプ
20 三相全波モータ
R1〜R3、R6、R7 外付け抵抗
R4、R5、R8、R9 内部抵抗
A1、B1、C1 NPN型差動アンプ部
A2、B2、C2 カレントミラー部(非反転側)
A3、B3、C3 カレントミラー部(反転側)
A4、B4、C4 PNP型差動アンプ部(非反転側)
A5、B5、C5 PNP型差動アンプ部(反転側)
D1 信号合成部
N1〜N18 NPN型バイポーラトランジスタ
P1〜P24 PNP型バイポーラトランジスタ
Tr1、Tr2 NPN型バイポーラトランジスタ
Tr3 PNP型バイポーラトランジスタ
I1〜I3、I4 定電流源
101〜103 ホールアンプ
104 第1クロススイッチ
105 位相シフト回路
106 三角波生成回路
107 PWMコンパレータ
108 第2クロススイッチ
109 出力駆動回路
110 バンドギャップ電源回路
111 アンプ
20 三相全波モータ
R1〜R3、R6、R7 外付け抵抗
R4、R5、R8、R9 内部抵抗
A1、B1、C1 NPN型差動アンプ部
A2、B2、C2 カレントミラー部(非反転側)
A3、B3、C3 カレントミラー部(反転側)
A4、B4、C4 PNP型差動アンプ部(非反転側)
A5、B5、C5 PNP型差動アンプ部(反転側)
D1 信号合成部
N1〜N18 NPN型バイポーラトランジスタ
P1〜P24 PNP型バイポーラトランジスタ
Tr1、Tr2 NPN型バイポーラトランジスタ
Tr3 PNP型バイポーラトランジスタ
I1〜I3、I4 定電流源
Claims (5)
- 三相モータから入力される各相のホール信号に基づいて、その駆動制御を行うモータドライバ装置において、
前記ホール信号を各相毎、所定の制御信号に応じて各々の振幅が定められる第1、第2電流信号に変換分離し、異なる相同士の第1、第2電流信号を足し合わせて3系統の合成電流信号を生成する位相シフト回路と;前記合成電流信号に応じた三相入力信号を受けて前記三相モータ各相毎の駆動信号を生成する出力駆動回路と;前記位相シフト回路よりも前段に設けられ、前記三相モータの逆転時、前記位相シフト回路への入力信号となる各相のホール信号のうち、いずれか二相を互いに入れ換えて出力する第1クロススイッチと;前記出力駆動回路よりも前段に設けられ、前記三相モータの逆転時、前記出力駆動回路への前記三相入力信号のうち、第1クロススイッチで入れ換え対象とされた二相との関係で定まる別対の二相を互いに入れ換えて出力する第2クロススイッチと;を有して成ることを特徴とするモータドライバ装置。 - 前記位相シフト回路は、V相の第1電流信号とW相の第2電流信号を足し合わせて得られる合成電流信号をU相正弦波信号として出力し、W相の第1電流信号とU相の第2電流信号を足し合わせて得られる合成電流信号をV相正弦波信号として出力し、U相の第1電流信号とV相の第2電流信号を足し合わせて得られる合成電流信号をW相正弦波信号として出力するものであり、第1クロススイッチは、前記三相モータの逆転時、前記位相シフト回路への入力信号となる各相のホール信号のうち、V相とW相を互いに入れ換えて出力するものであり、第2クロススイッチは、前記三相モータの逆転時、前記出力駆動回路への前記三相入力信号のうち、U相とW相を互いに入れ換えて出力するものであることを特徴とする請求項1に記載のモータドライバ装置。
- 前記位相シフト回路は、生成した合成電流信号の振幅を所望値に合わせ込む手段を有して成ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータドライバ装置。
- 前記制御信号を生成する手段として、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と;前記基準電圧を分圧して前記制御信号を生成する外付けの抵抗分割回路と、を有して成ることを請求項1〜請求項3のいずれかに記載のモータドライバ装置。
- 前記制御信号を生成する手段として、外付け抵抗と、前記外付け抵抗に電流を供給する電流源の出力段として機能するトランジスタと、を有して成り、前記外付け抵抗の一端電圧を前記制御信号として引き出すことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のモータドライバ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005336480A JP2006204083A (ja) | 2004-12-22 | 2005-11-22 | モータドライバ装置 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005336480A JP2006204083A (ja) | 2004-12-22 | 2005-11-22 | モータドライバ装置 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2005336480A Pending JP2006204083A (ja) | 2004-12-22 | 2005-11-22 | モータドライバ装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2006204083A (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001039358A1 (fr) * | 1999-11-19 | 2001-05-31 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Controleur de moteur sans balai et dispositif a disque utilisant ce controleur |
-
2005
- 2005-11-22 JP JP2005336480A patent/JP2006204083A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001039358A1 (fr) * | 1999-11-19 | 2001-05-31 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Controleur de moteur sans balai et dispositif a disque utilisant ce controleur |
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