JP2008289225A - モータ駆動回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】ノイズによる過電流の誤検出防止を容易にする。
【解決手段】Hブリッジの接地側に設けられる抵抗により生じる電圧に基づいて、モータコイルの電流を検出し、モータコイルの電流を増加させるべく、第1ソーストランジスタ及び第2シンクトランジスタを所定時間オンとし、所定時間の後、モータコイルの電流を所定量とすべく、モータコイルの電流を増加させる際には、第1ソーストランジスタ及び第2シンクトランジスタをオンとし、モータコイルの電流を減少させる際には、第1シンクトランジスタと、第2シンクトランジスタ又は第2ソーストランジスタの何れか一方と、をオンとし、モータコイルの電流を減少させる際に、抵抗により生じる電圧に基づいて、第1又は第2シンクトランジスタを流れる電流が所定電流量以上である過電流であることを検出すると、第1及び第2シンクトランジスタをオフさせる。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータ駆動回路に関する。
モータを駆動するための回路として、Hブリッジ回路を用いることが多い。Hブリッジ回路を用いる場合、Hブリッジ回路を構成する各トランジスタをオンオフすることにより、Hブリッジ回路に接続されたモータコイルの通電が制御される。
図3は、Hブリッジ回路を用いたモータ駆動回路の一般的な構成例を示す図である。制御ロジック回路100は、まず、NチャネルMOSFET(N1,N4)をオン、NチャネルMOSFET(N2,N3)をオフとすることにより、モータコイルLを流れる電流を増加させる(チャージモード)。そして、モータコイルLを流れる電流に応じた電圧Vrnfが、例えば基準電圧Vref11(例えば0.3V)に達するとコンパレータ101の出力信号DETIがLレベルに変化する。出力信号DETIがLレベルに変化すると、制御ロジック回路100は、NチャネルMOSFET(N1)をオフにするとともに、NチャネルMOSFET(N2)をオンとすることにより、モータコイルLに蓄積されたエネルギーをNチャネルMOSFET(N2)、モータコイルL、NチャネルMOSFET(N4)のループで消費させることにより、モータコイルLに流れる電流を緩やかに減少させる(低速減衰モード)。さらに、制御ロジック回路100は、NチャネルMOSFET(N4)をオフとし、NチャネルMOSFET(N3)をオンとすることにより、接地側からNチャネルMOSFET(N2)、モータコイルL、NチャネルMOSFET(N3)を経由して電源側に電流を流すことにより、モータコイルLに流れる電流を急激に減少させる(高速減衰モード)。その後、制御ロジック回路100は、再びNチャネルMOSFET(N1,N4)をオン、NチャネルMOSFET(N2,N3)をオフとすることにより、モータコイルLに流れる電流を増加させることとなる。
このように、制御ロジック回路100は、動作モードをチャージモード、低速減衰モード、高速減衰モードと繰り返すことにより、モータコイルLを流れる電流が所定の基準電圧に応じた電流量となるように制御している(特許文献1)。
特開2005−229683号公報
また、モータ駆動回路では、例えば、モータコイルLとNチャネルMOSFET(N2)のドレインとを接続する端子が電源と短絡(天絡)してしまうと、NチャネルMOSFET(N2)がオンとなった際にNチャネルMOSFET(N2)に過電流が流れることとなる。そのため、モータ駆動回路を集積化する場合、集積回路が破壊されてしまうおそれがある。そこで、制御ロジック回路100は、電圧Vrnfが例えば基準電圧Vref12(例えば0.5V)に達したことがコンパレータ102によって検出されると、過電流が生じていると判定し、Hブリッジ回路の駆動を停止している。ただし、高速減衰モードからチャージモードに切り替わる際には、瞬間的に電圧Vrnfが上昇するノイズが発生する。そこで、このノイズによって過電流が誤検出されることのないよう、コンパレータ102の出力が所定時間継続してLレベルである場合に限り、過電流の検出信号DETVが出力されるよう、タイマ回路103が設けられている。
ところが、チャージ開始時に発生するノイズの幅はモータコイルLの特性等によっても異なるため、タイマ回路103での検出時間の設定が容易ではなく、検出時間を長くとりすぎてしまうと、過電流の状態が継続する時間も長くなってしまう。
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、ノイズによる過電流の誤検出を防止することが容易なモータ駆動回路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のモータ駆動回路は、直列に接続された第1ソーストランジスタ及び第1シンクトランジスタと、直列に接続された第2ソーストランジスタ及び第2シンクトランジスタとを有し、前記第1ソーストランジスタ及び前記第1シンクトランジスタの接続点と、前記第2ソーストランジスタ及び前記第2シンクトランジスタとの接続点との間にモータコイルが接続されるHブリッジ回路と、前記第1及び第2シンクトランジスタの接地側に設けられる抵抗により生じる電圧に基づいて、前記モータコイルを流れる電流を検出する電流検出回路と、前記モータコイルの前記電流を増加させるべく、前記第1ソーストランジスタ及び前記第2シンクトランジスタを所定時間オンとし、前記所定時間の後、前記電流検出回路の検出結果に基づいて、前記モータコイルの前記電流を第1の所定量とすべく、前記モータコイルの前記電流を増加させる際には、前記第1ソーストランジスタ及び前記第2シンクトランジスタをオンとし、前記モータコイルの前記電流を減少させる際には、前記第1シンクトランジスタと、前記第2シンクトランジスタ又は前記第2ソーストランジスタの何れか一方と、をオンとする駆動信号を前記Hブリッジ回路に出力する駆動制御回路と、前記駆動制御回路が前記モータコイルの前記電流を減少させる際に、前記抵抗により生じる前記電圧に基づいて、前記第1又は第2シンクトランジスタを流れる電流が前記第1の所定量より多い第2の所定量以上である過電流であることを検出すると、前記第1及び第2シンクトランジスタをオフさせるべく、過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、を備えることとする。
ノイズによる過電流の誤検出を防止することが容易なモータ駆動回路を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態であるモータ駆動回路の構成を示す図である。モータ駆動回路は集積化されており、モータコイルL、電流検出用の抵抗RNF、及び時間設定用のキャパシタCが集積回路に接続されている。
NチャネルMOSFET(N1〜N4)は、モータコイルLの通電を制御するHブリッジ回路を構成している。例えば、NチャネルMOSFET(N1,N4)がオン、NチャネルMOSFET(N2,N3)がオフになると、電源側からNチャネルMOSFET(N1)、モータコイルL、NチャネルMOSFET(N4)を経由して接地側に電流が流れることとなる。なお、NチャネルMOSFET(N1)が本発明の第1ソーストランジスタに相当し、NチャネルMOSFET(N2)が本発明の第1シンクトランジスタに相当する。また、NチャネルMOSFET(N3)が本発明の第2ソーストランジスタに相当し、NチャネルMOSFET(N4)が本発明の第2シンクトランジスタに相当する。
制御ロジック回路10(駆動制御回路)は、モータコイルLに流れる電流の電流量が所定量となるように、コンパレータ20から出力される信号DETIに基づいて、NチャネルMOSFET(N1〜N4)のオンオフを制御する。例えば、モータコイルLの電流量を増加させる場合(チャージモード)、制御ロジック回路10は、NチャネルMOSFET(N1,N4)をオン、NチャネルMOSFET(N2,N3)をオフとする。その後、モータコイルLの電流量を緩やかに減少させる場合は(低速減衰モード)、NチャネルMOSFET(N1,N3)をオフ、NチャネルMOSFET(N2,N4)をオンとする。さらに、モータコイルLの電流量を急激に減少させる場合は(高速減衰モード)、NチャネルMOSFET(N1,N4)をオフ、NチャネルMOSFET(N2,N3)をオンとする。なお、本実施形態において制御ロジック回路10から出力される信号CTLは、チャージモードの場合にLレベル、低速減衰モード又は高速減衰モードの場合にHレベルであることとする。
コンパレータ20(電流検出回路)は、モータコイルLの電流量が設定電流量(第1の所定量)に到達したかどうかを検出するための回路であり、モータコイルLの電流量に応じた電圧Vrnfと、電源21から出力される所定レベルの基準電圧Vref1(例えば0.3V)とを比較し、比較結果を示す信号DETIを制御ロジック回路10に出力する。なお、本実施形態における信号DETIは、電圧Vrnfが基準電圧Vref1未満の場合はHレベル、電圧Vrnfが基準電圧Vref1以上の場合はLレベルであることとする。そして、信号DETIがHレベルからLレベルになると、制御ロジック回路10は、モータコイルLの電流量が所定量に到達したことを検知し、Hブリッジ回路の制御をチャージモードから低速減衰モードに変化させる。
コンパレータ30は、接続端子OAの接地レベルとの短絡(地絡)を検出するための回路であり、モータコイルLの接続端子OAの電圧レベルと、電源31から出力される所定レベルの基準電圧Vref2(例えばVm−2.4V)とを比較する。なお、本実施形態においてコンパレータ30から出力される信号は、接続端子OAの電圧レベルが、基準電圧Vref2未満の場合にHレベル、基準電圧Vref2以上の場合にLレベルであることとする。すなわち、接続端子OAが地絡すると、コンパレータ30から出力される信号がHレベルとなる。
コンパレータ32は、接続端子OBの接地レベルとの短絡(地絡)等による過電流を検出するための回路であり、モータコイルLの接続端子OBの電圧レベルと、電源33から出力される所定レベルの基準電圧Vref3(例えばVm−2.4V)とを比較する。なお、本実施形態においてコンパレータ32から出力される信号は、接続端子OBの電圧レベルが、基準電圧Vref3未満の場合にHレベル、基準電圧Vref3以上の場合にLレベルであることとする。すなわち、接続端子OBが地絡すると、コンパレータ32から出力される信号がHレベルとなる。
NOT回路34,35及びNAND回路36,37は、信号CTL,FRに基づいて、コンパレータ30,32からの信号を制御ロジック回路に出力するマスク回路である。なお、信号FRは、NチャネルMOSFET(N1)から、モータコイルL、NチャネルMOSFET(N4)、抵抗RNFの向きに電流が流れる正転時にHレベルとなり、NチャネルMOSFET(N3)から、モータコイルL、NチャネルMOSFET(N2)、抵抗RNFの向きに電流が流れる逆転時にLレベルとなることとする。すなわち、正転でチャージモードの際に接続端子OAで地絡が検出されると、NAND回路36から出力される信号DETG1がLレベルに変化することとなる。また、逆転でチャージモードの際に接続端子OBで地絡が検出されると、NAND回路37から出力される信号DETG2がLレベルに変化することとなる。そして、信号DETG1,DETG2の少なくとも一方がLレベルに変化すると、制御ロジック回路10は、過電流が発生していることを検知し、NチャネルMOSFET(N1〜N4)を全てオフにする。なお、ノイズによる影響を抑制するため、信号DETG1,DETG2がLレベルである期間が所定時間継続した場合にNチャネルMOSFET(N1〜N4)がオフにされることとしてもよい。
コンパレータ40は、接続端子OA,OBの電源との短絡(天絡)等によって過電流(第2の所定量以上の電流)が発生していることを検出するための回路であり、電圧Vrnfと、電源41から出力される所定レベルの基準電圧Vref4(例えば0.5V)とを比較する。なお、本実施形態においてコンパレータ40から出力される信号は、電圧Vrnfが、基準電圧Vref4未満の場合にHレベル、基準電圧Vref4以上の場合にLレベルであることとする。すなわち、接続端子OA,OBが天絡して過電流が発生すると、コンパレータ40から出力される信号がLレベルとなる。
NOT回路42及びNAND回路43は、制御ロジック回路10から出力される信号CTLがHレベルの場合にのみ、コンパレータ40からの信号を出力するマスク回路である。すなわち、低速減衰モードまたは高速減衰モードの際に接続端子OA,OBで天絡が検出されると、NAND回路43から出力される信号がLレベルに変化することとなる。
NチャネルMOSFET(N5)、定電流源44、コンパレータ45、及び電源46はタイマ回路を構成している。NチャネルMOSFET(N5)は、NAND回路43から出力される信号がHレベルのときにオンとなり、Lレベルのときにオフとなる。定電流源44は、キャパシタCを充電するための定電流を生成する回路である。コンパレータ45は、キャパシタCに充電された電圧と、電源46から出力される所定レベルの基準電圧Vref5とを比較する。なお、本実施形態においてコンパレータ45から出力される信号DETVは、キャパシタCに充電された電圧が、基準電圧Vref5未満の場合にHレベル、基準電圧Vref5以上の場合にLレベルであることとする。すなわち、NAND回路43から出力される信号がLレベルになるとNチャネルMOSFET(N5)がオフとなってキャパシタCの充電が開始され、所定時間経過後にキャパシタCに充電された電圧が基準電圧Vref1に達すると、コンパレータ45から出力される信号DETVがLレベルに変化する。そして、信号DETVがLレベルに変化すると、制御ロジック回路10は、過電流が発生していることを検知し、NチャネルMOSFET(N1〜N4)を全てオフにする。
なお、コンパレータ40、NOT回路42、NAND回路43、NチャネルMOSFET(N5)、定電流源44、及びコンパレータ45により構成される回路が本発明の過電流検出回路に相当する。また、Lレベルの信号DETVが本発明の過電流検出信号に相当する。
図2は、本実施形態のモータ駆動回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。まず、時刻T1に、制御ロジック回路10は、NチャネルMOSFET(N1,N4)をオン、NチャネルMOSFET(N2,N3)をオフとし、動作モードをチャージモードとする。この状態では、電源側からNチャネルMOSFET(N1)、モータコイルL、NチャネルMOSFET(N4)を経由して接地側に電流が流れることとなり、時間の経過に従ってモータコイルLを流れる電流Irnfが増加し、電圧Vrnfも増加していく。
なお、チャージモードに変化してから所定時間(T1〜T2)は、制御ロジック回路10は、コンパレータ20から出力される信号DETIにかかわらず、チャージモードを継続させる(強制チャージモード)。これは、高速減衰モードからチャージモードに変化する際に発生するノイズによってモータコイルLを流れる電流Irnfが所定の設定電流(Vref1/RNF)に到達したと判断して低速減衰モードに切り替わってしまうことを防ぐためである。また、チャージモードの間は、制御ロジック回路10から出力される信号CTLがLレベルであるため、NチャネルMOSFET(N5)がオンになっており、コンパレータ40の出力にかかわらず、コンパレータ45から出力される信号DETVはHレベルのままである。すなわち、チャージモードの間は、コンパレータ40による過電流の検出がマスクされていることとなる。
時刻T3に、モータコイルLを流れる電流Irnfに応じた電圧Vrnfが基準電圧Vref1に到達すると、コンパレータ20から出力される信号DETIがLレベルに変化する。そして、信号DETIがLレベルに変化すると、時刻T4に、制御ロジック回路10は、NチャネルMOSFET(N1,N3)をオフ、NチャネルMOSFET(N2,N4)をオンとし、動作モードを低速減衰モードとする。続いて、時刻T4から所定時間後である時刻T5に、制御ロジック回路10は、NチャネルMOSFET(N1,N4)をオフ、NチャネルMOSFET(N2,N3)をオンとし、動作モードを高速減衰モードとする。さらに、時刻T5から所定時間後である時刻T6に、制御ロジック回路10は、動作モードを再びチャージモードとする。
ここで、時刻T7に、端子OBに天絡が発生したとすると、NチャネルMOSFET(N4)から抵抗RNFに向かって過電流が発生し、電圧Vrnfが基準電圧Vref1以上となる。これにより、コンパレータ20から出力される信号DETIがLレベルに変化し、制御ロジック回路10は、動作モードを低速減衰モードに切り替える。また、電圧Vrnfが基準電圧Vref4以上となるため、コンパレータ40から出力される信号もLレベルとなる。そして、動作モードが低速減衰モードになると、制御ロジック回路10から出力される信号CTLがHレベルとなるため、NAND回路43から出力される信号がLレベルとなり、定電流源44から出力される定電流によってキャパシタCが充電されはじめる。その後、時刻T8に、キャパシタCに充電された電圧が基準電圧Vref5に到達すると、コンパレータ45から出力される信号DETVがLレベルに変化する。信号DETVがLレベルに変化すると、制御ロジック回路10は、Hブリッジ回路において過電流が発生していることを検知し、NチャネルMOSFET(N1〜N4)を全てオフにする。
なお、図2では、チャージモードの間に天絡が発生した場合の一例を示したが、低速減衰モードまたは高速減衰モードの間に天絡が発生した場合についても、制御ロジック回路10から出力される信号CTLがHレベルであるため、コンパレータ40から出力される信号がLレベルに変化してから所定時間後に、信号DETVがLレベルに変化することとなる。また、Hブリッジ回路で地絡が発生した場合については、信号DETG1または信号DETG2がLレベルとなり、NチャネルMOSFET(N1〜N4)がオフとなる。
このように、本実施形態に示したモータ駆動回路では、端子OA,OBの天絡等によってNチャネルMOSFET(N2,N4)に過電流が発生しているかどうかを検出するタイミングが、低速減衰モードまたは高速減衰モードである場合に限られる。そのため、高速減衰モードからチャージモードに切り替わる際に発生するノイズによって過電流を誤検出してしまうことを防止する必要がない。つまり、ノイズによる過電流の誤検出防止を容易に実現することができる。
特に、過電流が継続している時間を検出するための回路を定電流源44及びキャパシタCを用いて構成する場合においては、ノイズの幅を考慮する必要がないため、モータコイルLの特性によらず、キャパシタCの容量を容易に決定することが可能となる。
なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
本発明の一実施形態であるモータ駆動回路の構成例を示す図である。 本実施形態のモータ駆動回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。 Hブリッジ回路を用いたモータ駆動回路の一般的な構成例を示す図である。
符号の説明
10 制御ロジック回路
20,30,32,40,45 コンパレータ
21,31,33,41,46 電源
34,35,42 NOT回路
36,37,43 NAND回路
44 定電流源
N1〜N5 NチャネルMOSFET
L モータコイル
RNF 抵抗
C キャパシタ

Claims (3)

  1. 直列に接続された第1ソーストランジスタ及び第1シンクトランジスタと、直列に接続された第2ソーストランジスタ及び第2シンクトランジスタとを有し、前記第1ソーストランジスタ及び前記第1シンクトランジスタの接続点と、前記第2ソーストランジスタ及び前記第2シンクトランジスタとの接続点との間にモータコイルが接続されるHブリッジ回路と、
    前記第1及び第2シンクトランジスタの接地側に設けられる抵抗により生じる電圧に基づいて、前記モータコイルを流れる電流を検出する電流検出回路と、
    前記モータコイルの前記電流を増加させるべく、前記第1ソーストランジスタ及び前記第2シンクトランジスタを所定時間オンとし、前記所定時間の後、前記電流検出回路の検出結果に基づいて、前記モータコイルの前記電流を第1の所定量とすべく、前記モータコイルの前記電流を増加させる際には、前記第1ソーストランジスタ及び前記第2シンクトランジスタをオンとし、前記モータコイルの前記電流を減少させる際には、前記第1シンクトランジスタと、前記第2シンクトランジスタ又は前記第2ソーストランジスタの何れか一方と、をオンとする駆動信号を前記Hブリッジ回路に出力する駆動制御回路と、
    前記駆動制御回路が前記モータコイルの前記電流を減少させる際に、前記抵抗により生じる前記電圧に基づいて、前記第1又は第2シンクトランジスタを流れる電流が前記第1の所定量より多い第2の所定量以上であることを検出すると、前記第1及び第2シンクトランジスタをオフさせるべく、過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、
    を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
  2. 請求項1に記載のモータ駆動回路であって、
    前記過電流検出回路は、
    前記抵抗により生じる前記電圧と、前記第2の所定量に応じた基準電圧とを比較する比較回路と、
    前記Hブリッジ回路に対する前記駆動信号に基づいて、前記駆動制御回路が前記モータコイルの前記電流量を減少させる際に、前記比較回路の前記比較結果に応じた信号を出力するマスク回路と、
    前記マスク回路から出力される前記比較結果に応じた前記信号に基づいて、前記過電流の状態が所定時間継続すると、前記過電流検出信号を出力するタイマ回路と、
    を含んで構成されることを特徴とするモータ駆動回路。
  3. 請求項2に記載のモータ駆動回路であって、
    前記タイマ回路は、
    定電流回路と、
    前記定電流回路から出力される電流がキャパシタに充電されることにより生じる電圧が、前記所定時間に応じた基準電圧に達すると前記過電流検出信号を出力する信号出力回路と、
    を含んで構成されることを特徴とするモータ駆動回路。
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