JP2007143362A

JP2007143362A - モータ制御回路

Info

Publication number: JP2007143362A
Application number: JP2005337037A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yamanaka; 進山中
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Automedia Sdn Bhd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Panasonic Automotive Systems Malaysia Sdn Bhd
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】出力ポートの制御信号により、制御電圧を階段状に変化させるような回路構成をとることで、少ない出力ポート数で多くの段階的なモータ回転駆動動作を選択して行えるようなモータ制御回路を提供する。
【解決手段】マイコン１０の出力ポートＴ１〜Ｔｎからの制御信号により所定の制御電圧Ｖｉを出力する制御電圧設定回路２０と、前記制御電圧設定回路２０から出力される制御電圧Ｖｉからモータ駆動電圧Ｖoを出力するモータ駆動回路３０と、を有するモータ制御回路において、前記出力ポートＴ１〜Ｔｎの制御信号により制御電圧Ｖｉを階段状に変化させるようにしたことを特徴とするモータ制御回路４０を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転駆動動作を多段階に変化させる、モータ制御回路に関するものである。

モータ制御回路はモータの回転速度や回転方向の制御を行うもので、音響、映像用電気機器で使用されるモータの制御においても多く用いられている。これら、音響、映像用電気機器に使用されるモータの１つに、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ等の記録媒体を機器に取り込み、装着するための駆動機構に用いられるものがあり、この前記駆動機構には省コスト、省スペースの観点から直流モータが多く用いられる。特に、ＣＤチェンジャーの様に複数の記録媒体を選択、再生するような電子機器の前記駆動機構は、選択された記録媒体の搬入、電子機器へ装着、搬出、収納などの多くの動作を効率よく行うことが要求され、そのために前記駆動回路に用いられる直流モータは、記録媒体を電子機器の適切な位置に装着する時などの高い精度が必要な場合には低速回転に、また記録媒体の搬入、搬出時など精度が不要な場合には高速回転に、また更に回転方向の正・逆など、複数の回転駆動動作を行う必要があり、前記直流モータのモータ制御回路にはこれら複数の回転駆動動作を制御することが求められる。

直流モータを制御するモータ制御回路の一つとして、モータ駆動回路に入力する電圧を制御することによってモータ制御を行うものがあり、このような電圧制御によるモータ制御回路では、モータ駆動回路に入力する制御電圧設定回路が重要となる。

電圧制御による従来のモータ制御回路としては、図３に示すようなものがあり、これはマイコン１０が制御信号として所定の組み合わせを取るように出力ポートＴ１’〜Ｔ３’をオン・オフし、それに対応するスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ３がベース抵抗Ｒｂを介してオン・オフすることで、マイコン供給電圧Ｖｃｃと制御電圧設定回路２０の抵抗Ｒ１’’〜Ｒ３’’、Ｒｃとで決まり、抵抗Ｒａ’’を介してモータ駆動回路３０に入力される制御電圧Ｖｉを、マイコン１０の制御信号ごとに変化させることで、モータ駆動電圧Ｖｏを変化させ、モータＭの回転駆動動作の切り替えを行っているものである。尚、このモータ制御回路では抵抗Ｒ２’’＝Ｒ３’’＝Ｒｃに設定されており、３つの出力ポートで正転回転速度２段階、停止、逆転と４段階の回転駆動動作を行っている。また、ここでのモータ駆動回路３０は基準電圧Ｖｒｅｆと前記制御電圧Ｖｉとの差に連動してモータ駆動電圧Ｖoが変化する差動増幅のＢＴＬ回路を用いており、オペアンプＯＰ１、帰還抵抗Ｒａ、Ｒｆで構成される第１の増幅回路と、オペアンプＯＰ２、帰還抵抗Ｒａ’、Ｒｆ’で構成される第２の増幅回路とは、抵抗Ｒｅを介して接続され、互いに逆位相で動作するものである。

また、上記以外の直流モータを制御する方法としては、例えばパルス制御によるものがあり、図４に示す[特許文献１]の発明では、ＣＰＵからＧＡＴＥを介してパルス制御出力Ｐ１〜Ｐ４がスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４に接続され、パルス制御出力Ｐ１〜Ｐ４のオン・オフによりモータＭの回転方向制御が行われ、パルス制御出力Ｐ１〜Ｐ４の周波数等によりモータＭの回転速度制御が行われる他、高トルクが必要な場合にはリレーＸとリレー接点Ｘ１・Ｘ２によりモータＭの駆動を行う発明が開示されている。

特開２００１−９７１８４号公報

しかしながら、上記[特許文献１]の発明のようなパルス制御方法によるモータ制御回路では、モータ回転時にコギングが発生し易く高精度の制御が困難である他、ノイズが発生するという課題がある。

また、電圧制御による従来のモータ制御回路では、基本的にモータの回転駆動動作の数だけ出力ポートが必要となるため、モータの回転駆動動作を多くするためには使用する出力ポート数を増加させなければならず、コストが増大する他、モータ制御回路に要するスペースが大きくなるという課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、出力ポートの制御信号により、制御電圧を階段状に変化させるような回路構成をとることで、少ない出力ポート数で多くの段階的なモータ回転駆動動作を選択して行えるようなモータ制御回路を提供することを目的とする。

本発明は、マイコン１０の出力ポートＴ１〜Ｔｎからの制御信号により所定の制御電圧Ｖｉを出力する制御電圧設定回路２０と、前記制御電圧設定回路２０から出力される制御電圧Ｖｉからモータ駆動電圧Ｖoを出力するモータ駆動回路３０と、を有するモータ制御回路において前記出力ポートＴ１〜Ｔｎの制御信号により、制御電圧Ｖｉを階段状に変化させるようにしたことを特徴とするモータ制御回路４０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係るモータ制御回路は、上記のような構成のため、
（１）モータの制御にパルスを使用しないため、モータ回転時にコギングが発生せず高精度の制御が可能である他、ノイズの発生をも抑えることが可能となる。
（２）マイコンからの制御信号の組み合わせにより階段状の制御電圧を出力できるような構成の制御電圧設定回路を有するため、少ない出力ポート数で多くのモータ回転駆動動作の制御が行え、省コスト、省スペース化が可能となる。
（３）少ない出力ポート数で多くのモータ回転駆動動作及びモータ回転速度の制御ができるため、モータに要求される動作が精度を要する場合と、スピードを要する場合とで、最適な回転速度を選択することができ、これにより一連の動作の高速度化、高精度化が可能となる。

本発明に係るモータ制御回路の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係るモータ制御回路の実施例１の回路図である。図２は本発明に係るモータ制御回路の実施例２の回路図である。

図１乃至図２に示されるモータ制御回路４０はマイコン１０の出力ポートＴ１〜Ｔｎからの制御信号により所定の制御電圧Ｖｉを出力する制御電圧設定回路２０と、前記制御電圧設定回路２０から出力される制御電圧Ｖｉからモータ駆動電圧Ｖoを出力するモータ駆動回路３０と、を有するモータ制御回路において、前記出力ポートＴ１〜Ｔｎの制御信号により制御電圧Ｖｉを階段状に変化させるような構成を特徴とする。

本発明に係るモータ制御回路４０の第１の実施例を図１に基づいて説明する。まず、マイコン１０が制御信号として所定の組み合わせを取るように出力ポートＴ１〜Ｔ３をオン・オフする。この時、出力ポート電圧Ｖｔは出力ポートＴｎがオフの時には０Ｖを、出力ポートＴｎがオンの時には５Ｖをとることとなる。尚、ここで使用している出力ポートＴ１〜Ｔ３はＣＭＯＳ回路で構成されており、前記出力ポート電圧Ｖｔはマイコン供給電圧Ｖｃｃと同等である。制御電圧設定回路２０は前記出力ポートＴ１〜Ｔ３に接続された抵抗Ｒ１〜Ｒ３、抵抗Ｒｃとで構成され、前記出力ポート電圧Ｖｔとマイコン供給電圧Ｖｃｃとが入力されることにより、マイコン１０の制御信号ごとに異なった制御電圧Ｖｉを、モータ駆動回路３０を構成するオペアンプＯＰ１の反転入力端子に入力する。前記オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが帰還抵抗Ｒａを介して入力されており、これにより前記オペアンプＯＰ１は前記制御電圧Ｖｉと前記基準電圧Ｖｒｅｆとの差動増幅回路を構成し、この時出力されるモータ駆動電圧Ｖｏは帰還抵抗Ｒａ、Ｒｆの抵抗値とからＶｏ＝（（Ｒａ＋Ｒｆ）／Ｒａ）Ｖｒｅｆ−（Ｒｆ／Ｒａ）Ｖｉという基準電圧Ｖｒｅｆと制御電圧Ｖｉとの差に連動する値をとることとなる。モータＭはモータ駆動電圧Ｖｏによって回転駆動動作が切り替わるため、これらのことから、モータ制御回路４０はマイコン１０の制御信号により、モータＭの回転駆動動作の制御を行っているのである。

尚、ここで使用しているモータ駆動回路３０は、図３の従来のモータ制御回路同様、ＢＴＬ回路を用いたアナログモータドライバを使用しており、前記モータ駆動回路３０のオペアンプＯＰ２、帰還抵抗Ｒａ’、Ｒｆ’で構成される２つめの増幅回路は、前記オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に帰還抵抗Ｒａ’を介して基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、反転入力端子に抵抗Ｒｅを介して前記オペアンプＯＰ１の出力電圧が入力されることで、オペアンプＯＰ１で構成される増幅回路と逆位相で動作することとなり、オペアンプ単独のものより大きな出力を得ることが出来るのである。

ここで、前記制御電圧設定回路２０を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ３、Ｒｃの抵抗値の関係をＲ２＝Ｒ１×２^１、Ｒ３＝Ｒｃ＝Ｒ１×２^２となるような重み抵抗型回路とし、基準電圧Ｖｒｅｆを（基準電圧Ｖｒｅｆ）＝（オン時の出力ポート電圧Ｖｔ）／２とすることで、表１に示すように、前記制御電圧Ｖｉは制御信号の組み合わせにより階段状に８段階の電圧値をとり、これにより基準電圧Ｖｒｅｆと制御電圧Ｖｉとの差も負の値３段階、ゼロ、正の値４段階の計８段階をとることとなる。モータ駆動電圧Ｖｏは基準電圧Ｖｒｅｆと制御電圧Ｖｉとの差に連動するため、本発明のモータ制御回路４０によればモータＭは正転回転速度３段階、停止、逆転回転速度４段階と段階的な８つの回転駆動動作を選択して行うことができるのである。

尚、表１及び後述する表２において、Ｈとは対応する出力ポートＴｎがオンで出力ポート電圧Ｖｔが５Ｖの状態を、Ｌとは対応する出力ポートＴｎがオフで出力ポート電圧Ｖｔが０Ｖの状態を、Ｖｒｅｆ−Ｖｉは基準電圧Ｖｒｅｆと制御電圧Ｖｉとの差を、またＭＯＤＥはモータＭの回転駆動動作をそれぞれ示すものとする。

本発明に係るモータ制御回路４０の第２の実施例を図２に基づいて説明する。尚、第２の実施例におけるマイコン１０、出力ポートＴ１〜Ｔ３、モータ駆動回路３０は実施例１と全く同等であり、実施例１同様、出力ポートＴ１〜Ｔ３の出力ポート電圧Ｖｔの組み合わせにより、制御電圧設定回路２０が出力する制御電圧Ｖｉが変化し、モータ駆動電圧Ｖoは基準電圧Ｖｒｅｆと前記制御電圧Ｖｉとの差に連動して変化することで、モータＭの回転駆動動作が切り替わるものである。

ここで、前記制御電圧設定回路２０を構成する抵抗Ｒ０’〜Ｒ３’、Ｒ_１２’、Ｒ_２３’の抵抗値の関係をＲ０’＝Ｒ１’＝Ｒ２’＝Ｒ３’、Ｒ_１２’＝Ｒ_２３’＝（１／２）Ｒ１’となるようなラダー抵抗型回路とし、基準電圧Ｖｒｅｆを（基準電圧Ｖｒｅｆ）＝（オン時の出力ポート電圧Ｖｔ）／２とすることで、表２に示すように、制御電圧Ｖｉは制御信号の組み合わせにより階段状に８段階の電圧値をとり、これにより基準電圧Ｖｒｅｆと制御電圧Ｖｉの差も、正の値４段階、ゼロ、負の値３段階の計８段階をとることとなる。モータ駆動電圧Ｖｏは基準電圧Ｖｒｅｆと制御電圧Ｖｉとの差に連動するため、本発明のモータ制御回路４０によればモータＭは実施例１と同様に、逆転回転速度４段階、停止、正転回転速度３段階と段階的な８つの回転駆動動作を選択して行うことができるのである。

更に多くの回転駆動動作をモータＭに行わせる場合はｎ個の出力ポートＴｎを使用し、実施例１の重み抵抗型の制御電圧設定回路２０では出力ポートＴｎに接続する抵抗Ｒｎの値をＲｎ＝Ｒｃ＝Ｒ１×２^{（ｎ−１）}として構成することで、また、実施例２のラダー型の制御電圧設定回路２０では出力ポートＴｎに接続する抵抗Ｒｎ’の値をＲｎ’＝Ｒ１’とし、Ｒ（ｎ−１）’とＲｎ’との間に接続される抵抗Ｒ_{（ｎ−１）ｎ}’の値をＲ_{（ｎ−１）ｎ}’＝（１／２）Ｒ１’として構成することで、回転駆動動作の数を２^ｎに飛躍的に増加させることが可能となる。

また、従来の電圧制御によるモータ制御回路においては４つの回転駆動動作に３つの出力ポートが必要であったにもかかわらず、本発明のモータ制御回路４０によれば、２つの出力ポートで４つの回転駆動動作が可能であるため、使用する出力ポート数が削減でき、その結果、省コスト化、省スペース化が可能となる。

上記のことから、本発明のモータ制御回路４０の構成によれば、少ない出力ポート数で多くの段階的なモータ回転駆動動作を選択して行うことができるため、省コスト化、省スペース化が図れる他、最適な回転速度を選択、組み合わせることで、一連の動作の高速度化、高精度化が可能となるのである。

尚、前述の実施例においては、ＣＭＯＳ回路で構成した出力ポートＴｎを用いたが、特にこれに限定する必要は無く、例えばマイコンの出力ポートにトランジスタ等を接続してスイッチング回路によりオン・オフを行っても良いし、その他の制御素子により制御信号を前記モータ制御回路４０に入力しても良い。また、前述の実施例においては、モータ制御回路３０にＢＴＬ回路を用いたアナログモータドライバを用いたが、特にこれに限定するものではなく、例えば、トランジスタ等により増幅回路を構成しても良いし、差動増幅回路を用いなくても良い。更に制御電圧設定回路２０の回路構成においても、重み抵抗型回路、ラダー抵抗型回路以外でも、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更し、実施することができるものとする。

本発明に係るモータ制御回路の実施例１の回路図である。本発明に係るモータ制御回路の実施例２の回路図である。電圧制御による従来のモータ制御回路の回路図である。パルス制御による従来のモータ制御回路の回路図である。

符号の説明

１０マイコン
２０制御電圧設定回路
３０モータ駆動回路
４０モータ制御回路
Ｔ１〜Ｔ３出力ポート
Ｖｔ出力ポート電圧
Ｖｉ制御電圧
Ｖｃｃマイコン供給電圧
Ｖｒｅｆ基準電圧
Ｖｏモータ駆動電圧
Ｒ１〜Ｒ３・Ｒｃ制御電圧設定回路を構成する抵抗
Ｒ０’〜Ｒ３’・Ｒ_１２’、Ｒ_２３’ 制御電圧設定回路を構成する抵抗
Ｒａ・Ｒｆ・Ｒａ’・Ｒｆ’ 帰還抵抗
Ｒｅオペアンプを接続する抵抗
ＯＰ１・ＯＰ２オペアンプ
Ｍモータ

Claims

マイコンの出力ポートからの制御信号により所定の制御電圧を出力する制御電圧設定回路と、前記制御電圧設定回路から出力される制御電圧からモータ駆動電圧を出力するモータ駆動回路と、を有するモータ制御回路において、前記出力ポートの制御信号により制御電圧を階段状に変化させるようにしたことを特徴とするモータ制御回路。