JP2017070208A - 半導体装置、電子機器、及び制御信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価で処理能力の低いマイクロコントローラでも任意の制御信号を容易に生成することができる、半導体装置、電子機器、及び制御信号生成方法を提供する。【解決手段】駆動部の動作をソフトスイッチング動作において制御する制御信号を表す制御信号情報、及び前記制御信号の変更タイミングを示す変更タイミング情報を少なくとも含む制御情報を記憶する制御情報記憶部と、前記制御情報に基づいて前記制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御情報記憶部に前記制御情報を記憶させるよう制御する記憶制御部と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、制御信号を生成する半導体装置、電子機器、及び制御信号生成方法に関するものである。

一般に、ファンモータとして、ブラシレスＤＣモータが多く用いられている。当該ブラシレスＤＣモータは、一般的にはいくつかのコイルと、永久磁石を取り付けた回転素子とで構成し、コイルに供給する電流によってコイルを励磁することで回転子を回転させる。すなわち、回転子の回転位置に応じてコイル内の電流を制御して磁界を変化させることによって回転子を回転させる。コイルに電流を流し励磁する方法の一つとしては、コイルの両端に定圧を印加する方法が挙げられる。この方法の場合、印加する電圧レベルによって、回転速度を制御する。これに対して、より一般的な方法としては、電力効率を向上させるためのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号により電圧を印加する方法が挙げられる。この方法の場合、ＰＷＭ信号のデューティ比によって、回転速度を制御する。

回転子の回転位置を検出するためには、ホール素子や相切り替え時の逆起電力が利用される。モータ駆動回路は、ホール信号もしくは逆起電力を検出したタイミングに基づいて、コイルに印加する電圧の極性を切り替える。この切り替えのタイミングの前後で、モータ駆動音を低減するためコイルに印加する電圧及び極性を緩やかに変化させる、いわゆるソフトスイッチングを行うモータ駆動回路が用いられる。このソフトスイッチングの開始タイミングや、ソフトスイッチング開始後、どのように電圧を変化させていくか等の特性によって、モータ駆動音の低減の効果が変わるため、実際に使用するモータの種類や使用条件に合わせて、駆動音が最小になるようモータ駆動回路を合わせこむ必要がある。

例えば、特許文献１には、ソフトスイッチング開始位置をホール素子信号の半周期の６２．５％、７５％、または８７．５％以降とし、残り３７．５％、２５％または１２．５％の領域を８段階または１６段階に区切って、コイルに印加するＰＷＭ信号のデューティを徐々に減少させて駆動する技術が記載されている。

また、例えば、特許文献２には、予め設定した定数値によってソフトスイッチング実行時の電圧の変化周期（電圧変化の傾き）と、ソフトスイッチングの実行時間を任意に選択することができる技術が記載されている。

また、例えば、特許文献３には、デューティ比の変化量等をテーブル管理する技術が記載されている。当該技術では、予めＲＯＭに書き込まれたプログラムが、テーブルの値を読み込んで、サブルーチンの組み合わせから成るプログラムの制御によりＰＷＭ信号を生成している。

特開２００７−１７４７７８号公報 特開２０１１−１９３８６号公報 特開２００６−１７４０１７号公報

しかしながら、上述のいずれの方法であっても、モータを付け替えて別の特性のモータに替えた場合等に、柔軟に対応できないという問題点がある。

例えば、特許文献１に開示されている技術では、ソフトスイッチング開始位置（ホール素子信号の半周期の６２．５％、７５％、または８７．５％）及びソフトスイッチング実行時のＰＷＭ信号のデューティ変更周期（８段階及び１６段階）を変更できるが、当該変更を行うためには、ハードウエア（モータ駆動回路）の変更が必要である。また、選択できる位置も限られた範囲からのみであるため、必ずしも多くのモータで最適な特性に設定できるとは言えない。

また、例えば、特許文献２に開示されている技術では、予め設定した定数値を変更することでソフトスイッチング実行時間を変更することができるが、ソフトスイッチングの開始位置を変更することができず、やはり必ずしも多くのモータで最適な特性に設定できるとは言えない。

一方、例えば、特許文献３に開示されている技術では、ＰＷＭ信号の一つのパルスのＨｉｇｈ／Ｌｏｗの切り替えを割り込み処理で実装しているため、ソフトウェアの割り込み処理で負荷が増大し、処理が追いつかなくなる懸念が生じる。

本発明は、上述した問題を解決するために提案されたものであり、比較的安価で処理能力の低いマイクロコントローラでも任意の制御信号を容易に生成することができる、半導体装置、電子機器、及び制御信号生成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、駆動部の動作をソフトスイッチング動作において制御する制御信号を表す制御信号情報、及び前記制御信号の変更タイミングを示す変更タイミング情報を少なくとも含む制御情報を記憶する制御情報記憶部と、前記制御情報に基づいて前記制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御情報記憶部に前記制御情報を記憶させるよう制御する記憶制御部と、を備える。

本発明の電子機器は、本発明の半導体装置と、前記半導体装置により生成された制御信号により動作が制御される駆動部と、前記駆動部により駆動される駆動部材と、を備える。

本発明の制御信号生成方法は、制御情報記憶部に、駆動部の動作をソフトスイッチング動作において制御する制御信号を表す制御信号情報、及び前記制御信号の変更タイミングを示す変更タイミング情報を少なくとも含む制御情報を記憶させる工程と、前記制御情報に基づいて前記制御信号を生成する工程と、を備える。

本発明によれば、比較的安価で処理能力の低いマイクロコントローラでも任意の制御信号を容易に生成することができる、という効果を奏する。

第１の実施の形態の電子機器の一例の概略構成を示す概略構成図である。 第１の実施の形態のモータ制御システムの一例の概略構成を示す概略構成図である。 第１の実施の形態のＰＷＭ設定レジスタの一例の概略構成を示す概略構成図である。 第１の実施の形態のモータ制御システムの全体動作の一例の流れを表すフローチャートである。 第１の実施の形態のマイクロコントローラにより出力されるＰＷＭ信号のデューティの一例のタイミングチャートである。 第１の実施の形態のモータ制御システムによるソフトスイッチング動作の一例の流れを表すフローチャートである。 第１の実施の形態のソフトスイッチング動作により出力されるＰＷＭ信号のデューティの一例を拡大したタイミングチャートである。 第２の実施の形態のモータ制御システムの一例の概略構成を示す概略構成図である。 第２の実施の形態におけるデューティ更新テーブルの具体的一例を示す説明図である。 第２の実施の形態のＰＷＭ装置でＰＷＭ制御信号を生成する動作の一例の流れを表すフローチャートである。 第２の実施の形態のＰＷＭ信号のデューティの一例のタイミングチャートである。 第２の実施の形態のソフトスイッチング動作により出力されるＰＷＭ信号のデューティの一例を拡大したタイミングチャートである。 第２の実施の形態におけるデューティ更新テーブルのその他の具体的一例を示す説明図である。 比較例のモータ制御システムの一例の概略構成を示す概略構成図である。 比較例のＰＷＭ設定レジスタの一例の概略構成を示す概略構成図である。 比較例のＰＷＭ装置の動作の一例のタイミングチャートである。 比較例のモータ制御システムによるソフトスイッチング動作の一例の流れの一例を示すフローチャートである。 比較例のＰＷＭ信号のデューティの一例を示すタイミングチャートである。

本発明者らは、異なる特性のモータに付け替えた場合でも容易にモータの制御信号を変更して目的の制御信号を生成できるようにするために、専用ハードウエアではなく、マイクロコントローラのソフトウェアによりモータを制御する半導体装置（モータ制御装置）、及びモータ制御方法について検討した。

まず、以下の比較例に示す半導体装置（モータ制御装置）によるモータ制御方法について検討した。比較例となる半導体装置（モータ制御装置）によるモータ制御方法について説明する。

（比較例）
図１４に、比較例のモータ制御システム１１２の一例の概略構成図を示す。

比較例のモータ制御システム１１２は、マイクロコントローラ１２０と、モータ駆動部１２２と、モータ１２４と、を備えている。モータ駆動部１２２は、マイクロコントローラ１２０からの制御信号（ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）信号）に応じた電流をモータ１２４のコイル１２５に流すための機能を有している。モータ１２４は、コイル１２５及びホール素子１２６を備えている。ホール素子１２６は、モータ１２４に備えられた回転子（図示省略）の回転位置を検出するための機能を有している。ホール素子１２６により、回転子の位置に応じて相補的に変化するホール信号Ｈ＋、Ｈ−が生成され、マイクロコントローラ１２０のコンパレータ１４４に出力される。

マイクロコントローラ１２０は、ＰＷＭ装置１３０、ＣＰＵ１３６、ＲＯＭ１３８、タイマ１４０、周期カウントタイマ１４２、及びコンパレータ１４４を備えている。

ＲＯＭ１３８には、マイクロコントローラ１２０全体を制御するためのソフトウェア１３９が格納されている。なお、ＲＯＭ１３８は、格納されているソフトウェア１３９を書き換えることが可能な不揮発性メモリであってもよい。タイマ１４０は、ソフトスイッチングのタイミングを設定するための機能を有している。周期カウントタイマ１４２は、モータ１２４の回転周期を測定するための機能を有している。また、コンパレータ１４４は、ホール信号Ｈ＋とホール信号Ｈ−との大小を比較した比較結果に応じてハイ（Ｈ）レベルまたはロー（Ｌ）レベルの信号を出力する機能を有している。

ＰＷＭ装置１３０は、制御信号（ＰＷＭ信号）を生成し、モータ駆動部１２２に出力する機能を有しており、ＰＷＭ生成部１３２及びＰＷＭ設定レジスタ１３４を備えている。ＰＷＭ設定レジスタ１３４は、ＰＷＭ信号の信号波形を制御するための情報を格納する機能を有している。ＰＷＭ設定レジスタ１３４の一例の概略構成図を図１５に示す。図１５に示すように、ＰＷＭ設定レジスタ１３４は、周期レジスタ１５０、及びデューティレジスタ１５２を備えている。周期レジスタ１５０は、ＰＷＭ信号の周期を設定するためのものである。デューティレジスタ１５２は、ＰＷＭ信号のデューティ比（以下、単にデューティという）の値を設定するためのものである。ＰＷＭ生成部１３２は、ＰＷＭ設定レジスタ１３４に格納された情報に基づいて、ＰＷＭ信号を生成する。

比較例のモータ制御システム１１２の動作の一例について説明する。図１６に、当該動作におけるタイミングチャートの一例を示す。

ＰＷＭ設定レジスタ１３４の周期レジスタ１５０及びデューティレジスタ１５２に、所望の周期とデューティを設定し、ＰＷＭ装置１３０の動作を開始させると、ＰＷＭ装置１３０が、周期レジスタ１５０及びデューティレジスタ１５２の設定値に応じてＰＷＭ生成部１３２でＰＷＭ信号を生成して、モータ駆動部１２２に出力する。なお、ＰＷＭ信号は、出力端子Ｐ０または出力端子Ｐ１のいずれかから出力される。モータ駆動部１２２により、ＰＷＭ信号に応じた電流がモータ１２４のコイル１２５に供給され、モータが回転を開始する。

回転が開始されると、回転子に取り付けられたホール素子１２６により、回転と同期したホール信号Ｈ＋及びホール信号Ｈ−が生成される。コンパレータ１４４は、ホール信号Ｈ＋とホール信号Ｈ−との大小を比較した比較結果に応じて、ハイ（Ｈ）レベルまたはロー（Ｌ）レベルの出力信号を出力する。周期カウントタイマ１４２では、コンパレータ１４４の出力信号のパルス幅を測定することにより、モータ１２４の回転周期を算出する。

また、コンパレータ１４４の出力信号のレベルの切り替えと同時に割り込みを発生させる。ＰＷＭ装置１３０は、コンパレータ１４４の出力信号レベルの切り替わりのタイミング、すなわちコンパレータ１４４の出力の半周期毎に、２つの出力端子Ｐ０と、出力端子Ｐ１との間で、出力先を相補的に切り替えて出力する。具体的には、最初、出力端子Ｐ０にＰＷＭ信号を出力していた場合、コンパレータ１４４からの割り込みを検出したソフトウェア１３９により、一端、ＰＷＭ装置１３０の出力を停止させた後、ＰＷＭ装置１３０の出力信号の出力先を出力端子Ｐ１に変更して、周期レジスタ１５０及びデューティレジスタ１５２に所望の周期とデューティを設定し、ＰＷＭ装置１３０の動作を開始させる。

コンパレータ１４４の出力の半周期（モータの回転周期）の末尾で、例えば、ソフトスイッチングにより、ＰＷＭ装置１３０から出力されるＰＷＭ信号のデューティを一定の傾きで減少させる場合の動作について説明する。図１７に、比較例のモータ制御システム１１２によるソフトスイッチング動作の一例の流れを表すフローチャートを示す。また、図１８に、出力されるＰＷＭ信号のデューティの一例のタイミングチャートを示す。なお、図１８は、図１６ に示したタイムチャートにおいて、点線ｘで囲まれた部分の拡大図にあたる。

ソフトウェア１３９（ＣＰＵ１３６）により、測定したモータの回転周期から、モータの特性に応じたソフトスイッチング開始位置（開始タイミング）ｔ１を決定する（図１７、ステップ４００）。

タイマ１４０は、モータの回転周期の開始位置（図１６、ｔ０参照）からの経過時間を測定し、当該経過時間がｔ１になった時点（図１７、ステップ４０２でＹ）で、ソフトウェア１３９（ＣＰＵ１３６）による割り込みを発生させるために、タイマ１４０を設定する（図１７、ステップ４０１）。割り込みが発生する（図１７、ステップ４０２でＹ）と、ソフトウェア１３９により、ＰＷＭ装置１３０の出力信号（デューティ）を減少させる傾きに応じた間隔（以下、デューティ更新周期という）で割り込みを発生させるようにタイマ１４０を設定する（図１７、ステップ４０４）。そして、当該割り込みが発生する（図１７、ステップ４０６でＹ）と、ソフトウェア１３９でデューティレジスタ１５２の値を一定の値（以下、デューティ更新値という）だけ減少した値に更新する（図１７、ステップ４０８）。さらに、タイマの設定、割り込みの発生、及びデューティの更新を繰り返し（図１７、ステップ４１０でＮ）、所望の値（ここでは、デューティ＝０）になるとソフトスイッチング動作を終了（図１７、ステップ４１０でＹ）する。

ソフトスイッチング開始位置ｔ１、デューティ更新周期及びデューティ更新値は、モータの種類や、回転周期、その他の状況に応じてソフトウェア１３９により任意の値を設定することができるため、任意のモータ制御信号（ＰＷＭ信号）を生成することができる。しかしながら、この方法では、ソフトスイッチング開始後は、デューティ更新のための割り込みが頻繁に発生することになる。一般に、小型で安価なファンモータでは、使用されるマイクロコントローラは、比較的安価で処理能力が低い８ビット程度のマイクロコントローラが使用されることが多い。このようなマイクロコントローラでは、ソフトスイッチング動作中に頻繁に発生する割り込みによりソフトウェアによる処理の負荷が重くなり、処理が追いつかなくなる可能性が出てくるという問題が生じた。

そこで、本発明者らは、小型で安価なファンモータへも適用できるよう、比較的安価で処理能力の低いマイクロコントローラでも任意のモータ制御信号を容易に生成できるように、頻繁に割り込みを発生させずとも、ソフトスイッチングを行えるモータ制御システムを検討した。検討の結果、以下の実施の形態において説明する半導体装置、及びモータ制御方法を見出した。以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
以下、本実施の形態の半導体装置であるモータ制御装置について、図面を参照して説明する。図１に、本実施の形態の半導体装置（モータ制御装置）によるモータ制御システムを備えた電子機器の一例の概略構成図を示す。図１に示すように、本実施の形態では、半導体装置（マイクロコントローラ）２０によりモータ２４を駆動するモータ制御システム１２を備えた電子機器について説明する。

本実施の形態の電子機器１０は、マイクロコントローラ２０、モータ駆動部２２、及びモータ２４を有するモータ制御システム１２と、モータ２４により駆動（回転）される駆動部材１４と、その他装置１６と、を備えている。具体的一例としては、電子機器１０がパソコン（パーソナルコンピュータ）であり、その他装置１６がパソコンの駆動に必要とされるマザーボード等の他の装置（回路）等であり、モータ２４により駆動される駆動部材１４がその他装置１６等の発熱部分を冷却するための冷却ファンである場合が挙げられる。

本実施の形態のモータ制御システム１２では、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）信号によりモータ２４の駆動を制御する。本実施の形態のモータ制御システム１２の一例の概略構成図を図２に示す。

本実施の形態のモータ制御システム１２は、上述したように、マイクロコントローラ２０と、モータ駆動部２２と、モータ２４と、を備えている。モータ駆動部２２は、マイクロコントローラ２０からの制御信号（ＰＷＭ信号）に応じた電流をモータ２４のコイル２５に流すための機能を有している。モータ２４は、コイル２５及びホール素子２６を備えている。ホール素子２６は、モータ２４に備えられた回転子（図示省略）の回転位置を検出するための機能を有している。ホール素子２６により、回転子の位置に応じて相補的に変化するホール信号Ｈ＋、Ｈ−が生成され、マイクロコントローラ２０のコンパレータ４４に出力される。

モータ２４の駆動を制御するモータ制御装置であるマイクロコントローラ２０は、ＰＷＭ装置３０、ＣＰＵ３６、ＲＯＭ３８、タイマ４０、周期カウントタイマ４２、及びコンパレータ４４を備えている。

ＲＯＭ３８には、マイクロコントローラ２０全体を制御するためのソフトウェア３９が格納されている。なお、ＲＯＭ３８は、格納されているソフトウェア３９を書き換えることが可能な不揮発性メモリであってもよい。ＣＰＵ３６は、ソフトウェア３９を読み出して実行することにより、マイクロコントローラ２０全体を制御する機能を有している。

タイマ４０は、ソフトスイッチングのタイミングを設定するための機能を有している。また、周期カウントタイマ４２は、モータ２４の回転周期を測定するための機能を有している。また、コンパレータ４４は、モータ２４のホール素子２６から出力されたホール信号Ｈ＋とホール信号Ｈ−との大小を比較し、比較結果に応じてハイ（Ｈ）レベルまたはロー（Ｌ）レベルの信号を出力する機能を有している。

ＰＷＭ装置３０は、制御信号（ＰＷＭ信号）を生成し、モータ駆動部２２に出力する機能を有している。本実施の形態のＰＷＭ装置３０は、ＰＷＭ生成部３２及びＰＷＭ設定レジスタ３４を備えている。ＰＷＭ設定レジスタ３４は、ＰＷＭ信号の信号波形を制御するための情報を格納する機能を有している。ＰＷＭ生成部３２は、ＰＷＭ設定レジスタ３４に格納された情報に基づいて、動作クロックに応じたタイミングでＰＷＭ信号を生成する。

本実施の形態のＰＷＭ設定レジスタ３４の一例の概略構成図を図３に示す。図３に示すように、ＰＷＭ設定レジスタ３４は、周期レジスタ５０、デューティレジスタ５２、デューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８を備えている。周期レジスタ５０は、ＰＷＭ信号の周期を設定するためのものである。デューティレジスタ５２は、ＰＷＭ信号のデューティ比（以下、単にデーティという）の値を設定するためのものである。

デューティ更新周期レジスタ５４は、デューティの変更周期を設定するためのものである。デューティ更新値レジスタ５６は、デューティの変化量を設定するためのものである。デューティ更新回数レジスタ５８は、変化させる周期の繰り返し回数を設定するためのものである。このように本実施の形態では、デューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８に、ＰＷＭ信号のデューティを自動的に変化させる際の設定値が格納される。これにより、ＰＷＭ装置３０（ＰＷＭ生成部３２）が生成して出力するＰＷＭ信号のデューティの値を一定周期で設定した繰り返し回数分だけ自動的に変化させることができる。すなわち、本実施の形態では、ソフトスイッチングを行う際に、デューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８の設定に応じて、ＰＷＭ信号のデューティの値を一定周期で設定した繰り返し回数分だけ自動的に変化させる。

次に、本実施の形態のモータ制御システム１２の動作の一例について説明する。図４に、本実施の形態のモータ制御システム１２の全体動作の一例の流れを表すフローチャートを示す。また、図５に、マイクロコントローラ２０により出力されるＰＷＭ信号のデューティの一例のタイミングチャートを示す。

駆動部材１４を駆動させるためにモータ２４を回転させる場合、まず、ＰＷＭ設定レジスタ３４の周期レジスタ５０及びデューティレジスタ５２に、所望の周期とデューティを設定する（図４、ステップ１００）。なお、本実施の形態では、所望の周期やデューティは、予めＲＯＭ３８内に格納させておくようにしている。ＣＰＵ３６は、ソフトウェア３９の実行によりＲＯＭ３８から読み出した所望の周期とデューティをそれぞれ周期レジスタ５０及びデューティレジスタ５２に設定する。

周期レジスタ５０及びデューティレジスタ５２を設定した後、ＰＷＭ装置３０の動作が開始される（図５、ｔ０参照）。ＰＷＭ装置３０では、周期レジスタ５０及びデューティレジスタ５２の設定値に応じてＰＷＭ生成部３２でＰＷＭ信号を生成して、モータ駆動部２２に出力する（図４、ステップ１０２）。本実施の形態では、ＰＷＭ生成部３２の出力端子Ｐ０または出力端子Ｐ１のいずれかからＰＷＭ信号が出力される（図５、Ｐ０出力、Ｐ１出力参照）。モータ駆動部２２により、出力されたＰＷＭ信号に応じた電流がモータ２４のコイル２５に供給される（図４、ステップ１０４）。モータ２４では、コイル２５の両端に電圧が供給されることにより、回転磁界が形成され、回転子が回転を開始する（図４、ステップ１０６）。

回転が開始されると、回転子に取り付けられたホール素子２６により、回転と同期したホール信号Ｈ＋及びホール信号Ｈ−が生成され、マイクロコントローラ２０のコンパレータ４４に出力される（図４、ステップ１０８）。コンパレータ４４では、ホール信号Ｈ＋とホール信号Ｈ−との大小を比較し、当該比較結果に応じて、ハイ（Ｈ）レベルまたはロー（Ｌ）レベルの出力信号を出力する（図４、ステップ１１０）。

コンパレータ４４の出力信号のレベルが切り替わるまでは、当該状態を維持する（図４、ステップ１１４でＮ）。一方、出力信号のレベルが切り替わる（図４、ステップ１１４でＹ、図５、ｔ２参照）と同時に割り込みを発生させる（図４、ステップ１１６）。周期カウントタイマ４２では、コンパレータ４４の出力信号のパルス幅を測定する（図４、ステップ１０７、１１５）。測定されたパルス幅により、モータ２４の回転周期が算出される。

ＰＷＭ装置３０は、コンパレータ４４の出力信号のレベルの切り替わりのタイミング、すなわちコンパレータ４４の出力の半周期毎に、２つの出力端子Ｐ０とＰ１との間で、出力先を相補的に切り替えて出力することができる。具体的には、図５に示すように、最初、出力端子Ｐ０にＰＷＭ信号を出力していたとすると、コンパレータ４４からの割り込みを検出したソフトウェア３９（ＣＰＵ３６）により、一端、ＰＷＭ装置３０の出力を停止させる（図４、ステップ１１８）。その後、ＰＷＭ装置３０の出力（ＰＷＭ信号）の出力先を出力端子Ｐ１に変更する（図４、ステップ１２０）。さらに、周期レジスタ５０及びデューティレジスタ５２のそれぞれに所望の周期とデューティを設定し（図４、ステップ１２２）、ＰＷＭ装置３０の動作を開始させ、ＰＷＭ装置３０からＰＷＭ信号を出力させる（図４、ステップ１２４）。以降、モータ２４の回転を停止させるまで、図４のステップ１０８〜ステップ１２４の動作が繰り返される。

ここで、コンパレータ４４の出力の半周期（モータの回転周期）の末尾で、例えば、ソフトスイッチングにより、ＰＷＭ装置３０から出力されるＰＷＭ信号のデューティを一定の傾きで減少させる場合の動作について説明する。図６に、本実施の形態のモータ制御システム１２によるソフトスイッチング動作の一例の流れを表すフローチャートを示す。

ソフトウェア３９（ＣＰＵ３６）により、周期カウントタイマ４２で測定したモータの回転周期から、モータの特性に応じたソフトスイッチング開始位置（開始タイミング）ｔ１を決定する（図６、ステップ２００）。なお、ソフトスイッチング開始位置ｔ１の決定方法としては、特に限定されないが、例えば、回転周期とソフトスイッチング開始位置ｔ１との対応関係を予めＲＯＭ３８に格納させておき、当該対応関係に基づいて決定するようにしてもよい。

タイマ４０は、モータの回転周期の開始位置（図５、ｔ０参照）からの経過時間を測定し、当該経過時間がｔ１になった時点（図６、ステップ２０２でＹ）で、ソフトウェア３９（ＣＰＵ３６）によりＰＷＭ設定レジスタ３４のデューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８に、モータの特性に応じた任意の値を設定する。

本実施の形態のＰＷＭ装置３０は、デューティ更新回数レジスタ５８に「１」以上の値が設定された場合に、デューティレジスタ５２に設定されているデューティの現在値を、デューティ更新周期レジスタ５４に設定された時間が経過する毎（図６、ステップ２０６でＹ）に、デューティ更新値レジスタ５６に設定された値だけ更新する（図６、ステップ２０８）動作を、デューティ更新回数レジスタ５８に設定された回数分だけ実行する。

このようにしてデューティレジスタ５２に設定されているデューティの値が更新されると、ＰＷＭ装置３０で生成、出力されるＰＷＭ信号に反映される。具体的には、ＰＷＭ装置３０は、更新されたデューティに応じたパルス幅のＰＷＭ信号を生成して出力する。デューティ更新回数レジスタ５８に設定された値は、デューティの更新を１回行う毎に１ずつ減少させる（図６、ステップ２１０）。設定された値が「０」になるまでデューティレジスタ５２の更新が繰り返され（図６、ステップ２１２でＮ）、「０」になった場合は、それ以降のデューティレジスタ５２の更新は行わない（図６、ステップ２１２でＹ）。

なお、本実施の形態では、このようにデューティの更新を１回行う毎にデューティ更新回数レジスタ５８に設定された値を１ずつ減少させ、「０」になった場合にデューティレジスタ５２の更新を行わないように構成しているが、これに限らない。例えば、デューティの更新を１回行う毎にデューティ更新回数レジスタ５８に設定された値を１ずつ増加させ、所定値になった場合や所定値を超えた場合にデューティレジスタ５２の更新を行わないように構成してもよい。

モータの回転周期の末尾でＰＷＭ信号のデューティを減少させる場合の具体的一例を示す。デューティレジスタ５２の値が「８０」、デューティ更新周期レジスタ５４の値が「１００」、デューティ更新値レジスタ５６の値が「−１０」、及びデューティ更新回数レジスタ５８の値が「８」に設定されている場合について説明する。この場合に出力されるＰＷＭ信号のデューティの一例のタイミングチャートを図７に示す。なお、図７は、図５に示したタイムチャートにおいて、点線ｘで囲まれた部分の拡大図にあたる。

ＰＷＭ装置３０の出力信号（ＰＷＭ信号）のデューティが、デューティ更新周期レジスタ５４に設定された１００カウント（本実施の形態ではＰＷＭ装置３０の動作クロックでカウントする）経過する毎に、７０、６０、５０、・・・、１０、０というように、デューティ更新値レジスタ５６に設定された値である−１０ずつ、デューティ更新回数レジスタ５８に設定された回数８回だけ変化する。図７からもわかるように、この場合におけるデューティ更新期間は、８００カウント（デューティ更新周期１００×デューティ更新回数８＝８００）となる。

なお、上記では、モータの回転周期の末尾でＰＷＭ信号のデューティを減少させる場合について説明したが、モータの回転周期の先頭（図５、ｔ０参照)でＰＷＭ信号のデューティを０から増加させるように設定することもできる。この場合の具体的一例として、回転周期の先頭でデューティ更新周期レジスタ５４の値が「１００」、デューティ更新値レジスタ５６の値が「＋１０」、及びデューティ更新回数レジスタ５８の値が「８」に設定されている場合について説明する。ＰＷＭ装置３０の出力信号（ＰＷＭ信号）のデューティが、デューティ更新周期レジスタ５４に設定された１００カウント（本実施の形態ではＰＷＭ装置３０の動作クロックでカウントする）経過する毎に、１０、２０、３０、・・・、７０、８０というように、デューティ更新値レジスタ５６に設定された値である＋１０ずつ、デューティ更新回数レジスタ５８に設定された回数８回だけ変化する。上記と同様に、この場合におけるデューティ更新期間は、８００カウント（デューティ更新周期１００×デューティ更新回数８＝８００）となる。

また、上記のようにデューティを段階的に変化させている途中の任意のタイミングにおいて、デューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８の値を変更して、段階的に変化させている途中からデューティの変化量を変更するように構成してもよい。この場合、途中でデューティ更新回数レジスタ５８の値を「０」に設定すると、その時点で、デューティの更新を停止することができる。

モータの回転数を上げる場合、ＰＷＭ装置３０が出力するＰＷＭ信号のデューティを大きくすることになるが、この際、コンパレータ４４の出力信号の周期が変わり、ＰＷＭ装置３０がＰＷＭ信号を出力している途中で、コンパレータ４４からの割り込みが発生する場合がある。この場合、従来技術と同様に、割り込みを検出したソフトウェア３９により、ＰＷＭ装置３０の出力を停止させ、それまでＰＷＭ信号を出力していた出力端子（Ｐ０またはＰ１）からもう一方の出力端子（Ｐ１またはＰ０）に切り替えて新たに信号を出力させることができる。

以上説明したように、本実施の形態のモータ制御システム１２のマイクロコントローラ２０は、ＰＷＭ装置３０がＰＷＭ設定レジスタ３４を備えている。ＰＷＭ設定レジスタ３４は、デューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８を備えている。ＰＷＭ生成部３２は、ＰＷＭ設定レジスタ３４の各レジスタに設定された値に応じて、ＰＷＭ信号を生成し、出力する。

これにより、ＰＷＭ装置３０がソフトスイッチング動作を行う際に、ソフトウェア３９（ＣＰＵ３６）による割り込みがなくても、ＰＷＭ生成部３２で、ＰＷＭ設定レジスタ３４に設定された設定値に応じて、自動的に、ＰＷＭ信号を生成して出力することができる。従って、ソフトウェア３９（ＣＰＵ３６）の処理の負荷を軽減することができる。

またソフトウェア３９にて、モータの特性やその他の動作条件に応じて、任意のタイミングで、ソフトスイッチング動作の開始タイミングを設定することができる。また、ＰＷＭ信号のデューティの変化量を任意に制御することができる。これにより、モータ２４を別の種類のものに取り替えた場合でも、ソフトウェア３９の処理を差し替えることにより、ハードウエアを変更することなく、モータの種類や特性に応じたモータ制御信号の合わせこみを容易に行うことができる。

従って、比較的安価で処理能力の低いマイクロコントローラでも任意の制御信号を容易に生成することができる。
［第２の実施の形態］
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の構成及び動作を含むため、同様の構成及び動作については、その旨を記し、詳細な説明を省略する。モータ制御システム１２を備えた電子機器１０の全体構成は、第１の実施の形態（図１参照）と同様のため、説明を省略する。

本実施の形態では、モータ制御システム１２が備えるマイクロコントローラ２０の構成が第１の実施の形態と異なるため、モータ制御システム１２及びマイクロコントローラ２０の構成について説明する。図８に、本実施の形態のモータ制御システム１２の一例の概略構成図を示す。

本実施の形態のモータ制御システム１２は、第１の実施の形態のモータ制御システム１２が備えていたタイマ４０に替わり、デューティ更新テーブル６０が備えられている。具体的には、デューティ更新テーブル６０が格納されたメモリ６１を備えている。デューティ更新テーブル６０は、ＰＷＭ設定レジスタ３４のデューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８に、順次、転送するためのデータを格納したテーブルである。デューティ更新テーブル６０の具体的一例を図９に示す。図９に示したデューティ更新テーブル６０では、デューティ更新周期、デューティ更新値、及びデューティ更新回数との対応関係（テーブル）が複数、具体的には１番〜４番まで、４種類格納されている。

次に、本実施の形態のモータ制御システム１２の動作の一例について説明する。本実施の形態のモータ制御システム１２の全体動作の流れは、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、ＰＷＭ装置３０におけるソフトスイッチング動作を含むＰＷＭ制御信号を生成する動作が異なるため、ＰＷＭ装置３０におけるＰＷＭ制御信号を生成する動作について説明する。

図１０に、本実施の形態のＰＷＭ装置３０でＰＷＭ制御信号を生成する動作の一例の流れを表すフローチャートを示す。また、図１１に、マイクロコントローラ２０により出力されるＰＷＭ信号のデューティの一例のタイミングチャートを示す。さらに、図１２に、図１１における点線ｘ及び点線ｙで囲まれたソフトスイッチング動作部分の拡大図を示す。

まず、ソフトウェア３９（ＣＰＵ３６）により、周期カウントタイマ４２で測定したモータの回転周期から、モータの特性に応じたソフトスイッチング開始位置（開始タイミング）ｔ１や、ソフトスイッチ時のデューティ変化量等、モータの回転周期におけるデューティの変化に応じたデューティ更新テーブル６０を登録する（図１０、ステップ３００）。なお、本実施の形態では、デューティ更新テーブル６０は、予めＲＯＭ３８に格納されており、ＲＯＭ３８から読み出して、登録するように構成している。

モータ２４が回転を始めると、ＰＷＭ装置３０は、回転周期の開始位置（図１１、ｔ０参照）において、デューティ更新テーブル６０の最初のデータ（図９の番号１のデータ）を読み出す（図１０、ステップ３０２）。さらに読み出した各値を、デューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８の各々に設定する（図１０、ステップ３０４）。ＰＷＭ生成部３２では、設定された値に基づいて、ＰＷＭ信号の生成を開始し、生成したＰＷＭ信号を出力する。

ＰＷＭ信号の生成が開始されると、第１の実施の形態で説明した図６のステップ２０６〜ステップ２１２と同様に動作する。すなわち、デューティレジスタ５２に設定されているデューティの現在値を、デューティ更新周期レジスタ５４に設定された時間が経過する毎（図１０、ステップ３０６でＹ）に、デューティ更新値レジスタ５６に設定された値だけ更新する（図１０、ステップ３０８）動作を行うと、デューティ更新回数レジスタ５８の値を１減少（図１０、ステップ３１０）させる処理を、デューティ更新回数レジスタ５８が「０」になるまで繰り返し実行する（ステップ３１２）。

デューティ更新回数レジスタ５８が「０」になると、デューティ更新テーブル６０に次のデータが有るか判断する（図１０、ステップ３１４）。図９に示したデューティ更新テーブル６０では、１番〜３番に基づいてＰＷＭ信号を生成していた場合、次のデータが有ると判断して（図１０、ステップ３１４でＹ）、デューティ更新テーブル６０から次の番号のデータを読み出す（図１０、ステップ３１６）した後、上記ステップ３０４に戻り以降の本動作を繰り返す。

一方、４番に基づいてＰＷＭ信号を生成していた場合、次の番号のデータが無いため、ＰＷＭ生成部３２の動作を一端停止させる。

図９に示したデューティ更新テーブル６０における動作について詳細に説明する。モータの回転周期の開始位置（図１１、図１２、ｔ０参照）から、番号１のデータに基づいて、ＰＷＭ装置３０の出力信号（ＰＷＭ信号）のデューティが、デューティ更新周期レジスタ５４に設定された１００カウント（本実施の形態ではＰＷＭ装置３０の動作クロックでカウントする）経過する毎に、２０、４０、６０、８０というように、デューティ更新値レジスタ５６に設定された値である＋２０ずつ、デューティ更新回数レジスタ５８に設定された回数４回だけ変化させる。図１１及び図１２に示すようにタイミングｔ０〜ｔ１の間、デューティ更新テーブル６０の１番のデータに基づいてＰＷＭ信号を生成し、出力する。

次に、２番のデータに基づいて、ＰＷＭ信号のデューティを、デューティ更新周期レジスタ５４に設定された１００００カウント経過すると、デューティ更新値レジスタ５６に設定された値である−１０、デューティ更新回数レジスタ５８に設定された回数１回だけ変化させる。より具体的には、ＰＷＭ生成部３２は、タイミングｔ１〜ｔ２の間、デューティ更新テーブル６０の２番のデータに基づいてデューティが７０のＰＷＭ信号を生成して、出力する。

次に、３番のデータに基づいて、ＰＷＭ信号のデューティが、デューティ更新周期レジスタ５４に設定された２００カウント経過する毎に、６０、５０、４０というように、デューティ更新値レジスタ５６に設定された値である−１０ずつ、デューティ更新回数レジスタ５８に設定された回数３回だけ変化させる。ＰＷＭ生成部３２は、タイミングｔ２〜ｔ３の間、デューティ更新テーブル６０の３番のデータに基づいてＰＷＭ信号を生成して、出力する。

次に、４番のデータに基づいて、ＰＷＭ信号のデューティが、デューティ更新周期レジスタ５４に設定された１００カウント経過する毎に、２０、０というように、デューティ更新値レジスタ５６に設定された値である−２０ずつ、デューティ更新回数レジスタ５８に設定された回数２回だけ変化させる。ＰＷＭ生成部３２は、タイミングｔ３〜ｔ４の間、デューティ更新テーブル６０の４番のデータに基づいてＰＷＭ信号を生成して、出力する。

なお、デューティ更新テーブル６０を読み出してデューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８へ各データを転送する方法は、ＣＰＵ３６を介さずに直接的に行う、いわゆるＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）のような仕組みを用いてもよい。このような仕組みを用いることにより、よりＣＰＵ３６の処理負荷を低減することができる。

なお、図９に示したデューティ更新テーブル６０は一例であり、デューティ更新テーブル６０の定義の仕方は、特に限定されるものではない。例えば、図９に示したデューティ更新テーブル６０と同等のソフトスイッチング動作を示したデューティ更新テーブル６０の一例を図１３に示す。図１３に示したデューティ更新テーブル６０は、図９に示したデューティ更新テーブル６０と、２番のデータ及び３番のデータが異なっているが、いずれも図１２に示したように、ＰＷＭ信号が生成される。

以上説明したように、本実施の形態では、ＰＷＭ設定レジスタ３４のデューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８に設定する値を予めデューティ更新テーブル６０に複数登録しておき、自動的に続けてこれらの設定値を各レジスタに読み込んで反映させることがきる。

これにより、モータの回転周期の区間全体において、どのようにデューティを更新していくかをＰＷＭ装置３０の動作開始時に一度設定しておけば、自動的に任意のＰＷＭ信号を得ることができる。従って、第１の実施の形態で得られた効果に加えて、さらにソフトウェア３９（ＣＰＵ３６）の処理負荷を軽減することができ、より比較的安価で処理能力の低いマイクロコントローラでも任意の制御信号を容易に生成することができる。

なお、上記各実施の形態において、一度、デューティ更新回数レジスタ５８に設定された値の回数分のデューティ更新が終了した際に、ＰＷＭ装置３０からＣＰＵ３６へ割り込みを発生させることもできる。上記第１の実施の形態では、当該割り込み発生のタイミングでソフトウェア３９にてデューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８に続けて、新たな値を設定することにより、設定された新たな値により、デューティの更新処理を継続することができる。また、上記第２の実施の形態においても同様に、デューティ更新テーブル６０から読み込まれた一組のデータに従ってデューティの更新処理が終了した際に、割り込みを発生させることができる。当該割り込み発生のタイミングでソフトウェア３９にてデューティ更新テーブル６０に新たなデータを追加することにより、続けてその値がデューティ更新周期レジスタ５４、デューティ更新値レジスタ５６、及びデューティ更新回数レジスタ５８に読み込まれ、デューティの更新処理を継続して行うことができる。

また、上記各実施の形態において、ＰＷＭ装置３０で生成されるＰＷＭ信号のデューティをあげてモータの回転速度をあげた場合、ＰＷＭ信号の出力途中でコンパレータ４４の出力信号のレベルが切り替わり割り込みが発生し、割り込みを検出したソフトウェア３９により、ＰＷＭ装置３０の出力を停止させるようにしているがこれに限らない。例えば、割り込みを検出したＰＷＭ装置３０自身が自動的に出力を停止し、出力先の出力端子（Ｐ０またはＰ１）を他方の出力端子に切り替えるようにしてもよい。このように構成することにより、ソフトウェア３９によるＰＷＭ装置３０の停止処理と、出力端子の切り替え処理を省略することができ、次のコンパレータ４４出力の半周期分の出力設定（ＰＷＭ設定レジスタ３４への各値の設定）と出力開始処理だけを行えばよいため、ＰＷＭ装置３０の出力の停止と出力先の切り替え処理の応答速度をあげることができる。

なお、ＰＷＭ設定レジスタ３４に格納される情報は、上記各実施の形態に限定されない。ＰＷＭ設定レジスタ３４に格納される情報は、ＰＷＭ生成部３２でＰＷＭ信号を生成するための制御情報であればよく、少なくとも、生成するＰＷＭ信号を表す情報と、ＰＷＭ信号の更新（変更）を表す情報とが含まれていればよい。上記各実施の形態では、ＰＷＭ信号を表す情報として、デューティ更新値を用いているが、このように現在のデューティからの変化量を示す情報に限らず、例えば、変更後のデューティそのものであってもよい。また、上記各実施の形態では、ＰＷＭ信号の更新を表す情報として、デューティ更新周期及びデューティ更新回数を用いているがこれに限らない。例えば、デューティを更新する全てのタイミングであってもよい。また例えば、デューティの閾値を更新情報とし、更新されたデューティと当該閾値とを比較し、閾値を超えたタイミングを更新タイミングとするように構成してもよい。

なお、上記各実施の形態におけるモータ２４は、特に限定されない。例えば、単相のブラシレスＤＣモータであってもよい。また、マイクロコントローラ２０が複数のＰＷＭ装置３０を備える場合は、多相のモータを制御するように構成することができる。例えば、３相モータを駆動する場合、モータの３つのコイルに対して、ＰＷＭ装置３０を３チャンネル搭載し、各モータ２４のコイル２５に対してＰＷＭ設定レジスタ３４の設定値に従って任意のＰＷＭ信号を出力するモータ制御システム１２を構成することも可能である。

また、上記各実施の形態では、ＰＷＭ設定レジスタ３４には、レジスタを用い、デューティ更新テーブル６０には、メモリ６１を用いているが、各々、必要な情報（値）を格納できるものであれば、特に限定されない。なお、レジスタを用いる場合、メモリに比べて高速化することができる。

また、電子機器１０において、駆動部材１４が別のものに変更された場合、マイクロコントローラ２０のＣＰＵ３６が当該駆動部材１４の変更を検出して、駆動部材１４に応じてモータ２４を動作させるよう、ＰＷＭ設定レジスタ３４に設定される値、またはデューティ更新テーブル６０の設定・登録を行うようにしてもよい。

また、上述各実施の形態で説明した電子機器１０、モータ制御システム１２、マイクロコントローラ２０、ＰＷＭ装置３０等の構成、動作等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることは言うまでもない。

１０ 電子機器
１２ モータ制御システム
２０ マイクロコントローラ
２２ モータ駆動部
２４ モータ
３０ ＰＷＭ装置
３２ ＰＷＭ生成部
３４ ＰＷＭ設定レジスタ
４０ タイマ
５２ デューティレジスタ
５４ デューティ更新周期レジスタ
５６ デューティ更新値レジスタ
６０ デューティ更新テーブル

Claims (8)

1. 駆動部の動作をソフトスイッチング動作において制御する制御信号を表す制御信号情報、及び前記制御信号の変更タイミングを示す変更タイミング情報を少なくとも含む制御情報を記憶する制御情報記憶部と、
   前記制御情報に基づいて前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
   前記制御情報記憶部に前記制御情報を記憶させるよう制御する記憶制御部と、
   を備えた半導体装置。
2. 前記制御信号生成部の生成タイミングを通知する通知部を備え、
   前記制御信号生成部は、前記通知に応じて、前記制御情報に基づいて、前記制御信号を生成する、
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記通知部は、前記駆動部の動作を開始させるための前記制御信号、及び前記駆動部の動作を停止させるための前記制御信号の少なくとも一方を生成するタイミングを通知する、
   請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記制御情報を複数格納する格納部を備え、
   前記記憶制御部は、前記格納部に格納されている複数の前記制御情報を、前記制御信号生成部による前記制御信号の生成に応じて順次、前記制御情報記憶部に記憶させるよう制御する、
   請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記格納部が格納する複数の前記制御情報は、動作を開始させるための前記制御信号から動作を停止させるための制御信号まで、前記駆動部の動作に応じた複数の前記制御信号を生成するための制御情報である、
   請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記制御信号情報は、前記制御信号のデューティ比の更新値または更新後のデューティ比であり、前記変更タイミング情報は、前記デューティ比の更新周期及び更新回数または、更新を行う全てのタイミングである、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記請求項１から前記請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置と、
   前記半導体装置により生成された制御信号により動作が制御される駆動部と、
   前記駆動部により駆動される駆動部材と、
   を備えた電子機器。
8. 制御情報記憶部に、駆動部の動作をソフトスイッチング動作において制御する制御信号を表す制御信号情報、及び前記制御信号の変更タイミングを示す変更タイミング情報を少なくとも含む制御情報を記憶させる工程と、
   前記制御情報に基づいて前記制御信号を生成する工程と、
   を備えた制御信号生成方法。