JP2010213541A - Brushless motor drive circuit, motor unit, and electronic equipment using them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスモータの駆動技術に関する。 The present invention relates to a technique for driving a brushless motor.
携帯電話端末やポケットベル(ページャ)などの電子機器には、ユーザに着信を知らせるために、振動モータが搭載される。この振動モータは、回転軸に偏芯したおもりが接続され、ロータを回転させることにより、電子機器を振動させる。こうした振動モータは、負荷として接続されるおもりが偏芯しているため、振動モータ専用の駆動回路が利用される。特許文献1には、関連技術が記載される。 An electronic device such as a mobile phone terminal or a pager (pager) is equipped with a vibration motor in order to notify the user of an incoming call. In this vibration motor, an eccentric weight is connected to a rotation shaft, and the electronic device is vibrated by rotating the rotor. In such a vibration motor, since a weight connected as a load is eccentric, a drive circuit dedicated to the vibration motor is used. Patent Document 1 describes related technology.
振動モータには、ブラシ付きモータとブラシレスモータが存在するが、ブラシレスモータを駆動する場合には、ホール素子によってモータのロータ位置を検出し、Hブリッジ回路でモータのコイルの通電状態を制御する。ブラシレスモータは、ブラシ付きモータに比べて小型、長寿命であるという利点を有する。 The vibration motor includes a brush motor and a brushless motor. When the brushless motor is driven, the rotor position of the motor is detected by a Hall element, and the energization state of the motor coil is controlled by an H bridge circuit. A brushless motor has the advantage of being smaller and having a longer life than a motor with a brush.
しかしながらブラシレスモータとその駆動回路とを一体にしたモータユニットは、電源ラインと接地ラインの2線に接続されて駆動される2線駆動方式である場合が多い。この2線駆動方式では、ブラシレスモータを起動するためには電源ラインからの電源の供給を開始し、停止するためには、電源ラインからの電源の供給をストップする。ここで電源の供給がストップされた後は、モータ内の内部摩擦等によって自然に回転数が減少するが、偏芯したおもりによってロータが重くなっているため慣性が高く、停止するまでに時間がかかるという問題があった。このような問題は、ブラシレスの振動モータだけでなく、他の種類のブラシレスモータにも同様に起こりうる。 However, a motor unit in which a brushless motor and its drive circuit are integrated is often a two-wire drive system that is driven by being connected to two lines of a power supply line and a ground line. In this two-wire drive system, supply of power from the power supply line is started to start the brushless motor, and supply of power from the power supply line is stopped to stop. Here, after the supply of power is stopped, the number of revolutions naturally decreases due to internal friction in the motor, etc., but the inertia is high because the rotor is heavy due to the eccentric weight, and it takes time to stop. There was a problem that it took. Such a problem can occur not only in a brushless vibration motor but also in other types of brushless motors.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的は、ブラシレスモータにブレーキをかけることのできるモータ駆動技術の提供にある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an exemplary object of an aspect thereof is to provide a motor driving technique capable of braking a brushless motor.
本発明のある態様は、ブラシレスモータ駆動回路に関する。このブラシレスモータ駆動回路は、駆動対象のブラシレスモータのコイルに接続されるブリッジ出力回路と、ブラシレスモータのトルクを指示するパルス変調された制御信号を受け、制御信号のデューティ比が、所定の上側しきい値より高い第1状態、所定の下側しきい値より低い第2状態、上側しきい値と下側しきい値の間の第3状態のいずれであるかを判定する判定部と、判定部の判定結果にもとづき、ブリッジ出力回路を制御する制御部と、を備える。制御部は、ブリッジ出力回路に対し、第1状態のときブラシレスモータの回転を指示し、第2状態のときブラシレスモータの逆転ブレーキを指示し、第3状態のときブラシレスモータの空転ブレーキを指示する。 One embodiment of the present invention relates to a brushless motor drive circuit. The brushless motor drive circuit receives a bridge output circuit connected to the coil of the brushless motor to be driven and a pulse-modulated control signal that indicates the torque of the brushless motor, and the duty ratio of the control signal is increased by a predetermined value. A determination unit that determines whether the first state is higher than the threshold value, the second state is lower than a predetermined lower threshold value, or the third state is between the upper threshold value and the lower threshold value; A control unit that controls the bridge output circuit based on the determination result of the unit. The control unit instructs the bridge output circuit to rotate the brushless motor in the first state, instructs the reverse rotation brake of the brushless motor in the second state, and instructs the idling brake of the brushless motor in the third state. .
この態様によると、制御信号の変調を適切にコントロールすることで逆転ブレーキもしくは空転ブレーキを利用してモータを停止させることができるため、振動モータの回転状態を柔軟に制御することができる。 According to this aspect, since the motor can be stopped using the reverse brake or the idling brake by appropriately controlling the modulation of the control signal, the rotation state of the vibration motor can be flexibly controlled.
制御端子に入力される制御信号は、ブラシ付きモータを駆動するために用いられる制御信号であってパルス幅変調されており、第1期間および第2期間は、制御信号のパルス幅変調の周期よりも長くてもよい。この場合、ブラシ付きモータを想定したプラットフォームでも、ブラシレスモータを駆動できる。 The control signal input to the control terminal is a control signal used for driving the brushed motor, and is pulse width modulated. The first period and the second period are based on the pulse width modulation period of the control signal. May be longer. In this case, a brushless motor can be driven even on a platform that assumes a motor with a brush.
本発明の別の態様もまた、ブラシレスモータ駆動回路である。このブラシレスモータ駆動回路は、駆動対象のブラシレスモータのコイルに接続されるブリッジ出力回路と、ブラシレスモータのトルクを指示する制御信号をフィルタリングするフィルタと、フィルタの出力電圧が、第1から第3の3つの電圧範囲のいずれに属するかを判定する判定部と、判定部の判定結果にもとづきブリッジ出力回路を制御する制御部と、を備える。制御部は、ブリッジ出力回路に対し、フィルタの出力電圧が第1の電圧範囲に属する第1状態において、ブラシレスモータの回転を指示し、フィルタの出力電圧が第2の電圧範囲に属する第2状態において、ブラシレスモータの逆転ブレーキを指示し、フィルタの出力電圧が第3の電圧範囲に属する第3状態において、ブラシレスモータの空転ブレーキを指示する。 Another embodiment of the present invention is also a brushless motor driving circuit. This brushless motor drive circuit includes a bridge output circuit connected to a coil of a brushless motor to be driven, a filter for filtering a control signal indicating the torque of the brushless motor, and output voltages of the filters from the first to the third A determination unit that determines which of the three voltage ranges belongs, and a control unit that controls the bridge output circuit based on the determination result of the determination unit. The control unit instructs the bridge output circuit to rotate the brushless motor in the first state where the output voltage of the filter belongs to the first voltage range, and the second state where the output voltage of the filter belongs to the second voltage range. , The reverse brake of the brushless motor is instructed, and the idle brake of the brushless motor is instructed in the third state where the output voltage of the filter belongs to the third voltage range.
この態様によると、制御信号がパルス幅変調されている場合、そのデューティ比に応じてモータの回転状態を制御でき、制御信号がアナログの直流電圧である場合、その電圧レベルに応じてモータの回転を制御することができる。 According to this aspect, when the control signal is pulse width modulated, the rotation state of the motor can be controlled according to the duty ratio, and when the control signal is an analog DC voltage, the motor rotation according to the voltage level. Can be controlled.
本発明のさらに別の態様は、モータユニットである。このモータユニットは、ブラシレスの振動モータと、振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を出力するホール素子と、ホール信号に基づき振動モータを駆動する上述のいずれかの態様のブラシレスモータ駆動回路と、外部から制御信号が入力され、ブラシレスモータ駆動回路と接続される制御端子と、外部から電源電圧が印加され、ブラシレスモータ駆動回路と接続される電源端子と、外部から接地電圧が印加され、ブラシレスモータ駆動回路と接続される接地端子と、を備える。 Yet another embodiment of the present invention is a motor unit. This motor unit includes a brushless vibration motor, a Hall element that outputs a Hall signal indicating positional information of the rotor of the vibration motor, and the brushless motor drive circuit according to any one of the above aspects that drives the vibration motor based on the Hall signal. A control signal is inputted from the outside, a control terminal connected to the brushless motor driving circuit, a power supply voltage is applied from the outside, a power supply terminal connected to the brushless motor driving circuit, a ground voltage is applied from the outside, and a brushless A ground terminal connected to the motor drive circuit.
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、基地局と通信し、制御信号を生成する通信部と、上述のモータユニットと、を備える。 Yet another embodiment of the present invention is an electronic device. This electronic device includes a communication unit that communicates with a base station and generates a control signal, and the motor unit described above.
本発明の別の態様は、モータユニットである。このモータユニットは、ブラシレスの振動モータと、振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を出力するホール素子と、ホール信号に基づき振動モータを駆動する上述のブラシレスモータ駆動回路と、外部から制御信号が入力され、ブラシレスモータ駆動回路と接続される制御端子と、外部から電源電圧が印加され、ブラシレスモータ駆動回路と接続される電源端子と、外部から接地電圧が印加され、ブラシレスモータ駆動回路と接続される接地端子と、を備える。 Another aspect of the present invention is a motor unit. This motor unit includes a brushless vibration motor, a Hall element that outputs a Hall signal indicating position information of the rotor of the vibration motor, the brushless motor drive circuit that drives the vibration motor based on the Hall signal, and an external control signal. Is connected to the brushless motor drive circuit, the power supply voltage is applied from outside, the power supply terminal is connected to the brushless motor drive circuit, and the ground voltage is applied from outside to connect to the brushless motor drive circuit. A ground terminal.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, and those in which constituent elements and expressions of the present invention are mutually replaced between methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明のある態様によれば、ブラシレスモータにブレーキをかけることができる。 According to an aspect of the present invention, the brushless motor can be braked.
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、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において本発明に係る実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components and members shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are appropriately omitted. In addition, the dimensions of the members in each drawing are appropriately enlarged or reduced for easy understanding. In the drawings, some of the members that are not important for describing the embodiment of the present invention are omitted.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」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。 In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are electrically connected. The case where it is indirectly connected through another member that does not affect the state is also included.
本発明の実施の形態は、携帯電話端末等の通信機能を備える電子機器に搭載されるブラシレスの振動モータの駆動回路に関する。こうした電子機器には、基地局と通信する通信部が搭載され、たとえば基地局から着信を検知すると振動モータの回転させて、ユーザに着信を報知する。 Embodiments described herein relate generally to a brushless vibration motor drive circuit mounted on an electronic device having a communication function such as a mobile phone terminal. Such an electronic device includes a communication unit that communicates with the base station. For example, when an incoming call is detected from the base station, the vibration motor is rotated to notify the user of the incoming call.
図1は、実施の形態に係るモータユニット2を備える電子機器6の構成を示す回路図である。電子機器6は、モータユニット2、通信部4、アンテナ5を備える。通信部4は、アンテナ5と接続され、基地局と通信する。通信部4は、着信時に振動モータ1を回転させ、停止するための制御信号CTLを生成して、モータユニット2へと出力する。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of an
モータユニット2は、3端子デバイスであり、具体的には、電源電圧VDDを受ける電源端子P3、接地電圧VGNDを受ける接地端子P4、制御信号CTLを受ける制御端子P5を備える。
モータユニット2は、振動モータ1と、モータ駆動回路100とを備え、ひとつのパッケージを構成する。
The
The
振動モータ1は、ロータ軸に偏芯したおもりが付けられたブラシレスモータであり、コイルの両端子P1、P2に、外部から駆動電圧OUT1、OUT2を印加可能に形成される。 The vibration motor 1 is a brushless motor with a weight eccentric to the rotor shaft, and is formed such that drive voltages OUT1 and OUT2 can be applied to both terminals P1 and P2 of the coil from the outside.
モータ駆動回路100は、制御信号CTLにもとづいて、振動モータ1の回転を制御する。以下、モータ駆動回路100の構成を説明する。
The
モータ駆動回路100は、Hブリッジ回路10、制御ロジック部20、判定部30、ホール信号処理部40、第1バッファBUF1を備え、ひとつの半導体基板上に集積化された機能ICである。
The
ホール信号処理部40は、振動モータ1のロータの位置(極性)を示すホール信号H+、H−を処理するために設けられる。ホール信号処理部40は、ホール素子3、オフセットキャンセル回路42、アンプ44、サンプルホールド回路46、コンパレータ48を含む。本実施の形態において、ホール素子3は、モータ駆動回路100に集積化されている。ホール素子3をICに内蔵する場合、ディスクリート素子を用いる場合に比べて、ホール信号の振幅が小さく、またオフセットが大きくなる。
The hall
ホール素子3は、4つの端子を有し、それらはオフセットキャンセル回路42と接続される。オフセットキャンセル回路42は、ホール素子3のオフセットをキャンセルし、振動モータ1のロータの位置を示す互いに逆相のホール信号H+、H−を生成する。このホール信号H+、H−はモータの回転数に応じた周波数を有する。オフセットキャンセル回路42から出力されるホール信号は微弱であるため、アンプ44によって増幅され、サンプルホールド回路46によりサンプルホールドされる。コンパレータ48はサンプルホールドされたホール信号H+、H−を比較して矩形波状のいわゆるFG(Frequency Generation)信号S_FGに変換し、制御ロジック部20へと出力する。
The
なお、ホール素子3からオフセットキャンセル回路42、アンプ44、サンプルホールド回路46を経てコンパレータ48に至るブロックの構成は公知技術を用いればよく、本発明において特に限定されない。また、ホール素子3をディスクリート素子で構成する場合、アンプ44、サンプルホールド回路46は省略してもよい。
The configuration of the block from the
Hブリッジ回路10は、駆動対象となる振動モータ1の端子P1、P2に接続される複数のスイッチを含む。具体的にHブリッジ回路10は、第1ハイサイドトランジスタMH1、第2ハイサイドトランジスタMH2、第1ローサイドトランジスタML1、第2ローサイドトランジスタML2を含む。このHブリッジ回路10は、振動モータ1を駆動するためのブリッジ出力回路に相当する。第1ハイサイドトランジスタMH1、第1ローサイドトランジスタML1は、電源端子P3と接地端子P4間に直列に接続される。同様に、第2ハイサイドトランジスタMH2、第2ローサイドトランジスタML2も、電源端子P3と接地端子P4間に直列に接続される。本実施の形態において、ハイサイドトランジスタMH1、MH2は、PチャンネルMOSFETであり、ローサイドトランジスタML1、ML2は、NチャンネルMOSFETである。これらのトランジスタは、すべてNチャンネルMOSFETであってもよいし、あるいは、バイポーラトランジスタであってもよい。
The
第1ハイサイドトランジスタMH1と第1ローサイドトランジスタML1の接続点の第1駆動電圧OUT1は、振動モータ1の第1端子P1に印加される。第1ハイサイドトランジスタMH1、第1ローサイドトランジスタML1のオンオフ状態は、各トランジスタのゲートに印加される第1ハイサイド駆動信号SH1、第1ローサイド駆動信号SL1によって制御される。第1ハイサイドトランジスタMH1がオンのとき、第1駆動電圧OUT1は電源電圧VDDとなり、第1ローサイドトランジスタML1がオンのとき、第1駆動電圧OUT1は接地電位(VGND)となる。2つのトランジスタMH1、ML1が両方オフのとき、振動モータ1の第1端子P1はハイインピーダンス状態となる。 A first drive voltage OUT1 at a connection point between the first high-side transistor MH1 and the first low-side transistor ML1 is applied to the first terminal P1 of the vibration motor 1. The on / off states of the first high-side transistor MH1 and the first low-side transistor ML1 are controlled by a first high-side drive signal SH1 and a first low-side drive signal SL1 that are applied to the gates of the transistors. When the first high-side transistor MH1 is on, the first drive voltage OUT1 is the power supply voltage VDD, and when the first low-side transistor ML1 is on, the first drive voltage OUT1 is the ground potential (VGND). When both of the two transistors MH1 and ML1 are off, the first terminal P1 of the vibration motor 1 is in a high impedance state.
同様に、第2ハイサイドトランジスタMH2と第2ローサイドトランジスタML2の接続点の第2駆動電圧OUT2は、振動モータ1の第2端子P2と接続される。第2ハイサイドトランジスタMH2、第2ローサイドトランジスタML2のオンオフ状態は、各トランジスタのゲートに印加される第2ハイサイド駆動信号SH2、第2ローサイド駆動信号SL2によって制御される。 Similarly, the second drive voltage OUT2 at the connection point between the second high-side transistor MH2 and the second low-side transistor ML2 is connected to the second terminal P2 of the vibration motor 1. The on / off states of the second high side transistor MH2 and the second low side transistor ML2 are controlled by a second high side drive signal SH2 and a second low side drive signal SL2 applied to the gates of the transistors.
本実施の形態では、ハイサイドトランジスタMH1およびローサイドトランジスタML2を一対、ハイサイドトランジスタMH2およびローサイドトランジスタML1を他の一対とし、それらの対を交互にオンオフすることによって振動モータ1を駆動する。その際、パルス信号Spwmにもとづいてオン期間の長さを調節する。 In the present embodiment, the vibration motor 1 is driven by setting the high-side transistor MH1 and the low-side transistor ML2 as a pair and the high-side transistor MH2 and the low-side transistor ML1 as another pair and alternately turning on and off these pairs. At that time, the length of the ON period is adjusted based on the pulse signal Spwm.
第1バッファBUF1は、制御端子P5に入力される制御信号CTLを受け、制御ロジック部20および判定部30へと出力する。
The first buffer BUF1 receives the control signal CTL input to the control terminal P5 and outputs it to the
判定部30は、振動モータ1のトルクを指示するパルス変調された制御信号CTLを受け、制御信号CTLのデューティ比Dctlが、所定の上側しきい値DHより高い第1状態(Dctl>DH)、所定の下側しきい値DLより低い第2状態(Dctl<DL)、上側しきい値と下側しきい値の間の第3状態(DL<Dctl<DH)のいずれであるかを判定する。たとえば、上側しきい値は60%、下側しきい値は30%程度に設定される。
The
判定部30は、第1状態H、第2状態L、第3状態Mのいずれかを示す判定信号Sjdgを出力する。判定信号Sjdgは、たとえば第1状態Hのとき[01]、第2状態Lのとき[10]、第3状態のとき[11]となる2ビットのデータであってもよい。
The
判定部30は、フィルタ32および比較器34を含む。フィルタ32は、パルス幅変調された制御信号CTLを平滑化する。フィルタ32は、第2バッファBUF2およびキャパシタC1を含む。キャパシタC1の容量を調節することにより、フィルタの時定数を調節できる。比較器34は、フィルタ32の出力電圧Vfを、上側しきい値DHに対応する第1しきい値電圧Vth1および下側しきい値DLに対応する第2しきい値電圧Vth2それぞれと比較する。比較器34は2つのコンパレータを含んでもよい。
つまり判定部30は、フィルタの出力電圧Vfが、3つの電圧範囲(Vf>Vth1)、(Vth1>Vf>Vth2)、(Vth2>Vf)のいずれに属するかを判定する。
The
That is, the
制御ロジック部20は、判定信号Sjdgを参照し、判定部30の判定結果にもとづき、Hブリッジ回路10を制御する。
The
制御ロジック部20は、ブリッジ出力回路10に対し、第1状態Hのとき振動モータ1の回転を指示する。また第2状態Lのとき振動モータ1の逆転ブレーキを指示し、第3状態Mのとき空転ブレーキを指示する。
The
逆転ブレーキ(反転ブレーキ)は、振動モータ1に逆回転のトルクを与えることにより実行される。たとえば、振動モータ1のコイルに、第1端子P1から第2端子P2に向かって電流が流れている期間は、それとは反対の向きに電流が流れるように、Hブリッジ回路10のトランジスタが制御される。
The reverse brake (reverse brake) is executed by applying reverse rotation torque to the vibration motor 1. For example, the transistor of the
空転ブレーキをかけるとき、Hブリッジ回路10のすべてのトランジスタがオフされる。つまり振動モータ1の第1端子P1および第2端子P2がハイインピーダンス状態となる。振動モータ1のコイル電流は、Hブリッジ回路10のトランジスタのボディダイオードを流れる。
空転ブレーキをかけるとき、ローサイドトランジスタML1、ML2を両方オンしてもよい。つまり振動モータ1の第1端子P1および第2端子P2に接地電圧VGNDを印加してもよい。この場合、振動モータ1のコイル電流は、トランジスタML1、ML2のチャンネルを流れる。
When the idling brake is applied, all the transistors of the
When the idling brake is applied, both the low side transistors ML1 and ML2 may be turned on. That is, the ground voltage VGND may be applied to the first terminal P1 and the second terminal P2 of the vibration motor 1. In this case, the coil current of the vibration motor 1 flows through the channels of the transistors ML1 and ML2.
制御ロジック部20は、制御信号CTLおよび判定信号Sjdgにもとづき、Hブリッジ回路10のトランジスタを制御するための駆動信号SH1、SH2、SL1、SL2を生成する。
The
モータユニット2は、以下の状態を遷移する。
The
停止状態φ1
振動モータ1が停止している状態。
Stop state φ1
The state where the vibration motor 1 is stopped.
起動状態φ2
所定の起動期間TFULLの間、振動モータ1をフルトルク(100%のデューティ比)で回転させる。
Starting state φ2
During a predetermined starting period T FULL , the vibration motor 1 is rotated at full torque (100% duty ratio).
通常駆動状態φ3
振動モータ1を制御信号CTLのデューティ比に応じたトルクで回転させる。
Normal drive state φ3
The vibration motor 1 is rotated with a torque corresponding to the duty ratio of the control signal CTL.
逆転ブレーキ状態φ4
振動モータ1に逆転ブレーキをかける。
Reverse brake state φ4
Apply reverse brake to vibration motor 1.
空転ブレーキ状態φ5
振動モータ1に空転ブレーキをかける。
Idling brake state φ5
The idling brake is applied to the vibration motor 1.
図2は、図1のモータユニット2の状態遷移図である。
停止状態φ1において、第1状態Hが所定の第1期間TRISEより長く持続すると、起動状態φ2に遷移する(S1)。
FIG. 2 is a state transition diagram of the
In the stop state φ1, when the first state H lasts longer than the predetermined first period T RISE , the state changes to the start state φ2 (S1).
起動状態φ2の起動時間TFULLが経過すると、通常駆動状態φ3に遷移する(S2)。 When the activation time T FULL awake φ2 has elapsed, a transition to the normal driving state φ3 (S2).
通常駆動状態φ3において、第2状態Lが所定の第2期間TFALLより長く持続すると、逆転ブレーキ状態φ4に遷移する(S3)。 In the normal drive state φ3, when the second state L continues longer than the predetermined second period T FALL , the state changes to the reverse brake state φ4 (S3).
逆転ブレーキ状態φ4において、逆転ブレーキ期間TBRKが経過すると、停止状態φ1に遷移する(S4)。逆転ブレーキ期間TBRKはモータの回転数がある値まで低下するまでの期間、もしくは予め定められた一定時間である。 When the reverse brake period TBRK elapses in the reverse brake state φ4, the state changes to the stop state φ1 (S4). The reverse brake period T BRK is a period until the rotational speed of the motor decreases to a certain value, or a predetermined fixed time.
通常駆動状態φ3もしくは逆転ブレーキ状態φ4において、第3状態Mが所定の第3期間TMIDより長く持続すると、空転ブレーキ状態φ5に遷移する(S5)。 In the normal driving state φ3 or the reverse brake state φ4, when the third state M continues longer than the predetermined third period T MID , the state changes to the idling brake state φ5 (S5).
空転ブレーキ状態φ5において、第1状態Hが所定の第1期間TRISEより長く持続すると、起動状態φ2に遷移する(S6)。 In the idling brake state φ5, when the first state H lasts longer than the predetermined first period T RISE , the state changes to the start state φ2 (S6).
上述のように、判定信号Sjdgは、制御信号CTLを平滑化した電圧を、しきい値電圧と比較することで生成される。したがって判定信号Sjdgの値は、制御信号CTLのデューティ比Dctlが変化してから、フィルタ32の時定数だけ遅れて変化することになる。
As described above, the determination signal Sjdg is generated by comparing the smoothed voltage of the control signal CTL with the threshold voltage. Therefore, the value of the determination signal Sjdg changes with a delay by the time constant of the
図1のモータユニット2は、このフィルタ32の時定数を、上述の第1期間TRISE、第2期間TFALLとして利用する。たとえば初期状態として、制御信号CTLがローレベルに固定されているとする(Dctl=0%)。この状態から、制御信号CTLのデューティ比Dctlが、上側しきい値DHより高い状態に遷移した場合、フィルタ電圧Vfは緩やかに上昇し、フィルタ32の時定数に応じた時間TRISEの経過後に、判定信号SjdgがLからHに遷移する。つまり、Dctl>DHの状態が第1期間TRISEより長く継続すると、判定信号SjdgがHに遷移する。
The
第1期間TRISEおよび第2期間TFALL、言い換えればフィルタ32の時定数は、パルス幅変調される制御信号CTLの周期よりも長く設定される。
The first period T RISE and the second period T FALL , in other words, the time constant of the
つまり、制御ロジック部20は、タイマなどの経時手段を用いずとも、判定信号Sjdgの値が遷移したことを契機として、図2の状態遷移を実行することができる。
That is, the
以上がモータユニット2の構成である。続いてその動作を説明する。図3は、図1のモータユニット2の動作例を示すタイムチャートである。
The above is the configuration of the
時刻t0より前、電源電圧VDDが供給されており、モータ駆動回路100は停止状態φ1となっている。時刻t0に、制御信号CTLがハイレベルとなり、振動モータ1の回転開始が指示される。制御信号CTLがハイレベルを持続すると、判定部30のフィルタ電圧Vfが時間とともに上昇し、第1期間TRISEが経過した時刻t1に、フィルタ電圧Vfがしきい値電圧Vth1より高くなり、判定信号Sjdgが第1状態Hとなる。判定信号Sjdgが第1状態Hとなると、制御ロジック部20は起動状態φ2に遷移する。起動状態φ2の間、振動モータ1はフルトルク(100%デューティ)で駆動され、その回転数が急激に上昇する。
Prior to time t0, the power supply voltage VDD is supplied, and the
起動状態φ2中の時刻t2に、制御信号CTLのデューティ比が、ある所定のデューティ比(たとえば80%)に設定される。起動状態φ2の間は、制御信号CTLのデューティ比は無視され、振動モータ1はフルトルク(100%デューティ比)で駆動される。 At time t2 in the starting state φ2, the duty ratio of the control signal CTL is set to a predetermined duty ratio (for example, 80%). During the startup state φ2, the duty ratio of the control signal CTL is ignored, and the vibration motor 1 is driven at full torque (100% duty ratio).
起動状態φ2に遷移した後、起動期間TFULLが経過した時刻t3に、通常駆動状態φ3に遷移する。通常駆動状態φ3に遷移すると、振動モータ1は制御信号CTLのデューティ比に応じたトルク(デューティ比)で駆動される。制御信号CTLのデューティ比と、振動モータ1に印加される駆動信号OUT1、OUT2のデューティ比は必ずしも一致しなくてもよい。その結果、振動モータ1の回転数は、制御信号CTLのデューティ比に応じた値に安定化される。 After the transition to the startup state φ2, the transition to the normal drive state φ3 occurs at time t3 when the startup period TFULL has elapsed. When transitioning to the normal drive state φ3, the vibration motor 1 is driven with a torque (duty ratio) corresponding to the duty ratio of the control signal CTL. The duty ratio of the control signal CTL and the duty ratio of the drive signals OUT1 and OUT2 applied to the vibration motor 1 do not necessarily need to match. As a result, the rotation speed of the vibration motor 1 is stabilized to a value corresponding to the duty ratio of the control signal CTL.
時刻t4に、制御信号CTLがローレベルとなり(デューティ比0%)、振動モータ1の停止が指示される。時刻t4から第2期間TFALL経過後の時刻t5に、判定信号Sjdgが第2状態Lとなると、逆転ブレーキ状態φ4に遷移する。逆転ブレーキ期間TBRKの間、振動モータ1に回転方向と逆向きのトルクが与えられ、振動モータ1の回転数が急速に減少し、振動モータ1が停止する。 At time t4, the control signal CTL becomes low level (duty ratio 0%), and the stop of the vibration motor 1 is instructed. When the determination signal Sjdg becomes the second state L at the time t5 after the elapse of the second period T FALL from the time t4, the state transits to the reverse brake state φ4. During the reverse brake period TBRK , a torque in the direction opposite to the rotation direction is applied to the vibration motor 1, the number of rotations of the vibration motor 1 rapidly decreases, and the vibration motor 1 stops.
逆転ブレーキ状態φ4中の時刻t6に、制御信号CTLのデューティ比がある値(たとえば50%)に変化するが、逆転ブレーキ状態φ4では制御信号CTLのデューティ比は振動モータ1の駆動に影響を与えない。ただし、判定信号Sjdgは、制御信号CTLのデューティ比50%に応じた第3状態Mに遷移する。時刻t7に逆転ブレーキ期間TBRKが終了すると、空転ブレーキ状態φ5に遷移し、待機状態となる。 At time t6 in the reverse brake state φ4, the duty ratio of the control signal CTL changes to a certain value (for example, 50%). However, in the reverse brake state φ4, the duty ratio of the control signal CTL affects the driving of the vibration motor 1. Absent. However, the determination signal Sjdg transits to the third state M according to the duty ratio 50% of the control signal CTL. When the reverse brake period TBRK ends at the time t7, the vehicle shifts to the idling brake state φ5 and enters a standby state.
その後、時刻t8に制御信号CTLがローレベル(デューティ比0%)となると、停止状態φ1となる。 Thereafter, when the control signal CTL becomes low level (duty ratio 0%) at time t8, the stop state φ1 is entered.
以上がモータユニット2の動作である。
The above is the operation of the
実施の形態に係るモータユニット2は、以下の利点を有する。
1. 制御信号CTLは、従来のブラシ付き振動モータのプラットフォームの信号をそのまま流用することができるため、電子機器6の設計者は、従来のブラシ付き振動モータユニットを、実施の形態に係るモータユニット2に置換することにより、簡易にブラシレス振動モータを利用できる。
The
1. Since the control signal CTL can use the signal of the conventional brush vibration motor platform as it is, the designer of the
2. ブラシ付き振動モータは、振動モータ1の両端に同相の信号が印加されても回転しない。したがって従来のブラシ付き振動モータのプラットフォームでは、モータの停止時において、制御信号CTLのデューティ比やレベルが非ゼロに変動することが許容されていた。
一方、ブラシレスモータはその両端に同相の信号が印加された場合でも、回転してしまうため、デューティ比やレベルが非ゼロである制御信号CTLによる誤動作が問題となる。実施の形態に係るモータユニット2は、停止状態において、第1期間TRISEより短い期間、制御信号CTLがハイレベルとなっても、振動モータ1は回転しないため、ブラシ付き振動モータのプラットフォームに搭載しても、誤動作しない。
2. The brushed vibration motor does not rotate even if a signal having the same phase is applied to both ends of the vibration motor 1. Therefore, in the conventional vibration motor platform with a brush, the duty ratio and level of the control signal CTL are allowed to fluctuate non-zero when the motor is stopped.
On the other hand, since the brushless motor rotates even when in-phase signals are applied to both ends thereof, a malfunction due to the control signal CTL having a non-zero duty ratio or level becomes a problem. In the stopped state, the
3. さらに実施の形態に係るモータユニット2は、制御信号CTLのデューティ比が第2状態(Lレベル)となると、逆転ブレーキをかけるため、短期間で回転を停止させることができる。
3. Furthermore, since the
4. さらに実施の形態に係るモータユニット2は、制御信号CTLのデューティ比が第3状態(中間レベルM)となると、空転ブレーキをかけることができる。空転ブレーキをかける状態は、たとえば待機状態として利用することができる。
4). Furthermore, the
5. 実施の形態に係るモータユニット2は、従来の2線式、すなわち電源電圧VDDと接地電圧VGNDのみが与えられて動作するブラシレスモータ用のプラットフォームにも搭載できる。この場合、図1の制御端子P5を電源端子P3とショートすればよい。この場合、電源電圧VDDが供給されると、起動状態φ2に遷移し、続いて通常駆動状態φ3に遷移する。制御信号CTLが電源電圧VDDである場合、そのデューティ比は100%であるから、通常駆動状態φ3では、フルトルクで振動モータ1が駆動される。電源電圧VDDの供給が停止されると、逆転ブレーキ状態φ4に遷移し、短時間で振動モータ1
回転が停止する。
5). The
The rotation stops.
6. 上述の説明は、制御信号CTLがパルス幅変調されている場合を説明したが、モータユニット2は、制御信号CTLとして、モータのトルク(回転数)に応じた電圧レベルを有する直流的な電圧を受けることもできる。この場合、制御信号CTLの電圧レベルを変化させることにより、振動モータ1の回転を制御できる。この場合、制御ロジック部20は、直流的な制御信号CTLを受け、その電圧レベルに応じたデューティ比を有するパルス信号を生成する変調器を含んでもよい。制御ロジック部20はパルス信号に応じてHブリッジ回路10をスイッチングさせてもよい。
6). In the above description, the case where the control signal CTL is subjected to pulse width modulation has been described. However, the
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み合わ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。 Those skilled in the art will understand that the above-described embodiment is an exemplification, and that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.
実施の形態では、ブレーキ期間TBRKにおいて100%のデューティ比で回転とは逆向きのトルクをかける場合について説明したが、これに限られない。たとえば制御ロジック部20はブレーキをかける際、ロータの回転数を監視し、その減少の速さが所望の速さになるようデューティ比を調節してもよい。この場合、駆動するブラシレス振動モータの特性、たとえば内部摩擦、によらないブレーキ特性を得ることができる。
In the embodiment, the case has been described in which the torque opposite to the rotation is applied at a duty ratio of 100% in the brake period TBRK , but the present invention is not limited to this. For example, when applying the brake, the
実施の形態では、第1期間TRISE、第2期間TFALLを、フィルタ32の時定数を利用して計測する構成を説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえばデジタル式、あるいはアナログ式のタイマ回路を設け、それによって第1期間TRISE、第2期間TFALLを測定してもよい。
In the embodiment, the configuration in which the first period T RISE and the second period T FALL are measured using the time constant of the
実施の形態においては、振動モータ1を駆動する場合について説明したが、本発明は超小型のファンモータやゲーム機等のリモコンに搭載される小型モータの駆動にも適用することができる。 In the embodiment, the case where the vibration motor 1 is driven has been described. However, the present invention can also be applied to driving a small motor mounted on a remote controller such as an ultra-small fan motor or a game machine.
実施の形態で説明した回路において、信号のハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。また、これに応じて、ANDゲートやORゲートを置換することは、当業者が容易に想到することができるものである。 In the circuit described in the embodiment, the setting of the high level and low level logic values of the signal is an example, and can be freely changed by appropriately inverting it with an inverter or the like. Further, according to this, replacement of the AND gate and the OR gate can be easily conceived by those skilled in the art.
1…振動モータ、2…モータユニット、3…ホール素子、4…通信部、5…アンテナ、6…電子機器、10…Hブリッジ回路、20…制御ロジック部、30…判定部、32…フィルタ、34…比較器、40…ホール信号処理部、42…オフセットキャンセル回路、44…アンプ、46…サンプルホールド回路、48…コンパレータ、100…モータ駆動回路、P3…電源端子、P4…接地端子、P5…制御端子、BUF1…第1バッファ、BUF2…第2バッファ、P1…第1端子、P2…第2端子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibration motor, 2 ... Motor unit, 3 ... Hall element, 4 ... Communication part, 5 ... Antenna, 6 ... Electronic device, 10 ... H bridge circuit, 20 ... Control logic part, 30 ... Determination part, 32 ... Filter, 34 ... Comparator, 40 ... Hall signal processing unit, 42 ... Offset cancel circuit, 44 ... Amplifier, 46 ... Sample hold circuit, 48 ... Comparator, 100 ... Motor drive circuit, P3 ... Power supply terminal, P4 ... Ground terminal, P5 ... Control terminal, BUF1 ... first buffer, BUF2 ... second buffer, P1 ... first terminal, P2 ... second terminal.
Claims (15)
前記ブラシレスモータのトルクを指示するパルス変調された制御信号を受け、前記制御信号のデューティ比が、所定の上側しきい値より高い第1状態、所定の下側しきい値より低い第2状態、前記上側しきい値と下側しきい値の間の第3状態のいずれであるかを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果にもとづき、前記ブリッジ出力回路を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ブリッジ出力回路に対し、前記第1状態のとき前記ブラシレスモータの回転を指示し、前記第2状態のとき前記ブラシレスモータの逆転ブレーキを指示し、前記第3状態のとき前記ブラシレスモータの空転ブレーキを指示することを特徴とするブラシレスモータ駆動回路。 A bridge output circuit connected to the coil of the brushless motor to be driven;
Receiving a pulse-modulated control signal indicating the torque of the brushless motor; a first state in which the duty ratio of the control signal is higher than a predetermined upper threshold; a second state lower than a predetermined lower threshold; A determination unit for determining which of the third states between the upper threshold value and the lower threshold value;
A control unit that controls the bridge output circuit based on a determination result of the determination unit;
With
The control unit instructs the bridge output circuit to rotate the brushless motor in the first state, instructs reverse rotation braking of the brushless motor in the second state, and A brushless motor drive circuit that instructs idling braking of a brushless motor.
前記制御信号を平滑化するフィルタと、
前記フィルタの出力電圧を、前記上側しきい値に対応する第1しきい値電圧および前記下側しきい値に対応する第2しきい値電圧それぞれと比較する比較部と、
を含み、前記比較部の比較結果にもとづき、前記第1状態から前記第3状態を判定することを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータ駆動回路。 The determination unit
A filter for smoothing the control signal;
A comparator for comparing the output voltage of the filter with a first threshold voltage corresponding to the upper threshold and a second threshold voltage corresponding to the lower threshold;
The brushless motor drive circuit according to claim 1, wherein the third state is determined from the first state based on a comparison result of the comparison unit.
前記ブラシレスモータのトルクを指示する制御信号をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力電圧が、第1から第3の3つの電圧範囲のいずれに属するかを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果にもとづき前記ブリッジ出力回路を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ブリッジ出力回路に対し、前記フィルタの出力電圧が前記第1の電圧範囲に属する第1状態において、前記ブラシレスモータの回転を指示し、前記フィルタの出力電圧が前記第2の電圧範囲に属する第2状態において、前記ブラシレスモータの逆転ブレーキを指示し、前記フィルタの出力電圧が前記第3の電圧範囲に属する第3状態において、前記ブラシレスモータの空転ブレーキを指示することを特徴とするブラシレスモータ駆動回路。 A bridge output circuit connected to the coil of the brushless motor to be driven;
A filter for filtering a control signal indicating the torque of the brushless motor;
A determination unit for determining which of the first to third voltage ranges the output voltage of the filter belongs to;
A control unit for controlling the bridge output circuit based on a determination result of the determination unit;
With
The control unit instructs the bridge output circuit to rotate the brushless motor in a first state where the output voltage of the filter belongs to the first voltage range, and the output voltage of the filter is set to the second output voltage. Instructing the reverse brake of the brushless motor in the second state belonging to the voltage range, and instructing the idling brake of the brushless motor in the third state where the output voltage of the filter belongs to the third voltage range. A brushless motor drive circuit.
前記振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を出力するホール素子と、
前記ホール信号に基づき前記振動モータを駆動する請求項1から13のいずれかに記載のブラシレスモータ駆動回路と、
外部から前記制御信号が入力され、前記ブラシレスモータ駆動回路と接続される制御端子と、
外部から電源電圧が印加され、前記ブラシレスモータ駆動回路と接続される電源端子と、
外部から接地電圧が印加され、前記ブラシレスモータ駆動回路と接続される接地端子と、
を備えることを特徴とするモータユニット。 A brushless vibration motor,
A hall element that outputs a hall signal indicating positional information of the rotor of the vibration motor;
The brushless motor drive circuit according to any one of claims 1 to 13, wherein the vibration motor is driven based on the hall signal.
A control terminal to which the control signal is input from the outside and connected to the brushless motor driving circuit;
A power supply voltage is applied from the outside and connected to the brushless motor drive circuit;
A ground voltage is applied from the outside and connected to the brushless motor drive circuit;
A motor unit comprising:
請求項14に記載のモータユニットと、
を備えることを特徴とする電子機器。 A communication unit that communicates with a base station and generates the control signal;
The motor unit according to claim 14,
An electronic device comprising:
Priority Applications (1)
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JP2009059665A JP2010213541A (en) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | Brushless motor drive circuit, motor unit, and electronic equipment using them |
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CN106301096A (en) * | 2015-05-11 | 2017-01-04 | 德信科技股份有限公司 | Rotating for single phase brushless direct current fan electromotor drives control circuit |
-
2009
- 2009-03-12 JP JP2009059665A patent/JP2010213541A/en active Pending
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CN106301096A (en) * | 2015-05-11 | 2017-01-04 | 德信科技股份有限公司 | Rotating for single phase brushless direct current fan electromotor drives control circuit |
CN106301096B (en) * | 2015-05-11 | 2018-09-25 | 德信科技股份有限公司 | Positive and negative rotation drive control circuit for single phase brushless direct current fan electromotor |
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