JP2011139583A - Motor drive circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To continuously detect induced voltage at low cost and prevent a motor from stepping out. <P>SOLUTION: A coil current detection unit 30 detects a current component flowing through a coil. A scaling unit 38 scales a drive signal. An induced voltage component extraction unit 42 extracts an induced voltage component by removing the drive signal, scaled by the scaling unit 38, from the coil current component detected by the coil current detection unit 30. A phase difference detection unit 74 detects a phase difference between the phase of the drive signal and that of the induced voltage component. A step-out prediction/determination unit 80 compares the differential value of the phase difference detected by the phase difference detection unit 74 with a detection threshold value for step-out prediction to predict step-out. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、同期モータを駆動するためのモータ駆動回路に関する。   The present invention relates to a motor drive circuit for driving a synchronous motor.

同期モータには様々な種類があり、たとえば、SPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)、PM(Permanent Magnet)型ステッピングモータ、VR(Variable Reluctance)型ステッピングモータ、HB(Hybrid)型ステッピングモータ、BLDCM(Brushless DC Motor)などが知られている。これら同期モータの回転位置を検出する方法には、センサを用いて検出する方法と、センサレスで検出する方法とがある。   There are various types of synchronous motors, for example, SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Motor), PM (Permanent Magnet) type stepping motor, VR (Variable Reluctance) type stepping motor, HB (Hybrid) type stepping motor, BLDCM (Brushless) DC Motor) is known. As a method for detecting the rotational position of these synchronous motors, there are a detection method using a sensor and a detection method without a sensor.

センサレスで検出する方法には、ステータとロータにより誘起される誘起電力(以下適宜、速度起電力ともいう)を用いる方法がある。この速度起電力を用いる方法には、モータステータ電圧・電流とモータモデル式からベクトル演算をして位置推定する方法や、モータの駆動ラインを特定の期間ハイインピーダンス状態として、直接的に速度起電圧を検知する方法がある。前者の方法では、駆動期間の全期間においてロータの位置推定が可能である。後者の方法では、検知した速度起電圧成分のゼロクロスタイミングでロータの位置推定が可能である。   As a sensorless detection method, there is a method using an induced electric power (hereinafter also referred to as a speed electromotive force as appropriate) induced by a stator and a rotor. This method using speed electromotive force includes a method for estimating the position by performing vector calculation from the motor stator voltage / current and the motor model equation, or setting the motor drive line in a high impedance state for a specific period to directly There is a method to detect. With the former method, it is possible to estimate the position of the rotor during the entire drive period. In the latter method, the position of the rotor can be estimated at the zero cross timing of the detected speed electromotive voltage component.

特開2007−274760号公報JP 2007-274760 A

上記前者の方法では、回路規模が増大しコスト高となる。上記後者の方法では、速度起電圧を検出する期間、モータへの通電を停止させる必要があり、電流の連続性が損なわれる。また、ロータの位置推定のためのサンプリングポイントが速度起電圧のゼロクロスタイミングに限られ、とくに、2相モータでは各相の非通電期間を合算しても、1/4電気角周期ごとにしかロータの状態を検知することができない。   In the former method, the circuit scale increases and the cost increases. In the latter method, it is necessary to stop energization of the motor during the period in which the speed electromotive voltage is detected, and the continuity of current is impaired. In addition, the sampling point for estimating the rotor position is limited to the zero-cross timing of the speed electromotive force. In particular, in a two-phase motor, even if the non-energization periods of each phase are added up, the rotor is only in every 1/4 electrical angle cycle. The state of cannot be detected.

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、低コストで、連続的に誘起電圧を検出し、それをもとにモータの脱調を回避する技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a technique for continuously detecting an induced voltage and avoiding motor step-out based on the detected induced voltage at a low cost.

本発明のある態様のモータ駆動回路は、駆動信号に応じて、同期モータのコイルに電流を供給する駆動部と、コイルに流れる電流成分を検出するコイル電流検出部と、駆動信号をスケーリングするスケーリング部と、コイル電流検出部により検出されたコイル電流成分から、スケーリング部によりスケーリングされた駆動信号を除去して、誘起電圧成分を抽出する誘起電圧成分抽出部と、駆動信号の位相と、誘起電圧成分の位相との位相差を検出する位相差検出部と、位相差検出部により検出された位相差の微分値と、脱調予測用の検出閾値とを比較し、脱調発生を予測する脱調予測判定部と、を備える。   A motor drive circuit according to an aspect of the present invention includes a drive unit that supplies a current to a coil of a synchronous motor, a coil current detection unit that detects a current component flowing in the coil, and a scaling that scales the drive signal according to a drive signal. And an induced voltage component extraction unit that extracts the induced voltage component by removing the drive signal scaled by the scaling unit from the coil current component detected by the coil current detection unit, the phase of the drive signal, and the induced voltage A phase difference detection unit that detects a phase difference from the phase of the component, a differential value of the phase difference detected by the phase difference detection unit, and a detection threshold value for step-out prediction, and a step-out occurrence prediction that predicts step-out occurrence. A key prediction determination unit.

本発明によれば、低コストで、連続的に誘起電圧を検出し、それをもとにモータの脱調を回避することができる。   According to the present invention, it is possible to detect an induced voltage continuously at low cost and to avoid motor step-out based on the detected induced voltage.

2相PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)のステータとロータの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the stator and rotor of two-phase PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor). 本発明の実施の形態に係るモータ駆動回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the motor drive circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例1に係るモータ駆動回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the motor drive circuit which concerns on the modification 1 of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例2に係るモータ駆動回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the motor drive circuit which concerns on the modification 2 of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例3に係るモータ駆動回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the motor drive circuit which concerns on the modification 3 of embodiment of this invention. 位相差検出部の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of a phase difference detection part. 同期外れ検出部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a loss-of-synchronization detection part. 連続判定部の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of a continuous determination part. 回転速度検出部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a rotational speed detection part. 回転速度検出部の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of a rotational speed detection part. 図2に示したモータ駆動回路にフィードバックループを追加したモータ駆動回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the motor drive circuit which added the feedback loop to the motor drive circuit shown in FIG. 図11に示したモータ駆動回路の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the motor drive circuit shown in FIG. 脱調予測判定部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a step-out prediction determination part. 位相判定部の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of a phase determination part.

本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の実施の形態に利用する知見について説明する。当該知見は、モータに含まれるステータとロータの関係を規定するものである。
図1は、2相PMSMのステータとロータの関係を説明するための図である。前提として、図1内の各符号について定義する。
L=各相のインダクタンス
ia,Ib=各相の電流
R=各ステータの直流抵抗DCR
Va,Vb=各相の電圧
θ=ロータ軸とA相軸とのなす角
ω=ロータ角速度(dθ/dt)
Prior to describing the embodiments of the present invention, knowledge to be used in the embodiments of the present invention will be described. This knowledge defines the relationship between the stator and the rotor included in the motor.
FIG. 1 is a view for explaining the relationship between the stator and rotor of the two-phase PMSM. As a premise, each symbol in FIG. 1 is defined.
L = inductance ia of each phase, Ib = current of each phase R = DC resistance DCR of each stator
Va, Vb = Voltage of each phase θ = An angle ω between the rotor axis and the A-phase axis = Rotor angular velocity (dθ / dt)

ロータは永久磁石であるが、その速度起電力により各相に発生する鎖交磁束の最大値をΦとすると、A相軸成分Φaは、下記式(1)のように定義される。
Φa=Φcosθ …式(1)
Although the rotor is a permanent magnet, if the maximum value of the linkage flux generated in each phase by the speed electromotive force is Φ, the A-phase axis component Φa is defined as the following equation (1).
Φa = Φcos θ (1)

したがって、A相のステータに誘起される速度起電力Eaは、下記式(2)に示すように、A相軸成分Φaの時間微分により得られる。
Ea=−ωΦsinθ …式(2)
Therefore, the speed electromotive force Ea induced in the A-phase stator is obtained by time differentiation of the A-phase axis component Φa as shown in the following formula (2).
Ea = −ωΦsinθ (2)

したがって、A相の電圧方程式は下記式(3)のように定義される。
Va=(R+pL)Ia+(−ωΦsinθ) …式(3)
ここで、p=d/dtである。
Therefore, the voltage equation of the A phase is defined as the following formula (3).
Va = (R + pL) Ia + (− ωΦsinθ) (3)
Here, p = d / dt.

B相も同様に計算することができ、図1に示す2相PMSMのA相とB相の電圧方程式をまとめて記載すると、下記式(4)のように定義される。

Figure 2011139583
The B phase can be calculated in the same manner. When the voltage equations of the A phase and the B phase of the two-phase PMSM shown in FIG. 1 are collectively described, the following equation (4) is defined.
Figure 2011139583

上記式(4)を変形すると、下記式(5)が導かれる。

Figure 2011139583
When the above equation (4) is modified, the following equation (5) is derived.
Figure 2011139583

上記式(5)の右辺第1項は、速度起電力がゼロのときに、ステータコイルに流れる電流を示している。ここで、小型ステッピングモータなど、インダクタンスが比較的小さいモータでは、pL成分を無視して考えても実用上差し支えない。また、ステータコイルを励磁する電気角周期との関係において、相対的にpL成分の影響が小さい場合も、pL成分を無視して考えても実用上差し支えない。これを踏まえ、上記式(5)を下記式(6)に近似することができる。

Figure 2011139583
The first term on the right side of the above equation (5) indicates the current flowing through the stator coil when the speed electromotive force is zero. Here, in a motor having a relatively small inductance, such as a small stepping motor, there is no problem in practical use even if the pL component is ignored. Further, in the relationship with the electrical angle period for exciting the stator coil, there is no problem in practical use even when the influence of the pL component is relatively small and the pL component is ignored. Based on this, the above formula (5) can be approximated to the following formula (6).
Figure 2011139583

モータが停止状態で、かつステータコイルが直流励磁で定常状態にあるとき、速度起電力はゼロとなり、上記式(6)は下記式(7)のように表される。

Figure 2011139583
When the motor is stopped and the stator coil is in a steady state by direct current excitation, the speed electromotive force is zero, and the above equation (6) is expressed as the following equation (7).
Figure 2011139583

上記式(7)は、上記条件下で、ステータに印加される電圧値と当該ステータから検出される電流値とを一致させるためのスケーリングファクタが、ステータの直流抵抗DCRで表現されることを示している。   The above equation (7) indicates that the scaling factor for matching the voltage value applied to the stator and the current value detected from the stator under the above conditions is expressed by the DC resistance DCR of the stator. ing.

上記式(6)の右辺第2項は、速度起電圧を示している。したがって、速度起電圧Evは、下記式(8)に示すように、モータ回転時にステータから検出される電流値Isから、モータ回転時におけるステータの駆動電圧値S0にスケーリングファクタAsを乗じて得られるスケーリング後の駆動信号Ssを減算することにより検出される。ここで、スケーリングファクタAsは、直流励磁状態でステータから検出される電流値Idcと、直流励磁状態でステータに印加される電圧値Vdcとを同一にスケーリングするためのファクタである。
Ev=Is−As*S0=Is−Ss …式(8)
ここで、VdcとS0のスケールは同一である。すなわち、Vdc:S0=1:1である。
The second term on the right side of the above equation (6) represents the speed electromotive voltage. Therefore, as shown in the following formula (8), the speed electromotive force Ev is obtained by multiplying the current value Is detected from the stator during motor rotation by multiplying the stator drive voltage value S0 during motor rotation by the scaling factor As. It is detected by subtracting the scaled drive signal Ss. Here, the scaling factor As is a factor for scaling the current value Idc detected from the stator in the DC excitation state and the voltage value Vdc applied to the stator in the DC excitation state.
Ev = Is-As * S0 = Is-Ss (8)
Here, the scales of Vdc and S0 are the same. That is, Vdc: S0 = 1: 1.

図2は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動回路100の構成を示す図である。当該モータ駆動回路100は、同期モータを駆動する回路である。本実施の形態では、2相ステッピングモータ20(以下、単にステッピングモータ20と表記する)を駆動する。ステッピングモータ20は、二つのステータコイル(以下、それぞれを第1コイル22および第2コイル24という)およびロータ26を含む。ステータ抵抗Rsはステータの直流抵抗成分を示している。なお、図2では第1コイル22の駆動系統を描いており、第2コイル24の駆動系統は省略して描いている。   FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the motor drive circuit 100 according to the embodiment of the present invention. The motor drive circuit 100 is a circuit that drives a synchronous motor. In the present embodiment, a two-phase stepping motor 20 (hereinafter simply referred to as “stepping motor 20”) is driven. The stepping motor 20 includes two stator coils (hereinafter referred to as a first coil 22 and a second coil 24, respectively) and a rotor 26. Stator resistance Rs indicates a DC resistance component of the stator. In FIG. 2, the drive system of the first coil 22 is illustrated, and the drive system of the second coil 24 is omitted.

第1コイル22および第2コイル24は、互いに電気角で90°位置がずれて配置される。   The first coil 22 and the second coil 24 are arranged with an electrical angle of 90 ° shifted from each other.

ロータ26は、磁性体(たとえば、永久磁石)を含んでおり、第1コイル22および第2コイル24からの磁界に応じて安定する位置が決定される。モータ駆動回路100は、第1コイル22および第2コイル24に互いに90°位相の異なる交流電流を供給することにより、両者の電流位相に差を設け、ロータ26を回転させることができる。   The rotor 26 includes a magnetic material (for example, a permanent magnet), and a stable position is determined according to the magnetic fields from the first coil 22 and the second coil 24. The motor drive circuit 100 can rotate the rotor 26 by providing the first coil 22 and the second coil 24 with alternating currents having phases different from each other by 90.degree.

また、モータ駆動回路100は、電流位相の変化を特定のタイミングで停止させることにより、そのタイミングの電流位相に応じた、特定の位置にロータ26を停止させることができる。これらの処理により、ステッピングモータ200の回転を制御することができる。   Moreover, the motor drive circuit 100 can stop the rotor 26 at a specific position corresponding to the current phase at the timing by stopping the change in the current phase at a specific timing. With these processes, the rotation of the stepping motor 200 can be controlled.

モータ駆動回路100は、励磁タイミング生成部10、励磁振幅生成部12、信号調整部14、PWM(Pulse Width Modulation)信号生成部16、Hブリッジ駆動部18、コイル電流検出部30、符号判定部36、スケーリング部38、比較調整部40、誘起電圧成分抽出部42、増幅器44、デジタルローパスフィルタ46、微分器48、同期外れ検出部50、回転速度検出部60、第1ゼロクロス検出部70、第2ゼロクロス検出部72および位相差検出部74を備える。   The motor drive circuit 100 includes an excitation timing generation unit 10, an excitation amplitude generation unit 12, a signal adjustment unit 14, a PWM (Pulse Width Modulation) signal generation unit 16, an H bridge drive unit 18, a coil current detection unit 30, and a sign determination unit 36. , Scaling unit 38, comparison adjustment unit 40, induced voltage component extraction unit 42, amplifier 44, digital low-pass filter 46, differentiator 48, out-of-synchronization detection unit 50, rotation speed detection unit 60, first zero cross detection unit 70, second A zero cross detector 72 and a phase difference detector 74 are provided.

励磁タイミング生成部10は、図示しない上位の制御装置から、スケーリング指令または通常励磁指令を受け、その指令に応じた励磁タイミングを生成する。スケーリング指令はスケーリングファクタAsを検出するためのスケーリング検出モードを選択する指令であり、通常励磁指令は通常駆動モードを選択する指令である。   The excitation timing generation unit 10 receives a scaling command or a normal excitation command from a host controller (not shown) and generates an excitation timing according to the command. The scaling command is a command for selecting a scaling detection mode for detecting the scaling factor As, and the normal excitation command is a command for selecting a normal drive mode.

スケーリングファクタAsは、第1コイル22に発生する誘起電圧がゼロの状態における駆動信号(より具体的には、直流励磁状態でステータに印加される電圧値)と、コイル電流成分(より具体的には、直流励磁状態でステータから検出される電流値)との関係を規定したものである。   The scaling factor As includes a drive signal (more specifically, a voltage value applied to the stator in a DC excitation state) in a state where the induced voltage generated in the first coil 22 is zero, and a coil current component (more specifically, Defines the relationship with the current value detected from the stator in the DC excitation state.

スケーリング指令は、システム起動時に発行される。また、スケーリング指令は、ステッピングモータ20の停止中でかつ直流励磁されている状態において、任意のタイミングで発行される。   The scaling command is issued when the system is started. In addition, the scaling command is issued at an arbitrary timing while the stepping motor 20 is stopped and DC excitation is performed.

通常駆動モードでは、励磁タイミング生成部10および励磁振幅生成部12により、所定の励磁角度を持つ励磁信号が生成される。励磁方式としては、たとえば、正弦波励磁、マイクロステップ励磁、1−2相励磁、2相励磁、1相励磁などを採用することができる。   In the normal drive mode, the excitation timing generator 10 and the excitation amplitude generator 12 generate an excitation signal having a predetermined excitation angle. As the excitation method, for example, sine wave excitation, microstep excitation, 1-2 phase excitation, 2 phase excitation, 1 phase excitation, etc. can be employed.

励磁振幅生成部12は、励磁タイミング生成部10から供給される励磁タイミングに応じた励磁振幅を持つ駆動信号またはスケーリング検出信号を生成する。信号調整部14は、励磁振幅生成部12から供給される駆動信号またはスケーリング検出信号を調整する。より厳密にはその信号の振幅を調整する。この振幅調整の詳細は後述する。   The excitation amplitude generator 12 generates a drive signal or a scaling detection signal having an excitation amplitude corresponding to the excitation timing supplied from the excitation timing generator 10. The signal adjustment unit 14 adjusts the drive signal or scaling detection signal supplied from the excitation amplitude generation unit 12. More precisely, the amplitude of the signal is adjusted. Details of the amplitude adjustment will be described later.

PWM信号生成部16は、信号調整部14から供給される駆動電圧値S0をPWM信号に変換する。スケーリング検出電圧値Vdcは、直流信号のまま出力する。Hブリッジ駆動部18は、供給される信号に応じてステッピングモータ20に電流を供給する。Hブリッジ駆動部18は、第1コイル22を中心に、四つのトランジスタを含む。それらトランジスタのゲート端子には、PWM信号生成部16から供給されるPWM信号形式の駆動電圧値S0または直流信号形式のスケーリング検出電圧値Vdcが入力される。PWM信号形式の駆動電圧値S0が入力される場合、Hブリッジ駆動部18は、当該PWM信号のデューティ比に応じた電流を第1コイル22に供給する。その際、当該PWM信号により、第1コイル22に流すべき電流の向きおよび量が決定される。   The PWM signal generation unit 16 converts the drive voltage value S0 supplied from the signal adjustment unit 14 into a PWM signal. The scaling detection voltage value Vdc is output as a DC signal. The H bridge drive unit 18 supplies a current to the stepping motor 20 in accordance with the supplied signal. The H bridge drive unit 18 includes four transistors around the first coil 22. A drive voltage value S0 in the PWM signal format supplied from the PWM signal generation unit 16 or a scaling detection voltage value Vdc in the DC signal format is input to the gate terminals of these transistors. When the drive voltage value S0 in the PWM signal format is input, the H bridge drive unit 18 supplies the first coil 22 with a current corresponding to the duty ratio of the PWM signal. At that time, the direction and amount of the current to be passed through the first coil 22 are determined by the PWM signal.

コイル電流検出部30は、第1コイル22に流れる電流成分を検出する。コイル電流検出部30は、ステータ抵抗Rsの両端電圧を検出することにより、当該電流成分を検出する。なお、電流成分を検出する際、ステータ抵抗Rsとは別に電流検出用の抵抗を設け、その抵抗の両端電圧を検出する構成にしてもよい。コイル電流検出部30は、差動増幅器31、オフセット調整部32およびアナログデジタル変換器33を含む。   The coil current detection unit 30 detects a current component flowing through the first coil 22. The coil current detection unit 30 detects the current component by detecting the voltage across the stator resistance Rs. When detecting the current component, a current detection resistor may be provided separately from the stator resistor Rs, and the voltage across the resistor may be detected. The coil current detection unit 30 includes a differential amplifier 31, an offset adjustment unit 32, and an analog / digital converter 33.

差動増幅器31は、ステータ抵抗Rsの両端電圧を所定の増幅率で増幅して、アナログデジタル変換器33に出力する。差動増幅器31の出力端子には、ローパスフィルタが接続されており、このローパスフィルタにより差動増幅器31の出力信号に含まれるノイズが除去された後、当該出力信号がアナログデジタル変換器33に入力される。   The differential amplifier 31 amplifies the voltage across the stator resistor Rs with a predetermined amplification factor and outputs the amplified voltage to the analog-digital converter 33. A low-pass filter is connected to the output terminal of the differential amplifier 31, and noise included in the output signal of the differential amplifier 31 is removed by the low-pass filter, and then the output signal is input to the analog-digital converter 33. Is done.

オフセット調整部32は、差動増幅器31に発生するオフセットを調整する。たとえば、オフセット調整部32は、駆動電流がゼロ(すなわち、ステータ抵抗Rsに流れる電流がゼロ)のときの、差動増幅器31の出力信号を検出して、オフセット値として記憶する。このオフセット値は、差動増幅器31の入力端子に加算され、差動増幅器31に発生するオフセットをキャンセルする。なお、オフセット調整部32によるオフセット値の検出処理は、図示しない上記制御装置からのオフセット調整指令にもとづき実行される。   The offset adjustment unit 32 adjusts an offset generated in the differential amplifier 31. For example, the offset adjustment unit 32 detects the output signal of the differential amplifier 31 when the drive current is zero (that is, the current flowing through the stator resistor Rs is zero), and stores it as an offset value. This offset value is added to the input terminal of the differential amplifier 31 to cancel the offset generated in the differential amplifier 31. The offset value detection process by the offset adjustment unit 32 is executed based on an offset adjustment command from the control device (not shown).

アナログデジタル変換器33は、差動増幅器31から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号はコイル電流検出部30により検出された、駆動時コイル電流成分Isまたはスケーリング検出時コイル電流成分Idcを示す信号である。符号判定部36は、アナログデジタル変換器33から入力される信号の正負を判定し、スケーリング部38に供給する。この符号判定により、ステータ抵抗Rsに流れる電流の向きが検出される。   The analog-digital converter 33 converts the analog signal output from the differential amplifier 31 into a digital signal. This digital signal is a signal indicating the driving coil current component Is or the scaling detection coil current component Idc detected by the coil current detector 30. The sign determination unit 36 determines whether the signal input from the analog-digital converter 33 is positive or negative and supplies it to the scaling unit 38. By this sign determination, the direction of the current flowing through the stator resistor Rs is detected.

スケーリング部38は、上記スケーリングファクタAsを記憶している。通常駆動モードでは、スケーリング部38は、上記スケーリングファクタAsを用いて、信号調整部14から出力される駆動電圧値S0(以下、駆動信号S0と表記する)をスケーリングする。より具体的には、当該駆動信号S0にスケーリングファクタAsを乗算して、スケーリング後の駆動信号Ssを生成し、誘起電圧成分抽出部42に供給する。   The scaling unit 38 stores the scaling factor As. In the normal drive mode, the scaling unit 38 scales the drive voltage value S0 output from the signal adjustment unit 14 (hereinafter referred to as drive signal S0) using the scaling factor As. More specifically, the drive signal S0 is multiplied by the scaling factor As to generate a scaled drive signal Ss, which is supplied to the induced voltage component extraction unit 42.

スケーリング検出モードでは、スケーリング部38は、信号調整部14から出力されるスケーリング検出電圧値VdcにスケーリングファクタAsを乗算した値(Vdc・As)を、比較調整部40に供給する。比較調整部40は、スケーリング検出モードにて、スケーリング部38から供給される値(Vdc・As)と、コイル電流検出部30から供給されるスケーリング検出時コイル電流成分Idcとを比較し、両者を一致させるためのスケーリングファクタAsを算出し、スケーリング部38に設定する。このスケーリングファクタAsは、第1コイル22に流れる電流の向きによって個別に調整される。すなわち、正負二種類のスケーリングファクタAsが設定される。モータ駆動回路100の直流特性の差を解消するためである。   In the scaling detection mode, the scaling unit 38 supplies the comparison adjustment unit 40 with a value (Vdc · As) obtained by multiplying the scaling detection voltage value Vdc output from the signal adjustment unit 14 by the scaling factor As. The comparison adjustment unit 40 compares the value (Vdc · As) supplied from the scaling unit 38 with the coil current component Idc at the time of scaling detection supplied from the coil current detection unit 30 in the scaling detection mode, and compares them. A scaling factor As for matching is calculated and set in the scaling unit 38. This scaling factor As is individually adjusted according to the direction of the current flowing through the first coil 22. That is, two types of positive and negative scaling factors As are set. This is to eliminate the difference in DC characteristics of the motor drive circuit 100.

誘起電圧成分抽出部42は、コイル電流検出部30により検出された駆動時コイル電流成分Isから、スケーリング後の駆動信号Ssを除去して、誘起電圧成分を抽出する。ここでは、当該誘起電圧成分を速度起電圧成分Evとして抽出する。すなわち、スケーリング後の駆動信号Ssは、誘起電流が発生していない状態において第1コイル22から検出される電流成分を示すものであるため、実際に検出されたコイル電流成分から当該スケーリング後の駆動信号Ssを減算することにより、誘起電流成分を算出することができる。   The induced voltage component extraction unit 42 removes the scaled drive signal Ss from the driving coil current component Is detected by the coil current detection unit 30 and extracts the induced voltage component. Here, the induced voltage component is extracted as the speed electromotive voltage component Ev. That is, since the scaled drive signal Ss indicates a current component detected from the first coil 22 in a state where no induced current is generated, the scaled drive signal is detected from the actually detected coil current component. The induced current component can be calculated by subtracting the signal Ss.

このように通常駆動モードでは、駆動信号S0とスケーリングファクタAsとを乗算して生成される駆動信号Ssと、駆動時コイル電流成分Isとの差分を算出することにより、速度起電圧成分Evを連続的に検出することができる。   Thus, in the normal drive mode, the speed electromotive force component Ev is continuously obtained by calculating the difference between the drive signal Ss generated by multiplying the drive signal S0 and the scaling factor As and the driving coil current component Is. Can be detected automatically.

増幅器44は、誘起電圧成分抽出部42から出力される速度起電圧成分Evを所定の増幅率で増幅する。デジタルローパスフィルタ46は、増幅器44により増幅された速度起電圧成分Evから高周波ノイズを除去する。このデジタルローパスフィルタ46には、励磁タイミング生成部10からサンプリングクロックSmpclkが供給される。デジタルローパスフィルタ46は、当該サンプリングクロックSmpclkにもとづいて、カットオフ周波数を調整することができる。励磁タイミング生成部10は、通常励磁指令に含まれる回転速度情報にもとづき励磁速度を決定し、その励磁速度に応じたサンプリングクロックSmpclkを生成している。したがって、デジタルローパスフィルタ46は、サンプリングクロックSmpclkを受けることにより、カットオフ周波数を、励磁速度に応じた最適値に設定することができる。   The amplifier 44 amplifies the speed electromotive voltage component Ev output from the induced voltage component extraction unit 42 with a predetermined amplification factor. The digital low-pass filter 46 removes high frequency noise from the speed electromotive voltage component Ev amplified by the amplifier 44. The digital low-pass filter 46 is supplied with a sampling clock Smpclk from the excitation timing generator 10. The digital low-pass filter 46 can adjust the cutoff frequency based on the sampling clock Smpclk. The excitation timing generation unit 10 determines an excitation speed based on the rotation speed information included in the normal excitation command, and generates a sampling clock Smpclk corresponding to the excitation speed. Therefore, the digital low-pass filter 46 can set the cutoff frequency to an optimum value according to the excitation speed by receiving the sampling clock Smpclk.

デジタルローパスフィルタ46から出力される速度起電圧成分Vb(以下、増幅器44を経た速度起電圧成分Evを速度起電圧成分Vbと表記する)は、微分器48、第2ゼロクロス検出部72および回転速度検出部60に入力される。   The speed electromotive force component Vb output from the digital low-pass filter 46 (hereinafter, the speed electromotive voltage component Ev that has passed through the amplifier 44 is expressed as a speed electromotive voltage component Vb) includes a differentiator 48, a second zero cross detector 72, and a rotational speed. Input to the detection unit 60.

微分器48は、入力された速度起電圧成分Vbを微分して、速度起電圧成分微分値Vb’を出力する。この微分により、速度起電圧成分Vbの位相が90°進むことになる。微分器48により生成された速度起電圧成分微分値Vb’は、同期外れ検出部50および第1ゼロクロス検出部70に入力される。   The differentiator 48 differentiates the input speed electromotive voltage component Vb and outputs a speed electromotive voltage component differential value Vb '. By this differentiation, the phase of the speed electromotive voltage component Vb advances by 90 °. The speed electromotive force component differential value Vb ′ generated by the differentiator 48 is input to the out-of-synchronization detector 50 and the first zero-cross detector 70.

同期外れ検出部50は、励磁タイミング生成部10から供給される励磁速度情報および微分器48から供給される速度起電圧成分微分値Vb’をもとに、ステッピングモータ20の同期外れを検出し、同期外れ検出信号Seを出力する。この検出処理の詳細は後述する。   The out-of-synchronization detection unit 50 detects out-of-synchronization of the stepping motor 20 based on the excitation speed information supplied from the excitation timing generation unit 10 and the speed electromotive force component differential value Vb ′ supplied from the differentiator 48, The out-of-synchronization detection signal Se is output. Details of this detection process will be described later.

回転速度検出部60は、デジタルローパスフィルタ46から供給される速度起電圧成分Vbおよび微分器48から供給される速度起電圧成分微分値Vb’をもとに、ステッピングモータ20の回転速度を検出し、回転速度信号FGを出力する。この検出処理の詳細は後述する。   The rotational speed detector 60 detects the rotational speed of the stepping motor 20 based on the speed electromotive voltage component Vb supplied from the digital low-pass filter 46 and the speed electromotive voltage component differential value Vb ′ supplied from the differentiator 48. The rotation speed signal FG is output. Details of this detection process will be described later.

第1ゼロクロス検出部70は、微分器48から供給される速度起電圧成分微分値Vb’のゼロクロスポイントを検出し、第1ゼロクロス信号Tpを位相差検出部74に出力する。第2ゼロクロス検出部72は、デジタルローパスフィルタ46から供給される速度起電圧成分Vbのゼロクロスポイントを検出し、第2ゼロクロス信号Tzを位相差検出部74に出力する。   The first zero cross detection unit 70 detects the zero cross point of the speed electromotive force component differential value Vb ′ supplied from the differentiator 48, and outputs the first zero cross signal Tp to the phase difference detection unit 74. The second zero cross detector 72 detects the zero cross point of the speed electromotive voltage component Vb supplied from the digital low pass filter 46 and outputs the second zero cross signal Tz to the phase difference detector 74.

位相差検出部74は、上記駆動信号の位相と、速度起電圧成分の位相との位相差を検出し、第1位相差信号Ppおよび第2位相差信号Pzを出力する。位相差検出部74には、上述した第1ゼロクロス信号Tpおよび第2ゼロクロス信号Tzに加えて、第1フラグ信号Tp0、第2フラグ信号Tz0およびカウントクロックCntclkが供給される。第1フラグ信号Tp0および第2フラグ信号Tz0は、互いに90°位相が異なる二種類の励磁タイミングを示す信号であり、励磁タイミング生成部10から供給される。   The phase difference detection unit 74 detects a phase difference between the phase of the drive signal and the phase of the speed electromotive voltage component, and outputs a first phase difference signal Pp and a second phase difference signal Pz. In addition to the first zero cross signal Tp and the second zero cross signal Tz described above, the phase difference detection unit 74 is supplied with the first flag signal Tp0, the second flag signal Tz0, and the count clock Cntclk. The first flag signal Tp0 and the second flag signal Tz0 are signals indicating two types of excitation timings that are 90 ° out of phase with each other, and are supplied from the excitation timing generation unit 10.

たとえば、第1フラグ信号Tp0は励磁角度が90°、270°時点のタイミングを示す信号であり、第2フラグ信号Tz0は励磁角度が0°、180°、360°時点のタイミングを示す信号であってもよい。この場合、位相差検出部74は、第1フラグ信号Tp0で示される90°、270°時点のタイミングと、第1ゼロクロス信号Tpで示されるゼロクロスタイミングとの時間差をそれぞれの時点で計測し、それぞれの励磁角度における位相差を検出する。この検出結果は、第1位相差信号Ppとして出力される。同様に、位相差検出部74は、第2フラグ信号Tz0で示される0°、180°、360°時点のタイミングと、第2ゼロクロス信号Tzで示されるゼロクロスタイミングとの時間差をそれぞれの時点で計測し、それぞれの励磁角度における位相差を検出する。この検出結果は、第2位相差信号Pzとして出力される。   For example, the first flag signal Tp0 is a signal indicating the timing when the excitation angle is 90 °, 270 °, and the second flag signal Tz0 is a signal indicating the timing when the excitation angle is 0 °, 180 °, 360 °. May be. In this case, the phase difference detection unit 74 measures the time difference between the timing at the 90 ° and 270 ° timings indicated by the first flag signal Tp0 and the zero cross timing indicated by the first zero cross signal Tp at each timing, The phase difference at the excitation angle is detected. This detection result is output as the first phase difference signal Pp. Similarly, the phase difference detection unit 74 measures the time difference between the timings of 0 °, 180 °, and 360 ° indicated by the second flag signal Tz0 and the zero cross timing indicated by the second zero cross signal Tz at each time point. Then, the phase difference at each excitation angle is detected. This detection result is output as the second phase difference signal Pz.

ステッピングモータ20が理想的な回転中であれば、速度起電圧成分Evは正弦波として検出される。ステッピングモータはその特性上、電気角周波数においては、駆動電圧の位相と駆動電流の位相をほぼ同じとみなすことができる。この特性を利用して、スケーリング後の駆動信号Ssを基準として、速度起電圧成分Evを観測することにより、ロータ26の状態を検知することができる。スケーリング前の駆動信号S0およびスケーリング後の駆動信号Ssは、モータ駆動回路100内で生成される信号であるため、その励磁角度が0°、90°、180°、270°、360°時点のタイミングを示すフラグ信号を生成することは容易である。また、励磁周期を把握することも容易である。   If the stepping motor 20 is rotating ideally, the speed electromotive voltage component Ev is detected as a sine wave. Due to the characteristics of the stepping motor, the phase of the driving voltage and the phase of the driving current can be regarded as substantially the same at the electrical angular frequency. Using this characteristic, the state of the rotor 26 can be detected by observing the speed electromotive force component Ev with the scaled drive signal Ss as a reference. Since the drive signal S0 before scaling and the drive signal Ss after scaling are signals generated in the motor drive circuit 100, the timing when the excitation angle is 0 °, 90 °, 180 °, 270 °, 360 ° It is easy to generate a flag signal indicating It is also easy to grasp the excitation cycle.

図3は、本発明の実施の形態の変形例1に係るモータ駆動回路100の構成を示す図である。変形例1は、上記駆動信号S0をアナログ値として検出し、駆動時コイル電流成分Isとスケーリング後の駆動信号Ssとの減算処理をアナログドメインで行う構成である。なお、比較調整部40によるスケーリングファクタAsの設定処理もアナログドメインで行われる。これに対し、図2に示したモータ駆動回路100は、これらの処理をデジタルドメインで行っている。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the motor drive circuit 100 according to the first modification of the embodiment of the present invention. In the first modification, the drive signal S0 is detected as an analog value, and the subtraction process between the drive coil current component Is and the scaled drive signal Ss is performed in the analog domain. Note that the setting process of the scaling factor As by the comparison adjustment unit 40 is also performed in the analog domain. On the other hand, the motor drive circuit 100 shown in FIG. 2 performs these processes in the digital domain.

変形例1では、差動増幅器34が追加される。差動増幅器34は、Hブリッジ駆動部18から第1コイル22の両端に印加される電圧を所定の増幅率で増幅して、スケーリング部38に出力する。差動増幅器34の出力端子には、ローパスフィルタが接続されており、このローパスフィルタにより差動増幅器34の出力信号に含まれるノイズが除去された後、当該出力信号がスケーリング部38に供給される。   In the first modification, a differential amplifier 34 is added. The differential amplifier 34 amplifies the voltage applied to both ends of the first coil 22 from the H bridge drive unit 18 with a predetermined amplification factor, and outputs the amplified voltage to the scaling unit 38. A low-pass filter is connected to the output terminal of the differential amplifier 34. After the noise contained in the output signal of the differential amplifier 34 is removed by this low-pass filter, the output signal is supplied to the scaling unit 38. .

変形例1では差動増幅器31の出力信号は、アナログデジタル変換器33を経ずに符号判定部36、比較調整部40および誘起電圧成分抽出部42に供給される。なお、差動増幅器31および差動増幅器34の出力信号は、アナログデジタル変換器33にも直接出力可能な構成であり、アナログデジタル変換器33はその出力信号をオフセット調整部32に出力可能な構成であり、オフセット調整部32はこの経路を通じて、差動増幅器31および差動増幅器34のそれぞれのオフセット値を検出することができる。   In Modification 1, the output signal of the differential amplifier 31 is supplied to the sign determination unit 36, the comparison adjustment unit 40, and the induced voltage component extraction unit 42 without going through the analog-digital converter 33. The output signals of the differential amplifier 31 and the differential amplifier 34 can be directly output to the analog-digital converter 33. The analog-digital converter 33 can output the output signal to the offset adjustment unit 32. The offset adjustment unit 32 can detect the offset values of the differential amplifier 31 and the differential amplifier 34 through this path.

誘起電圧成分抽出部42は、アナログ信号形式の速度起電圧成分Evを出力し、その速度起電圧成分Evは、増幅器44により増幅され、アナログデジタル変換器33によりデジタル信号形式の速度起電圧成分Vbに変換される。   The induced voltage component extraction unit 42 outputs a speed electromotive voltage component Ev in the form of an analog signal. The speed electromotive voltage component Ev is amplified by the amplifier 44, and the speed electromotive force component Vb in the form of a digital signal is produced by the analog / digital converter 33. Is converted to

図4は、本発明の実施の形態の変形例2に係るモータ駆動回路100の構成を示す図である。変形例2は、差動増幅器31の出力端子にスイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35が接続され、デジタルローパスフィルタ46が取り除かれた構成である。   FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a motor drive circuit 100 according to the second modification of the embodiment of the present invention. In the second modification, a switched capacitor type low-pass filter 35 is connected to the output terminal of the differential amplifier 31 and the digital low-pass filter 46 is removed.

スイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35は、その動作クロックにより、カットオフ周波数を変更することができる。したがって、ステッピングモータ20の駆動周波数に応じて、そのカットオフ周波数を常に最適値に制御することができる。変形例2では、図2のデジタルローパスフィルタ46による高周波ノイズの除去を、スイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35で実施している。スイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35は、励磁タイミング生成部10から供給されるオペレーションクロックOpclkに応じて、その動作クロックを調整し、カットオフ周波数を最適値に調整する。   The switched capacitor type low-pass filter 35 can change the cut-off frequency according to its operation clock. Therefore, the cut-off frequency can always be controlled to an optimum value according to the driving frequency of the stepping motor 20. In the second modification, the high frequency noise removal by the digital low pass filter 46 of FIG. 2 is performed by the switched capacitor type low pass filter 35. The switched capacitor type low-pass filter 35 adjusts the operation clock according to the operation clock Opclk supplied from the excitation timing generation unit 10 and adjusts the cutoff frequency to an optimum value.

図5は、本発明の実施の形態の変形例3に係るモータ駆動回路100の構成を示す図である。変形例3は、変形例1および変形例2を組み合わせたものである。すなわち、差動増幅器34が追加され、差動増幅器31の出力端子にスイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35aが接続され、差動増幅器34の出力端子にスイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35bが接続され、デジタルローパスフィルタ46が取り除かれた構成である。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a motor drive circuit 100 according to the third modification of the embodiment of the present invention. Modification 3 is a combination of Modification 1 and Modification 2. That is, a differential amplifier 34 is added, a switched capacitor type low-pass filter 35a is connected to the output terminal of the differential amplifier 31, and a switched capacitor type low-pass filter 35b is connected to the output terminal of the differential amplifier 34. In this configuration, the filter 46 is removed.

差動増幅器34は、Hブリッジ駆動部18から第1コイル22の両端に印加される電圧を所定の増幅率で増幅し、スイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35bを経てスケーリング部38に出力する。スイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35bは、差動増幅器34の出力信号に含まれる高周波ノイズを除去する。スイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35aおよびスイッチトキャパシタ型のローパスフィルタ35bは、励磁タイミング生成部10から供給されるオペレーションクロックOpclkに応じて、その動作クロックを調整し、カットオフ周波数を最適値に調整する。   The differential amplifier 34 amplifies the voltage applied to both ends of the first coil 22 from the H-bridge driving unit 18 with a predetermined amplification factor, and outputs the amplified voltage to the scaling unit 38 via the switched capacitor type low-pass filter 35b. The switched capacitor type low pass filter 35b removes high frequency noise contained in the output signal of the differential amplifier 34. The switched-capacitor-type low-pass filter 35a and the switched-capacitor-type low-pass filter 35b adjust the operation clock according to the operation clock Opclk supplied from the excitation timing generation unit 10 and adjust the cutoff frequency to an optimum value.

変形例3も、変形例1と同様に、上記駆動信号S0をアナログ値として検出し、駆動時コイル電流成分Isとスケーリング後の駆動信号Ssとの減算処理をアナログドメインで行う構成である。なお、比較調整部40によるスケーリングファクタAsの設定処理もアナログドメインで行われる。   Similarly to the first modification, the third modification also has a configuration in which the drive signal S0 is detected as an analog value, and the subtraction process between the drive coil current component Is and the scaled drive signal Ss is performed in the analog domain. Note that the setting process of the scaling factor As by the comparison adjustment unit 40 is also performed in the analog domain.

図6は、位相差検出部74の動作例を示すタイミングチャートである。ステッピングモータ20に含まれる第1コイル22および第2コイル24に対し、互いに90°位相が異なる駆動信号を供給するために、励磁タイミング生成部10は、二種類の励磁タイミングを生成している。この二種類の励磁タイミングにもとづき第1フラグ信号Tp0および第2フラグ信号Tz0が生成される。第1フラグ信号Tp0および第2フラグ信号Tz0は、上記駆動信号の2倍の周波数の信号であり、回転速度信号FGと同一周波数の信号である。   FIG. 6 is a timing chart illustrating an operation example of the phase difference detection unit 74. In order to supply the first coil 22 and the second coil 24 included in the stepping motor 20 with drive signals having phases different from each other by 90 °, the excitation timing generation unit 10 generates two types of excitation timing. A first flag signal Tp0 and a second flag signal Tz0 are generated based on these two types of excitation timings. The first flag signal Tp0 and the second flag signal Tz0 are signals having a frequency twice that of the drive signal, and are signals having the same frequency as the rotational speed signal FG.

位相差検出部74は、図示しない二つのカウンタおよび減算器を有する。第1カウンタは、第1フラグ信号Tp0の立ち下がりエッジから第1ゼロクロス信号Tpの立ち下がりエッジまでの期間を、クロックCLKに同期してカウントする。そして、第1ゼロクロス信号Tpの立ち下がり時点の第1カウンタ内の第1カウント値C1が、第1出力カウント値Cout1として出力される。同様に、第2カウンタは、第2フラグ信号Tz0の立ち下がりエッジから第2ゼロクロス信号Tzの立ち下がりエッジまでの期間を、クロックCLKに同期してカウントする。そして、第2ゼロクロス信号Tzの立ち下がり時点の第2カウンタ内の第2カウント値C0が、第2出力カウント値Cout0として出力される。   The phase difference detection unit 74 has two counters and a subtracter (not shown). The first counter counts a period from the falling edge of the first flag signal Tp0 to the falling edge of the first zero cross signal Tp in synchronization with the clock CLK. Then, the first count value C1 in the first counter at the time of falling of the first zero cross signal Tp is output as the first output count value Cout1. Similarly, the second counter counts a period from the falling edge of the second flag signal Tz0 to the falling edge of the second zero cross signal Tz in synchronization with the clock CLK. Then, the second count value C0 in the second counter at the time of falling of the second zero cross signal Tz is output as the second output count value Cout0.

位相差検出部74によるオフセット成分を補償するため、上記減算器は、第1カウントから供給される第1出力カウント値Cout1から所定の定数Pcを減算して、第1位相差信号Ppを生成する。同様に、第2カウントから供給される第2出力カウント値Cout0から所定の定数Pcを減算して、第2位相差信号Pzを生成する。   In order to compensate for the offset component by the phase difference detection unit 74, the subtracter subtracts a predetermined constant Pc from the first output count value Cout1 supplied from the first count to generate the first phase difference signal Pp. . Similarly, a predetermined constant Pc is subtracted from the second output count value Cout0 supplied from the second count to generate a second phase difference signal Pz.

図7は、同期外れ検出部50の構成を示す図である。同期外れ検出部50は、ステッピングモータ20の回転同期が外れたときに、ステッピングモータ200が回転できなくなり、速度起電圧を喪失する原理を利用して、同期外れを検出する。同期外れ検出部50は、可変閾値設定部52および連続判定部54を含む。可変閾値設定部52には、励磁タイミング生成部10から励磁速度情報が供給される。可変閾値設定部52は、その励磁速度情報にもとづき、判定連続時間および判定閾値を決定し、連続判定部54に設定する。連続判定部54は、微分器48から供給される速度起電圧成分微分値Vb’が、所定のレンジ内に、一定時間以上とどまるか否かを判定することにより同期外れを検出する。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the out-of-synchronization detection unit 50. The out-of-synchronization detection unit 50 detects out-of-synchronization using the principle that the stepping motor 200 cannot rotate when the rotation synchronization of the stepping motor 20 is lost, and the speed electromotive force is lost. The out-of-synchronization detection unit 50 includes a variable threshold value setting unit 52 and a continuity determination unit 54. Excitation speed information is supplied from the excitation timing generation unit 10 to the variable threshold setting unit 52. The variable threshold setting unit 52 determines the determination continuous time and the determination threshold based on the excitation speed information, and sets the determination continuous time and the determination threshold in the continuous determination unit 54. The continuation determination unit 54 detects loss of synchronization by determining whether or not the speed electromotive force component differential value Vb ′ supplied from the differentiator 48 stays within a predetermined range for a predetermined time or more.

図8は、連続判定部54の動作例を示すタイミングチャートである。図8に示すように、速度起電圧成分微分値Vb’が、ゼロを基準に対称に位置する正側閾値+と負側閾値−とにより規定されるレンジ内に入った場合、連続判定部54は、閾値判定信号をハイレベルに設定する。そして、速度起電圧成分微分値Vb’が、設定された連続時間経過してもそのレンジ内にとどまる場合(すなわち、当該閾値判定信号がハイレベルのままの場合)、連続判定部54は、同期外れが発生したと判定し、同期外れ検出信号Seをハイレベルに設定する。   FIG. 8 is a timing chart illustrating an operation example of the continuity determination unit 54. As shown in FIG. 8, when the speed electromotive force component differential value Vb ′ falls within a range defined by a positive threshold value + and a negative threshold value − that are symmetrically located with reference to zero, the continuous determination unit 54. Sets the threshold determination signal to a high level. When the speed electromotive force component differential value Vb ′ remains within the range even after the set continuous time has elapsed (that is, when the threshold determination signal remains at the high level), the continuous determination unit 54 is synchronized. It is determined that a loss has occurred, and the synchronization loss detection signal Se is set to a high level.

速度起電圧成分微分値Vb’は、速度起電圧成分Vbの微分値であるため、その振幅成分は、ステッピングモータ20の回転速度に比例する。また、速度起電圧成分微分値Vb’の周波数はステッピングモータ20の回転数に一致する。したがって、可変閾値設定部52は、励磁タイミング生成部10から励磁速度情報をリアルタイムに取得することにより、上記判定連続時間および上記判定閾値を最適値に設定することができる。これにより、低速回転から高速回転まで、様々な状態における同期外れを精度よく検出することができる。   Since the speed electromotive force component differential value Vb ′ is a differential value of the speed electromotive voltage component Vb, the amplitude component is proportional to the rotational speed of the stepping motor 20. Further, the frequency of the speed electromotive force component differential value Vb ′ matches the rotational speed of the stepping motor 20. Therefore, the variable threshold value setting unit 52 can set the determination continuous time and the determination threshold value to optimum values by acquiring excitation speed information from the excitation timing generation unit 10 in real time. Thereby, it is possible to accurately detect the loss of synchronization in various states from low speed rotation to high speed rotation.

図9は、回転速度検出部60の構成を示す図である。回転速度検出部60は、第1ヒステリシスコンパレータ62、第2ヒステリシスコンパレータ64および排他的論理和回路66を含む。第1ヒステリシスコンパレータ62には、速度起電圧成分Vbが入力される。第2ヒステリシスコンパレータ64には、速度起電圧成分微分値Vb’が入力される。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the rotation speed detection unit 60. The rotation speed detection unit 60 includes a first hysteresis comparator 62, a second hysteresis comparator 64, and an exclusive OR circuit 66. The speed hysteresis voltage component Vb is input to the first hysteresis comparator 62. The second hysteresis comparator 64 receives the speed electromotive force component differential value Vb ′.

図10は、回転速度検出部60の動作例を示すタイミングチャートである。第1ヒステリシスコンパレータ62および第2ヒステリシスコンパレータ64にはそれぞれ、図10に示すような、ゼロを基準に対称に位置する正側閾値+と負側閾値−が入力されている。第1ヒステリシスコンパレータ62は、速度起電圧成分Vbが正側閾値+を超えると、判定信号Aをハイレベルに設定し、負側閾値−を下回るとローレベルに設定する。正側閾値+と負側閾値−との間のレンジ内では、判定信号Aのレベルをそのまま維持する。同様に、第2ヒステリシスコンパレータ64は、速度起電圧成分微分値Vb’が正側閾値+を超えると、判定信号Bをハイレベルに設定し、負側閾値−を下回るとローレベルに設定する。正側閾値+と負側閾値−との間のレンジ内では、判定信号Bのレベルをそのまま維持する。   FIG. 10 is a timing chart illustrating an operation example of the rotation speed detection unit 60. Each of the first hysteresis comparator 62 and the second hysteresis comparator 64 is input with a positive threshold value + and a negative threshold value − which are symmetrically positioned with respect to zero as shown in FIG. The first hysteresis comparator 62 sets the determination signal A to the high level when the speed electromotive voltage component Vb exceeds the positive threshold value +, and sets it to the low level when it falls below the negative threshold value −. Within the range between the positive threshold + and the negative threshold −, the level of the determination signal A is maintained as it is. Similarly, the second hysteresis comparator 64 sets the determination signal B to a high level when the speed electromotive force component differential value Vb ′ exceeds the positive threshold value +, and sets it to a low level when it falls below the negative threshold value −. Within the range between the positive threshold value + and the negative threshold value −, the level of the determination signal B is maintained as it is.

第1ヒステリシスコンパレータ62および第2ヒステリシスコンパレータ64からは、互いに90°位相が異なる判定信号Aおよび判定信号Bが出力され、排他的論理和回路66に入力される。排他的論理和回路66は、判定信号Aおよび判定信号Bの排他的論理和をとり、その演算結果を回転速度信号FGとして出力する。このようにして、速度起電圧成分Vbと速度起電圧成分微分値Vb’の2倍の周波数を持つ回転速度信号FGが得られる。この回転速度信号FGの周期を計測することにより、速度起電圧成分Vbの半周期ごとの速度変化を把握することができる。また、ステッピングモータ20の各相で生成された回転速度信号FGの位相関係を判定することにより、ステッピングモータ20の回転方向を検知することもできる。なお、上記正側閾値+および上記負側閾値−は、同期外れ検出部50において使用したものを転用してもよい。   From the first hysteresis comparator 62 and the second hysteresis comparator 64, a determination signal A and a determination signal B that are 90 ° out of phase with each other are output and input to the exclusive OR circuit 66. The exclusive OR circuit 66 calculates the exclusive OR of the determination signal A and the determination signal B and outputs the calculation result as the rotation speed signal FG. In this way, a rotational speed signal FG having a frequency twice as high as the speed electromotive voltage component Vb and the speed electromotive voltage component differential value Vb ′ is obtained. By measuring the period of the rotational speed signal FG, it is possible to grasp the speed change for each half period of the speed electromotive voltage component Vb. Further, the rotational direction of the stepping motor 20 can also be detected by determining the phase relationship of the rotational speed signal FG generated in each phase of the stepping motor 20. The positive threshold value + and the negative threshold value − may be diverted from those used in the out-of-synchronization detection unit 50.

図11は、図2に示したモータ駆動回路100にフィードバックループを追加したモータ駆動回路100の構成を示す図である。なお、図面を簡略化するため、増幅器44、デジタルローパスフィルタ46、微分器48、同期外れ検出部50、回転速度検出部60、第1ゼロクロス検出部70および第2ゼロクロス検出部72を省略して描いている。   FIG. 11 is a diagram showing a configuration of the motor drive circuit 100 in which a feedback loop is added to the motor drive circuit 100 shown in FIG. In order to simplify the drawing, the amplifier 44, the digital low-pass filter 46, the differentiator 48, the out-of-synchronization detection unit 50, the rotation speed detection unit 60, the first zero cross detection unit 70, and the second zero cross detection unit 72 are omitted. I'm drawing.

図11に示すモータ駆動回路100は、図2に示したモータ駆動回路100に、セレクタ76、減算器90、補償フィルタ92、セレクタ94、加算器96、セレクタ98および脱調予測判定部80が追加された構成である。   The motor drive circuit 100 shown in FIG. 11 has a selector 76, a subtracter 90, a compensation filter 92, a selector 94, an adder 96, a selector 98, and a step-out prediction determination unit 80 added to the motor drive circuit 100 shown in FIG. It is the structure which was made.

セレクタ76は、位相差検出部74から出力される第1位相差信号Ppおよび第2位相差信号Pzを交互に選択して出力する。これにより、位相差信号が一系統にまとめられる。減算器90は、所定の目標位相差Tpから、セレクタ76から入力される位相差信号を減算することにより偏差信号を生成する。   The selector 76 alternately selects and outputs the first phase difference signal Pp and the second phase difference signal Pz output from the phase difference detector 74. Thereby, the phase difference signals are combined into one system. The subtractor 90 generates a deviation signal by subtracting the phase difference signal input from the selector 76 from a predetermined target phase difference Tp.

補償フィルタ92は、減算器90から入力される偏差信号をフィルタリングして制御信号を生成する。たとえば、補償フィルタ92がPI補償器で構成される場合、当該PI補償器は、当該偏差信号に比例ゲインKpおよび積分ゲインKi/sをそれぞれ乗算し、両演算結果を加算して、制御信号を生成する。なお、当該PI補償器は、ステッピングモータ20の停止中は、基本的に前値を保持し続け、特定の時期に前値をクリアして動作する。特定の時期とは、システムリセット直後や脱調後の再起動時などである。ステッピングモータ20の動作中は、継続して動作する。   The compensation filter 92 filters the deviation signal input from the subtracter 90 to generate a control signal. For example, when the compensation filter 92 is configured by a PI compensator, the PI compensator multiplies the deviation signal by a proportional gain Kp and an integral gain Ki / s, adds both calculation results, and outputs a control signal. Generate. The PI compensator basically keeps the previous value while the stepping motor 20 is stopped, and operates by clearing the previous value at a specific time. The specific period is immediately after a system reset or at the time of restart after a step-out. During operation of the stepping motor 20, it continues to operate.

信号調整部14は、補償フィルタ92により生成された制御信号F0または加算器96によりオフセット値が加算された後の制御信号F0をもとに、位相差検出部74により検出された位相差を上記目標位相差Tpに近づけるよう駆動信号S0を調整する。より具体的には、駆動信号S0の振幅を調整する。速度起電圧成分Evの位相を遅らせる場合、駆動信号S0の振幅を減衰させ、速度起電圧成分Evの位相を進めさせる場合、駆動信号S0の振幅を増大させる。   The signal adjustment unit 14 calculates the phase difference detected by the phase difference detection unit 74 based on the control signal F0 generated by the compensation filter 92 or the control signal F0 after the offset value is added by the adder 96. The drive signal S0 is adjusted so as to approach the target phase difference Tp. More specifically, the amplitude of the drive signal S0 is adjusted. When the phase of the speed electromotive force component Ev is delayed, the amplitude of the drive signal S0 is attenuated, and when the phase of the speed electromotive voltage component Ev is advanced, the amplitude of the drive signal S0 is increased.

ここで、制御対象は位相差であるが、この位相差は駆動電流により変化するため、フィードバックループとしては電流ループとなる。当該位相差は、スケーリング後の駆動信号Ssと速度起電圧成分Evとの位相差であるが、ステッピングモータ20の場合、その運転条件から上述したように、駆動電圧と駆動電流との間の位相差は無視することができる。ステッピングモータ20では、一ステップごとにステータ電流が定常状態に至るように運転することが基本であるためである。   Here, the controlled object is a phase difference. Since this phase difference changes depending on the drive current, the feedback loop is a current loop. The phase difference is a phase difference between the scaled drive signal Ss and the speed electromotive voltage component Ev. In the case of the stepping motor 20, as described above from the operation condition, the phase difference between the drive voltage and the drive current is obtained. The phase difference can be ignored. This is because the stepping motor 20 is basically operated so that the stator current reaches a steady state for each step.

上記目標位相差Tpは、スケーリング後の駆動信号Ssの位相に対して、速度電圧成分Evの位相が90°進み〜0°の範囲内に設定される。上記目標位相差Tpは、その範囲内で、適用するシステムに応じて決定される。実際には、0°に所定のマージンを持たせた角度に設定されることが多くなる。   The target phase difference Tp is set within the range of the phase of the speed voltage component Ev by 90 ° to 0 ° with respect to the phase of the scaled drive signal Ss. The target phase difference Tp is determined in accordance with the system to be applied within the range. In practice, the angle is often set to 0 ° with a predetermined margin.

上記位相差が小さいほど、駆動電流が減少し、消費電力を低減することができるが、ステッピングモータ20のステップごとの停止位置精度は低下する。すなわち、消費電力と停止位置精度はトレードオフの関係にある。また、ステッピングモータ20の効率最大点は、ロータ26に対して電流の位相が90°進んだ位置にあるが、本実施の形態では、効率を減少させてもトータルの消費電力の最小点で運転するため、上記目標位相差を+90°〜0°の間に設定する。   As the phase difference is smaller, the drive current is reduced and the power consumption can be reduced. However, the stop position accuracy for each step of the stepping motor 20 is lowered. That is, power consumption and stop position accuracy are in a trade-off relationship. The maximum efficiency point of the stepping motor 20 is at a position where the phase of the current is advanced by 90 ° with respect to the rotor 26. However, in this embodiment, the operation is performed at the minimum point of the total power consumption even if the efficiency is reduced. Therefore, the target phase difference is set between + 90 ° and 0 °.

上記目標位相差が+90°未満では、ステップごとにステータ電流が定常状態に到達するというステッピングモータ20の基本動作条件を厳密には満たせなくなる。そこで、信号調整部14は、ステッピングモータ20に含まれるロータ26が、ある停止位置(A点)からつぎの停止位置(B点)まで移動しているとき、上記位相差を上記目標位相差に近づけるための駆動信号の調整を実行し、ロータ26が停止位置に停止しているとき、当該駆動信号の調整を停止する。すなわち、低消費電力で駆動するのは、A点からB点までの移動における移動開始から、B点到達直前までの期間に限る。   If the target phase difference is less than + 90 °, the basic operating condition of the stepping motor 20 that the stator current reaches the steady state for each step cannot be strictly met. Therefore, when the rotor 26 included in the stepping motor 20 moves from a certain stop position (point A) to the next stop position (point B), the signal adjustment unit 14 changes the phase difference to the target phase difference. The adjustment of the drive signal for approaching is executed, and when the rotor 26 is stopped at the stop position, the adjustment of the drive signal is stopped. That is, driving with low power consumption is limited to a period from the start of movement in the movement from point A to point B until just before point B is reached.

セレクタ98は、ロータ26がある停止位置(A点)からつぎの停止位置(B点)まで移動しているとき、フィードバックされてくる制御信号F0を選択して出力する。ロータ26が停止しているとき、停止時設定値Csを選択して出力する。当該停止時設定値Csは、十分な停止位置精度を確保するために、あらかじめ設定された値である。固定値であってもよいし、励磁速度に応じた変動値であってもよい。なお、このセレクタ98の切替制御は、図示しない上位の制御装置により行われる。   The selector 98 selects and outputs the feedback control signal F0 when the rotor 26 is moving from one stop position (point A) to the next stop position (point B). When the rotor 26 is stopped, the set value Cs at the time of stop is selected and output. The stop-time set value Cs is a value set in advance to ensure sufficient stop position accuracy. It may be a fixed value or a fluctuation value corresponding to the excitation speed. Note that the switching control of the selector 98 is performed by a host control device (not shown).

セレクタ94は、第1オフセット値Kfおよび第2オフセット値Cfを選択して、加算器96に出力する。第1オフセット値Kfは、ステッピングモータ20の回転速度切り替え時も安定した動作が可能なよう、励磁速度情報に応じて変動する値である。第1オフセット値Kfは、励磁速度が高い場合、大きくなり、低い場合、小さくなるよう制御される。これは、同一負荷であれば、速度が高い場合は大きなトルクが必要となり、低い場合、小さなトルクで足りることによる。   The selector 94 selects the first offset value Kf and the second offset value Cf and outputs them to the adder 96. The first offset value Kf is a value that varies according to excitation speed information so that stable operation is possible even when the rotation speed of the stepping motor 20 is switched. The first offset value Kf is controlled to increase when the excitation speed is high and to decrease when the excitation speed is low. This is because if the load is the same, a large torque is required when the speed is high, and a small torque is sufficient when the speed is low.

第2オフセット値Cfは、任意の値を設定可能であり、ステッピングモータ20の運転開始時に任意の駆動量から運転を開始したい場合に選択される。これにより、運転を開始してから、上記位相差を上記目標位相差により早く収束させることができる。なお、このセレクタ94の切替制御も、図示しない上位の制御装置により行われる。   The second offset value Cf can be set to an arbitrary value, and is selected when it is desired to start operation from an arbitrary drive amount when the operation of the stepping motor 20 is started. Thereby, after the operation is started, the phase difference can be converged earlier than the target phase difference. The switching control of the selector 94 is also performed by a host controller (not shown).

加算器96は、補償フィルタ92から入力される制御信号にセレクタ94から入力されるオフセット値を加算して、セレクタ98に出力する。   The adder 96 adds the offset value input from the selector 94 to the control signal input from the compensation filter 92 and outputs the result to the selector 98.

脱調予測判定部80は、位相差検出部74により検出された位相差の微分値と、脱調予測用の検出閾値とを比較し、脱調の発生を予測する。脱調予測判定部80の詳細な構成は後述する。   The step-out prediction determination unit 80 compares the differential value of the phase difference detected by the phase difference detection unit 74 with a detection threshold for step-out prediction, and predicts the occurrence of step-out. The detailed configuration of the step-out prediction determination unit 80 will be described later.

当該モータ駆動回路100は、第1コイル22の上記位相差を検出し、その位相差を上記目標位相差Tpに近づけるよう第1コイル22の駆動信号S0を調整するとともに、他相のコイル(本実施の形態では、第2コイル24)の駆動信号を調整する。すなわち、上記制御信号F0がセレクタ98を介して、他相の信号調整部(ATT)にも供給される。これにより、第1コイル22と第2コイル24との電流比を保つことができる。なお、信号調整部14で第1コイル22の駆動信号と第2コイル24の駆動信号の両方を調整する構成であってもよい。   The motor drive circuit 100 detects the phase difference of the first coil 22 and adjusts the drive signal S0 of the first coil 22 so that the phase difference approaches the target phase difference Tp. In the embodiment, the drive signal of the second coil 24) is adjusted. That is, the control signal F0 is also supplied to the other-phase signal adjustment unit (ATT) via the selector 98. Thereby, the current ratio between the first coil 22 and the second coil 24 can be maintained. The signal adjustment unit 14 may adjust both the drive signal for the first coil 22 and the drive signal for the second coil 24.

図12は、図11に示したモータ駆動回路100の変形例を示す図である。図12に示すモータ駆動回路100は、図11に示したモータ駆動回路100に平均化部78が追加された構成である。平均化部78は、セレクタ76と減算器90との間に挿入される。また、本変形例では、他相のコイル(本実施の形態では、第2コイル24)の上記位相差も検出する。図12では省略して描いているが、第1コイル22の上記位相差を検出するための回路要素と同じ回路要素が第2コイル24用に別に設けられる。   FIG. 12 is a view showing a modification of the motor drive circuit 100 shown in FIG. The motor drive circuit 100 shown in FIG. 12 has a configuration in which an averaging unit 78 is added to the motor drive circuit 100 shown in FIG. The averaging unit 78 is inserted between the selector 76 and the subtracter 90. In the present modification, the phase difference of the other-phase coil (second coil 24 in the present embodiment) is also detected. Although omitted in FIG. 12, the same circuit element as the circuit element for detecting the phase difference of the first coil 22 is separately provided for the second coil 24.

図12に示すモータ駆動回路100は、第1コイル22の上記位相差、および他相のコイル(本実施の形態では、第2コイル24)の上記位相差を検出し、それら位相差の平均値を上記目標位相差Tpに近づけるよう、第1コイル22の駆動信号S0および他相のコイル(本実施の形態では、第2コイル24)の駆動信号を調整する。第1コイル22の上記位相差と第2コイル24の上記位相差は、平均化部78により平均化される。   The motor drive circuit 100 shown in FIG. 12 detects the phase difference of the first coil 22 and the phase difference of the other-phase coil (second coil 24 in the present embodiment), and averages the phase differences. The drive signal S0 of the first coil 22 and the drive signal of the other-phase coil (second coil 24 in the present embodiment) are adjusted so as to approach the target phase difference Tp. The phase difference of the first coil 22 and the phase difference of the second coil 24 are averaged by the averaging unit 78.

第1コイル22の上記位相差および第2コイル24の上記位相差を検出し、それぞれ独立に駆動信号を調整した場合、第1コイル22と第2コイル24との電流比を崩してしまう。本実施の形態のように2相モータでは、位相差検出タイミングが各相でほぼ同一となる。そこで、平均化部78に他相の上記位相差を取り込むためのウインドウを設け、第1コイル22の上記位相差と第2コイル24の上記位相差とを平均化した後、共通のフィードバック系として、共通の制御信号F0を第1コイル22および第2コイル24の信号調整部に供給する。これにより、第1コイル22と第2コイル24との電流比を崩すことなく、互いの相の応答を加味したフィードバック制御が可能となる。   When the phase difference of the first coil 22 and the phase difference of the second coil 24 are detected and the drive signals are adjusted independently, the current ratio between the first coil 22 and the second coil 24 is destroyed. In the two-phase motor as in the present embodiment, the phase difference detection timing is substantially the same for each phase. Therefore, a window for capturing the phase difference of the other phase is provided in the averaging unit 78, and after averaging the phase difference of the first coil 22 and the phase difference of the second coil 24, a common feedback system is obtained. The common control signal F0 is supplied to the signal adjustment units of the first coil 22 and the second coil 24. Thereby, the feedback control which considered the response of the mutual phase is attained, without destroying the current ratio of the 1st coil 22 and the 2nd coil 24.

図13は、脱調予測判定部80の構成を示す図である。脱調予測判定部80は、微分器82および位相判定部84を含む。微分器82および位相判定部84には、位相差検出部74からセレクタ76を介して位相差がそれぞれ入力される。微分器82は、入力された位相差を微分して位相差微分値Pdを生成し、位相判定部84に出力する。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the step-out prediction determination unit 80. The step-out prediction determination unit 80 includes a differentiator 82 and a phase determination unit 84. The differentiator 82 and the phase determination unit 84 are each input with the phase difference from the phase difference detection unit 74 via the selector 76. The differentiator 82 differentiates the input phase difference to generate a phase difference differential value Pd and outputs it to the phase determination unit 84.

図14は、位相判定部84の動作例を示すタイミングチャートである。位相判定部84は、微分器82から供給される位相差微分値Pdと、脱調予測用の検出閾値とを比較し、位相差微分値Pdが当該検出閾値を位相遅れ方向に超えたとき、脱調予測信号SOPをハイレベルに設定する。その後、位相判定部84は、位相差検出部74からセレクタ76を介して入力される位相差と、復帰閾値とを比較し、当該位相差が当該復帰閾値を位相進み方向に超えたとき、脱調予測信号SOPをローレベルに設定する。   FIG. 14 is a timing chart illustrating an operation example of the phase determination unit 84. The phase determination unit 84 compares the phase difference differential value Pd supplied from the differentiator 82 with a detection threshold value for step-out prediction, and when the phase difference differential value Pd exceeds the detection threshold value in the phase delay direction, The step-out prediction signal SOP is set to a high level. After that, the phase determination unit 84 compares the phase difference input from the phase difference detection unit 74 via the selector 76 with the return threshold value, and when the phase difference exceeds the return threshold value in the phase advance direction, The key prediction signal SOP is set to a low level.

脱調予測信号SOPがハイレベルの期間は、脱調発生の危険性が高い状態であることを示している。上記検出閾値および上記復帰閾値は、所望の脱調予測感度に応じて、設計者またはユーザが設定することができる。   The period when the step-out prediction signal SOP is high indicates that the risk of step-out occurrence is high. The detection threshold and the return threshold can be set by the designer or the user according to the desired step-out prediction sensitivity.

図11、図12に戻り、セレクタ98は、脱調予測信号SOPがハイレベルの期間、脱調予測時設定値Caを選択して、信号調整部14に供給する。脱調予測時設定値Caは、ステッピングモータ20に大きなトルクを発生させるに必要十分な値に設定される。したがって、脱調予測時設定値Caは、停止時設定値Cs以上の値となる。   Returning to FIGS. 11 and 12, the selector 98 selects the step-out prediction time set value Ca and supplies it to the signal adjustment unit 14 while the step-out prediction signal SOP is at a high level. The step-out prediction setting value Ca is set to a value necessary and sufficient to cause the stepping motor 20 to generate a large torque. Therefore, the step-out prediction set value Ca is a value equal to or greater than the stop-time set value Cs.

信号調整部14は、脱調予測時設定値Caの供給を受けている期間(すなわち、脱調予測信号SOPがハイレベルの期間)、第1コイル22に流す電流を増大させるよう駆動信号S0を調整する。より具体的には、駆動信号S0の振幅を増大させる。   The signal adjustment unit 14 supplies the drive signal S0 so as to increase the current flowing through the first coil 22 during the period when the step-out prediction time set value Ca is supplied (that is, the period when the step-out prediction signal SOP is at a high level). adjust. More specifically, the amplitude of the drive signal S0 is increased.

信号調整部14は、脱調予測時設定値Caの供給が終了すると(すなわち、脱調予測信号SOPがローレベルに復帰したとき)、上記駆動信号S0の調整を終了する。信号調整部14が制御信号F0または停止時設定値Csの供給を受けている期間の処理は、上述した通りである。このように、脱調予測判定部80による予測判定処理により、発生するトルクに対して負荷の変化が大きいときの脱調を予測し、回避することができる。   When the supply of the step-out prediction time set value Ca is completed (that is, when the step-out prediction signal SOP returns to the low level), the signal adjustment unit 14 ends the adjustment of the drive signal S0. The processing during the period in which the signal adjustment unit 14 is supplied with the control signal F0 or the set value Cs when stopped is as described above. Thus, the prediction determination process by the step-out prediction determination unit 80 can predict and avoid step-out when the load change is large with respect to the generated torque.

以上説明したように、本実施の形態によれば、スケーリング後の駆動信号Ssと速度起電圧成分Evとの位相差を、上記目標位相差Tpに近づけるようフィードバック制御することにより、モータの高効率駆動を低コストで実現することができる。ベクトル演算を用いてロータの位置を推定する手法と比較し、回路を大幅に簡素化することができる。また、フィードバック制御対象を駆動信号S0の振幅とすることにより、フィードバック制御系の回路要素を簡素化することができる。また、ハイインピーダンス状態のときのみ速度起電圧を検出する手法と比較し、電流の連続性を損なわずに速度電圧成分を検出することができるため、駆動騒音を低減することができる。   As described above, according to the present embodiment, by performing feedback control so that the phase difference between the scaled drive signal Ss and the speed electromotive force component Ev approaches the target phase difference Tp, high motor efficiency is achieved. Driving can be realized at low cost. Compared with the method of estimating the rotor position using vector calculation, the circuit can be greatly simplified. In addition, by setting the feedback control target as the amplitude of the drive signal S0, it is possible to simplify the circuit elements of the feedback control system. Further, compared to a method of detecting the speed electromotive voltage only in the high impedance state, the speed voltage component can be detected without losing the continuity of the current, so that driving noise can be reduced.

また、上記目標位相差Tpを+90°〜0°の間に設定することにより、消費電力を低減することができる。また、ロータ26の停止時にはフィードバック制御を停止させ、別の設定値により駆動信号S0を制御することにより、ロータ26の停止位置精度を確保することができる。したがって、消費電力低減の要請と停止位置精度確保の要請を両方満たすことができる。   Moreover, power consumption can be reduced by setting the target phase difference Tp between + 90 ° and 0 °. Further, when the rotor 26 is stopped, the feedback control is stopped, and the drive signal S0 is controlled by another set value, so that the stop position accuracy of the rotor 26 can be ensured. Therefore, it is possible to satisfy both the demand for reducing power consumption and the demand for ensuring stop position accuracy.

また、上記位相差の微分値を観測することにより、脱調を予測することができる。とくに、負荷の急変による脱調を予測することができる。脱調の危険性が高いと予測されるとき、トルクを増大させるように、駆動信号S0を調整することにより、脱調を回避することができる。その際、駆動信号S0の振幅を調整してトルクを増大させることにより、脱調回避系の回路要素を簡素化することができる。また、その回路要素の多くを、上記フィードバック制御系の回路要素と共通化することができる。   Further, step-out can be predicted by observing the differential value of the phase difference. In particular, a step-out due to a sudden change in load can be predicted. When the risk of step-out is predicted to be high, step-out can be avoided by adjusting the drive signal S0 so as to increase the torque. At this time, the circuit element of the step-out avoidance system can be simplified by adjusting the amplitude of the drive signal S0 to increase the torque. Many of the circuit elements can be shared with the circuit elements of the feedback control system.

以上、本発明をいくつかの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。   The present invention has been described based on some embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art 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.

10 励磁タイミング生成部、 12 励磁振幅生成部、 14 信号調整部、 16 PWM信号生成部、 18 Hブリッジ駆動部、 20 ステッピングモータ、 22 第1コイル、 24 第2コイル、 26 ロータ、 Rs ステータ抵抗、 30 コイル電流検出部、 31 差動増幅器、 32 オフセット調整部、 33 アナログデジタル変換器、 34 差動増幅器、 35 ローパスフィルタ、 36 符号判定部、 38 スケーリング部、 40 比較調整部、 42 誘起電圧成分抽出部、 44 増幅器、 46 デジタルローパスフィルタ、 48 微分器、 50 同期外れ検出部、 52 可変閾値設定部、 54 連続判定部、 60 回転速度検出部、 62 第1ヒステリシスコンパレータ、 64 第2ヒステリシスコンパレータ、 66 排他的論理和回路、 70 第1ゼロクロス検出部、 72 第2ゼロクロス検出部、 74 位相差検出部、 76 セレクタ、 78 平均化部、 80 脱調予測判定部、 82 微分器、 84 位相判定部、 90 減算器、 92 補償フィルタ、 94 セレクタ、 96 加算器、 98 セレクタ、 100 モータ駆動回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Excitation timing production | generation part, 12 Excitation amplitude production | generation part, 14 Signal adjustment part, 16 PWM signal production | generation part, 18 H bridge drive part, 20 Stepping motor, 22 1st coil, 24 2nd coil, 26 Rotor, Rs stator resistance, 30 coil current detection unit, 31 differential amplifier, 32 offset adjustment unit, 33 analog-digital converter, 34 differential amplifier, 35 low-pass filter, 36 sign determination unit, 38 scaling unit, 40 comparison adjustment unit, 42 induced voltage component extraction Unit, 44 amplifier, 46 digital low-pass filter, 48 differentiator, 50 out-of-synchronization detection unit, 52 variable threshold setting unit, 54 continuous determination unit, 60 rotation speed detection unit, 62 first hysteresis comparator, 64 second hysteresis comparator 66 exclusive OR circuit, 70 first zero cross detection unit, 72 second zero cross detection unit, 74 phase difference detection unit, 76 selector, 78 averaging unit, 80 step out prediction determination unit, 82 differentiator, 84 phase determination unit , 90 subtractor, 92 compensation filter, 94 selector, 96 adder, 98 selector, 100 motor drive circuit.

Claims (5)

駆動信号に応じて、同期モータのコイルに電流を供給する駆動部と、
前記コイルに流れる電流成分を検出するコイル電流検出部と、
前記駆動信号をスケーリングするスケーリング部と、
前記コイル電流検出部により検出されたコイル電流成分から、前記スケーリング部によりスケーリングされた駆動信号を除去して、誘起電圧成分を抽出する誘起電圧成分抽出部と、
前記駆動信号の位相と、前記誘起電圧成分の位相との位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部により検出された位相差の微分値と、脱調予測用の検出閾値とを比較し、脱調発生を予測する脱調予測判定部と、
を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
A drive unit for supplying current to the coil of the synchronous motor according to the drive signal;
A coil current detector for detecting a current component flowing in the coil;
A scaling unit for scaling the drive signal;
An induced voltage component extracting unit that extracts the induced voltage component by removing the drive signal scaled by the scaling unit from the coil current component detected by the coil current detecting unit;
A phase difference detector that detects a phase difference between the phase of the drive signal and the phase of the induced voltage component;
A step-out prediction determination unit that compares the differential value of the phase difference detected by the phase difference detection unit with a detection threshold for step-out prediction and predicts out-of-step occurrence;
A motor drive circuit comprising:
前記スケーリング部は、前記コイルに発生する誘起電圧がゼロの状態における前記駆動信号と前記コイル電流検出部により検出されるコイル電流成分との関係を規定したスケーリングファクタを用いて、前記駆動信号をスケーリングすることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動回路。   The scaling unit scales the drive signal using a scaling factor that defines a relationship between the drive signal and a coil current component detected by the coil current detection unit when an induced voltage generated in the coil is zero. The motor drive circuit according to claim 1. 前記駆動信号を調整する駆動信号調整部をさらに備え、
前記駆動信号調整部は、前記位相差の微分値が前記検出閾値を位相遅れ方向に超えたとき、前記コイルに流す電流を増大させるよう前記駆動信号を調整することを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動回路。
A drive signal adjustment unit for adjusting the drive signal;
The drive signal adjustment unit adjusts the drive signal so as to increase a current flowing through the coil when a differential value of the phase difference exceeds the detection threshold in a phase delay direction. The motor drive circuit described.
前記駆動信号調整部は、前記位相差の微分値が前記検出閾値を位相遅れ方向に超えた後、前記位相差が復帰閾値を位相進み方向に超えたとき、前記コイルに流す電流を増大させるための前記駆動信号の調整を終了することを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動回路。   The drive signal adjustment unit increases the current that flows through the coil when the differential value of the phase difference exceeds the detection threshold value in the phase delay direction and then the phase difference exceeds the return threshold value in the phase advance direction. The motor drive circuit according to claim 3, wherein the adjustment of the drive signal is terminated. 前記駆動信号調整部は、前記駆動信号の振幅を調整することを特徴とする請求項3または4に記載のモータ駆動回路。   The motor drive circuit according to claim 3, wherein the drive signal adjustment unit adjusts an amplitude of the drive signal.
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