JP2010288333A - モータドライバ制御装置、モータ制御装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 論理回路に安定したクロックを供給することが可能なモータドライバ制御装置、モータ制御装置、及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 モータを駆動する複数のスイッチング素子の制御を行うモータドライバ制御装置であって、所定の周期の発振信号とパルス生成用信号とを比較することで生成された第１のパルス幅変調信号のデューティを制限し、第２のパルス幅変調信号を生成するデューティ制限手段と、前記第２のパルス幅変調信号をクロックとして動作する論理回路を含んで構成され、前記複数のスイッチング素子を制御する信号を生成するスイッチング素子制御信号生成手段と、を有することを要件とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータを駆動するモータドライバを制御するモータドライバ制御装置、及びモータ制御装置、並びにそれを用いた画像形成装置に関する。

直流電源から供給される直流電圧を、ＰＷＭインバータにより、ブラシレスモータの三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の駆動電力に変換して供給するモータドライバ制御装置が複写機、レーザプリンタ等の機器に広く使用されている。以下、図面を参照しながら、複写機、レーザプリンタ等の機器に広く使用されている従来のモータドライバ制御装置について説明する。

図８は、従来のモータドライバ制御装置の概略の構成を例示する図である。図８を参照するに、従来のモータドライバ制御装置１００は、三角波発振回路１０１と、ＰＷＭパルス生成回路１０２と、相切替信号生成回路１０３と、スイッチング素子制御信号生成回路１０４とを有する。モータドライバ制御装置１００は、ＰＷＭインバータ２００を介してブラシレスモータ３００と接続されている。なお、図８に示すモータドライバ制御装置１００は、外部クロックを必要としないモータドライバ制御装置の例である。

ＰＷＭインバータ２００は、直列に接続された一対のスイッチング素子２０１及び２０４からなる第１アーム、直列に接続された一対のスイッチング素子２０２及び２０５からなる第２アーム、直列に接続された一対のスイッチング素子２０３及び２０６からなる第３アームが並列接続された構成を有する。第１アーム、第２アーム、及び第３アームは、ブラシレスモータ３００を構成するＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相に対応している。

モータドライバ制御装置１００は、第１〜第３アームの高位側のスイッチング素子２０１、２０２、及び２０３と低位側のスイッチング素子２０４、２０５、及び２０６とを所定のタイミングで交互にオン／オフさせることにより、ブラシレスモータ３００を構成するＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相に駆動電力を供給しており、オン時間・オフ時間の長さを調整することでブラシレスモータ３００の回転速度を調整している。

モータドライバ制御装置１００において、高位側のスイッチング素子２０１、２０２、及び２０３と低位側のスイッチング素子２０４、２０５、及び２０６との短絡（アーム短絡）を防止するために、そのオン／オフの切替時に、ペアであるスイッチング素子２０１と２０４、スイッチング素子２０２と２０５、スイッチング素子２０３と２０６が共にオフとなる所謂デッドタイムが設けられている。

又、ブラシレスモータ３００の回転速度やブラシレスモータ３００に流れる電流を検出して、目標設定値と比較することで、ＰＷＭ信号のデューティを決定するフィードバック制御が行われている。フィードバック制御はマイコン等でデジタル的に演算することも、アナログ回路で実現することも可能であるが、アナログ回路で実現する場合は、デューティ指示信号もアナログの電圧値が用いられている。

モータドライバ制御装置１００において、三角波発振回路１０１は三角波ＴＲＯを生成する機能を有する。ＰＷＭパルス生成回路１０２は、入力端子１０５から入力されるデューティ指示信号ＡＩＮと三角波発振回路１０１で生成した三角波ＴＲＯとを比較しＰＷＭパルスを生成する機能を有する。相切替信号生成回路１０３は、ブラシレスモータ３００の回転子の位置情報から上下ＰＷＭ動作を行う相を決定し相切替信号ＨＰ（Ｈａｌｌ Ｐｈａｓｅ）を生成する機能を有する。スイッチング素子制御信号生成回路１０４は、ＰＷＭパルス及び相切替信号ＨＰからスイッチング素子２０１〜２０６をオン／オフする制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成する機能を有する。

図９は、図８のモータドライバ制御装置の動作を説明するための図である。図９を参照しながら、モータドライバ制御装置１００の動作を、特にブラシレスモータ３００のＵ相が上下ＰＷＭ動作している場合を例に説明を行う。

図９を参照するに、ＰＷＭパルス生成回路１０２において、デューティ指示信号ＡＩＮと三角波ＴＲＯとが比較され、三角波ＴＲＯよりデューティ指示信号ＡＩＮが大きい場合にＨ（ハイ）、三角波ＴＲＯよりデューティ指示信号ＡＩＮが小さい場合にＬ（ロー）であるＰＷＭパルスが生成される。スイッチング素子制御信号生成回路１０４は制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成するが、Ｕ相が上下ＰＷＭ動作している場合、Ｕ相高位側スイッチング素子２０１を制御する制御信号ＵＨはＰＷＭパルスと同じ信号となり、Ｕ相低位側スイッチング素子２０４を制御する制御信号ＵＬは、ＰＷＭパルスの反転信号となる。又、Ｕ相からコイルへ流れた電流を他相へ流すため、相切替信号ＨＰに基づいてＶ相の低位側スイッチング素子２０５又はＷ相の低位側スイッチング素子２０６の何れか一方がオンとなり、他のスイッチング素子がオフとなるような制御信号ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬが出力される。

このように、スイッチング素子制御信号生成回路１０４はデューティ指示信号ＡＩＮに基づいて生成されたＰＷＭパルスと相切替信号ＨＰとから各相の高位側スイッチング素子と低位側スイッチング素子をオン／オフする制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し、スイッチング素子２０１〜２０６の制御を行うことで、ブラシレスモータ３００の複数相のコイルに直流電圧を順次通電させ、ブラシレスモータ３００の回転を制御している。なお、モータの用途によっては回転方向指示、ブレーキ指示、モータが一定時間停止した場合にモータを完全に停止させる拘束保護指示等が必要になる。

デットタイムは、スイッチング素子のオン／オフ切り替え時に必要なので、例えばＰＷＭパルスのエッジを起点にして動作する単安定マルチバイブレータ回路が挿入される。回転方向指示、ブレーキ指示が入力された場合、各スイッチング素子への制御信号を変更することになるが、ＰＷＭパルスの途中での制御信号の変更はデットタイムを確保できず貫通電流が発生する危険がある。このため、デッドタイムを確保するためにも制御信号に応じたスイッチング素子の切り替えは、一旦ＰＷＭ信号で指示信号を同期化して、次のＰＷＭパルスのエッジに同期して行う。又、拘束保護指示機能は一定時間をカウントするために、パルスでカウンタをインクリメントして所定のカウント値に達するかどうか判定するが、ＰＷＭパルスでカウントすれば、このために別途クロックを用意する必要はない。

このように、スイッチング素子制御信号生成回路１０４を構成する論理回路は、ＰＷＭパルスのエッジに同期して動作している。すなわち、ＰＷＭパルスをクロックとして動作している。

しかしながら、従来のモータドライバ制御装置１００の構成では、ＰＷＭパルスは三角波ＴＲＯよりデューティ指示信号ＡＩＮが大きい状態が続く場合はデューティ１００％となり、三角波ＴＲＯよりデューティ指示信号ＡＩＮが小さい状態が続く場合はデューティ０％となる。このような状態になると、クロックであるＰＷＭパルスのエッジがスイッチング素子制御信号生成回路１０４を構成する論理回路へ供給されないため、各スイッチング素子の制御信号の生成をはじめ、ブレーキ制御、回転方向変更、拘束保護動作等ができないという問題があった。

上記の点に鑑みて、論理回路に安定したクロックを供給することが可能なモータドライバ制御装置、モータ制御装置、及び画像形成装置を提供することを課題とする。

本モータドライバ制御装置は、モータを駆動する複数のスイッチング素子の制御を行うモータドライバ制御装置であって、所定の周期の発振信号とパルス生成用信号とを比較することで生成された第１のパルス幅変調信号のデューティを制限し、第２のパルス幅変調信号を生成するデューティ制限手段と、前記第２のパルス幅変調信号をクロックとして動作する論理回路を含んで構成され、前記複数のスイッチング素子を制御する信号を生成するスイッチング素子制御信号生成手段と、を有することを要件とする。

又、本モータドライバ制御方法は、モータを駆動する複数のスイッチング素子の制御を行うモータドライバ制御方法であって、所定の周期の発振信号とパルス生成用信号とを比較することで生成された第１のパルス幅変調信号のデューティを制限し、第２のパルス幅変調信号を生成するデューティ制限ステップと、前記第２のパルス幅変調信号を論理回路のクロックとして、前記複数のスイッチング素子を制御する信号を生成するスイッチング素子制御信号生成ステップと、を有することを要件とする。

本発明によれば、論理回路に安定したクロックを供給することが可能なモータドライバ制御装置、モータ制御装置、及び画像形成装置を提供することができる。

第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の概略の構成を例示する図である。 図１におけるパルス選択回路の構成を例示する図である。 第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の動作を説明するための図である。 第２の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の概略の構成を例示する図である。 図４における三角波発振回路の構成を例示する図である。 図５の三角波発振回路の動作を説明するための図である。 第３の実施の形態に係る画像形成装置の概略の構成を例示する図である。 従来のモータドライバ制御装置の概略の構成を例示する図である。 図８のモータドライバ制御装置の動作を説明するための図である。

以下、図面を参照して、実施の形態の説明を行う。

〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の構成］
始めに、第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の概略の構成について説明する。図１は第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の概略の構成を例示する図である。図１を参照するに、モータドライバ制御装置１０は、三角波発振回路１１と、第１のパルス信号生成回路１２と、第２のパルス信号生成回路１３と、ＰＷＭパルス生成回路１４と、パルス選択回路１５と、スイッチング素子制御信号生成回路１６と、相切替信号生成回路１７とを有する。ただし、三角波発振回路１１と、ＰＷＭパルス生成回路１４と、相切替信号生成回路１７とは、モータドライバ制御装置１０の外部に設けても構わない。すなわち、パルス選択回路１５、第１のパルス信号生成回路１２、第２のパルス信号生成回路１３、及びスイッチング素子制御信号生成回路１６が、モータドライバ制御装置１０の必須の構成要素である。

モータドライバ制御装置１０は、ＰＷＭインバータ２０を介してブラシレスモータ３０と接続されている。なお、図１に示すモータドライバ制御装置１０は、外部クロックを必要としないモータドライバ制御装置の例である。

ＰＷＭインバータ２０は、ブラシレスモータ３０を駆動する複数のスイッチング素子から構成されている。ＰＷＭインバータ２０は、直列に接続された一対のスイッチング素子２１及び２４からなる第１アーム、直列に接続された一対のスイッチング素子２２及び２５からなる第２アーム、直列に接続された一対のスイッチング素子２３及び２６からなる第３アームが並列接続された構成を有する。第１アーム、第２アーム、及び第３アームは、ブラシレスモータ３０を構成するＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相に対応している。スイッチング素子２１〜２６としては、例えば電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）や、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ素子）等を用いることができる。

モータドライバ制御装置１０は、ＰＷＭインバータ２０を制御する機能を有し、第１〜第３アームの高位側のスイッチング素子２１、２２、及び２３と低位側のスイッチング素子２４、２５、及び２６とを所定のタイミングで交互にオン／オフさせる。これにより、ブラシレスモータ３０を構成するＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相にＰＷＭインバータ２０から駆動電力が供給される。モータドライバ制御装置１０が、ＰＷＭインバータ２０を構成するスイッチング素子２１〜２６のオン時間・オフ時間の長さを調整することでブラシレスモータ３０の回転速度が制御される。

モータドライバ制御装置１０において、高位側のスイッチング素子２１、２２、及び２３と低位側のスイッチング素子２４、２５、及び２６との短絡（アーム短絡）を防止するために、そのオン／オフの切替時に、ペアであるスイッチング素子２１と２４、スイッチング素子２２と２５、スイッチング素子２３と２６が共にオフとなる所謂デッドタイムが設けられている。

又、ブラシレスモータ３０の回転速度やブラシレスモータ３０に流れる電流を検出して、目標設定値と比較することで、ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）のデューティを決定するフィードバック制御が行われている。フィードバック制御はマイコン等でデジタル的に演算することも、アナログ回路で実現することも可能であるが、アナログ回路で実現する場合は、デューティ指示信号もアナログの電圧値が用いられる。

なお、デューティとは、ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）の周期Ｔに対するＨ（ハイ）の時間比率をいう。すなわち、『デューティ＝Ｈ（ハイ）の時間／周期Ｔ＝Ｈ（ハイ）の時間／（Ｈ（ハイ）の時間＋Ｌ（ロー）の時間）』である。例えば、全てＨ（ハイ）であればデューティ１００％、全てＬ（ロー）であればデューティ０％、Ｈ（ハイ）の時間＝Ｌ（ロー）の時間であればデューティ５０％である。

モータドライバ制御装置１０において、三角波発振回路１１は三角波ＴＲＯを生成する機能を有する。三角波ＴＲＯは、例えば５ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の周波数の発振信号である。第１のパルス信号生成回路１２は、三角波ＴＲＯと第１の直流電圧Ｖ１とを比較することにより第１のデューティを有するパルスＤｕｔｙＶ１を生成する機能を有する。
第１のパルス信号生成回路１２は、本発明における第１のパルス信号生成手段の代表的な一例である。又、パルスＤｕｔｙＶ１は、本発明における第１のデューティを有する第１のパルス信号の代表的な一例である。

第２のパルス信号生成回路１３は、三角波ＴＲＯと第２の直流電圧Ｖ２とを比較することにより第２のデューティを有するパルスＤｕｔｙＶ２を生成する機能を有する。第２のパルス信号生成回路１３は、本発明における第２のパルス信号生成手段の代表的な一例である。又、パルスＤｕｔｙＶ２は、本発明における第２のデューティを有する第２のパルス信号の代表的な一例である。なお、第２のデューティは、第１のデューティよりも小さい。又、第２の直流電圧Ｖ２は、第１の直流電圧Ｖ１よりも小さい。

ＰＷＭパルス生成回路１４は、入力端子１８から入力されるデューティ指示信号ＡＩＮと三角波発振回路１１で生成した三角波ＴＲＯとを比較し、第１のパルス幅変調信号であるＰＷＭパルスを生成する機能を有する。デューティ指示信号ＡＩＮは、本発明におけるパルス生成用信号の代表的な一例である。なお、デューティ指示信号ＡＩＮは、ＣＰＵ（図示せず）等により生成される信号である。

パルス選択回路１５は、パルスＤｕｔｙＶ１、パルスＤｕｔｙＶ２、及びＰＷＭパルスのうちから一つのパルスを選択し、ＰＷＭ２パルスを生成する機能を有する。より具体的には、パルス選択回路１５は、第１のパルス信号であるパルスＤｕｔｙＶ１及び第２のパルス信号であるパルスＤｕｔｙＶ２を用いて、第１のパルス幅変調信号であるＰＷＭパルスから、第１のデューティと第２のデューティとの間のデューティの信号のみを選択的に出力する選択手段としての機能を有する。この際、選択的に出力される信号が第２のパルス幅変調信号であるＰＷＭ２パルスである。このように、第１のパルス信号生成回路１２、第２のパルス信号生成回路１３、及びパルス選択回路１５は、本発明におけるデューティ制限手段の代表的な一例を構成している。

スイッチング素子制御信号生成回路１６は、フリップフロップ等の論理回路を含んで構成されており、ＰＷＭ２パルス及び相切替信号ＨＰからスイッチング素子２１〜２６をオン／オフする制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成する機能や、各相の高位側スイッチング素子と低位側スイッチング素子の同時オンを防ぐためのデットタイムを付加する機能や、ブラシレスモータ３０のブレーキ指示、回転方向指示、拘束保護指示等を行う機能を有する。なお、スイッチング素子制御信号生成回路１６を構成する論理回路は、ＰＷＭ２パルスをクロックとして動作する。相切替信号生成回路１７は、ブラシレスモータ３０の回転子の位置情報から上下ＰＷＭ動作を行う相を決定し相切替信号ＨＰ（Ｈａｌｌ Ｐｈａｓｅ）を生成する機能を有する。

図２は、図１におけるパルス選択回路の構成を例示する図である。図２を参照するに、パルス選択回路１５は、アンドゲート１５ａと、オアゲート１５ｂとを有する。アンドゲート１５ａには、第１のパルス信号生成回路１２からのパルスＤｕｔｙＶ１と、ＰＷＭパルス生成回路１４からのＰＷＭパルスとが入力されている。アンドゲート１５ａは、入力されるパルスＤｕｔｙＶ１及びＰＷＭパルスの両方がＨ（ハイ）の場合のみＨ（ハイ）であるパルスを出力する。

オアゲート１５ｂには、第２のパルス信号生成回路１３からのパルスＤｕｔｙＶ２と、アンドゲート１５ａの出力パルスとが入力されている。オアゲート１５ｂは、入力されるパルスＤｕｔｙＶ２及びアンドゲート１５ａの出力パルスの何れか一方がＨ（ハイ）の場合にＨ（ハイ）であるパルスを出力する。オアゲート１５ｂから出力されるパルスがＰＷＭ２パルスである。

このように、パルス選択回路１５は、入力されるパルスＤｕｔｙＶ１、パルスＤｕｔｙＶ２、及びＰＷＭパルスのうちから一つのパルスを選択し、ＰＷＭ２パルスとして出力する回路であり、全体として論理的に同等であれば、特に図２の回路構成に限定されるものではない。ＰＷＭ２パルスは、第１のデューティ（パルスＤｕｔｙＶ１のデューティ）と第２のデューティ（パルスＤｕｔｙＶ２のデューティ）との間のデューティとなる。以上が、第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の概略の構成である。

［第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の動作］
続いて、第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の概略の動作について説明する。図３は、第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の動作を説明するための図である。図３を参照しながら、モータドライバ制御装置１０の動作を、特にブラシレスモータ３０のＵ相が上下ＰＷＭ動作している場合を例に説明を行う。

図３を参照するに、ＰＷＭパルス生成回路１４において、デューティ指示信号ＡＩＮと三角波ＴＲＯとが比較され、三角波ＴＲＯよりデューティ指示信号ＡＩＮが大きい場合にＨ（ハイ）、三角波ＴＲＯよりデューティ指示信号ＡＩＮが小さい場合にＬ（ロー）であるＰＷＭパルスが生成される。第１のパルス信号生成回路１２において、三角波ＴＲＯと第１の直流電圧Ｖ１とが比較され、三角波ＴＲＯより第１の直流電圧Ｖ１が大きい場合にＨ（ハイ）、三角波ＴＲＯより第１の直流電圧Ｖ１が小さい場合にＬ（ロー）であるパルスＤｕｔｙＶ１が生成される。

第２のパルス信号生成回路１３において、三角波ＴＲＯと第２の直流電圧Ｖ２とが比較され、三角波ＴＲＯより第２の直流電圧Ｖ２が大きい場合にＨ（ハイ）、三角波ＴＲＯより第２の直流電圧Ｖ２が小さい場合にＬ（ロー）であるパルスＤｕｔｙＶ２が生成される。

ここで、パルスＤｕｔｙＶ１は最大デューティを決定するパルスであり、第１の直流電圧Ｖ１を調整することで、デューティを任意の大きさに設定できる。又、パルスＤｕｔｙＶ２は最小デューティを決定するパルスであり、第２の直流電圧Ｖ２を調整することで、デューティを任意の大きさに設定できる。この際、パルスＤｕｔｙＶ１におけるＬ（ロー）の時間及びパルスＤｕｔｙＶ２におけるＨ（ハイ）の時間は、１０ｎｓ以上とすることが好ましい。パルスＤｕｔｙＶ１におけるＬ（ロー）の時間及びパルスＤｕｔｙＶ２におけるＨ（ハイ）の時間が１０ｎｓ未満であると、スイッチング素子制御信号生成回路１６の論理回路が誤動作する虞が有るからである。

換言すれば、パルスＤｕｔｙＶ１におけるＬ（ロー）の時間及びパルスＤｕｔｙＶ２におけるＨ（ハイ）の時間が１０ｎｓ以上になるように第１の直流電圧Ｖ１及び第２の直流電圧Ｖ２を調整することにより、ＰＷＭパルスに１０ｎｓ未満の信号が含まれていたとしても、ＰＷＭ２パルスは１０ｎｓ以上となるので、スイッチング素子制御信号生成回路１６の論理回路が誤動作することを防止できる。

パルス選択回路１５において、ＰＷＭパルス生成回路１４から入力されるＰＷＭパルスのデューティがパルスＤｕｔｙＶ１のデューティより大きくなった場合は、パルスＤｕｔｙＶ１が選択され、ＰＷＭパルス生成回路１４から入力されるＰＷＭパルスのデューティがパルスＤｕｔｙＶ２のデューティより小さい場合はパルスＤｕｔｙＶ２が選択され、それ以外の場合はＰＷＭパルス生成回路１４から入力されるＰＷＭパルスが選択され、ＰＷＭ２パルスとして出力される。

Ｕ相高位側スイッチング素子２１のオン／オフ制御信号であるＵＨは、ＰＷＭ２パルスの立ち上がりを起点としてデットタイムが付加された地点からＰＷＭ２パルスの立下りまでをＨ（ハイ）とする信号、Ｕ相低位側スイッチング素子２４の制御信号であるＵＬは、ＰＷＭ２パルスの立下りを起点としてデットタイムが付加された地点からＰＷＭ２パルスの立ち上がりまでをＨ（ハイ）とする信号として生成される。ＰＷＭ２パルスのエッジを起点にデットタイムを確保でき、貫通電流の防止を行っている。

又、Ｕ相からコイルへ流れた電流を他相へ流すため、相切替信号ＨＰに基づいてＶ相の低位側スイッチング素子２５又はＷ相の低位側スイッチング素子２６の何れか一方がオンとなり、他のスイッチング素子がオフとなるような制御信号ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬが出力される。以上が、第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の概略の動作である。

このように、第１の実施の形態によれば、パルスＤｕｔｙＶ１とパルスＤｕｔｙＶ２とによりＰＷＭパルスのデューティに制限を設けたＰＷＭ２パルスを生成するので、ＰＷＭ２パルスはデューティ０％やデューティ１００％になることがない。その結果、スイッチング素子制御信号生成回路１６において、ＰＷＭ２パルスに同期したスイッチング素子の制御信号を安定して生成することができ、ＰＷＭパルスのデューティに関わらず安定した論理回路動作、及びスイッチング制御が可能になる。

又、デューティを制限したＰＷＭ２パルスを論理回路のクロックとして利用するため、外部からのクロックや、装置内での発振回路や分周回路を必要とせず、省スペースな回路を実現することができる。

更に、デューティを制限したＰＷＭ２パルスを論理回路のクロックとして利用するため、論理回路はＰＷＭ２パルスのエッジに同期した動作を行うことができ、モータの回転方向指示やブレーキ指示に応じてスイッチング素子への制御信号を変更する場合でも、ＰＷＭ２パルスのエッジからデッドタイムを確保できる。又、拘束保護機能実現のためにＰＷＭ２パルスを使えば、ＰＷＭ２パルス以外にクロックを必要とすることもない。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なるモータドライバ制御装置の例について説明する。図４は、第２の実施の形態に係るモータドライバ制御装置の概略の構成を例示する図である。図４において、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図４を参照するに、第２の実施の形態に係るモータドライバ制御装置５０は、三角波発振回路１１が三角波発振回路５１に置換され、第１のパルス信号生成回路１２及び第２のパルス信号生成回路１３が削除された点が第１の実施の形態に係るモータドライバ制御装置１０と異なる。モータドライバ制御装置５０における他の部分の構成は、モータドライバ制御装置１０と同様である。以下、第１の実施の形態と共通する部分についてはその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。

図５は、図４における三角波発振回路の構成を例示する図である。図５を参照するに、三角波発振回路５１は、電流源Ｉｓ１と、電流源Ｉｓ２と、コンデンサＣ１と、フリップフロップＦＦ１と、比較回路ＣＯＭＰ_Ｈと、比較回路ＣＯＭＰ_Ｌと、反転回路ＩＮＶ１と、反転回路ＩＮＶ２と、反転回路ＩＮＶ３と、反転回路ＩＮＶ４とを有する。Ｖ３及びＶ４（Ｖ３＞Ｖ４）は、予め定められた一定の直流電圧である。

三角波発振回路５１において、反転回路ＩＮＶ４の出力がＨの場合には、充電手段である電流源Ｉｓ１から蓄電手段であるコンデンサＣ１に電流が流れコンデンサＣ１は充電される。又、反転回路ＩＮＶ４の出力がＬの場合には、放電手段である電流源Ｉｓ２にコンデンサＣ１から電流が流れコンデンサＣ１は放電される。

コンデンサＣ１の充電と放電の切り替えは、フリップフロップＦＦ１、比較回路ＣＯＭＰ_Ｈ、比較回路ＣＯＭＰ_Ｌ、反転回路ＩＮＶ２及び３により行われる。フリップフロップＦＦ１、比較回路ＣＯＭＰ_Ｈ、比較回路ＣＯＭＰ_Ｌ、反転回路ＩＮＶ２及び３は、本発明における切替タイミング信号生成手段の代表的な一例を構成している。以下、図６を参照しながら説明する。

図６は、図５の三角波発振回路の動作を説明するための図である。三角波発振回路５１において、反転回路ＩＮＶ３の出力がＤ＝Ｈであったとする。このとき、反転回路ＩＮＶ４の出力はＬであり、コンデンサＣ１は放電中であるため、三角波ＴＲＯは右下がりの波形となっている。

ここで、三角波ＴＲＯ＜直流電圧Ｖ４となると比較回路ＣＯＭＰ_Ｌの出力がＨからＬに切り替わるため、反転回路ＩＮＶ２の出力がＡ＝ＬからＡ＝Ｈに切り替わる（比較回路ＣＯＭＰ_Ｈの出力はＢ＝Ｌのままである）。その結果、フリップフロップＦＦ１の出力がＱＢ＝ＬからＱＢ＝Ｈに切り替わり、それにともなって反転回路ＩＮＶ３の出力がＤ＝ＨからＤ＝Ｌに切り替わる。これにより、反転回路ＩＮＶ４の出力がＨになり、充電手段である電流源Ｉｓ１から蓄電手段であるコンデンサＣ１に電流が流れコンデンサＣ１は充電されるため、三角波ＴＲＯは右上がりの波形となる。又、充電により三角波ＴＲＯ＞直流電圧Ｖ４となると比較回路ＣＯＭＰ_Ｌの出力がＬからＨに切り替わるため、反転回路ＩＮＶ２の出力がＡ＝ＨからＡ＝Ｌに切り替わる（比較回路ＣＯＭＰ_Ｈの出力はＢ＝Ｌのままである）。

ここで、三角波ＴＲＯ＞直流電圧Ｖ３となると比較回路ＣＯＭＰ_Ｈの出力がＢ＝ＬからＢ＝Ｈに切り替わる（比較回路ＣＯＭＰ_Ｌの出力はＨ、反転回路ＩＮＶ２の出力はＡ＝Ｌのままである）。その結果、フリップフロップＦＦ１の出力がＱＢ＝ＨからＱＢ＝Ｌに切り替わり、それにともなって反転回路ＩＮＶ３の出力がＤ＝ＬからＤ＝Ｈに切り替わる。これにより、反転回路ＩＮＶ４の出力がＬになり、放電手段である電流源Ｉｓ２にコンデンサＣ１から電流が流れコンデンサＣ１は放電されるため、三角波ＴＲＯは右下がりの波形となる。又、放電により三角波ＴＲＯ＜直流電圧Ｖ３となると比較回路ＣＯＭＰ_Ｈの出力がＢ＝ＨからＢ＝Ｌに切り替わる（比較回路ＣＯＭＰ_Ｌの出力はＨ、反転回路ＩＮＶ２の出力はＡ＝Ｌのままである）。このような動作を繰り返すことにより、図６に示す三角波ＴＲＯが得られる。

ところで、比較回路ＣＯＭＰ_Ｈの出力であるＢは反転回路ＩＮＶ１に入力され、反転回路ＩＮＶ１の出力であるＣ（ＢのＨ（ハイ）／Ｌ（ロー）を反転した波形）は三角波発振回路５１から外部に出力されている。ここで、図６の三角波ＴＲＯと波形Ｃ及びＡとの関係と、図３の三角波ＴＲＯとパルスＤｕｔｙＶ１及びパルスＤｕｔｙＶ２との関係を比較すると、これらは対応関係にあることがわかる。すなわち、三角波発振回路５１の波形Ｃ及びＡを、パルスＤｕｔｙＶ１及びパルスＤｕｔｙＶ２として用いることができる。なお、図６において、ＰＷＭ２パルス等は示していないが、図３と全く同様である。

すなわち、切替タイミング信号生成手段の一部である比較回路ＣＯＭＰ_Ｈ及び反転回路ＩＮＶ１は、本発明における第１のパルス信号生成手段の代表的な一例を構成している。又、切替タイミング信号生成手段の一部である比較回路ＣＯＭＰ_Ｌ及び反転回路ＩＮＶ２は、本発明における第２のパルス信号生成手段の代表的な一例を構成している。

このように、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、モータドライバ制御装置５０では、パルスＤｕｔｙＶ１及びパルスＤｕｔｙＶ２を第１のパルス信号生成回路１２及び第２のパルス信号生成回路１３を用いずに、三角波発振回路５１において三角波ＴＲＯを生成する過程で得られる２つのパルスＡ及びＢを利用して生成している。この際、パルスＤｕｔｙＶ１及びパルスＤｕｔｙＶ２は、反転回路ＩＮＶ１を１個追加するだけでパルスＡ及びＢから生成できるので、モータドライバ制御装置５０の回路の簡素化や小型化に寄与することができる。

ただし、直流電圧Ｖ３及び直流電圧Ｖ４は予め定められた定電圧であり、三角波ＴＲＯの生成に用いているので、これらの値を変えることはできない。すなわち、モータドライバ制御装置５０において、パルスＤｕｔｙＶ１及びパルスＤｕｔｙＶ２のデューティは固定であり、モータドライバ制御装置１０のように第１の直流電圧Ｖ１及び第２の直流電圧を変えることによりデューティを自由に可変することはできない。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、本発明に係るモータ制御装置を搭載した画像形成装置に関して説明する。

［第３の実施の形態に係る画像形成装置の構成］
始めに、第３の実施の形態に係る画像形成装置の概略の構成について説明する。図７は、第３の実施の形態に係る画像形成装置の概略の構成を例示する図である。図７を参照するに、画像形成装置６０は、無端状搬送体である中間転写ベルトを用いたカラー画像形成装置であり、スキャナユニット６１と、感光体ドラム６２ａと、感光体ドラム６２ｂと、感光体ドラム６２ｃと、感光体ドラム６２ｄと、定着ユニット６３と、中間転写ベルト６４と、二次転写ローラ６５と、斥力ローラ６６と、レジストローラ６７と、給紙ユニット６８と、給紙ローラ６９と、紙搬送ローラ７０と、排紙ユニット７１と、中間転写スケール検出センサ７２と、駆動ローラ７３と、従動ローラ７４と、制御部８０とを有する。９０は、転写紙を示している。

スキャナユニット６１は、原稿を読み取る機能を有する。感光体ドラム６２ａ〜６２ｄは、レーザ光が照射されると、それぞれＹ（イエロー）色、Ｃ（シアン）色、Ｍ（マゼンダ）色、Ｋ（黒）色の画像を形成する機能を有する。定着ユニット６３は、転写されたトナー画像を転写紙９０上に定着させる機能を有する。

駆動ローラ７３は中間転写ベルト駆動モータ（図示せず）により回転駆動され、それに従って中間転写ベルト６４が搬送される。従動ローラ７４は、駆動ローラ７３に従動する。中間転写ベルト６４は、感光体ドラム６２ａ〜６２ｄで形成された各色毎の画像を重ね合わせる機能を有する。二次転写ローラ６５は、中間転写ベルト６４上の画像を転写紙９０に転写する機能を有する。

斥力ローラ６６は、二次転写ローラ６５の対向部分に配置され、中間転写ベルト６４と二次転写ローラ６５間のニップを生成及び維持する機能を有する。レジストローラ６７は、転写紙９０のスキュー補正及び転写紙９０の搬送等を行う機能を有する。給紙ユニット６８は、転写紙９０を積載しておく機能を有する。給紙ローラ６９は、転写紙９０を給紙ユニット６８から紙搬送ローラ７０へ送り出す機能を有する。紙搬送ローラ７０は、給紙ローラ６９から送り出された転写紙９０をレジストローラ６７まで搬送する機能を有する。排紙ユニット７１は、画像が転写かつ定着された転写紙９０を排出する機能を有する。

中間転写ベルト６４上には、中間転写ベルトスケール６４ａが形成されている。中間転写ベルトスケール６４ａは、搬送方向に沿って一定の周期で交互に配置された反射部と非反射部とを有する目盛である。中間転写ベルト６４近傍の、中間転写ベルトスケール６４ａを読み取れる位置には、中間転写スケール検出センサ７２が配置されている。中間転写スケール検出センサ７２は、中間転写ベルト６４上に形成された中間転写ベルトスケール６４ａの一定の周期に対応したパルス信号を出力する機能を有する。

制御部８０は、画像形成装置６０に関する様々な制御を行う機能を有する。制御部８０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリなどを含み、制御部８０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現される。ただし、制御部８０の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部８０は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。以上が、第３の実施の形態に係る画像形成装置の概略の構成である。

［第３の実施の形態に係る画像形成装置の動作］
続いて、第３の実施の形態に係る画像形成装置の概略の動作について説明する。画像形成装置６０において、スキャナユニット６１から読み取られた画像は、制御部８０に転送され、制御部８０にて転写紙９０に形成される画像のデータ（以下、画像データとする）を生成する。生成された画像データは、感光体ドラム６２ａ〜６２ｄ上に作像され、続いて、中間転写ベルト６４上に画像が形成される。更に、中間転写ベルト６４上に形成された画像は、中間転写ベルト６４と二次転写ローラ６５との間に給紙ユニット６８から転写紙９０が搬送されたタイミングで、転写紙９０上に転写される。

この間、感光体ドラム６２ａ〜６２ｄを駆動する感光体モータ（図示せず）、中間転写ベルト６４を駆動する中間転写モータ（図示せず）、二次転写ローラ６５を駆動する二次転写モータ（図示せず）は、転写紙９０上に正常な画像が形成されるように、制御部８０にて所定の速度に制御される。

中間転写モータ（図示せず）としては、例えば三相のブラシレスモータ（例えばブラシレスモータ３０）を用いることができる。又、制御部８０は、本発明に係るモータ制御装置（例えばモータドライバ制御装置１０とＰＷＭインバータ２０）を含んで構成されており、例えば三相のブラシレスモータである中間転写モータ（図示せず）を、第１の実施の形態等で説明したように制御する。

転写紙９０上に転写された画像は定着ユニット６３を通過する。この際、転写紙９０上に転写されたトナー画像を転写紙９０上に固定するための定着が行われる。続いて、転写紙９０は、排紙ユニット７１へ排出される。以上が、第３の実施の形態に係る画像形成装置の概略の動作である。

このように、第３の実施の形態によれば、本発明に係るモータ制御装置を搭載した画像形成装置を実現することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第３の実施の形態に係る画像形成装置に、モータ制御装置（モータドライバ制御装置１０とＰＷＭインバータ２０）に代えて、モータ制御装置（モータドライバ制御装置５０とＰＷＭインバータ２０）を搭載しても構わない。

１０、５０ モータドライバ制御装置
１１、５１ 三角波発振回路
１２ 第１のパルス信号生成回路
１３ 第２のパルス信号生成回路
１４ ＰＷＭパルス生成回路
１５ パルス選択回路
１５ａ アンドゲート
１５ｂ オアゲート
１６ スイッチング素子制御信号生成回路
１７ 相切替信号生成回路
２０ ＰＷＭインバータ
２０〜２６ スイッチング素子
３０ ブラシレスモータ
６０ 画像形成装置
６１ スキャナユニット
６２ａ〜６２ｄ 感光体ドラム
６３ 定着ユニット
６４ 中間転写ベルト
６５ 二次転写ローラ
６６ 斥力ローラ
６７ レジストローラ
６８ 給紙ユニット
６９ 給紙ローラ
７０ 紙搬送ローラ
７１ 排紙ユニット
７２ 中間転写スケール検出センサ
７３ 駆動ローラ
７４ 従動ローラ
８０ 制御部
９０ 転写紙
Ｃ１ コンデンサ
ＣＯＭＰ_Ｈ、ＣＯＭＰ_Ｌ 比較回路
ＦＦ１ フリップフロップ
ＩＮＶ１、ＩＮＶ２、ＩＮＶ３、ＩＮＶ４ 反転回路
Ｉｓ１、Ｉｓ２ 電流源
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ

特開２００８−４３１６６号公報 特開２００８−１０９８３５号公報

Claims (12)

1. モータを駆動する複数のスイッチング素子の制御を行うモータドライバ制御装置であって、
   所定の周期の発振信号とパルス生成用信号とを比較することで生成された第１のパルス幅変調信号のデューティを制限し、第２のパルス幅変調信号を生成するデューティ制限手段と、
   前記第２のパルス幅変調信号をクロックとして動作する論理回路を含んで構成され、前記複数のスイッチング素子を制御する信号を生成するスイッチング素子制御信号生成手段と、を有するモータドライバ制御装置。
2. 前記デューティ制限手段は、第１のデューティを有する第１のパルス信号を生成する第１のパルス信号生成手段と、
   前記第１のデューティよりも小さい第２のデューティを有する第２のパルス信号を生成する第２のパルス信号生成手段と、
   前記第１のパルス信号及び前記第２のパルス信号を用いて、前記第１のパルス幅変調信号から、前記第１のデューティと前記第２のデューティとの間のデューティの信号のみを選択的に出力する選択手段と、を有する請求項１記載のモータドライバ制御装置。
3. 前記第１のパルス信号生成手段は、前記所定の周期の発振信号と第１の直流電圧とを比較することにより前記第１のパルス信号を生成し、
   前記第２のパルス信号生成手段は、前記所定の周期の発振信号と前記第１の直流電圧よりも小さい第２の直流電圧とを比較することにより前記第２のパルス信号を生成する請求項２記載のモータドライバ制御装置。
4. 前記所定の周期の発振信号を生成する発振信号生成手段を更に有し、
   前記発振信号生成手段は、前記第１のパルス信号生成手段及び前記第２のパルス信号生成手段を含んで構成されている請求項２記載のモータドライバ制御装置。
5. 前記発振信号生成手段は、蓄電手段と、前記蓄電手段を充電する充電手段と、前記蓄電手段を放電する放電手段と、前記充電手段と前記放電手段とを切り替える切替手段と、前記切替手段に供給する切替タイミング信号を生成する切替タイミング信号生成手段と、を有し、
   前記第１のパルス信号生成手段及び前記第２のパルス信号生成手段は、前記切替タイミング信号生成手段の一部を含んで構成されている請求項４記載のモータドライバ制御装置。
6. モータを駆動する複数のスイッチング素子の制御を行うモータドライバ制御方法であって、
   所定の周期の発振信号とパルス生成用信号とを比較することで生成された第１のパルス幅変調信号のデューティを制限し、第２のパルス幅変調信号を生成するデューティ制限ステップと、
   前記第２のパルス幅変調信号を論理回路のクロックとして、前記複数のスイッチング素子を制御する信号を生成するスイッチング素子制御信号生成ステップと、を有するモータドライバ制御方法。
7. 前記デューティ制限ステップは、第１のデューティを有する第１のパルス信号を生成する第１のパルス信号生成ステップと、
   前記第１のデューティよりも小さい第２のデューティを有する第２のパルス信号を生成する第２のパルス信号生成ステップと、
   前記第１のパルス信号及び前記第２のパルス信号を用いて、前記第１のパルス幅変調信号から、前記第１のデューティと前記第２のデューティとの間のデューティの信号のみを選択的に出力する選択ステップと、を有する請求項６記載のモータドライバ制御装方法。
8. 前記第１のパルス信号生成ステップにおいて、前記所定の周期の発振信号と第１の直流電圧とを比較することにより前記第１のパルス信号を生成し、
   前記第２のパルス信号生成ステップにおいて、前記所定の周期の発振信号と前記第１の直流電圧よりも小さい第２の直流電圧とを比較することにより前記第２のパルス信号を生成する請求項７記載のモータドライバ制御方法。
9. 前記所定の周期の発振信号を生成する発振信号生成ステップを更に有し、
   前記発振信号生成ステップは、前記第１のパルス信号生成ステップ及び前記第２のパルス信号生成ステップを含んで構成されている請求項７記載のモータドライバ制御方法。
10. 前記発振信号生成ステップは、蓄電手段を充電する充電ステップと、前記蓄電手段を放電する放電ステップと、前記充電ステップと前記放電ステップとを切り替える切替ステップと、前記充電ステップと前記放電ステップとを切り替えるタイミング信号を生成する切替タイミング信号生成ステップと、を有し、
    前記第１のパルス信号生成ステップ及び前記第２のパルス信号生成ステップは、前記切替タイミング信号生成ステップの一部を含んで構成されている請求項９記載のモータドライバ制御方法。
11. モータを駆動する複数のスイッチング素子と、請求項１乃至５の何れか一項記載のモータドライバ制御装置と、を有するモータ制御装置。
12. モータと、前記モータを制御する請求項１１記載のモータ制御装置と、を有する画像形成装置。

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