JP2012050206A - モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 低速回転時における静音化を図りつつ、高速回転時に回転速度を十分に上昇させる。
【解決手段】 モータの複数相の駆動コイルに駆動電流を供給して前記モータを駆動するモータの駆動回路であって、前記モータの回転速度または前記モータの目標回転速度に応じて傾斜を変化させて台形波信号を出力する台形波信号生成回路と、前記台形波信号に応じて前記駆動コイルに前記駆動電流を出力する複数の出力トランジスタと、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ駆動回路に関する。

複数相（例えば３相）の駆動コイルを備えたブラシレス直流モータの駆動方式として、出力トランジスタに供給される信号のデューティ比に応じた回転速度でモータが回転するＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）駆動方式が知られている。また、リニア駆動方式やＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation：パルス振幅変調）駆動方式などと呼ばれる駆動方式も知られており、当該リニア駆動方式（ＰＡＭ駆動方式）では、出力トランジスタに供給される信号の振幅に応じた回転速度でモータが回転する。

さらに、ブラシレス直流モータの静音化などの目的で、１８０°通電を行うソフトスイッチング駆動方式が知られている。例えば、特許文献１では、１２０°通電と１８０°通電とを切り替えることによって、ホール素子などの位置検出素子を用いないセンサレス駆動方式においてもロータ（回転子）の回転位置を検出することができる、ブラシレスモータの駆動回路が開示されている。

このようにして、センサレス駆動方式の場合も含めて、ブラシレス直流モータをソフトスイッチング駆動方式で駆動し、静音化を図ることができる。

特開平５−１６１３８８号公報

しかしながら、モータの駆動コイルに供給される駆動電流は、誘導性リアクタンスの影響によって、駆動コイルに印加される駆動電圧に対して位相が遅れている。そのため、ソフトスイッチング駆動方式における相切り替えの際に、駆動電流が流れにくくなったり、逆トルク成分が発生したりする場合がある。

また、モータの回転速度が上昇するほど、誘導性リアクタンスは大きくなり、駆動電流の位相遅れも顕著となる。そのため、モータを高速回転させるべく駆動電流を増加させても、モータの回転速度を十分に上昇させることができない。

前述した課題を解決する主たる本発明は、モータの複数相の駆動コイルに駆動電流を供給して前記モータを駆動するモータの駆動回路であって、前記モータの回転速度または前記モータの目標回転速度に応じて傾斜を変化させて台形波信号を出力する台形波信号生成回路と、前記台形波信号に応じて前記駆動コイルに前記駆動電流を出力する複数の出力トランジスタと、を備えることを特徴とするモータ駆動回路である。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、低速回転時における静音化を図りつつ、高速回転時に回転速度を十分に上昇させることができる。

本発明の一実施形態におけるモータ駆動回路全体の構成を示す回路ブロック図である。 タイミング制御回路２０の具体的な構成の一例を示す回路ブロック図である。 電流供給回路３０の具体的な構成の一例を示す回路ブロック図である。 ランプ波形生成回路４０の具体的な構成の一例を示す回路ブロック図である。 電流分配回路５０の具体的な構成の一例を示す回路ブロック図である。 タイミング制御回路２０の動作を説明する図である。 電流供給回路３０の動作を説明する図である。 ランプ波形生成回路４０の動作を説明する図である。 電流分配回路５０の動作を説明する図である。 本発明の一実施形態におけるモータ駆動回路からモータの駆動コイルに供給される駆動電流の一例を示す図である。 低速回転時および高速回転時において、モータの駆動コイルに供給される駆動電流の一例を示す図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝＝＝モータ駆動回路全体の構成＝＝＝
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態におけるモータ駆動回路全体の構成について説明する。

図１に示されているモータ駆動回路１は、３相の駆動コイル９１ないし９３を備えたセンサレス駆動方式のモータ９を駆動するための回路であり、端子１００ないし１０７を備えた集積回路として構成されている。また、モータ駆動回路１は、コンパレータ回路１１ないし１３、タイミング制御回路２０、電流供給回路３０、ランプ波形生成回路４０、電流分配回路５０、電流増幅回路６１ないし６３、および出力トランジスタ７１ないし７３、８１ないし８３を含んで構成されている。さらに、モータ駆動回路１には、モータ９のほか、コンデンサＣ１が接続されている。

なお、本実施形態では、コンパレータ回路１１ないし１３が位置検出回路に相当し、電流供給回路３０、ランプ波形生成回路４０、および電流分配回路５０が台形波信号生成回路に相当し、電流増幅回路６１ないし６３が増幅回路に相当する。また、以下においては、出力トランジスタの一例として、それぞれＮＰＮトランジスタを用いる場合について説明する。さらに、駆動コイル９１ないし９３の各相を、それぞれＵ相、Ｖ相、およびＷ相とする。

ハイサイドの出力トランジスタ７１ないし７３のコレクタは、いずれも端子１０４を介して（モータ）電源電位ＶＣＣに接続されている。また、ローサイドの出力トランジスタ８１ないし８３のエミッタは、いずれも端子１０５を介してグランド電位に接続されている。さらに、出力トランジスタ７１ないし７３は、それぞれ出力トランジスタ８１ないし８３と直列に接続され、各接続点は、端子１０１ないし１０３に接続されている。そして、端子１０１ないし１０３には、それぞれ駆動コイル９１ないし９３が接続され、駆動コイル９１ないし９３の中性点は、端子１００に接続されている。

コンパレータ回路１１ないし１３の非反転入力は、それぞれ端子１０１ないし１０３に接続され、反転入力は、いずれも端子１００に接続されている。また、コンパレータ回路１１ないし１３からそれぞれ出力されるタイミング信号Ｔ１１ないしＴ１３は、タイミング制御回路２０に入力されている。そして、タイミング制御回路２０からは、タイミング信号Ｔ２０ないしＴ２６が出力されている。なお、タイミング信号Ｔ２０ないしＴ２６のうち、タイミング信号Ｔ２１ないしＴ２６が通電タイミング信号に相当する。

電流供給回路３０には、端子１０６を介して速度制御電圧Ｖｉｎが入力され、電流供給回路３０からは、充放電電流Ｉ３０が出力されている。また、ランプ波形生成回路４０には、端子１０７を介してコンデンサＣ１が接続されるとともに、タイミング信号Ｔ２０および充放電電流Ｉ３０が入力され、ランプ波形生成回路４０からは、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０、および中間電圧Ｖ４２が出力されている。そして、電流分配回路５０には、タイミング信号Ｔ２１ないしＴ２６、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０、および中間電圧Ｖ４２が入力され、電流分配回路５０からは、台形波信号Ｉ７１ないしＩ７３、およびＩ８１ないしＩ８３が出力されている。

電流増幅回路６１には、台形波信号Ｉ７１、Ｉ８１、および速度制御電圧Ｖｉｎが入力され、電流増幅回路６１からは、台形波信号Ｉ７１ａおよびＩ８１ａが出力されている。また、電流増幅回路６２には、台形波信号Ｉ７２、Ｉ８２、および速度制御電圧Ｖｉｎが入力され、電流増幅回路６２からは、台形波信号Ｉ７２ａおよびＩ８２ａが出力されている。さらに、電流増幅回路６３には、台形波信号Ｉ７３、Ｉ８３、および速度制御電圧Ｖｉｎが入力され、電流増幅回路６３からは、台形波信号Ｉ７２ａおよびＩ８２ａが出力されている。そして、台形波信号Ｉ７１ａないしＩ７３ａ、およびＩ８１ａないしＩ８３ａは、それぞれ出力トランジスタ７１ないし７３、および８１ないし８３のベースに入力されている。

＝＝＝タイミング制御回路の構成＝＝＝
次に、図２を参照して、タイミング制御回路２０のさらに具体的な構成について説明する。
タイミング制御回路２０は、３入力のＸＮＯＲ回路（否定排他的論理和回路）Ｘ２０、およびそれぞれ２入力のＡＮＤ回路（論理積回路）Ａ２１ないしＡ２６を含んで構成されている。

ＸＮＯＲ回路Ｘ２０には、タイミング信号Ｔ１１ないしＴ１３が入力され、ＸＮＯＲ回路Ｘ２０からは、タイミング信号Ｔ２０が出力されている。
タイミング信号Ｔ１１は、ＡＮＤ回路Ａ２１およびＡ２２に入力され、その反転信号は、ＡＮＤ回路Ａ２４およびＡ２５に入力されている。また、タイミング信号Ｔ１２は、ＡＮＤ回路Ａ２３およびＡ２４に入力され、その反転信号は、ＡＮＤ回路Ａ２６およびＡ２１に入力されている。さらに、タイミング信号Ｔ１３は、ＡＮＤ回路Ａ２５およびＡ２６に入力され、その反転信号は、ＡＮＤ回路Ａ２２およびＡ２３に入力されている。そして、ＡＮＤ回路Ａ２１ないしＡ２６からは、タイミング信号Ｔ２１ないしＴ２６が出力されている。

＝＝＝電流供給回路の構成＝＝＝
次に、図３を参照して、電流供給回路３０のさらに具体的な構成について説明する。
電流供給回路３０は、電流源Ｓ３０、（ＰＮＰ）トランジスタＰ３０ないしＰ３５、（ＮＰＮ）トランジスタＮ３０ないしＮ３３、および抵抗Ｒ３１ないしＲ３６を含んで構成されている。

（内部）電源電位ＶＣＣ１に接続された電流源Ｓ３０、ダイオード接続されたトランジスタＮ３０、およびコレクタがグランド電位に接続されたトランジスタＰ３０は、当該順序で直列に接続されている。また、トランジスタＰ３０のベースには、速度制御電圧Ｖｉｎが入力されている。

ダイオード接続されたトランジスタＰ３４のエミッタは、電源電位ＶＣＣ１に接続され、コレクタは、トランジスタＮ３１ないしＮ３３のコレクタに接続されている。また、トランジスタＰ３５は、トランジスタＰ３４とカレントミラー回路を構成し、トランジスタＰ３５のコレクタからは、充放電電流Ｉ３０が出力されている。なお、トランジスタＰ３５のサイズ（エミッタ面積）は、トランジスタＰ３４のサイズと等しいものとする。

トランジスタＮ３１ないしＮ３３のベースは、いずれも電流源Ｓ３０とトランジスタＮ３０との接続点に接続されている。また、トランジスタＰ３１のエミッタは、抵抗Ｒ３１を介してトランジスタＮ３１のエミッタに接続され、コレクタおよびベースは、グランド電位に接続されている。さらに、トランジスタＰ３２のエミッタは、抵抗Ｒ３２を介してトランジスタＮ３２のエミッタに接続され、コレクタは、グランド電位に接続されている。そして、トランジスタＰ３３のエミッタは、抵抗Ｒ３３を介してトランジスタＮ３３のエミッタに接続され、コレクタは、グランド電位に接続されている。

抵抗Ｒ３４ないしＲ３６は、当該順序で直列に接続されている。また、抵抗Ｒ３４の一端は、グランド電位に接続され、抵抗Ｒ３６の一端は、基準電位Ｖｒｅｆ１に接続されている。そして、トランジスタＰ３２のベースは、抵抗Ｒ３４およびＲ３５の接続点に接続され、トランジスタＰ３３のベースは、抵抗Ｒ３５およびＲ３６の接続点に接続されている。

＝＝＝ランプ波形生成回路の構成＝＝＝
次に、図４を参照して、ランプ波形生成回路４０のさらに具体的な構成について説明する。
ランプ波形生成回路４０は、（ＰＮＰ）トランジスタＰ４０ないしＰ４４、（ＮＰＮ）トランジスタＮ４０ないしＮ４６、および抵抗Ｒ４１ないしＲ４６を含んで構成されている。なお、以下の説明において、特に言及しない場合には、各カレントミラー回路を構成するトランジスタのサイズは等しいものとする。

ダイオード接続されたトランジスタＮ４０のコレクタには、充放電電流Ｉ３０が供給され、エミッタは、グランド電位に接続されている。また、トランジスタＮ４１は、トランジスタＮ４０とカレントミラー回路を構成している。さらに、ダイオード接続されたトランジスタＰ４０のエミッタは、電源電位ＶＣＣ１に接続され、コレクタは、トランジスタＮ４１のコレクタに接続されている。そして、トランジスタＰ４１およびＰ４２は、それぞれトランジスタＰ４０とカレントミラー回路を構成している。

ダイオード接続されたトランジスタＮ４２のコレクタは、トランジスタＰ４１のコレクタに接続され、エミッタは、グランド電位に接続されている。また、トランジスタＮ４３は、トランジスタＮ４２とカレントミラー回路を構成し、トランジスタＮ４３のコレクタは、トランジスタＰ４２のコレクタに接続されている。さらに、トランジスタＮ４４のコレクタは、トランジスタＰ４１およびＮ４２の接続点に接続され、エミッタは、グランド電位に接続され、ベースには、タイミング信号Ｔ２０が入力されている。なお、トランジスタＮ４３のサイズは、トランジスタＮ４２のサイズの２倍となっている。

コンデンサＣ１の一端は、グランド電位に接続されている。また、コンデンサＣ１の他端は、トランジスタＰ４２およびＮ４３の接続点に接続され、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０の出力ノードとなっている。

抵抗Ｒ４１ないしＲ４４は、当該順序で直列に接続されている。また、抵抗Ｒ４１の一端は、グランド電位に接続され、抵抗Ｒ４４の一端は、基準電位Ｖｒｅｆ２に接続されている。そして、抵抗Ｒ４２およびＲ４３の接続点は、中間電圧Ｖ４２の出力ノードとなっている。

トランジスタＰ４３のエミッタは、抵抗Ｒ４５を介して電源電位ＶＣＣ１に接続され、コレクタは、グランド電位に接続され、ベースは、抵抗Ｒ４１およびＲ４２の接続点に接続されている。また、トランジスタＮ４５のコレクタは、電源電位ＶＣＣ１に接続され、エミッタは、抵抗Ｒ４６を介してグランド電位に接続され、ベースは、抵抗Ｒ４３およびＲ４４の接続点に接続されている。

トランジスタＮ４６のコレクタは、電源電位ＶＣＣ１に接続され、ベースは、抵抗Ｒ４５とトランジスタＰ４３との接続点に接続されている。また、トランジスタＰ４４のエミッタは、トランジスタＮ４６のエミッタに接続され、コレクタは、グランド電位に接続され、ベースは、トランジスタＮ４５と抵抗Ｒ４６との接続点に接続されている。そして、トランジスタＮ４６およびＰ４４の接続点は、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０の出力ノードに接続されている。

＝＝＝電流分配回路の構成＝＝＝
次に、図５を参照して、電流分配回路５０のさらに具体的な構成について説明する。なお、図５は、電流分配回路５０のうち、台形波信号Ｉ７１を出力する回路のみを示している。

電流分配回路５０は、電流源Ｓ５０、Ｓ５１、（ＰＮＰ）トランジスタＰ５０ないしＰ５７、（ＮＰＮ）トランジスタＮ５０ないしＮ５３、および抵抗Ｒ５１を含んで構成されている。なお、以下の説明において、各カレントミラー回路を構成するトランジスタのサイズは等しいものとする。

トランジスタＰ５０のエミッタは、電源電位ＶＣＣ１に接続された電流源Ｓ５０に接続され、ベースには、中間電圧Ｖ４２が入力されている。また、トランジスタＰ５１のエミッタは、電源電位ＶＣＣ１に接続された電流源Ｓ５１に接続され、ベースには、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０が入力されている。さらに、電流源Ｓ５０とトランジスタＰ５０との接続点、および電流源Ｓ５１とトランジスタＰ５１との接続点は、抵抗Ｒ５１を介して接続されている。

ダイオード接続されたトランジスタＮ５０のコレクタは、トランジスタＰ５０のコレクタに接続され、エミッタは、グランド電位に接続されている。また、ダイオード接続されたトランジスタＮ５２のコレクタは、トランジスタＰ５１のコレクタに接続され、エミッタは、グランド電位に接続されている。そして、トランジスタＮ５１は、トランジスタＮ５０とカレントミラー回路を構成し、トランジスタＮ５３は、トランジスタＮ５２とカレントミラー回路を構成している。

ダイオード接続されたトランジスタＰ５２のエミッタは、電源電位ＶＣＣ１に接続され、コレクタには、トランジスタＮ５１のコレクタ電流Ｉ５１が供給されている。また、トランジスタＰ５３は、トランジスタＰ５２とカレントミラー回路を構成し、トランジスタＰ５３のコレクタは、台形波信号Ｉ７１の出力ノードに接続されている。さらに、トランジスタＰ５６のエミッタは、電源電位ＶＣＣ１に接続され、コレクタは、トランジスタＰ５２およびＮ５１の接続点に接続され、ベースには、タイミング信号Ｔ２１が入力されている。

ダイオード接続されたトランジスタＰ５４のエミッタは、電源電位ＶＣＣ１に接続され、コレクタには、トランジスタＮ５３のコレクタ電流Ｉ５３が供給されている。また、トランジスタＰ５５は、トランジスタＰ５４とカレントミラー回路を構成し、トランジスタＰ５５のコレクタは、台形波信号Ｉ７１の出力ノードに接続されている。さらに、トランジスタＰ５７のエミッタは、電源電位ＶＣＣ１に接続され、コレクタは、トランジスタＰ５４およびＮ５３の接続点に接続され、ベースには、タイミング信号Ｔ２２が入力されている。

＝＝＝モータ駆動回路の動作＝＝＝
以下、図６ないし図１１を適宜参照して、本実施形態におけるモータ駆動回路の動作について説明する。なお、以下の説明においては、各ＰＮＰトランジスタのベース・エミッタ間電圧を、いずれもＶｐｂｅと表し、各ＮＰＮトランジスタのベース・エミッタ間電圧を、いずれもＶｎｂｅと表すこととする。

コンパレータ回路１１は、端子１０１（Ｕ相）の電圧Ｕと端子１００（駆動コイル９１ないし９３の中性点）の電圧ＣＯＭとを比較する。また、同様に、コンパレータ回路１２は、端子１０２（Ｖ相）の電圧Ｖと電圧ＣＯＭとを比較し、コンパレータ回路１３は、端子１０３（Ｗ相）の電圧Ｗと電圧ＣＯＭとを比較する。そして、コンパレータ回路１１ないし１３は、それぞれの比較結果を、各相に対応するモータ９のロータの回転位置を示す２値信号であるタイミング信号Ｔ１１ないしＴ１３として出力する。

タイミング制御回路２０は、タイミング信号Ｔ１１ないしＴ１３に基づいて、タイミング信号Ｔ２０ないしＴ２６を出力する。ここで、タイミング制御回路２０に入力されるタイミング信号Ｔ１１ないしＴ１３と、タイミング制御回路２０から出力されるタイミング信号Ｔ２０ないしＴ２６との関係を図６に示す。

タイミング信号Ｔ１１ないしＴ１３は、１８０°通電の３相の切り替えタイミングを示し、同一周期で互いに位相が１２０°ずつずれている。また、タイミング信号Ｔ２０は、タイミング信号Ｔ１１ないしＴ１３の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジでレベルが切り替わっている。さらに、タイミング信号Ｔ２１ないしＴ２６は、１２０°通電の３相の切り替えタイミングを示し、同一周期で互いに位相が６０°ずつずれている。なお、タイミング信号Ｔ２１およびＴ２４は、Ｕ相への通電タイミングを示し、タイミング信号Ｔ２２およびＴ２５は、Ｖ相への通電タイミングを示し、タイミング信号Ｔ２３およびＴ２６は、Ｗ相への通電タイミングを示している。

電流供給回路３０は、モータ９の目標回転速度を示す速度制御電圧Ｖｉｎに応じて、充放電電流Ｉ３０を出力する。ここで、電流源Ｓ３０とトランジスタＮ３０との接続点の電圧をＶ３０とし、抵抗Ｒ３４およびＲ３５の接続点の電圧をＶ３４とし、抵抗Ｒ３５およびＲ３６の接続点の電圧をＶ３５とすると、抵抗Ｒ３１ないしＲ３３のそれぞれの両端電圧Ｖ３１ないしＶ３３は、
Ｖ３１＝（Ｖ３０−Ｖｎｂｅ）−Ｖｐｂｅ＝Ｖｉｎ、
Ｖ３２＝（Ｖ３０−Ｖｎｂｅ）−（Ｖ３４＋Ｖｐｂｅ）＝Ｖｉｎ−Ｖ３４、
Ｖ３３＝（Ｖ３０−Ｖｎｂｅ）−（Ｖ３５＋Ｖｐｂｅ）＝Ｖｉｎ−Ｖ３５
となる。

また、トランジスタＮ３１ないしＮ３３のコレクタ電流をそれぞれＩ３１ないしＩ３３とすると、充放電電流Ｉ３０は、Ｖｉｎ≦Ｖ３４の場合には、
Ｉ３０＝Ｉ３１
＝Ｖｉｎ／Ｒ３１
となり、Ｖ３４＜Ｖｉｎ≦Ｖ３５の場合には、
Ｉ３０＝Ｉ３１＋Ｉ３２
＝Ｖｉｎ／Ｒ３１＋（Ｖｉｎ−Ｖ３４）／Ｒ３２
となり、Ｖ３５＜Ｖｉｎの場合には、
Ｉ３０＝Ｉ３１＋Ｉ３２＋Ｉ３３
＝Ｖｉｎ／Ｒ３１＋（Ｖｉｎ−Ｖ３４）／Ｒ３２＋（Ｖｉｎ−Ｖ３５）／Ｒ３３
となる。

したがって、充放電電流Ｉ３０は、図７に示すように、速度制御電圧Ｖｉｎの上昇に応じて増加する。なお、充放電電流Ｉ３０は、速度制御電圧Ｖｉｎの上昇に比例するより大きく、加速度的に増加することとなる。

ランプ波形生成回路４０は、タイミング信号Ｔ２０のレベルに応じて、コンデンサＣ１を充電または放電する。ここで、ランプ波形生成回路４０に入力されるタイミング信号Ｔ２０と、ランプ波形生成回路４０から出力されるコンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０との関係を図８に示す。

前述したように、トランジスタＮ４２およびＮ４３を除いて、各カレントミラー回路を構成するトランジスタのサイズは等しいため、トランジスタＰ４１およびＰ４２のコレクタ電流は、充放電電流Ｉ３０と等しくなる。また、タイミング信号Ｔ２０がハイ・レベルとなると、トランジスタＰ４１のコレクタ電流がトランジスタＮ４４に流れ、トランジスタＮ４２およびＮ４３には、電流が流れなくなる。

したがって、コンデンサＣ１に供給される電流をＩ４０とし、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０を時間ｔで微分すると、
ｄＶ４０／ｄｔ＝Ｉ４０／Ｃ１＝Ｉ３０／Ｃ１
となるため、コンデンサＣ１は、充放電電流Ｉ３０によって充電され、その両端電圧Ｖ４０は、一定の傾きで上昇する。なお、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０は、抵抗Ｒ４３およびＲ４４の接続点の電圧Ｖ４３に達すると、トランジスタＰ４４に電流が流れ始めるため、上昇を終了し、一定となる。

一方、タイミング信号Ｔ２０がロー・レベルとなると、トランジスタＰ４１のコレクタ電流がトランジスタＮ４４に流れなくなり、トランジスタＮ４３には、充放電電流Ｉ３０の２倍のコレクタ電流が流れることとなる。

したがって、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０を時間ｔで微分すると、
ｄＶ４０／ｄｔ＝Ｉ４０／Ｃ１＝−Ｉ３０／Ｃ１
となるため、コンデンサＣ１は、充放電電流Ｉ３０によって放電され、その両端電圧Ｖ４０は、一定の傾きで下降する。なお、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０は、抵抗Ｒ４１およびＲ４２の接続点の電圧Ｖ４１に達すると、トランジスタＮ４６に電流が流れ始めるため、下降を終了し、一定となる。

このようにして、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０は、タイミング信号Ｔ２０の立ち上がりエッジで上昇を開始し、立ち下がりエッジで下降を開始するランプ波形となる。なお、当該ランプ波形は、電圧Ｖ４３およびＶ４１をそれぞれ上限および下限とし、充放電電流Ｉ３０に応じた傾きとなる。また、抵抗Ｒ４２およびＲ４３の抵抗値は等しく、中間電圧Ｖ４２は、
Ｖ４２＝（Ｖ４１＋Ｖ４３）／２
となるものとする。

電流分配回路５０は、タイミング信号Ｔ２１ないしＴ２６、およびコンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０に基づいて、台形波信号Ｉ７１ないしＩ７３、およびＩ８１ないしＩ８３を生成する。ここで、電流分配回路５０に入力されるタイミング信号Ｔ２１ないしＴ２６、およびコンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０と、電流分配回路５０から出力される台形波信号Ｉ７１ないしＩ７３、およびＩ８１ないしＩ８３との関係を図９に示す。

トランジスタＰ５０およびＰ５１には、それぞれのベース電圧の差に応じたコレクタ電流が流れる。また、前述したように、各カレントミラー回路を構成するトランジスタのサイズは等しいため、トランジスタＮ５１およびＮ５３のコレクタ電流は、それぞれトランジスタＰ５０およびＰ５１のコレクタ電流と等しくなる。したがって、トランジスタＮ５１には、差電圧Ｖ４０−Ｖ４２に応じたコレクタ電流Ｉ５３が流れ、トランジスタＮ５３には、差電圧Ｖ４２−Ｖ４０に応じたコレクタ電流Ｉ５３が流れることとなる。

タイミング信号Ｔ２１がハイ・レベルの間、トランジスタＰ５６には、電流が流れず、トランジスタＰ５３には、トランジスタＮ５１のコレクタ電流Ｉ５１に等しいコレクタ電流が流れる。また、タイミング信号Ｔ２１がロー・レベルの間、トランジスタＮ５１のコレクタ電流Ｉ５１がトランジスタＰ５６に流れ、トランジスタＰ５２およびＰ５３には、電流が流れない。

一方、タイミング信号Ｔ２２がハイ・レベルの間、トランジスタＰ５７には、電流が流れず、トランジスタＰ５５には、トランジスタＮ５３のコレクタ電流Ｉ５３に等しいコレクタ電流が流れる。また、タイミング信号Ｔ２２がロー・レベルの間、トランジスタＮ５３のコレクタ電流Ｉ５３がトランジスタＰ５７に流れ、トランジスタＰ５４およびＰ５５には、電流が流れない。

したがって、台形波信号Ｉ７１は、タイミング信号Ｔ２１のみがハイ・レベルの間、Ｉ７１＝Ｉ５１となり、トランジスタＮ５１のコレクタ電流Ｉ５１に応じて上昇する。また、タイミング信号Ｔ２１およびＴ２２がハイ・レベルの間、Ｉ７１＝Ｉ５１＋Ｉ５３となり、一定となる。さらに、タイミング信号Ｔ２２のみがハイ・レベルの間、Ｉ７１＝Ｉ５３となり、トランジスタＮ５３のコレクタ電流Ｉ５３に応じて下降する。そして、タイミング信号Ｔ２１およびＴ２２がロー・レベルの間、Ｉ７１＝０となり、一定となる。

このようにして、台形波信号Ｉ７１は、タイミング信号Ｔ２１の立ち上がりエッジで上昇を開始し、タイミング信号Ｔ２２の立ち上がりエッジより前のタイミングで上昇を終了し、一定となる。また、タイミング信号Ｔ２１の立ち下がりエッジで下降を開始し、タイミング信号Ｔ２２の立ち下がりエッジより前のタイミングで下降を終了し、一定となる。すなわち、台形波信号Ｉ７１は、１２０°通電のタイミングで上昇または下降を開始する。

同様に、図５に示した電流分配回路５０において、タイミング信号Ｔ２１およびＴ２２の代わりに、タイミング信号Ｔ２３およびＴ２４を入力することによって、台形波信号Ｉ７２を生成することができる。また、タイミング信号Ｔ２５およびＴ２６を入力することによって、台形波信号Ｉ７３を生成することができる。さらに、タイミング信号Ｔ２４およびＴ２５、Ｔ２６およびＴ２１、Ｔ２２およびＴ２３を入力することによって、それぞれ台形波信号Ｉ８１、Ｉ８２、Ｉ８３を生成することができる。

電流増幅回路６１は、速度制御電圧Ｖｉｎに比例して台形波信号Ｉ７１およびＩ８１を増幅し、それぞれ台形波信号Ｉ７１ａおよびＩ８１ａとして出力する。また、電流増幅回路６２は、速度制御電圧Ｖｉｎに比例して台形波信号Ｉ７２およびＩ８２を増幅し、それぞれ台形波信号Ｉ７２ａおよびＩ８２ａとして出力する。さらに、電流増幅回路６３は、速度制御電圧Ｖｉｎに比例して台形波信号Ｉ７３およびＩ８３を増幅し、それぞれ台形波信号Ｉ７３ａおよびＩ８３ａとして出力する。

出力トランジスタ７１および８１は、それぞれ台形波信号Ｉ７１ａおよびＩ８１ａに応じて、Ｕ相の駆動コイル９１に駆動電流Ｉ９１を供給する。また、出力トランジスタ７２および８２は、それぞれ台形波信号Ｉ７２ａおよびＩ８２ａに応じて、Ｖ相の駆動コイル９２に駆動電流Ｉ９２を供給する。さらに、出力トランジスタ７３および８３は、それぞれ台形波信号Ｉ７３ａおよびＩ８３ａに応じて、Ｗ相の駆動コイル９３に駆動電流Ｉ９３を供給する。ここで、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相ごとに、１８０°通電のタイミングを示すタイミング信号、台形波信号、および駆動電流の関係を図１０に示す。

出力トランジスタ７１ないし７３は、それぞれ、台形波信号Ｉ７１ａないしＩ７３ａに応じて、駆動電流Ｉ９１ないしＩ９３として、ソース電流（吐き出し電流）を供給する。一方、出力トランジスタ８１ないし８３は、それぞれ、台形波信号Ｉ８１ａないしＩ８３ａに応じて、駆動電流Ｉ９１ないしＩ９３として、シンク電流（吸い込み電流）を供給する。

例えば、出力トランジスタ７１および８２がオンとなっている間、電源電位ＶＣＣから、出力トランジスタ７１、駆動コイル９１、９２、および出力トランジスタ８２を介して、グランド電位へと駆動電流が流れる。したがって、この場合には、Ｕ相からＶ相へと駆動電流が流れることとなる。また、例えば、出力トランジスタ７３および８２がオンとなっている間、Ｗ相からＶ相へと駆動電流が流れることとなる。

このようにして、駆動電流Ｉ９１ないしＩ９３は、それぞれタイミング信号Ｔ１１ないしＴ１３の立ち上がりエッジでソース電流の供給を開始し、立ち下がりエッジより前のタイミングで供給を停止する。また、それぞれタイミング信号Ｔ１１ないしＴ１３の立ち下がりエッジでシンク電流の供給を開始し、立ち上がりエッジより前のタイミングで供給を停止する。すなわち、３相の切り替えタイミングは、１８０°通電のタイミングより進角している（位相が進んでいる）。さらに、図１１に示すように、各駆動電流は、速度制御電圧Ｖｉｎに比例して振幅が大きくなり、速度制御電圧Ｖｉｎの上昇に比例するより進角（位相進み）が大きくなる。

以上のように、モータ駆動回路１は、モータ９の回転速度が上昇するほど３相の切り替えタイミングを進角することによって、駆動電流の位相遅れの影響を抑制している。したがって、高速回転時にモータ９の回転速度を十分に上昇させることができる。また、低速回転時においては、進角が小さくなり、１８０°通電に近くなるため、静音化を図ることができる。

前述したように、３相ブラシレス直流モータ９を駆動するためのモータ駆動回路１において、モータ９の回転速度または目標回転速度に応じて傾斜を変化させて台形波信号を生成し、出力トランジスタに供給することによって、モータ９の回転速度（または目標回転速度）に応じて３相の切り替えタイミングを進角し、低速回転時における静音化を図りつつ、高速回転時に回転速度を十分に上昇させることができる。

また、端子１０６を介して、モータ９の目標回転速度を示す速度制御電圧Ｖｉｎを入力することによって、速度制御電圧Ｖｉｎに基づいてモータ９の回転速度を制御しつつ、回転速度が上昇するほど３相の切り替えタイミングを進角し、駆動電流の位相遅れの影響を抑制することができる。

また、各相への通電タイミングを示すタイミング信号Ｔ２１ないしＴ２６に応じて台形波信号の上昇または下降を開始させることによって、３相の切り替えタイミングを１８０°通電のタイミングより進角し、駆動電流の位相遅れの影響を抑制することができる。

また、速度制御電圧Ｖｉｎに応じて台形波信号を増幅し、出力トランジスタに供給することによって、モータ９をリニア駆動方式で駆動することができる。

また、速度制御電圧Ｖｉｎに応じて充放電電流Ｉ３０を供給してコンデンサＣ１を充放電することによって、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ４０が上昇または下降する傾きに応じた傾斜部を有する台形波信号を生成することができる。

また、速度制御電圧Ｖｉｎに比例して台形波信号を増幅するとともに、充放電電流Ｉ３０を速度制御電圧Ｖｉｎの上昇に比例するより大きく、加速度的に増加させることによって、モータ９の回転速度が上昇するほど顕著となる駆動電流の位相遅れの影響を抑制することができる。

また、駆動コイルの各相の電圧と駆動コイルの中性点の電圧とを比較してロータの回転位置を検出することによって、ホール素子などの位置検出素子を用いないセンサレス駆動方式のモータ９を駆動することができる。

また、１２０°通電のタイミングで上昇または下降を開始し、１８０°通電のタイミングより前のタイミングで上昇または下降を終了する台形波信号を出力トランジスタに供給することによって、３相の切り替えタイミングを常に進角し、駆動電流の位相遅れの影響を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

上記実施形態では、３相の駆動コイルを備えたセンサレス駆動方式のモータを駆動するモータ駆動回路について説明したが、これに限定されるものではない。モータ駆動回路は、ホール素子などの位置検出素子を用いるブラシレス直流モータを駆動するものであってもよい。また、４相以上の駆動コイルを備えたブラシレス直流モータを駆動するものであってもよい。一般に、ｎ相（ｎは３以上の整数）の駆動コイルを備えたブラシレス直流モータの場合、各台形波信号は、［１８０×（ｎ−１）／ｎ］°通電のタイミングで上昇または下降を開始し、１８０°通電の相切り替えのタイミングより前のタイミングで上昇または下降を終了する。

上記実施形態では、電流供給回路３０、および電流増幅回路６１ないし６３には、モータ９の目標回転速度を示す速度制御電圧Ｖｉｎが外部から直接入力されているが、これに限定されるものではない。例えば、周波数がモータ９の回転速度を示す速度パルス信号ＦＧをＦＶＣ（Frequency to Voltage Converter：周波数・電圧変換回路）に入力し、当該ＦＶＣの出力電圧を、速度制御電圧Ｖｉｎの代わりに用いてもよい。

１ モータ駆動回路
９ モータ
１１〜１３ コンパレータ回路
２０ タイミング制御回路
３０ 電流供給回路
４０ ランプ波形生成回路
５０ 電流分配回路
６１〜６３ 電流増幅回路
７１〜７３ 出力トランジスタ
８１〜８３ 出力トランジスタ
９１〜９３ 駆動コイル
１００〜１０７ 端子
Ｃ１ コンデンサ
Ｘ２０ ＸＮＯＲ回路（否定排他的論理和回路）
Ａ２１〜Ａ２６ ＡＮＤ回路（論理積回路）
Ｓ３０ 電流源
Ｐ３０〜Ｐ３５ （ＰＮＰ）トランジスタ
Ｎ３０〜Ｎ３３ （ＮＰＮ）トランジスタ
Ｒ３１〜Ｒ３６ 抵抗
Ｐ４０〜Ｐ４４ （ＰＮＰ）トランジスタ
Ｎ４０〜Ｎ４６ （ＮＰＮ）トランジスタ
Ｒ４１〜Ｒ４６ 抵抗
Ｓ５０、Ｓ５１ 電流源
Ｐ５０〜Ｐ５７ （ＰＮＰ）トランジスタ
Ｎ５０〜Ｎ５３ （ＮＰＮ）トランジスタ
Ｒ５１ 抵抗

Claims (8)

1. モータの複数相の駆動コイルに駆動電流を供給して前記モータを駆動するモータの駆動回路であって、
   前記モータの回転速度または前記モータの目標回転速度に応じて傾斜を変化させて台形波信号を出力する台形波信号生成回路と、
   前記台形波信号に応じて前記駆動コイルに前記駆動電流を出力する複数の出力トランジスタと、
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記モータの目標回転速度に応じた速度制御電圧が入力される入力端子を備え、
   前記台形波信号生成回路は、前記速度制御電圧に基づいて前記台形波信号の傾斜を変化させることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. 前記複数相の駆動コイルの各相に対応する前記モータの回転子の回転位置に基づいて、前記複数相の駆動コイルへの通電タイミングを示す通電タイミング信号を出力するタイミング制御回路をさらに備え、
   前記台形波信号生成回路は、前記通電タイミング信号に応じて前記台形波信号の上昇または下降を開始させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記回転速度または前記目標回転速度に応じて前記台形波信号を増幅して前記複数の出力トランジスタに供給する増幅回路をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載のモータ駆動回路。
5. 前記台形波信号生成回路は、前記回転速度または前記目標回転速度に応じてコンデンサを充放電するための充放電電流を供給する電流供給回路を含み、前記コンデンサの両端電圧が上昇または下降する傾きに応じた傾斜部を有する前記台形波信号を生成することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載のモータ駆動回路。
6. 前記増幅回路は、前記回転速度または前記目標回転速度に比例して前記台形波信号を増幅し、
   前記電流供給回路は、前記回転速度または前記目標回転速度の上昇に応じて、当該回転速度の上昇に比例するより大きく増加する前記充放電電流を供給することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動回路。
7. 前記複数相の駆動コイルの各相の電圧と前記複数相の駆動コイルの中性点の電圧とを比較して前記回転位置を検出する位置検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のモータ駆動回路。
8. 前記モータは、ｎ相（ｎは３以上の整数）の駆動コイルを備え、
   前記タイミング制御回路は、［１８０×（ｎ−１）／ｎ］°通電の前記通電タイミング信号を出力し、
   前記台形波信号は、前記通電タイミング信号のタイミングで上昇または下降を開始し、前記モータの回転速度に応じて１８０°通電のタイミングより前のタイミングで上昇または下降を終了することを特徴とする請求項５ないし請求項７の何れかに記載のモータ駆動回路。

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