JP2009106082A - モータ駆動回路、方法およびそれを用いた冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３相モータを正弦波駆動可能なモータ駆動回路を提供する。
【解決手段】モータ駆動回路１００は、モータ２に駆動電流を供給して駆動する。第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３は、モータ２の各相ごとに設けられ、対応する相のホール素子からホール信号対を受け、ホール信号対の差を増幅して相ごとの正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗを生成する。第１ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ１〜第３ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ３は、モータ２の各相ごとに設けられ、対応する相の正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗを周期電圧Ｖｏｓｃと比較し、相ごとのＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕ、ＰＷＭ＿Ｖ、ＰＷＭ＿Ｗを生成する。駆動部１０は、駆動対象の相のコイルを、対応する相のＰＷＭコンパレータからのＰＷＭ信号を用いてパルス駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転を制御するモータ駆動回路に関する。

冷却用のファンやディスク型メディアを回転させるためにブラシレス直流モータが用いられる。ブラシレス直流（ＤＣ）モータは、一般に、永久磁石を備えたロータと、スター結線された複数の相のコイルを備えたステータとを備えており、コイルに供給する電流を制御することによりコイルを励磁し、ロータをステータに対して相対回転させて駆動する。ブラシレスＤＣモータは、ロータの回転位置を検出するために、一般に、ホール素子や光学エンコーダなどのセンサを備えており、センサにより検出された位置に応じて、各相のコイルに供給する電流を切り換えて、ロータに適切なトルクを与える。

３相モータを１８０度通電する際、各相のコイル電流が三角波に近づくように、各相のコイルに与えるスイッチング電圧をパルス変調する方式（以下、正弦波駆動方式という）が知られている。サインドライブによりモータの駆動音が低減される。

モータ駆動回路の外部のマイコンによって、モータのトルクに応じてパルス幅変調された信号を生成し、このパルス幅変調された信号にもとづいてモータを駆動したい場合がある。

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、パルス幅変調駆動によって３相モータを１８０度正弦波通電しつつ、外部からのパルス幅変調された信号にもとづいてモータを駆動可能なモータ駆動回路の提供にある。

本発明のある態様は、３相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動回路に関する。このモータ駆動回路は、３相モータの各相ごとに設けられ、対応する相のホール素子からホール信号対を受け、ホール信号対の差を増幅して相ごとの正弦波電圧を生成する第１、第２、第３ホールアンプと、３相モータの各相ごとに設けられ、対応する相の正弦波電圧を周期電圧と比較し、相ごとのパルス変調信号を生成する第１、第２、第３パルス変調コンパレータと、外部の回路から、目標とするトルクに応じたデューティ比を有する外部パルス変調信号が入力される外部制御端子と、相ごとのパルス変調信号をそれぞれ外部パルス変調信号と合成し、駆動対象の相のコイルを、合成された信号にもとづいてパルス駆動する駆動部と、を備える。

この態様によると、正弦波電圧にもとづいたパルス変調信号を、外部パルス変調信号と合成することによって、実効的なデューティ比を調節でき、モータのトルクを制御することができる。

ある態様のモータ駆動回路は、第１、第２、第３ホールアンプの正弦波電圧の少なくともひとつに応じた検出電圧と、所定の基準電圧との誤差にもとづいて、第１、第２、第３ホールアンプの利得を設定する利得設定部をさらに備えてもよい。
この場合、基準電圧の電圧レベルに応じてもトルクを制御することができる。すなわち、外部パルス変調信号が与えられない場合には基準電圧にもとづいたトルク制御を、外部パルス変調信号が与えられる場合にはそれにもとづいたトルク制御を実現できる。

モータ駆動回路は、１つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。なお、ここでの集積化とは、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。

本発明の別の態様は、冷却装置である。この装置は、３相ファンモータと、３相ファンモータを駆動する上述のいずれかのモータ駆動回路と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、３相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動方法に関する。この方法は、各相ごとのホール信号対の差を増幅し、各相ごとの正弦波電圧を生成するステップと、各相ごとの正弦波電圧を周期電圧と比較し、相ごとのパルス変調信号を生成するステップと、目標とするトルクに応じたデューティ比を有する外部パルス変調信号を生成するステップと、相ごとのパルス変調信号を外部パルス変調信号と合成し、駆動対象の相のコイルを、合成された信号にもとづいてパルス駆動するステップと、を備える。

ある態様の方法は、少なくともひとつの相の正弦波電圧に応じた検出電圧と、所定の基準電圧が一致するように、ホール信号対の差を増幅する際の利得を調節するステップをさらに備えてもよい。

本発明によれば、３相モータを正弦波駆動できる。

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。

また本明細書において、電圧信号、電流信号、あるいは抵抗に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは抵抗値を表すものとする。

図１は、実施の形態に係るモータ駆動回路１００の構成を示す回路図である。モータ駆動回路１００は、センサレスブラシレスＤＣモータ（以下、単に「モータ」という）２に駆動電流を供給して回転を制御する。モータ２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを含む３相モータである。たとえばモータ２はファンモータであって、冷却対象物に対向して配置され、モータ駆動回路１００はモータ２とともに冷却装置を構成する。

モータ駆動回路１００は、モータ２に駆動電流を供給して駆動する。モータ駆動回路１００には、第１ホール素子Ｈ１〜第３ホール素子Ｈ３が接続される。モータ駆動回路１００は、第１ホールコンパレータＨＣＭＰ１〜第３ホールコンパレータＨＣＭＰ３、第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３、第１ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ１〜第３ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ３、駆動部１０、オシレータ２０、利得設定部３０、レギュレータ４０、電流制限コンパレータ６０を備える。

レギュレータ４０は所定の基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。基準電圧Ｖｒｅｆは、バイアス抵抗Ｒ２を介して、第１ホール素子Ｈ１〜第３ホール素子Ｈ３の第１のバイアス端子に印加される。第１ホール素子Ｈ１〜第３ホール素子Ｈ３の第２のバイアス端子は共通接続され、バイアス抵抗Ｒ３を介して接地される。第１ホール素子Ｈ１〜第３ホール素子Ｈ３はそれぞれ、モータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに対応づけて配置される。なお、第１ホール素子Ｈ１〜第３ホール素子Ｈ３は並列接続ではなく、直列接続してもよい。

第１ホール素子Ｈ１は、ロータの位置に応じたホール信号対ＳＨ１±を出力する。同様に、第２ホール素子Ｈ２、第３ホール素子Ｈ３はホール信号対ＳＨ２±、ＳＨ３±を出力する。モータ駆動回路１００は、相ごとのホール信号対ＳＨ±を受ける。

第１ホールコンパレータＨＣＭＰ１〜第３ホールコンパレータＨＣＭＰ３は、モータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに設けられ、それぞれ対応する相Ｕ、Ｖ、Ｗのホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３からホール信号対ＳＨ１±、ＳＨ２±、ＳＨ３±、を受ける。第１ホールコンパレータＨＣＭＰ１〜第３ホールコンパレータＨＣＭＰ３は、対応するホール信号対ＳＨ１±、ＳＨ２±、ＳＨ３±のレベルを比較して相Ｕ、Ｖ、Ｗごとの矩形波信号ＲＥＣＴ＿Ｕ、ＲＥＣＴ＿Ｖ、ＲＥＣＴ＿Ｗを生成する。

第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３は、モータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに設けられ、対応する相Ｕ、Ｖ、Ｗのホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３からホール信号対ＳＨ１±、ＳＨ２±、ＳＨ３±を受ける。第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３はそれぞれ、入力されたホール信号対ＳＨ１±、ＳＨ２±、ＳＨ３±の差を増幅して相Ｕ、Ｖ、Ｗごとの正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗを生成する。第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３は、外部からの利得制御信号に応じて利得が可変となっており、利得制御信号を受けるための利得制御端子Ｐ１が設けられる。

オシレータ２０は、三角波もしくはのこぎり波状の周期電圧Ｖｏｓｃを生成する。第１ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ１〜第３ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ３は、モータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに設けられる。第１ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ１〜第３ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ３の一方の入力端子（反転入力端子−）には、周期電圧Ｖｏｓｃが入力され、他方の入力端子（非反転入力端子＋）には、対応する相Ｕ、Ｖ、Ｗの正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗが入力される。第１ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ１〜第３ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ３は、対応する相の正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗを周期電圧Ｖｏｓｃと比較し、相ごとのパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号という）ＰＷＭ＿Ｕ、ＰＷＭ＿Ｖ、ＰＷＭ＿Ｗを生成する。

駆動部１０は、ロジック部１２、プリドライバ１４、ドライバ１６を含む。駆動部１０は第１ホールコンパレータＨＣＭＰ１〜第３ホールコンパレータＨＣＭＰ３からの矩形波信号ＲＥＣＴ＿Ｕ、ＲＥＣＴ＿Ｖ、ＲＥＣＴ＿Ｗにもとづいて、駆動する相を選択する。さらに駆動部１０は、矩形波信号ＲＥＣＴ＿Ｕ、ＲＥＣＴ＿Ｖ、ＲＥＣＴ＿Ｗにもとづいて選択した駆動対象の相のコイルを、対応する相のパルス変調コンパレータＰＣＭＰからのＰＷＭ信号を用いてパルス駆動する。

ロジック部１２は、矩形波信号ＲＥＣＴとＰＷＭ信号を論理合成する。ドライバ１６はブリッジ回路であり、各相ごとにハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを備える。プリドライバ１４は、ロジック部１２の出力信号にもとづいて、ドライバ１６内のトランジスタのオン、オフを切りかえる。駆動部１０の構成、動作は、一般的な正弦波１８０度通電を行う駆動回路と変わることがないため、詳細な説明は省略する。

利得設定部３０は、第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３からの正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗの少なくともひとつに応じた検出電圧Ｖｓと、モータ２のトルクを指示するトルク設定電圧Ｖｔｒｑとの誤差にもとづいて、第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３の利得を設定する。

検出電圧Ｖｓは、正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗの振幅に応じた信号であることが好ましい。振幅に応じた検出電圧Ｖｓを生成するために、利得設定部３０には誤差増幅器３２、合成部３４、アンプ３６、が設けられる。合成部３４は、第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３の正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗに応じた検出信号Ｓ１〜Ｓ３を合成し、検出電圧Ｖｓを生成する。合成部３４の詳細は後述する。

アンプ３６は外部からのトルク制御電圧Ｖｔと、基準電圧Ｖｒｅｆ１の差を増幅する。アンプ３６から出力されるトルク設定電圧Ｖｔｒｑは、モータ２のトルクを指示する電圧となる。誤差増幅器３２は、検出電圧Ｖｓとトルク設定電圧Ｖｔｒｑとの誤差を増幅して誤差信号Ｓｅｒｒを生成する。誤差信号Ｓｅｒｒは、第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３の利得制御端子Ｐ１へと入力され、それぞれの利得が制御される。

つぎに利得設定部３０による利得設定動作について説明する。
ある一つの相、たとえばＵ相に着目すると、第１ホールアンプＨＡＭＰ１、利得設定部３０でフィードバックループが形成されている。利得設定部３０の誤差増幅器３２において、定常状態ではイマジナリショートが成り立つから、Ｖｓ＝Ｖｔｒｑが成り立つようにフィードバックがかかる。ここでＶｓは、第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３の出力である正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗの振幅に応じた電圧であるから、フィードバックによって正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕの振幅は、トルク設定電圧Ｖｔｒｑに応じた値に安定化される。

第１ＰＷＭコンパレータＰＣＭＰ１は、周期電圧Ｖｏｓｃを正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕによってスライスし、パルス幅変調されたＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕを生成する。つまり正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕの振幅に応じてＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕのデューティ比が変化し、モータ２のトルクが調節される。

図２（ａ）、（ｂ）は、図１のモータ駆動回路１００の動作状態を示すタイムチャートである。なお、本明細書に示されるタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。

図２（ａ）、（ｂ）は、異なるトルク設定電圧Ｖｔｒｑに対するタイムチャートを示す。異なるトルク設定電圧Ｖｔｒｑによって、正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕの振幅が異なる値に保たれる。正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕの振幅が変化すると、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕのデューティ比も変化する。

図１のモータ駆動回路１００によると、ホール信号対を増幅する第１ホールアンプＨＡＭＰ１の利得を、トルク設定電圧にもとづいて制御することにより、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕのデューティ比をトルク設定電圧に応じて変化させることができ、モータ２を所望のトルクで駆動できる。Ｖ相、Ｗ相についても同様である。

また、ホール素子からのホール信号対の振幅は、ホール素子の特性やバイアス状態によって異なる値をとる。図１のモータ駆動回路１００によれば、正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗはホール信号対の振幅に依存しないため、モータ２をトルク設定電圧Ｖｔｒｑに応じたトルクで回転させることができる。

図３は、第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３および合成部３４の構成例を示す回路図である。３つのアンプは同じ構成を有するため、第１ホールアンプＨＡＭＰ１のみが詳細に示される。

第１ホールアンプＨＡＭＰ１は、入出力として反転入力端子−、非反転入力端子＋、利得制御端子Ｐ１、電圧出力端子ＰｏＶ、電流出力端子ＰｏＩを有する。第１ホールアンプＨＡＭＰ１の入力段には、差動増幅器５０が設けられる。差動増幅器５０は、入力差動対Ｑ１、Ｑ２、ダイオードＤ１〜Ｄ３、カレントミラー負荷を構成するトランジスタＱ３、Ｑ４、定電流源５２、トランジスタＱ５を備える。

入力差動対Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのベースは、非反転入力端子＋、反転入力端子−となっている。トランジスタＱ３〜Ｑ５はカレントミラー接続され、定電流源５２により生成される基準電流Ｉｒｅｆによってバイアスされる。ダイオードＤ１〜Ｄ３は電圧レベルを揃えるために設けられる。

差動増幅器５０の後段には、出力段５４が設けられる。出力段５４には、トランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタの電圧Ｖ１、Ｖ２が入力される。定電流源５６は、利得制御端子Ｐ１に入力された誤差信号Ｓｅｒｒに応じた電流Ｉｃ１を生成する。トランジスタＱ１０〜Ｑ１３はカレントミラー接続されており、各トランジスタには定電流Ｉｃ１に比例した電流が流れる。トランジスタＱ６〜Ｑ９はトランジスタＱ１１に流れる電流Ｉｃ２によってバイアスされた差動増幅器を構成する。トランジスタＱ６のベースにはホール信号対ＳＨ１±の差に応じた電圧Ｖ１が入力され、ホール信号対ＳＨ１±の差に応じた電流Ｉｘ１が流れる。同様に、トランジスタＱ７には、ホール信号対ＳＨ１±の差に応じた電流Ｉｘ２が流れる。

トランジスタＱ８はトランジスタＱ６の経路上に設けられており、トランジスタＱ１４はトランジスタＱ８にカレントミラー接続される。したがってトランジスタＱ１４には電流Ｉｘ１に比例した電流Ｉｘ１’が流れる。同様に、トランジスタＱ１５には、電流Ｉｘ２に比例した電流Ｉｘ２’が流れる。

トランジスタＱ１６のコレクタ電流は、電流Ｉｘ１’と定電流Ｉｃ３の差分となる。同様に、トランジスタＱ１７のコレクタ電流は、電流Ｉｘ２’と定電流Ｉｃ４の差分となる。トランジスタＱ１６、Ｑ１７のコレクタ電流（エミッタ電流）が合成され、電流出力端子ＰｏＩから出力される。電流出力端子ＰｏＩから出力される検出信号Ｉｏ１は、正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕを半波整流した電流信号となる。

トランジスタＱ１８はトランジスタＱ８とカレントミラー接続されており、電流Ｉｘ１に比例した電流Ｉｘ３が流れる。出力抵抗Ｒ４の一端は基準電圧Ｖｒｅｆ２でバイアスされており、電圧降下（Ｒ４×Ｉｘ３）が発生する。電圧出力端子ＰｏＶからは、Ｖｒｅｆ２＋Ｒ４×Ｉｘ３の正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕが出力される。つまり基準電圧Ｖｒｅｆ２は、正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕのバイアスレベルを設定する電圧である。

合成部３４は、合成抵抗Ｒ５を含む。合成抵抗Ｒ５は一端が接地されており、他端に第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３から出力される検出信号Ｉｏ１〜Ｉｏ３を受ける。合成抵抗Ｒ５には、電圧降下Ｒ５×（Ｉｏ１＋Ｉｏ２＋Ｉｏ３）が発生する。合成部３４は合成抵抗Ｒ５に生ずる電圧降下を、検出電圧Ｖｓとして出力する。

図４は、図３のホールアンプおよび合成部の動作状態を示すタイムチャートである。正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗに対して、これを半波整流した検出信号Ｉｏ１〜Ｉｏ３が生成される。検出信号Ｉｏ１〜Ｉｏ３を加算によって合成することにより、検出電圧Ｖｓが生成される。検出電圧Ｖｓの電圧値は、正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗの振幅に応じた値をとる。

なお、実施の形態では、正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗに応じた検出信号Ｉｏ１〜Ｉｏ３を合成して検出電圧Ｖｓを生成する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえばいずれかひとつの正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕの振幅に応じた検出電圧Ｖｓを生成し、トルク設定電圧Ｖｔｒｑに一致するようにフィードバックを行ってもよい。また、検出信号Ｉｏ１〜Ｉｏ３を電流信号とし、抵抗を用いて加算する場合を説明したが、電圧信号として演算増幅器を用いた加算器によって加算してもよい。

次に、モータ２に流れるコイル電流を制限して、トルク制御を行う方法について説明する。このためにモータ駆動回路１００は電流制限コンパレータ６０を備える。
電流制限コンパレータ６０は、モータ２のコイルに流れる電流に応じた電圧Ｖｄを、所定のしきい値電圧Ｖｔｈと比較し、Ｖｔｈ＞Ｖｄとなるとドライバ１６のスイッチングを停止し、モータ２に対する通電を停止する。

図５は、電流制限コンパレータ６０と関連する周辺回路の詳細な回路図である。ドライバ１６は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ごとに設けられたプッシュプル形式の第１、第２、第３インバータ６２、６４、６６を含む。電流検出抵抗Ｒ１は、第１インバータ６２〜第３インバータ６６の共通接続点６８と接地端子間に設けられる。

電流検出抵抗Ｒ１にはコイル電流Ｉｃｏｉｌに比例した電圧降下（Ｒ１×Ｉｃｏｉｌ）が発生する。電流制限コンパレータ６０は、電流検出抵抗Ｒ１に生ずる電圧降下Ｖｄを、所定のしきい値電圧Ｖｔｈと比較する。電流制限コンパレータ６０の出力信号（以下、停止信号ＳＴＯＰという）は、ロジック部１２へ入力される。ロジック部１２は、停止信号ＳＴＯＰを参照し、Ｖｄ＞Ｖｔｈのときドライバ１６の各トランジスタをＰＷＭ信号のレベルにかかわらず強制的にオフさせる。なお、一部のトランジスタをオン状態として回生させてもよい。

ロジック部１２には所定の周期を有する解除信号ＲＥＬが入力されている。ロジック部１２は、解除信号ＲＥＬにもとづいて、通電の停止を解除する。解除信号ＲＥＬは、オシレータ２０により生成される周期電圧Ｖｏｓｃに同期した信号が望ましい。たとえば、キャパシタを充放電して周期電圧Ｖｏｓｃを生成する場合、充放電の切りかえタイミングでハイレベル、ローレベルが遷移する信号を、解除信号ＲＥＬとして利用してもよい。この場合、解除信号ＲＥＬは、周期電圧Ｖｏｓｃがピーク値またはボトム値をとるタイミングでレベル遷移する。ただし、解除信号ＲＥＬのタイミングはこれに限定されない。

図６は、モータ駆動回路１００の電流制限動作を示す第１のタイムチャートである。駆動部１０は、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕ、ＰＷＭ＿Ｖ、ＰＷＭ＿Ｗを受け、２つまたは１つが導通を指示するレベル（ハイレベル）のときＰＷＭ信号に応じてコイルを通電する。一方、３つのＰＷＭ信号がすべてハイレベルのとき、またはすべてローレベルのとき、コイルを通電しない。図６の通電信号ＯＵＴ１は、通電期間を示し、ＯＮが通電期間を、ＯＦＦが非通電期間を示す。

通電信号ＯＵＴ２は、通電信号ＯＵＴ１、停止信号ＳＴＯＰおよび解除信号ＲＥＬにもとづいて生成される。通電信号ＯＵＴ２は、通電信号ＯＵＴ１がオン状態（ハイレベル）のとき、停止信号ＳＴＯＰに応じてオフ状態（ローレベル）に遷移する。また、通電信号ＯＵＴ１がオフ状態（ローレベル）のとき、解除信号ＲＥＬに応じてオン状態（ハイレベル）に遷移する。

ロジック部１２は、通電信号ＯＵＴ２と、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕ、ＰＷＭ＿Ｖ、ＰＷＭ＿Ｗそれぞれとの論理積を演算して、プリドライバ１４に供給すべきパルス信号ＯＵＴ＿Ｕ、ＯＵＴ＿Ｖ、ＯＵＴ＿Ｗを生成する。

なお、通電信号ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は説明を簡易化するため示したものであり、ロジック部１２において同等の信号が生成される必要はなく、最終的に図６に示すパルス信号ＯＵＴ＿Ｕ、ＯＵＴ＿Ｖ、ＯＵＴ＿Ｗが生成できれば信号処理の方法は問わない。

図７は、モータ駆動回路１００の電流制限動作を示す第２のタイムチャートである。図７は図６よりも正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗの振幅が大きく、したがってトルクが大きい場合の動作を示す。

図６、７に示すように、図５の構成によればコイル電流があるしきい値を超えると、ただちに通電が停止され、コイル電流を制限することができる。また、解除信号ＲＥＬをパルス幅変調の周期と同期させているため、電流制限がＰＷＭ駆動を妨げることはない。さらに電流制限コンパレータ６０は、電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧降下をフィルタなどによって平滑化せずに直接しきい値電圧と比較するため位相遅延が発生しない。したがって、電流制限が遅れて電流がオーバーシュートするのを抑制できる。

図１のモータ駆動回路１００はトルク制御電圧ＶｔにもとづいてＰＷＭ信号のデューティ比を制御するが、さらに外部からのＰＷＭ信号（以下、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴ）によってもトルク制御が可能となっている。この機能は、たとえばモータ駆動回路１００が冷却装置に用いられる場合であって、マイコンがＰＷＭ信号によってトルクを指示する場合に特に有効である。

図１に戻る。モータ駆動回路１００は、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴが入力される外部制御端子（以下、外部ＰＷＭ端子という）１０２を備える。図８は、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴにもとづいてモータ２を駆動するロジック部１２の一部の構成を示す回路図である。ロジック部１２は、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴを、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕ、ＰＷＭ＿Ｖ、ＰＷＭ＿Ｗそれぞれと論理合成する。たとえばロジック部１２は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ごとに設けられたＡＮＤゲート７０、７２、７４を含み、入力された２つの信号の論理積をパルス信号ＯＵＴ＿Ｕ、ＯＵＴ＿Ｖ、ＯＵＴ＿Ｗとして出力する。

図９は、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴによるトルク制御を示すタイムチャートである。図９はＵ相のみを示すが、Ｖ相、Ｗ相についても同様である。パルス信号ＯＵＴ＿Ｕは、正弦波電圧ＳＩＮ＿Ｕにもとづいて生成されたＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕと、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴの論理積となっている。外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴがデューティ比１００％のハイレベル信号であれば、ＰＷＭ＿Ｕ＝ＯＵＴ＿Ｕとなり、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴのデューティ比が小さくなるにしたがって、パルス信号ＯＵＴ＿Ｕのデューティ比が、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕにより規定されるデューティ比よりも小さくなっていく。その結果、モータ２のトルクを、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴに応じて調節することができる。

従来では、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴにもとづいてトルクを制御する場合、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴを一旦フィルタリングし、デューティ比に応じた電圧を有する直流信号に変換し、この直流信号をモータ駆動回路のトルクを制御する端子に入力する必要があった。これに対して、図１のモータ駆動回路１００によれば、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴを直接、パルス信号ＯＵＴ＿Ｕに反映させることができる。この場合、モータ駆動回路１００の外部にマイコンからのＰＷＭ信号をＤＣ信号に変換するための回路が不要となるため、コスト、回路面積を削減できる。

さらに、仮に図１の回路において、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴを直流電圧に変換し、トルク制御電圧Ｖｔとして入力した場合、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴのデューティ比とモータ２のトルク（回転数）の相対的な関係が、モータ２の種類や、直流電圧に変換する際の変換方法によって変化してしまう。これに対して、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００によれば、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴのデューティ比に比例して、パルス信号ＯＵＴ＿Ｕ、ＯＵＴ＿Ｖ、ＯＵＴ＿Ｗの実効的なデューティ比を変更できるため、モータ２の種類に依存せずに、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴのデューティ比によって相対的な回転数を一意に制御できる。具体的には、外部ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿ＥＸＴのデューティ比を１００％、５０％、３３％と変化させれば、モータ２の回転数を、１、１／２、１／３と変化させることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この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例が可能なこと、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。以下例示する。

実施の形態では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相に対して単一の誤差増幅器３２を設ける場合を説明したが、誤差増幅器３２を相ごとに設けてもよい。すなわち、第１ホールアンプＨＡＭＰ１〜第３ホールアンプＨＡＭＰ３の利得を、それぞれの出力信号の振幅に応じて独立にフィードバック制御してもよい。

実施の形態で説明した信号のハイレベル、ローレベルのロジックの設定は一例であって、論理回路ブロックの構成には様々な変形例が考えられ、こうした変形例も本発明の範囲に含まれる。

実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。

実施の形態に係るモータ駆動回路の構成を示す回路図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、図１のモータ駆動回路の動作状態を示すタイムチャートである。 第１ホールアンプ〜第３ホールアンプおよび合成部の構成例を示す回路図である。 図３のホールアンプおよび合成部の動作状態を示すタイムチャートである。 電流制限コンパレータと関連する周辺回路の詳細な回路図である。 モータ駆動回路の電流制限動作を示す第１のタイムチャートである。 モータ駆動回路の電流制限動作を示す第２のタイムチャートである。 外部ＰＷＭ信号にもとづいてモータを駆動するロジック部の一部の構成を示す回路図である。 外部ＰＷＭ信号によるトルク制御を示すタイムチャートである。

符号の説明

２…モータ、１０…駆動部、１２…ロジック部、１４…プリドライバ、１６…ドライバ、２０…オシレータ、３０…利得設定部、３２…誤差増幅器、３４…合成部、Ｒ５…合成抵抗、３６…アンプ、４０…レギュレータ、Ｒ１…電流検出抵抗、６０…電流制限コンパレータ、１００…モータ駆動回路、ＨＡＭＰ１…第１ホールアンプ、ＨＡＭＰ２…第２ホールアンプ、ＨＡＭＰ３…第３ホールアンプ、ＨＣＭＰ１…第１ホールコンパレータ、ＨＣＭＰ２…第２ホールコンパレータ、ＨＣＭＰ３…第３ホールコンパレータ、ＰＣＭＰ１…第１ＰＷＭコンパレータ、ＰＣＭＰ２…第２ＰＷＭコンパレータ、ＰＣＭＰ３…第３ＰＷＭコンパレータ、Ｈ１…第１ホール素子、Ｈ２…第２ホール素子、Ｈ３…第３ホール素子。

Claims (5)

1. ３相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動回路であって、
   前記３相モータの各相ごとに設けられ、対応する相のホール素子からホール信号対を受け、前記ホール信号対の差を増幅して相ごとの正弦波電圧を生成する第１、第２、第３ホールアンプと、
   前記３相モータの各相ごとに設けられ、対応する相の正弦波電圧を周期電圧と比較し、相ごとのパルス変調信号を生成する第１、第２、第３パルス変調コンパレータと、
   外部の回路から、目標とするトルクに応じたデューティ比を有する外部パルス変調信号が入力される外部制御端子と、
   相ごとのパルス変調信号をそれぞれ前記外部パルス変調信号と合成し、駆動対象の相のコイルを、合成された信号にもとづいてパルス駆動する駆動部と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記第１、第２、第３ホールアンプの正弦波電圧の少なくともひとつに応じた検出電圧と、所定の基準電圧との誤差にもとづいて、前記第１、第２、第３ホールアンプの利得を設定する利得設定部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回路。
3. ３相ファンモータと、
   前記３相ファンモータを駆動する請求項１または２に記載のモータ駆動回路と、
   を備えることを特徴とする冷却装置。
4. ３相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動方法であって、
   各相ごとのホール信号対の差を増幅し、各相ごとの正弦波電圧を生成するステップと、
   各相ごとの正弦波電圧を周期電圧と比較し、相ごとのパルス変調信号を生成するステップと、
   目標とするトルクに応じたデューティ比を有する外部パルス変調信号を生成するステップと、
   相ごとのパルス変調信号を前記外部パルス変調信号と合成し、駆動対象の相のコイルを、合成された信号にもとづいてパルス駆動するステップと、
   を備えることを特徴とするモータ駆動方法。
5. 少なくともひとつの相の前記正弦波電圧に応じた検出電圧と、所定の基準電圧が一致するように、前記ホール信号対の差を増幅する際の利得を調節するステップをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動方法。

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