JP2014053997A - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｈブリッジ回路による駆動電流制御において、低速減衰モード時に電流検出することのできるモータ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】実施形態のモータ駆動制御装置は、Ｈブリッジ回路１が、モータのコイルＬに流れる電流を制御し、設定電圧生成部２が、所望の設定電圧Ｖｓを生成し、コンパレータ３が、Ｈブリッジ回路１のコイルＬとの接続端の電圧ＶＴを上述の設定電圧Ｖｓと比較し、制御部４が、コンパレータ３の出力信号ＣＭＰに応じてＨブリッジ回路１の電流制御モードを切り替える。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、モータ駆動制御装置に関する。

モータ駆動制御装置では、モータ駆動回路として、Ｈブリッジ回路を用いることが多い。Ｈブリッジ回路による駆動の場合、Ｈブリッジ回路を構成する４つのトランジスタのオン／オフの組み合わせにより、モータのコイルへ流す電流の増減が制御される。

コイルへ流す電流の制御には３つのモードがある。すなわち、モータ用電源からコイルへ電流を流す給電モード、Ｈブリッジ回路のトランジスタとコイルの間で電流が還流する低速減衰モード、コイルからＨブリッジ回路を介してモータ用電源へ電流を戻す高速減衰モード、の３つである。

このモードの切り替えのために、コンパレータ回路が設けられ、コイルへ流れる電流と設定電流との比較が行われる。このコイルへ流れる電流の検出のため、従来、Ｈブリッジ回路に検出抵抗が接続され、Ｈブリッジ回路の負荷電流を検出することが行われている。

この場合、コンパレータ回路は、検出抵抗の端子電圧（検出電圧）と設定電流に相当する基準電圧とを比較し、その大小関係に応じた検出信号を出力する。

しかし、検出抵抗には、給電モードと高速減衰モードのときには電流が流れるが、低速減衰モードのときは電流が流れない、という問題がある。

電流リップルを低減させるため給電モードと低速減衰モードを繰り返す場合、給電モードの時にしかＨブリッジ回路の負荷電流を検出することができないため、モータ高速動作時の電流の追従性が悪くなる。そのため、従来はモータ高速動作時の電流の追従性を良くするため、高速減衰モードへ移行することがあったが、電流リップルが大きくなる、という問題があった。

特開２００５−１８４８９７号公報

本発明が解決しようとする課題は、Ｈブリッジ回路による駆動電流制御において、低速減衰モード時に電流検出することのできるモータ駆動制御装置を提供することにある。

実施形態のモータ駆動制御装置は、Ｈブリッジ回路が、モータのコイルに流れる電流を制御し、設定電圧生成部が、所望の設定電圧を生成し、コンパレータが、前記Ｈブリッジ回路の前記コイルとの接続端の電圧を前記設定電圧と比較し、制御部が、前記コンパレータの出力信号に応じて前記Ｈブリッジ回路の電流制御モードを切り替える。

実施形態のモータ駆動制御装置の構成の例を示すブロック図。 実施形態のモータ駆動制御装置の３通りの電流制御モードを示す図。 実施形態のモータ駆動制御装置の電流制御の例を示すフロー図。 実施形態のモータ駆動制御装置の動作の例を示す波形図。 実施形態のモータ駆動制御装置の動作の例を示す波形図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。

（実施形態）
図１は、実施形態のモータ駆動制御装置の構成の例を示すブロック図である。

本実施形態のモータ駆動制御装置は、モータのコイルＬに流れる電流を制御するＨブリッジ回路１と、所望の設定電圧Ｖｓを生成する設定電圧生成部２と、Ｈブリッジ回路１のコイルＬとの接続端の電圧ＶＴを上述の設定電圧Ｖｓと比較するコンパレータ３と、コンパレータ３の出力信号ＣＭＰに応じてＨブリッジ回路１の電流制御モードを切り替える制御部４と、を備える。

Ｈブリッジ回路１は、直列に接続された上側のＭＯＳトランジスタＴＵ１と下側のＭＯＳトランジスタＴＬ１と、直列に接続された上側のＭＯＳトランジスタＴＵ２と下側のＭＯＳトランジスタＴＬ２とが、並列に接続され、それぞれの直列トランジスタの接続点間にモータのコイルＬが接続されている。

設定電圧生成部２の具体的な構成の一例を図１に示す。図１に示す例では、設定電圧生成部２は、基準電圧Ｖｒｅｆに接続される定電流源Ｉと、定電流源Ｉにドレイン端子が接続され、ゲート端子にバイアス電圧Ｖｂが印加されるＭＯＳトランジスタＴ１と、を有する。

定電流源Ｉの電流値を、所望の値に設定することにより、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン端子から所望の設定電圧Ｖｓが出力される。

コンパレータ３は、Ｈブリッジ回路１のコイルＬとの接続端の電圧ＶＴを上述の設定電圧Ｖｓと比較する。

制御部４は、コンパレータ３の出力信号ＣＭＰに応じてＨブリッジ回路１の電流制御モードを切り替える。

すなわち、制御部４は、制御信号Ｕ１、Ｕ２、Ｌ１、Ｌ２により、Ｈブリッジ回路１のＭＯＳトランジスタＴＵ１、ＴＵ２、ＴＬ１、ＴＬ２のオン／オフを制御し、コイルＬへ流す電流を、給電モード、低速減衰モードおよび高速減衰モードの３通りに切り替える。

ここで、制御部４は、基準クロック（基準ＣＬＫ）をカウントする基準ＣＬＫカウンタ４１と、Ｈブリッジ回路１のコイルＬとの接続端に流れる電流量および基準ＣＬＫカウンタ４１のカウント値にもとづいて、低速減衰モードと高速減衰モードの切り替えを制御する減衰モード切り替え部４２とを有し、電流制御モードの切り替えのタイミングを制御する。

図２に、Ｈブリッジ回路１の各ＭＯＳトランジスタのオン／オフと３通りの電流制御モードの関係を示す。

図２（ａ）は、給電モードのときの各ＭＯＳトランジスタのオン／オフの状態を示す。給電モードでは、ＭＯＳトランジスタＴＵ２、ＴＬ１がオンし、ＭＯＳトランジスタＴＵ１、ＴＬ２がオフする。

これにより、給電モードでは、電源ＶＭからコイルＬへ電流が供給される。

図２（ｂ）は、低速減衰モードのときの各ＭＯＳトランジスタのオン／オフの状態を示す。低速減衰モードでは、ＭＯＳトランジスタＴＬ１、ＴＬ２がオンし、ＭＯＳトランジスタＴＵ１、ＴＵ２がオフする。

これにより、低速減衰モードでは、コイルＬに発生する回生電流が、Ｈブリッジ回路１内のＭＯＳトランジスタＴＬ１、ＴＬ２を還流する。

図２（ｃ）は、高速減衰モードのときの各ＭＯＳトランジスタのオン／オフの状態を示す。高速減衰モードでは、ＭＯＳトランジスタＴＵ１、ＴＬ２がオンし、ＭＯＳトランジスタＴＵ２、ＴＬ１がオフする。

これにより、高速減衰モードでは、コイルＬのエネルギーが電源ＶＭへ戻される。

本実施形態では、コンパレータ３が、Ｈブリッジ回路１のコイルＬとの接続端の電圧ＶＴを、設定電圧Ｖｓと比較している。したがって、図２（ｂ）に示す低速減衰モードのときも、Ｈブリッジ回路１のコイルＬとの接続端の電圧ＶＴの変化を検出することができる。

そこで、本実施形態では、コンパレータ３が、給電モードにより上述の電圧ＶＴが設定電圧Ｖｓに到達したことを検出したときに、制御部４は、電流制御モードを給電モードから低速減衰モードへ直接切り替えることが可能である。

図３に、このような給電モードから低速減衰モードへ直接切り替えるときの電流制御のフローを示す。

図３のフローでは、まず、制御部４は、基準ＣＬＫカウンタ４１のカウントを開始させ（ステップＳ０１）、給電モードを開始する（ステップＳ０２）。

コンパレータ３が、Ｈブリッジ回路１のコイルＬとの接続端の電圧ＶＴと設定電圧Ｖｓとを比較する（ステップＳ０３）。制御部４は、コンパレータ３がＶＴ＝Ｖｓを検出するまでは（ＮＯ）、給電モードを継続する。

その後、コンパレータ３がＶＴ＝Ｖｓを検出すると（ＹＥＳ）、制御部４は、低速減衰モードを開始する（ステップＳ０４）。

低速減衰モードの実行中、制御部４は、Ｈブリッジ回路１のコイルＬとの接続端に流れる電流が予め定めた設定値以下まで減少したかどうかを判定する（ステップＳ０５）。

このとき、上記電流が設定値まで減少していたときは（ＹＥＳ）、基準ＣＬＫカウンタ４１をリセットし（ステップＳ０９）、ステップＳ０１へ戻って、以降の動作を繰り返す。

一方、上記電流が設定値まで減少していないときは（ＮＯ）、基準ＣＬＫカウンタ４１のカウント値が所定カウント数を経過しているかどうかを判定し（ステップＳ０６）、所定カウント数に達するまで低速減衰モードを継続し（ＮＯ）、基準ＣＬＫカウンタ４１のカウント値が所定カウント数を経過した時点で（ＹＥＳ）、高速減衰モードを開始する（ステップＳ０７）。

その後、基準ＣＬＫカウンタ４１のカウントが満了すると（ステップＳ０８）、制御部４は、基準ＣＬＫカウンタ４１をリセットし（ステップＳ０９）、ステップＳ０１へ戻って、以降の動作を繰り返す。

図４および図５に、図３のフローによる電流制御モード切り替え時の、本実施形態のモータ駆動制御装置の動作波形の例を示す。図４は、図３のフローのステップＳ０５における判定がＮＯのときの電流制御モード切り替えの様子を示し、図５は、同ステップにおける判定がＹＥＳのときの電流制御モード切り替えの様子を示す。

本実施形態では、Ｈブリッジ回路１のＭＯＳトランジスタＴＵ１、ＴＵ２、ＴＬ１、ＴＬ２は、制御信号Ｕ１、Ｕ２、Ｌ１、Ｌ２がＨ（高）レベルのときにオンし、制御信号Ｕ１、Ｕ２、Ｌ１、Ｌ２がＬ（低）レベルのときにオフする。

図４に示す例では、電流制御モードは、給電モードから低速減衰モードへ移行した後、高速減衰モードへ移行する。

これに対して、図５に示す例では、電流制御モードは、給電モードから低速減衰モードへ移行した後、高速減衰モードへ移行することなく、給電モードへ戻る。

このような本実施形態によれば、給電モードから減衰モードへ移行するとき、給電モードから高速減衰モードへ移行することがないので、コイル駆動電流のリップルを小さくすることができる。

以上説明した実施形態のモータ駆動制御装置によれば、Ｈブリッジ回路による駆動電流制御において、低速減衰モード時に電流検出することができる。

また、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ Ｈブリッジ回路
２ 設定電圧生成部
３ コンパレータ
４ 制御部
４１ 基準ＣＬＫカウンタ
４２ 減衰モード切り替え部
ＴＵ１、ＴＵ２、ＴＬ１、ＴＬ２、Ｔ１ ＭＯＳトランジスタ
Ｉ１ 定電流源

Claims (4)

1. モータのコイルに流れる電流を制御するＨブリッジ回路と、
   所望の設定電圧を生成する設定電圧生成部と、
   前記Ｈブリッジ回路の前記コイルとの接続端の電圧を前記設定電圧と比較するコンパレータと、
   前記コンパレータの出力信号に応じて前記Ｈブリッジ回路の電流制御モードを切り替える制御部と
   を備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記設定電圧生成部が、
   トランジスタと、前記トランジスタへ予め設定された定電流を供給する定電流源とを有し、
   前記トランジスタと前記定電流源の接続点から前記設定電圧を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記制御部が、前記電流制御モードを、
   前記接続端の電圧が前記設定電圧に達するまでは、前記コイルに電流を供給する給電モードとし、
   前記接続端の電圧が前記設定電圧に達すると、前記コイルに流れる電流を減衰させる低速減衰モードへ切り替える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記制御部が、
   前記低速減衰モードへの切り替えによる前記減衰の量が少ないときは、所定時間経過後、前記低速減衰モードよりも減衰速度が速い高速減衰モードへ切り替える
   ことを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動制御装置。

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