JP2010283908A - Drive circuit of brushless motor, drive method, and motor unit and electronic equipment using the same - 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。 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.
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。ブラシレス型の振動モータを駆動する場合、ロータが重いため起動時間や停止時間が長くなるという問題があった。特許文献1に記載される高速起動モード等のシーケンス制御を行うと、起動時間を短縮することが可能である。
There are brush motors and brushless motors as vibration motors. When driving a brushless type vibration motor, there is a problem that the start time and the stop time become long because the rotor is heavy. When sequence control such as the high-speed start-up mode described in
しかしながら、特許文献1に記載の高速起動は、モータの駆動開始から一定期間の間、フルトルクで回転させる制御となっている。したがって、インピーダンスをはじめとするモータの諸特性のばらつきによって、モータの個体ごとに目標とする回転数をオーバーしたり、あるいは目標回転数に達しない状況が生じうる。つまり同じ制御信号を与えた場合であっても、モータの回転数がモータユニットごとにばらついてしまうため、振動量が不安定となり、ひいては歩留まりを低下させる要因となっていた。
However, the high-speed activation described in
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のひとつは、安定した回転数を得ることが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 one of the exemplary purposes of an embodiment thereof is to provide a motor driving technique capable of obtaining a stable rotational speed.
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目標回転数に応じたデューティ比を有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にもとづき目標回転数を判定し、目標回転数に応じた回転数設定信号を発生する目標回転数判定部と、回転数設定信号とブラシレスモータの回転数を示す周波数発生信号とにもとづき駆動信号を生成する制御部と、ブラシレスモータのコイルに接続され、駆動信号にもとづきコイルの導通状態を制御するブリッジ出力回路と、を備える。制御部は、ブラシレスモータの駆動開始から、周波数発生信号が示すブラシレスモータの回転数が回転数設定信号が示す目標回転数に達するまでの期間、ブラシレスモータをフルトルクで回転させる駆動信号を生成する。 One embodiment of the present invention relates to a brushless motor drive circuit. The brushless motor drive circuit receives a pulse-modulated control signal having a duty ratio corresponding to the target rotational speed of the brushless motor to be driven, determines the target rotational speed based on the duty ratio of the control signal, and sets the target rotational speed. And a control unit for generating a drive signal based on the rotation speed setting signal and a frequency generation signal indicating the rotation speed of the brushless motor, and a coil of the brushless motor. And a bridge output circuit for controlling the conduction state of the coil based on the drive signal. The control unit generates a drive signal for rotating the brushless motor at full torque from the start of driving the brushless motor until the rotation speed of the brushless motor indicated by the frequency generation signal reaches the target rotation speed indicated by the rotation speed setting signal.
この態様によると、制御信号のデューティ比に応じて、モータの目標回転数を設定することができ、起動時において、制御信号によって規定される目標回転数まで、モータを素早く回転せせることができる。つまり、起動時間の短縮と回転数の安定化が実現できる。 According to this aspect, the target rotational speed of the motor can be set according to the duty ratio of the control signal, and the motor can be quickly rotated to the target rotational speed defined by the control signal at the time of startup. That is, it is possible to shorten the startup time and stabilize the rotational speed.
回転数設定信号は、目標回転数に応じた周波数を有してもよい。制御部は、駆動開始から回転数設定信号と周波数発生信号それぞれの周波数が一致するまでの期間、アサートされる起動期間設定信号を生成する回転検出部と、ブラシレスモータの回転数が目標回転数に近づくようにデューティ比が調節されるパルス幅変調信号を生成する速度制御部と、起動期間設定信号、パルス幅変調信号、周波数発生信号にもとづき、駆動信号を生成するロジック部と、を含んでもよい。ロジック部は、起動期間設定信号がアサートされる期間、100%のデューティ比を有する前記駆動信号を生成し、起動期間設定信号がネゲートされる期間、パルス幅変調信号に応じたデューティ比を有する駆動信号を生成してもよい。 The rotation speed setting signal may have a frequency corresponding to the target rotation speed. The control unit includes a rotation detection unit that generates an activation period setting signal that is asserted during a period from the start of driving until the frequencies of the rotation speed setting signal and the frequency generation signal coincide with each other, and the rotation speed of the brushless motor is set to the target rotation speed. A speed control unit that generates a pulse width modulation signal whose duty ratio is adjusted so as to approach, and a logic unit that generates a drive signal based on a start period setting signal, a pulse width modulation signal, and a frequency generation signal . The logic unit generates the drive signal having a duty ratio of 100% during a period when the activation period setting signal is asserted, and a drive having a duty ratio corresponding to the pulse width modulation signal during the period when the activation period setting signal is negated. A signal may be generated.
制御部は、停止状態において制御信号がハイレベルである期間が所定の第1期間持続すると起動状態に遷移し、ブラシレスモータの駆動を開始してもよい。
この場合、停止状態において、瞬間的に制御信号がハイレベルとなった場合に、モータが意図せずに回転し始めるのを防止できる。
The control unit may transition to the activated state and start driving the brushless motor when the period in which the control signal is at the high level in the stopped state continues for a predetermined first period.
In this case, it is possible to prevent the motor from starting unintentionally when the control signal instantaneously becomes a high level in the stop state.
制御部は、ブラシレスモータを制御信号のデューティ比に応じた回転数で回転させる通常駆動状態において、制御信号がローレベルである期間が第2期間持続すると、逆転ブレーキ状態に遷移し、当該逆転ブレーキ状態においてブリッジ出力回路は、所定の逆転ブレーキ期間の間、ブラシレスモータに逆転ブレーキをかけてもよい。
この場合、モータを短時間で停止させることができる。
In the normal driving state in which the brushless motor is rotated at the number of rotations corresponding to the duty ratio of the control signal, the control unit transitions to the reverse brake state when the period during which the control signal is at the low level continues for the second period. In the state, the bridge output circuit may apply reverse brake to the brushless motor for a predetermined reverse brake period.
In this case, the motor can be stopped in a short time.
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、ホール信号にもと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。 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 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.
本発明のさらに別の態様は、ブラシレスモータの駆動方法に関する。この方法は、ブラシレスモータの目標回転数に応じたデューティ比を有するパルス変調された制御信号をモニタし、制御信号のデューティ比にもとづき目標回転数を判定し、目標回転数に応じた回転数設定信号を発生するステップと、ホール素子からのホール信号にもとづき、ブラシレスモータの回転数を示す周波数発生信号を生成するステップと、ブラシレスモータの駆動開始から、周波数発生信号が示すブラシレスモータの回転数が回転数設定信号が示す目標回転数に達するまでの期間、ブラシレスモータをフルトルクで回転させるステップと、を備える。 Yet another embodiment of the present invention relates to a method for driving a brushless motor. This method monitors a pulse-modulated control signal having a duty ratio according to the target rotational speed of the brushless motor, determines the target rotational speed based on the duty ratio of the control signal, and sets the rotational speed according to the target rotational speed. The step of generating a signal, the step of generating a frequency generation signal indicating the rotation speed of the brushless motor based on the Hall signal from the Hall element, and the rotation speed of the brushless motor indicated by the frequency generation signal from the start of driving of the brushless motor And a step of rotating the brushless motor at full torque until a target rotational speed indicated by the rotational speed setting signal is reached.
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、ブラシレスモータの回転数を安定化できる。 According to an aspect of the present invention, the rotational speed of the brushless motor can be stabilized.
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
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、制御部20(20a〜20c)、ホール信号処理部40、目標回転数判定部60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)信号に変換し、制御部20へと出力する。
The hall element 3 has four terminals, which are connected to the offset cancel
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 Hall element 3 to 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
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
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PWMにもとづいてオン期間の長さを調節する。
In the present embodiment, 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。制御信号CTLはローレベルに固定されている。
Stop state φ1
The state where the
起動状態φ2
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
The
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目標回転数で回転させる。
Normal drive state φ3
The
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
目標回転数判定部60は、振動モータ1の目標回転数に応じたデューティ比を有するパルス変調された制御信号CTLを受ける。目標回転数判定部60は、制御信号CTLのデューティ比を検出し、通信部4によって設定された目標回転数を判定し、目標回転数に応じた回転数設定信号S1を発生する。
The target rotational
制御部20は、回転数設定信号S1と振動モータ1の現在の回転数を示すFG信号とにもとづき駆動信号SH1、SH2、SL1、SL2を生成し、Hブリッジ回路10へと供給する。
The control unit 20 generates drive signals
制御部20は、振動モータ1の駆動開始から、FG信号が示す振動モータ1の現在の回転数が、回転数設定信号S1が示す目標回転数に達するまでの期間、上述の起動状態φ2となり、振動モータ1がフルトルクで回転するような駆動信号SH1、SH2、SL1、SL2を生成する。
The control unit 20 is in the above-described activation state φ2 during the period from the start of driving of the
以上の機能を実現するために、モータユニット2は具体的には以下の特徴を有する。
In order to realize the above functions, the
目標回転数判定部60が生成する回転数設定信号S1は、目標回転数に応じた周波数を有している。たとえば、目標回転数判定部60は、エッジ検出部62およびカウンタ64
含んでいる。エッジ検出部62は、制御信号CTLのポジティブエッジおよびネガティブエッジを検出する。カウンタ64は、エッジ検出部62によって検出されたエッジとエッジの時間間隔(つまりハイ期間とロー期間)を、基準クロック信号CKを利用してカウントする。このカウント動作によって、制御信号CTLのデューティ比が測定される。モータユニット2には、デューティ比ごとに目標回転数が定められている。たとえば、デューティ比70%は10000rpmに、80%は12000rpmに対応する。カウンタ64は、基準クロック信号CKを利用して、その目標回転数に応じた周波数を有する回転数設定信号S1を発生する。
The rotation speed setting signal S1 generated by the target rotation
Contains. The
また、制御部20は、ロジック部20a、回転検出部20bおよび速度制御部20cを含む。
The control unit 20 includes a
回転検出部20bは、回転数設定信号S1およびFG信号を受け、起動期間設定信号S2を生成する。具体的には、回転検出部20bは、振動モータ1の駆動開始から、回転数設定信号S1の周波数とFG信号の周波数が一致するまでの期間、起動期間設定信号S2をアサート(ハイレベル)し、その後ネゲート(ローレベル)する。つまり、起動期間設定信号S2がアサートされる期間が、起動状態φ2となる。
The
速度制御部20cは、回転数設定信号S1およびFG信号を受け、パルス幅変調信号(PWM信号)を発生する。速度制御部20c、FG信号が示す振動モータ1の回転数が、回転数設定信号S1が示す目標回転数に近づくように、PWM信号のデューティ比を調節する。速度制御部20cは、たとえば位相検出部50、オシレータ52、PWMコンパレータ54を含む。位相検出部50は、回転数設定信号S1のエッジ(たとえばポジティブエッジ)と、FG信号のエッジ(たとえばポジティブエッジ)のタイミングを監視し、2つのタイミングの前後に応じてしきい値電圧Vthを上下させる。たとえば位相検出部50は、位相比較の結果に応じたアップ・ダウン信号を発生するブロックと、アップ・ダウン信号に応じて充放電されるキャパシタを含んでもよい。
The
オシレータ52、三角波あるいはのこぎり波の周期信号OSCを発生する。PWMコンパレータ54は、周期信号OSCを、しきい値電圧Vthのレベルでスライスし、2つの信号の交点ごとにレベルが遷移するPWM信号を生成する。PWM信号のデューティ比は、しきい値電圧Vthのレベルに応じて変化し、回転数設定信号S1のエッジと、FG信号のエッジの位相が一致した値で安定化される。なお速度制御部20cの構成は図1のそれに限定されず、その他の公知技術を用いてもよい。
The
ロジック部20aは、起動期間設定信号S2、PWM信号、FG信号にもとづき、駆動信号SH1、SH2、SL1、SL2を生成する。具体的には、ロジック部20aは、起動期間設定信号S2がアサートされる起動状態φ2において、100%のデューティ比を有する駆動信号SH1、SH2、SL1、SL2を生成する。その後、起動期間設定信号S2がネゲートされると、通常駆動状態φ3に遷移し、PWM信号に応じたデューティ比を有する駆動信号SH1、SH2、SL1、SL2を生成する。
The
また制御部20は、停止状態φ1(制御信号CTLがローレベルに固定されている)において制御信号CTLがハイレベルである期間が所定の第1期間TRISE持続すると、起動状態φ2に遷移し、振動モータ1の駆動を開始する。
In addition, when the period during which the control signal CTL is at the high level in the stop state φ1 (the control signal CTL is fixed at the low level) continues for the predetermined first period T RISE , the control unit 20 transitions to the activation state φ2. The drive of the
制御部20は、振動モータ1を制御信号CNTのデューティ比に応じた目標回転数で回転させる通常駆動状態φ3において、制御信号CTLがローレベルである期間が、第2期間TFALL持続すると、逆転ブレーキ状態φ4に遷移する。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。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。
In the normal drive state φ3 in which 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 filter 32 is set longer than the cycle of the control signal CTL subjected to pulse width modulation.
状態遷移の際に参照される、制御信号CTLのレベルおよび期間の監視は、目標回転数判定部60のエッジ検出部62およびカウンタ64を利用して実行することができる。
Monitoring of the level and period of the control signal CTL referred to at the time of state transition can be executed using 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2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のハイレベルが、第1期間TRISE持続したタイミングt1において、起動状態φ2に遷移する。
Prior to time t0, the power supply voltage VDD is supplied, and the
起動状態φ2の間、起動期間設定信号S2がアサートされ、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。その後、時刻t2に、振動モータ1の回転数が目標回転数に達すると、起動期間設定信号S2がネゲートされて、通常駆動状態φ3に遷移する(時刻t3)。図2は、インピーダンスが異なる振動モータ1を駆動する際の波形を示している。
During the startup state φ2, the startup period setting signal S2 is asserted, the
通常駆動状態φ3に遷移すると、振動モータ1は、PWM信号を利用することにより、制御信号CTLのデューティ比に応じた目標回転数で駆動される。
When transitioning to the normal drive state φ3, the
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、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
時刻t6に、停止状態φ1となる。この状態において、あるパルス幅を有する制御信号CTLが入力されているが、ハイレベルを第1期間TRISE持続しないため、起動状態φ2には遷移せずに、停止状態φ1を維持し続ける。 At time t6, the stop state φ1 is entered. In this state, a control signal CTL having a certain pulse width is input, but since the high level is not maintained for the first period T RISE , the stop state φ1 is maintained without transitioning to the start state φ2.
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(タイムチャートの時刻t6以降)。
2. The brushed vibration motor does not rotate even if a signal having the same phase is applied to both ends of the
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. 起動時においては、FG信号を参照することで現在の振動モータ1の回転数を監視し、その回転数が目標値と一致するまでの期間、フルトルクで回転させるため、モータの起動時間が短縮できる。また、図2に示すようにモータの特性(インピーダンス)がばらついた場合であっても、制御信号CTLによって指定される目標回転数まで上昇させることができ、モータユニット2の性能、歩留まりを高めることができる。
3. At startup, the current rotational speed of 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(タイムチャートの時刻t5〜t6)。
4). Furthermore, since 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、100%のデューティ比に対応する目標回転数が設定され、その目標回転数が得られるPWM信号が生成される。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の回転が停止する。
5. 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 the brake is applied, the control unit 20 may monitor the number of rotations of the rotor and adjust the duty ratio so that the reduction speed becomes a desired speed. In this case, it is possible to obtain brake characteristics that do not depend on characteristics of the brushless vibration motor to be driven, for example, internal friction.
実施の形態では、第1期間TRISE、第2期間TFALLを、カウンタ64によっ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。たとえばアナログあるいはデジタルのフィルタを用いて、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 by 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
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…制御部、20a…ロジック部、20b…回転検出部、20c…速度制御部、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、50…位相検出部、52…オシレータ、54…PWMコンパレータ、60…目標回転数判定部、62…エッジ検出部、64…カウンタ、100…モータ駆動回路、P3…電源端子、P4…接地端子、P5…制御端子、P1…第1端子、P2…第2端子、S1…回転数設定信号、S2…起動期間設定信号、FG…周波数発生信号。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記回転数設定信号と前記ブラシレスモータの回転数を示す周波数発生信号とにもとづき駆動信号を生成する制御部と、
前記ブラシレスモータのコイルに接続され、前記駆動信号にもとづき前記コイルの導通状態を制御するブリッジ出力回路と、
を備え、
前記制御部は、前記ブラシレスモータの駆動開始から、前記周波数発生信号が示す前記ブラシレスモータの回転数が前記回転数設定信号が示す前記目標回転数に達するまでの期間、前記ブラシレスモータをフルトルクで回転させる前記駆動信号を生成することを特徴とするブラシレスモータ駆動回路。 A pulse-modulated control signal having a duty ratio corresponding to the target rotational speed of the brushless motor to be driven is received, the target rotational speed is determined based on the duty ratio of the control signal, and the rotational speed corresponding to the target rotational speed A target rotational speed determination unit for generating a setting signal;
A controller that generates a drive signal based on the rotation speed setting signal and a frequency generation signal indicating the rotation speed of the brushless motor;
A bridge output circuit connected to the coil of the brushless motor and controlling the conduction state of the coil based on the drive signal;
With
The controller rotates the brushless motor at full torque from the start of driving the brushless motor until the rotational speed of the brushless motor indicated by the frequency generation signal reaches the target rotational speed indicated by the rotational speed setting signal. A brushless motor drive circuit that generates the drive signal.
前記制御部は、
駆動開始から前記回転数設定信号と前記周波数発生信号それぞれの周波数が一致するまでの期間、アサートされる起動期間設定信号を生成する回転検出部と、
前記ブラシレスモータの回転数が前記目標回転数に近づくようにデューティ比が調節されるパルス幅変調信号を生成する速度制御部と、
前記起動期間設定信号、前記パルス幅変調信号、前記周波数発生信号にもとづき、前記駆動信号を生成するロジック部と、
を含み、
前記ロジック部は、前記起動期間設定信号がアサートされる期間、100%のデューティ比を有する前記駆動信号を生成し、前記起動期間設定信号がネゲートされる期間、前記パルス幅変調信号に応じたデューティ比を有する前記駆動信号を生成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 rotation speed setting signal has a frequency corresponding to the target rotation speed,
The controller is
A rotation detection unit that generates an activation period setting signal that is asserted during a period from the start of driving until the frequency of each of the rotation speed setting signal and the frequency generation signal matches;
A speed control unit that generates a pulse width modulation signal in which a duty ratio is adjusted so that the rotation speed of the brushless motor approaches the target rotation speed;
A logic unit that generates the drive signal based on the activation period setting signal, the pulse width modulation signal, and the frequency generation signal;
Including
The logic unit generates the drive signal having a duty ratio of 100% during a period in which the activation period setting signal is asserted, and a period corresponding to the pulse width modulation signal in a period in which the activation period setting signal is negated. The brushless motor driving circuit according to claim 1, wherein the driving signal having a ratio is generated.
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、
前記ホール信号にもとづき前記振動モータを駆動する請求項1から4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 4, 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5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;
A motor unit according to claim 5;
An electronic device comprising:
前記ブラシレスモータの目標回転数に応じたデューティ比を有するパルス変調された制御信号をモニタし、前記制御信号のデューティ比にもとづき前記目標回転数を判定し、前記目標回転数に応じた回転数設定信号を発生するステップと、
ホール素子からのホール信号にもとづき、前記ブラシレスモータの回転数を示す周波数発生信号を生成するステップと、
前記ブラシレスモータの駆動開始から、前記周波数発生信号が示す前記ブラシレスモータの回転数が前記回転数設定信号が示す前記目標回転数に達するまでの期間、前記ブラシレスモータをフルトルクで回転させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。 A driving method of a brushless motor,
Monitor a pulse-modulated control signal having a duty ratio according to the target rotational speed of the brushless motor, determine the target rotational speed based on the duty ratio of the control signal, and set the rotational speed according to the target rotational speed Generating a signal;
Generating a frequency generation signal indicating the number of rotations of the brushless motor based on the Hall signal from the Hall element;
Rotating the brushless motor at full torque from the start of driving the brushless motor until the rotational speed of the brushless motor indicated by the frequency generation signal reaches the target rotational speed indicated by the rotational speed setting signal;
A method comprising the steps of:
前記方法は、
駆動開始から前記回転数設定信号と前記周波数発生信号それぞれの周波数が一致するまでの期間、アサートされる起動期間設定信号を生成するステップと、
前記ブラシレスモータの回転数が前記目標回転数に近づくようにデューティ比が調節されるパルス幅変調信号を生成するステップと、
をさらに備え、
前記起動期間設定信号がアサートされる期間、100%のデューティ比で前記ブラシレスモータを駆動し、前記起動期間設定信号がネゲートされる期間、前記パルス幅変調信号のデューティ比で前記ブラシレスモータを駆動することを特徴とする請求項7に記載の方法。 The rotation speed setting signal has a frequency corresponding to the target rotation speed,
The method
Generating an activation period setting signal that is asserted during a period from the start of driving until the frequency of each of the rotation speed setting signal and the frequency generation signal matches;
Generating a pulse width modulation signal in which a duty ratio is adjusted so that the rotation speed of the brushless motor approaches the target rotation speed;
Further comprising
The brushless motor is driven at a duty ratio of 100% during the period when the activation period setting signal is asserted, and the brushless motor is driven at the duty ratio of the pulse width modulation signal during a period when the activation period setting signal is negated. The method according to claim 7.
前記制御信号がハイレベルである期間が所定の第1期間持続すると、前記ブラシレスモータの駆動を開始することを特徴とする請求項7または8に記載の方法。 Further comprising monitoring the control signal in a stopped state;
9. The method according to claim 7, wherein the driving of the brushless motor is started when a period during which the control signal is at a high level lasts for a predetermined first period.
前記制御信号がローレベルである期間が第2期間持続すると、逆転ブレーキ状態に遷移し、前記ブラシレスモータに、所定の逆転ブレーキ期間の間、逆転ブレーキをかけることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の方法。 In the normal drive state in which the brushless motor is rotated at a rotation speed corresponding to the duty ratio of the control signal, the method further comprises the step of monitoring the control signal,
10. The reverse brake state is applied when a period during which the control signal is at a low level lasts for a second period, and the reverse brake is applied to the brushless motor for a predetermined reverse brake period. The method in any one of.
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