JP2007274760A - センサレスモータ駆動用回路 - Google Patents

Abstract

【課題】センサレスモータが規定どおりの回転駆動を行っているか否かを確実に検出する。
【解決手段】センサレスモータが有する複数相毎のモータコイルそれぞれに発生する誘起電圧と当該モータコイルの中性点電圧とが交差するゼロクロスを検出した際、予め定められる通電順序に従って当該複数相毎のモータコイルを選択して通電させることによって当該センサレスモータを回転駆動するセンサレスモータ駆動用回路において、前記ゼロクロスを検出して前記通電順序に従って前記複数相毎のモータコイルを選択して通電させていくとき、当該選択がなされて通電対象となるモータコイルの通電期間において、当該通電対象となるモータコイルに流れるコイル電流の変化を検出するコイル電流変化検出部と、前記検出されたコイル電流の変化と、予め定めておいた前記コイル電流の変化の基準と、の対比によって、前記検出されたゼロクロスを検証するゼロクロス検証部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサレスモータ駆動用回路に関する。

図１２に示すように、センサレスモータを駆動するためのセンサレスモータ駆動用回路５００は、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のセンサレスモータの場合、その出力段として、ソース電源電圧ＶＰとシンク電源電圧ＶＳＳとの間に直列接続されたソース電源電圧ＶＰ側に設けられる吐出側（ソース側）トランジスタ５０８、５１２、５１６とシンク電源電圧ＶＳＳ側に設けられる吸込側（シンク側）トランジスタ５１０、５１４、５１８を、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６毎に対応づけて有する。なお、センサレスモータ駆動用回路５００は、吐出側トランジスタ５０８、５１２、５１６と吸込側トランジスタ５１０、５１４、５１８の各直列接続点をそれぞれに対応した各相のモータコイル５０２、５０４、５０６の一端と接続させるとともに、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６の他端を共通接続させることで利用される。尚、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６の共通接続部の中性点電圧ＶＣＯＭは、センサレスモータ駆動用回路５００へと帰還される。

ここで、吐出側トランジスタ５０８、５１２、５１６がオンした場合、ソース電源電圧ＶＰ→吐出側トランジスタ５０８、５１２、５１６→モータコイル５０２、５０４、５０６、の向きに電流が流れ出す。一方、吸込側トランジスタ５１０、５１４、５１８がオンした場合、モータコイル５０２、５０４、５０６→吸込側トランジスタ５１０、５１４、５１８、シンク電源電圧ＶＳＳ、の向きに電流が流れ込む。センサレスモータ駆動用回路５００は、吐出側トランジスタ５０８、５１２、５１６並びに吸込側トランジスタ５１０、５１４、５１８のオン・オフによって、３相のモータコイル５０２、５０４、５０６に流れるコイル電流を所定の電気角毎に順次切り替えることで、センサレスモータを回転駆動させる。

ところで、センサレスモータは、ステータに対するロータの相対位置を検出するためのセンサ（ホール素子等）を有しておらず、その回転制御が一見不可能のように思われる。しかし、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６に発生する誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのゼロクロスは、所定の回転方向及び所定の負荷状態のもとで、所定の順序並びに所定のタイミングで生じるといった特性を有する。例えば、正転方向へ回転する場合には、誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのゼロクロスの変化は、電気角６０度ごとに「Ｕ相の立ち上がり→Ｗ相の立ち下がり→Ｖ相の立ち上がり→Ｕ相の立ち下がり→Ｗ相の立ち上がり→Ｖ相の立ち下がり」の繰り返し、というように定まっている。そこで、当該誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのゼロクロスの特性を利用しさえすれば、ロータの位置を検出するためのセンサを設けていなくても、センサレスモータを回転制御することが可能となる。

このため、センサレスモータ駆動用回路５００は、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６それぞれの誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷと中性点電圧ＶＣＯＭとが交差するタイミング、すなわちゼロクロスを検出するコンパレータ５２２Ｕ、５２２Ｖ、５２２Ｗと、コンパレータ５２２Ｕ、５２２Ｖ、５２２Ｗにおけるゼロクロス検出結果（比較結果）ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷに基づいてロータの停止位置を論理的に推測するとともに、その推測結果に応じて吐出側トランジスタ５０８、５１２、５１６及び吸込側トランジスタ５１０、５１４、５１８を適宜駆動させて、ひいては、センサレスモータを所定方向（例えば、正回転）へ回転駆動させるための制御を行うセンサレス駆動制御部５３０と、を有する。

センサレス駆動制御部５３０は、吐出側トランジスタ５０８、５１２、５１６並びに吸込側トランジスタ５１０、５１４、５１８のうち初期設定されたトランジスタをオンさせて、３相のモータコイルのうち２相のモータコイルを通電させる。この結果、コンパレータ５２２Ｕ、５２２Ｖ、５２２Ｗのいずれか一つにおいて、通電していない残りの１相のモータコイルに発生する誘起電圧と中性点電圧ＶＣＯＭとが交差するゼロクロスが検出される。センサレス駆動制御部５３０は、このゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷに基づいてロータの現在位置が論理的に推測され、その後は、推測されたロータの現在位置をもとに、予め定められた通電順序に従って、吐出側トランジスタ及び吸込側トランジスタをオン・オフさせる。この結果、３相のセンサレスモータは所定方向へと回転駆動する。

ところで、センサレス駆動制御部５３０は、一般的に、モータコイル５０２、５０４、５０６に対してチョッピングされたコイル電流を供給してセンサレスモータを駆動させるパルス幅変調制御を採用する場合が専らである。なお、パルス幅変調制御とは、電気角６０度ごとの通電期間において選択的に駆動される吐出側トランジスタ５０８、５１２、５１６及び吸込側トランジスタ５１０、５１４、５１８のいずれか一方をＰＷＭ信号に応じてオン・オフさせ、そのオン・オフによってチョッピングされたコイル電流をモータコイル５０２、５０４、５０６に流してセンサレスモータを駆動させる方式のことである。このパルス幅変調制御がなされた結果、センサレスモータを駆動するために必要な電力消費量を抑えられるとともに、センサレスモータの回転駆動時の発熱を抑えられる。

しかし、パルス幅変調制御を採用した場合、コイル電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷに重畳され得るキックバックパルスＫＢや外来ノイズ以外に、吸込側トランジスタ５１０、５１４、５１８がＰＷＭ信号に基づいてオン・オフさせる結果、キックバックパルスＫＢより狭い幅のＰＷＭスイッチングノイズが重畳する。このため、コンパレータ５２２Ｕ、５２２Ｖ、５２２Ｗから出力されるゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷは、それぞれ、ＰＷＭスイッチングノイズならびに外来ノイズ及びキックバックパルスＫＢ（以下、これらを「ノイズ」と総称する。）を有することになる。

よって、当該ノイズの影響を除去するために、誘起電圧のゼロクロス検出範囲の一部をマスキング処理するための仕組みが提案されている（例えば、以下に示す特許文献１を参照）。例えば、図１２に示した例を用いて説明すると、センサレスモータ駆動制御部５３０は、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６に発生する誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのゼロクロスが所定の通電順序並びに所定のタイミングで生じるといった特性を鑑みて、各相のゼロクロスタイミングを定めておくとともに、ゼロクロスが検出された任意の１相以外の残りの２相はゼロクロス検出の必要が無いので、ゼロクロス検出を行わない、すなわちマスキングしておくことになる。

ここで、センサレスモータ駆動制御部５３０は、前述したノイズ除去を目的として、各相のゼロクロス検出タイミングを含む一定期間（以下、マスク解除期間と称する。）の間だけマスキングを解除し、それ以外の期間はマスキングを継続させる。すなわち、センサレスモータ駆動制御部５３０は、マスク解除期間におけるゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷの情報のみを用いて、吐出側トランジスタ５０８、５１２、５１６及び吸込側トランジスタ５１０、５１４、５１８を適宜駆動させる。
特開平１１−４５９５号公報

３相の誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷが、図１３（ｄ）〜（ｆ）に示すように、発生している場合とする。この場合、例えば、時刻Ｔ１では、時刻Ｔ１を含むマスク解除期間ＴＭにおいてＵ相の誘起電圧ＶＵのみ立ち上がりのゼロクロスが検出され、その他のＶ相、Ｗ相の誘起電圧ＶＶ、ＶＷはマスキングを継続している。そして、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの電気角１２０度の期間、Ｕ相のモータコイル５０２を通電させる。

同様に、時刻Ｔ１以降において、時刻Ｔ２ではＷ相の誘起電圧ＶＷのマスキングが解除されて立ち下がりのゼロクロスが検出され、時刻Ｔ３ではＶ相の誘起電圧ＶＶのマスキングが解除されて立ち上がりのゼロクロスが検出され、時刻Ｔ４ではＵ相の誘起電圧ＶＵのマスキングが解除されて立ち下がりのゼロクロスが検出され、時刻Ｔ５ではＷ相の誘起電圧ＶＷのマスキングが解除されて立ち上がりのゼロクロスが検出され、時刻Ｔ６ではＶ相の誘起電圧ＶＶのマスキングが解除されて立ち下がりのゼロクロスが検出される。

尚、図１３（ａ）〜（ｃ）は、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６それぞれのマスキング処理後の通電状態を示す通電制御信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫの波形図である。例えば、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までの期間では、通電制御信号ＵＭＡＳＫはＨｉｇｈレベルに固定された上で、時刻Ｔ２において、通電制御信号ＶＭＡＳＫはＬｏｗレベルからＭｉｄｄｌｅレベルへと切り替わり、通電制御信号ＷＭＡＳＫはＭｉｄｄｌｅレベルからＬｏｗレベルへと切り替わる。よって、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間ではＵ相のモータコイル５０２からＶ相のモータコイル５０４へとコイル電流が流れるように通電がなされ、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間ではＵ相のモータコイル５０２からＷ相のモータコイル５０６へとコイル電流が流れるように通電がなされる。

ここで、センサレスモータが担当する負荷が、重負荷から軽負荷へ切り替わる等の理由によって、センサレスモータの回転速度が低速（規定どおり）から高速（規定外）へと切り替わった場合とする。勿論、センサレスモータの回転速度が高速（規定どおり）から低速（規定外）へと切り替わる場合も考えられる。例えば、センサレスモータが回転記録媒体（光ディスク、磁気ディスク等）を回転させるためのモータ（スピンドルモータ、スレッドモータ等）であるとき、当該回転記録媒体を回転駆動している状態から当該回転記録媒体をターンテーブルから取り出して無負荷状態へと切り替わる場合等が考えられる。尚、無負荷状態の場合であっても、製品の品質検査や回転記録媒体のターンテーブル上での状態に応じた制御のために、モータの回転駆動を適切に行うことが必要となる。この場合、図１３（ｇ）〜（ｉ）に示すように、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６それぞれの誘起電圧ＶＵ’、ＶＶ’、ＶＷ’の周波数についても当然のごとく高くなる。

しかし、センサレスモータ駆動用回路５００は、図１３（ｄ）〜（ｆ）に示した誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷの波形を想定しており、時刻Ｔ１、・・・、時刻Ｔ６の各マスク解除期間ＴＭでマスキング解除をして各相のゼロクロス検出を所定の順序で行うための通電ロジックを、センサレス駆動制御部５３０等において回路上作り込んでいる。よって、誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷが、例えば、図１３（ｇ）〜（ｉ）に示すように周波数が高くなってしまうと、時刻Ｔ１〜Ｔ２、時刻Ｔ２〜Ｔ３、・・・、時刻Ｔ５〜Ｔ６の各期間の間においてマスキングが解除されないので、当該各期間内に生じたゼロクロスが検出できなくなる。この結果、センサレスモータ駆動用回路５００は、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６の現在の状態での通電タイミングが得られず、以前の状態と同じ内容の回転制御を継続するので、センサレスモータの規定外な回転駆動を引き起こす恐れがあった。

また、センサレスモータ駆動用回路５００は、センサレスモータの回転方向に関して、正転方向並びに逆転方向を予め設定している。なお、正転方向の場合の各相のゼロクロス検出の順番と、逆転方向のゼロクロス検出の順番とは異なっている。センサレスモータ駆動用回路５００は、実際の運用時の回転方向が予め予測不可能であるので、各相のゼロクロス検出の順番を、正転方向又は逆転方向の場合のいずれか一方へと固定化するための通電ロジックを、回路上作り込んでいる。

このため、センサレスモータ駆動用回路５００は、例えば、予め定めておいた正転方向の回転を前提として、図１４（ｄ）〜（ｆ）に示す誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷの波形を想定しておくとともに、各相のゼロクロス検出の順番を、「Ｕ相の立ち上がり→Ｗ相の立ち下がり→Ｖ相の立ち上がり→Ｕ相の立ち下がり→Ｗ相の立ち上がり→Ｖ相の立ち下がり」の繰り返し、というように定めている。また、センサレスモータ駆動用回路５００は、正転方向の場合ゼロクロス検出の順番と対応して、図１４（ａ）〜（ｃ）に示す通電制御信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫを定めている。よって、例えば、時刻Ｔ１においてマスキング解除によりＵ相の立ち上がりのゼロクロスが検出された後、つぎに、Ｗ相の立ち下がりのゼロクロスを検出する必要がある。

一方、逆転方向の回転の場合、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６の誘起電圧ＶＵ（Ｒ）、ＶＶ（Ｒ）、ＶＷ（Ｒ）は、図１４（ｊ）〜（ｌ）に示すような波形となり、ゼロクロスを検出すべき順番は正転方向の場合とは逆となる。すなわち、逆転方向の場合のゼロクロス検出の順番は、「Ｕ相の立ち上がり→Ｖ相の立ち下がり→Ｗ相の立ち上がり→Ｕ相の立ち下がり→Ｖ相の立ち上がり→Ｗ相の立ち下がり」の繰り返し、となる。よって、例えば、時刻Ｔ１においてＵ相の立ち上がりのゼロクロスが検出された後、つぎに、Ｖ相の立ち下がりのゼロクロスを検出する必要がある。

ここで、センサレスモータ起動時の状態において、センサレスモータが、外的要因によって逆転方向に振動してしまった場合とする。この場合、各相のモータコイル５０２、５０４、５０６の誘起電圧ＶＵ（Ｒ）、ＶＶ（Ｒ）、ＶＷ（Ｒ）のゼロクロスのタイミングが、偶発的に、センサレスモータ駆動用回路５００が予め定めておいた正転方向の場合の誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのゼロクロスのタイミングと一致してしまうと、センサレスモータは、偶発的に逆転方向に一瞬回転しただけであるにも関わらず、当該逆転方向への回転駆動を継続してしまう恐れがあった。

また、センサレスモータ駆動用回路５００は、正転方向の場合を前提とした回路であるがゆえに、例えば、時刻Ｔ１におけるＵ相の立ち上がりのゼロクロス検出の後、つぎに、逆転方向の場合のＶ相の立ち下がりのゼロクロスではなく、正転方向の場合のＷ相の立ち下がりのゼロクロスを検出することになる。このように、各相のゼロクロスが規定外なタイミングで検出されることによって、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すような正転方向の場合の通電制御信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫではなく、図１４（ｇ）〜（ｉ）に示すような通電制御信号ＵＭＡＳＫ（Ｒ）、ＶＭＡＳＫ（Ｒ）、ＷＭＡＳＫ（Ｒ）が生成され得る。従って、前述したように、規定外の逆転方向への回転駆動が継続するだけでも問題であるのに、図１４（ｇ）〜（ｉ）に示すような通電制御信号ＵＭＡＳＫ（Ｒ）、ＶＭＡＳＫ（Ｒ）、ＷＭＡＳＫ（Ｒ）に基づいて、当該逆転方向への回転駆動が、異常な回転となる恐れがあった。

前記課題を解決するための主たる発明は、センサレスモータが有する複数相毎のモータコイルそれぞれに発生する誘起電圧と当該モータコイルの中性点電圧とが交差するゼロクロスを検出した際、予め定められる通電順序に従って当該複数相毎のモータコイルを選択して通電させることによって当該センサレスモータを回転駆動するセンサレスモータ駆動用回路において、前記ゼロクロスを検出して前記通電順序に従って前記複数相毎のモータコイルを選択して通電させていくとき、当該選択がなされて通電対象となるモータコイルの通電期間において、当該通電対象となるモータコイルに流れるコイル電流の変化を検出するコイル電流変化検出部と、前記検出されたコイル電流の変化と、予め定めておいた前記コイル電流の変化の基準と、の対比によって、前記検出されたゼロクロスを検証するゼロクロス検証部と、を有することとする。

本発明によれば、センサレスモータが規定どおりの回転駆動を行っているか否かを確実に検出可能なセンサレスモータ駆動用回路を提供できる。

＜＜＜センサレスモータ駆動用回路の構成＞＞＞
＝＝＝基本構成＝＝＝
図１、図２、図３を参照しつつ、本発明に係るセンサレスモータ駆動用回路１００の基本構成について説明する。図１は、本発明に係るセンサレスモータ駆動用回路１００を説明するための図である。図２、図３は、本発明に係るセンサレスモータ駆動用回路を説明するための主要信号の波形図である。

図１に示すセンサレスモータ駆動用回路１００は、例えば、回転記録媒体（光ディスク、磁気ディスク等）を回転させるためのスピンドルモータやスレッドモータの用途に利用されるセンサレスモータを駆動するための回路である。詳述すると、センサレスモータ駆動用回路１００は、センサレスモータが有する３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）毎のモータコイル２、４、６それぞれに発生する誘起電圧ＶＶ、ＶＵ、ＶＷと当該モータコイル２、４、６の中性点電圧ＶＣＯＭとが交差するゼロクロスを検出した際、予め定められる通電順序に従って当該３相毎のモータコイル２、４、６を選択して通電させることによって当該センサレスモータを回転駆動するものである。

なお、本実施形態に係るセンサレスモータ駆動用回路１００は、Ｕ相のモータコイル２、Ｖ相のモータコイル４及びＷ相のモータコイル６を除いた部分を、同一チップ上に集積化させた場合とする。また、本実施形態に係るセンサレスモータ駆動用回路１００は、センサレスモータを回転駆動するために必要な電力消費量の低減を図るべく、電流帰還型のパルス幅変調制御を採用する場合とする。

モータコイル２、４、６は、スター結線されるとともに電気角１２０度の位相差を有してステータに巻回されたものである。尚、各相のモータコイル２、４、６の共通接続部における中性点電圧ＶＣＯＭは、センサレスモータ駆動用回路１００へと帰還される。

吐出側トランジスタ８は、ソース電源電圧ＶＰからＵ相のモータコイル２へコイル電流を吐出すべくソース電源電圧ＶＰ側に設けられるトランジスタであり、吸込側トランジスタ１０は、Ｕ相のモータコイル２からシンク電源電圧ＶＳＳへとコイル電流を吸い込むべくシンク電源電圧ＶＳＳ側に設けられるトランジスタである。吐出側トランジスタ８及び吸込側トランジスタ１０は、ソース電源電圧ＶＰとシンク電源電圧ＶＳＳの間に直列接続されており、吐出側トランジスタ８のソース電極と吸込側トランジスタ１０のドレイン電極との接続部は、Ｕ相のモータコイル２の一端と接続される。

吐出側トランジスタ１２は、ソース電源電圧ＶＰからＶ相のモータコイル４へコイル電流を吐出すべくソース電源電圧ＶＰ側に設けられるトランジスタであり、吸込側トランジスタ１４は、Ｖ相のモータコイル２からシンク電源電圧ＶＳＳへコイル電流を吸い込むべくシンク電源電圧ＶＳＳ側に設けられるトランジスタである。吐出側トランジスタ１２及び吸込側トランジスタ１４は、ソース電源電圧ＶＰとシンク電源電圧ＶＳＳの間に直列接続されており、吐出側トランジスタ１２のソース電極と吸込側トランジスタ１４のドレイン電極との接続部は、Ｖ相のモータコイル４の一端と接続される。

吐出側トランジスタ１６は、ソース電源電圧ＶＰからＷ相のモータコイル６へコイル電流を吐出すべくソース電源電圧ＶＰ側に設けられるトランジスタであり、吸込側トランジスタ１８は、Ｗ相のモータコイル６からシンク電源電圧ＶＳＳへコイル電流を吸い込むべくシンク電源電圧ＶＳＳ側に設けられるトランジスタである。吐出側トランジスタ１６及び吸込側トランジスタ１８は、ソース電源電圧ＶＰとシンク電源電圧ＶＳＳの間に直列接続されており、吐出側トランジスタ１６のソース電極と吸込側トランジスタ１８のドレイン電極との接続部は、Ｗ相のモータコイル６の一端と接続される。

ここで、吐出側トランジスタ８、１２、１６並びに吸込側トランジスタ１０、１４、１８が適宜のタイミングでオン・オフすると、センサレスモータは、モータコイル２、４、６にコイル電流が供給されて予め定められた方向へ回転（例えば、正回転）する。この結果、モータコイル２、４、６の一端には電気角１２０度の位相差を有するコイル電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷが発生することになる。なお、本実施形態では、吐出側トランジスタ８、１２、１６並びに吸込側トランジスタ１０、１４、１８としては、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを採用しているが、Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴや、ＮＰＮ型又はＰＮＰ型バイポーラトランジスタを採用してもよい。

ところで、３相のモータコイル２、４、６のうちいずれか２相のモータコイルを通電させる吸込側トランジスタ１０、１４、１８は、後述のＤＦＦ６４からＰＷＭ信号によってオン・オフすることになる。この結果、センサレスモータを所定の回転速度で回転させるために必要な電力消費量を低減することが可能となる。しかし、コイル電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷには、吸込側トランジスタ１０、１４、１８がＰＷＭ信号に基づいてオン・オフすることで、外来ノイズやキックバックパルスＫＢの他に、キックバックパルスＫＢより狭い幅のＰＷＭスイッチングノイズが重畳し、コンパレータ２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗから出力されるゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷは、それぞれ、外来ノイズ、キックバックパルスＫＢ及びＰＷＭスイッチングノイズ（以下、これらを「ノイズ」と総称する。）が重畳される。このノイズは、後段の処理を誤動作させるおそれがあるので除去する必要があり、このため、後述のマスク制御部２６が必要となる。

コンパレータ２２Ｕは、非反転入力端子にコイル電圧ＶＵが印加されるとともに反転入力端子に中性点電圧ＶＣＯＭが印加され、コイル電圧ＶＵと中性点電圧ＶＣＯＭを比較することによって、電気角１８０度のタイミングで変化する矩形のゼロクロス検出結果ＣＰＵを出力する。

コンパレータ２２Ｖは、非反転入力端子にコイル電圧ＶＶが印加されるとともに反転入力端子に中性点電圧ＶＣＯＭが印加され、コイル電圧ＶＶと中性点電圧ＶＣＯＭを比較することによって、電気角１８０度のタイミングで変化する矩形のゼロクロス検出結果ＣＰＶを出力する。

コンパレータ２２Ｗは、非反転入力端子にコイル電圧ＶＷが印加されるとともに反転入力端子に中性点電圧ＶＣＯＭが印加され、コイル電圧ＶＷと中性点電圧ＶＣＯＭを比較することによって、電気角１８０度のタイミングで変化する矩形のゼロクロス検出結果ＣＰＷを出力する。

なお、ゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷは、コイル電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷの間の電気角１２０度の位相差に対応して、それぞれ、電気角１２０度の位相差を有する。また、ゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷは、それぞれ、コイル電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷに重畳された前述したノイズを有している。

マスク制御部２６は、本発明に係る『ゼロクロス検出期間設定部』の一実施形態であり、各相の通電順序に従ってゼロクロスの検出を有効とさせるゼロクロス検出期間を設定するものである。

詳述すると、マスク制御部２６は、逓倍信号ＲＥ１のエッジタイミングと同期を合わせて、ゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷからノイズが除去されたマスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫを生成し、センサレスロジック回路４０並びに合成回路２８へと出力する。さらに、マスク制御部２６は、図３に示すように、矩形の合成信号ＦＧの１／２周期内のうちの所定期間（例えば逓倍信号ＲＥ１の１４パルス分）を示すＭＡＳＫ信号を生成して、タイミング合成回路５０へと出力する。

ところで、各相のモータコイル２、４、６に発生する誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのゼロクロスは、所定の回転方向及び所定の負荷状態のもとで、所定の順番並びに所定のタイミングで生じるといった特性を有する。例えば、正転方向へ回転する場合には、誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのゼロクロスの変化は、電気角６０度ごとに「Ｕ相の立ち上がり→Ｗ相の立ち下がり→Ｖ相の立ち上がり→Ｕ相の立ち下がり→Ｗ相の立ち上がり→Ｖ相の立ち下がり」の繰り返し、といったように定まっている。従って、このゼロクロスの変化に対応づけられた通電順序に従って、各相のモータコイル２、４、６を選択して通電させていくことで、センサレスモータは停止状態から起動するはずである。

そこで、マスク制御部２６は、逓倍信号ＲＥ１のエッジタイミングを利用することで、ゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷのエッジタイミングと同期を合わせて、マスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫのエッジタイミングを設定する。なお、マスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫは、ゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷそれぞれの電気角１２０度の位相差に対応づけられており、それぞれ、電気角１２０度の位相差を有する。

マスク制御部２６は、マスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫのエッジタイミングに従って、ゼロクロスの検出を行う相の通電制御を有効としつつ、当該ゼロクロスの検出を行う相以外の相の通電制御を無効とすべく、ゼロクロス検出期間を設定する。すなわち、前述した通電順序に従って、ゼロクロス検出期間においてゼロクロスの検出を行う相については所定の通電を行うべく通電制御を有効とする。なお、ゼロクロスを検出できるのは通電していない相であり、ゼロクロス検出期間は、各相電気角３６０度のうち、マスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫの立ち上がりエッジ及び立ち下りエッジからそれぞれ電気角６０度までの期間に該当する。また、ゼロクロスの検出を行う相以外の相はゼロクロスを検出する必要が無いのでゼロクロスの検出を行わない、すなわちマスキングを継続している。

さらに、マスク制御部２６は、通電対象となるモータコイルが切り替えられる際、ゼロクロスの検出を行う相の通電制御を一定期間無効とすべく（例えば、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す波形がＭレベルの時からマスク解除期間ＴＭまでの間）、ゼロクロス検出期間を設定する。すなわち、ゼロクロスが検出できる前述した電気角６０度の期間であっても、前述したようにゼロクロス検出結果ＣＰＵ、ＣＰＶ、ＣＰＷにはノイズが重畳されているため、ゼロクロスが予測される短い期間（例えば、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すマスク解除期間ＴＭ）でのみゼロクロス検出を行い、その期間以外はマスキングを継続してゼロクロス検出を行わないことにする。この結果、ノイズの影響を除去することができる。

合成回路２８は、マスク制御部２６から出力されるマスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫを合成し、電気角６０度のタイミングで変化する矩形の合成信号ＦＧを出力する。

逓倍回路３０は、合成回路２８から出力される合成信号ＦＧを逓倍することによって、合成信号ＦＧより高い周波数を有する逓倍信号ＲＥ１を発生するものである。これにより、合成信号ＦＧの位相は逓倍信号ＲＥ１の位相と一致しており、合成信号ＦＧの１／２周期は逓倍信号ＲＥ１のｎ周期（例えば１６周期）と一致する。なお、逓倍回路３０には、例えばアナログ信号処理をするＰＬＬや、デジタル信号処理を実行するＤＬＬを採用可能である。

センサレスロジック回路４０は、予め定めておいた通電順序に従って、３相のモータコイル２、４、６を通電させるための信号を出力する制御回路である。つまり、センサレスロジック回路４０は、センサレスモータ自体が起動前のロータの位置を特定できないことを考慮し、ロータが停止している場合には、マスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫの予め定められた初期レベル（例えば、ＵＭＡＳＫ＝“Ｌ”、ＶＭＡＳＫ＝“Ｌ”、ＷＭＡＳＫ＝“Ｈ”とする）からセンサレスモータを起動させる。

センサレスロジック回路４０は、マスク制御部２６から供給されたマスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫに基づいて、通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ１（＝ＵＭＡＳＫ−ＶＭＡＳＫ）、ＶＬＯＧＩＣ１（＝ＶＭＡＳＫ−ＷＭＡＳＫ）、ＷＬＯＧＩＣ１（＝ＷＭＡＳＫ−ＵＭＡＳＫ）を生成する。例えば、Ｕ相のゼロクロスが検出されて、マスク信号ＵＭＡＳＫがＨｉｇｈレベル、マスク信号ＶＭＡＳＫがＬｏｗレベル、マスク信号ＷＭＡＳＫがＬｏｗレベルとなる場合、通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ１がＨｉｇｈレベル、通電制御信号ＶＬＯＧＩＣ１がＬｏｗレベル、通電制御信号ＷＬＯＧＩＣ１がＭｉｄｄｌｅレベルとなる。

ここで、通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ１、ＶＬＯＧＩＣ１、ＷＬＯＧＩＣ１がＨｉｇｈレベルとなる期間は、対応する吐出側トランジスタ８、１２、１６が一定にオンしている期間であり、通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ１、ＶＬＯＧＩＣ１、ＷＬＯＧＩＣ１がＬｏｗレベルとなる期間は、対応する吸込側トランジスタ１０、１４、１８が一定にオンしている期間であり、通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ１、ＶＬＯＧＩＣ１、ＷＬＯＧＩＣ１がＭｉｄｄｌｅレベルとなる期間は、吐出側トランジスタ８、１２、１６並びに吸込側トランジスタ１０、１４、１８が一定にオフしている期間である。

例えば、通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ１がＨｉｇｈレベル、通電制御信号ＶＬＯＧＩＣ１がＬｏｗレベル、通電制御信号ＷＬＯＧＩＣ１がＭｉｄｄｌｅレベルとなる場合、Ｕ相の吐出側トランジスタ８とＶ相の吸込側トランジスタ１４がオン、それ以外のトランジスタ１０、１２、１６、１８がオフする。この結果、ソース電源電圧ＶＰから吐出側トランジスタ８を介してＵ相のモータコイル２に向けてコイル電流が吐出するとともに、Ｖ相のモータコイル４から吸込側トランジスタ１４を介してシンク電源電圧ＶＳＳへ向けて当該コイル電流が流れ込むことになる。

このように、センサレスロジック回路４０は、３相のモータコイル２、４、６のうち２相のモータコイルを通電させる。この結果、コンパレータ２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗのいずれか一つにおいて、通電していない残りの１相のモータコイルに発生する誘起電圧のゼロクロスが検出される。センサレスロジック回路４０は、このようにゼロクロスを検出していった結果に基づいてロータ位置を論理的に推測して、その推測されたロータ位置に応じた通電順序に従って吐出側トランジスタ８、１２、１６並びに吸込側トランジスタ１０、１４、１８をオン・オフさせる。なお、センサレスロジック回路４０は、通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ１、ＶＬＯＧＩＣ１、ＷＬＯＧＩＣ１を遅延させた通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ２、ＶＬＯＧＩＣ２、ＷＬＯＧＩＣ２を出力する。

カウンタ４２は、センサレスモータが起動しないとき、合成信号ＦＧの電気角６０度の変化のタイミングを基準として逓倍回路３０から出力される逓倍信号ＲＥ１のパルス数をカウントするものである。そして、センサレスロジック回路４２は、カウンタ５０が予め定められた値（例えば、１６パルス分）をカウントしたとき、マスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫのレベルを次の電気角６０度のレベルに切り替える。これにより、センサレスモータは再起動される。なお、センサレスモータが停止しているときの逓倍信号ＲＥ１の周波数は、逓倍回路３０を構成するＰＬＬがループ動作することにより、その最低周波数に保持される。

信号処理回路４４は、通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ２、ＶＬＯＧＩＣ２、ＷＬＯＧＩＣ２から図３に示す各駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを発生する。なお、ＵＨ信号はＵ相の吐出側トランジスタ８を駆動するための駆動信号であり、ＵＬ信号はＵ相の吸込側トランジスタ１０を駆動するための駆動信号である。また、ＶＨ信号はＶ相の吐出側トランジスタ１２を駆動するための駆動信号であり、ＶＬ信号はＶ相の吸込側トランジスタ１４を駆動するための駆動信号である。さらに、ＷＨ信号はＷ相の吐出側トランジスタ１６を駆動するための駆動信号であり、ＷＬ信号はＷ相の吸込側トランジスタ１８を駆動するための駆動信号である。

タイミング合成回路５０は、マスク制御部２６からのＭＡＳＫ信号の状態や、信号処理回路４４から出力される２値レベルの各駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの状態に基づいて、図３に示す切替信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６を生成する。

切替回路５２は、切替信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６に応じて、信号処理回路４４から出力される各駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを適宜切り替えて、ＰＷＭ合成回路５４へと出力する。

ＰＷＭ合成回路５４は、切替回路５２の出力信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬと、ＤＦＦ６４より供給されるＰＷＭ信号と、に基づいて、吐出側トランジスタ８、１０、１２並びに吸込側トランジスタ１４、１６、１８を駆動する最終的な駆動信号を出力する。詳述すると、ＰＷＭ合成回路５４は、吸込側トランジスタ１０、１４、１８がオンする期間、通電制御信号ＵＬＯＧＩＣ２、ＶＬＯＧＩＣ２、ＷＬＯＧＩＣ２に対してＰＷＭ信号を重畳するものである。これにより、所定の２相コイルを通電する吐出側及び吸込側トランジスタのうち、吸込側トランジスタの方が、ＰＷＭ信号の周波数でオン・オフし、この結果、コイル電流がチョッピングされて、消費電力の低減が図られることになる。

＝＝＝パルス幅変調制御部の構成＝＝＝
図１、図４、図５を参照しつつ、本発明に係るセンサレスモータ駆動用回路１００の電流帰還型の『パルス幅変調制御部』の構成について説明する。なお、図４は、図１においてパルス幅変調制御部に係る構成を示す図であり、図５は、Ｖ型アンプ６１を説明するための図である。

本発明に係るパルス幅変調制御部は、各相のモータコイル２、４、６に対してコイル電流を吐出する吐出側トランジスタ８、１２、１６と、各相のモータコイル２、４、６からのコイル電流を吸い込む吸込側トランジスタ１０、１４、１８と、に対し、ゼロクロスを検出して通電順序に従って３相毎のモータコイル２、４、６を、吐出側トランジスタ８、１２、１６及び吸込側トランジスタ１０、１４、１８のオン・オフによって選択して通電させるとき、当該選択がなされて通電対象となるモータコイル２、４、６に流れるコイル電流を電流検出用抵抗ＲＦによって帰還させて、通電対象となるモータコイル２、４、６に対応した吐出側トランジスタ８、１２、１６又は吸込側トランジスタ１０、１４、１８のいずれか一方を、通電対象となるモータコイル２、４、６の通電期間の間、当該帰還させたコイル電流に応じてパルス幅を変化させるＰＷＭ信号（『パルス幅変調信号』）によってオン・オフさせるものである。この結果、センサレスモータの駆動に際して必要となる電力消費が抑えられる。

なお、かかるパルス幅変調制御部を採用する場合には、本発明に係るコイル電流変化検出部は、通電対象となるモータコイルの通電期間の間、ＰＷＭ信号のパルス幅の変化の検出をもって、コイル電流の変化の検出を行う。

図４に示すように、本発明に係るパルス幅変調制御部は、電流検出用抵抗ＲＦ、バッファ６０、Ｖ型アンプ６１、コンパレータ６２、発振回路６３、ＤＦＦ６４、ＰＷＭ合成回路５４で、主に構成される。

電流検出用抵抗ＲＦは、吸込側トランジスタ１０、１４、１８の各ソース電極とシンク電源電圧ＶＳＳとの間に設けられている。電流検出用抵抗ＲＦは、吐出側トランジスタ８、１０、１２並びに吸込側トランジスタ１４、１６、１８を駆動させた場合に、吸込側トランジスタ１４、１６、１８からシンク電源電圧ＶＳＳへと流れ込むコイル電流を、電圧降下分を示す検出電圧ＶＲＦとして検出するための抵抗である。なお、コイル電流並びに検出電圧ＶＲＦは、コイル２、４、６に対して電圧を印加させる期間に応じて、徐々に増加していく特性を示す。

バッファ６０は、電流検出用抵抗ＲＦにおいて検出された検出電圧ＶＲＦを、そのままのレベルで出力する。

Ｖ型アンプ６１は、ＰＷＭ信号のパルス幅を定める入力電圧ＶＩＮに対する出力電圧ＶＣＴＬの特性が、図５に示すように、概略Ｖ字となるアンプである。なお、入力電圧ＶＩＮは、外部のマイクロコンピュータ（不図示）等からセンサレスモータ駆動用回路１００へと供給される。

コンパレータ６２は、差動アンプによって構成されており、バッファ６０から非反転入力へと印加される検出電圧ＶＲＦと、Ｖ型アンプ６１から反転入力へと印加される出力電圧ＶＣＴＬとを比較して、その比較結果を、ＤＦＦ６４のＬｏｗアクティブのリセット入力端子へと入力されるリセット信号ＲＳＴとして出力する。

ＤＦＦ６４は、リセット入力付きのＤ型フリップフロップであり、データ入力端子がＨｉｇｈレベルにプルアップされ、発振回路６３において発振出力されたクロック信号ＣＬＫがクロック入力端子へと入力される。また、コンパレータ６２より出力されるリセット信号ＲＳＴがリセット入力端子へと入力される。そして、ＤＦＦ６４は、出力端子からＰＷＭ合成回路５４へとＰＷＭ信号を供給する。

ここで、図４に示すように、Ｕ相の吐出側トランジスタ８とＶ相の吸込側トランジスタ１４がオンしており、ソース電源電圧ＶＰ、吐出側トランジスタ８、Ｕ相コイル２、Ｖ相コイル４、吸込側トランジスタ１４、電流検出用抵抗ＲＦ、シンク電源電圧ＶＳＳ、の向きへとコイル電流が流れている場合とする。この場合、電流検出用抵抗ＲＦにおいて検出された検出電圧ＶＲＦが、バッファ６０を介してコンパレータ６２の非反転入力端子へと印加される。一方、コンパレータ６２の反転入力端子には、Ｖ型アンプ６１において入力電圧ＶＩＮに応じて設定された出力電圧ＶＣＴＬが印加される。

コンパレータ６２は、徐々に増加していく検出電圧ＶＲＦが出力電圧ＶＣＴＬを超えるか否かを検出し、検出電圧ＶＲＦが出力電圧ＶＣＴＬを超えるまではＬｏｗレベルのリセット信号ＲＳＴを出力し、検出電圧ＶＲＦが出力電圧ＶＣＴＬを超えたときにはＨｉｇｈレベルのリセット信号ＲＳＴを出力する。

ＤＦＦ６４は、コンパレータ６２から供給されたリセット信号ＲＳＴがＨｉｇｈレベルの場合、ＰＷＭ信号をクロック信号ＣＬＫのエッジタイミング毎に、データ入力端子へ入力されたＨｉｇｈレベルを出力する。一方、ＤＦＦ６４は、リセット信号ＲＳＴがＬレベルの場合、Ｈｉｇｈレベルの出力をリセットしてＬｏｗレベルを出力する。この結果、ＰＷＭ信号の一周期分におけるデューティ（＝Ｈｉｇｈレベルの期間／（Ｈｉｇｈレベルの期間＋Ｌｏｗレベルの期間））が設定される。

なお、図５に示すように、Ｖ型アンプ６１において、入力電圧ＶＩＮが大きくなる場合（ＶＩＮ１→ＶＩＮ２）、出力電圧ＶＣＴＬは、入力電圧ＶＩＮに応じて大きくなる（ＶＲＦ１→ＶＲＦ２）。また、出力電圧ＶＣＴＬが大きくなると、コンパレータ６２において、検出電圧ＶＲＦが当該出力電圧ＶＣＴＬを超えるまでの期間が長くなるので、この結果、ＰＷＭ信号のデューティが大きくなる、すなわち、ＰＷＭ信号のＨｉｇｈレベルのパルス幅が長くなる。

＝＝＝ゼロクロス検証＝＝＝
図６、図７、図８を参照しつつ、本発明に係るゼロクロスの検証について説明する。

なお、図１３に示したように、センサレスモータが担当する負荷が無負荷状態となり、センサレスモータの回転数が低速（規定内）から高速（規定外）へと切り替わった場合とする。すなわち、この場合、各相のモータコイル２、４、６それぞれの誘起電圧ＶＵ’、ＶＶ’、ＶＷは、図１３（ｄ）〜（ｆ）に示した規定どおりの誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷと対比して、図１３（ｇ）〜（ｉ）に示すように周波数が高くなる。

図６（ａ）は、規定どおりの誘起電圧ＶＵの波形を示し、図６（ｂ）は、規定外の誘起電圧ＶＵ’の波形を示す。なお、図６（ａ）、（ｂ）は、説明の都合上、パルス幅変調制御をかけず、吸込側トランジスタ１０、１４、１８を飽和駆動させた場合の波形を示す。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、規定どおりの誘起電圧ＶＵ並びに規定外の誘起電圧ＶＵ’は、ともに、時刻Ｔ０において立ち上がりのゼロクロスが検出された結果、時刻Ｔ１〜時刻Ｔ３の期間（電気角１２０度）、Ｕ相のコイル２がＨｉｇｈレベルに通電される。このＵ相の通電区間では、パルス幅変調制御をかけずに吸込側トランジスタ１４、１８を飽和駆動させるので、誘起電圧ＶＵ、ＶＵ’は、ソース電源電圧ＶＰに固定する。

従って、Ｕ相のコイル２には、ソース電源電圧ＶＰから非通電状態の場合の誘起電圧ＶＵ、ＶＵ’を差し引いたコイル電圧ＶＬ（図６（ａ）に示す斜線部）、ＶＬ’（図６（ｂ）に示す斜線部）が印加される。図６（ａ）の斜線部に示すように、規定どおりのコイル電圧ＶＬは、時刻Ｔ１から電気角６０度経過した時刻Ｔ２（時刻Ｔ１〜時刻Ｔ３までの中間時刻）までの期間では緩やかに低下し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では緩やかに上昇する特性を示す。一方、図６（ｂ）の斜線部に示すように、規定どおりのコイル電圧ＶＬは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間では急峻に上昇し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では急激に低下する特性を示す。

一方、図７に示すように、コイルＬは、一般的に、コイル電圧ＶＬが大きい場合（ＶＬ１）にはコイルＬに流れるコイル電流ＩＬが急峻に増加し、一方、コイル電圧ＶＬが小さい場合（ＶＬ２（＜ＶＬ１））にはコイル電流ＩＬが緩やかに増加する特性を示す。

従って、図６（ａ）に示すＵ相の通電期間中のコイル電圧ＶＬに対応したコイル電流ｉは、図６（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間では緩やかに低下し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では緩やかに上昇する特性を示す。一方、図６（ｃ）に示すＵ相の通電期間中のコイル電圧ＶＬ’に対応したコイル電流ｉ’は、図６（ｄ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間では緩やかに低下し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では緩やかに上昇する特性を示す。

このように、コイル２、４、６に流れるコイル電流ＩＬの規定どおりの波形（図６（ｂ））を予め把握してさえおけば、センサレスモータを駆動させる場合に、実際のコイル電流ＩＬを検出した上で、当該検出されたコイル電流ＩＬ’を規定どおりのコイル電流ＩＬと対比させることによって、誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのゼロクロスが規定どおりのものであるか否かを確実に検証することが可能となる。また、このゼロクロスの検証結果に基づいて、センサレスモータが規定外の回転を引き起こしているか否かを確実に検証することが可能となる。

なお、本実施形態では、電流帰還型のパルス幅変調制御部を採用しており、コイル電流ｉの波形は実際には平滑化されるので、図６（ｂ）、（ｄ）に示すような変化を示さない。すなわち、コイル電流ｉは、規定どおりであっても規定外であっても、平滑化されるので、特異な変化を示さない。よって、電流帰還型のパルス幅変調制御をかける場合には、コイル電流ｉの生の波形を直接的に利用してゼロクロスの検証を行うことが困難となる。そこで、コイル電流ｉを検出することで誘電電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷの検証を行うのではなく、ＰＭＷ信号のデューティを検出することによって、ゼロクロスの検証を実施する。

具体的には、規定どおりのコイル電流ｉの波形は、図８（ａ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２緩やかに低下し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では緩やかに上昇する特性を示す。ここで、ＰＷＭ信号のデューティは、コイル電流ｉが大きい場合には当該コイル電流ｉを減少させるために小さくなり、一方、コイル電流ｉが小さい場合には当該コイル電流ｉを増加させるために大きくなる特性を示す。従って、ＰＷＭ信号のデューティは、図８（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２緩やかに増加し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では緩やかに減少する特性を示す。

一方、規定外のコイル電流ｉの波形は、図８（ｃ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２急激に上昇し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では急激に低下する特性を示す。従って、ＰＷＭ信号のパルス幅は、図８（ｄ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２急激に減少し、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間では急激に増加する特性を示す。

このように、通電期間中におけるＰＷＭ信号の規定どおりのデューティの変化（図８（ｂ））を予め把握してさえおけば、センサレスモータを回転駆動させる場合に、実際のＰＷＭ信号のパルス幅の変化を検出した上で、当該検出されたＰＷＭ信号のパルス幅の変化を、規定どおりのパルス幅の基準とする変化と対比させることによって、誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷそれぞれの検出されたゼロクロスが規定どおりのものであるか否かを確実に検証することが可能となる。また、このゼロクロスの検証結果によって、センサレスモータが規定どおりの回転駆動を行っているか否かを確実に検証することが可能となる。

＝＝＝ゼロクロス検証の構成＝＝＝
図１、図９を参照しつつ、本発明に係るゼロクロス検証の構成として、本発明に係る『コイル電流変化検出部』、『ゼロクロス検証部』及び『復帰制御部』の各構成とそれらの動作について説明する。なお、図９は、アップダウンカウンタ７１の動作を説明するための図である。

本発明に係る『コイル電流変化検出部』は、ゼロクロスを検出して通電順序に従って３相毎のモータコイル２、４、６を選択して通電させていくとき、モータコイル２、４、６の通電期間の間において、モータコイル２、４、６に流れるコイル電流の変化を検出するものである。かかるコイル電流の変化を検出することによって、前述したとおり、ゼロクロスの検証を行うことができ、ひいては、センサレスモータが規定どおりの回転駆動を行っているか否かを検証することが可能となる。

ところで、センサレスモータ駆動用回路１００は、マスク制御部２６の機能によって、ゼロクロスを検出できるのは通電していない相であり、通電している相以外の相は、ゼロクロスの検出を行うことができないように設定している。このように、センサレスモータ駆動用回路１００は、マスク制御部２６によってゼロクロスの検出を行えない期間が存在しているが故に、センサレスモータが規定外の回転速度となっている場合や規定外の逆回転の方向に駆動する場合において、ゼロクロスの検出が行えず規定外の状態を識別できない場合が起こり得る。そこで、本発明に係る『コイル電流変化検出部』を設けてゼロクロスの検証を行うことで、規定外の状態が発生している否かをより確実に識別することが可能となる。

さらに、センサレスモータ駆動用回路１００は、マスク制御部２６の機能によって、電気角６０度分のゼロクロス検出期間であっても、ノイズの影響を除去するために、ゼロクロスが予測される短い期間（図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すマスク解除期間ＴＭ）でのみゼロクロスの検出をすることを可能としている。このように、センサレスモータ駆動用回路１００は、マスク制御部２６によってゼロクロスが予測される短い期間以外の期間はゼロクロスの検出を行わないので、センサレスモータが規定外の回転速度となっている場合や規定外の逆回転の方向に駆動する場合において、ゼロクロスの検出が行えず規定外の状態を識別できない場合が起こり得る。そこで、本発明に係る『コイル電流変化検出部』を設けてゼロクロスの検証を行うことで、規定外の状態が発生している否かをより確実に識別することが可能となる。

なお、本発明に係る『コイル電流変化検出部』は、モータコイル２、４、６の通電期間の間、コイル電流のリアルタイムな変化を検出するのではなく、少なくとも２箇所のタイミングで検出したコイル電流に基づいて、コイル電流の変化を簡易に検出する。すなわち、本実施形態のとおりパルス幅変調制御を行う場合には、モータコイル２、４、６の通電期間の間に、ＰＷＭ信号のパルス幅を少なくとも２箇所のタイミングで計測することで、コイル電流の変化を容易に検出することができる。また、パルス幅変調制御を行わない場合には、モータコイル２、４、６の通電期間の間に、電流検出用抵抗ＲＦによってコイル電流を少なくとも２箇所のタイミングで検出することで、コイル電流の変化を簡易に検出することができる。

さらに、本発明に係る『コイル電流変化検出部』は、マスク制御部２６におけるゼロクロス検出期間の設定タイミングと同期を合わせて、モータコイル２、４、６の通電期間における開始タイミング並びに中間タイミング（開始タイミングと終了タイミングの中間）の２箇所で検出したコイル電流に基づいて、コイル電流の変化を検出する。すなわち、図８（ａ）に示した規定どおりのコイル電流は、時刻Ｔ１〜時刻Ｔ３までの通電期間における開始タイミングＴ１から中間タイミングＴ２までの間で緩やかに減少する一方で、図８（ｃ）に示した規定外のコイル電流は、開始タイミングＴ１と中間タイミングＴ２までの間で急激に増加するという両者の特性上の差異を利用したものである。この結果、コイル電流の変化をさらに容易に検出することができる。

本発明に係る『コイル電流変化検出部』の一実施形態としては、例えば、図１に示す、パルス幅計測タイミング生成部７０、アップダウンカウンタ７１によって実現することができる。

パルス幅計測タイミング生成部７０は、逓倍回路３０から供給される逓倍信号ＲＥ１のエッジタイミングを用いて、マスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫのエッジタイミング、すなわち各相の通電タイミングと同期を合わせつつ、パルス幅計測対象のＰＷＭ信号を特定するためのタイミング信号を生成する。尚、当該タイミング信号は、アップダウンカウンタ７１におけるアップカウント動作とダウンカウント動作を切り替えるためのＵ／Ｄ切替信号として用いられる。

アップダウンカウンタ７１は、ＤＦＦ６４から供給されるＰＷＭ信号のパルス幅を、発振回路６３から供給されるクロック信号ＣＬＫのエッジタイミング毎に、アップカウント又はダウンカウントを行うためのカウンタである。すなわち、アップダウンカウンタ７１は、ＰＷＭ信号の基準となるタイミングを定める発振回路６３のクロック信号ＣＬＫのエッジタイミングに基づいて、アップカウント又はダウンカウントを行うので、アップカウント動作又はダウンカウント動作がＰＷＭ信号と同期を合わせて行われる。なお、アップダウンカウンタ７１は、パルス幅計測タイミング生成部７０から供給されるＵ／Ｄ切替信号に基づいて、アップカウント動作とダウンカウント動作が切り替えられる。

ここで、アップダウンカウンタ７１は、開始タイミングＴ１に対応して生成されるＰＷＭ信号のパルス幅をアップカウントしていくことで最終的に得られるアップカウント値Ｃ１を保持しておいた上で、中間タイミングＴ２に対応して生成されるＰＷＭ信号のパルス幅をアップカウント値Ｃ１からダウンカウントして最終的なダウンカウント値Ｃ２を得る。すなわち、アップダウンカウンタ７１は、モータコイル２、４、６の通電期間中の２箇所のＰＷＭ信号のパルス幅の計測を、一回のアップダウンカウント動作の中で実行する。

例えば、図８（ｂ）に対応した図９（ａ）に示すＰＷＭ信号の規定の波形は、開始タイミングＴ１付近のパルス幅ＴＡと対比して、中間タイミングＴ２付近のパルス幅ＴＢは、若干長くなる。従って、パルス幅ＴＡが“０”からアップカウントされて最終的にアップカウント値Ｃ１を保持した後、パルス幅ＴＢをアップダウンカウント値Ｃ１からダウンカウントしていった結果、図９（ｂ）に示すように、最終的に得られるダウンカウント値Ｃ２は“０”となるはずである。

一方、図８（ｄ）に対応した図９（ｃ）に示すＰＷＭ信号の規定外の波形は、開始タイミングＴ１付近のパルス幅ＴＡと対比して、中間タイミングＴ２付近のパルス幅ＴＢは、かなり短くなる。従って、パルス幅ＴＡが“０”からアップカウントされて最終的にアップカウント値Ｃ１が保持された後、パルス幅ＴＢをアップダウンカウント値Ｃ１からダウンカウントしていった結果、図９（ｄ）に示すように、最終的なダウンカウント値Ｃ２は“０”まで辿り着かずに、“Ｃ１〜０”までの途中の値に陥るはずである。

すなわち、アップダウンカウンタ７１によって得られる最終的なダウンカウント値Ｃ２を監視することによって、コンパレータ２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗにおいて検出されたゼロクロスが規定どおりの状態であるか否かの検証が容易に行えることになる。

ゼロクロス検証部７２は、本発明に係る『ゼロクロス検証部』の一実施形態であり、検出されたコイル電流の変化と、予め定めておいたコイル電流の基準とする規定どおりの変化と、の対比によって、コンパレータ２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗにおいて検出されたゼロクロスの検証を行うものである。なお、パルス幅変調制御を採用する本実施形態では特に、ゼロクロス検証部７２は、アップダウンカウンタ７１によって得られた最終的なダウンカウント値Ｃ２と、予め定めておいたダウンカウント値Ｃ２の基準値ＣＲと、の対比によって、ゼロクロスの妥当性の評価を行う。

ゼロクロス検証部７２は、ゼロクロスの検証結果が基準から外れる旨を示す場合、図１３に示したように、通常負荷状態から無負荷状態へと切り替わることで、センサレスモータの回転速度が低速（規定どおり）から高速（規定外）のものへと変化した旨を判定することができる。あるいは、図１４に示したように、ゼロクロス検証部７２は、ゼロクロスの検証結果が基準から外れる旨を示す場合、突然逆転方向へと振動したことで、センサレスモータの正転方向への回転（規定どおり）が、センサレスモータの逆転方向への回転（規定外）へと切り替わった旨を判定することができる。

復帰制御部７３は、ゼロクロス検証部７２におけるゼロクロス検証結果が基準から外れる旨を示す場合には、センサレスモータを一度停止させた上で、センサレスモータの回転駆動を再開するための制御を行う。例えば、復帰制御部７３は、センサレスモータを停止させるべく、信号処理回路４４に対してショートブレーキ指令又は逆トルク発生指令を出力する。

ここで、信号処理回路４４は、復帰制御部７３からショートブレーキ指令を受けた場合、全ての駆動信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを強制的にＨｉｇｈレベルとさせる。すなわち、吐出側トランジスタ８、１２、１６と、吸込側トランジスタ１０、１４、１８と、が全てオンするので、センサレスモータが停止する方向へとショートブレーキ制御がかかる。また、信号処理回路４４は、例えば、復帰制御部７３から逆トルク発生指令を受けた場合には、予め定められた通電順序とは逆の通電順序へと、モータコイル２、４、６を通電させるための制御を行う。この結果、センサレスモータに対して逆方向のトルクが発生して、センサレスモータを停止させる方向へ働くことになる。

＝＝＝センサレスモータ駆動用回路の動作＝＝＝
図１０、図１１を参照しつつ、本発明に係るセンサレスモータ駆動用回路１００の動作について説明する。なお、図１０は、センサレスモータ駆動用回路１００のゼロクロス検証の全体の流れを示すフローチャートであり、図１１は、センサレス駆動回路１００のゼロクロス検証の詳細な流れを示すフローチャートである。

図１０をもとに、センサレスモータ駆動用回路１００におけるゼロクロス検証の全体の流れを説明する。

まず、センサレスモータを起動させた後（Ｓ９００）、各相のモータコイル２、４、６の誘起電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのゼロクロスが検出される毎に、予め定めておいた通電順序に従って通電されたモータコイル２、４、６の通電期間中のコイル電流の変化が検出される（Ｓ９０１）。このとき、ゼロクロス検証部７２は、検出された通電期間中のコイル電流の変化に基づいて、検出されたゼロクロスの検証を行う（Ｓ９０２）。

ここで、ゼロクロス検証部７２がコイル電流の変化が規定どおりである旨を判定した場合には、センサレスモータ駆動用回路１００は、通常のセンサレスモータの回転駆動を引き続いて行う（Ｓ９０３）。なお、センサレスモータが停止するまで（Ｓ９０６：ＹＥＳ）、Ｓ９０１〜Ｓ９０３までの処理が繰り返し行われる。

一方、ゼロクロス検証部７２が検出されたコイル電流の変化が規定外のものである旨を判定した場合には、例えば、センサレスモータを停止させるためのショートブレーキ制御が行われる（Ｓ９０４）。このショートブレーキ制御は、センサレスモータが停止するまで行われて（Ｓ９０５：ＮＯ）、センサレスモータが停止したときには（Ｓ９０５：ＹＥＳ）、再び、センサレスモータの再起動が行われる（Ｓ９００）。

つぎに、図１１をもとに、センサレスモータ駆動用回路１００のゼロクロス検証の詳細な流れを説明する。

まず、センサレスモータ駆動用回路１００は、コンパレータ２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗのいずれかにおいて、センサレスモータが停止状態における任意の一相のゼロクロスが検出されると（Ｓ１００）、予め定められたマスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫの初期レベルに従ってセンサレスモータを起動させようとする。

そして、センサレスモータが起動した後は、ゼロクロスが検出される毎に、マスク制御部２６は、予め定められた通電順序に基づいたマスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫを生成する（Ｓ１０１）。また、発振回路６３からクロック信号ＣＬＫがアップダウンカウンタ７１とともに供給されるＤＦＦ６４等は、電流検出用抵抗ＲＦにおける検出電圧ＶＲＦに基づいてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ合成回路５４並びにアップダウンカウンタ７１へと供給する。

なお、マスク信号ＵＭＡＳＫ、ＶＭＡＳＫ、ＷＭＡＳＫのエッジタイミングと同期を合わせて、パルス幅計測タイミング生成部７０は、まず、アップダウンカウンタ７１に対して、アップカウントモードのＵ／Ｄ切替信号を供給する。この結果、アップダウンカウンタ７１は、ＤＦＦ６４から供給された基準とするＰＷＭ信号のパルス幅を“０”からアップカウントしていき（Ｓ１０２）、最終的なアップカウント値ＣＡ１を保持する（Ｓ１０３）。

つぎに、パルス幅計測タイミング生成部７０は、アップカウント開始時から１／２通電期間経過後に、アップダウンカウンタ７１に対して、ダウンカウントモードのＵ／Ｄ切替信号を供給する。この結果、アップダウンカウンタ７１は、１／２通電期間経過時にＤＦＦ６４から供給された比較対象とするＰＷＭ信号のパルス幅を、保持しておいたアップカウント値ＣＡ１からダウンカウントしていき（Ｓ１０４）、最終的なダウンカウント値ＣＡ２を保持する（Ｓ１０５）。

ゼロクロス検証部７２は、アップダウンカウンタ７１において最終的に得られたダウンカウント値ＣＡ２を、予め定めておいたアップカウント値ＣＡ２の基準値ＣＲと一致するか否かを監視する（Ｓ１０６）。例えば、基準値ＣＲと一致する場合には、検出されたゼロクロスが規定どおりのものと判定し（Ｓ１０７）、基準値ＣＲと不一致の場合には、検出されたゼロクロスが規定外のものと判定する（Ｓ１０８）。この結果、検出されたゼロクロスが規定外のものと判定された場合には、図１３に示したようにセンサレスモータが突然無負荷状態となった旨や、図１４に示したように突然センサレスモータが逆転方向へと振動した旨を識別することができる。

以上、本実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明に係るセンサレスモータ駆動用回路の構成図である。 本発明に係るセンサレスモータ駆動用回路を説明するための主要信号の波形図である。 本発明に係るセンサレスモータ駆動用回路を説明するための主要信号の波形図である。 本発明に係るパルス幅変調制御部に係る構成を示す図である。 本発明に係るＶ型アンプを説明するための図である。 本発明に係るゼロクロスの検証を説明するための図である。 本発明に係るゼロクロスの検証を説明するための図である。 本発明に係るゼロクロスの検証を説明するための図である。 本発明に係るアップダウンカウンタの動作を説明するための図である。 本発明に係るセンサレスモータ駆動用回路のゼロクロス検証の全体の流れを示すフローチャートであり、 本発明に係るセンサレス駆動回路のゼロクロス検証の詳細な流れを示すフローチャートである。 センサレスモータの回転速度が低速から高速へと切り替わった場合の問題点を説明するための図である。 センサレスモータが逆方向へ回転した場合の問題点を説明するための図である。 従来のセンサレスモータ駆動用回路の構成を示す図である。

符号の説明

２、４、６ モータコイル
８、１２、１６ 吐出側トランジスタ
１０、１４、１８ 吸込側トランジスタ
５０２、５０４、５０６ モータコイル
５０８、５１２、５１６ 吐出側トランジスタ
５１０、５１４、５１８ 吸込側トランジスタ
２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗ コンパレータ
５２２Ｕ、５２２Ｖ、５２２Ｗ コンパレータ
５３０ センサレス駆動制御部
２６ マスク制御部
２８ 合成回路
３０ 逓倍回路
３８ 発振回路
４０ センサレスロジック回路
４２ カウンタ
４４ 信号処理回路
５０ タイミング合成回路
５２ 切替回路
５４ ＰＷＭ合成回路
６０ バッファ
６６ Ｖ型アンプ
６２ コンパレータ
６３ 発振回路
６４ ＤＦＦ
７０ パルス幅計測タイミング生成部
７１ アップダウンカウンタ
７２ ゼロクロス検証部
７３ 復帰制御部

Claims (11)

1. センサレスモータが有する複数相毎のモータコイルそれぞれに発生する誘起電圧と当該モータコイルの中性点電圧とが交差するゼロクロスを検出した際、予め定められる通電順序に従って当該複数相毎のモータコイルを選択して通電させることによって当該センサレスモータを回転駆動するセンサレスモータ駆動用回路において、
   前記ゼロクロスを検出して前記通電順序に従って前記複数相毎のモータコイルを選択して通電させていくとき、当該選択がなされて通電対象となるモータコイルの通電期間において、当該通電対象となるモータコイルに流れるコイル電流の変化を検出するコイル電流変化検出部と、
   前記検出されたコイル電流の変化と、予め定めておいた前記コイル電流の変化の基準と、の対比によって、前記検出されたゼロクロスを検証するゼロクロス検証部と、
   を有することを特徴とするセンサレスモータ駆動用回路。
2. 前記通電順序に従って前記ゼロクロスの検出を有効とさせるゼロクロス検出期間を設定するゼロクロス検出期間設定部を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のセンサレスモータ駆動用回路
3. 前記ゼロクロス検出期間設定部は、前記通電順序に従って、
   前記ゼロクロスの検出を行う相の通電制御を有効としつつ、当該ゼロクロスの検出を行う相以外の相の通電制御を無効とすべく、前記ゼロクロス検出期間を設定すること、
   を特徴とする請求項２に記載のセンサレスモータ駆動用回路
4. 前記ゼロクロス検出期間設定部は、前記通電順序に従って、
   前記通電対象となるモータコイルが切り替えられる際、
   前記ゼロクロスの検出を行う相の通電制御を一定期間無効とすべく、前記ゼロクロス検出期間を設定すること、
   を特徴とする請求項３に記載のセンサレスモータ駆動用回路。
5. 各相の当該モータコイルにコイル電流を吐出する吐出側トランジスタと、各相の当該モータコイルからのコイル電流を吸い込む吸込側トランジスタと、に対し、
   前記ゼロクロスを検出して、前記通電順序に従って前記複数相毎のモータコイルを、前記吐出側トランジスタ及び前記吸込側トランジスタのオン・オフによって選択して通電させるとき、
   当該通電対象となるモータコイルに流れるコイル電流を帰還させて、当該通電対象となるモータコイルに対応した前記吐出側トランジスタ又は前記吸込側トランジスタのいずれか一方を、当該通電対象となるモータコイルの通電期間の間、当該帰還させたコイル電流に応じてパルス幅を変化させるパルス幅変調信号によってオン・オフさせるパルス幅変調制御部を有しており、
   前記コイル電流変化検出部は、
   前記通電対象となるモータコイルの通電期間の間、前記パルス幅変調信号のパルス幅の変化の検出をもって、前記コイル電流の変化の検出を行うこと、
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサレスモータ駆動用回路。
6. 前記コイル電流変化検出部は、
   前記通電対象となるモータコイルの通電期間の間の少なくとも２つのタイミングで検出した前記コイル電流に基づいて、前記コイル電流の変化を検出すること、
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサレスモータ駆動用回路。
7. 前記通電順序に従って前記ゼロクロスの検出を有効とさせるゼロクロス検出期間を設定するゼロクロス検出期間設定部を有しており、
   前記コイル電流変化検出部は、
   前記ゼロクロス検出期間設定部において設定されたゼロクロス検出期間と同期を合わせて、前記通電対象となるモータコイルの通電期間における開始タイミング並びに中間タイミングで検出した前記コイル電流に基づいて、前記コイル電流の変化を検出すること、
   を特徴とする請求項６に記載のセンサレスモータ駆動用回路。
8. 前記開始タイミングで生成され得る前記パルス幅変調信号のパルス幅をアップカウントしていき最終的なアップカウント値を保持しておき、前記中間タイミングで生成され得る前記パルス幅変調信号のパルス幅を前記アップカウント値からダウンカウントしていき最終的なダウンカウント値を得るアップダウンカウンタを有しており、
   前記ゼロクロス検証部は、
   前記アップダウンカウンタによって得られた前記ダウンカウント値と、予め定めておいた前記ダウンカウント値の基準と、の対比によって、前記検出されたゼロクロスの検証を行うこと、
   を特徴とする請求項７に記載のセンサレスモータ駆動用回路。
9. 前記ゼロクロス検証部は、
   前記検出されたゼロクロスの検証結果が前記基準から外れる旨を示す場合、前記センサレスモータの回転速度が規定外である旨を判定すること、
   を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のセンサレスモータ駆動用回路。
10. 前記ゼロクロス検証部は、
    前記検出されたゼロクロスの検証結果が前記基準から外れる旨を示す場合、前記センサレスモータの回転方向が規定外である旨を判定すること、
    を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のセンサレスモータ駆動用回路。
11. 前記検出されたゼロクロスの検証結果が基準から外れる旨を示す場合、前記センサレスモータを停止させて、前記センサレスモータの回転駆動を再開させる復帰制御部を有すること、を特徴とする請求項９又は１０に記載のセンサレスモータ駆動用回路。
    
    

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