JP2008042975A

JP2008042975A - モータ駆動回路およびそれを用いた電子機器

Info

Publication number: JP2008042975A
Application number: JP2006210542A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sugie; 尚杉江
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-02
Also published as: JP5060750B2

Abstract

【課題】モータコイルに流れる電流の検出精度を高める。
【解決手段】第１端子１０２からモータコイル１５０を通って第２端子１０４に至る向きに電流を流す期間（第１の期間）の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が流れる経路に第１抵抗Ｒ１を設けた。また、逆向きに電流を流す期間（第２の期間）の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が流れる経路に第２抵抗Ｒ２を設けた。第１の期間では第１抵抗Ｒ１の両端の電圧を検出結果とし、第２の期間では第２抵抗Ｒ２の両端の電圧を検出結果とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータコイルに流れる電流に基づいてトルクを制御するモータ駆動技術に関する。

例えばモータ電流が許容最大値になるように制御するために、モータコイルに流れる電流を検出することが一般的に行われている（下記特許文献１）。特許文献１のモータ駆動装置は、Ｈブリッジの２つのローサイドスイッチの接地側を互いに接続し、その接続点および接地との間に設けられた抵抗を電流検出に用いている。
特開平８−１５４３８９号公報（特に図２）

いわゆるカレントリミットの機能においては特許文献１の技術は一定の成果を上げているといえる。しかし、モータコイルに流れる電流を一定にするように制御するとき、電流検出の精度を高めるために、特許文献１の技術には改善の余地がある。具体的には、特許文献１に記載のモータ電流検出回路では、ローサイドスイッチあるいはハイサイドスイッチのいずれかをパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号により駆動するとき回生電流を検出できないため、モータのトルク制御のためには電流検出の精度が十分とはいえない。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、モータコイルに流れる電流の検出精度を高めることにある。

本発明のある態様は、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを２組有し、モータコイルに通電するＨブリッジ回路と、モータコイルに流れる電流を検出し、その結果に応じた検出電圧を出力する電流検出回路と、検出電圧の大きさがトルク指示信号により定まる電圧値と一致するようにデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、モータコイルへの通電方向を指示する方向指示信号およびパルス信号に基づいてスイッチング回路を駆動するプリドライバとを備える。プリドライバは、対角に配置されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチのいずれか一方を固定的にオンするとともに、他方をパルス信号にもとづいて周期的にオンオフする。電流検出回路は、第１の組のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動する際に、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチの両方がオンする通電期間に流れる電流と、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチの少なくとも一方がオフとなる回生期間に流れる電流と、の両方が流れる経路上に設けられた第１抵抗と、第２の組のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動する際に、通電期間に流れる電流と、回生期間に流れる電流と、の両方が流れる経路上に設けられた第２抵抗とを有し、第１の組のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するときには第１抵抗の電圧降下を、第２の組のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するときには第２抵抗の電圧降下を、それぞれ検出結果として用いる。

この態様によると、通電期間に流れる電流および回生期間に流れる電流の双方が検出されるので、モータコイルの電流の検出精度が増し、モータのトルクをより正確に制御することができる。

本発明の別の態様もまた、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、モータコイルに通電するスイッチング回路と、モータコイルに流れる電流を検出し、その結果に応じた検出電圧を出力する電流検出回路と、検出電圧の大きさがトルク指示信号により定まる電圧値と一致するようにデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、モータコイルへの通電方向を指示する方向指示信号およびパルス信号に基づいてスイッチング回路を駆動するプリドライバとを備える。スイッチング回路は、モータコイルの両端にそれぞれ接続される第１端子および第２端子と、電源端子と第１端子との間に設けられた第１スイッチングトランジスタと、電源端子と第２端子との間に設けられた第２スイッチングトランジスタと、第１端子と固定電圧端子との間に設けられた第３スイッチングトランジスタと、第２端子と固定電圧端子との間に設けられた第４スイッチングトランジスタとを有する。プリドライバは、第１の向きの電流をモータコイルに流すとき、第１スイッチングトランジスタおよび第４スイッチングトランジスタのいずれか一方を固定的にオンし、他方をパルス信号に基づいて周期的にオンオフし、第２の向きの電流をモータコイルに流すとき、第２スイッチングトランジスタおよび第３スイッチングトランジスタのいずれか一方を固定的にオンし、他方をパルス信号に基づいて周期的にオンオフする。電流検出回路は、第１の向きの電流が流れるときに、第１スイッチングトランジスタおよび第４スイッチングトランジスタが同時にオンする期間にモータコイルに流れる電流と、第１スイッチングトランジスタおよび第４スイッチングトランジスタのいずれか一方がオフする期間にモータコイルに流れる電流と、の両方が流れる経路に設けられた第１抵抗と、第２の向きに電流が流れるときに、第２スイッチングトランジスタおよび第３スイッチングトランジスタが同時にオンする期間にモータコイルに流れる電流と、第２スイッチングトランジスタおよび第３スイッチングトランジスタのいずれか一方がオフする期間にモータコイルに流れる電流と、の両方が流れる経路に設けられた第２抵抗とを有し、第１の向きの電流が流れるときには第１抵抗の電圧降下を、第２の向きに電流が流れるときには第２抵抗の電圧降下を、それぞれ検出結果として用いる。

この態様によると、第１の向きの電流が流れるときに一貫してモータコイルの電流が流れる経路に第１抵抗を設け、第１の向きの電流が流れるときは第１抵抗の電圧降下を検出結果として用いる。また、第２の向きの電流が流れるときに一貫してモータコイルの電流が流れる経路に第２抵抗を設け、第２の向きの電流が流れるときは第２抵抗の電圧降下を検出結果として用いる。これにより、第１の向きの電流が流れるときと、第２の向きの電流が流れるときとの両方につき、対となるハイサイドスイッチとローサイドスイッチの一方がオフの期間も含む全期間を通してモータコイルの電流を検出することができる。したがって、モータコイルの電流を精度よく検出でき、モータのトルクをより正確に制御することができる。

本発明のさらに別の態様もまた、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、モータコイルに通電するスイッチング回路と、モータコイルに流れる電流を検出し、その結果に応じた検出電圧を出力する電流検出回路と、検出電圧の大きさがトルク指示信号により定まる電圧値と一致するようにデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、モータコイルへの通電方向を指示する方向指示信号およびパルス信号に基づいてスイッチング回路を駆動するプリドライバとを備える。スイッチング回路は、モータコイルの両端にそれぞれ接続される第１端子および第２端子と、電源端子と第１端子との間に設けられた第１スイッチングトランジスタと、電源端子と第２端子との間に設けられた第２スイッチングトランジスタと、第１端子と固定電圧端子との間に設けられた第３スイッチングトランジスタと、第２端子と固定電圧端子との間に設けられた第４スイッチングトランジスタとを有する。第１の向きの電流をモータコイルに流すとき、プリドライバは、第１スイッチングトランジスタおよび第４スイッチングトランジスタのいずれか一方を固定的にオンし、他方をパルス信号に基づいて周期的にオンオフし、電流検出回路は、その固定的にオンされた方のスイッチングトランジスタの電圧降下を検出結果として用いる。第２の向きの電流をモータコイルに流すとき、プリドライバは、第２スイッチングトランジスタおよび第３スイッチングトランジスタのいずれか一方を固定的にオンし、他方をパルス信号に基づいて周期的にオンオフし、電流検出回路は、その固定的にオンされた方のスイッチングトランジスタの電圧降下を検出結果として用いる。

この態様によると、第１の向きの電流をモータコイルに流すときに固定的にオンされるスイッチングトランジスタの電圧降下を、第１の向きの電流が流れるときの検出結果として用いる。また、第２の向きの電流をモータコイルに流すときに固定的にオンされるスイッチングトランジスタの電圧降下を、第２の向きの電流が流れるときの検出結果として用いる。これにより、別途電流検出用に抵抗を設けなくとも、第１の向きの電流が流れるときと、第２の向きの電流が流れるときとの両方につき、対となるハイサイドスイッチとローサイドスイッチの一方がオフの期間も含む全期間を通してモータコイルの電流を検出することができる。したがって、モータコイルの電流を精度よく検出でき、モータのトルクをより正確に制御することができる。また、電流検出用の抵抗が不要となるため、その分だけ損失を低減でき、高効率である。

本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、モータと、このモータを駆動する上記のモータ駆動回路とを備える。

この態様によると、正確なトルク制御によるメリットを電子機器として享受でき、電子機器の価値が高められる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を、方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、モータコイルに流れる電流の検出精度を高めることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかるモータ駆動回路１００の構成を示す。この回路は、例えばデジタルカメラの絞りやオートフォーカス、ズームレンズ用のモータを駆動するモータドライバとして使用することができる。
モータ駆動回路１００は、Ｈブリッジ回路１２と、電流検出回路１４と、パルス信号生成部１６と、プリドライバ１８とを備え、これらは１つの半導体基板上に一体集積化される。なお、「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などが半導体基板の外部に設けられていてもよい。１つの半導体基板上に一体集積化することにより、電子機器への搭載が容易となる。モータ駆動回路１００は、電源端子１０６から電源電圧Ｖｄｄを入力し、固定電圧端子１０８を介して接地に接続される。

Ｈブリッジ回路１２は、モータコイル１５０に通電するスイッチング回路である。
電流検出回路１４は、モータコイル１５０に流れる電流を検出し、その結果に応じた検出電圧Ｖｄｅｔを出力する。
パルス信号生成部１６は、検出電圧Ｖｄｅｔの大きさがトルク指示信号Ｓｔｒｑにより定まる電圧値と一致するようにデューティ比が変化するパルス信号Ｖｐｌｓを生成する。パルス信号生成部１６には、一般的なＰＷＭ回路を用いることができる。トルク指示信号Ｓｔｒｑは、例えば図示しないマイクロプロセッサから供給される。
プリドライバ１８は、モータコイル１５０への通電方向を指示する方向指示信号Ｓｄｒｃおよびパルス信号Ｖｐｌｓに基づいて後述のプリドライブ信号Ｖ１ないしＶ４を生成・出力し、それらの信号によりＨブリッジ回路１２を駆動する。方向指示信号Ｓｄｒｃは、ロータの位置を検出した結果に基づいて生成される２値信号である。この２値信号がハイレベルおよびローレベルのいずれであるかにより、モータコイル１５０に流す電流の向きが決定される。ロータの位置検出には種々の公知技術を用いることができる。

Ｈブリッジ回路１２は、第１端子１０２と、第２端子１０４と、第１スイッチングトランジスタＭ１と、第２スイッチングトランジスタＭ２と、第３スイッチングトランジスタＭ３と、第４スイッチングトランジスタＭ４とを備える。

第１スイッチングトランジスタＭ１および第２スイッチングトランジスタＭ２は、それぞれＨブリッジ回路１２のハイサイドスイッチを構成する。図１では、それらがＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である場合を示している。
第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４は、それぞれＨブリッジ回路１２のローサイドスイッチを構成する。図１では、それらがＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである場合を示している。
本実施の形態では、第１スイッチングトランジスタＭ１ないし第４スイッチングトランジスタＭ４の各々のバックゲートおよびドレイン間のボディダイオードを回生電流の経路として利用する。

第１端子１０２および第２端子１０４は、モータコイル１５０の両端にそれぞれ接続される。第１スイッチングトランジスタＭ１のソースは電源端子１０６に、ドレインは第１端子１０２にそれぞれ接続される。第２スイッチングトランジスタＭ２のソースは電源端子１０６に、ドレインは第２端子１０４にそれぞれ接続される。第３スイッチングトランジスタＭ３のドレインは第１端子１０２に、ソースは後述する第２抵抗Ｒ２を介して固定電圧端子１０８にそれぞれ接続される。第４スイッチングトランジスタＭ４のドレインは第２端子１０４に、ソースは後述する第１抵抗Ｒ１を介して固定電圧端子１０８にそれぞれ接続される。

第１スイッチングトランジスタＭ１ないし第４スイッチングトランジスタＭ４のゲートは、プリドライバ１８から出力されるプリドライブ信号Ｖ１ないしＶ４によりそれぞれ駆動される。詳細は後述のタイムチャートのところで説明する。

電流検出回路１４は、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、第３スイッチＳＷ３と、第４スイッチＳＷ４と、増幅器４２とを備える。第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２は、１つの半導体基板上にてペアリングされる。なお、「ペアリングする」とは、同一種類の複数の素子を、１つの半導体基板上の近接した位置に作り込むことにより、それらの素子の特性に関して、製造誤差、温度変化にともなう変動等を揃えることをいう。第１スイッチＳＷ１ないし第４スイッチＳＷ４の各々は、例えばＭＯＳＦＥＴによる電子的なスイッチである。

第１抵抗Ｒ１は、第４スイッチングトランジスタＭ４のソースと固定電圧端子１０８とを接続する経路に設けられる。第２抵抗Ｒ２は、第３スイッチングトランジスタＭ３のソースと固定電圧端子１０８とを接続する経路に設けられる。第１スイッチＳＷ１は、第３スイッチングトランジスタＭ３および第２抵抗Ｒ２の接点と、増幅器４２の非反転入力端子とを接続する経路に設けられる。第２スイッチＳＷ２は、第２抵抗Ｒ２および固定電圧端子１０８の接点と、増幅器４２の反転入力端子とを接続する経路に設けられる。第３スイッチＳＷ３は、第１抵抗Ｒ１および固定電圧端子１０８の接点と、増幅器４２の反転入力端子とを接続する経路に設けられる。第４スイッチＳＷ４は、第４スイッチングトランジスタＭ４および第１抵抗Ｒ１の接点と、増幅器４２の非反転入力端子とを接続する経路に設けられる。

第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、第２抵抗Ｒ２の両端の電位差すなわち電圧降下を増幅器４２に入力するためのスイッチである。第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４は、第１抵抗Ｒ１の両端の電位差を増幅器４２に入力するためのスイッチである。第１スイッチＳＷ１ないし第４スイッチＳＷ４のオンオフを制御する信号は、プリドライバ１８からのプリドライブ信号の一部を流用してもよいし、図示しないスイッチ制御回路からの信号を用いてもよい。これらのスイッチのオンオフタイミングについては、後述のタイムチャートのところで詳述する。
増幅器４２は、第１抵抗Ｒ１あるいは第２抵抗Ｒ２の両端の電位差を増幅し、検出電圧Ｖｄｅｔとしてパルス信号生成部１６に出力する。

以下、図１を参照しながらタイムチャートによりモータ駆動回路１００の動作を説明する。

図２は、図１の第１スイッチングトランジスタＭ１ないし第４スイッチングトランジスタＭ４および第１スイッチＳＷ１ないし第４スイッチＳＷ４のオンオフを示すタイムチャートである。

「Ｔ１」で示される期間は、第１端子１０２からモータコイル１５０を通って第２端子１０４に至る向き（以下「第１の向き」と表記する）に電流を流す期間を示す。この期間を以下「第１の期間」と表記する。「Ｔ２」で示される期間は、第１の向きと反対の向き（以下「第２の向き」と表記する）に電流を流す期間を示す。この期間を以下「第２の期間」と表記する。プリドライバ１８は、方向指示信号Ｓｄｒｃに応じて、第１の期間と第２の期間とを繰り返すようにＨブリッジ回路１２を駆動する。

第１の期間において、プリドライバ１８は、第１スイッチングトランジスタＭ１を周期的にオンオフし、第４スイッチングトランジスタＭ４を固定的にオンする。一方、第２スイッチングトランジスタＭ２および第３スイッチングトランジスタＭ３をオフする。電流検出回路１４は、第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４をオンし、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２をオフする。

第１スイッチングトランジスタＭ１および第４スイッチングトランジスタＭ４がともにオンしている期間（以下「第１駆動期間」という）では、モータコイル１５０の電流は、電源端子１０６から第１スイッチングトランジスタＭ１、第１端子１０２、モータコイル１５０、第２端子１０４、第４スイッチングトランジスタＭ４、第１抵抗Ｒ１、固定電圧端子１０８という経路で流れる。
一方、第１スイッチングトランジスタＭ１がオフし、第４スイッチングトランジスタＭ４がオンしている期間（以下「第１回生期間」ともいう）では、モータコイル１５０の電流は、固定電圧端子１０８から第２抵抗Ｒ２、第３スイッチングトランジスタＭ３のボディダイオード、第１端子１０２、モータコイル１５０、第２端子１０４、第４スイッチングトランジスタＭ４、第１抵抗Ｒ１という経路で流れる。

ここで、第１の期間の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が第１抵抗Ｒ１に流れることに注目すべきである。換言すれば、本実施の形態では第１の期間の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が流れる経路に第１抵抗Ｒ１を設けている。そして電流検出回路１４はこの期間に第１抵抗Ｒ１の両端の電圧を検出結果とし、その電圧を増幅器４２で増幅して検出電圧Ｖｄｅｔとして出力する。これにより、第１の期間の全体を通して、すなわち第１駆動期間および第１回生期間の両方において、モータコイル１５０に流れる電流を検出できる。

第２の期間において、プリドライバ１８は、第２スイッチングトランジスタＭ２を周期的にオンオフし、第３スイッチングトランジスタＭ３を固定的にオンする。一方、第１スイッチングトランジスタＭ１および第４スイッチングトランジスタＭ４をオフする。電流検出回路１４は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２をオンし、第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４をオフする。

第２スイッチングトランジスタＭ２および第３スイッチングトランジスタＭ３がともにオンしている期間（以下「第２駆動期間」という）では、モータコイル１５０の電流は、電源端子１０６から第２スイッチングトランジスタＭ２、第２端子１０４、モータコイル１５０、第１端子１０２、第３スイッチングトランジスタＭ３、第２抵抗Ｒ２、固定電圧端子１０８という経路で流れる。
一方、第２スイッチングトランジスタＭ２がオフし、第３スイッチングトランジスタＭ３がオンしている期間（以下「第２回生期間」ともいう）では、モータコイル１５０の電流は、固定電圧端子１０８から第１抵抗Ｒ１、第４スイッチングトランジスタＭ４のボディダイオード、第２端子１０４、モータコイル１５０、第１端子１０２、第３スイッチングトランジスタＭ３、第２抵抗Ｒ２という経路で流れる。

ここで、第２の期間の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が第２抵抗Ｒ２に流れることに注目すべきである。換言すれば、本実施の形態では第２の期間の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が流れる経路に第２抵抗Ｒ２を設けている。そして電流検出回路１４はこの期間に第２抵抗Ｒ２の両端の電圧を検出結果とし、その電圧を増幅器４２で増幅して検出電圧Ｖｄｅｔとして出力する。これにより、第２の期間の全体を通して、すなわち第２駆動期間および第２回生期間の両方において、モータコイル１５０に流れる電流を検出できる。

このように本実施の形態のモータ駆動回路１００によれば、電流検出回路１４は、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２により第１の期間および第２の期間の全体を通してモータコイル１５０に流れる電流を検出できる。したがって、電流検出の精度が高められ、モータのトルクをより正確に制御することができる。また、従来技術のように抵抗１つで電流を検出する場合と比較して検出結果の変動が小さくなるため、検出結果の電圧を増幅する増幅器の性能はごく一般的なもので足り、コスト安である。

また、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２が１つの半導体基板上にてペアリングされるため、それらの抵抗値および電気的特性の相対的な誤差が最小限に抑えられ、電流検出の精度が高められる。

さらに、第１抵抗Ｒ１に流れる電流は、第１の期間の全体を通して同じ向きである。同様に、第２抵抗Ｒ２に流れる電流は、第２の期間の全体を通して同じ向きである。したがって、電流検出回路１４において電流の検出結果としての電圧を反転させる必要がないため、第１の期間および第２の期間の全体を通してモータコイル１５０に流れる電流を検出するために構成が複雑化するリスクを低減できる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態のモータ駆動回路１００では、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２により第１の期間および第２の期間の全体を通してモータコイル１５０に流れる電流を検出した。第２の実施の形態のモータ駆動回路２００では第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２を設けずにモータコイル１５０に流れる電流を同様に検出する。このために、第２の実施の形態のモータ駆動回路２００では、図１の第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２の代わりに、第４スイッチングトランジスタＭ４および第３スイッチングトランジスタＭ３のオン抵抗を用いる。なお、「オン抵抗」とは、スイッチングトランジスタをオンしたときのチャンネル抵抗をいう。

図３は、第２の実施の形態にかかるモータ駆動回路２００の構成を示す。モータ駆動回路２００にも図２のタイムチャートが適用される。図３において、図１に示されたものと同一または同様の構成要素には同一の符号を付して適宜説明を省略する。以下、相違点を中心に説明する。

モータ駆動回路２００では、第４スイッチングトランジスタＭ４および第３スイッチングトランジスタＭ３は、それぞれ図１の場合と同様にＨブリッジ回路１２のローサイドスイッチを構成するとともに、図１と異なり、各オン抵抗が第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２の代わりに電流検出のために用いられる。また、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４は、図３においては１つの半導体基板上にてペアリングされる。また、図１と比較して、モータ駆動回路２００は、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４のオン抵抗の特性を補償する特性補償回路５６をさらに備えている。特性補償回路５６は、検出電圧Ｖｄｅｔの変化に加え、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４のオン抵抗の変化に応じて、パルス信号Ｖｐｌｓのデューティ比を変化させる。具体的には、トルク指示信号Ｓｔｒｑにより定まるトルク制御電圧Ｖｔｒｑの値を変化させる。特性補償回路５６の構成については後述する。

図１の第１抵抗Ｒ１と同様に、図３の第４スイッチングトランジスタＭ４のソース・ドレイン間にも第１の期間の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が流れる。また、図１の第２抵抗Ｒ２と同様に、図３の第３スイッチングトランジスタＭ３のソース・ドレイン間にも第２の期間の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が流れる。

図２のタイムチャートを参照すれば、第１の期間では第４スイッチングトランジスタＭ４のソース・ドレイン間の電圧が電流検出回路５４におけるモータコイル１５０に流れる電流の検出結果となる。同様に第２の期間では第３スイッチングトランジスタＭ３のソース・ドレイン間の電圧がモータコイル１５０に流れる電流の検出結果となる。

したがって、第２の実施の形態のモータ駆動回路２００によれば、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２を設けなくとも、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４のオン抵抗を用いることで、第１の期間および第２の期間の全体を通してモータコイル１５０に流れる電流を検出できる。
さらに、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２を除いた分、それらの抵抗による損失がなくなるためモータ駆動が効率化される。
また、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４が１つの半導体基板上にてペアリングされるため、これらのオン抵抗の抵抗値および電気的特性の相対的な誤差が最小限に抑えられ、電流検出の精度が高められる。

図４は、図３の特性補償回路５６の構成を示す。
特性補償回路５６は、モニタ用トランジスタＭ５と、電流源６２と、バッファ６４と、ＤＡＣ６６（ＤＡＣ：Digital-Analog Converter）とを備える。ＤＡＣ６６は、抵抗ラダーおよびスイッチ群を有する。トルク指示信号Ｓｔｒｑにより、ＤＡＣ６６のスイッチ群の中から１つのスイッチが選択される。このスイッチを介して出力される電圧が、トルク制御電圧Ｖｔｒｑである。トルク制御電圧Ｖｔｒｑは、ＤＡＣ６６からパルス信号生成部１６に出力される。

モニタ用トランジスタＭ５は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、１つの半導体基板上にて図３の第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４とペアリングされる。したがって、それらのオン抵抗および電気的特性の相対的な誤差は最小限に抑えられる。また、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４、モニタ用トランジスタＭ５は、それぞれゲートが電源電圧Ｖｄｄにより駆動されるので、それらのオン抵抗の電源電圧特性が揃えられる。

電流源６２およびモニタ用トランジスタＭ５は、電源端子１０６と固定電圧端子１０８との間に直列接続される。
モニタ用トランジスタＭ５のソースは固定電圧端子１０８に、ドレインはバッファ６４の入力にそれぞれ接続される。モニタ用トランジスタＭ５のゲートは電源端子１０６に接続される。したがって、モニタ用トランジスタＭ５は常時オンされる。

電流源６２は、図３のモータコイル１５０に供給すべき電流と同じ大きさの電流をモニタ用トランジスタＭ５に流す。
バッファ６４は、その出力をＤＡＣ６６の高電位側基準電圧とする。

いま、温度上昇により第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４のオン抵抗が大きくなったことを考える。このとき、同じ大きさの電流が流れていても、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４のソース・ドレイン間の電圧は温度上昇前よりも大きくなる。そうすると、同じ大きさの電流が流れているにも関わらず電流検出回路５４は電流が大きくなったときと同じように検出電圧Ｖｄｅｔを変化させる。そしてパルス信号生成部１６はパルス信号Ｖｐｌｓのデューティ比を変化させてモータコイル１５０に流れる電流を抑制しようとする。この点、図４の特性補償回路５６を設けると、温度上昇に伴ってトルク制御電圧Ｖｔｒｑの電圧値が大きくなる。なぜなら、モニタ用トランジスタＭ５オン抵抗も上昇してそのソース・ドレイン間の電圧が大きくなり、バッファ６４から出力されるＤＡＣ６６の高電位側基準電圧が大きくなるからである。このことが、パルス信号生成部１６が生成するパルス信号Ｖｐｌｓのデューティ比を変化させてモータコイル１５０に流れる電流を大きくしようとする。すなわち、温度上昇時、電流検出回路５４からの検出電圧Ｖｄｅｔの変化による影響と相殺するようにトルク制御電圧Ｖｔｒｑが変化する。したがって、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４の各オン抵抗の温度特性が補償される。電源電圧Ｖｄｄの変化によりオン抵抗が大きくなったときも同様に補償される。逆にオン抵抗が小さくなった場合、検出電圧Ｖｄｅｔがパルス信号Ｖｐｌｓのデューティ比を変化させてモータコイル１５０に流れる電流を大きくしようとするのに対し、トルク制御電圧Ｖｔｒｑは電圧値が小さくなることにより、パルス信号Ｖｐｌｓのデューティ比を変化させてモータコイル１５０に流れる電流を小さくしようとする。それらの影響が相殺され、オン抵抗が小さくなった場合の影響も補償される。

このように、特性補償回路５６を設けることで、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４の各オン抵抗が種々の要因から変化しても、その変化による影響が軽減されるため、それを設けない場合と比較してより正確なトルク制御が可能となる。

上記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。以下、変形例を列挙する。

（変形例１）
第１の実施の形態では、第４スイッチングトランジスタＭ４のソースと固定電圧端子１０８とを接続する経路に第１抵抗Ｒ１を設け、第３スイッチングトランジスタＭ３のソースと固定電圧端子１０８とを接続する経路に第２抵抗Ｒ２を設けた。しかし第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２を設ける経路はこれに限定されない。
変形例においては、第１抵抗Ｒ１は、第４スイッチングトランジスタＭ４のドレインと第２端子１０４とを接続する経路に設けられてもよい。この経路にも第１の期間の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が流れるので、第１の期間の全体を通して、モータコイル１５０に流れる電流を検出できる。
また、変形例においては、第２抵抗Ｒ２は、第３スイッチングトランジスタＭ３のドレインと第１端子１０２とを接続する経路に設けられてもよい。この経路にも第２の期間の全体を通してモータコイル１５０の電流と同じ電流が流れるので、第２の期間の全体を通して、モータコイル１５０に流れる電流を検出できる。

（変形例２）
実施の形態では、プリドライバ１８は、第１の期間において、第１スイッチングトランジスタＭ１を周期的にオンオフし、第４スイッチングトランジスタＭ４を固定的にオンした。また、第２の期間において、第２スイッチングトランジスタＭ２を周期的にオンオフし、第３スイッチングトランジスタＭ３を固定的にオンした。
変形例においてはこれと逆に、プリドライバ１８は、第１の期間において、第４スイッチングトランジスタＭ４を周期的にオンオフし、第１スイッチングトランジスタＭ１を固定的にオンする。また、第２の期間において、第３スイッチングトランジスタＭ３を周期的にオンオフし、第２スイッチングトランジスタＭ２を固定的にオンする。

この変形例を第１の実施の形態に適用する場合、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２を設ける経路を変更する。第１抵抗Ｒ１を設ける経路は、第１スイッチングトランジスタＭ１のソースと電源端子１０６とを接続する経路あるいは第１スイッチングトランジスタＭ１のドレインと第１端子１０２とを接続する経路であってもよい。第２抵抗Ｒ２を設ける経路は、第２スイッチングトランジスタＭ２のソースと電源端子１０６とを接続する経路あるいは第２スイッチングトランジスタＭ２のドレインと第２端子１０４とを接続する経路であってもよい。この場合も、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。

この変形例を第２の実施の形態に適用する場合、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２の代わりとなるスイッチングトランジスタを変更する。つまり、電流検出回路５４は、第１の期間に第１スイッチングトランジスタＭ１のソース・ドレイン間の電圧をモータコイル１５０に流れる電流の検出結果とし、第２の期間では第２スイッチングトランジスタＭ２のソース・ドレイン間の電圧をモータコイル１５０に流れる電流の検出結果とする。この場合も、第２の実施の形態と同様の作用効果が得られる。

（変形例３）
実施の形態では、プリドライバ１８は、第１の期間において第３スイッチングトランジスタＭ３はオフした。変形例では第１の期間において第３スイッチングトランジスタＭ３を第１スイッチングトランジスタＭ１と排他的にオンオフし、同期整流を行う。第２の期間についても同様に、第４スイッチングトランジスタＭ４を第２スイッチングトランジスタＭ２と排他的にオンオフし、同期整流を行う。これにより、第１回生期間の電流の経路に第３スイッチングトランジスタＭ３のソース・ドレイン間チャンネルを、第２回生期間の電流の経路に第４スイッチングトランジスタＭ４のソース・ドレイン間チャンネルをそれぞれ利用できる。したがって、第３スイッチングトランジスタＭ３および第４スイッチングトランジスタＭ４の各ボディダイオードを経路とする場合と比較して、スイッチングトランジスタによる電圧降下を小さくできるので、モータの駆動効率が高められる。

（その他の変形例）
実施の形態では、増幅器４２の反転入力端子に接続する第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３をそれぞれ設けたが、これらは１つであってもよい。あるいは、２つとも省略して、増幅器４２の反転入力端子には固定電圧端子１０８から固定的に固定電圧を入力してもよい。

実施の形態では第１スイッチングトランジスタＭ１および第２スイッチングトランジスタＭ２をＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴとした。変形例においては、それらをＮチャンネルＭＯＳＦＥＴとしてもよい。この場合、図１あるいは図３において、第１スイッチングトランジスタＭ１および第２スイッチングトランジスタＭ２のソース・ドレインの位置を交換する。

実施の形態では第１スイッチングトランジスタＭ１ないし第４スイッチングトランジスタＭ４をＭＯＳＦＥＴとした場合を説明した。変形例においては、各スイッチングトランジスタをバイポーラトランジスタとしてもよい。この場合、ハイサイドスイッチをＰＮＰトランジスタとし、ローサイドスイッチをＮＰＮトランジスタとし、コレクタ・エミッタ・ベースをそれぞれドレイン・ソース・ゲートと対応づけることで、図１あるいは図３の構成を準用できる。なお、回生電流の経路を確保するためのダイオードは適宜設ければよい。

実施の形態では第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２をＩＣに内蔵した場合を説明した。変形例においては、それらの抵抗は外付けされてもよい。

実施の形態ではモータ駆動回路が１つの半導体基板上にて一体集積化された場合を説明したが、これに限定されることはなく、一部または全部の回路素子がディスクリート部品にて構成されてもよい。特に第１スイッチングトランジスタＭ１ないし第４スイッチングトランジスタＭ４は外付けされてもよい。

第１の実施の形態にかかるモータ駆動回路の構成を示す回路図である。図１の第１スイッチングトランジスタないし第４スイッチングトランジスタおよび第１スイッチないし第４スイッチのオンオフを示すタイムチャートである。第２の実施の形態にかかるモータ駆動回路の構成を示す回路図である。図３の特性補償回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１２・・・Ｈブリッジ回路、１４・・・電流検出回路、１６・・・パルス信号生成部、１８・・・プリドライバ、１００・・・モータ駆動回路、１０２・・・第１端子、１０４・・・第２端子、１０６・・・電源端子、１０８・・・固定電圧端子、１５０・・・モータコイル、Ｍ１・・・第１スイッチングトランジスタ、Ｍ２・・・第２スイッチングトランジスタ、Ｍ３・・・第３スイッチングトランジスタ、Ｍ４・・・第４スイッチングトランジスタ、Ｒ１・・・第１抵抗、Ｒ２・・・第２抵抗、Ｓｔｒｑ・・・トルク指示信号、Ｖｔｒｑ・・・トルク制御電圧、Ｖｄｅｔ・・・検出電圧、Ｖｐｌｓ・・・パルス信号。

Claims

ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを２組有し、モータコイルに通電するＨブリッジ回路と、
前記モータコイルに流れる電流を検出し、その結果に応じた検出電圧を出力する電流検出回路と、
前記検出電圧の大きさがトルク指示信号により定まる電圧値と一致するようにデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記モータコイルへの通電方向を指示する方向指示信号および前記パルス信号に基づいて前記Ｈブリッジ回路を駆動するプリドライバとを備え、
前記プリドライバは、対角に配置されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチのいずれか一方を固定的にオンするとともに、他方を前記パルス信号にもとづいて周期的にオンオフし、
前記電流検出回路は、
第１の組のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動する際に、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチの両方がオンする通電期間に流れる電流と、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチの少なくとも一方がオフとなる回生期間に流れる電流と、の両方が流れる経路上に設けられた第１抵抗と、
第２の組のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動する際に、通電期間に流れる電流と、回生期間に流れる電流と、の両方が流れる経路上に設けられた第２抵抗とを有し、
前記第１の組のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するときには前記第１抵抗の電圧降下を、前記第２の組のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するときには前記第２抵抗の電圧降下を、それぞれ検出結果として用いることを特徴とするモータ駆動回路。
モータコイルに通電するスイッチング回路と、
前記モータコイルに流れる電流を検出し、その結果に応じた検出電圧を出力する電流検出回路と、
前記検出電圧の大きさがトルク指示信号により定まる電圧値と一致するようにデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記モータコイルへの通電方向を指示する方向指示信号および前記パルス信号に基づいて前記スイッチング回路を駆動するプリドライバとを備え、
前記スイッチング回路は、
モータコイルの両端にそれぞれ接続される第１端子および第２端子と、
電源端子と前記第１端子との間に設けられた第１スイッチングトランジスタと、
前記電源端子と前記第２端子との間に設けられた第２スイッチングトランジスタと、
前記第１端子と固定電圧端子との間に設けられた第３スイッチングトランジスタと、
前記第２端子と前記固定電圧端子との間に設けられた第４スイッチングトランジスタとを有し、
前記プリドライバは、
第１の向きの電流を前記モータコイルに流すとき、前記第１スイッチングトランジスタおよび前記第４スイッチングトランジスタのいずれか一方を固定的にオンし、他方を前記パルス信号に基づいて周期的にオンオフし、
第２の向きの電流を前記モータコイルに流すとき、前記第２スイッチングトランジスタおよび前記第３スイッチングトランジスタのいずれか一方を固定的にオンし、他方を前記パルス信号に基づいて周期的にオンオフし、
前記電流検出回路は、
前記第１の向きの電流が流れるときに、前記第１スイッチングトランジスタおよび前記第４スイッチングトランジスタが同時にオンする期間に前記モータコイルに流れる電流と、前記第１スイッチングトランジスタおよび前記第４スイッチングトランジスタのいずれか一方がオフする期間に前記モータコイルに流れる電流と、の両方が流れる経路に設けられた第１抵抗と、
前記第２の向きに電流が流れるときに、前記第２スイッチングトランジスタおよび前記第３スイッチングトランジスタが同時にオンする期間に前記モータコイルに流れる電流と、前記第２スイッチングトランジスタおよび前記第３スイッチングトランジスタのいずれか一方がオフする期間に前記モータコイルに流れる電流と、の両方が流れる経路に設けられた第２抵抗とを有し、
前記第１の向きの電流が流れるときには前記第１抵抗の電圧降下を、前記第２の向きに電流が流れるときには前記第２抵抗の電圧降下を、それぞれ検出結果として用いることを特徴とするモータ駆動回路。
前記第１抵抗は、前記電源端子および前記第１スイッチングトランジスタを接続する経路に設けられ、
前記第２抵抗は、前記電源端子および前記第２スイッチングトランジスタを接続する経路に設けられ、
前記プリドライバは、
前記第１の向きの電流を前記モータコイルに流すとき、前記第１スイッチングトランジスタを固定的にオンし、前記第４スイッチングトランジスタを前記パルス信号に基づいて周期的にオンオフし、
前記第２の向きの電流を前記モータコイルに流すとき、前記第２スイッチングトランジスタを固定的にオンし、前記第３スイッチングトランジスタを前記パルス信号に基づいて周期的にオンオフすることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
前記第１抵抗は、前記第４スイッチングトランジスタおよび前記固定電圧端子を接続する経路に設けられ、
前記第２抵抗は、前記第３スイッチングトランジスタおよび前記固定電圧端子を接続する経路に設けられ、
前記プリドライバは、
前記第１の向きの電流を前記モータコイルに流すとき、前記第４スイッチングトランジスタを固定的にオンし、前記第１スイッチングトランジスタを前記パルス信号に基づいて周期的にオンオフし、
前記第２の向きの電流を前記モータコイルに流すとき、前記第３スイッチングトランジスタを固定的にオンし、前記第２スイッチングトランジスタを前記パルス信号に基づいて周期的にオンオフすることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
前記第１抵抗および前記第２抵抗が１つの半導体基板上にてペアリングされたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ駆動回路。
モータコイルに通電するスイッチング回路と、
前記モータコイルに流れる電流を検出し、その結果に応じた検出電圧を出力する電流検出回路と、
前記検出電圧の大きさがトルク指示信号により定まる電圧値と一致するようにデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記モータコイルへの通電方向を指示する方向指示信号および前記パルス信号に基づいて前記スイッチング回路を駆動するプリドライバとを備え、
前記スイッチング回路は、
モータコイルの両端にそれぞれ接続される第１端子および第２端子と、
電源端子と前記第１端子との間に設けられた第１スイッチングトランジスタと、
前記電源端子と前記第２端子との間に設けられた第２スイッチングトランジスタと、
前記第１端子と固定電圧端子との間に設けられた第３スイッチングトランジスタと、
前記第２端子と前記固定電圧端子との間に設けられた第４スイッチングトランジスタとを有し、
第１の向きの電流を前記モータコイルに流すとき、
前記プリドライバは、前記第１スイッチングトランジスタおよび前記第４スイッチングトランジスタのいずれか一方を固定的にオンし、他方を前記パルス信号に基づいて周期的にオンオフし、
前記電流検出回路は、その固定的にオンされた方のスイッチングトランジスタの電圧降下を検出結果として用い、
第２の向きの電流を前記モータコイルに流すとき、
前記プリドライバは、前記第２スイッチングトランジスタおよび前記第３スイッチングトランジスタのいずれか一方を固定的にオンし、他方を前記パルス信号に基づいて周期的にオンオフし、
前記電流検出回路は、その固定的にオンされた方のスイッチングトランジスタの電圧降下を検出結果として用いることを特徴とするモータ駆動回路。
前記第１の向きの電流を前記モータコイルに流すときに固定的にオンされるスイッチングトランジスタと、前記第２の向きの電流を前記モータコイルに流すときに固定的にオンされるスイッチングトランジスタとが、１つの半導体基板上にてペアリングされたことを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動回路。
前記第１の向きの電流を前記モータコイルに流すときに固定的にオンされるスイッチングトランジスタおよび前記第２の向きの電流を前記モータコイルに流すときに固定的にオンされるスイッチングトランジスタのオン抵抗の特性を補償する特性補償回路をさらに備え、この回路は、前記検出電圧の変化に加え、前記オン抵抗の変化に応じて、前記パルス信号のデューティ比を変化させることを特徴とする請求項６または７に記載のモータ駆動回路。
前記特性補償回路は、前記オン抵抗の変化に応じて前記トルク指示信号により定まる前記電圧値を変えることを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動回路。
１つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のモータ駆動回路。
モータと、このモータを駆動する請求項１から１０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電子機器。