JP2008259340A - 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.
モータ駆動回路は、電源電圧VCCを動作電圧とし、モータの全体的な制御を司るロジック回路と、ロジック回路より出力される駆動信号に基づいてオンオフし、モータが具備する駆動コイルに流れるコイル電流の供給、停止、向き等を制御する電界効果型の駆動トランジスタ(Hブリッジ回路等)と、によって主に構成される。尚、ロジック回路は、電源電圧VCCのレベルを低くして定電圧化したレギュレート電圧VREGが印加されることによって動作可能となる。これに対し、駆動トランジスタは、電源電圧VCCが印加されることによって動作可能となり且つ駆動信号に基づき生成される電源電圧VCCに応じたゲート電圧によってオンオフ動作する(例えば、以下に示す特許文献1を参照)。
近年、電源電圧VCCのレベルを低下させてモータ駆動回路を動作させたいという要請がある。しかし、電源電圧VCCのレベルを低下させることに伴ってレギュレート電圧VREGの生成が困難となり、ロジック回路の動作や、ひいては駆動トランジスタのオンオフ動作ができなくなる。また、電源電圧VCCのレベルを低下させてロジック回路が仮に動作できたとしても、ロジック回路より出力される駆動信号のレベル自体も低下してしまう。これにより、ロジック回路より出力される低レベルの駆動信号(ゲート電圧)によって駆動トランジスタがオンオフされるので、駆動トランジスタのオン抵抗が低下して効率が悪化する。このように、従来のモータ駆動回路は、駆動トランジスタのオンオフ動作が安定して行われる電源電圧VCCの範囲が狭いという問題があった。 In recent years, there is a demand for operating the motor drive circuit by reducing the level of the power supply voltage VCC. However, as the level of the power supply voltage VCC is lowered, it becomes difficult to generate the regulated voltage VREG, and the operation of the logic circuit and consequently the on / off operation of the drive transistor cannot be performed. Even if the logic circuit can be operated by lowering the level of the power supply voltage VCC, the level of the drive signal output from the logic circuit itself is also lowered. As a result, the drive transistor is turned on / off by a low level drive signal (gate voltage) output from the logic circuit, so that the on-resistance of the drive transistor is lowered and the efficiency is deteriorated. Thus, the conventional motor drive circuit has a problem that the range of the power supply voltage VCC in which the on / off operation of the drive transistor is stably performed is narrow.
前記課題を解決するための主たる発明は、モータが具備する駆動コイルに接続された電界効果型の駆動トランジスタをオンオフ制御して前記駆動コイルに流れるコイル電流を制御することによりモータ制御を行うモータ駆動回路において、電源電圧に応じた第1のレベルを有しており前記駆動トランジスタのオンオフを制御する駆動信号を生成する駆動制御回路と、前記電源電圧に基づいて前記第1のレベルよりも高い第2のレベルの昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路と、前記昇圧電圧を前記第2のレベルから前記第1のレベルより高く且つ前記第2のレベルよりも低い第3のレベルへ定電圧化したレギュレート電圧を生成するレギュレート回路と、前記駆動信号を前記第1のレベルから前記第3のレベルに変圧して前記駆動トランジスタのゲート電極に印加させるゲート電圧を生成するインバータ回路と、を有することとする。
A main invention for solving the above problems is a motor drive that performs motor control by controlling on-off control of a field effect type drive transistor connected to a drive coil of a motor to control a coil current flowing in the drive coil. In the circuit, a drive control circuit which has a first level corresponding to a power supply voltage and generates a drive signal for controlling on / off of the drive transistor, and a first level higher than the first level based on the power supply voltage A charge pump circuit that generates a boosted voltage of
本発明によれば、駆動コイルにコイル電流を流すための駆動トランジスタのオンオフ制御を安定して行うことが可能な電源電圧の範囲を拡大させることができる。 According to the present invention, it is possible to expand the range of the power supply voltage that can stably perform the on / off control of the drive transistor for causing the coil current to flow through the drive coil.
<<<センサレスモータ駆動回路の信号処理系統>>>
図2を参照しつつ、図1を用いて本発明に係るセンサレスモータ駆動回路100の信号処理系統について説明する。尚、センサレスモータ駆動回路100を用いて構成されるモータシステムとして、電化機器(パソコン、エアコン、冷蔵庫等)において発生する熱を外部に排出させるファン(羽根)用のモータ(ファンモータ)を回転駆動させるファンモータシステムを例示する。また、センサレスモータ駆動回路100として、Bi−CMOSプロセスの集積回路の場合を例示する。
<<< Signal processing system of sensorless motor drive circuit >>>
With reference to FIG. 2, the signal processing system of the sensorless
センサレスモータ駆動回路100のUO端子、VO端子、WO端子には、スター結線され且つ電気角120度の位相差を有してステータに巻回された3相(U相、V相、W相)の駆動コイルLu、Lv、Lwが接続される。これにより、3相の駆動コイルLu、Lv、Lwは、UO端子、VO端子、WO端子を介して、NMOS電界効果トランジスタM1〜M6により構成された駆動トランジスタ回路と接続される。尚、ソース電源ライン102側に設けたNMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5は、ソース電源ライン102からU相、V相、W相の駆動コイルLu、Lv、Lwに向けて流れるコイル電流ILを吐出するソース側(吐出側)トランジスタであり、シンク電源ライン104側に設けたNMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6は、U相、V相、W相の駆動コイルLu、Lv、Lwからシンク電源ライン104に向けて流れるコイル電流ILを吸い込むシンク側(吸込側)トランジスタである。
The UO terminal, VO terminal, and WO terminal of the sensorless
NMOS電界効果トランジスタM1乃至M6が適宜のタイミングでオンオフすると、電源電圧VCCのレベルに応じたコイル電流ILが、3相の駆動コイルLu、Lv、Lwに供給される。これにより、予め定められた方向(例えば正回転)にセンサレスモータが回転し、3相の駆動コイルLu、Lv、Lw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。尚、コイル電圧Vu、Vv、Vwは、センサレスモータの回転速度に応じた周波数を有する回転信号といえる。これらのコイル電圧Vu、Vv、Vwは、UO端子、VO端子、WO端子を介して、3入力1出力のスイッチ回路110が具備する入力端子U、V、Wに印加される。
When the NMOS field effect transistors M1 to M6 are turned on and off at an appropriate timing, a coil current IL corresponding to the level of the power supply voltage VCC is supplied to the three-phase drive coils Lu, Lv, and Lw. As a result, the sensorless motor rotates in a predetermined direction (for example, positive rotation), and coil voltages Vu, Vv, having a phase difference of 120 electrical degrees are applied to one end of the three-phase drive coils Lu, Lv, Lw. Vw is generated. The coil voltages Vu, Vv, and Vw can be said to be rotation signals having a frequency corresponding to the rotation speed of the sensorless motor. These coil voltages Vu, Vv, and Vw are applied to the input terminals U, V, and W included in the
コンパレータ120において後述のゼロクロスポイントの検出対象となるU相、V相、W相のうちのいずれか1相に応じて、スイッチ回路110の入力端子U、V、Wに印加されるコイル電圧Vu、Vv、Vwがセンサレスロジック回路130により選択される。そして、選択された電圧Vu、Vv、Vwが、スイッチ回路110の出力端子を介してコンパレータ120の+端子に印加される。一方、コンパレータ120の−端子の方には、センサレスモータ駆動回路100のCOM端子を介して3相の駆動コイルLu、Lv、Lwのスター結線の中性点電圧Vcomが印加される。即ち、+端子に印加されるコイル電圧は、スイッチ回路110の出力(Vu、Vv、Vwのいずれか)と中性点電圧Vcomとが交差するゼロクロスポイントを検出する相のコイル電圧であり、中性点電圧Vcomは、ゼロクロスポイントを検出する相以外の二相の駆動コイルの接続点の電圧である。
A coil voltage Vu applied to the input terminals U, V, W of the
これにより、コンパレータ120は、+端子に印加されたスイッチ回路110において選択されたコイル電圧Vu、Vv、Vwと、−端子に印加された中性点電圧Vcomと、が交差するゼロクロスポイントを検出する。そして、コンパレータ120は、当該ゼロクロスポイントでエッジが切り替わる矩形波状のFG信号(回転信号の二値化信号)をセンサレスロジック回路130に向けて出力するとともに、FG出力端子を介してマイコン400に向けて出力する。
As a result, the
センサレスロジック回路130は、発振器160により生成されるシステムクロックMCLKに従って所定の通電制御を行う。具体的には、コンパレータ120から出力されたFG信号からキックバックパルスKBと対応するノイズを除去(マスク)した上で、当該ノイズ除去後のFG信号に基づいて、図2に示す駆動信号U1、U2、V1、V2、W1、W2を生成出力する。尚、駆動信号U1、V1、W1は、ソース電源ライン102側にあるNMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5の各ゲート電極を駆動するための制御信号であり、駆動信号U2、V2、W2は、シンク電源ライン104側にあるNMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6の各ゲート電極を駆動するための制御信号である。駆動信号U1、U2、V1、V2、W1、W2は、プリドライブ回路140によってレベル調整され、駆動信号U1’、U2’、V1’、V2’、W1’、W2’として、NMOS電界効果トランジスタM1〜M6の各ゲート電極に印加される。
The
ここで、駆動信号U1、U2、V1、V2、W1、W2によるNMOS電界効果トランジスタM1〜M6の通電制御の一例を、図2を用いて説明する。 Here, an example of energization control of the NMOS field effect transistors M1 to M6 by the drive signals U1, U2, V1, V2, W1, and W2 will be described with reference to FIG.
例えば、図2に示す最初の期間T0(電気角60度に相当する期間)では、駆動信号U1、V2がHレベルとなり、駆動信号U2、V1、W1、W2はLレベルとなる。従って、NMOS電界効果トランジスタM1、M4のみがオンとなる。この結果、ソース電源ライン102、NMOS電界効果トランジスタM1のドレイン・ソース路、駆動コイルLv、NMOS電界効果トランジスタM4のドレイン・ソース路、シンク電源ライン104に至る電流経路が形成される。言い換えると、NMOS電界効果トランジスタM1はコイル電流ILを駆動コイルLvに向けて吐出するとともに、NMOS電界効果トランジスタM4は駆動コイルLvから当該コイル電流ILを吸込むことになる。
For example, in the first period T0 (a period corresponding to an electrical angle of 60 degrees) shown in FIG. 2, the drive signals U1, V2 are at the H level, and the drive signals U2, V1, W1, W2 are at the L level. Accordingly, only the NMOS field effect transistors M1 and M4 are turned on. As a result, a current path that reaches the source
また、図2に示す期間T0の次の期間T1(電気角60度に相当する期間)では、駆動信号U1、W2がHレベルとなり、駆動信号U2、V1、V2、W1はLレベルとなる。従って、NMOS電界効果トランジスタM1、M6のみがオンとなる。この結果、ソース電源ライン102、NMOS電界効果トランジスタM1のドレイン・ソース路、駆動コイルLw、NMOS電界効果トランジスタM6のドレイン・ソース路、シンク電源ライン104に至る電流経路が形成される。言い換えると、NMOS電界効果トランジスタM1はコイル電流ILを駆動コイルLwに向けて吐出するとともに、NMOS電界効果トランジスタM6は駆動コイルLwから当該コイル電流ILを吸込むことになる。
Further, in a period T1 (a period corresponding to an electrical angle of 60 degrees) subsequent to the period T0 shown in FIG. 2, the drive signals U1, W2 are at the H level, and the drive signals U2, V1, V2, W1 are at the L level. Accordingly, only the NMOS field effect transistors M1 and M6 are turned on. As a result, a current path that reaches the source
このように、センサレスロジック回路130は、センサレスモータ自体が起動前のロータとステータの間の相対位置を特定できないことを考慮して、NMOS電界効果トランジスタM1〜M6の所定の通電順序に従って、U相、V相、W相の駆動コイルLu、Lv、Lwを通電するための制御を行う。
As described above, the
ところで、コンパレータ120より出力されるFG信号は、センサレスロジック回路130の他に、起動カウンタ125にも入力される。起動カウンタ125は、コンパレータ120より入力されたFG信号に基づいて、所定のカウント期間のカウントを行う。このカウント結果により、センサレスロジック回路130は、センサレスモータ起動時の駆動コイルLu、Lv、Lwの通電を切り替えるタイミング設定を行う。具体的には、起動カウンタ125は、FG信号のエッジ間隔よりも長い所定カウント期間をカウントし、FG信号のエッジタイミングで当該カウントをリセットするカウンタによって構成することができる。
Incidentally, the FG signal output from the
<<<センサレスモータ駆動回路の電源系統>>>
図2、図3、図4を参照しつつ、図1を用いて本発明に係るセンサレスモータ駆動回路100の電源系統について説明する。
<<< Power supply system of sensorless motor drive circuit >>>
The power supply system of the sensorless
センサレスモータ駆動回路100のVM端子には、PAM(Pulse Amplitude Modulation)制御を行うために回転速度に応じたレベルの電源電圧VCCが印加される。また、センサレスモータ駆動回路100のGND端子には抵抗素子Rdを介して接地される。
A power supply voltage VCC of a level corresponding to the rotation speed is applied to the VM terminal of the sensorless
VM端子に印加された電源電圧VCCは、基準電圧生成回路150によって基準電圧VREFに変換される。基準電圧VREFは、センサレスモータ駆動回路100内部の各種回路を動作させるバイアス電圧として用いられる。尚、本実施形態では、電源電圧VCCのレベルを本発明に係る「第1のレベル」とするが、基準電圧VREFのレベルを「第1のレベル」としてもよい。
The power supply voltage VCC applied to the VM terminal is converted into the reference voltage VREF by the reference
また、VM端子に印加された電源電圧VCCは、チャージポンプ回路180によって、当該電源電圧VCCを2倍に昇圧した昇圧電圧VGに変換される。尚、昇圧電圧VGのレベルが、本発明に係る「第2のレベル」に該当する。具体的には、チャージポンプ回路180は、CP端子とCPC端子との間に接続された容量素子C3を充電することにより、電源電圧VCCの昇圧を行う。また、チャージポンプ回路180から出力される昇圧電圧VGは、VG端子に接続された容量素子C2によって平滑化された上で、レギュレート回路190、プリドライブ回路140、コンパレータ120に供給される。尚、チャージポンプ回路180は、例えば、ダイオード素子による電圧リミッタ回路によって、昇圧電圧VGのレベルがNMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5のゲート耐圧VBを超えない制限をかけている。
The power supply voltage VCC applied to the VM terminal is converted by the
レギュレート回路190は、チャージポンプ回路180から供給された昇圧電圧VGのレベルを低下させ、定電圧化したレギュレート電圧VREGを生成する。尚、レギュレート電圧VREGのレベルは、本発明に係る「第3のレベル」に該当する。具体的には、レギュレート回路190は、昇圧電圧VGが印加されることで動作可能なオペアンプ195を有する。オペアンプ195の+端子には抵抗素子R1、R2によって昇圧電圧VGを分圧した分圧電圧Vdが印加され、オペアンプ195の−端子には基準電圧VRが印加される。尚、分圧電圧Vdのレベルは「VG×R2÷(R1+R2)」として設定される。例えば、分圧電圧Vdが基準電圧VRよりもレベルが高くなる場合、オペアンプ195の出力によってPMOS電界効果トランジスタM7はオフする方向へ状態変化する。これにより、分圧電圧Vdは基準電圧VRのレベルに近づくようレベルが低くなる。一方、分圧電圧Vdが基準電圧VRよりもレベルが低くなる場合、オペアンプ195の出力によってPMOS電界効果トランジスタM7はオンさせる方向へ状態変化する。これにより、分圧電圧Vdは基準電圧VRのレベルに近づくようレベルが高くなる。
The
以上のように、レギュレート回路190は、昇圧電圧VGによって動作し、昇圧電圧VGに基づく分圧電圧Vdを基準電圧VRに合わせ込む制御を行う。そして、分圧電圧Vdが基準電圧VRに合わせ込まれたとき、レギュレート回路190から出力されるレギュレート電圧VREGのレベルは「VR×(R1+R2)÷R2」となる。かかるレギュレート電圧VREGは、プリドライブ回路140に供給される。尚、レギュレート回路190は、基準電圧VRのレベルを調整することにより、NMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6のゲート耐圧VBを超えないようにレギュレータ電圧VREGのレベルに制限をかける。
As described above, the
以上のように、VM端子に印加された電源電圧VCCは、基準電圧生成回路150によって基準電圧VREFに変換される場合と、チャージポンプ回路180によって昇圧電圧VGに変換される場合と、レギュレート回路190によってレギュレート電圧VREGに変換される場合と、基準電圧VREF、昇圧電圧VG並びにレギュレート電圧VREGのいずれにも変換されない場合と、がある。電源電圧VCCはNMOS電界効果トランジスタM1〜M6による駆動トランジスタ回路に印加され、基準電圧VREFはセンサレスロジック回路130、発振器160、チャージポンプ回路180に印加される。また、昇圧電圧VGはコンパレータ120、プリドライブ回路140、レギュレート回路190に印加され、レギュレート電圧VREGはプリドライブ回路140に印加される。
As described above, the power supply voltage VCC applied to the VM terminal is converted into the reference voltage VREF by the reference
ここで、図3を用いて、昇圧電圧VGとレギュレート電圧VREGが印加されるプリドライブ回路140について説明する。
Here, the
ソース側インバータ回路141は、チャージポンプ回路180から昇圧電圧VGが印加されることによって動作可能となる。そして、センサレスロジック回路130において基準電圧VREFに基づき生成された駆動信号U1のレベルを、昇圧電圧VGのレベルに変圧して駆動信号U1’として出力する。即ち、ソース側のNMOS電界効果トランジスタM1のゲート電極に対して、昇圧電圧VGのレベルに変圧された駆動信号U1’が、ゲート電圧として印加される。尚、ソース側インバータ回路143、145についても同様であるので、それぞれ説明を省略する。
The source
シンク側インバータ回路142は、レギュレート回路190からレギュレート電圧VREGが印加されることによって動作可能となる。そして、センサレスロジック回路130において基準電圧VREFに基づき生成された駆動信号U2のレベルを、レギュレート電圧VREGのレベルに変圧して駆動信号U2’として出力する。即ち、シンク側のNMOS電界効果トランジスタM2のゲート電極に対して、レギュレート電圧VREGのレベルに変圧した駆動信号U2’が、ゲート電圧として印加される。尚、シンク側インバータ回路144、146についても同様であるので、それぞれ説明を省略する。
The sink-side inverter circuit 142 becomes operable when the regulated voltage VREG is applied from the regulating
図4は、電源電圧VCCに対する昇圧電圧VG、レギュレート電圧VREG並びにゲート耐圧VBそれぞれの関係を示した図である。図4に示すとおり、レギュレート電圧VREGのレベルは、リミッタ回路によって上限が制限されるまでの間、電源電圧VCCのレベルに比例する。一方、レギュレート電圧VREG並びにゲート耐圧VBの各レベルは、電源電圧VCCのレベルに対して常に一定である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the boost voltage VG, the regulated voltage VREG, and the gate breakdown voltage VB with respect to the power supply voltage VCC. As shown in FIG. 4, the level of the regulated voltage VREG is proportional to the level of the power supply voltage VCC until the upper limit is limited by the limiter circuit. On the other hand, the levels of the regulated voltage VREG and the gate withstand voltage VB are always constant with respect to the level of the power supply voltage VCC.
また、電源電圧VCC、昇圧電圧VG、レギュレート電圧VREG及びゲート耐圧VBのレベルの関係としては、つぎの第1のパターン及び第2のパターンに分類される。尚、電源電圧VCCの通常のレベルは「3V」、また、レギュレート電圧VREGは「3.5V」、ゲート耐圧VBは「10V」とする。ゲート耐圧VBを超えないように設定された昇圧電圧VGの上限値は「9V」とする。 Further, the relationship among the levels of the power supply voltage VCC, the boosted voltage VG, the regulated voltage VREG, and the gate withstand voltage VB is classified into the following first pattern and second pattern. The normal level of the power supply voltage VCC is “3V”, the regulated voltage VREG is “3.5V”, and the gate withstand voltage VB is “10V”. The upper limit value of the boosted voltage VG set so as not to exceed the gate breakdown voltage VB is “9V”.
まず、第1のパターンとして、電源電圧VCCが「2V」のとき、昇圧電圧VGはゲート耐圧VBによる制限がかからず電源電圧VCCを2倍した「4V」となる。従って、「VCC(2V)<VREG(3.5V)<VG(4V)<VB(10V)」の関係が成立する。つぎに、第2のパターンとして、電源電圧VCCが「6V」のとき、昇圧電圧VGは本来「6V」を2倍した「12V」となるところ、ゲート耐圧VBによる制限がかかり「9V」となる。従って、「VREG(3.5V)<VCC(6V)<VG(9V)<VB(10V)」の関係が成立する。 First, as the first pattern, when the power supply voltage VCC is “2 V”, the boosted voltage VG is “4 V” which is not limited by the gate withstand voltage VB and is twice the power supply voltage VCC. Therefore, the relationship of “VCC (2 V) <VREG (3.5 V) <VG (4 V) <VB (10 V)” is established. Next, as the second pattern, when the power supply voltage VCC is “6V”, the boosted voltage VG is “12V”, which is double “6V”, but is limited by the gate withstand voltage VB and becomes “9V”. . Accordingly, the relationship of “VREG (3.5 V) <VCC (6 V) <VG (9 V) <VB (10 V)” is established.
<<<本発明の効果>>>
本発明では、電源電圧VCCのレベル変化が生じても、電界効果型の駆動トランジスタのゲート電圧として常に一定のレギュレート電圧VREGが用いられ、そのゲート電圧は常にゲート耐圧を超えないように制限がかけられる。これにより、電源電圧VCCのレベルを低下させた場合、NMOS電界効果トランジスタM1〜M6の各ゲート電極に対して、NMOS電界効果トランジスタM1〜M6を確実にオンさせるゲート電圧を印加することができる。反対に、電源電圧VCCのレベルを高くした場合、NMOS電界効果トランジスタM1〜M6のゲート電極に印加されるゲート電圧はゲート耐圧を超えないように制限されるので、NMOS電界効果トランジスタM1〜M6の故障を未然に防止できる。以上により、NMOS電界効果トランジスタM1〜M6のオンオフ動作が安定して行われる電源電圧VCCの範囲を拡大させることが可能になる。
<<< Effects of the Present Invention >>>
In the present invention, even if the level of the power supply voltage VCC changes, a constant regulated voltage VREG is always used as the gate voltage of the field effect drive transistor, and the gate voltage is always limited so as not to exceed the gate breakdown voltage. It can be applied. Thereby, when the level of the power supply voltage VCC is lowered, a gate voltage for reliably turning on the NMOS field effect transistors M1 to M6 can be applied to the gate electrodes of the NMOS field effect transistors M1 to M6. On the contrary, when the level of the power supply voltage VCC is increased, the gate voltage applied to the gate electrodes of the NMOS field effect transistors M1 to M6 is limited so as not to exceed the gate breakdown voltage. Failure can be prevented beforehand. As described above, the range of the power supply voltage VCC in which the on / off operations of the NMOS field effect transistors M1 to M6 are stably performed can be expanded.
また、本発明では、NMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5のゲート電圧(駆動信号U1’、V1’、W1’)として昇圧電圧VGが用いられる。即ち、NMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5がオンするとき、NMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5のソース電圧はVM端子に印加された電源電圧VCCに近似される。このとき、NMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5を確実にオンさせるためには、NMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5のゲート・ソース間電圧Vgsを電源電圧VCCよりも高いレベルに引き上げる必要がある。そこで、本発明では、電源電圧VCCよりも高レベルとなる昇圧電圧VGを、NMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5のゲート電圧として用いるようにした。但し、昇圧電圧VGは、NMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5のゲート耐圧VBを超えない制限が課せられる。従って、電源電圧VCCが高レベルになったとしても、NMOS電界効果トランジスタM1、M3、M5のゲート電極に対して印加される昇圧電圧VGはゲート耐圧VBを超えることはない。 In the present invention, the boosted voltage VG is used as the gate voltages (drive signals U1 ', V1', W1 ') of the NMOS field effect transistors M1, M3, M5. That is, when the NMOS field effect transistors M1, M3, and M5 are turned on, the source voltages of the NMOS field effect transistors M1, M3, and M5 are approximated to the power supply voltage VCC applied to the VM terminal. At this time, in order to reliably turn on the NMOS field effect transistors M1, M3, and M5, it is necessary to raise the gate-source voltage Vgs of the NMOS field effect transistors M1, M3, and M5 to a level higher than the power supply voltage VCC. . Therefore, in the present invention, the boosted voltage VG that is higher than the power supply voltage VCC is used as the gate voltage of the NMOS field effect transistors M1, M3, and M5. However, the boosted voltage VG is restricted so as not to exceed the gate breakdown voltage VB of the NMOS field effect transistors M1, M3, and M5. Therefore, even if the power supply voltage VCC becomes high, the boosted voltage VG applied to the gate electrodes of the NMOS field effect transistors M1, M3, and M5 does not exceed the gate breakdown voltage VB.
さらに、本発明では、NMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6のゲート電圧(駆動信号U2’、V2’、W2’)としてレギュレート電圧VREGが用いられる。従来の場合、ゲート電圧は、電源電圧VCCをレギュレートした電源電圧VCCよりも低レベルのレギュレート電圧もしくは電源電圧VCCそのものであった。しかし、PAM(Pulse Amplitude Modulation)制御等に伴って電源電圧VCCのレベルを低下させる必要が生じたとき、従来の場合、電源電圧VCCのレベル低下に伴って、ゲート電圧のレベルが低下してしまい、NMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6をオンオフさせることが困難であった。そこで、本発明では、昇圧電圧VGからレギュレートしたレギュレート電圧VREGが、NMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6のゲート電圧として用いられるようにした。これにより、NMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6のゲート電極に対して、NMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6を確実にオンさせることが可能なゲート電圧(レギュレート電圧VREG)を印加させることが可能となった。但し、レギュレート電圧VREGは、NMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6のゲート耐圧VBを超えない制限が課せられる。これにより、電源電圧VCCが高レベルになったとしても、NMOS電界効果トランジスタM2、M4、M6のゲート電極に対してゲート耐圧VBを超えないゲート電圧(レギュレート電圧VREG)を印加させることが可能となった。 Further, in the present invention, the regulated voltage VREG is used as the gate voltages (drive signals U2 ', V2', W2 ') of the NMOS field effect transistors M2, M4, M6. In the conventional case, the gate voltage is a regulated voltage lower than the power supply voltage VCC obtained by regulating the power supply voltage VCC or the power supply voltage VCC itself. However, when it is necessary to lower the level of the power supply voltage VCC in accordance with PAM (Pulse Amplitude Modulation) control or the like, in the conventional case, the level of the gate voltage is lowered as the level of the power supply voltage VCC is lowered. It was difficult to turn on and off the NMOS field effect transistors M2, M4, and M6. Therefore, in the present invention, the regulated voltage VREG regulated from the boosted voltage VG is used as the gate voltage of the NMOS field effect transistors M2, M4, and M6. Thus, a gate voltage (regulated voltage VREG) that can reliably turn on the NMOS field effect transistors M2, M4, and M6 is applied to the gate electrodes of the NMOS field effect transistors M2, M4, and M6. It has become possible. However, the regulated voltage VREG is restricted so as not to exceed the gate breakdown voltage VB of the NMOS field effect transistors M2, M4, and M6. As a result, even when the power supply voltage VCC becomes high, it is possible to apply a gate voltage (regulated voltage VREG) that does not exceed the gate breakdown voltage VB to the gate electrodes of the NMOS field effect transistors M2, M4, and M6. It became.
さらに、本発明では、FG信号を生成するためのコンパレータ120の動作電圧として、従来の場合の電源電圧VCCではなく、昇圧電圧VGが用いられる。ところで、コンパレータ120は、スイッチ回路110において選択されたコイル電圧(Vu、Vv、Vwのいずれか)と中性点電圧Vcomが交差するゼロクロスポイントでエッジが切り替わる矩形波状のFG信号を生成するものである。尚、FG信号は、センサレスモータ起動時においてセンサレスロジック回路130が駆動信号U1、U2、V1、V2、W1、W2を生成するために用いられる。そうすると、電源電圧VCCのレベルを低下させると、従来の場合、コンパレータ120においてFG信号の生成が困難になり、センサレスモータが起動しない恐れがあった。そこで、本発明では、コンパレータ120の動作電圧として昇圧電圧VGが用いられるので、電源電圧VCCのレベルを低下させたとしても、コンパレータ120はFG信号が安定して生成でき、これにより、センサレスモータを安定して起動させることが可能となる。
Furthermore, in the present invention, the boosted voltage VG is used as the operating voltage of the
尚、前述した実施形態において、センサレスモータの駆動コイルに流れるコイル電流を制御するソース側トランジスタ及びシンク側トランジスタとしては、前述したNMOS電界効果トランジスタM1乃至M6のみならず、PMOS電界効果トランジスタを採用可能である。但し、センサレスモータ駆動回路100を小型化するためには、ソース側トランジスタ並びにシンク側トランジスタともにNMOS電界効果トランジスタを採用する方が好ましい。
In the above-described embodiment, not only the NMOS field effect transistors M1 to M6 described above but also PMOS field effect transistors can be used as the source side transistor and the sink side transistor for controlling the coil current flowing in the drive coil of the sensorless motor. It is. However, in order to reduce the size of the sensorless
また、センサレスモータは、前述した3相モータの場合に限らず、単相モータの場合であってもよい。この場合、ソース側トランジスタ及びシンク側トランジスタは、単相モータのモータコイルに対してHブリッジ接続される。 Further, the sensorless motor is not limited to the above-described three-phase motor but may be a single-phase motor. In this case, the source side transistor and the sink side transistor are H-bridge connected to the motor coil of the single phase motor.
さらに、センサレスモータは、前述したセンサレスモータに限らず、ホール素子を具備したセンサ付きモータであってもよい。しかし、CPU冷却用のファンモータシステムに本発明を適用する場合、センサ付きモータの場合よりも小型化が容易なセンサレスモータ、さらにはセンサレスモータ駆動回路100を採用する方が好ましい。
Furthermore, the sensorless motor is not limited to the sensorless motor described above, but may be a motor with a sensor including a Hall element. However, when the present invention is applied to a fan motor system for cooling a CPU, it is preferable to employ a sensorless motor and further a sensorless
100 センサレスモータ駆動回路
110 スイッチ回路
120 コンパレータ
125 起動カウンタ
130 センサレスロジック回路
140 プリドライブ回路
150 基準電圧生成回路
160 発振器
180 チャージポンプ回路
190 レギュレート回路
400 マイコン
DESCRIPTION OF
Claims (4)
電源電圧に応じた第1のレベルを有しており前記駆動トランジスタのオンオフを制御する駆動信号を生成する駆動制御回路と、
前記電源電圧に基づいて前記第1のレベルよりも高い第2のレベルの昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路と、
前記昇圧電圧を前記第2のレベルから前記第1のレベルより高く且つ前記第2のレベルよりも低い第3のレベルへ定電圧化したレギュレート電圧を生成するレギュレート回路と、
前記駆動信号を前記第1のレベルから前記第3のレベルに変圧して前記駆動トランジスタのゲート電極に印加させるゲート電圧を生成するインバータ回路と、
を有することを特徴とするモータ駆動回路。 In a motor drive circuit for performing motor control by controlling on / off control of a field effect type drive transistor connected to a drive coil included in a motor and controlling a coil current flowing in the drive coil,
A drive control circuit having a first level corresponding to a power supply voltage and generating a drive signal for controlling on / off of the drive transistor;
A charge pump circuit that generates a boosted voltage of a second level higher than the first level based on the power supply voltage;
A regulation circuit that generates a regulated voltage in which the boosted voltage is regulated from the second level to a third level that is higher than the first level and lower than the second level;
An inverter circuit for generating a gate voltage to transform the drive signal from the first level to the third level and apply the drive signal to a gate electrode of the drive transistor;
A motor drive circuit comprising:
前記駆動トランジスタは、前記駆動コイルにコイル電流を吐出する吐出側トランジスタと、前記駆動コイルに流れるコイル電流を吸い込む吸込側トランジスタと、により構成され、
前記インバータ回路は、
前記吐出側トランジスタのオンオフを制御する前記駆動信号を前記第1のレベルから前記第2のレベルに変圧して前記吐出側トランジスタのゲート電極に印加させる第1のゲート電圧を生成する吐出側インバータ回路と、
前記吸込側トランジスタのオンオフを制御する前記駆動信号を前記第1のレベルから前記第3のレベルに変圧して前記吸込側トランジスタのゲート電極に印加させる第2のゲート電圧を生成する吸込側インバータ回路と、
を有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 drive transistor includes a discharge-side transistor that discharges a coil current to the drive coil, and a suction-side transistor that sucks a coil current flowing through the drive coil.
The inverter circuit is
A discharge-side inverter circuit that generates a first gate voltage to be applied to the gate electrode of the discharge-side transistor by transforming the drive signal for controlling on / off of the discharge-side transistor from the first level to the second level. When,
A suction-side inverter circuit that generates a second gate voltage to be applied to the gate electrode of the suction-side transistor by transforming the drive signal for controlling on / off of the suction-side transistor from the first level to the third level. When,
A motor drive circuit comprising:
前記モータは、複数相の駆動コイルを具備するセンサレスモータであり、
前記昇圧電圧が印加されて動作可能となり、前記センサレスモータから得られる前記センサレスモータの回転速度に応じた周波数を有する回転信号を二値化した二値化信号を出力する二値化回路と
前記二値化信号のエッジ間隔よりも長い所定カウント期間をカウントしていき、前記二値化信号のエッジのタイミングで前記所定カウント期間のカウントをリセットするカウンタと、を有し、
前記駆動制御回路は、前記センサレスモータを起動する場合、前記カウンタが前記所定カウント期間をカウントしたとき前記駆動コイルの各相の通電を切り替える制御を行うこと、を特徴とするモータ駆動回路。 The motor drive circuit according to claim 1,
The motor is a sensorless motor having a drive coil of a plurality of phases,
A binarization circuit that outputs a binarized signal that is binarized from a rotation signal having a frequency corresponding to the rotation speed of the sensorless motor obtained from the sensorless motor, and capable of operating when the boosted voltage is applied; A counter that counts a predetermined count period longer than the edge interval of the binarized signal and resets the count of the predetermined count period at the timing of the edge of the binarized signal,
When the sensorless motor is started, the drive control circuit performs control to switch energization of each phase of the drive coil when the counter counts the predetermined count period.
電源電圧に応じた第1のレベルを有しており前記駆動トランジスタのオンオフを制御する駆動信号を生成する駆動制御回路と、
前記電源電圧に基づいて前記第1のレベルよりも高い第2のレベルの昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路と、
前記昇圧電圧を前記第2のレベルから前記第1のレベルより高く且つ前記第2のレベルよりも低い第3のレベルへ定電圧化したレギュレート電圧を生成するレギュレート回路と、
前記駆動信号を前記第1のレベルから前記第3のレベルに変圧して前記駆動トランジスタのゲート電極に印加させるゲート電圧を生成するインバータ回路と、
を有することを特徴とするモータ駆動回路。 Integrated with a predetermined terminal for connecting a drive coil included in the motor, and controlling the motor by controlling on / off of a field effect type drive transistor for flowing a coil current to the drive coil. In the motor drive circuit,
A drive control circuit having a first level corresponding to a power supply voltage and generating a drive signal for controlling on / off of the drive transistor;
A charge pump circuit that generates a boosted voltage of a second level higher than the first level based on the power supply voltage;
A regulation circuit that generates a regulated voltage in which the boosted voltage is regulated from the second level to a third level that is higher than the first level and lower than the second level;
An inverter circuit for generating a gate voltage to transform the drive signal from the first level to the third level and apply the drive signal to a gate electrode of the drive transistor;
A motor drive circuit comprising:
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8368332B2 (en) | 2010-02-23 | 2013-02-05 | On Semiconductor Trading, Ltd. | Motor driving circuit |
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- 2007-04-05 JP JP2007099722A patent/JP2008259340A/en not_active Ceased
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