JP2013255309A - モータ駆動回路およびそれを用いた電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ駆動回路における可聴ノイズを低減する。
【解決手段】検出回路１０は、モータ１の現在の状態を示す検出信号Ｓ１を生成する。指令値生成部１２は、モータ１の目標状態を指示する指令値Ｓ２を生成する。誤差増幅器１４は、検出信号Ｓ１と指令値Ｓ２の誤差を増幅し、誤差信号Ｓ３を生成する。パルス幅変調器１６は、誤差信号Ｓ３に応じたデューティ比を有するパルス信号Ｓ４を生成する。出力回路１８は、パルス信号Ｓ４に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧Ｖｓｗをモータの両端間に供給する。指令値生成部１２は、指令値Ｓ２に変動を付与可能に構成される。
【選択図】図１
【解決手段】検出回路１０は、モータ１の現在の状態を示す検出信号Ｓ１を生成する。指令値生成部１２は、モータ１の目標状態を指示する指令値Ｓ２を生成する。誤差増幅器１４は、検出信号Ｓ１と指令値Ｓ２の誤差を増幅し、誤差信号Ｓ３を生成する。パルス幅変調器１６は、誤差信号Ｓ３に応じたデューティ比を有するパルス信号Ｓ４を生成する。出力回路１８は、パルス信号Ｓ４に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧Ｖｓｗをモータの両端間に供給する。指令値生成部１２は、指令値Ｓ２に変動を付与可能に構成される。
【選択図】図１
Description
本発明は、モータをスイッチング駆動するモータ駆動回路に関する。
対象物を位置決めし、あるいは回転させるために、ボイスコイルモータやスピンドルモータ、ステッピングモータが利用される。モータの駆動回路は、モータの現在の状態を示す検出信号が、モータの目標状態を示す指令値と一致するように、フィードバック制御によってモータに供給する電力を調節する。
こうしたモータの駆動方式は、大きくリニア駆動とスイッチング駆動に分類される。スイッチング駆動を行う場合、モータにはスイッチング周波数を有するパルス状の駆動電圧が供給される。モータ駆動回路では、音響ノイズを抑制するために、スイッチング周波数を可聴域外の、たとえば５０ｋＨｚ程度に設定する場合が多い。
本発明者は、スイッチング方式のモータ駆動回路について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
すなわち、スイッチング周波数を可聴帯域外に設定しても、フィードバックループに設けられる誤差増幅器の応答遅れによって、パルス状の駆動電圧の実効的な周波数が、可聴帯域内に入り、可聴ノイズが発生する場合がある。
すなわち、スイッチング周波数を可聴帯域外に設定しても、フィードバックループに設けられる誤差増幅器の応答遅れによって、パルス状の駆動電圧の実効的な周波数が、可聴帯域内に入り、可聴ノイズが発生する場合がある。
本発明は係る課題に鑑みてなされたものあり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、モータ駆動回路における可聴ノイズの低減にある。
本発明のある態様は、モータを駆動するモータ駆動回路に関する。モータ駆動回路は、モータの現在の状態を示す検出信号を生成する検出回路と、モータの目標状態を指示する指令値を生成する指令値生成部と、検出信号と指令値の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、パルス信号に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧をモータに供給する出力回路と、を備える。指令値生成部は、指令値に変動を付与可能に構成される。
この態様によると、指令値をモータの状態に影響を及ぼさない程度に微少に変動させることにより、実効的なスイッチング周波数が可聴帯域に入った場合に、そのスペクトルを拡散させることができ、可聴ノイズを抑制できる。
指令値生成部は、設定電圧を生成する設定電圧生成部と、その基準電圧端子に設定電圧を受け、その入力端子に指令値を示すデジタル値を受け、指令値を生成する第１Ｄ／Ａコンバータと、を含んでもよい。設定電圧生成部は、設定電圧に変動を付与可能に構成されてもよい。
設定電圧生成部は、設定電圧に対応するデジタルの設定データを生成する設定データ生成部と、設定データをアナログの前記設定電圧に変換する第２Ｄ／Ａコンバータと、を含んでもよい。設定データ生成部は、設定データに変動を付与可能に構成されてもよい。
この態様によればデジタル制御によってノイズを抑制できる。
この態様によればデジタル制御によってノイズを抑制できる。
設定データ生成部は、所定の周期ごとに、設定データを１ＬＳＢ（Least Significant Bit）分、変動させてもよい。
設定電圧生成部は、設定電圧を所定の周波数で変調してもよい。所定の周波数は、１Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲であってもよい。
指令値生成部は、設定電圧を生成する設定電圧生成部と、指令値を示すデジタル値を生成するマイクロステップ生成部と、その基準電圧端子に設定電圧を受け、その入力端子に指令値を示すデジタル値を受け、指令値を生成する第１Ｄ／Ａコンバータと、を含んでもよい。マイクロステップ生成部は、デジタル値に変動を付与可能に構成されてもよい。
指令値を示すデジタル値自体を変動させることにより、可聴帯域のノイズを抑制できる。
指令値を示すデジタル値自体を変動させることにより、可聴帯域のノイズを抑制できる。
検出回路は、モータに印加される電圧を示す検出信号を生成してもよい。
検出回路は、その第１出力端子から、モータの第１端子の電圧および第２端子の電圧のうち、固定的な電圧レベルを有する電圧を出力し、その第２出力端子から、モータの第１端子の電圧および第２端子の電圧のうち、スイッチングする電圧を出力するよう構成されてもよい。誤差増幅器は、演算増幅器と、演算増幅器の反転入力端子と非反転入力端子の間に設けられた第１キャパシタと、演算増幅器の非反転入力端子と検出回路の第１出力端子の間に設けられた第１抵抗と、演算増幅器の非反転入力端子と指令値生成部の出力端子の間に設けられた第２抵抗と、検出回路の第２出力端子と演算増幅器の反転入力端子の間に、順に直列に設けられた第３抵抗および第４抵抗と、第３抵抗と第４抵抗の接続点と接地端子の間に設けられた第５抵抗と、を含んでもよい。
検出回路は、モータに流れる電流を示す検出信号を生成してもよい。
本発明の別の態様もまた、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、モータの現在の状態を示す検出信号を生成する検出回路と、モータの目標状態を指示する指令値を生成する指令値生成部と、検出信号と指令値の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、パルス信号に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧をモータの両端間に供給する出力回路と、を備える。誤差増幅器を含むフィードバックループは、その時定数が変更可能に構成される。
この態様によると、フィードバックループの時定数を変動させることにより、誤差信号の変動速度を変化させることができ、それにより可聴ノイズを抑制できる。
指令値が所定の期間、一定値を持続すると、時定数が長く設定されてもよい。
これにより、指令値が一定レベルを持続したときに、誤差信号の変動速度を遅くし、スイッチング周波数が可聴帯域に入る確率を低下させることができる。
これにより、指令値が一定レベルを持続したときに、誤差信号の変動速度を遅くし、スイッチング周波数が可聴帯域に入る確率を低下させることができる。
誤差増幅器は、演算増幅器と、演算増幅器の出力と入力の間に設けられた可変容量のフィードバックキャパシタと、を含んでもよい。
誤差増幅器は、その非反転入力端子に基準電圧が入力された演算増幅器と、演算増幅器の出力端子と反転入力端子の間に直列に設けられた第６抵抗および第２キャパシタと、演算増幅器の出力端子と反転端子の間に設けられた第３キャパシタと、指令値が入力される端子と演算増幅器の反転入力端子の間に設けられた第７抵抗と、検出信号が入力される端子と演算増幅器の反転入力端子の間に設けられた第８抵抗と、を含んでもよい。
検出回路は、モータに流れる電流を示す検出信号を生成してもよい。
検出回路は、モータと直列に設けられた検出抵抗と、検出抵抗の電圧降下を増幅するセンスアンプと、を含んでもよい。
検出回路は、モータと直列に設けられた検出抵抗と、検出抵抗の電圧降下を増幅するセンスアンプと、を含んでもよい。
検出回路は、モータに印加される電圧を示す検出信号を生成してもよい。
本発明のさらに別の態様もまた、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、モータの現在の状態を示す検出信号を生成する検出回路と、モータの目標状態を指示する指令値を生成する指令値生成部と、検出信号と指令値の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、パルス信号に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧をモータの両端間に供給する出力回路と、を備える。パルス幅変調器は、パルス信号の周波数に変動を付与可能に構成される。
この態様によると、直接的にスイッチング周波数を変化させることにより、スペクトルを拡散したり、スイッチング周波数が可聴帯域に入るのを抑制でき、可聴ノイズを低減できる。
本発明のさらに別の態様もまた、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、モータの現在の状態を示す検出信号を生成する検出回路と、モータの目標状態を指示する指令値を生成する指令値生成部と、検出信号と指令値の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、パルス信号に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧をモータの両端間に供給する出力回路と、を備える。パルス幅変調器は、三角波またはのこぎり波のランプ信号を生成するオシレータと、ランプ信号を誤差信号と比較するパルス幅変調コンパレータと、を含む。オシレータは、ランプ信号の電圧範囲に変動を付与可能に構成される。
この態様によるとランプ信号の電圧範囲を、モータの状態に影響を及ぼさない程度に微少に変動させることにより、実効的なスイッチング周波数が可聴帯域に入った場合に、そのスペクトルを拡散させることができ、可聴ノイズを抑制できる。
モータ駆動回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
制御回路を１つのＩＣとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
制御回路を１つのＩＣとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、モータと、モータを駆動するモータ駆動装置と、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明のある態様によれば、可聴ノイズを抑制あるいは低減できる。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るモータ駆動回路１００の構成を示す回路図である。モータ駆動回路１００はモータ１にスイッチング電圧を供給し、駆動する。モータ１は、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）などのリニアアクチュエータ、スピンドルモータ、ステッピングモータなどであり、その種類を問わない。図１のモータ駆動回路１００は、モータ１に供給されるスイッチング電圧の実効値にもとづいて、モータ１の状態をフィードバック制御する。
図１は、第１の実施の形態に係るモータ駆動回路１００の構成を示す回路図である。モータ駆動回路１００はモータ１にスイッチング電圧を供給し、駆動する。モータ１は、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）などのリニアアクチュエータ、スピンドルモータ、ステッピングモータなどであり、その種類を問わない。図１のモータ駆動回路１００は、モータ１に供給されるスイッチング電圧の実効値にもとづいて、モータ１の状態をフィードバック制御する。
モータ駆動回路１００は、検出回路１０、指令値生成部１２、誤差増幅器１４、パルス幅変調器１６、出力回路１８を備える。
モータ駆動回路１００は、モータ１の現在の状態を示す検出信号Ｓ１を生成する。本実施の形態では、検出信号Ｓ１は、モータ１に供給されるスイッチング電圧である。検出信号Ｓ１が後段のフィルタにより平滑化され、スイッチング電圧の実効値（平均値）が目標値に近づくように制御される。
指令値生成部１２は、モータ１の目標状態を指示する指令値Ｓ２を生成する。目標状態とは、モータ１がリニアアクチュエータの場合には目標位置であり、モータ１がスピンドルモータの場合、回転数やトルクである。
誤差増幅器１４は、検出信号Ｓ１と指令値Ｓ２の誤差を増幅し、誤差信号Ｓ３を生成する。
パルス幅変調器１６は、誤差信号Ｓ３に応じたデューティ比を有するパルス信号Ｓ４を生成する。
出力回路１８は、パルス信号Ｓ４にもとづいて、スイッチング電圧Ｖｓｗをモータ１に供給する。
指令値生成部１２は、指令値Ｓ２に対して、フィードバック制御に影響を及ぼさない程度の微少な変動を付与可能に構成される。変動は、規則的であってもよいし、ランダムであってもよい。
以上がモータ駆動回路１００の基本的な構成である。モータ駆動回路１００の各ブロックの具体的な構成は特に限定されないが、以下ではその一例を説明する。
出力回路１８は、コントローラ１８ａおよびスイッチング出力段１８ｂを含む。本実施の形態において、スイッチング出力段１８ｂはＨブリッジ回路である。コントローラ１８ａは、パルス信号Ｓ４にもとづいてスイッチング出力段１８ｂのスイッチを駆動する。
具体的には出力回路１８は、モータ１を第１極性（Ｖｐ＞Ｖｎ）で駆動するとき、電圧Ｖｎを接地レベルに固定し、電圧Ｖｐをスイッチングする。反対に、モータ１を第２極性（Ｖｐ＜Ｖｎ）で駆動するとき、電圧Ｖｐを接地レベルに固定し、電圧Ｖｎをスイッチングする。
具体的には出力回路１８は、モータ１を第１極性（Ｖｐ＞Ｖｎ）で駆動するとき、電圧Ｖｎを接地レベルに固定し、電圧Ｖｐをスイッチングする。反対に、モータ１を第２極性（Ｖｐ＜Ｖｎ）で駆動するとき、電圧Ｖｐを接地レベルに固定し、電圧Ｖｎをスイッチングする。
検出回路１０は、複数のスイッチを含む。検出回路１０は、その第１出力端子Ｐ１から、モータ１の両端それぞれの電圧Ｖｐ、Ｖｎのうち、電圧レベルが固定される電圧を出力し、その第２出力端子Ｐ２から、電圧Ｖｐ、Ｖｎのうち、スイッチングする電圧を出力する。
指令値生成部１２は、設定電圧ＶＳＥＴを生成する設定電圧生成部２２と、第１Ｄ／Ａコンバータ２６と、指令値Ｓ２を示すデジタル値Ｄ２を生成するマイクロステップ生成部２４と、を含む。
マイクロステップ生成部２４は、モータ１に印加すべき駆動電圧の実効波形を指示するデジタル値Ｄ２を生成する。デジタル値Ｄ２は、たとえば正弦波や台形波であってもよい。第１Ｄ／Ａコンバータ２６は、その基準電圧端子に設定電圧ＶＳＥＴを受け、その入力端子にデジタル値Ｄ２を受け、指令値Ｓ２を出力する。
設定電圧生成部２２は、設定電圧ＶＳＥＴに変動を付与可能に構成される。設定電圧生成部２２は、設定データ生成部２２ａおよび第２Ｄ／Ａコンバータ２２ｂを含む。設定データ生成部２２ａは、設定電圧ＶＳＥＴに対応するデジタルの設定データＤＳＥＴを生成する。第２Ｄ／Ａコンバータ２２ｂは、設定データＤＳＥＴをアナログの設定電圧ＶＳＥＴに変換する。
設定データ生成部２２ａは、設定データＤＳＥＴに変動を付与可能に構成される。たとえば設定データ生成部２２ａは、１Ｈｚ〜２０ｋＨｚ内のある周波数で、設定データＤＳＥＴをある値を基準として１ＬＳＢ、変動させる。これにより、設定電圧ＶＳＥＴが微少に変動し、指令値Ｓ２に微少な変動を付与できる。つまり設定電圧生成部２２は、設定電圧ＶＳＥＴを所定の周波数で変調する。
誤差増幅器１４は、演算増幅器ＯＡ１、第１キャパシタＣ１、第１抵抗Ｒ１〜第５抵抗Ｒ５を含む。
第１キャパシタＣ１は、演算増幅器ＯＡ１の反転入力端子と非反転入力端子の間に設けられる。第１抵抗Ｒ１は、演算増幅器ＯＡ１の非反転入力端子と検出回路１０の第１出力端子Ｐ１の間に設けられる。第２抵抗Ｒ２は、演算増幅器ＯＡ１の非反転入力端子と指令値生成部１２の出力端子の間に設けられる。第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４は、第２出力端子Ｐ２と演算増幅器ＯＡ１の反転入力端子の間に、順に直列に設けられる。第５抵抗Ｒ５は、第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４の接続点と、接地端子の間に設けられる。
この誤差増幅器１４によって、スイッチング電圧Ｖｓｗである検出信号Ｓ１と、指令値Ｓ２の誤差が増幅され、誤差信号Ｓ３が生成される。
パルス幅変調器１６は、オシレータ３０およびＰＷＭコンパレータ３２を含む。オシレータ３０は、オシレータ３０およびＰＷＭコンパレータ３２を含む。オシレータ３０は、所定の周波数を有する三角波またはのこぎり波のランプ信号ＶＲＡＭＰを生成する。ランプ信号ＶＲＡＭＰの周波数は、可聴帯域外に、たとえば５０ｋＨｚ程度に設定される。
ＰＷＭコンパレータ３２は、誤差信号Ｓ３とランプ信号ＶＲＡＭＰを比較することにより、誤差信号Ｓ３の電圧レベルに応じてデューティ比が変化するパルス信号Ｓ４を生成する。
以上がモータ駆動回路１００の構成である。続いてその動作を説明する。
図２（ａ）、（ｂ）は、図１のモータ駆動回路１００において指令値Ｓ２を固定した場合の動作を示す波形図である。図２（ｃ）は、図１のモータ駆動回路１００において指令値Ｓ２を変動させた場合の動作を示す波形図である。図３（ａ）、（ｂ）は、図１のモータ駆動回路１００において指令値Ｓ２を固定した場合の、図３（ｃ）は、図１のモータ駆動回路１００において指令値Ｓ２を変動させた場合のスペクトルを示す図である。
図２（ａ）、（ｂ）は、図１のモータ駆動回路１００において指令値Ｓ２を固定した場合の動作を示す波形図である。図２（ｃ）は、図１のモータ駆動回路１００において指令値Ｓ２を変動させた場合の動作を示す波形図である。図３（ａ）、（ｂ）は、図１のモータ駆動回路１００において指令値Ｓ２を固定した場合の、図３（ｃ）は、図１のモータ駆動回路１００において指令値Ｓ２を変動させた場合のスペクトルを示す図である。
図１のモータ駆動回路１００の効果を明確とするため、はじめに図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）を参照して、指令値Ｓ２を固定した場合の動作を説明する。
図２（ａ）では、指令値Ｓ２が、スイッチング電圧Ｖｓｗのデューティ比が５０％となるような値を有する。このとき誤差信号Ｓ３は、ランプ信号ＶＲＡＭＰのピークとボトムの中間値となり、デューティ比５０％のパルス信号Ｓ４が生成される。このときのパルス信号Ｓ４の周波数は、ランプ信号ＶＲＡＭＰの周波数（５０ｋＨｚ）と等しく、図３（ａ）に示すように可聴帯域外であるため、ノイズは問題にならない。
図２（ｂ）は、ゼロクロス付近の動作を示しており、指令値Ｓ２は、スイッチング電圧Ｖｓｗのデューティ比が０％付近となる程度の小さな値を有する。この場合、ひとつめのパルスＳ４１が発生すると、スイッチング電圧Ｖｓｗの実効値、すなわち検出信号Ｓ１が大きくなり、したがって誤差信号Ｓ３は減少する。そして時間がたつと、スイッチング電圧Ｖｓｗの実効値が低下し、誤差信号Ｓ３は増加しはじめる。そして誤差信号Ｓ３がランプ信号ＶＲＡＭＰと交差すると、２つめのパルスＳ４２が発生する。外乱が無い場合、ゼロクロス付近ではこの動作をほぼ一定の周期で繰り返す。このときのパルス信号Ｓ４の周波数は、ランプ信号ＶＲＡＭＰの周波数よりも低くなり、図３（ｂ）に示すように可聴帯域内に入り、音響ノイズが発生する。
続いて、図２（ｃ）および図３（ｃ）を参照して、指令値Ｓ２を変動させた場合の動作を説明する。図２（ｃ）も、図２（ｂ）と同様にゼロクロス付近の動作を示す。指令値Ｓ２には、所定の周期で微少な変動が付与される。指令値Ｓ２が変動することにより、誤差信号Ｓ３の波形の周期にも変動が付与され、誤差信号Ｓ３がランプ信号ＶＲＡＭＰと交差する間隔が変動する。その結果、パルス信号Ｓ４の周波数が一定にはならず、スペクトルが図３（ｃ）に示すように拡散される。その結果、ユーザが知覚する音響ノイズのレベルを低下させることができる。
第１の実施の形態には、以下の変形例が存在しうる。
指令値生成部１２が指令値Ｓ２に変動を与える方法は、上述のそれには限定されない。たとえば設定電圧ＶＳＥＴを固定しておき、マイクロステップ生成部２４が、デジタル値Ｄ２に変動を与えてもよい。あるいはＶＳＥＴの変動と、デジタル値Ｄ２の変動を組み合わせてもよい。
指令値生成部１２が指令値Ｓ２に変動を与える方法は、上述のそれには限定されない。たとえば設定電圧ＶＳＥＴを固定しておき、マイクロステップ生成部２４が、デジタル値Ｄ２に変動を与えてもよい。あるいはＶＳＥＴの変動と、デジタル値Ｄ２の変動を組み合わせてもよい。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、可聴ノイズを低減するために、指令値Ｓ２に変動を与えるのに加えて、誤差増幅器１４を含むフィードバックループの時定数（帯域）を制御することにより、可聴ノイズを抑制する。
第２の実施の形態では、可聴ノイズを低減するために、指令値Ｓ２に変動を与えるのに加えて、誤差増幅器１４を含むフィードバックループの時定数（帯域）を制御することにより、可聴ノイズを抑制する。
図４は、第２の実施の形態に係るモータ駆動回路１００ａの構成を示す回路図である。フィードバックフープの時定数は、フィードバックキャパシタである第１キャパシタＣ１を可変容量で構成し、および／または、第４抵抗Ｒ４を可変抵抗で構成することにより、変更可能となる。図４では、キャパシタＣ１が可変容量であり、時定数制御部３４は第１キャパシタＣ１の容量値を切りかえる。
時定数制御部３４は、指令値Ｓ２を示すデジタル値Ｄ２を監視し、デジタル値Ｄ２が所定の検出期間τ、一定値を持続すると、時定数を長く設定し、言い換えればフィードバックループの帯域を狭くする。通常動作時には、時定数を短く設定することで、系の高速な応答性が確保される。検出期間τは、数ｍｓのオーダーとすることが好ましい。
また、設定データ生成部２２ａも、デジタル値Ｄ２が所定の期間、一定値を持続した後に、設定データＤＳＥＴの変動を開始する。
以上がモータ駆動回路１００ａの構成である。続いてその動作を説明する。
図５は、図４のモータ駆動回路１００ａの動作を示す波形図である。時刻ｔ１に、指令値Ｓ２を示すデジタル値Ｄ２が変化し、その後一定値を持続する。時刻ｔ１から検出期間τ経過後に、指令値生成部１２は、指令値Ｓ２の変動を開始する。加えてフィードバックループの時定数が、時刻ｔ１に大きく設定され、応答速度が遅くなる。
図５は、図４のモータ駆動回路１００ａの動作を示す波形図である。時刻ｔ１に、指令値Ｓ２を示すデジタル値Ｄ２が変化し、その後一定値を持続する。時刻ｔ１から検出期間τ経過後に、指令値生成部１２は、指令値Ｓ２の変動を開始する。加えてフィードバックループの時定数が、時刻ｔ１に大きく設定され、応答速度が遅くなる。
以上がモータ駆動回路１００ａの動作である。モータ駆動回路１００ａによれば、フィードバックループの時定数を変動させることにより、誤差信号Ｓ３の変動速度を変化させる。具体的には、フィードバックループの時定数を大きく、すなわち応答速度を低下させることにより、図２（ｂ）や（ｃ）の動作モードにおいて、パルス信号Ｓ４の周波数が、可聴帯域に入る確率を低下させることができる。
第２の実施の形態には、以下の変形例が存在しうる。
第２の実施の形態における時定数の制御は、それ単独で用いてもよい。すなわち指令値Ｓ２には変動を与えなくても、可聴ノイズを低減するという効果は得ることができる。
第２の実施の形態における時定数の制御は、それ単独で用いてもよい。すなわち指令値Ｓ２には変動を与えなくても、可聴ノイズを低減するという効果は得ることができる。
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、あるいはそれに代えて、オシレータ３０が生成するランプ信号ＶＲＡＭＰの電圧範囲（ボトム電圧）に周期的な、あるいはランダムな変動を与える。これにより図２（ｃ）の波形図において、誤差信号Ｓ３がランプ信号ＶＲＡＭＰと交差する時刻が変動するため、スペクトルを拡散できる。
第３の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、あるいはそれに代えて、オシレータ３０が生成するランプ信号ＶＲＡＭＰの電圧範囲（ボトム電圧）に周期的な、あるいはランダムな変動を与える。これにより図２（ｃ）の波形図において、誤差信号Ｓ３がランプ信号ＶＲＡＭＰと交差する時刻が変動するため、スペクトルを拡散できる。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、あるいはそれに代えて、オシレータ３０が生成するランプ信号ＶＲＡＭＰの周波数を切りかえる。これによっても、ゼロクロス付近におけるスペクトルを拡散でき、可聴ノイズを低減できる。
第４の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、あるいはそれに代えて、オシレータ３０が生成するランプ信号ＶＲＡＭＰの周波数を切りかえる。これによっても、ゼロクロス付近におけるスペクトルを拡散でき、可聴ノイズを低減できる。
（第５の実施の形態）
第１から第４の実施の形態では、モータ１に印加される駆動電圧Ｖｓｗにもとづいて検出信号Ｓ１を生成したが、第５の実施の形態では、モータ１に流れる電流にもとづいて検出信号Ｓ１が生成される。
図６は、第５の実施の形態に係るモータ駆動回路１００ｂの構成を示す回路図である。出力回路１８は、ハイサイドアンプＨＡＭＰとローサイドアンプＬＡＭＰを含む。ハイサイドアンプＨＡＭＰおよびローサイドアンプＬＡＭＰは、駆動電圧ＶＦ＿ＶＰＷＲを受け、互いに反対の極性で出力する。ハイサイドアンプＨＡＭＰおよびローサイドアンプＬＡＭＰそれぞれの出力電圧は、パルス信号Ｓ４ａ、Ｓ４ｂに応じてスイッチング可能に構成される。ハイサイドアンプＨＡＭＰおよびローサイドアンプＬＡＭＰの構成は特に限定されず、公知の技術を用いればよい。
第１から第４の実施の形態では、モータ１に印加される駆動電圧Ｖｓｗにもとづいて検出信号Ｓ１を生成したが、第５の実施の形態では、モータ１に流れる電流にもとづいて検出信号Ｓ１が生成される。
図６は、第５の実施の形態に係るモータ駆動回路１００ｂの構成を示す回路図である。出力回路１８は、ハイサイドアンプＨＡＭＰとローサイドアンプＬＡＭＰを含む。ハイサイドアンプＨＡＭＰおよびローサイドアンプＬＡＭＰは、駆動電圧ＶＦ＿ＶＰＷＲを受け、互いに反対の極性で出力する。ハイサイドアンプＨＡＭＰおよびローサイドアンプＬＡＭＰそれぞれの出力電圧は、パルス信号Ｓ４ａ、Ｓ４ｂに応じてスイッチング可能に構成される。ハイサイドアンプＨＡＭＰおよびローサイドアンプＬＡＭＰの構成は特に限定されず、公知の技術を用いればよい。
検出回路１０は、モータ１と直列に設けられた検出抵抗Ｒｓと、検出抵抗Ｒｓの電圧降下を増幅することにより検出信号Ｓ１を生成するセンスアンプ１１を含む。検出信号Ｓ１は、モータ１に流れる電流量に比例する。
指令値生成部１２は、指令値Ｓ２を生成する。指令値生成部１２の構成は、図１と同様であってもよい。
誤差増幅器１４は、検出信号Ｓ１と指令値Ｓ２の誤差を増幅する。誤差増幅器１４は、加算反転アンプであり、検出信号Ｓ１と指令値Ｓ２の合計（平均）と、基準電圧ＶＲＥＦの誤差を増幅し、検出信号Ｓ１と指令値Ｓ２の和が一定となるように値が調節される誤差信号Ｓ３を生成する。
演算増幅器ＯＡ２の非反転入力端子には基準電圧ＶＲＥＦが印加される。演算増幅器ＯＡ２の出力端子と反転入力端子の間には、第６抵抗Ｒ６および第２キャパシタＣ２が直列に設けられる。第３キャパシタＣ３は、演算増幅器ＯＡ２の出力端子と反転端子の間に設けられる。第７抵抗Ｒ７は、指令値Ｓ２が入力される端子と演算増幅器ＯＡ２の反転入力端子の間に設けられる。第８抵抗Ｒ８は、検出信号Ｓ１が入力される端子と演算増幅器ＯＡ２の反転入力端子の間に設けられる。
補正用Ｄ／Ａコンバータ３６は、誤差増幅器１４のオフセットを補正するための補正データＤＡＤＪを、補正電圧ＶＡＤＪに変換する。誤差増幅器１４は、補正用Ｄ／Ａコンバータ３６の出力と演算増幅器ＯＡ２の反転入力端子の間に設けられた第９抵抗Ｒ９をさらに備えてもよい。
パルス幅変調器１６は、指令値Ｓ２のレベルに応じたデューティ比を有する互いに逆相のパルス信号Ｓ４ａ、Ｓ４ｂを生成する。パルス幅変調器１６は、オシレータ３０と、ＰＷＭコンパレータ３２ａ、３２ｂを含む。
第１の実施の形態と同様に、指令値生成部１２は、指令値Ｓ２に変動を付与可能に構成される。
以上がモータ駆動回路１００ｂの構成である。モータ駆動回路１００ｂによれば、電流センス型においても、図１のモータ駆動回路１００と同様の効果を得ることができる。
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、またはそれに代えて、図６の誤差増幅器１４を含むフィードバックループの時定数が変更可能となっている。時定数の制御は、第２の実施の形態と同様に行うことができ、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
第６の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、またはそれに代えて、図６の誤差増幅器１４を含むフィードバックループの時定数が変更可能となっている。時定数の制御は、第２の実施の形態と同様に行うことができ、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（第７の実施の形態）
第７の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、またはそれに代えて、図６のオシレータ３０が、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電圧範囲（ボトム電圧）を可変に構成される。これによれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
第７の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、またはそれに代えて、図６のオシレータ３０が、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電圧範囲（ボトム電圧）を可変に構成される。これによれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（第８の実施の形態）
第８の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、またはそれに代えて、図６のオシレータ３０が、ランプ信号ＶＲＡＭＰの周波数を可変に構成される。これによれば、第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
第８の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、またはそれに代えて、図６のオシレータ３０が、ランプ信号ＶＲＡＭＰの周波数を可変に構成される。これによれば、第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（第９の実施の形態）
第９の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、またはそれに代えて、補正電圧ＶＡＤＪに変動を付与する。具体的には補正用Ｄ／Ａコンバータ３６に入力される補正データＤＡＤＪに変動を与えてもよいし、補正用Ｄ／Ａコンバータ３６の基準電圧端子の電圧に変動を与えてもよい。これにより、第５の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
第９の実施の形態では、指令値Ｓ２の変動に加えて、またはそれに代えて、補正電圧ＶＡＤＪに変動を付与する。具体的には補正用Ｄ／Ａコンバータ３６に入力される補正データＤＡＤＪに変動を与えてもよいし、補正用Ｄ／Ａコンバータ３６の基準電圧端子の電圧に変動を与えてもよい。これにより、第５の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
最後に、モータ駆動回路１００の用途を説明する。モータ駆動回路１００は、さまざまな電子機器に利用される。図７（ａ）〜（ｃ）は、モータ駆動回路１００を備える電子機器の例を示す斜視図である。
図７（ａ）の電子機器は、ハードディスク装置５００である。ハードディスク装置５００は、磁気ディスク５０２と、ヘッド５０４、アーム５０６を備える。ヘッド５０４は、磁気ディスク５０２にデータを書き込み、読み出すために設けられる。ヘッド５０４は、アーム５０６の先端に取り付けられており、アーム５０６の位置を変化させることにより、ヘッド５０４と磁気ディスク５０２の相対的な位置関係が制御される。モータ２０１は、アーム５０６を稼働するために設けられる。モータ駆動回路１００は、ボイスコイルモータ２０１を制御する。この構成によれば、ヘッド５０４を高精度に位置決めできる。
図７（ｂ）の電子機器は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話端末など、撮像機能付きデバイス６００である。デバイス６００は、撮像素子６０２、オートフォーカス用レンズ６０４を備える。ボイスコイルモータ２０１は、オートフォーカス用レンズ６０４の位置決めを行う。モータ駆動回路１００はボイスコイルモータ２０１を駆動するこの構成によれば、オートフォーカス用レンズ６０４を高精度に位置決めできる。オートフォーカス用レンズの他、手ぶれ補正用のレンズの駆動にモータ駆動回路１００を用いてもよい。
図７（ｃ）の電子機器は、プリンタ７００である。プリンタ７００は、ヘッド７０２、ガイドレール７０４を備える。ヘッド７０２は、ガイドレール７０４に沿って位置決め可能に支持されている。ボイスコイルモータ２０１は、ヘッド７０２の位置を制御する。モータ駆動回路１００は、ボイスコイルモータ２０１を制御する。この構成によれば、ヘッド７０２を高精度に位置決めできる。ヘッド駆動用のほか、用紙送り機構用のモータの駆動に、モータ駆動回路１００を用いてもよい。
以上、本発明について、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み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
実施の形態では出力回路１８がフルブリッジ回路（ＢＴＬ形式：Bridged Transless）で構成される場合を説明したが、本発明はそれには限定されず、その出力段はハーフブリッジ回路で構成されてもよい。
第１から第４の実施の形態は任意に組み合わせ可能である。同様に、第５から第９の実施の形態は任意に組み合わせ可能であり、これらの組み合わせも本発明の範囲に含まれる。
実施の形態では、モータの状態として、電圧まはた電流を検出する場合を説明したが、それらに代えて、モータの速度を検出してもよい。速度（回転数）に応じた検出信号は、ホール素子やロータリエンコーダの出力を用いて生成可能である。あるいはセンサレスのモータの場合、逆起電力を監視することにより、速度に応じた検出信号を生成できる。
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
１…モータ、１０…検出回路、１２…指令値生成部、１４…誤差増幅器、１６…パルス幅変調器、１８…出力回路、１８ａ…コントローラ、１８ｂ…スイッチング出力段、２２…設定電圧生成部、２２ａ…設定データ生成部、２２ｂ…第２Ｄ／Ａコンバータ、２４…マイクロステップ生成部、２６…第１Ｄ／Ａコンバータ、３０…オシレータ、３２…ＰＷＭコンパレータ、ＯＡ１…演算増幅器、Ｃ１…第１キャパシタ、３４…時定数制御部、１００…モータ駆動回路、３６…補正用Ｄ／Ａコンバータ、Ｓ１…検出信号、Ｓ２…指令値、Ｓ３…誤差信号、Ｓ４…パルス信号。
Claims (22)
- モータを駆動するモータ駆動回路であって、
前記モータの現在の状態を示す検出信号を生成する検出回路と、
前記モータの目標状態を指示する指令値を生成する指令値生成部と、
前記検出信号と前記指令値の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
前記パルス信号に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧をモータの両端間に供給する出力回路と、
を備え、
前記指令値生成部は、前記指令値に変動を付与可能に構成されることを特徴とするモータ駆動回路。 - 前記指令値生成部は、
設定電圧を生成する設定電圧生成部と、
その基準電圧端子に前記設定電圧を受け、その入力端子に前記指令値を示すデジタル値を受け、前記指令値を生成する第１Ｄ／Ａコンバータと、
を含み、
前記設定電圧生成部は、前記設定電圧に変動を付与可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。 - 前記設定電圧生成部は、
前記設定電圧に対応するデジタルの設定データを生成する設定データ生成部と、
前記設定データをアナログの前記設定電圧に変換する第２Ｄ／Ａコンバータと、
を含み、前記設定データ生成部は、前記設定データに変動を付与可能に構成されることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。 - 前記設定データ生成部は、所定の周期ごとに、前記設定データを１ＬＳＢ（Least Significant Bit）分、変動させることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動回路。
- 前記設定電圧生成部は、前記設定電圧を所定の周波数で変調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。
- 前記指令値生成部は、
設定電圧を生成する設定電圧生成部と、
前記指令値を示すデジタル値を生成するマイクロステップ生成部と、
その基準電圧端子に前記設定電圧を受け、その入力端子に前記指令値を示すデジタル値を受け、前記指令値を生成する第１Ｄ／Ａコンバータと、
を含み、
前記マイクロステップ生成部は、前記デジタル値に変動を付与可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。 - 前記検出回路は、前記モータに印加される電圧を示す検出信号を生成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- 前記検出回路は、その第１出力端子から、前記モータの第１端子の電圧および第２端子の電圧のうち、固定的な電圧レベルを有する電圧を出力し、その第２出力端子から、前記モータの第１端子の電圧および第２端子の電圧のうち、スイッチングする電圧を出力するよう構成され、
前記誤差増幅器は、
演算増幅器と、
前記演算増幅器の反転入力端子と非反転入力端子の間に設けられた第１キャパシタと、
前記演算増幅器の非反転入力端子と前記検出回路の第１出力端子の間に設けられた第１抵抗と、
前記演算増幅器の非反転入力端子と前記指令値生成部の出力端子の間に設けられた第２抵抗と、
前記検出回路の第２出力端子と前記演算増幅器の反転入力端子の間に、順に直列に設けられた第３抵抗および第４抵抗と、
前記第３抵抗と前記第４抵抗の接続点と接地端子の間に設けられた第５抵抗と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動回路。 - 前記検出回路は、前記モータに流れる電流を示す検出信号を生成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- 前記検出回路は、前記モータの速度を示す検出信号を生成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- モータを駆動するモータ駆動回路であって、
前記モータの現在の状態を示す検出信号を生成する検出回路と、
前記モータの目標状態を指示する指令値を生成する指令値生成部と、
前記検出信号と前記指令値の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
前記パルス信号に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧をモータの両端間に供給する出力回路と、
を備え、
前記誤差増幅器を含むフィードバックループは、その時定数が変更可能に構成されることを特徴とするモータ駆動回路。 - 前記指令値が所定の期間、一定値を持続すると、前記時定数が長く設定されることを特徴とする請求項１１に記載のモータ駆動回路。
- 前記誤差増幅器は、
演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力と入力の間に設けられた可変容量のフィードバックキャパシタと、
を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載のモータ駆動回路。 - 前記誤差増幅器は、
その非反転入力端子に基準電圧が入力された演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力端子と反転入力端子の間に直列に設けられた第６抵抗および第２キャパシタと、
前記演算増幅器の出力端子と反転端子の間に設けられた第３キャパシタと、
前記指令値が入力される端子と前記演算増幅器の反転入力端子の間に設けられた第７抵抗と、
前記検出信号が入力される端子と前記演算増幅器の反転入力端子の間に設けられた第８抵抗と、
を含むことを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載のモータ駆動回路。 - 前記検出回路は、前記モータに流れる電流を示す検出信号を生成することを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- 前記検出回路は、
前記モータと直列に設けられた検出抵抗と、
前記検出抵抗の電圧降下を増幅するセンスアンプと、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載のモータ駆動回路。 - 前記検出回路は、前記モータに印加される電圧を示す検出信号を生成することを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- 前記検出回路は、前記モータの速度を示す検出信号を生成することを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- モータを駆動するモータ駆動回路であって、
前記モータの現在の状態を示す検出信号を生成する検出回路と、
前記モータの目標状態を指示する指令値を生成する指令値生成部と、
前記検出信号と前記指令値の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
前記パルス信号に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧をモータの両端間に供給する出力回路と、
を備え、
前記パルス幅変調器は、
三角波またはのこぎり波のランプ信号を生成するオシレータと、
前記ランプ信号を前記誤差信号と比較するパルス幅変調コンパレータと、
を含み、
前記オシレータは、前記ランプ信号の電圧範囲に変動を付与可能に構成されることを特徴とするモータ駆動回路。 - モータを駆動するモータ駆動回路であって、
前記モータの現在の状態を示す検出信号を生成する検出回路と、
前記モータの目標状態を指示する指令値を生成する指令値生成部と、
前記検出信号と前記指令値の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
前記パルス信号に応じたデューティ比を有するスイッチング電圧をモータの両端間に供給する出力回路と、
を備え、
前記パルス幅変調器は、前記パルス信号の周波数に変動を付与可能に構成されることを特徴とするモータ駆動回路。 - ひとつの半導体基板に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- モータと、
前記モータを駆動する請求項１から２１のいずれかに記載のモータ駆動装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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