JP2007135255A - Motor drive unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive unit which is resistant to noise and can suppress heat generation, even at high-speed control of a motor. <P>SOLUTION: This motor drive unit, which drives a motor by pulse width modulation signal, is equipped with a PWM signal generating means which generates a pulse width modulation signal; a photocoupler which can directly drive the gates, etc. of an IGBT and a power MOSFET at a high speed, to insulate the pulse width modulation signal; and a drive means which drives the motor by the pulse width modulation signal outputted from the photocoupler. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ステッピングモーター等のモーターを駆動するためのモーター駆動装置に関する。   The present invention relates to a motor driving device for driving a motor such as a stepping motor.

従来より、モーターの駆動信号としてパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）が用いられてきた。このパルス幅変調信号は、モーターが動きとして反応しない程度の速い周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、一周期の中でＯＮの時間が占める割合でモーターを制御する信号である。従来のモーター駆動装置では、パルス幅変調信号を発生させる専用ＩＣが多く用いられ、この専用ＩＣのＰＷＭ出力をＦＥＴ等からなるモーターを駆動するためのドライブ手段に供給している。そして、ドライブ手段からの信号でモーターを駆動している。
尚、この先行技術は、文献公知に係るものでないため、記載すべき先行技術文献情報はない。 Conventionally, a pulse width modulation signal (PWM signal) has been used as a motor drive signal. This pulse width modulation signal is a signal for controlling the motor at a ratio of ON time in one cycle and repeating ON / OFF in such a fast cycle that the motor does not react as a motion. In a conventional motor driving apparatus, a dedicated IC for generating a pulse width modulation signal is often used, and the PWM output of this dedicated IC is supplied to a drive means for driving a motor composed of an FET or the like. The motor is driven by a signal from the drive means.
In addition, since this prior art is not related to literature public knowledge, there is no prior art literature information to be described.

しかしながら、従来のモーターを駆動では、モーターと専用ＩＣとの間が絶縁されていないことから、装置全体としてノイズに弱いという問題点があった。   However, when the conventional motor is driven, there is a problem that the entire apparatus is vulnerable to noise because the motor and the dedicated IC are not insulated.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ノイズに強く、モーターの高速制御時にも発熱を抑えることが可能なモーター駆動装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a motor drive device that is resistant to noise and can suppress heat generation even during high-speed motor control.

請求項１記載のモーター駆動装置は、パルス幅変調信号によりモーターを駆動するモーター駆動装置で、パルス幅変調信号を生成するＰＷＭ信号発生手段と、パルス幅変調信号を絶縁する高速でＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴのゲート等を直接駆動可能なフォトカプラと、フォトカプラから出力されたパルス幅変調信号によりモーターを駆動するドライブ手段とを備えることを特徴とする。   The motor driving device according to claim 1 is a motor driving device for driving a motor by a pulse width modulation signal, and a PWM signal generating means for generating the pulse width modulation signal and a high speed IGBT or power MOSFET for insulating the pulse width modulation signal. And a drive means for driving the motor by a pulse width modulation signal output from the photocoupler.

請求項２記載のモーター駆動装置は、モーターの各相毎に単独のパルス幅変調信号を供給し、マイクロステップ制御を行うことを特徴とする。   The motor driving apparatus according to claim 2 is characterized in that a single pulse width modulation signal is supplied for each phase of the motor to perform microstep control.

請求項３記載のモーター駆動装置は、ＰＷＭ信号発生手段が、モーター用の冷却ファンを駆動するためのパルス幅変調信号を生成することを特徴とする。   The motor drive device according to claim 3 is characterized in that the PWM signal generating means generates a pulse width modulation signal for driving a motor cooling fan.

請求項４記載のモーター駆動装置は、ＰＷＭ信号発生手段、フォトカプラ及びドライブ手段を、同一基板上に一体化したことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the PWM signal generating means, the photocoupler, and the drive means are integrated on the same substrate.

請求項１の発明によれば、ＰＷＭ信号発生手段とドライブ手段との間に、パルス幅変調信号を絶縁するフォトカプラを設けていることから、ＰＷＭ信号発生手段とドライブ手段とが絶縁されノイズに強い。
また、フォトカプラは高速でＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴのゲート等を直接駆動可能であることから、モーターの高速制御時にも発熱を抑えることが可能である。 According to the first aspect of the present invention, since the photocoupler that insulates the pulse width modulation signal is provided between the PWM signal generating means and the drive means, the PWM signal generating means and the drive means are insulated to generate noise. strong.
Further, since the photocoupler can directly drive the gate of the IGBT or power MOSFET at high speed, it is possible to suppress heat generation even during high-speed control of the motor.

請求項２の発明によれば、モーターの各相毎に単独のパルス幅変調信号を供給し、マイクロステップ制御を行うことから、請求項１の効果に加え、微小角回転において分解能を向上させることができる。   According to the second aspect of the present invention, since a single pulse width modulation signal is supplied for each phase of the motor and microstep control is performed, in addition to the effect of the first aspect, the resolution is improved in a small angle rotation. Can do.

請求項３の発明によれば、冷却ファンをパルス幅変調信号により駆動することから、冷却ファンをこまかく制御することで、効率的な冷却効果を得ることができる。   According to the invention of claim 3, since the cooling fan is driven by the pulse width modulation signal, an efficient cooling effect can be obtained by finely controlling the cooling fan.

請求項４の発明によれば、ＰＷＭ信号発生手段、フォトカプラ及びドライブ手段を、同一基板上に一体化することで、ノイズに強く、発熱が抑えられた小型のモーター駆動装置を得ることができる。   According to the invention of claim 4, by integrating the PWM signal generating means, the photocoupler and the drive means on the same substrate, it is possible to obtain a small motor driving device which is resistant to noise and suppressed in heat generation. .

以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明の形態におけるモーター駆動装置は、ステッピングモーター等のモーターを駆動信号であるパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を用いて駆動するためのものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The motor drive device according to the embodiment of the present invention is for driving a motor such as a stepping motor using a pulse width modulation signal (PWM signal) that is a drive signal.

図１は、本発明に係るモーター駆動装置の第１の実施例を示す構成図である。図２は、同モーター駆動装置の動作を示す波形図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a motor drive device according to the present invention. FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the motor drive device.

本実施例のモーター駆動装置１は、図に示すように、２相のステッピングモーター５を駆動するために、ＰＷＭ制御部１０、フォトカプラ２０〜２３、ＦＥＴ３０〜３３等から構成されている。ＰＷＭ制御部１０は、パルス幅変調信号を生成するためのＰＷＭ信号発生手段で、専用ＩＣやマイコン等である。フォトカプラ２０〜２３は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴのゲート等を直接駆動することができる伝達遅延時間の高速化（約１００ｎｓ〜約７００ｎｓ）が図られた高速で動作するものである。ＦＥＴ３０〜３３は、ステッピングモーター５を駆動するドライブ手段で、パワーＭＯＳＦＥＴである。   As shown in the figure, the motor drive device 1 of the present embodiment includes a PWM control unit 10, photocouplers 20 to 23, FETs 30 to 33, and the like in order to drive a two-phase stepping motor 5. The PWM control unit 10 is a PWM signal generating means for generating a pulse width modulation signal, and is a dedicated IC, a microcomputer, or the like. The photocouplers 20 to 23 operate at a high speed with a high transmission delay time (about 100 ns to about 700 ns) capable of directly driving an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a gate of a power MOSFET. is there. The FETs 30 to 33 are drive means for driving the stepping motor 5 and are power MOSFETs.

次に、本実施例のモーター駆動装置１の回路の詳細及び動作について説明する。まず、ＰＷＭ制御部１０のＰＷＭ出力（ＰＷＭ１）は、フォトカプラ２０〜２３のアノード（ＡＮＯＤＥ）に接続されている。また、ＰＷＭ制御部１０のＡ相、Ｂ相の各相ごとのゲート制御であるＡ、／Ａ（Ａの反転論理）、Ｂ、／Ｂ（Ａの反転論理）がフォトカプラ２０〜２３のカソード（ＣＡＴＨＯＤＥ）に接続されている。そして、図２に示すように、フォトカプラ２０〜２３のＬＥＤ部分は、ＰＷＭ出力（ＰＷＭ１）が各相ごとにゲートされたＰＷＭ＿Ａ、ＰＷＭ＿／Ａ、ＰＷＭ＿Ｂ及びＰＷＭ＿／Ｂに示すオンオフで発光する。フォトカプラ２０〜２３の受光側は、電源（Ｖｃｃ）とＧＮＤ（Ｖｅｅ）とが接続されていると共に、出力（Ｖｏ）がＦＥＴ３０〜３３のゲートに接続されている。そして、ＦＥＴ３０〜３３のドレインのＰＷＭ＿Ａ、ＰＷＭ＿／Ａ、ＰＷＭ＿Ｂ及びＰＷＭ＿／Ｂがステッピングモーター５の各相に接続され、ＰＷＭ＿Ａ、ＰＷＭ＿／Ａ、ＰＷＭ＿Ｂ及びＰＷＭ＿／ＢのタイミングとＦＥＴ３０〜３３のパワー制御により、ステッピングモーター５を駆動する。   Next, details and operation of the circuit of the motor drive device 1 of this embodiment will be described. First, the PWM output (PWM1) of the PWM control unit 10 is connected to the anodes (ANODE) of the photocouplers 20-23. Further, A, / A (inverted logic of A), B, / B (inverted logic of A), which are gate controls for each of the A phase and B phase of the PWM control unit 10, are the cathodes of the photocouplers 20 to 23. Connected to (CATHODE). As shown in FIG. 2, the LED portions of the photocouplers 20 to 23 emit light by turning on and off indicated by PWM_A, PWM_ / A, PWM_B, and PWM_ / B in which the PWM output (PWM1) is gated for each phase. On the light receiving side of the photocouplers 20 to 23, a power source (Vcc) and GND (Vee) are connected, and an output (Vo) is connected to the gates of the FETs 30 to 33. The PWM_A, PWM_ / A, PWM_B, and PWM_ / B of the drains of the FETs 30 to 33 are connected to the respective phases of the stepping motor 5, and the timing of the PWM_A, PWM_ / A, PWM_B, and PWM_ / B and the power control of the FETs 30 to 33 are controlled. Thus, the stepping motor 5 is driven.

以上のように、ＰＷＭ制御部１０とＦＥＴ３０〜３３との間に、パルス幅変調信号を絶縁するフォトカプラ２０〜２３を設けていることから、ＰＷＭ制御部１０とＦＥＴ３０〜３３とが絶縁されノイズに強い。また、フォトカプラ２０〜２３により絶縁されていることから、例えばＰＷＭ制御部１０がパソコン等の外部機器と接続されている場合には、外部機器の破損を防止することができる。さらに、フォトカプラ２０〜２３は高速でＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴのゲート等を直接駆動可能なことから、モーターの高速制御時にも発熱を抑えることが可能である。   As described above, since the photocouplers 20 to 23 for insulating the pulse width modulation signal are provided between the PWM control unit 10 and the FETs 30 to 33, the PWM control unit 10 and the FETs 30 to 33 are insulated and noise Strong. Moreover, since it is insulated by the photocouplers 20 to 23, for example, when the PWM control unit 10 is connected to an external device such as a personal computer, the external device can be prevented from being damaged. Furthermore, since the photocouplers 20 to 23 can directly drive the gates of IGBTs and power MOSFETs at high speed, heat generation can be suppressed even during high-speed control of the motor.

尚、本実施例のモーター駆動装置１では、ＰＷＭ制御部５のもう１つのＰＷＭ出力（ＰＷＭ２）にもフォトカプラ２４を接続し、その出力（Ｖｏ）により冷却ファン６を駆動している。このように、冷却ファン６をパルス幅変調信号により駆動することから、冷却ファンをこまかく制御することで、効率的な冷却効果を得ることができる。また、冷却ファン６の振動を抑えることも可能である。   In the motor drive device 1 of the present embodiment, the photocoupler 24 is also connected to the other PWM output (PWM2) of the PWM controller 5, and the cooling fan 6 is driven by the output (Vo). In this way, since the cooling fan 6 is driven by the pulse width modulation signal, an efficient cooling effect can be obtained by controlling the cooling fan in detail. In addition, vibration of the cooling fan 6 can be suppressed.

さらに、実際の回路構成では、ＰＷＭ信号発生手段であるＰＷＭ制御部１０、フォトカプラ２０〜２４及びドライブ手段であるＦＥＴ３０〜３３を、同一基板上に一体化している。ＰＷＭ制御部１０、フォトカプラ２０〜２４及びＦＥＴ３０〜３３を、同一基板上に一体化することで、ノイズに強く、発熱が抑えられた小型のモーター駆動装置を得ることができる。   Further, in an actual circuit configuration, the PWM control unit 10 that is a PWM signal generation unit, the photocouplers 20 to 24, and the FETs 30 to 33 that are drive units are integrated on the same substrate. By integrating the PWM control unit 10, the photocouplers 20 to 24, and the FETs 30 to 33 on the same substrate, it is possible to obtain a small motor driving device that is resistant to noise and suppressed in heat generation.

図３は、本発明に係るモーター駆動装置の第２の実施例を示す構成図である。図４は、同モーター駆動装置の動作を示す波形図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the motor driving apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the motor drive device.

本実施例のモーター駆動装置２は、図に示すように、２相のステッピングモーター５を駆動するために、ＰＷＭ制御部１１、フォトカプラ２５〜２８、ＦＥＴ３５〜３８等から構成されている。ＰＷＭ制御部１１は、パルス幅変調信号を生成するためのＰＷＭ信号発生手段で、専用ＩＣやマイコン等である。フォトカプラ２５〜２８は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴのゲート等を直接駆動することができる伝達遅延時間の高速化（約１００ｎｓ〜約７００ｎｓ）が図られた高速で動作するものである。ＦＥＴ３５〜３８は、ステッピングモーター５を駆動するドライブ手段で、パワーＭＯＳＦＥＴである。   As shown in the figure, the motor drive device 2 of the present embodiment includes a PWM control unit 11, photocouplers 25 to 28, FETs 35 to 38, and the like in order to drive a two-phase stepping motor 5. The PWM control unit 11 is a PWM signal generating means for generating a pulse width modulation signal, and is a dedicated IC, a microcomputer, or the like. The photocouplers 25 to 28 operate at a high speed with a high transmission delay time (about 100 ns to about 700 ns) capable of directly driving an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a gate of a power MOSFET. is there. The FETs 35 to 38 are drive means for driving the stepping motor 5 and are power MOSFETs.

次に、本実施例のモーター駆動装置２の回路の詳細及び動作について説明する。まず、ＰＷＭ制御部１１の４つのＰＷＭ出力（ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４）は、それぞれフォトカプラ２５〜２８のアノード（ＡＮＯＤＥ）に接続されている。そして、図４に示すように、フォトカプラ２５〜２８のＬＥＤ部分は、ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４に示すオンオフとして発光する。フォトカプラ２５〜２８の受光側は、電源（Ｖｃｃ）とＧＮＤ（Ｖｅｅ）とが接続されていると共に、出力（Ｖｏ）がＦＥＴ３５〜３８のゲートに接続されている。このＰＷＭ出力（ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４）は、ステッピングモーター５の各相ごとの駆動信号であり、Ａ相のＰＷＭ＿Ａ、／Ａ（Ａの反転論理）のＰＷＭ＿／Ａ、Ｂ相のＰＷＭ＿Ｂ、／Ｂ（Ｂの反転論理）のＰＷＭ＿／Ｂである。そして、ＦＥＴ３５〜３８のドレインのＰＷＭ＿Ａ、ＰＷＭ＿／Ａ、ＰＷＭ＿Ｂ及びＰＷＭ＿／Ｂがステッピングモーター５の各相に接続され、ＰＷＭ＿Ａ、ＰＷＭ＿／Ａ、ＰＷＭ＿Ｂ及びＰＷＭ＿／ＢのタイミングとＦＥＴ３５〜３８のパワー制御により、ステッピングモーター５を駆動する。   Next, details and operation of the circuit of the motor drive device 2 of this embodiment will be described. First, the four PWM outputs (PWM1 to PWM4) of the PWM controller 11 are connected to the anodes (ANODE) of the photocouplers 25 to 28, respectively. And as shown in FIG. 4, the LED part of the photocouplers 25-28 light-emits as on-off shown to PWM1-PWM4. On the light receiving side of the photocouplers 25 to 28, a power supply (Vcc) and GND (Vee) are connected, and an output (Vo) is connected to the gates of the FETs 35 to 38. This PWM output (PWM1 to PWM4) is a driving signal for each phase of the stepping motor 5, and PWM_A of A phase, PWM_A of / A (inversion logic of A), PWM_B of B phase, / B (B PWM_ / B). Then, the PWM_A, PWM_ / A, PWM_B, and PWM_ / B at the drains of the FETs 35 to 38 are connected to the respective phases of the stepping motor 5, and the timing of the PWM_A, PWM_ / A, PWM_B, and PWM_ / B and the power control of the FETs 35 to 38 are controlled. Thus, the stepping motor 5 is driven.

以上のように、ステッピングモーター５の各相毎に単独のパルス幅変調信号を供給し、マイクロステップ制御を行うことから、実施例１の効果に加え、微小角回転において分解能を向上させることができる。   As described above, since a single pulse width modulation signal is supplied for each phase of the stepping motor 5 and microstep control is performed, in addition to the effects of the first embodiment, the resolution can be improved in a minute angle rotation. .

尚、本発明を実施するための形態は図１又は図３に示す回路に限られるものではない。例えば、図１と図の双方の回路は、図１の回路のＰＷＭ出力（ＰＷＭ１）を各層で独立とすることにより図３の回路と共有化することが可能で、ステッピングモーター５の高速回転時は図１の駆動方式を、低速回転時は図３の駆動方式を採用することもできる。   The embodiment for carrying out the present invention is not limited to the circuit shown in FIG. 1 or FIG. For example, both the circuits of FIG. 1 and FIG. 1 can be shared with the circuit of FIG. 3 by making the PWM output (PWM1) of the circuit of FIG. 1 independent in each layer, and when the stepping motor 5 rotates at high speed. Can adopt the drive system shown in FIG. 1 and the drive system shown in FIG. 3 during low-speed rotation.

以上のように、本発明のモーター駆動装置は、パルス幅変調信号により駆動可能なモーターの制御に適用できる。   As described above, the motor drive device of the present invention can be applied to control of a motor that can be driven by a pulse width modulation signal.

本発明に係るモーター駆動装置の第１の実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 1st Example of the motor drive device which concerns on this invention. 同モーター駆動装置の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the motor drive device. 本発明に係るモーター駆動装置の第２の実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd Example of the motor drive device which concerns on this invention. 同モーター駆動装置の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the motor drive device.

符号の説明Explanation of symbols

１，２・・・・・モーター駆動装置
５・・・・・・・ステッピングモーター
６・・・・・・・冷却ファン
１０，１１・・・ＰＷＭ制御部
２０〜２８・・・フォトカプラ
３０〜３８・・・ＦＥＴ 1, 2... Motor drive device 5... Stepping motor 6... Cooling fans 10 and 11 PWM control units 20 to 28 Photocoupler 30 38 ... FET

Claims (4)

パルス幅変調信号によりモーターを駆動するモーター駆動装置において、
パルス幅変調信号を生成するＰＷＭ信号発生手段と、
該パルス幅変調信号を絶縁する高速でＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴのゲート等を直接駆動可能なフォトカプラと、
該フォトカプラから出力されたパルス幅変調信号により該モーターを駆動するドライブ手段とを備えることを特徴とするモーター駆動装置。 In a motor drive device that drives a motor by a pulse width modulation signal,
PWM signal generating means for generating a pulse width modulation signal;
A photocoupler capable of directly driving a gate of an IGBT or a power MOSFET at high speed to insulate the pulse width modulation signal;
A motor drive device comprising: drive means for driving the motor by a pulse width modulation signal output from the photocoupler. 前記モーターの各相毎に単独の前記パルス幅変調信号を供給し、マイクロステップ制御を行うことを特徴とする請求項１記載のモーター駆動装置。   2. The motor driving device according to claim 1, wherein a single pulse width modulation signal is supplied for each phase of the motor to perform microstep control. 前記ＰＷＭ信号発生手段が、前記モーター用の冷却ファンを駆動するためのパルス幅変調信号を生成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモーター駆動装置。   3. The motor driving apparatus according to claim 1, wherein the PWM signal generating means generates a pulse width modulation signal for driving a cooling fan for the motor. 前記ＰＷＭ信号発生手段、前記フォトカプラ及び前記ドライブ手段を、同一基板上に一体化した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ー駆動装置。   4. The motor driving apparatus according to claim 1, wherein the PWM signal generation unit, the photocoupler, and the drive unit are integrated on the same substrate.
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