JP2009055723A - モータ駆動装置およびそれを用いた冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減する。
【解決手段】制御端子１０６は、駆動対象のファンモータ１１２の回転を指示するパルス変調された制御信号Ｖｐｗｍを受ける。プルアップ抵抗Ｒ１０およびスイッチＳＷ１０は、制御端子１０６と電源端子Ｖｄｄの間に直列に設けられる。駆動部１０は、制御端子１０６に入力された制御信号Ｖｐｗｍにもとづき、ファンモータ１１２への通電を制御する。制御部４２はスイッチＳＷ１０のオン、オフを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの駆動技術に関し、特に、外部からのパルス幅変調（ＰＷＭ）された制御信号を受け、モータの回転数を制御するモータ駆動装置に関する。

近年のパーソナルコンピュータやワークステーションの高速化にともない、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ(Digital Signal Processor)などの演算処理用ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）の動作速度は上昇の一途をたどっている。

このようなＬＳＩは、その動作速度、すなわちクロック周波数が高くなるにつれて発熱量も大きくなる。ＬＳＩからの発熱は、そのＬＳＩ自体を熱暴走に導いたり、あるいは周囲の回路に対して影響を及ぼすという問題がある。したがって、ＬＳＩの適切な熱冷却はきわめて重要な技術となっている。

ＬＳＩを冷却するための技術の一例として、冷却ファンによる空冷式の冷却方法がある。この方法においては、たとえば、ＬＳＩの表面に対向して冷却ファンを設置し、冷たい空気を冷却ファンによりＬＳＩ表面に吹き付ける。
特開２００５−６４０５号公報 特開平１０−２３４１３０号公報

モータ駆動装置は外部のプロセッサから制御信号を受け、この制御信号を利用してモータコイルの通電時間を調節し回転数を制御する。モータ駆動装置は、回路の消費電力を低減するために、制御信号のレベルが一定値に固定されるとき、すなわちパルスが入力されないときに、スタンバイモードに移行する。

モータ駆動装置は、外部プロセッサから制御信号を受けるための入力回路を備える。本発明者は、外部プロセッサの出力回路の形式によっては、スタンバイモードにおいてモータ駆動装置の入力回路に流れる消費電流が増加するという問題を認識するに至った。

本発明はかかる状況においてなされたものであり、その目的は、モータ駆動装置の消費電力の低減にある。

本発明のある態様のモータ駆動装置は、駆動対象のモータの回転を指示するパルス変調された制御信号を受ける制御端子と、制御端子と電源端子の間に直列に設けられるプルアップ抵抗およびスイッチと、制御端子に入力された制御信号にもとづき、モータへの通電を制御する駆動部と、スイッチのオン、オフを制御する制御部と、を備える。

この態様によると、必要に応じてスイッチをオフすることにより、電源端子からプルアップ抵抗、制御端子を介して外部の回路へと流出する電流を遮断できるため、消費電流を削減することができる。

制御部は、本モータ駆動装置の外部に制御端子と接続される外部回路が、オープンコレクタ出力を有する場合、スイッチをオンし、プッシュプル出力を有する場合、または、抵抗によりプルアップされたオープンコレクタ出力を有する場合、スイッチをオフしてもよい。
なお、本明細書におけるオープンコレクタは、オープンドレインも含む概念である。
外部回路が完全なオープンコレクタの場合、スイッチをオンすることにより制御端子の電位が不定となるのを防止できる。逆に、プッシュプル出力や抵抗によりプルアップされたオープンコレクタの場合、モータ駆動装置側のプルアップ抵抗を切断することにより消費電流を低減できる。プルアップされたオープンコレクタとは、出力回路自体がプルアップ用の抵抗を含んで構成されることを意味し、すなわち出力回路が抵抗とトランジスタを含むインバータ形式を有する場合を意味する。
別の観点から言えば、ある態様のモータ駆動装置は、外部回路の出力回路の形式にかかわらず、適切に制御信号を受信することができる。

ある態様のモータ駆動装置は、スイッチのオン、オフを切りかえるためのセレクト信号を受ける端子をさらに備え、制御部は、セレクト信号にもとづいてスイッチのオン、オフを制御してもよい。

本発明のある態様のモータ駆動装置は、モータが停止した場合に、モータへの通電を停止するロック保護回路と、制御信号のレベルが所定の第１時間以上継続して固定された場合に、ロック保護回路を非アクティブとするロック制御部と、制御信号のレベルが第１時間以上継続して固定されたことを契機として時間測定を開始し、さらに所定の第２時間の経過後に、当該モータ駆動装置の少なくとも一部を停止し、スタンバイモードに移行させるスタンバイ制御部と、をさらに備える。

この場合、ロック制御部は、制御信号がモータの停止を第１時間以上継続して指示した場合に、ロック保護回路を非アクティブとするので、制御信号からの指示によりモータが停止した後の再駆動を迅速化できる。
さらに、第２時間の経過後には、スタンバイモードに移行するため、低消費電力化を図ることができ、スタンバイモードに移行する際には、ロック保護回路が非アクティブとなっているため、その後モータの駆動が指示されても、速やかに回転させることができる。

スタンバイ制御部は、制御信号のレベルの固定が解除され、モータの駆動が指示されたことを契機として、スタンバイモードから通常モードに復帰してもよい。

駆動部が制御信号にもとづきモータへの通電を制御する第１モードと、駆動部が反転した制御信号にもとづきモータへの通電を制御する第２モードとが切り替え可能に構成されてもよい。
制御信号は、ハイレベルがモータの通電、ローレベルが非通電に対応する場合と、ローレベルがモータの通電、ハイレベルが非通電に対応する場合と、に分類される。第１、第２モードを設けることにより、モータ駆動装置の外部に制御信号の論理値を反転させるインバータ（ＮＯＴゲート）が不要となる。

本発明のさらに別の態様もまた、モータ駆動装置である。この装置は、駆動対象のモータの回転を指示するパルス変調された制御信号を受ける制御端子と、制御端子に入力された制御信号にもとづき、モータへの通電を制御する駆動部と、を備える。モータ駆動装置は、駆動部が制御信号にもとづきモータへの通電を制御する第１モードと、反転した制御信号にもとづきモータへの通電を制御する第２モードとが切り替え可能に構成される。

この態様によると、モータ駆動装置の外部に制御信号の論理値を反転させるインバータ（ＮＯＴゲート）が不要となる。

制御端子と電源端子の間に直列に設けられるプルアップ抵抗およびスイッチと、スイッチのオン、オフを制御する制御部と、をさらに備えてもよい。

モータ駆動装置は、１つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「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やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。モータ駆動装置を１つのＬＳＩとして集積化することにより、回路面積を削減することができる。

本発明のさらに別の態様は、冷却装置である。この装置は、ファンモータと、ファンモータを駆動対象のモータとして駆動するモータ駆動装置と、を備える。
この態様によると、冷却装置全体としての消費電力を低減できる。

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。

本発明のある態様によれば、モータ駆動装置の消費電力を低減できる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが部材Ｂに接続」された状態とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

実施の形態は、たとえばＬＳＩなどの冷却対象に対してファンにより冷たい空気を吹き付ける冷却装置に関する。図１は、実施の形態にかかる冷却装置２００の構成を示す。冷却装置２００は、モータ駆動装置１００と、ファンモータ１１２と、ホール素子１１４と、外部コントローラ１２０と、を備える。

ファンモータ１１２は、単相全波モータであって、図示しない冷却対象物に対向して配置される。このファンモータ１１２は、モータ駆動装置１００から出力される駆動電圧によりコイル電流が制御され、すなわち通電状態が制御されて回転が調節される。

ホール素子１１４の第１端子は抵抗Ｒ１２を介してホールバイアス電圧ＨＢが印加される電源ラインと接続され、その第２端子は抵抗Ｒ１１を介して接地される。抵抗Ｒ１２および抵抗Ｒ１１によって、ホール素子１１４から出力される信号の大きさが調節される。したがって、後述するヒステリシスコンパレータ２２の同相入力範囲によっては、抵抗Ｒ１１あるいは抵抗Ｒ１２のいずれか一方あるいは両方が短絡されてもよい。なお、ホールバイアス電圧ＨＢは、モータ駆動装置１００により生成される。

ホール素子１１４は、ファンモータ１１２のロータの位置に応じてレベルが変化する第１ホール信号ＶＨ１、第２ホール信号ＶＨ２を出力する。ファンモータ１１２が回転している場合、第１ホール信号ＶＨ１と第２ホール信号ＶＨ２は互いに逆相であって周期がファンモータ１１２の回転数に応じて変化する正弦波である。

外部コントローラ１２０は、パルス幅変調された制御信号Ｖｐｗｍを生成する。外部コントローラ１２０は、制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比を、ファンモータ１１２の目標回転数に応じて変化させる。

モータ駆動装置１００は、第１ホール信号ＶＨ１、第２ホール信号ＶＨ２および制御信号Ｖｐｗｍをもとに、ファンモータ１１２を駆動する。モータ駆動装置１００は、後述する制御信号Ｖｐｗｍによりファンモータ１１２の停止が所定時間以上指示された場合、ファンモータ１１２への通電を停止するロック保護機能をキャンセル（非アクティブ化）する機能を備える。なお、モータ駆動装置１００は、ひとつの半導体基板上に一体集積化された機能ＩＣであることが望ましい。

モータ駆動装置１００は、信号の入出力用の端子として、第１入力端子１０２と、第２入力端子１０４と、制御端子１０６と、第１出力端子１０８と、第２出力端子１１０と、ホールバイアス端子１１１と、セレクト端子１１６を有する。

制御端子１０６には、外部コントローラ１２０から制御信号Ｖｐｗｍが入力される。セレクト端子１１６には、モータ駆動装置１００の動作モードもしくは動作状態を切りかえるためのセレクト信号ＳＥＬが入力される。セレクト信号ＳＥＬの詳細については後述する。
第１入力端子１０２および第２入力端子１０４には、ホール素子１１４から出力される第１ホール信号ＶＨ１および第２ホール信号ＶＨ２がそれぞれ入力される。
第１出力端子１０８および第２出力端子１１０からは、ファンモータ１１２を駆動する第１駆動電圧Ｖｄｒ１および第２駆動電圧Ｖｄｒ２がそれぞれ出力される。

モータ駆動装置１００は、主に、駆動部１０と、保護回路１２と、スタンバイ制御部２０と、電圧源３０と、起動回路３１と、入力回路４０と、制御部４２と、論理反転部４４と、を含む。

ファンモータ１１２の回転数を上げる場合、外部コントローラ１２０は制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比を大きくし、ファンモータ１１２の回転数を下げる場合は、制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比を小さくする。ファンモータ１１２を停止させる場合、外部コントローラ１２０は制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比を実質的に０とし、制御信号Ｖｐｗｍをハイレベルまたはローレベルに固定する。以下の説明ではローレベルに固定するものとする。

駆動部１０は、第１ホール信号ＶＨ１、第２ホール信号ＶＨ２および制御信号Ｖｐｗｍをもとに、ファンモータ１１２を駆動する。駆動部１０は、ヒステリシスコンパレータ２２と、プリドライブ回路２４と、Ｈブリッジ２６と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と、を含む。

ヒステリシスコンパレータ２２は、ホール素子１１４から出力される第１ホール信号ＶＨ１と第２ホール信号ＶＨ２とを比較し、ＶＨ１＞ＶＨ２のときハイレベル、ＶＨ１＜ＶＨ２のときローレベルとなる方形波信号Ｖｒｃｔを出力する。

入力回路４０は、外部コントローラ１２０からの制御信号Ｖｐｗｍを受ける。入力回路４０は、プルアップ抵抗Ｒ１０、スイッチＳＷ１０を含む。プルアップ抵抗Ｒ１０およびスイッチＳＷ１０は、制御端子１０６と電源端子Ｖｄｄの間に直列に設けられる。プルアップ抵抗Ｒ１０とスイッチＳＷ１０の位置は逆であっても構わない。
制御部４２は、セレクト信号ＳＥＬに応じて、スイッチＳＷ１０のオン、オフ状態を制御する。

モータ駆動装置１００の制御端子１０６には、さまざまな出力形式を有する外部コントローラ１２０が接続される。図２（ａ）〜（ｃ）は、外部コントローラ１２０の出力回路の例を示す回路図である。図２（ａ）の出力回路は、オープンコレクタであり、同図（ｂ）の出力回路はプッシュプル出力であり、同図（ｃ）の出力回路は、抵抗によりプルアップされたオープンコレクタである。

冷却装置２００の設計者は、外部コントローラ１２０の出力回路の形式に応じてセレクト信号ＳＥＬの値を設定する。
図２（ａ）の場合、外部コントローラ１２０側のトランジスタＭ１のドレインをプルアップするために、スイッチＳＷ１０がオンに設定され、プルアップ抵抗Ｒ１０が利用される。

図２（ｂ）の場合、外部コントローラ１２０にはトランジスタＭ１、Ｍ２を含むプッシュプル回路が設けられている。この場合、トランジスタＭ１、Ｍ２が相補的にオン、オフするため、トランジスタＭ１をオフした状態でも、制御信号Ｖｐｗｍの値が不定とはならない。したがってモータ駆動装置１００側にプルアップ抵抗Ｒ１０は不要である。この場合、セレクト信号ＳＥＬによってスイッチＳＷ１０がオフに設定される。

図２（ｃ）の場合、外部コントローラ１２０にはトランジスタＭ１、抵抗Ｒ１を含む出力回路が設けられる。トランジスタＭ１は抵抗Ｒ１によりプルアップされているため、トランジスタＭ１をオフした状態でも、制御信号Ｖｐｗｍの値が不定とはならない。したがってモータ駆動装置１００側にプルアップ抵抗Ｒ１０は不要であるから、セレクト信号ＳＥＬによってスイッチＳＷ１０がオフに設定される。

モータの回転を停止する場合、外部コントローラ１２０は制御信号Ｖｐｗｍのレベルを固定するために、トランジスタＭ１をオンさせる。もしスイッチＳＷ１０を設けない場合、制御端子１０６と電源端子Ｖｄｄとの間には、常にプルアップ抵抗Ｒ１０が接続されるから、外部コントローラ１２０がプッシュプル出力（図２（ｂ））やプルアップされたオープンコレクタ出力（図２（ｃ））を有する場合に、電源端子Ｖｄｄからプルアップ抵抗Ｒ１０、トランジスタＭ１を介して不要な電流が流れることになる。

これに対して、本実施の形態に係るモータ駆動装置１００によれば、スイッチＳＷ１０を設け、図２（ｂ）、（ｃ）の場合にスイッチＳＷ１０をオフすることによって、不要な電流が流れるのを防止し、消費電力を低減することができる。

外部コントローラ１２０の出力回路が、プッシュプル形式（図２（ｂ））、あるいは抵抗とトランジスタを含むインバータ形式（図２（ｃ））の場合に、消費電力を低減する目的で、入力回路４０を設けない構成とした場合、図２（ａ）に示す完全なオープンコレクタから出力される制御信号Ｖｐｗｍを受けることができなくなる。これに対して、図１の回路によれば、スイッチＳＷ１０を設けることにより、さまざまな形式の出力回路に対応しつつ、形式に応じて消費電力を低減することが可能となっている。

モータ駆動装置１００は、駆動部１０が制御信号Ｖｐｗｍにもとづきファンモータ１１２への通電を制御する第１モードと、駆動部１０が反転した制御信号Ｖｐｗｍにもとづきファンモータ１１２への通電を制御する第２モードとが切り替え可能に構成される。このために、制御部４２、論理反転部４４が設けられる。

論理反転部４４は、制御信号Ｖｐｗｍの論理値を反転し、または反転せずにそのまま出力する。論理反転部４４はイネーブル機能付きのインバータであってもよいし、その他のデジタル信号処理によって実現してもよい。論理反転部４４の位置は、図１のそれに限定されず、駆動部１０やスタンバイ制御部２０などの内部に設けられてもよい。制御部４２はセレクト信号ＳＥＬに応じて、論理反転部４４による制御信号Ｖｐｗｍの反転、非反転を切りかえる。

上述のように、外部コントローラ１２０により生成される制御信号Ｖｐｗｍは２つの種類に分けられる。ひとつは、制御信号Ｖｐｗｍのハイレベルがファンモータ１１２の導通期間に対応する場合であり、もうひとつは、制御信号Ｖｐｗｍのローレベルがファンモータ１１２の導通期間に対応する場合である。したがって「デューティ比」とは、制御信号Ｖｐｗｍの周期に対する、導通期間の割合を意味する。

外部コントローラ１２０が、ハイレベルを導通期間として制御信号Ｖｐｗｍを生成する場合、論理反転部４４は制御信号Ｖｐｗｍを反転させない。逆に外部コントローラ１２０がローレベルを導通期間として制御信号Ｖｐｗｍを生成する場合、論理反転部４４は制御信号Ｖｐｗｍを反転させる。つまり冷却装置２００の設計者は、セレクト信号ＳＥＬの値を、制御信号Ｖｐｗｍの種類に応じて設定する。

従来、ハイレベルを導通期間とする制御信号Ｖｐｗｍを受信するように構成されたモータ駆動装置１００を、ローレベルを導通期間とする制御信号Ｖｐｗｍに適用する場合、制御端子１０６と外部コントローラ１２０の間にインバータを設ける必要があった。これに対して、図１のモータ駆動装置１００によれば、外部のインバータが不要となるため、回路面積、コストを低減することができる。

プリドライブ回路２４は、ヒステリシスコンパレータ２２から出力される方形波信号Ｖｒｃｔおよび論理反転部４４から出力される制御信号Ｖｐｗｍをもとに、Ｈブリッジ２６を構成する各スイッチのオンオフを制御する。

Ｈブリッジ２６は、プリドライブ回路２４による制御により第１駆動電圧Ｖｄｒ１および第２駆動電圧Ｖｄｒ２をファンモータ１１２に供給する。Ｈブリッジ２６は、第１ハイサイドスイッチＭＨ１、第２ハイサイドスイッチＭＨ２、第１ローサイドスイッチＭＬ１、第２ローサイドスイッチＭＬ２を含む。

第１ハイサイドスイッチＭＨ１、第２ハイサイドスイッチＭＨ２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、第１ローサイドスイッチＭＬ１、第２ローサイドスイッチＭＬ２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである。

第１ハイサイドスイッチＭＨ１および第１ローサイドスイッチＭＬ１は電源電圧Ｖｄｄが印加される電源ラインと接地間に直列に接続される。第１ハイサイドスイッチＭＨ１、第１ローサイドスイッチＭＬ１の接続点の電圧は、第１出力端子１０８を介し、第１駆動電圧Ｖｄｒ１としてファンモータ１１２の一端に印加される。

第１ハイサイドスイッチＭＨ１、第１ローサイドスイッチＭＬ１のオンオフ状態は、各ゲートに入力されるゲート制御信号ＳＨ１、ＳＬ１により制御される。すなわち、第１ハイサイドスイッチＭＨ１は、ゲート制御信号ＳＨ１がローレベルのときオン、ハイレベルのときオフする。また、第１ローサイドスイッチＭＬ１は、ゲート制御信号ＳＬ１がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフする。

ファンモータ１１２に印加される第１駆動電圧Ｖｄｒ１は、第１ハイサイドスイッチＭＨ１がオン、第１ローサイドスイッチＭＬ１がオフのとき電源電圧Ｖｄｄとなり、第１ハイサイドスイッチＭＨ１がオフ、第１ローサイドスイッチＭＬ１がオンのとき接地電位０Ｖとなる。

同様に、第２ハイサイドスイッチＭＨ２および第２ローサイドスイッチＭＬ２も電源ラインと接地間に直列に接続される。第２ハイサイドスイッチＭＨ２および第２ローサイドスイッチＭＬ２の接続点の電圧は、第２出力端子１１０を介し、第２駆動電圧Ｖｄｒ２としてファンモータ１１２の他端に印加される。

保護回路１２は、ヒステリシスコンパレータ２２から出力される方形波信号Ｖｒｃｔおよび制御信号Ｖｐｗｍをもとに、プリドライブ回路２４によるＨブリッジ２６の各スイッチのオンオフを制御する。

保護回路１２の動作は、以下の２つのケースに分けられる。
ひとつは、制御信号Ｖｐｗｍがハイレベルとローレベルを繰り返しているにもかかわらず方形波信号Ｖｒｃｔが変動しなくなくなったケース、すなわち、異物が挟まるなどの不可抗力によりファンモータ１１２がロックしたケースである。この場合、保護回路１２は、プリドライブ回路２４に対してファンモータ１１２への通電停止を指示する。これにより、モータコイルへの過電流などが防止される。
もうひとつは、制御信号Ｖｐｗｍが所定時間以上ローレベルを示したケース、すなわち、ファンモータ１１２を作為的に停止させたケースである。この場合、保護回路１２は、上述した場合と異なり、方形波信号Ｖｒｃｔが変動しなくてもファンモータ１１２への通電停止を指示しない。これにより、作為的にファンモータ１１２を停止した後の再起動動作がスムーズになる。

保護回路１２は、ロック保護回路３２と、ロック制御部３４とを含む。また、ＴＳＤ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｕｔ Ｄｏｗｎ）回路などをさらに含んでもよい。ロック保護回路３２は、後述するイネーブル信号ＥＮがハイレベルである場合はアクティブとされ、ローレベルである場合は非アクティブとされる。

アクティブである場合、ロック保護回路３２は、たとえばヒステリシスコンパレータ２２から出力される方形波信号Ｖｒｃｔをモニタするなどしてファンモータ１１２が停止したことを検出する。ロック保護回路３２は、ファンモータ１１２のロックを検出すると、プリドライブ回路２４に出力する停止信号Ｖｓｔｏｐをローレベルからハイレベルに切り替える。停止信号Ｖｓｔｏｐがハイレベルに切り替わると、プリドライブ回路２４は、Ｈブリッジ２６を構成するトランジスタＭＨ１、ＭＨ２、ＭＬ１、ＭＬ２をすべてオフさせる。スイッチをオフさせる期間は、数百ｍｓ〜数秒であることが好ましい。トランジスタのオフは、後述のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオンすることにより行ってもよい。停止信号Ｖｓｔｏｐにより通電が停止されると、制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比にかかわらず、ファンモータ１１２には電流が供給されない。

これにより、ファンモータ１１２のロック時に過電流が流入することが防止される。なお、ファンモータ１１２が停止してからロック保護回路３２にてその停止が確認されるまでには検証期間が設定されている。検証期間は、たとえば０．５ｓ程度であり、ロック保護回路３２の内部構成により適宜決められる。
一方、非アクティブである場合、ロック保護回路３２は、一貫してローレベルの停止信号Ｖｓｔｏｐをプリドライブ回路２４に出力する。

ロック制御部３４は、制御信号Ｖｐｗｍが所定時間を超えてローレベルを示した場合、ロック保護回路３２を非アクティブとする。所定時間は、制御信号Ｖｐｗｍの周期より十分に長くてもよく、ロック保護回路３２にてファンモータ１１２のロックが確認されるまでの検証期間より短くてもよい。所定時間は、実施の形態においては６０ｍｓに設定される。この６０ｍｓは、想定される制御信号Ｖｐｗｍの下限周波数におけるオフデューティの期間をもとに設定した時間である。

ロック制御部３４は、カウンタ３６と、クロック生成器３８とを含む。
クロック生成器３８は、所定の周波数のクロックを生成する。所定の周波数は、上記の設定された所定時間に合わせて適宜決められる。カウンタ３６は、制御信号Ｖｐｗｍがローレベルを示す間、クロック生成器３８にて生成したクロックの数をカウントする。すなわち、カウンタ３６は、制御信号Ｖｐｗｍの立ち下がりエッジにてカウント値がリセットされてカウントを開始し、再度制御信号Ｖｐｗｍの立ち下がりエッジによりリセットされるまでクロックをカウントする。カウントして制御信号Ｖｐｗｍが上記の所定時間を超えてローレベルを示したことを検知した場合、カウンタ３６は、イネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替え、ロック保護回路３２に出力する。

ロック保護回路３２は、イネーブル信号ＥＮがローレベルに切り替わると非アクティブとなり、プリドライブ回路２４に出力される停止信号Ｖｓｔｏｐはローレベルに保持される。このとき、制御信号Ｖｐｗｍはローレベルを連続的に示しているから、プリドライブ回路２４は、停止信号ＶｓｔｏｐがローレベルであってもＨブリッジ２６を構成する各スイッチをオフに制御しているため、ファンモータ１１２は通電されない。また、イネーブル信号ＥＮがローレベルに切り替わったことにより非アクティブとされたロック保護回路３２は、その後制御信号Ｖｐｗｍがハイレベルになったときに再度アクティブとなる。

スタンバイ制御部２０は、イネーブル信号ＥＮを受ける。スタンバイ制御部２０は、イネーブル信号ＥＮがハイレベルからローレベルに遷移すると、時間測定を開始する。ここで、イネーブル信号ＥＮがハイレベルからローレベルに遷移したことは、制御信号Ｖｐｗｍがファンモータ１１２の停止を第１時間τ１以上継続して指示したことを意味する。
そして、制御信号Ｖｐｗｍがローレベルに固定されている状態において、時間測定開始から所定の第２時間τ２が経過すると、モータ駆動装置１００をスタンバイモードに設定し、モータ駆動装置１００の少なくとも一部の動作を停止させ、省電力化を図る。スタンバイ制御部２０は、スタンバイモードにおいて、スタンバイ信号ＳＴＢをハイレベルとする。スタンバイ信号ＳＴＢは、スタンバイモードと通常の動作モードにおいて、異なる処理を実行する回路ブロックや、スタンバイモードにおいてシャットダウンする回路ブロックへと供給される。つまり、スタンバイ制御部２０は、制御信号Ｖｐｗｍが（τ１＋τ２）の期間連続してローレベルを持続すると、モータ駆動装置１００をスタンバイモードに移行させる。

スタンバイ処理について説明する。
起動回路３１は、モータ駆動装置１００の基準電圧を生成する電圧源である。スタンバイ制御部２０はスタンバイモードにおいて、起動回路３１を停止する。基準電圧がシャットダウンすることにより、この基準電圧にもとづいて生成される基準電流が遮断するため、モータ駆動装置１００内の各ブロックに対する基準電流の供給が停止し、低消費電力化が図られる。

また、モータ駆動装置１００は、ホールバイアス端子１１１を介してホール素子１１４に対して供給すべきホールバイアス電圧ＨＢを生成する電圧源３０を含む。電圧源３０は、スタンバイ信号ＳＴＢがハイレベルとなると、シャットダウンしてホール素子１１４に対する電圧供給を停止する。これにより、ホール素子１１４、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２による電力消費が低減される。

さらに、図１の回路において、Ｈブリッジ２６の各トランジスタのゲートソース間には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が設けられる。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、スタンバイ信号ＳＴＢに連動してオン、オフが制御され、スタンバイモードにおいてオンする。その結果、Ｈブリッジ２６の各トランジスタは完全にオフ状態となり、スタンバイモードにおける消費電力がさらに低減される。
スタンバイモードにおいて、その他の不要な回路がシャットダウンされる。

さらに、スタンバイ制御部２０は、制御信号Ｖｐｗｍを受ける。スタンバイ制御部２０は、スタンバイモードにおいて、制御信号Ｖｐｗｍがファンモータ１１２の駆動を指示したことを契機として、スタンバイモードから通常モードに復帰する。たとえば、スタンバイ制御部２０は、制御信号Ｖｐｗｍのエッジを監視することにより、通常モードへの復帰を行ってもよい。
通常モードに復帰すると、スタンバイ信号ＳＴＢはローレベルとなり、起動回路３１が起動して基準電圧を生成する。これにより、モータ駆動装置１００の各ブロックに電流が供給され、動作を再開する。

図３は、図１の冷却装置２００におけるファンモータの駆動再開動作を示すタイミングチャートである。図３のタイミングチャートは、上から順に、第２ホール信号ＶＨ２、制御信号Ｖｐｗｍ、イネーブル信号ＥＮ、スタンバイ信号ＳＴＢ、回路の消費電流Ｉｃｃ、および停止信号Ｖｓｔｏｐの時間波形を示す。また、同図において、縦軸および横軸は適宜拡大、縮小して示している。

時刻Ｔ０からＴ１までの間、制御端子１０６にはあるデューティ比を有する制御信号Ｖｐｗｍが入力される。この間、ファンモータ１１２は、制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比に対応した速度にて回転し、第２ホール信号ＶＨ２は、ファンモータ１１２の回転数に対応した周波数の正弦波を示す。また、この間、制御信号Ｖｐｗｍが短時間でハイレベルとローレベルを繰り返しているので、イネーブル信号ＥＮはハイレベルを示す。したがって、ロック保護回路３２はアクティブである。また、ファンモータ１１２が停止していないので、ロック保護回路３２からプリドライブ回路２４に出力される停止信号Ｖｓｔｏｐはローレベルである。したがって、プリドライブ回路２４は、Ｈブリッジ２６の各スイッチをオンオフ制御することによりファンモータ１１２に第１駆動電圧Ｖｄｒ１および第２駆動電圧Ｖｄｒ２を供給する。

時刻Ｔ１において、ファンモータ１１２の駆動を停止するために制御信号Ｖｐｗｍのレベルが固定される。

カウンタ３６は、制御信号Ｖｐｗｍのレベルが固定され、実質的なデューティ比が０となった時刻Ｔ１からクロック生成器３８にて生成したクロックの数をカウントしており、所定の第１時間τ１（＝６０ｍｓ）経過した時刻Ｔ２において、イネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替える。これによりロック保護回路３２は非アクティブとされる。

本実施の形態の第１の効果を明確とするために、イネーブル信号ＥＮによるロック保護回路３２のアクティブ、非アクティブの切り替えを行わない場合の動作を説明する。
この場合、ＰＷＭ信号のデューティ比が０となることにより、ファンモータ１１２の回転が停止し、時刻Ｔ１にホール信号ＶＨ２が固定される。ロック保護回路３２は、ホール信号ＶＨ２または方形波信号Ｖｒｃｔが所定の検証期間τ３（たとえば、０．５ｓ）の間、連続的に一定値を持続すると、ファンモータ１１２がロックされていると判定する。言い換えれば、検証期間τ３は、ロック保護回路３２がファンモータ１１２が停止したことを確認するのに要する時間である。ロック保護回路３２がアクティブであれば、時刻Ｔ１から検証期間τ３経過後の時刻Ｔ５においてプリドライブ回路２４に出力する停止信号Ｖｓｔｏｐをハイレベルに切り替える。このときの波形は一点鎖線で示される。停止信号Ｖｓｔｏｐがハイレベルとなると、数秒の間、ファンモータ１１２への通電が停止される。そうすると、時刻Ｔ４に、制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比が増大して、ファンモータ１１２の回転が指示されたときに、回路が完全に停止状態となっているため、ファンモータ１１２の回転開始が遅れてしまう。たとえば、停止信号Ｖｓｔｏｐがハイレベルとなった直後に、制御信号Ｖｐｗｍによってファンモータ１１２の回転が指示されると、その後数秒の間は通電されないため、ファンモータ１１２の回転が遅延する。

これに対して、本実施の形態では、イネーブル信号ＥＮによってロック保護回路３２のアクティブ、非アクティブが切り替えられる。つまり、時刻Ｔ１に制御信号Ｖｐｗｍがローレベルに設定され、それから第１時間τ１経過後の時刻Ｔ２に、イネーブル信号ＥＮがローレベルに設定される。その結果、ロック保護回路３２が非アクティブ状態となる。ロック保護回路３２は非アクティブ状態となると、ホール信号ＶＨ２が検証期間τ３の間、一定値を持続した時刻Ｔ５においても、プリドライブ回路２４に出力する停止信号Ｖｓｔｏｐをハイレベルに切り替えることなくローレベルに保つ。

時刻Ｔ４において、ファンモータ１１２の再駆動のため、外部コントローラ１２０は制御信号Ｖｐｗｍのレベルの固定を解除し、制御信号Ｖｐｗｍのデューティ比をある値に設定する。このとき、上述のようにローレベルのイネーブル信号ＥＮによりロック保護回路３２が非アクティブとなっているため、ロック制御部３４は停止信号Ｖｓｔｏｐをローレベルに保っている。したがって、時刻Ｔ４にてあるデューティ比を有する制御信号Ｖｐｗｍが入力されると、ただちにファンモータ１１２の駆動が再開され、第２ホール信号ＶＨ２は正弦波を示す。

以上のように、本実施の形態の冷却装置２００によれば、ロック制御部３４は、制御信号Ｖｐｗｍが所定時間を超えてローレベルを示した場合、ロック保護回路３２を非アクティブとするので、制御信号Ｖｐｗｍによるモータの停止と不可抗力によるモータのロックとを区別できる。したがって、モータ駆動装置１００は、制御信号Ｖｐｗｍによりファンモータ１１２の回転を停止した後、その回転を迅速に再開でき、たとえばファンモータ１１２の停止中にデバイスを急激に冷却する必要が生じた場合などにすばやい冷却効果を得られる。

ロック制御部３４の機能を設けない場合は、上述したロック制御部３４の機能が設けられている場合と相違する。つまり、ロック制御部３４の機能が設けられている場合、時刻Ｔ５においても停止信号Ｖｓｔｏｐがローレベルに保たれるが、その機能を設けない場合、時刻Ｔ５において停止信号Ｖｓｔｏｐはハイレベルに切り替えられる。したがって、ロック制御部３４の機能が設けられていない場合、時刻Ｔ４にてファンモータ１１２の駆動を再開するために、あるデューティ比の制御信号Ｖｐｗｍの入力を受けても、プリドライブ回路２４は、Ｈブリッジ２６の各スイッチをオフしつづける。このため、ファンモータ１１２は通電されず、迅速な駆動の再開ができない。よって、冷却対象のデバイスの温度を適切に管理できない。
本実施の形態にかかる冷却装置２００によれば、こうした問題を好適に解決できる。

次に、実施の形態の第２の効果について説明する。時刻Ｔ２にイネーブル信号ＥＮがローレベルに切り替えられると、スタンバイ制御部２０は制御信号Ｖｐｗｍがローレベルの期間、時間測定を開始する。そして、制御信号Ｖｐｗｍがローレベルの時間が第２時間τ２持続すると、スタンバイ信号ＳＴＢをハイレベルに切り替え、モータ駆動装置１００の各ブロックの動作を停止させる。その結果、モータ駆動装置１００の回路電流Ｉｃｃは、０ｍＡ付近まで低下し、低消費電力化が図られる。
その後、時刻Ｔ４に、制御信号Ｖｐｗｍがハイレベルとなると、スタンバイ制御部２０はスタンバイ信号ＳＴＢをローレベルに切り替え、モータ駆動装置１００の各ブロックを動作状態に復帰させる。もし、第２時間τ２経過前に、制御信号Ｖｐｗｍがハイレベルとなれば、スタンバイモードには移行せずに、ファンモータ１１２の回転を再開する。
なお、カウンタ３６の設定次第では、τ２≧０であってもよい。

このように、本実施の形態に係るモータ駆動装置１００によれば、ファンモータ１１２の回転が指示されない状態が所定時間（τ１＋τ２）持続すると、スタンバイモードに切り替えることにより、従来に比べて回路の消費電流を低下させることができる。さらに、時刻Ｔ３〜Ｔ４のスタンバイモードへの移行は、イネーブル信号ＥＮにもとづいて実行されるため、スタンバイモードへ移行する際には、必ずロック保護回路３２の機能が無効化されることが保証される。したがって、その後、時刻Ｔ４にファンモータ１１２の回転の再開が指示されたとき、直ちにスタンバイモードから通常モードに復帰してファンモータ１１２を回転させることができる。

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。

実施の形態において、駆動部１０は、ヒステリシスコンパレータ２２と、プリドライブ回路２４と、Ｈブリッジ２６とにより構成されたが、本発明はこれに限定されない。
図４は、変形例にかかる駆動部６０の構成を示す。駆動部６０は、第１演算増幅器６２と、第２演算増幅器６４とを含む。

第１演算増幅器６２が出力する第１駆動電圧Ｖｄｒ１は、抵抗Ｒ１６により第１演算増幅器６２の反転入力端子および第２演算増幅器６４の非反転入力端子に帰還される。第２演算増幅器６４が出力する第２駆動電圧Ｖｄｒ２は、抵抗Ｒ２６により第１演算増幅器６２の非反転入力端子および第２演算増幅器６４の反転入力端子に帰還される。

第１演算増幅器６２および第２演算増幅器６４は、出力段に、電源と接地間に直列接続された２つのトランジスタが設けられており、それらの接続点から出力電圧が取り出される構成である。第１演算増幅器６２および第２演算増幅器６４の出力段にそれぞれ設けられた２つのトランジスタは、図１のＨブリッジ２６における各スイッチに対応する。第１駆動電圧Ｖｄｒ１および第２駆動電圧Ｖｄｒ２は、第１ホール信号ＶＨ１と第２ホール信号ＶＨ２との差分を増幅した電圧となる。また、図１のロック保護回路３２がファンモータ１１２のロックを検出し、停止信号Ｖｓｔｏｐをローレベルからハイレベルに切り替えた場合、第１演算増幅器６２および第２演算増幅器６４はオフされ、ファンモータ１１２の通電は停止される。

また、実施の形態において、モータ駆動装置１００は、ファンモータ１１２をＰＷＭ駆動する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。モータ駆動装置１００は、ファンモータ１１２をリニア駆動してもよい。

また、実施の形態において、ファンモータ１１２が単相モータである場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。ファンモータ１１２は、多相モータであってもよい。

また、実施の形態において、ファンモータ１１２の回転をホール素子１１４により検出したが、本発明はこれに限定されない。ファンモータ１１２の回転は、ファンモータ１１２のコイルに発生する誘起電圧をモニタすることにより検出してもよい。

また、実施の形態において、ロック制御部３４は、クロック生成器３８にて生成したクロックをカウンタ３６にて数えることにより制御信号Ｖｐｗｍがローレベルを示す時間をモニタしたが、本発明はこれに限定されない。制御信号Ｖｐｗｍがローレベルを示す時間は、キャパシタと抵抗を用いた時定数回路により、制御信号Ｖｐｗｍに遅延をもたせることにより、モニタしてもよい。

実施の形態において、ロック保護回路３２は、方形波信号Ｖｒｃｔをモニタしたが、本発明はこれに限定されない。ロック保護回路３２は、第１ホール信号ＶＨ１または第２ホール信号ＶＨ２をモニタしてもよく、ファンモータ１１２のコイルに発生する誘起電圧をモニタしてもよい。

実施の形態において、モータ駆動装置１００がひとつのＬＳＩに一体集積化される場合を説明したが、本発明はこれには限定されず、一部の構成要素がＬＳＩの外部にディスクリート素子あるいはチップ部品として設けられ、あるいは複数のＬＳＩにより構成されてもよい。たとえば、Ｈブリッジ２６は、ディスクリートのパワートランジスタを用いて構成されてもよい。また、クロック生成器３８は外部に設けられていてもよく、カウンタ３６は外部から入力されるクロックを数えてもよい。

実施の形態にかかる冷却装置の構成を示す回路図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、外部コントローラの出力回路および入力回路の状態を示す回路図である。 図１の冷却装置におけるファンモータの駆動再開動作を示すタイミングチャートである。 変形例にかかる駆動部の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０…駆動部、１２…保護回路、２０…スタンバイ制御部、２２…ヒステリシスコンパレータ、２４…プリドライブ回路、２６…Ｈブリッジ、３０…電圧源、３１…起動回路、３２…ロック保護回路、３４…ロック制御部、３６…カウンタ、３８…クロック生成器、４０…入力回路、４２…制御部、４４…論理反転部、Ｒ１０…プルアップ抵抗、ＳＷ１０…スイッチ、６０…駆動部、６２…第１演算増幅器、６４…第２演算増幅器、１００…モータ駆動装置、１０２…第１入力端子、１０４…第２入力端子、１０６…制御端子、１０８…第１出力端子、１１０…第２出力端子、１１２…ファンモータ、１１４…ホール素子、１１６…セレクト端子、１２０…外部コントローラ、２００…冷却装置、ＭＨ１…第１ハイサイドスイッチ、ＭＨ２…第２ハイサイドスイッチ、ＭＬ１…第１ローサイドスイッチ、ＭＬ２…第２ローサイドスイッチ、ＶＨ１…第１ホール信号、ＶＨ２…第２ホール信号、Ｖａｃｔ…アクティブ信号、Ｖｄｒ１…第１駆動電圧、Ｖｄｒ２…第２駆動電圧、Ｖｐｗｍ…制御信号、Ｖｒｃｔ…方形波信号、Ｖｓｔｏｐ…停止信号。

Claims (9)

1. 駆動対象のモータの回転を指示するパルス変調された制御信号を受ける制御端子と、
   前記制御端子と電源端子の間に直列に設けられるプルアップ抵抗およびスイッチと、
   前記制御端子に入力された前記制御信号にもとづき、前記モータへの通電を制御する駆動部と、
   前記スイッチのオン、オフを制御する制御部と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記制御部は、本モータ駆動装置の外部に前記制御端子と接続される外部回路が、オープンコレクタ出力を有する場合、前記スイッチをオンし、プッシュプル出力を有する場合、前記スイッチをオフし、抵抗によりプルアップされたオープンコレクタ出力を有する場合、前記スイッチをオフすることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記スイッチのオン、オフを切りかえるためのセレクト信号を受ける端子をさらに備え、前記制御部は、前記セレクト信号にもとづいて前記スイッチのオン、オフを制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記モータが停止した場合に、前記モータへの通電を停止するロック保護回路と、
   前記制御信号のレベルが所定の第１時間以上継続して固定された場合に、前記ロック保護回路を非アクティブとするロック制御部と、
   前記制御信号のレベルが前記第１時間以上継続して固定されたことを契機として時間測定を開始し、さらに所定の第２時間の経過後に、当該モータ駆動装置の少なくとも一部を停止し、スタンバイモードに移行させるスタンバイ制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 前記スタンバイ制御部は、前記制御信号のレベルの固定が解除され、前記モータの駆動が指示されたことを契機として、スタンバイモードから通常モードに復帰することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 前記駆動部が前記制御信号にもとづき前記モータへの通電を制御する第１モードと、前記駆動部が反転した前記制御信号にもとづき前記モータへの通電を制御する第２モードと、が切り替え可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
7. 駆動対象のモータの回転を指示するパルス変調された制御信号を受ける制御端子と、
   前記制御端子に入力された前記制御信号にもとづき、前記モータへの通電を制御する駆動部と、
   を備え、
   前記駆動部が前記制御信号にもとづき前記モータへの通電を制御する第１モードと、反転した前記制御信号にもとづき前記モータへの通電を制御する第２モードとが切り替え可能に構成されることを特徴とするモータ駆動装置。
8. 前記制御端子と電源端子の間に直列に設けられるプルアップ抵抗およびスイッチと、
   前記スイッチのオン、オフを制御する制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. ファンモータと、
   前記ファンモータを前記駆動対象のモータとして駆動する請求項１から８のいずれかに記載のモータ駆動装置と、
   を備えることを特徴とする冷却装置。

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