JP2007116827A - Motor drive circuit and disc drive employing it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のコイルを有するステータと磁性を有するロータを含むモータの回転を制御するモータ駆動回路であって、特にパルス駆動するモータ駆動回路に関する。 The present invention relates to a motor drive circuit that controls the rotation of a motor including a stator having a plurality of coils and a magnetic rotor, and more particularly to a motor drive circuit that is pulse-driven.
ポータブルCD(Compact Disc)装置や、DVD(Digital Versatile Disc)など、ディスク型メディアを使用した電子機器において、そのディスクを回転させるためにブラシレス直流モータが用いられる。ブラシレス直流(DC)モータは、一般に、永久磁石を備えたロータと、スター結線された複数の相のコイルを備えたステータとを備えており、コイルに供給する電流を制御することによりコイルを励磁し、ロータをステータに対して相対回転させて駆動する。ブラシレスDCモータは、ロータの回転位置を検出するために、一般に、ホール素子や光学エンコーダなどのセンサを備えており、センサにより検出された位置に応じて、各相のコイルに供給する電流を切り換えて、ロータに適切なトルクを与える。 In an electronic device using a disk-type medium such as a portable CD (Compact Disc) device or a DVD (Digital Versatile Disc), a brushless DC motor is used to rotate the disk. Brushless direct current (DC) motors generally include a rotor with a permanent magnet and a stator with a plurality of star-connected coils of a phase, and the coil is excited by controlling the current supplied to the coil. The rotor is driven by rotating relative to the stator. In order to detect the rotational position of the rotor, the brushless DC motor generally includes a sensor such as a Hall element or an optical encoder, and switches the current supplied to the coil of each phase according to the position detected by the sensor. And apply an appropriate torque to the rotor.
モータをより小型化するために、ホール素子などのセンサを利用せずにロータの回転位置を検出するセンサレスモータも提案されている(たとえば、特許文献1参照)。センサレスモータは、たとえばモータの中点配線の電位を計測することにより、コイルに発生する誘導電圧を検出して位置情報を得る。 In order to further reduce the size of the motor, a sensorless motor that detects the rotational position of the rotor without using a sensor such as a Hall element has also been proposed (for example, see Patent Document 1). The sensorless motor obtains position information by detecting the induced voltage generated in the coil, for example, by measuring the potential of the midpoint wiring of the motor.
特許文献2において、発明が解決しようとする課題として説明されるように、こうしたセンサレスモータにおいては、逆起ノイズなどによって各コイルに発生する逆起電圧にスパイク状のノイズが発生し、モータの回転が不安定となるという問題がある。
こうした逆起ノイズによる影響を低減するために、本出願人は上述の特許文献2において、逆起ノイズが発生する所定期間の間、逆起ノイズによる信号レベルの遷移をマスクして当該逆起ノイズがモータの駆動に影響を低減する技術を提案した。 In order to reduce the influence of the back electromotive noise, the applicant of the above-mentioned Patent Document 2 masks signal level transitions caused by the back electromotive noise during a predetermined period in which the back electromotive noise is generated. Proposed a technique to reduce the impact on motor drive.
ここでモータの駆動方式としては、上述の特許文献に記載されるようなリニア駆動方式と、モータのコイルに対する通電をパルス状となるように制御するパルス駆動方式とが存在する。本発明は、上述の逆起ノイズの除去技術を、パルス駆動方式のモータ駆動回路に適用するものであり、その目的は、パルス駆動を行うモータ駆動回路において、逆起ノイズを好適に除去可能な技術の提供にある。 Here, as a motor driving method, there are a linear driving method as described in the above-mentioned patent document and a pulse driving method for controlling energization of the motor coil so as to be pulsed. The present invention applies the above-described technology for removing back electromotive noise to a pulse drive type motor drive circuit, and an object thereof is to suitably remove back electromotive noise in a motor drive circuit that performs pulse drive. The provision of technology.
本発明のある態様は、多相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動回路に関する。このモータ駆動回路は、多相モータの各相のコイルに流れる駆動電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、電流電圧変換部から出力される検出電圧を、トルクを指示する制御電圧と比較するパルス変調コンパレータと、パルス変調コンパレータから出力される比較信号を参照し、検出電圧が制御電圧に達してから所定のオフ時間の間、各相のコイルの不通電状態を指示する第1レベルとなり、それ以外の期間、各相のコイルの通電状態を指示する第2レベルとなるパルス信号を生成するパルス信号生成回路と、パルス信号が第1レベルに遷移してから、所定の第1マスク時間が経過するまでの期間と、第2レベルに遷移してから、所定の第2マスク時間が経過するまでの期間、所定レベルとなるマスク信号を生成するマスク信号生成回路と、多相モータの各相のコイルに発生する逆起電圧を各相のコイルの中点電圧とそれぞれ比較し、各相の第1矩形波信号を生成する逆起検出コンパレータと、マスク信号生成回路から出力されるマスク信号を参照し、マスク信号が所定レベルの期間、逆起検出コンパレータから出力される各相の第1矩形波信号のレベル変動を無効化するマスキング処理を行い、各相の第2矩形波信号として出力するマスク回路と、各相の第2矩形波信号およびパルス信号にもとづき、多相モータの各相のコイルに駆動電流を間欠的に供給する出力回路と、を備える。 One embodiment of the present invention relates to a motor drive circuit that drives a multiphase motor by supplying a drive current. This motor drive circuit compares a drive voltage flowing in the coils of each phase of a multiphase motor into a voltage, a current-voltage converter, and compares a detection voltage output from the current-voltage converter with a control voltage indicating torque. With reference to the pulse modulation comparator and the comparison signal output from the pulse modulation comparator, the first level indicating the non-energized state of the coil of each phase for a predetermined off time after the detection voltage reaches the control voltage, During other periods, a pulse signal generation circuit that generates a pulse signal that is a second level that indicates the energization state of the coils of each phase, and a predetermined first mask time after the pulse signal transitions to the first level A mask signal generation circuit that generates a mask signal that is at a predetermined level for a period until the time elapses, and a period until a predetermined second mask time elapses after the transition to the second level; The counter electromotive voltage generated in the coil of each phase of the phase motor is compared with the midpoint voltage of each phase coil, and output from the counter electromotive detection comparator that generates the first rectangular wave signal of each phase and the mask signal generation circuit The mask signal is referred to, a masking process for invalidating the level fluctuation of the first rectangular wave signal of each phase output from the back electromotive force detection comparator is performed for a period in which the mask signal is at a predetermined level, and the second rectangle of each phase A mask circuit that outputs a wave signal, and an output circuit that intermittently supplies a drive current to the coils of each phase of the multiphase motor based on the second rectangular wave signal and the pulse signal of each phase.
この態様によると、多相モータの各相のコイルの通電は、オフ時間が一定で、トルクに応じてオン時間が変化するパルス信号にもとづいて制御される。この場合において、パルス信号のポジエッジ、ネガエッジから、それぞれ所定のマスク時間が経過するまでの期間をマスク期間として設定することにより、各相のコイルに、パルス信号の周期毎に発生する逆起ノイズを除去し、相切り替えのタイミングを好適に設定することができる。 According to this aspect, the energization of the coils of each phase of the multiphase motor is controlled based on the pulse signal whose off time is constant and the on time changes according to the torque. In this case, by setting the period from the positive edge and the negative edge of the pulse signal until the predetermined mask time elapses as a mask period, back electromotive noise generated at each cycle of the pulse signal is generated in each phase coil. The phase switching timing can be suitably set.
第1マスク時間は、オフ時間より短く設定されてもよい。この場合、第1マスク時間の経過後、逆起電圧のゼロクロスを検出する検出期間を確実に設けることができる。また、第1マスク時間は、第2マスク時間以下に設定されてもよい。 The first mask time may be set shorter than the off time. In this case, it is possible to reliably provide a detection period for detecting a zero cross of the back electromotive voltage after the first mask time has elapsed. The first mask time may be set to be equal to or shorter than the second mask time.
パルス信号生成回路は、比較信号のレベル遷移を契機として、オフ時間のカウントを開始するカウンタ回路を含み、比較信号のレベル遷移から、カウント完了までの期間、第1レベルとなり、その後、第2レベルに遷移するパルス信号を出力してもよい。
マスク信号生成回路は、パルス信号の遷移を契機として、第1、第2マスク時間をカウントするカウンタ回路を含んでもよい。
The pulse signal generation circuit includes a counter circuit that starts counting off time triggered by the level transition of the comparison signal. The pulse signal generation circuit becomes the first level during the period from the level transition of the comparison signal to the completion of the count, and then the second level. A pulse signal transitioning to may be output.
The mask signal generation circuit may include a counter circuit that counts the first and second mask times triggered by the transition of the pulse signal.
パルス信号生成回路や、マスク信号生成回路をカウンタ回路を用いて構成することにより、オフ時間やマスク時間を、システムのクロック信号にもとづいて好適に設定することができ、また、その時間の調整が容易となる。 By configuring the pulse signal generation circuit and the mask signal generation circuit using a counter circuit, the off time and the mask time can be suitably set based on the system clock signal, and the time can be adjusted. It becomes easy.
パルス信号生成回路およびマスク信号生成回路は、比較信号のレベル遷移を契機としてカウントを開始し、オフ時間の経過後にレベルが遷移するパルス信号と、第2マスク時間の経過後にレベルが遷移する第2マスク信号を出力する第1カウンタ回路と、第1カウンタ回路から出力されるパルス信号のレベル遷移を契機としてカウントを開始し、第1マスク時間の経過後にレベルが遷移する第1マスク信号を出力する第2カウンタ回路と、を含んで一体に構成され、第1マスク信号と第2マスク信号の論理演算結果を、マスク信号として出力してもよい。 The pulse signal generation circuit and the mask signal generation circuit start counting with the level transition of the comparison signal as a trigger, the pulse signal whose level transitions after the off time has elapsed, and the second whose level transitions after the second mask time has elapsed. The first counter circuit that outputs the mask signal and the count start when triggered by the level transition of the pulse signal output from the first counter circuit, and outputs the first mask signal whose level transitions after the elapse of the first mask time. And a second counter circuit, and a logical operation result of the first mask signal and the second mask signal may be output as a mask signal.
モータ駆動回路は、1つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。この場合、回路面積を縮小することができる。 The motor drive circuit may be integrated on a single semiconductor substrate. “Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. In this case, the circuit area can be reduced.
本発明の別の態様は、ディスク装置である。このディスク装置は、ディスクを回転させる多相モータであるスピンドルモータと、スピンドルモータを駆動する上述のモータ駆動回路と、を備える。この態様によると、逆起ノイズの影響御抑え、ディスクの回転数を安定化することができる。 Another embodiment of the present invention is a disk device. The disk device includes a spindle motor that is a multiphase motor that rotates the disk, and the above-described motor drive circuit that drives the spindle motor. According to this aspect, it is possible to suppress the influence of back electromotive noise and stabilize the rotational speed of the disk.
本発明によれば、パルス駆動を行うモータ駆動回路において、逆起ノイズを好適に除去することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the back electromotive noise can be suitably removed in the motor drive circuit which performs a pulse drive.
図1は、実施の形態に係るモータ駆動回路100の構成を示す回路図である。モータ駆動回路100は、センサレスブラシレスDCモータ(以下、単に「モータ50」という)にパルス駆動方式により駆動電流を供給して回転を制御する。本実施の形態において、モータ50は、U相、V相、W相のコイル50a〜50cを含む3相DCモータである。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a
モータ駆動回路100は、逆起検出コンパレータ10、マスク回路12、出力回路14、電流電圧変換部20、パルス変調コンパレータ22、パルス信号生成回路30、マスク信号生成回路40、を含む。モータ駆動回路100は、1つの半導体基板上に一体集積化された機能ICである。
The
逆起検出コンパレータ10は、モータ50の各相のコイル50a〜50cに発生する逆起電圧Vu〜Vwを多相のコイルの中点電圧Vnとそれぞれ比較し、各相の第1矩形波信号Pu〜Pwを生成する。第1矩形波信号Puは、Vu>Vnのときハイレベル、Vu<Vnのときローレベルとなる。同様に、第1矩形波信号Pvは、Vv>Vnのときハイレベル、Vv<Vnのときローレベルとなり、第1矩形波信号Pwは、Vw>Vnのときハイレベル、Vw<Vnのときローレベルとなる。
The back electromotive
マスク回路12は、後述するマスク信号Smskを用いて、逆起検出コンパレータ10から出力される各相の第1矩形波信号Pv〜Pwのノイズ成分を除去するマスキング処理を行い、各相の第2矩形波信号Mu〜Mwとして出力する。
The
出力回路14は、各相の第2矩形波信号Mu〜Mwと、後述するパルス信号生成回路30から出力されるパルス信号Vpulseにもとづき、モータ50のステータを構成する各相のコイル50a〜50cに供給する電流を制御する。
Based on the second rectangular wave signals Mu to Mw of each phase and a pulse signal Vpulse output from a pulse
出力回路14は、ドライブ信号合成回路16、パワートランジスタ回路18を含む。パワートランジスタ回路18は、6個のスイッチング用のトランジスタTr1〜Tr6を備え、トランジスタTr1〜Tr6のオンオフの組み合わせにより、いずれのコイル50a〜50cに電流を供給するかを制御するとともに、オンオフの時間比率を制御することにより、トルクを調節するパルス駆動を行う。実施の形態において、トランジスタTr1〜Tr6は、いずれもMOSFETである。トランジスタTr1、Tr3、Tr5は、一端が、電源電圧Vddの印加される電源ラインに共通に接続され、他端が、モータ50の各相のコイル50a、50b、50cに接続される。トランジスタTr2、Tr4、Tr6は、一端がトランジスタTr1、Tr3、Tr5および各相のコイル50a、50b、50cに接続される。トランジスタTr1〜Tr6のオンオフは、ドライブ信号合成回路16により制御される。
The
ドライブ信号合成回路16は、マスク回路12から出力される第2矩形波信号Mu〜Mwと、後述のパルス信号生成回路30から出力されるパルス信号Vpulseを論理演算により合成して、トランジスタTr1〜Tr6のゲートに印加すべきドライブ信号Duu〜Dulを生成する。すなわち、第2矩形波信号Mu〜Mwにもとづいて、いずれの組のトランジスタをオンして、いずれのコイルを通電するかを決定する。実施の形態では、180度通電を行ってもよいし、120度通電を行ってもよい。また、パルス信号Vpulseにもとづいて、オンオフの時間比率を調節し、トルク制御を行うために、ハイサイド側のトランジスタTr1、Tr3、Tr5のみ、ローサイド側のトランジスタTr2、Tr4、Tr6のみ、あるいは両方をスイッチング動作させてもよい。
The drive
パワートランジスタ回路18と接地間には、電流電圧変換部20が設けられる。電流電圧変換部20は、変換抵抗R1を含んで構成される。変換抵抗R1には、モータ50の各相のコイル50a、50b、50cに流れる駆動電流に比例した電圧降下が発生する。電流電圧変換部20は、変換抵抗R1で発生した電圧降下を、検出電圧Vdetとして出力する。
A current-
パルス変調コンパレータ22の非反転入力端子には、電流電圧変換部20から出力される検出電圧Vdetが入力される。パルス変調コンパレータ22の反転入力端子には、外部から入力されるトルクを指示する制御電圧Vctrlが入力される。パルス変調コンパレータ22は、電流電圧変換部20から出力される検出電圧Vdetを、制御電圧Vctrlと比較する。パルス変調コンパレータ22から出力される比較信号Vcmpは、Vdet>Vctrlのときハイレベル、Vdet<Vctrlのときローレベルとなる。パルス変調コンパレータ22から出力される比較信号Vcmpは、パルス信号生成回路30に入力される。
The detection voltage Vdet output from the current-
パルス信号生成回路30は、パルス変調コンパレータ22から出力される比較信号Vcmpを参照し、比較信号Vcmpがハイレベルに遷移してから、所定のオフ時間Toffが経過するまでの期間、ローレベル(第1レベル)となり、それ以外の期間ハイレベル(第2レベル)となるパルス信号Vpulseを出力する。言い換えれば、パルス信号Vpulseは、検出電圧Vdetが制御電圧Vctrlに達してから所定のオフ時間Toffの間、ローレベルとなり、それ以外の期間ハイレベルとなる。たとえば、オフ時間Toffは、数μs、より具体的には、一例として5.7μsに設定される。
The pulse
パルス信号生成回路30は、たとえば、比較信号Vcmpのレベル遷移を契機として、オフ時間Toffのカウントを開始するカウンタ回路を用いて構成することができる。この場合、カウンタ回路は、比較信号Vcmpのレベル遷移から、カウント完了までの期間、ローレベルとなり、その後、ハイレベルに遷移するパルス信号Vpulseを出力する。
The pulse
ここで、パルス信号Vpulseのローレベル(第1レベル)は、各相のコイル50a〜50cの不通電状態と対応付けられ、そのハイレベル(第2レベル)は各相のコイル50a〜50cの通電状態と対応付けられる。すなわち、パルス信号Vpulseが、ハイレベルとローレベルを交互に繰り返すことにより、モータ50のコイル50a〜50cには、電流が間欠的に流れることになり、パルス駆動される。
Here, the low level (first level) of the pulse signal Vpulse is associated with the deenergized state of the
本実施の形態に係るモータ駆動回路100により生成されるパルス信号Vpulseは、オフ時間Toffが一定で、オン時間がトルクを指示する制御電圧Vctrlに応じて変化する。すなわち、オフ時間が一定で、トルクに応じてその周波数が変化するパルス周波数変調(PFM:Pulse Frequency Modulation)方式によってモータ50をパルス駆動する。
The pulse signal Vpulse generated by the
マスク信号生成回路40は、パルス信号生成回路30から出力されるパルス信号Vpulseを参照し、マスク信号Smskを生成する。マスク信号生成回路40は、パルス信号Vpulseがローレベル(第1レベル)に遷移してから、所定の第1マスク時間Tmsk1が経過するまでの期間、マスク信号Smskをハイレベルに設定する。さらに、このマスク信号生成回路40は、パルス信号Vpulseがハイレベル(第2レベル)に遷移してから、所定の第2マスク時間Tmsk2が経過するまでの期間、マスク信号Smskをハイレベルに設定する。
The mask
本実施の形態において、第1マスク時間Tmsk1は、オフ時間Toffより短く設定するのが望ましい。また、第1マスク時間Tmsk1は、第2マスク時間Tmsk2以下に設定されることが望ましい。本実施の形態では、Tmsk1=Tmsk2=4.7μsに設定するものとする。 In the present embodiment, the first mask time Tmsk1 is preferably set shorter than the off time Toff. The first mask time Tmsk1 is preferably set to be equal to or shorter than the second mask time Tmsk2. In this embodiment, it is assumed that Tmsk1 = Tmsk2 = 4.7 μs.
マスク信号生成回路40は、たとえば、パルス信号Vpulseの遷移を契機として、第1マスク時間Tmsk1、第2マスク時間Tmsk2をカウントするカウンタ回路を含んで構成することができる。この場合、カウンタ回路は、パルス信号Vpulseが遷移するごとに、すなわちポジエッジとネガエッジを契機として4.7μsをカウントし、カウント期間中、マスク信号Smskをハイレベルとする。
The mask
パルス信号生成回路30およびマスク信号生成回路40は、以下のように構成してもよい。図2は、パルス信号生成回路30、マスク信号生成回路40の構成の一例を示すブロック図である。
The pulse
図2のパルス信号生成回路30、マスク信号生成回路40は、第1カウンタ回路32、第2カウンタ回路34、ORゲート36を含んで一体に構成される。第1カウンタ回路32は、比較信号Vcmpのレベル遷移を契機としてカウントを開始する。第1カウンタ回路32は、カウントを開始してからオフ時間Toffの経過する間での期間、ローレベルとなるパルス信号Vpulseを出力する。また、第1カウンタ回路32は、カウントを開始してから、第2マスク時間Tmsk2が経過するまでの期間、ハイレベルとなる第2マスク信号Smsk2を出力する。
The pulse
第2カウンタ回路34は、第1カウンタ回路32から出力されるパルス信号Vpulseがハイレベルからローレベルに遷移すると、これを契機としてカウントを開始する。第2カウンタ回路34は、カウントを開始してから、第1マスク時間Tmsk1が経過するまでの期間、ハイレベルとなる第1マスク信号Smsk1を出力する。ORゲート36は、第1マスク信号Smsk1と第2マスク信号Smsk2の論理和を、マスク信号Smskとして出力する。マスク信号Smskは、マスク回路12へと出力される。
When the pulse signal Vpulse output from the
マスク回路12は、マスク信号Smskを用いて、逆起検出コンパレータ10から出力される各相の第1矩形波信号Pv〜Pwのノイズ成分を除去するマスキング処理を行い、各相の第2矩形波信号Mu〜Mwとして出力する。より具体的には、マスク回路12は、マスク信号Smskがハイレベルの期間、逆起検出コンパレータ10から出力される各相の第1矩形波信号Pv〜Pwのレベル変動を無効化するマスキング処理を行い、各相の第2矩形波信号Mu〜Mwとして出力する。
The
すなわち、マスク信号MSKがハイレベルの期間は、第1矩形波信号Pu〜Pwの信号レベルが変動しても、その変動は第2矩形波信号Mu〜Mwには反映されない。一方、マスク信号MSKがローレベルの期間は、第2矩形波信号Mu〜Mwは、それぞれ第1矩形波信号Pu〜Pwと等しくなる。 That is, even when the signal level of the first rectangular wave signals Pu to Pw varies during the period when the mask signal MSK is at the high level, the variation is not reflected in the second rectangular wave signals Mu to Mw. On the other hand, during the period when the mask signal MSK is at a low level, the second rectangular wave signals Mu to Mw are equal to the first rectangular wave signals Pu to Pw, respectively.
上述したように、出力回路14は、各相の第2矩形波信号Mu〜Mwおよびパルス信号Vpulseにもとづき、多相モータの各相のコイルに前記駆動電流を間欠的に供給する。ドライブ信号合成回路16は、マスク回路12から出力される第2矩形波信号Mu〜Mwと、パルス信号生成回路30から出力されるパルス信号Vpulseを論理演算により合成して、トランジスタTr1〜Tr6のゲートに印加すべきドライブ信号Duu〜Dulを生成する。
As described above, the
以上のように構成されたモータ駆動回路100の動作について説明する。図3(a)〜(f)は、図1のモータ駆動回路100の動作状態を示すタイムチャートであり、パルス信号生成回路30において、パルス信号Vpulseが生成され、マスク信号生成回路40において、マスク信号Smskが生成される様子を示す。
The operation of the
図3(a)は、検出電圧Vdetを、同図(b)は、比較信号Vcmpを、同図(c)は、パルス信号Vpulseを、同図(d)は、第1マスク信号Smsk1を、同図(e)は、第2マスク信号Smsk2を、同図(f)は、マスク信号Smskを示す。以下の説明では、コイル50a、50bに電流が流れる場合について説明する。
3A shows the detection voltage Vdet, FIG. 3B shows the comparison signal Vcmp, FIG. 3C shows the pulse signal Vpulse, and FIG. 3D shows the first mask signal smsk1. FIG. 4E shows the second mask signal Smsk2, and FIG. 5F shows the mask signal Smsk. In the following description, a case where a current flows through the
時刻t0に、パルス信号Vpulseがハイレベル(第2レベル)となる。パルス信号Vpulseがハイレベルとなると、ドライブ信号合成回路16は、トランジスタTr1、Tr4がオンする。いずれのトランジスタの組み合わせがオンするかは、ロータの位置に応じて変化するものであり、第2矩形波信号Mu〜Mwにもとづいて決定される。
At time t0, the pulse signal Vpulse becomes high level (second level). When the pulse signal Vpulse becomes high level, the transistors Tr1 and Tr4 of the drive
トランジスタTr1、Tr4がオンすると、電源ラインから、トランジスタTr1、コイル50a、50b、トランジスタTr4の経路に駆動電流が流れ、この駆動電流は時間とともに上昇し始める。駆動電流は、電流電圧変換部20の変換抵抗R1を介して接地に流れる。検出電圧Vdetは、駆動電流に比例するため、時刻t0以降、時間とともに上昇し始める。
When the transistors Tr1 and Tr4 are turned on, a drive current flows from the power supply line to the path of the transistor Tr1, the
時刻t1に、検出電圧Vdetが制御電圧Vctrlに達すると、パルス変調コンパレータ22から出力される比較信号Vcmpはハイレベルとなる。比較信号Vcmpがハイレベルとなると、パルス信号生成回路30は、パルス信号Vpulseをローレベル(第1レベル)とする。パルス信号Vpulseがローレベルのとき、ドライブ信号合成回路16は、トランジスタTr1、Tr4をオフする。
When the detection voltage Vdet reaches the control voltage Vctrl at time t1, the comparison signal Vcmp output from the
マスク信号生成回路40は、時刻t1にパルス信号Vpulseがハイレベルからローレベルに遷移すると、第1マスク信号Smsk1をハイレベルとし、第1マスク時間Tmsk1経過後の時刻t2に、第1マスク信号Smsk1をローレベルに切り換える。
When the pulse signal Vpulse transitions from the high level to the low level at time t1, the mask
パルス信号生成回路30は、時刻t1から、オフ時間Toffの経過後の時刻t3に、パルス信号Vpulseをハイレベルに切り換える。時刻t3に、トランジスタTr1、Tr4は再びオンする。
The pulse
マスク信号生成回路40は、時刻t3にパルス信号Vpulseがローレベルからハイレベルに遷移すると、第2マスク信号Smsk2をハイレベルとし、第2マスク時間Tmsk2経過後の時刻t4に、第2マスク信号Smsk2をローレベルに切り換える。マスク信号Smskは、第1マスク信号Smsk1と第2マスク信号Smsk2の論理和によって得ることができる。このマスク信号Smskは、マスク回路12に出力され、マスク回路12は、マスク信号Smskがハイレベルの期間、第1矩形波信号Pu〜Pwのレベル変動を無効化するマスキング処理を行う。
When the pulse signal Vpulse transitions from low level to high level at time t3, the mask
図4(a)は、モータ50のU相のコイルの逆起電圧Vuおよび中点電圧Vnを、同図(b)は、マスク信号Smskを示すタイムチャートである。図4は、180度通電によりモータ50を駆動する場合の波形を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、120度通電などであってもよい。同図において、実線がU相の逆起電圧Vuを、破線が中点電圧Vnを示す。V相、W相についても、同様の波形が位相が60度シフトして現れる。パルス駆動の周波数によって、逆起電圧Vuの変動の周期は変化する。180度通電を行う場合、図4に示すように、V相、W相の駆動状態によって、U相の逆起電圧Vuは影響を受けることになる。すなわち、時刻t0〜t1の期間では、V相、W相の逆起電圧Vv、Vwがともにローレベルの期間φ1と、V相、W相の逆起電圧Vv、Vwのいずれか一方がハイレベルの期間φ2と、を繰り返す。時刻t1〜t2の期間では、U相の逆起電圧Vuはハイレベルに固定される。時刻t2〜t3の期間では、V相、W相の逆起電圧Vv、Vwがともにハイレベルの期間φ3と、V相、W相の逆起電圧Vv、Vwのいずれか一方がローレベルの期間φ4と、を繰り返す。
4A is a time chart showing the counter electromotive voltage Vu and the midpoint voltage Vn of the U-phase coil of the
上述したように、実施の形態に係るモータ駆動回路100が、コイル50a〜50cに発生する逆起電圧Vu〜にもとづいて相切り替えを行い、センセレスのモータを駆動する。具体的には、逆起検出コンパレータ10によって、逆起電圧Vuと、中点電圧Vnを比較し、第1矩形波信号Puが生成する。
As described above, the
ここで、図4(a)の逆起電圧Vuには、スパイク状の逆起ノイズNxが、パルス駆動の周期に応じて発生している。したがって、このスパイク状の逆起ノイズによって、中点電圧Vnと、逆起電圧Vuの大小関係が反転すると、第1矩形波信号Puにも、この逆起ノイズが現れる。 Here, in the counter electromotive voltage Vu of FIG. 4A, spike-like counter electromotive noise Nx is generated according to the pulse drive cycle. Therefore, when the magnitude relationship between the midpoint voltage Vn and the counter electromotive voltage Vu is inverted by the spike-like counter electromotive noise, the counter electromotive noise also appears in the first rectangular wave signal Pu.
マスク信号Smskは、図4(b)に示すように、パルス駆動のもととなるパルス信号Vpulseのポジエッジと、ネガエッジから所定のマスク時間、ハイレベルとなる。マスク回路12は、マスク信号生成回路40から出力されるマスク信号Smskがハイレベルの期間、第1矩形波信号Puのレベル変動を無効化する。したがって、マスク信号Smskがハイレベルの期間に現れる第1矩形波信号Puのノイズ成分は、第2矩形波信号Muには現れないことになる。その結果、U相の逆起電圧Vuと、中点電圧Vnが交差するゼロクロス点を好適に検出し、相の切り替えを良好に行うことができる。
As shown in FIG. 4B, the mask signal Smsk becomes a high level for a predetermined mask time from the positive edge and the negative edge of the pulse signal Vpulse that is the source of pulse driving. The
V相、W相についても同様に処理され、第1矩形波信号Pv、Pwからノイズ成分がマスクされた第2矩形波信号Mv、Mwが生成される。 The V phase and the W phase are similarly processed, and second rectangular wave signals Mv and Mw in which noise components are masked from the first rectangular wave signals Pv and Pw are generated.
モータ駆動回路100は、以上の動作を繰り返し行うことにより、モータ50をパルス駆動する。本実施の形態に係るモータ駆動回路100によれば、パルス駆動によりモータ50のコイルへの通電のオン、オフを切り換えるたびに、所定時間ハイレベルとなるマスク信号Smskが生成される。したがって、モータ50のコイルへの通電が切り替わることにより発生する逆起ノイズを、このタイミングに併せてハイレベルとなるマスク信号Smskによって好適に除去することができる。
The
また、本実施の形態に係るモータ駆動回路100によれば、逆起電圧が交差するゼロクロスは、マスク信号Smskがローレベルの期間に発生することになるため、このゼロクロスを確実に検出して、相を切り換えることができる。さらに、実施の形態では、第1マスク時間Tmsk1と、第2マスク時間Tmsk2の関係を、Tmsk1≧Tmsk2となるように設定しているため、マスク信号Smskがローレベルとなる検出時間を、確実に確保することができる。
Further, according to the
もし、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)方式によってモータを駆動した場合、トルクに応じてオフ時間が変化することになる。この場合、トルクが高くなり、オフ時間が短くなると、マスクの設定が困難になる。一方、本実施の形態に係るモータ駆動回路100では、PWM方式でなく、PFM方式を採用するため、逆起ノイズが現れるオン時間の直前に、所定期間のオフ時間Toffを確保することができるため、マスク時間を確実に設定することができる。
If the motor is driven by a pulse width modulation (PWM) method, the off time changes according to the torque. In this case, when the torque is increased and the off time is shortened, it is difficult to set the mask. On the other hand, since the
図5(a)〜(f)は、制御電圧Vctrlが低い場合の図1のモータ駆動回路100の動作状態を示すタイムチャートである。この場合、モータ50のコイルの通電時間が第2マスク時間Tmsk2よりも短くなる。したがって、オン時間中のゼロクロス検出は行わない。この場合においても、Toff<Tmsk1としているため、パルス信号Vpulseがハイレベルとなる直前の、ある期間は、マスク信号Smskがローレベルとなるため、ゼロクロスを確実に検出することができる。
FIGS. 5A to 5F are time charts showing operation states of the
最後に、本実施の形態に係るモータ駆動回路100のアプリケーションについて説明する。図6は、図1のモータ駆動回路100を搭載したディスク装置200の構成を示すブロック図である。ディスク装置200は、CDやDVDなどの光ディスクに対して記録、再生処理を行うユニットであり、CDプレイヤやDVDプレイヤ、パーソナルコンピュータなどの電子機器に搭載される。ディスク装置200は、ピックアップ210、信号処理部212、ディスク214、モータ50、モータ駆動回路100を含む。
Finally, an application of the
ピックアップ210は、ディスク214にレーザを照射して所望のデータを書き込み、あるいは、反射した光を読み込むことによりディスク214に書き込まれたデータを読み出す。信号処理部212は、ピックアップ210により読み書きするデータに対して増幅処理、A/D変換あるいはD/A変換など必要な信号処理を行う。モータ50は、ディスク214を回転させるために設けられてスピンドルモータである。図6に示すようなディスク装置200は、特に小型化が要求されるため、モータ50としてホール素子などを用いないセンサレスタイプが用いられる。本実施の形態に係るモータ駆動回路100は、このようなセンサレスのスピンドルモータを安定に駆動するために好適に用いることができる。
The
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.
実施の形態では、3相モータを駆動する場合について説明したが、本発明は3相以外のセンサレスモータの駆動にも好適に用いることができる。 In the embodiment, the case of driving a three-phase motor has been described. However, the present invention can also be suitably used for driving a sensorless motor other than the three-phase motor.
実施の形態で説明した信号のハイレベル、ローレベルのロジックの設定は一例であって、論理回路ブロックの構成には様々な変形例が考えられ、こうした変形例も本発明の範囲に含まれる。 The high-level and low-level logic settings of the signals described in the embodiment are merely examples, and various modifications can be considered for the configuration of the logic circuit block, and such modifications are also included in the scope of the present invention.
実施の形態では、モータ駆動回路100が一体集積化される場合について説明したがこれには限定されず、たとえば、パワートランジスタ回路18を構成するトランジスタTr1〜Tr6や、変換抵抗R1は、モータ駆動回路100の外部にディスクリート素子やチップ部品として設けられてもよい。
In the embodiment, the case where the
100 モータ駆動回路、 10 逆起検出コンパレータ、 12 マスク回路、 14 出力回路、 20 電流電圧変換部、 22 パルス変調コンパレータ、 30 パルス信号生成回路、 32 第1カウンタ回路、 34 第2カウンタ回路、 36 ORゲート、 40 マスク信号生成回路、 50 モータ、 50a〜50c コイル、 200 ディスク装置、 214 ディスク。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記多相モータの各相のコイルに流れる駆動電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、
前記電流電圧変換部から出力される検出電圧を、トルクを指示する制御電圧と比較するパルス変調コンパレータと、
前記パルス変調コンパレータから出力される比較信号を参照し、前記検出電圧が前記制御電圧に達してから所定のオフ時間の間、前記各相のコイルの不通電状態を指示する第1レベルとなり、それ以外の期間、前記各相のコイルの通電状態を指示する第2レベルとなるパルス信号を生成するパルス信号生成回路と、
前記パルス信号が前記第1レベルに遷移してから、所定の第1マスク時間が経過するまでの期間と、前記第2レベルに遷移してから、所定の第2マスク時間が経過するまでの期間、所定レベルとなるマスク信号を生成するマスク信号生成回路と、
前記多相モータの各相のコイルに発生する逆起電圧を前記各相のコイルの中点電圧とそれぞれ比較し、各相の第1矩形波信号を生成する逆起検出コンパレータと、
前記マスク信号生成回路から出力される前記マスク信号を参照し、前記マスク信号が前記所定レベルの期間、前記逆起検出コンパレータから出力される前記各相の第1矩形波信号のレベル変動を無効化するマスキング処理を行い、各相の第2矩形波信号として出力するマスク回路と、
前記各相の第2矩形波信号および前記パルス信号にもとづき、前記多相モータの各相のコイルに前記駆動電流を間欠的に供給する出力回路と、
を備えることを特徴とするモータ駆動回路。 A motor drive circuit that drives a multiphase motor by supplying a drive current,
A current-voltage converter that converts the drive current flowing in the coils of each phase of the multiphase motor into a voltage; and
A pulse modulation comparator that compares the detection voltage output from the current-voltage converter with a control voltage that indicates torque;
With reference to a comparison signal output from the pulse modulation comparator, a first level indicating a non-energized state of the coils of each phase is obtained during a predetermined off time after the detection voltage reaches the control voltage. A pulse signal generation circuit that generates a pulse signal that is a second level that indicates the energization state of the coil of each phase during a period other than
A period from when the pulse signal transitions to the first level until a predetermined first mask time elapses, and a period from when the pulse signal transitions to the second level until a predetermined second mask time elapses A mask signal generation circuit for generating a mask signal having a predetermined level;
A back electromotive force detection comparator that compares the back electromotive voltage generated in each phase coil of the multiphase motor with the midpoint voltage of each phase coil and generates a first rectangular wave signal of each phase;
Referring to the mask signal output from the mask signal generation circuit, the level fluctuation of the first rectangular wave signal of each phase output from the back electromotive detection comparator is invalidated while the mask signal is at the predetermined level. A mask circuit that performs a masking process and outputs a second rectangular wave signal of each phase;
An output circuit that intermittently supplies the drive current to the coils of each phase of the multiphase motor based on the second rectangular wave signal of each phase and the pulse signal;
A motor drive circuit comprising:
前記比較信号のレベル遷移を契機として、前記オフ時間のカウントを開始するカウンタ回路を含み、前記比較信号のレベル遷移から、カウント完了までの期間、前記第1レベルとなり、その後、前記第2レベルに遷移する前記パルス信号を出力することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のモータ駆動回路。 The pulse signal generation circuit includes:
A counter circuit that starts counting the off-time triggered by the level transition of the comparison signal, and becomes the first level during the period from the level transition of the comparison signal to the completion of the count, and then to the second level 4. The motor drive circuit according to claim 1, wherein the pulse signal that makes a transition is output.
前記比較信号のレベル遷移を契機としてカウントを開始し、前記オフ時間の経過後にレベルが遷移する前記パルス信号と、前記第2マスク時間の経過後にレベルが遷移する第2マスク信号を出力する第1カウンタ回路と、
前記第1カウンタ回路から出力される前記パルス信号のレベル遷移を契機としてカウントを開始し、前記第1マスク時間の経過後にレベルが遷移する第1マスク信号を出力する第2カウンタ回路と、
を含んで一体に構成され、前記第1マスク信号と前記第2マスク信号の論理演算結果を、前記マスク信号として出力することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のモータ駆動回路。 The pulse signal generation circuit and the mask signal generation circuit are:
The count is started when the level of the comparison signal is changed, and the pulse signal whose level transitions after the off time has elapsed and the second mask signal whose level transitions after the second mask time has elapsed are output. A counter circuit;
A second counter circuit that starts counting upon a level transition of the pulse signal output from the first counter circuit and outputs a first mask signal whose level transitions after the first mask time has elapsed;
6. The motor drive circuit according to claim 1, wherein a logic operation result of the first mask signal and the second mask signal is output as the mask signal. .
前記スピンドルモータを駆動する請求項1から7のいずれかに記載のモータ駆動回路と、
を備えることを特徴とするディスク装置。 A spindle motor that is a multi-phase motor that rotates a disk;
The motor drive circuit according to any one of claims 1 to 7, which drives the spindle motor;
A disk device comprising:
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