JP2008029137A - Motor drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動回路に関する。 The present invention relates to a motor drive circuit.
モータ駆動回路の駆動方式の一つに定電流駆動方式が知られている。定電流駆動方式とは、モータコイルに常に定電流が流れるように制御する方式である。この定電流駆動方式を採用するモータ駆動回路としては、例えば、デジタルスチルカメラのアクチュエータの一つであるシャッター機構や絞り機構向けのモータ駆動回路が挙げられる。以下、図6を参照しつつ、定電流駆動方式を採用したモータ駆動回路(以下、「定電流ドライバ」という。)300を説明する。 A constant current drive system is known as one of drive systems for motor drive circuits. The constant current driving method is a method of controlling so that a constant current always flows through the motor coil. As a motor drive circuit that employs this constant current drive system, for example, a motor drive circuit for a shutter mechanism or an aperture mechanism, which is one of actuators of a digital still camera, can be cited. Hereinafter, a motor driving circuit (hereinafter, referred to as “constant current driver”) 300 adopting a constant current driving method will be described with reference to FIG.
定電流ドライバ300は、ソース側電源VCCとシンク側電源GND間に配設した第1のソース側トランジスタU1と第1のシンク側トランジスタD1による第1の直列接続体の接続点OUTAと、ソース側電源VCCとシンク側電源GND間に配設した第2のソース側トランジスタU2と第2のシンク側トランジスタD2による第2の直列接続体の接続点OUTBとの間に、モータコイルLを配設したアルファベットH字状の構成を呈したHブリッジ回路を有するのが一般的である。尚、CMOSプロセスの場合、第1及び第2のソース側トランジスタU1、U2としてPMOSトランジスタが採用されるとともに、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2としてNMOSトランジスタが採用される場合がある。また、Bi−CDMOSプロセスの場合には、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2として、通常のNMOSやPMOSと対比して電流能力が高く定電流駆動に適した高耐圧のDMOS(Diffuse MOS)トランジスタが採用される場合がある。DMOSトランジスタは、ゲートをフラット化するとともにチャネルを二重拡散することによって実現される。
The constant
Hブリッジ回路は、第1のソース側トランジスタU1と第2のシンク側トランジスタD2がオンする場合、接続点OUTAから接続点OUTBに向けてモータコイルLにコイル電流ILを流し、第2のソース側トランジスタU2と第1のシンク側トランジスタD1がオンする場合、接続点OUTBから接続点OUTAに向けてモータコイルLにコイル電流ILを流す。尚、第1及び第2のソース側トランジスタU1、U2はフルオンの状態とするので、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート電圧をリニアに制御することで電流能力を調整しモータコイルLに流れる電流の制御が行われる。また、定電流ドライバ300は、CPU、マイコン等のプロセッサ(不図示)からモータコイルLの通電を開始するモータ駆動指令DCTLを受信したとき、誤差増幅器310と第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2の間に設けるスイッチ320によって、オンオフ制御の対象とする第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のいずれか一方を選択する。
In the H bridge circuit, when the first source side transistor U1 and the second sink side transistor D2 are turned on, the coil current IL flows through the motor coil L from the connection point OUTA to the connection point OUTB, and the second source side transistor When the transistor U2 and the first sink-side transistor D1 are turned on, a coil current IL is passed through the motor coil L from the connection point OUTB to the connection point OUTA. Since the first and second source side transistors U1 and U2 are in a full-on state, the current capability is adjusted by linearly controlling the gate voltages of the first and second sink side transistors D1 and D2, and the motor. The current flowing through the coil L is controlled. When the constant
定電流ドライバ300は、モータコイルLの通電を制御する過程で、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2とシンク側電源GND間に設けた電流検出抵抗Rdによって、モータコイルLに流れるコイル電流ILに応じた電圧降下VDを検出する。この電圧降下VDは、非反転入力に基準電圧Vrが印加された誤差増幅器310の反転入力に印加される。定電流ドライバ300は、誤差増幅器310から出力される誤差電圧Vgによって、誤差増幅器310の二入力である電圧降下VDと基準電圧Vrがイマジナリーショートするように、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2のオンオフを制御する。この結果、モータコイルLには、基準電圧Vrに応じた一定のコイル電流ILが流れる。
The constant
ところで、定電流ドライバ300は、プロセッサ(不図示)からモータ駆動指令DCTLを受信した場合(図7(a)参照)、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2はフルオンの状態ではないので、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsは、急速には立ち上がらず、徐々に立ち上がっていく(図7(b)参照)。従って、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2は、徐々に立ち上がっていくゲート/ソース間電圧Vgsが第1の閾値電圧Vt1を超えた場合にオンとなり、モータコイルLにコイル電流ILが流れ始める(図7(c)参照)。即ち、定電流ドライバ300では、モータ駆動指令DCTLを受信してからモータコイルLにコイル電流ILが流れ始めるまでの間、遅延時間Td(図7(c)参照)が現実的に生じうる。ここで、シャッター用の定電流ドライバ300の場合には、シャッターの性能としてシャッタースピードが重要な要因であるので、この遅延時間Tdはできる限り短くする必要がある。そこで、定電流ドライバ300は、つぎに説明する立ち上がり時間調整回路330が必要となる(例えば、以下に示す非特許文献1を参照)。
When the constant
立ち上がり時間調整回路330は、プロセッサ(不図示)からモータ駆動指令DCTLを受信した場合(図8(a)参照)、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが第1の閾値電圧Vt1となるまで(図8(b)参照)急速に立ち上げるための回路である。従って、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2は、モータ駆動指令DCTLを受信した場合、遅延時間Tdも生じることなく速やかにオンとなり、モータコイルLにコイル電流ILが流れ始めることになる(図8(c)参照)。
When the rising
尚、立ち上がり時間調整回路330は、図6に示すように、定電流ICを生成する定電流源332と、ドレイン電極及びゲート電極を短絡させることでダイオードとして機能させ、定電流ICが順方向に流れることで生じた順方向電圧を、第2の閾値電圧Vt2として生成するダイオードM334と、第2の閾値電圧Vt2と誤差電圧Vgとを比較して立ち上がり時間調整制御信号CTLを生成する比較器336と、によって構成される。
As shown in FIG. 6, the rise
ダイオードM334は、モータ駆動指令DCTLを受信した場合に、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが導通するゲート/ソース間電圧Vgsとなるまで急速に立ち上げる必要があるので、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2と同一種類のトランジスタが採用される。例えば、前述したように、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2は高耐圧のNチャネルDMOSトランジスタが主に採用されるので、ダイオードM334も同様に高耐圧のNチャネルDMOSトランジスタが採用される。従って、この場合、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2の第1の閾値電圧Vt1とダイオードM334の第2の閾値電圧Vt2は同一である。 When receiving the motor drive command DCTL, the diode M334 needs to rise rapidly until the gate / source voltage Vgs of the first and second sink-side transistors D1 and D2 becomes the conductive gate / source voltage Vgs. Therefore, the same type of transistors as the first and second sink-side transistors D1 and D2 are employed. For example, as described above, the first and second sink-side transistors D1 and D2 are mainly high-breakdown-voltage N-channel DMOS transistors, so that the diode M334 is similarly employed as a high-breakdown-voltage N-channel DMOS transistor. The Accordingly, in this case, the first threshold voltage Vt1 of the first and second sink-side transistors D1 and D2 and the second threshold voltage Vt2 of the diode M334 are the same.
比較器336は、誤差電圧Vgが第2の閾値電圧Vt2を下回る間、立ち上がり時間の調整を行うために、立ち上がり時間調整用電源312を作動させるための立ち上がり時間調整制御信号CTLを生成する。この結果、誤差電圧Vg、すなわち第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが、第1の閾値電圧Vt1(=第2の閾値電圧Vt2)となるまで急速に立ち上がり、その立ち上がり時間が短縮することになる。また、比較器336は、誤差電圧Vgが第2の閾値電圧Vt2を上回るとき、通常の定電流駆動へと切り替えるために、立ち上がり時間調整用電源312による調整を停止させるための立ち上がり時間調整制御信号CTLを生成する。
ところで、定電流ドライバ300の仕様に応じて、モータコイルLに流れるコイル電流ILの電流量を調整すべく、誤差増幅器310に印加されコイル電流ILの比較対象となる基準電圧Vrを可変させる場合がある。この場合、従来の立ち上がり時間調整回路330によれば、誤差増幅器310に印加される基準電圧Vrのレベルを下げていくと、その基準電圧Vrに比例する形で電流検出抵抗Rdによって検出されるコイル電流ILの方も減少していくはずである。
By the way, in order to adjust the amount of coil current IL flowing through the motor coil L according to the specification of the constant
しかしながら、基準電圧Vrが0Vに近づいてくると、従来の立ち上がり時間調整回路330の比較器336において、誤差電圧Vgが第2の閾値電圧Vt2を下回ってしまい、意図しない立ち上がり時間の調整が行われてしまうことになる。この結果、基準電圧Vrが0V付近になると、立ち上がり時間の調整が行われてしまうので、誤差電圧Vgが0Vまで下がりきらず、コイル電流ILをこれ以上減少させる制御ができなくなる。換言すると、従来の立ち上がり時間調整回路330の構成のままでは、基準電圧Vrが0V付近において、基準電圧Vrとコイル電流ILとの関係が非線形(図9参照)となり、定電流駆動の際の制御特性が悪化するという問題が生じていた。
However, when the reference voltage Vr approaches 0 V, the error voltage Vg falls below the second threshold voltage Vt2 in the
前記課題を解決するための主たる発明は、モータコイルとHブリッジ接続された4個の駆動トランジスタを有し、前記駆動トランジスタを導通させて前記モータコイルを通電させる場合に前記モータコイルに流れるコイル電流を一定とさせる定電流駆動を行うモータ駆動回路において、前記モータコイルに流れるコイル電流に相当する電圧降下と、前記コイル電流の基準とする基準電圧と、がそれぞれ印加され、当該電圧降下と基準電圧との誤差電圧を前記駆動トランジスタの制御電極に向けて出力するとともに、前記誤差電圧の立ち上がり時間を短縮させるための立ち上がり時間調整用電源を備えた誤差増幅器と、前記駆動トランジスタが導通するか否かの基準となる第1の閾値電圧よりも低レベルであり、前記立ち上がり時間を短縮させる調整を行うか否かの基準となる第2の閾値電圧を生成する閾値電圧生成回路と、前記誤差電圧と前記第2の閾値電圧との比較により前記モータコイルの通電を開始してから前記誤差電圧が前記第2の閾値電圧を上回るまで前記立ち上がり時間調整用電源をオンさせる制御を行う立ち上がり時間調整回路と、を有することとする。 A main invention for solving the above-described problems is that a coil current that flows through the motor coil when the motor coil is energized by having the four drive transistors connected to the motor coil in an H-bridge connection. In a motor drive circuit that performs constant current driving that keeps constant, a voltage drop corresponding to the coil current flowing in the motor coil and a reference voltage that is a reference for the coil current are applied, respectively. And an error amplifier having a rise time adjusting power source for shortening the rise time of the error voltage and whether the drive transistor is conductive or not. The level is lower than the first threshold voltage that is the standard of the above, and the rise time is shortened. The threshold voltage generation circuit that generates a second threshold voltage serving as a reference for whether or not to perform adjustment, and the error after the energization of the motor coil is started by comparing the error voltage and the second threshold voltage. And a rise time adjustment circuit that performs control to turn on the rise time adjustment power supply until the voltage exceeds the second threshold voltage.
本発明によれば、定電流駆動の際の制御特性を向上させたモータ駆動回路を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the motor drive circuit which improved the control characteristic in the case of constant current drive can be provided.
<定電流ドライバ>
図1は、本発明の一実施形態に係る定電流駆動方式を採用したモータ駆動回路(以下、「定電流ドライバ」という)100の構成を示す図である。尚、本実施形態では、定電流ドライバ100は、Bi−CDMOSプロセスによって1チップの集積回路として実現される場合とする。また、本実施形態の対象とする定電流駆動のモータとしては、例えば、デジタルスチルカメラのアクチュエータの一つであるシャッター機構や絞り機構向けのボイスコイルモータ又はステッピングモータの場合とする。以下、定電流ドライバ100について詳述する。
<Constant current driver>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor drive circuit (hereinafter referred to as “constant current driver”) 100 employing a constant current drive system according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, it is assumed that the constant
===端子===
定電流ドライバ100は、INA端子101a及びINB端子101b、基準電圧端子102、OUTA端子103a及びOUTB端子103b、VCC端子104、GND端子105を有する。
=== Terminal ===
The constant
INA端子101a及びINB端子101bは、モータ駆動回路100全体の制御を司るCPUやマイコン等のプロセッサ200からのモータ駆動指令INA、INBを入力する端子である。
基準電圧端子102は、誤差増幅器30の非反転入力に印加させる基準電圧Vrの電圧源を接続するための端子である。即ち、基準電圧Vrは、定電流ドライバ100の外部より誤差増幅器40の非反転入力へと印加される。かかる基準電圧Vrは、定電流ドライバ100の仕様に応じて定められる。
OUTA端子103a及びOUTB端子103bは、モータコイルLを接続するための端子である。
VCC端子104は、Hブリッジ回路10のソース側電源VCCを接続するための端子であり、GND端子105は、Hブリッジ回路10のシンク側電源GNDを接続するための端子である。尚、GND端子105とシンク側電源GND間には、モータコイルLに流れるコイル電流ILを検出するための電流検出抵抗Rdが配設される。
The INA terminal 101a and the
The
The
The
===内部構成===
Hブリッジ回路10は、4個の第1及び第2のソース側トランジスタU1、U2並びに第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2を、つぎのようにHブリッジ接続することで構成される。即ち、Hブリッジ回路10は、ソース側電源VCCとシンク側電源GND間に配設した第1のソース側トランジスタU1と第1のシンク側トランジスタD1による第1の直列接続体の接続点OUTAと、ソース側電源VCCとシンク側電源GND間に配設した第2のソース側トランジスタU2と第2のシンク側トランジスタD2による第2の直列接続体の接続点OUTBとの間に、モータコイルLを配設したアルファベットH字状の構成を成した回路である。尚、本実施形態の場合、第1及び第2のソース側トランジスタU1、U2としてはPMOSトランジスタが採用され、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2としては通常のNMOSやPMOSと対比して電流能力が高い高耐圧のNチャネルDMOS(Diffuse DMOS)トランジスタが採用される場合とする。以下、NチャネルDMOSトランジスタの第1の閾値電圧は「Vt1」とする。
=== Internal structure ===
The
Hブリッジ回路10は、第1のソース側トランジスタU1と第2のシンク側トランジスタD2が導通(オン)する場合、接続点OUTAから接続点OUTBに向けてモータコイルLにコイル電流ILを流し、第2のソース側トランジスタU2と第1のシンク側トランジスタD1がオンする場合、接続点OUTBから接続点OUTAに向けてモータコイルLにコイル電流ILを流す。このように、第1のソース側トランジスタU1及び第2のシンク側トランジスタD2と、第2のソース側トランジスタU2及び第1のシンク側トランジスタD1は、相補的にオンオフする。尚、本実施形態では、第1及び第2のソース側トランジスタU1、U2の方はフルオンの状態とし、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2のみのオンオフ制御によってモータコイルLを通電させる場合とする。尚、これとは逆に、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2の方をフルオンの状態とし、第1及び第2のソース側トランジスタU1、U2のみの導通制御によってモータコイルLを通電させる場合としてもよい。
When the first source-side transistor U1 and the second sink-side transistor D2 are conductive (turned on), the H-
尚、第1のソース側トランジスタU1、第2のシンク側トランジスタD2のドレイン・ソース間には回生ダイオード5a、5dがそれぞれ設けられる。回生ダイオード5a、5dは、モータコイルLに流れるコイル電流ILの向きが、接続点OUTAから接続点OUTBの方向から、接続点OUTBから接続点OUTAの方向へと切り替わった際の回生動作を補償する。また、第2のソース側トランジスタU2、第1のシンク側トランジスタD1のドレイン・ソース間にも、同様に回生ダイオード5b、5cがそれぞれ設けられる。
抵抗素子RA、RB並びにヒステリシスアンプ20a、20bは、INA端子101a、INB端子101bからモータ駆動指令INA、INBが駆動制御回路30に供給されるまでの間に設けられる。抵抗素子RA、RBは、INA端子101a及びINB端子101bがゼロ入力状態の場合に定電流ドライバ100の動作を安定させるべく設けられる。即ち、INA端子101a、INB端子101bがゼロ入力状態の場合、駆動制御回路30は、抵抗素子RA、RBを介してGND入力となるので動作が安定する。また、ヒステリシスアンプ20a、20bは、INA端子101a、INB端子101bに入力されたモータ駆動指令INA、INBに混入されたノイズを除去するので動作が安定する。
The resistance elements RA and RB and the
駆動制御回路30は、プロセッサ200からのモータ駆動指令INA、INBを受けて、予め定めておいた通電タイミングに従って、Hブリッジ回路10のバイポーラ駆動を実施すべく、第1のソース側トランジスタU1をオンオフさせるモータ駆動信号C1、第2のソース側トランジスタU2をオンオフさせるモータ駆動信号C2、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のいずれか一方をオンオフさせるモータ駆動信号C3を生成する。また、駆動制御回路30は、モータの駆動開始に応じて、立ち上がり時間調整回路50を動作させるトリガーとなるイネーブル信号ENを生成する。
The
誤差増幅器40は、基準電圧端子102へと印加された基準電圧Vrと、電流検出抵抗Rdによって検出されるコイル電流ILに応じた電圧降下VDと、の誤差電圧Vgを検出して、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート電圧として出力する。尚、本実施形態では、基準電圧Vrは、誤差増幅器40の非反転入力へと印加され、電圧降下VDは、誤差増幅器40の反転入力へと印加される。
The
スイッチ60は、駆動制御回路30から供給されるモータ駆動信号C3に基づいて、誤差増幅器40から出力される誤差電圧Vgを、シンク側トランジスタD1、D2のいずれか一方のゲート電極へと印加する。
The
立ち上がり時間調整回路50は、プロセッサ200からのモータ駆動指令INA、INBを受けて、駆動制御回路30からイネーブル信号ENを受信した場合、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが第1の閾値電圧Vt1となるまで急速に立ち上げることで、その立ち上がり時間を短縮させる調整を行うための回路である。尚、立ち上がり時間を短縮させる調整とは、誤差増幅器40内の立ち上がり時間調整用電源46を動作させる立ち上がり時間調整制御信号CTLを生成して、誤差増幅器40から第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート電極へと印加させる誤差電圧Vgを昇圧することで行われる。従って、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2は、プロセッサ200からのモータ駆動指令INA、INBを受けた場合に、遅延時間も無く速やかにオンとなり、モータコイルLにコイル電流ILが流れ始める。
When the rise
<誤差増幅器>
図2は、本発明の一実施形態に係る誤差増幅器40の構成を示す図である。誤差増幅器40は、差動増幅回路42、カレントミラー回路44、立ち上がり時間調整用電源46を有する。
<Error amplifier>
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the
差動増幅回路42は、定電流IAを流す定電流源41と、定電流IAを分流させた電流IA1、IA2がそれぞれ流れる差動トランジスタ対(B1、B2)と、によって構成される。尚、差動トランジスタ対(B1、B2)の一方のPNP型トランジスタB1のベース電極には基準電圧Vrが印加され、他方のPNP型トランジスタB2のベース電極には電圧降下VDが印加される。即ち、基準電圧Vrと対比して電圧降下VDが高いレベルの場合、PNP型トランジスタB1の方がPNP型トランジスタB2よりも定電流IAを吸い込む能力が高くなるので、PNP型トランジスタB1に流れる電流IA1の方がPNP型トランジスタB2に流れる電流IA2よりも電流量が多くなる。一方、基準電圧Vrと対比して電圧降下VDが低いレベルの場合、前述の例とは逆となり、PNP型トランジスタB2に流れる電流IA2の方がPNP型トランジスタB1に流れる電流IA1よりも電流量が多くなる。
The
カレントミラー回路44は、PNP型トランジスタB1、B2のコレクタ側に配設され且つドレイン電極とゲート電極間を短絡させたNMOSトランジスタM1、M2のゲート電極と、NMOSトランジスタM5、M6のゲート電極とを接続して構成される。即ち、PNP型トランジスタB1に流れる電流IA1は、NMOSトランジスタM6に流れる電流として複製されるとともに、PNP型トランジスタB2に流れる電流IA2は、NMOSトランジスタM5に流れる電流として複製される。尚、ドレイン電極とゲート電極間を短絡させたPMOSトランジスタM3と、PMOSトランジスタM4、それぞれのゲート電極を共通接続して構成されるカレントミラー回路は、NMOSトランジスタM5、M6の定電流負荷となる。
The
従って、誤差増幅器40は、基準電圧Vrと電圧降下VDとの誤差電圧に応じて、PMOSトランジスタM4からNMOSトランジスタM6へと流れる電流が定まり、その電流量に応じたPMOSトランジスタM4とNMOSトランジスタM6の接続点の電圧が、誤差電圧Vgとして、スイッチ60を介して第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート電極へと印加される。
Accordingly, the
立ち上がり時間調整用電源46は、定電流源ICと、立ち上がり時間調整回路50からの立ち上がり時間調整制御信号CTL(通常時:Lレベル、立ち上がり時間調整時:Hレベル)によって定電流源ICをオンオフするNMOSトランジスタM7と、PMOSトランジスタM8、M9並びにPMOSトランジスタM10、M11によるカレントミラー回路と、によって構成される。例えば、立ち上がり時間調整制御信号CTLが立ち上がり時間を短縮させる旨を指示するHレベルの場合、NMOSトランジスタM7はオフからオンへと切り替わる。そして、PMOSトランジスタM10、M11より成るカレントミラー回路が稼動して、PMOSトランジスタM8、M9より成るカレントミラー回路において定電流源ICを複製した定電流IBが生成される。この結果、誤差増幅器40の出力には当該定電流IBが重畳されるので、誤差電圧Vgの電位が上昇していき、誤差電圧Vgの立ち上がり時間が短縮することになる。
The rise time
<立ち上がり時間調整回路>
===ダイオードM20の働き===
図3は、本発明の一実施形態に係る立ち上がり時間調整回路50の構成を示す図である。
<Rise time adjustment circuit>
=== Function of Diode M20 ===
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the rise
立ち上がり時間調整回路50は、定電流ICを生成する定電流源52と、ダイオードM20と、比較器55と、によって構成される。尚、定電流源52とダイオードM20によって構成される回路は、本発明に係る『閾値電圧生成回路』の一実施形態であり、比較器55と立ち上がり時間調整用電源46のNMOSトランジスタM7とによって構成される回路は、本発明に係る『立ち上がり時間調整回路』の一実施形態である。
The rise
ダイオードM20は、ドレイン電極とゲート電極を短絡することでダイオードとして機能させ、定電流ICが順方向に流れることで第2の閾値電圧Vt2’(順方向電圧)を生成する。尚、本実施形態のダイオードM20としては、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2の第1の閾値電圧Vt1よりも低い第2の閾値電圧Vt2’を持つMOSトランジスタを採用する。即ち、つぎの式(1)が成立することになる。
第2の閾値電圧Vt2’< 第1の閾値電圧Vt1 ・・・式(1)
例えば、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2としてDMOSトランジスタを採用する場合、高耐圧のMOSトランジスタであるほど閾値電圧が高くなる性質があるので、ダイオードM20として低耐圧のNMOSトランジスタを採用することによって、式(1)の条件を容易に成立させることができる。
The diode M20 functions as a diode by short-circuiting the drain electrode and the gate electrode, and generates a second threshold voltage Vt2 ′ (forward voltage) when the constant current IC flows in the forward direction. As the diode M20 of the present embodiment, a MOS transistor having a second threshold voltage Vt2 ′ lower than the first threshold voltage Vt1 of the first and second sink-side transistors D1 and D2 is employed. That is, the following formula (1) is established.
2nd threshold voltage Vt2 '<1st threshold voltage Vt1 ... Formula (1)
For example, when DMOS transistors are used as the first and second sink-side transistors D1 and D2, the threshold voltage becomes higher as the higher withstand voltage MOS transistor is used. Therefore, a low withstand voltage NMOS transistor is used as the diode M20. By doing so, the condition of Formula (1) can be easily satisfied.
比較器55は、第2の閾値電圧Vt2’と誤差電圧Vgを比較して、誤差増幅器40が有する立ち上がり時間調整用電源46を作動又は停止させるための立ち上がり時間調整制御信号CTLを生成する。比較器55は、誤差電圧Vgが第2の閾値電圧Vt2’を下回る間、立ち上がり時間の調整を行うために、立ち上がり時間調整用電源46による調整を行うためのHレベルの立ち上がり時間調整制御信号CTLを生成する。この結果、誤差電圧Vg、すなわち、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが第2の閾値電圧Vt2’となるまで急速に立ち上がることになる。また、比較器55は、誤差電圧Vgが第2の閾値電圧Vt2’を上回るとき、通常の定電流駆動に切り替えるために、立ち上がり時間調整用電源46による立ち上がり時間の調整を停止させるためのLレベルの立ち上がり時間調整制御信号CTLを生成する。
The
以上の構成により、立ち上がり時間調整回路50は、プロセッサ200からモータ駆動指令INA、INBを受けた場合(図4(a)参照)、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2の第1の閾値電圧Vt1となるまで急速に立ち上がるのではなく(図4(b)破線参照)、第1の閾値電圧Vt1よりも低い第2の閾値電圧Vt2’となるまで(図4(b)実線参照)急速に立ち上がることになる。そして、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが、第2の閾値電圧Vt2’を上回ったとき、立ち上がり時間調整回路50による立ち上がり時間の調整が停止し、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsは、立ち上がり時間調整用電源46の影響を受けない通常動作時の誤差電圧Vgによって徐々に立ち上がっていくことになる。そして、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが、第1の閾値電圧Vt1を超えたときに導通し、モータコイルLにコイル電流ILが流れ始める(図4(c)参照)。
With the above configuration, when the rise
この結果、定電流ドライバ100の仕様に応じて、誤差増幅器40に印加させる基準電圧Vrを0V付近まで減少させた場合、それに追従した形で誤差電圧Vgも低下していくことになるが、比較器55において立ち上がり時間調整を行うための基準電圧を、従来の第1の閾値電圧Vt1から第2の閾値電圧Vt2’まで予め低下させているので、基準電圧Vrに比例する形で電流検出抵抗Rdによって検出されるコイル電流ILの方もさらに減少していく。
As a result, when the reference voltage Vr applied to the
即ち、本発明に係る立ち上がり時間調整回路50によれば、従来の立ち上がり時間調整回路330と対比して、プロセッサ200からモータ駆動指令INA、INBを受けてからコイル電流ILが流れ始めるまで若干の遅延時間(図4(c)の時間t0から時間t1を参照)を伴うものの、基準電圧Vrが0V付近において基準電圧Vrとコイル電流ILの関係が非線形とはならず、基準電圧Vrを0Vから高くしていく際のコイル電流ILの線形性を確保することができる。換言すると、モータ駆動指令INA、INBを受けてからコイル電流ILが流れ始めるまでの遅延時間の短縮化と、基準電圧Vrとコイル電流ILとの線形性とを、バランス良く実現できる。よって、基準電圧Vrが0V付近において立ち上がり時間調整回路50の誤動作を防止でき、定電流ドライバ100における定電流駆動の際の制御特性を向上することができる。
That is, according to the rise
===閾値電圧調整用抵抗の働き===
ところで、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2をDMOSトランジスタとし、ダイオードM20をNMOSトランジスタとした場合、第1の閾値電圧Vt1と第2の閾値電圧Vt2’のレベルが離れすぎてしまい、立ち上がり時間調整回路50の本来の目的である、モータ駆動指令INA、INBを受けてからコイル電流ILが流れ始めるまでの遅延時間が長くなる恐れがある。そこで、立ち上がり時間調整回路50は、第2の閾値電圧Vt2’を第1の閾値電圧Vt1に近づける調整を行うため、図3に示すように、ダイオードM20のソース電極とシンク側電源GNDとの間に、閾値電圧調整用抵抗R20を配設することが好ましい。この場合、比較器55の非反転入力に印加される第2の閾値電圧Vt2は、定電流源52において生成された定電流ICがダイオードM20を介して閾値電圧調整用抵抗R20に流れることで生じた閾値電圧調整用抵抗R20の電圧降下(=R20×IC)と、第2の閾値電圧Vt2’と、を加算した電圧となり、つぎの式(2)の関係が成立する。
Vt2 = Vt2’+R20×IC < Vt1 ・・・式(2)
=== Function of the threshold voltage adjusting resistor ===
By the way, when the first and second sink-side transistors D1 and D2 are DMOS transistors and the diode M20 is an NMOS transistor, the levels of the first threshold voltage Vt1 and the second threshold voltage Vt2 ′ are too far apart. There is a possibility that the delay time until the coil current IL starts to flow after receiving the motor drive commands INA and INB, which is the original purpose of the rise
Vt2 = Vt2 ′ + R20 × IC <Vt1 Formula (2)
以上の閾値電圧調整用抵抗R20を加えた構成により、立ち上がり時間調整回路50は、プロセッサ200からモータ駆動指令INA、INBを受けた場合(図5(a)参照)、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが、第2の閾値電圧Vt2’を超えて第2の閾値電圧Vt2(=Vt2’+R20×IC)となるまで(図5(b)実線参照)急速に立ち上がる。そして、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが、第2の閾値電圧Vt2を上回ったとき、立ち上がり時間調整回路50による調整が停止し、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsは、立ち上がり時間調整用電源46の影響を受けない誤差電圧Vgによって徐々に立ち上がっていくことになる。そして、第1又は第2のシンク側トランジスタD1、D2のゲート/ソース間電圧Vgsが、第1の閾値電圧Vt1を超えたときにオンとなり、モータコイルLにコイル電流ILが流れ始める(図5(c)参照)。
With the configuration in which the threshold voltage adjusting resistor R20 is added, the rise
この結果、第1の閾値電圧Vt1と第2の閾値電圧Vt2’のレベルが離れすぎた場合であっても、モータ駆動指令INA、INBを受けてからコイル電流ILが流れ始めるまでの遅延時間の短縮化と、基準電圧Vrとコイル電流ILとの線形性と、をさらにバランス良く実現することが可能となる。よって、基準電圧Vrが0V付近において立ち上がり時間調整回路50の誤動作を防止でき、定電流ドライバ100における定電流駆動の際の制御特性をさらに向上することができる。
As a result, even when the levels of the first threshold voltage Vt1 and the second threshold voltage Vt2 ′ are too far apart, the delay time from when the motor drive commands INA and INB are received until the coil current IL starts to flow is reduced. Shortening and linearity between the reference voltage Vr and the coil current IL can be realized with a better balance. Therefore, the malfunction of the rise
<その他の実施形態>
第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2としてDMOSトランジスタを採用するとともに、ダイオードM20として第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2と同一のDMOSトランジスタを採用してもよい。尚、この場合、ダイオードM20は、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2の第1の閾値電圧Vt1よりも低い第2の閾値電圧Vt2’を有したダイオードである必要がある。例えば、Bi−CDMOSプロセスの中のイオン注入工程によって閾値調整を行うことで、閾値電圧の異なる二種類のDMOSトランジスタを採用できる。
<Other embodiments>
DMOS transistors may be employed as the first and second sink-side transistors D1 and D2, and the same DMOS transistor as the first and second sink-side transistors D1 and D2 may be employed as the diode M20. In this case, the diode M20 needs to be a diode having a second threshold voltage Vt2 ′ lower than the first threshold voltage Vt1 of the first and second sink-side transistors D1 and D2. For example, two types of DMOS transistors having different threshold voltages can be adopted by performing threshold adjustment by an ion implantation step in a Bi-CDMOS process.
また、Hブリッジ回路10は、第1及び第2のソース側トランジスタU1、U2並びに第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2として、NPN型又はPNP型バイポーラトランジスタを用いて構成してもよい。この場合、立ち上がり時間調整回路50は、第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2のベース電極に供給されるベース電流の立ち上がり時間を調整することになる。また、この場合、前述した第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2がDMOSトランジスタの場合と同様の理由で、ダイオードM20としては第1及び第2のシンク側トランジスタD1、D2と同一の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。
Further, the
以上、本発明の実施形態について、その実施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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely based on the embodiment, it is not limited to this and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary.
5a〜5d 回生ダイオード
10 Hブリッジ回路
20a、20b ヒステリシスアンプ
30 駆動制御回路
40、310 誤差増幅器
42 差動増幅回路
44 カレントミラー回路
46 立ち上がり時間調整用電源
50、330 立ち上がり時間調整回路
52、332 定電流源
55 比較器
60、320 スイッチ
100、300 定電流ドライバ
101a、101b INA端子、INB端子
102 基準電圧端子
103a、103b OUTA端子、OUTB端子
104 VCC端子
105 GND端子
200 プロセッサ
5a to 5d Regenerative diode 10
Claims (4)
前記モータコイルに流れるコイル電流に相当する電圧降下と、前記コイル電流の基準とする基準電圧と、がそれぞれ印加され、当該電圧降下と基準電圧との誤差電圧を前記駆動トランジスタの制御電極に向けて出力するとともに、前記誤差電圧の立ち上がり時間を短縮させるための立ち上がり時間調整用電源を備えた誤差増幅器と、
前記駆動トランジスタが導通するか否かの基準となる第1の閾値電圧よりも低レベルであり、前記立ち上がり時間を短縮させる調整を行うか否かの基準となる第2の閾値電圧を生成する閾値電圧生成回路と、
前記誤差電圧と前記第2の閾値電圧との比較により前記モータコイルの通電を開始してから前記誤差電圧が前記第2の閾値電圧を上回るまで前記立ち上がり時間調整用電源をオンさせる制御を行う立ち上がり時間調整回路と、
を有することを特徴とするモータ駆動回路。 A motor drive that has four drive transistors connected to a motor coil in an H-bridge connection, and performs constant current drive that keeps the coil current flowing through the motor coil constant when the drive transistor is turned on to energize the motor coil. In the circuit
A voltage drop corresponding to the coil current flowing through the motor coil and a reference voltage used as a reference for the coil current are applied, and an error voltage between the voltage drop and the reference voltage is directed toward the control electrode of the drive transistor. An error amplifier having a power supply for rise time adjustment for reducing the rise time of the error voltage,
Threshold value for generating a second threshold voltage that is lower than a first threshold voltage that is a criterion for determining whether or not the drive transistor is conductive and that is a criterion for determining whether or not to perform the adjustment for shortening the rise time A voltage generation circuit;
Rise that performs control to turn on the rise time adjustment power source from the start of energization of the motor coil by comparing the error voltage and the second threshold voltage until the error voltage exceeds the second threshold voltage A time adjustment circuit;
A motor drive circuit comprising:
前記閾値電圧生成回路は、
ソース側電源とシンク側電源との間に直列接続された定電流源とダイオードを有し、
記定電流源において生成された電流が前記ダイオードに順方向に流れることで生じた前記ダイオードの順方向電圧を、前記第2の閾値電圧とすること、
を特徴とするモータ駆動回路。 The motor drive circuit according to claim 1,
The threshold voltage generation circuit includes:
A constant current source and a diode connected in series between the source side power source and the sink side power source,
A forward voltage of the diode generated by a current generated in the constant current source flowing in the forward direction to the diode is set as the second threshold voltage;
A motor drive circuit characterized by the above.
前記駆動トランジスタは、DMOSトランジスタとし、
前記ダイオードは、ドレイン電極とゲート電極を短絡させたNMOSトランジスタとすること、
を特徴とするモータ駆動回路。 In the motor drive circuit according to claim 2,
The drive transistor is a DMOS transistor,
The diode is an NMOS transistor in which a drain electrode and a gate electrode are short-circuited,
A motor drive circuit characterized by the above.
前記ダイオードと前記シンク側電源との間に配設される閾値電圧調整用抵抗を有し、
前記定電流源において生成された電流が前記ダイオードを介して前記閾値電圧調整用抵抗に流れることで生じた前記閾値電圧調整用抵抗の電圧降下と、前記ダイオードの順方向電圧とを加算した電圧を、前記第2の閾値電圧とすること、
を特徴とするモータ駆動回路。
In the motor drive circuit according to claim 2 or 3,
A threshold voltage adjusting resistor disposed between the diode and the sink-side power supply;
A voltage obtained by adding a voltage drop of the threshold voltage adjusting resistor generated by the current generated in the constant current source flowing through the diode to the threshold voltage adjusting resistor and the forward voltage of the diode. The second threshold voltage;
A motor drive circuit characterized by the above.
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