JP2018107972A - Motor driving apparatus - Google Patents

Motor driving apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2018107972A
JP2018107972A JP2016254348A JP2016254348A JP2018107972A JP 2018107972 A JP2018107972 A JP 2018107972A JP 2016254348 A JP2016254348 A JP 2016254348A JP 2016254348 A JP2016254348 A JP 2016254348A JP 2018107972 A JP2018107972 A JP 2018107972A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
coil
current
value
pwm signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016254348A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
菊池 敦
Atsushi Kikuchi
敦 菊池
寛之 菱山
Hiroyuki Hishiyama
寛之 菱山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
MinebeaMitsumi Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MinebeaMitsumi Inc filed Critical MinebeaMitsumi Inc
Priority to JP2016254348A priority Critical patent/JP2018107972A/en
Publication of JP2018107972A publication Critical patent/JP2018107972A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress breakdown of balance between positive current and negative current flowing into a coil of a stepping motor.SOLUTION: A motor driving apparatus includes: a coil drive unit for switching an energization direction of a coil of a stepping motor by a period of a PWM signal generated by a PWM signal generation unit; a current detection unit for detecting a coil current flowing into the coil; a peak hold unit for holing a peak value of the detection value of the coil current detected by the current detection unit; a delay unit for outputting a delay output value which is a value obtained by holding the peak value held by the peak hold unit for one switching of the energization direction; a comparison unit for comparing a partial pressure value of the detection value with the delay output value; and a control unit for controlling the coil drive unit so that the coil current is limited on the basis of a comparison result of the comparison unit.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。   The present invention relates to a motor drive device.

ステッピングモータを駆動する場合、構成が簡単なオープンループ制御で駆動することが多い。しかし、近年、高速化や低消費電力化の要求から、クローズド制御でステッピングモータを駆動する場合も増えてきている。ステッピングモータをクローズド制御で駆動する先行技術文献として、例えば特許文献1が挙げられる。   When driving a stepping motor, it is often driven by open loop control with a simple configuration. However, in recent years, the number of cases where the stepping motor is driven by closed control is increasing due to the demand for higher speed and lower power consumption. As a prior art document for driving a stepping motor by closed control, for example, Patent Document 1 is cited.

特開平1−110085号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-110085

しかしながら、インダクタンスの比較的大きなステッピングモータでイナーシャの比較的大きな負荷を回転させた場合、ステッピングモータのコイルに流れる電流の正負のバランスが崩れることがある。コイルに流れる電流の正負のバランスが崩れると、例えば、特定の負荷や特定の回転領域において、共振が発生し、モータの振動が大きくなったりモータで発生するトルクが低減したりすることがある。   However, when a relatively large load of inertia is rotated by a stepping motor having a relatively large inductance, the positive / negative balance of the current flowing through the coil of the stepping motor may be lost. When the positive / negative balance of the current flowing through the coil is lost, for example, resonance may occur in a specific load or a specific rotation region, and the vibration of the motor may increase or the torque generated by the motor may decrease.

そこで、本開示の一態様は、ステッピングモータのコイルに流れる電流の正負のバランスが崩れることを抑制できる、モータ駆動装置の提供を目的とする。   In view of the above, an object of one embodiment of the present disclosure is to provide a motor driving device that can prevent the balance between the positive and negative currents flowing in the coils of the stepping motor from being lost.

上記目的を達成するため、本開示の一態様では、
PWM信号を生成するPWM信号生成部と、
ステッピングモータのコイルの通電方向を前記PWM信号生成部によって生成された前記PWM信号の周期で切り換えるコイル駆動部と、
前記コイルに流れるコイル電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出された前記コイル電流の検出値のピーク値をホールドするピークホールド部と、
前記ピークホールド部によりホールドされた前記ピーク値を前記通電方向の切り換え1回分ホールドした値である遅延出力値を出力する遅延部と、
前記検出値の分圧値と、前記遅延出力値とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記コイル電流が制限されるように前記コイル駆動部を制御する制御部とを備える、モータ駆動装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present disclosure,
A PWM signal generator for generating a PWM signal;
A coil drive unit that switches the energization direction of the coil of the stepping motor at a cycle of the PWM signal generated by the PWM signal generation unit;
A current detector for detecting a coil current flowing in the coil;
A peak hold unit for holding a peak value of the detected value of the coil current detected by the current detection unit;
A delay unit for outputting a delay output value which is a value obtained by holding the peak value held by the peak hold unit for one switching of the energization direction;
A comparison unit that compares the divided voltage value of the detected value with the delayed output value;
A motor drive device is provided, comprising: a control unit that controls the coil drive unit such that the coil current is limited based on a comparison result by the comparison unit.

本開示の一態様によれば、ステッピングモータのコイルに流れる電流の正負のバランスが崩れることを抑制できる。   According to one aspect of the present disclosure, it is possible to suppress the balance between the positive and negative currents flowing through the coils of the stepping motor from being lost.

ステッピングモータをクローズド制御で駆動するモータ制御システムの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the motor control system which drives a stepping motor by closed control. 2相ステッピングモータをクローズドループ制御で2相通電させた際の各部の信号波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the signal waveform of each part at the time of carrying out 2 phase electricity supply by closed loop control of a 2 phase stepping motor. 図2の状態からU相電流の正負のバランスが崩れた状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example in the state where the positive / negative balance of the U-phase current collapsed from the state of FIG. モータに共振が発生した状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state which resonance generate | occur | produced in the motor. 本実施形態に係るモータ駆動装置を備えたモータ制御システムの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the motor control system provided with the motor drive device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るモータ制御システムの各部の信号波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the signal waveform of each part of the motor control system which concerns on this embodiment. U相検出電圧の波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of a U-phase detection voltage. 本実施形態に係るモータ制御システムの各部の信号波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the signal waveform of each part of the motor control system which concerns on this embodiment. ピークホールド部と遅延部を実現するアナログのハードウェア回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the analog hardware circuit which implement | achieves a peak hold part and a delay part.

図1は、ステッピングモータをクローズド制御で駆動するモータ制御システムの構成の一例を示す図である。図1のモータ制御システム100は、ステッピングモータ110の回転位相を検出するエンコーダ120と、エンコーダ120により検出された回転位相を表す位相信号を制御信号と合成することにより駆動制御信号を生成する論理合成回路130とを備える。論理合成回路130は、ステッピングモータ110を回転させたい方向のトルクが、ステッピングモータ110のロータがどの位相でも発生するように、2相分の各コイル111,112に電流を流す出力段140を駆動制御信号によって制御する。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a motor control system that drives a stepping motor by closed control. The motor control system 100 in FIG. 1 generates a drive control signal by combining an encoder 120 that detects the rotational phase of the stepping motor 110 and a phase signal that represents the rotational phase detected by the encoder 120 with a control signal. Circuit 130. The logic synthesis circuit 130 drives the output stage 140 that supplies current to the coils 111 and 112 for two phases so that the torque in the direction in which the stepping motor 110 is to be rotated is generated in any phase of the rotor of the stepping motor 110. Control by control signal.

このような構成により、オープンループ制御時のように脱調現象の発生を防ぐことができる。なお、出力段140を制御する出力段制御部は、論理合成回路130に限られない。例えば、モータの各コイルに印加する電圧又は電流の波形をモータ位相に対応した情報として予めメモリに収納しておき、エンコーダで得られたモータの位相に従って、当該メモリーから情報を読み出して出力段140を制御する方法も存在する。   With such a configuration, occurrence of a step-out phenomenon can be prevented as in open loop control. The output stage controller that controls the output stage 140 is not limited to the logic synthesis circuit 130. For example, the waveform of the voltage or current applied to each coil of the motor is previously stored in the memory as information corresponding to the motor phase, and the information is read from the memory according to the phase of the motor obtained by the encoder, and the output stage 140 There are also ways to control this.

しかしながら、クローズドループ制御の場合、モータのインダクタンスと負荷又は回転数との関係で、共振による振動の発生や、共振によるトルクの低減が発生することがある。この現象の発生メカニズムの一例について、図2及び図3を参照して以下説明する。   However, in the case of closed-loop control, vibrations due to resonance and torque reduction due to resonance may occur due to the relationship between the motor inductance and the load or rotation speed. An example of the mechanism of occurrence of this phenomenon will be described below with reference to FIGS.

図2は、2相ステッピングモータをクローズドループ制御で2相通電させた際の各部の波形の一例を示す図である。図1に示されるU相コイル111に関して、U相コイル111に流れる電流(U相電流)とU相コイル111のdΦ/dθ(逆起電力定数)の零クロス位置が一致する。また、図1に示されるV相コイル112に関して、V相コイル112に流れる電流(V相電流)とV相コイル112のdΦ/dθ(逆起電力定数)の零クロス位置が一致する。つまり、図2は、コイル111,112に流れる電流の正負のバランスがとれている状態を示す。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a waveform of each part when a two-phase stepping motor is energized in two phases by closed loop control. Regarding the U-phase coil 111 shown in FIG. 1, the current flowing through the U-phase coil 111 (U-phase current) and the zero cross position of dΦ / dθ (back electromotive force constant) of the U-phase coil 111 coincide. In addition, regarding the V-phase coil 112 shown in FIG. 1, the zero crossing position of the current flowing in the V-phase coil 112 (V-phase current) and dΦ / dθ (back electromotive force constant) of the V-phase coil 112 coincides. That is, FIG. 2 shows a state in which positive and negative currents flowing through the coils 111 and 112 are balanced.

図3は、図2の状態からU相電流の正負のバランスが崩れた状態の一例を示す図である。正側のU相電流が多くなった場合、U相コイル111に印加される電圧(U相電圧)が逆方向に切り替わった後も、U相コイル111のインダクタンスと抵抗とにより決定される時定数でU相電流は推移する。そのため、逆方向にU相電圧が印加されている間に(例えば、180°から360(0°)までの角度の間に)、U相電流が十分な負電流値まで達することができない。一方、負側電流はその電流値の絶対値が小さくなるため、さらにU相電圧が逆方向に切り替わった後は、大きな正側の電流がU相コイル111に流れ、アンバランスな状態が続く。   FIG. 3 is a diagram showing an example of a state in which the positive / negative balance of the U-phase current is lost from the state of FIG. When the positive-side U-phase current increases, the time constant determined by the inductance and resistance of the U-phase coil 111 even after the voltage applied to the U-phase coil 111 (U-phase voltage) is switched in the reverse direction. The U-phase current changes. Therefore, the U-phase current cannot reach a sufficient negative current value while the U-phase voltage is applied in the reverse direction (for example, during an angle from 180 ° to 360 (0 °)). On the other hand, since the absolute value of the current value of the negative current becomes small, after the U-phase voltage is further switched in the reverse direction, a large positive current flows through the U-phase coil 111 and an unbalanced state continues.

この電流のアンバランスにより、正側と負側の電流が流れている時のトルク差が発生する。また、電流とdΦ/dθ(逆起電力定数)の零クロス位置がずれることで、電流とdΦ/dθ(逆起電力定数)の極性が反対になり、逆トルクが発生する期間(図3の斜線部分)が現れる。   This current imbalance causes a torque difference when the positive and negative currents are flowing. In addition, when the zero cross position of the current and dΦ / dθ (counterelectromotive force constant) is shifted, the polarity of the current and dΦ / dθ (counterelectromotive force constant) is reversed, and the period in which the reverse torque is generated (in FIG. 3). A shaded area appears.

ただし、このようにトルクに脈動が発生しても、モータの回転が脈動しなければ、逆起電圧と電流が流れることによる電圧降下とによって、コイルに実質印加される電圧は、正負の電流がバランスするように発生する。そのため、図3の状態は図2の状態に自動的に戻る。   However, even if the torque pulsates in this way, if the motor rotation does not pulsate, the voltage applied to the coil will be positive and negative due to the back electromotive voltage and the voltage drop caused by the current flow. Occurs to balance. Therefore, the state of FIG. 3 automatically returns to the state of FIG.

ところが、トルク変動周期とモータの機械的時定数とが合致すると、図4のような共振が発生し、モータの回転が脈動する。図4において、ロータの位相の目盛が等間隔でないのは、モータの回転速度が変化することにより時間軸に対するロータ位相の変化が一定でなくなるためである。論理合成回路130は、このように一様に変化していないロータの位相をエンコーダ120により検出して、各相のコイル111,112への電圧印加タイミングを決めるため、次のような共振動作が生じる。   However, when the torque fluctuation period matches the mechanical time constant of the motor, resonance as shown in FIG. 4 occurs and the rotation of the motor pulsates. In FIG. 4, the reason why the scale of the rotor phase is not equally spaced is that the change in the rotor phase with respect to the time axis is not constant due to the change in the rotational speed of the motor. Since the logic synthesis circuit 130 detects the phase of the rotor that does not change uniformly in this way by the encoder 120 and determines the voltage application timing to the coils 111 and 112 of each phase, the following resonance operation is performed. Arise.

ロータの回転速度が遅くなると、1つのコイルに流す通電パターンの期間が長くなる。これにより、コイルに流れる電流は電気的時定数により遅れて増加して、ロータの回転は加速する。次に、ロータが加速してロータの回転速度が速くなると、電気的時定数により電流の極性が切り替わる前にロータ位相が回ってしまうことで、逆方向のトルクが発生し、ロータの回転が減速する。これらの加減速タイミングと機械的時定数とが合致することで、モータに共振が発生し、振動やトルク低減を引き起すことになる。   When the rotational speed of the rotor becomes slow, the period of the energization pattern that flows through one coil becomes long. As a result, the current flowing through the coil increases with a delay due to the electrical time constant, and the rotation of the rotor is accelerated. Next, when the rotor accelerates and the rotor rotation speed increases, the rotor phase rotates before the polarity of the current switches due to the electrical time constant, generating torque in the reverse direction and slowing down the rotor rotation. To do. When these acceleration / deceleration timings coincide with the mechanical time constant, resonance occurs in the motor, causing vibration and torque reduction.

このような共振現象に陥らないようにするには、コイルに流れる電流の正負のバランスが大きく崩れないようにすればよい。本実施形態では、以下のような手段により電流バランスを保つことで、共振による振動やトルク低減の発生が回避される。   In order not to fall into such a resonance phenomenon, the positive / negative balance of the current flowing in the coil should not be greatly broken. In the present embodiment, the occurrence of vibration and torque reduction due to resonance is avoided by maintaining the current balance by the following means.

図5は、本実施形態に係るモータ駆動装置を備えたモータ制御システムの構成の一例を示す図である。図6は、本実施形態に係るモータ制御システムの各部の波形の一例を示すタイミングチャートである。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a motor control system including the motor driving device according to the present embodiment. FIG. 6 is a timing chart showing an example of the waveform of each part of the motor control system according to the present embodiment.

図5に示されるモータ制御システム101は、ステッピングモータ10の回転動作を制御するシステムの一例である。モータ制御システム101は、ステッピングモータ10と、エンコーダ20と、モータ駆動装置1とを備えている。   A motor control system 101 shown in FIG. 5 is an example of a system that controls the rotation operation of the stepping motor 10. The motor control system 101 includes a stepping motor 10, an encoder 20, and a motor driving device 1.

ステッピングモータ10は、複数のコイルを有する。ステッピングモータ10は、U相コイル11とV相コイル12とを有する2相のステッピングモータの一例である。コイル11,12には、それぞれ、位相が90°互いに異なるU相電圧Vu,V相電圧Vvが印加される。また、コイル11,12には、それぞれ、位相が90°互いに異なるU相コイル電流Iu,V相コイル電流Ivが流れる。   The stepping motor 10 has a plurality of coils. The stepping motor 10 is an example of a two-phase stepping motor having a U-phase coil 11 and a V-phase coil 12. The coils 11 and 12 are respectively applied with a U-phase voltage Vu and a V-phase voltage Vv whose phases are 90 ° different from each other. Further, the U-phase coil current Iu and the V-phase coil current Iv having phases different from each other by 90 ° flow through the coils 11 and 12, respectively.

モータ駆動装置1は、ステッピングモータ10を駆動する。モータ駆動装置1は、PWM信号生成部200、コイル駆動部146、電流検出部150、ピークホールド部160、遅延部170、比較部180及び制御部190を備える。制御部190は、例えば、フリップフロップ191と、駆動制御部210とを有する。駆動制御部210は、例えば、論理積演算部211と、論理合成回路30とを有する。PWM信号生成部200、コイル駆動部146、電流検出部150、ピークホールド部160、遅延部170、比較部180及び制御部190の一部又は全部は、ハードウェア回路によって実現される。あるいは、それらの一部又は全部の処理機能は、ROMに格納されたプログラムをCPUが実行することにより実現されてもよい。   The motor driving device 1 drives the stepping motor 10. The motor drive device 1 includes a PWM signal generation unit 200, a coil drive unit 146, a current detection unit 150, a peak hold unit 160, a delay unit 170, a comparison unit 180, and a control unit 190. For example, the control unit 190 includes a flip-flop 191 and a drive control unit 210. The drive control unit 210 includes, for example, an AND operation unit 211 and a logic synthesis circuit 30. A part or all of the PWM signal generation unit 200, the coil drive unit 146, the current detection unit 150, the peak hold unit 160, the delay unit 170, the comparison unit 180, and the control unit 190 are realized by a hardware circuit. Alternatively, some or all of the processing functions may be realized by the CPU executing a program stored in the ROM.

なお、図5において、PWM信号生成部200、コイル駆動部146、電流検出部150、ピークホールド部160、遅延部170、比較部180及び制御部190は、U相コイル11に流れる電流を制御するための構成である。V相コイル12に流れる電流を制御するための構成の図示については省略されている。モータ駆動装置1は、V相コイル12に流れる電流を制御するための構成と、U相コイル11に流れる電流を制御するための構成とを有し、両構成は、同一の構成及び機能を有する。したがって、V相コイル12に流れる電流を制御するための構成の説明については、U相コイル11に流れる電流を制御するための構成についての説明を援用する。   In FIG. 5, the PWM signal generation unit 200, the coil drive unit 146, the current detection unit 150, the peak hold unit 160, the delay unit 170, the comparison unit 180, and the control unit 190 control the current flowing through the U-phase coil 11. It is the structure for. The illustration of the configuration for controlling the current flowing through the V-phase coil 12 is omitted. The motor drive device 1 has a configuration for controlling the current flowing in the V-phase coil 12 and a configuration for controlling the current flowing in the U-phase coil 11, and both configurations have the same configuration and function. . Therefore, for the description of the configuration for controlling the current flowing through the V-phase coil 12, the description of the configuration for controlling the current flowing through the U-phase coil 11 is cited.

PWM信号生成部200は、制御信号に従って、PWM(パルス幅変調)信号を生成する。制御信号は、U相コイル11に印加する電圧を制御するための信号である。   The PWM signal generation unit 200 generates a PWM (pulse width modulation) signal according to the control signal. The control signal is a signal for controlling the voltage applied to the U-phase coil 11.

コイル駆動部146は、ステッピングモータ10のU相コイル11の通電方向をPWM信号生成部200によって生成されたPWM信号の周期で切り換える。コイル駆動部146は、トランジスタ141〜144がHブリッジの構成を有するHブリッジ回路である。コイル駆動部146は、Hブリッジの構成によって、U相コイル11には両方向に電流を流すことが可能である。   The coil drive unit 146 switches the energization direction of the U-phase coil 11 of the stepping motor 10 at the cycle of the PWM signal generated by the PWM signal generation unit 200. The coil driver 146 is an H bridge circuit in which the transistors 141 to 144 have an H bridge configuration. The coil drive unit 146 can flow current in both directions through the U-phase coil 11 by the configuration of the H bridge.

電流検出部150は、U相コイル11に流れる電流(U相コイル電流Iu)を検出する。電流検出部150は、例えば、抵抗151と、アンプ152とを有する。コイル駆動部146とグランドとの間に抵抗151が設けられている。電流検出部150は、抵抗151の両端に発生する電圧を測定することにより、U相コイル電流Iuを定量化できる。なお、抵抗151での電力損失をできるだけ小さくするため、抵抗151の抵抗値は比較的低く設定されている。このため、抵抗151の両端に発生する電圧は微小なので、当該電圧はアンプ152により増幅される。   Current detector 150 detects a current (U-phase coil current Iu) flowing through U-phase coil 11. The current detection unit 150 includes, for example, a resistor 151 and an amplifier 152. A resistor 151 is provided between the coil driving unit 146 and the ground. The current detection unit 150 can quantify the U-phase coil current Iu by measuring the voltage generated across the resistor 151. Note that the resistance value of the resistor 151 is set to be relatively low in order to reduce the power loss in the resistor 151 as much as possible. For this reason, since the voltage generated at both ends of the resistor 151 is very small, the voltage is amplified by the amplifier 152.

ピークホールド部160は、電流検出部150により検出されたU相コイル電流Iuの検出値(具体的には、アンプ152の出力値)をU相コイル11の通電方向切換毎にピークホールドする。電流検出部150により検出されたU相コイル電流Iuの検出値は、U相検出電圧Vauにより表される。ピークホールド部160は、U相検出電圧Vauのピーク値Vpuをホールドする。   The peak hold unit 160 holds the detected value of the U-phase coil current Iu detected by the current detection unit 150 (specifically, the output value of the amplifier 152) at each peak switching of the energization direction of the U-phase coil 11. The detected value of the U-phase coil current Iu detected by the current detection unit 150 is represented by the U-phase detection voltage Vau. Peak hold unit 160 holds peak value Vpu of U-phase detection voltage Vau.

遅延部170は、ピークホールド部160によりピークホールドされた値(この場合、U相検出電圧Vauのピーク値Vpu)をU相コイル11の通電方向の切り換え1回分ホールドした値である遅延出力値Vduを出力する。   Delay unit 170 is a delay output value Vdu that is a value obtained by holding the value peak-held by peak hold unit 160 (in this case, peak value Vpu of U-phase detection voltage Vau) for one switching of the energization direction of U-phase coil 11. Is output.

比較部180は、遅延出力値Vduと、電流検出部150により検出された電流検出値(具体的には、U相検出電圧Vau)を所定の比率rで抵抗分圧した分圧値(基準電圧Vr)とを比較するコンパレータ183を有する。比率rは、抵抗181及び抵抗182の抵抗値により決定される。   The comparison unit 180 divides the delay output value Vdu and the current detection value (specifically, the U-phase detection voltage Vau) detected by the current detection unit 150 by a predetermined voltage ratio r (reference voltage). Vr) is compared. The ratio r is determined by the resistance values of the resistor 181 and the resistor 182.

制御部190は、比較部180による比較結果に基づいて、U相コイル電流Iuが制限されるようにコイル駆動部146を制御する。   Based on the comparison result by comparison unit 180, control unit 190 controls coil drive unit 146 such that U-phase coil current Iu is limited.

このような構成により、比率rで決まる基準電圧Vrに対応する電流値が、U相コイル11の通電方向の切り換え1回分前のピーク電流値を超えたと比較部180により判定された場合、コンパレータ183がローレベルの信号Vcを出力する。U相コイル11の通電方向の切り換え1回分前のピーク電流値は、遅延出力値Vduに対応する電流値である。信号Vcは、比較部180による比較結果を表す信号である。   With this configuration, when the comparison unit 180 determines that the current value corresponding to the reference voltage Vr determined by the ratio r has exceeded the peak current value one time before switching the energization direction of the U-phase coil 11, the comparator 183 Outputs a low level signal Vc. The peak current value one time before switching the energization direction of the U-phase coil 11 is a current value corresponding to the delayed output value Vdu. The signal Vc is a signal representing a comparison result by the comparison unit 180.

ローレベルの信号Vcにより、制御部190のD型のフリップフロップ191はリセットされるので、フリップフロップ191のQ出力信号はローレベルになる。フリップフロップ191のQ出力信号と、PWM信号生成部200から出力されるPWM信号とは、駆動制御部210の論理積演算部211に入力される。   Since the D-type flip-flop 191 of the control unit 190 is reset by the low-level signal Vc, the Q output signal of the flip-flop 191 becomes low level. The Q output signal of the flip-flop 191 and the PWM signal output from the PWM signal generation unit 200 are input to the logical product calculation unit 211 of the drive control unit 210.

駆動制御部210は、フリップフロップ191からのQ出力信号とPWM信号生成部200からのPWM信号との論理積を論理積演算部211が演算した結果に基づき、コイル駆動部146を制御するための駆動制御信号を出力する論理合成回路30を有する。論理合成回路30は、エンコーダ20により検出された回転位相を表す位相信号を、論理積演算部211による演算結果を表す論理積信号と合成することによって、コイル駆動部146を制御するための駆動制御信号を生成する。論理合成回路30は、ステッピングモータ10を回転させたい方向のトルクが、ステッピングモータ10のロータがどの位相でも発生するように、2相分の各コイル11,12に電流を流すコイル駆動部146を駆動制御信号によって制御する。   The drive control unit 210 controls the coil drive unit 146 based on the result of the logical product operation unit 211 calculating the logical product of the Q output signal from the flip-flop 191 and the PWM signal from the PWM signal generation unit 200. It has a logic synthesis circuit 30 that outputs a drive control signal. The logic synthesis circuit 30 synthesizes a phase signal representing the rotational phase detected by the encoder 20 with a logical product signal representing a computation result by the logical product computation unit 211, thereby driving control for controlling the coil drive unit 146. Generate a signal. The logic synthesis circuit 30 includes a coil driving unit 146 that supplies current to the coils 11 and 12 for two phases so that the torque in the direction in which the stepping motor 10 is desired to rotate is generated in any phase of the rotor of the stepping motor 10. It is controlled by a drive control signal.

したがって、論理積演算部211に入力されるフリップフロップ191のQ出力信号がローレベルになることにより、コイル駆動部146に入力される駆動制御信号は論理合成回路30によりオフとなる。コイル駆動部146に入力される駆動制御信号がオフとなることにより、コイル駆動部146内のトランジスタ141〜144はオフとなる。   Therefore, when the Q output signal of the flip-flop 191 input to the AND operation unit 211 becomes low level, the drive control signal input to the coil drive unit 146 is turned off by the logic synthesis circuit 30. When the drive control signal input to the coil drive unit 146 is turned off, the transistors 141 to 144 in the coil drive unit 146 are turned off.

一方、PWM信号生成部200に入力される制御信号は、PWM信号生成部200によってパルス幅変調された後、論理積演算部211に入力される。駆動制御部210の論理合成回路30は、パルス幅変調後の制御信号(PWM信号)とフリップフロップ191のQ出力信号との論理積信号に従って、コイル駆動部146内のトランジスタ141〜144のオン又はオフを制御する。トランジスタ141〜144のオン又はオフの制御により、U相コイル11に流れるコイル電流Iuの通電方向が制御される。PWM信号は、フリップフロップ191をセットするトリガ信号となり、PWM信号がハイレベルとなるのと同時に、フリップフロップ191のD端子に入力されているハイベル電圧のQ出力信号がQ出力端子から出力される。Q出力信号とPWM信号との論理積信号に従ってコイル駆動部146が論理合成回路30により制御される。これにより、PWM信号の周期毎に、通電方向が切り換わる1回前の電流(つまり、反対方向の電流)のピーク電流値に対して、U相コイル電流Iuを比率rに基づいて電流制限をかけることができる   On the other hand, the control signal input to the PWM signal generation unit 200 is subjected to pulse width modulation by the PWM signal generation unit 200 and then input to the AND operation unit 211. The logic synthesis circuit 30 of the drive control unit 210 turns on or off the transistors 141 to 144 in the coil drive unit 146 according to the logical product signal of the control signal (PWM signal) after pulse width modulation and the Q output signal of the flip-flop 191. Control off. The energization direction of the coil current Iu flowing through the U-phase coil 11 is controlled by the on / off control of the transistors 141 to 144. The PWM signal becomes a trigger signal for setting the flip-flop 191. At the same time as the PWM signal becomes high level, the Q output signal of the high bell voltage input to the D terminal of the flip-flop 191 is output from the Q output terminal. . The coil drive unit 146 is controlled by the logic synthesis circuit 30 in accordance with a logical product signal of the Q output signal and the PWM signal. As a result, for each PWM signal cycle, the U-phase coil current Iu is limited based on the ratio r with respect to the peak current value of the current one time before the energization direction switches (that is, the current in the opposite direction). Can call

図6において、ハイレベルのU相電圧Vuは、トランジスタ141,143を共にオンにし且つトランジスタ142,144を共にオフにした状態を示す。ローレベルのU相電圧Vuは、トランジスタ142,144を共にオンにし且つトランジスタ141,143を共にオフにした状態を示す。ただし、図6は、PWM変調された制御信号(PWM信号)がローレベルの状態では、あるいは、フリップフロップ191から出力されたQ出力信号がローレベルの状態では、各トランジスタのオン状態又はオフ状態はこの限りではない。   In FIG. 6, a high-level U-phase voltage Vu indicates a state in which both the transistors 141 and 143 are turned on and the transistors 142 and 144 are both turned off. The low-level U-phase voltage Vu indicates a state where both the transistors 142 and 144 are turned on and both the transistors 141 and 143 are turned off. However, FIG. 6 shows an ON state or an OFF state of each transistor when the PWM-modulated control signal (PWM signal) is at a low level or when the Q output signal output from the flip-flop 191 is at a low level. This is not the case.

図6において、U相電圧Vuは、前述の通りである。U相コイル電流Iuは、トランジスタ141、U相コイル11、トランジスタ143の順に流れる電流の方向を正方向としている。U相電圧Vuをハイレベル状態にすることで、U相コイル電流Iuの電流値は、所定の状態から、U相コイル11のLR時定数に従って、正方向に増加する。U相コイル電流Iuが抵抗151に流れることによりアンプ152から出力される電圧は、U相検出電圧Vauに対応する。PWM信号がオフ状態である毎にコイル駆動部146で同期整流が行われている場合には、U相検出電圧Vauは、図7に示すような波形になる。   In FIG. 6, the U-phase voltage Vu is as described above. In the U-phase coil current Iu, the direction of current flowing in the order of the transistor 141, the U-phase coil 11, and the transistor 143 is a positive direction. By setting the U-phase voltage Vu to a high level state, the current value of the U-phase coil current Iu increases in a positive direction from a predetermined state according to the LR time constant of the U-phase coil 11. The voltage output from the amplifier 152 when the U-phase coil current Iu flows through the resistor 151 corresponds to the U-phase detection voltage Vau. When synchronous rectification is performed by the coil drive unit 146 every time the PWM signal is in the OFF state, the U-phase detection voltage Vau has a waveform as shown in FIG.

次に、図6のように、ピークホールド部160でホールドされたピーク値Vpuは、U相コイル11の通電方向の切り換えタイミング毎に零にリセットされる。その後、ピークホールド部160は、次の通電方向の切り換えタイミングになるまで、U相検出電圧Vauのピーク値をサンプリングホールドする。遅延部170は、ピーク値VpuをU相コイル11の通電方向の切り換えタイミング毎にサンプリングし、その後、次の通電方向の切り換えタイミングになるまで、そのサンプリングしたピーク値Vpuをホールドする。   Next, as shown in FIG. 6, the peak value Vpu held by the peak hold unit 160 is reset to zero at every switching timing of the energization direction of the U-phase coil 11. Thereafter, the peak hold unit 160 samples and holds the peak value of the U-phase detection voltage Vau until the next energization direction switching timing is reached. Delay unit 170 samples peak value Vpu at every switching timing of the energization direction of U-phase coil 11, and then holds the sampled peak value Vpu until the next switching timing of the energization direction.

基準電圧Vrは、U相検出電圧Vauが抵抗分圧された電圧を表す。図6では、基準電圧Vrは、U相検出電圧Vauを0.4倍の比率rで分圧した値に設定されている。   Reference voltage Vr represents a voltage obtained by resistance-dividing U-phase detection voltage Vau. In FIG. 6, the reference voltage Vr is set to a value obtained by dividing the U-phase detection voltage Vau by a ratio r of 0.4.

信号Vcは、ピーク値Vpuをホールドした値である遅延出力値Vduと、U相検出電圧Vauの分圧値である基準電圧Vrとをコンパレータ183が比較した結果を表す。この例では、常に、遅延出力値Vduが基準電圧Vrを上回るため、信号Vcはハイレベルに固定されている。   The signal Vc represents the result of the comparator 183 comparing the delayed output value Vdu, which is a value obtained by holding the peak value Vpu, with the reference voltage Vr, which is a divided value of the U-phase detection voltage Vau. In this example, since the delay output value Vdu always exceeds the reference voltage Vr, the signal Vc is fixed at a high level.

図6では、基準電圧Vrは、U相検出電圧Vauの0.4倍に設定されている。通電方向が切り換わる1回前のピーク電流値に対して2.5倍(1/0.4)のコイル電流Iuが流れると、コイル電流Iuの流れがコイル駆動部146のオフにより制限される。   In FIG. 6, the reference voltage Vr is set to 0.4 times the U-phase detection voltage Vau. When a coil current Iu that is 2.5 times (1 / 0.4) the peak current value before the energization direction is switched flows, the flow of the coil current Iu is limited by the coil drive unit 146 being turned off. .

一方、図8では、基準電圧Vrは、U相検出電圧Vauの0.8倍に設定されている。通電方向が切り換わる1回前のピーク電流値に対して1.25倍(1/0.8)のコイル電流Iuが流れると、コイル電流Iuの流れがコイル駆動部146のオフにより制限される。つまり、図8では、基準電圧Vrに対応する電流値が通電方向が切り換わる1回前のピーク電流値に達することで、信号Vcがローレベルになることで、U相コイル電流Iuは制限される。図8は、信号Vcがローレベルの期間に、U相コイル電流Iuの正側のピーク電流値と負側のピーク電流値とが制限されていることを示す。   On the other hand, in FIG. 8, the reference voltage Vr is set to 0.8 times the U-phase detection voltage Vau. When the coil current Iu that is 1.25 times (1 / 0.8) the peak current value one time before the energization direction is switched flows, the flow of the coil current Iu is limited by the coil drive unit 146 being turned off. . That is, in FIG. 8, when the current value corresponding to the reference voltage Vr reaches the peak current value one time before the energization direction is switched, the signal Vc becomes low level, and thus the U-phase coil current Iu is limited. The FIG. 8 shows that the positive-side peak current value and the negative-side peak current value of the U-phase coil current Iu are limited while the signal Vc is at a low level.

このように、本実施形態によれば、通電方向が切り換わる前のピーク電流値から、通電方向が切り換わった後の電流が上昇又は減少する幅が制限されるので、ステッピングモータのコイルに流れる電流の正負のバランスが崩れることを抑制することができる。その結果、例えば、共振の発生が抑制される。また、共振による振動やトルク低減を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, the width of the increase or decrease in the current after the energization direction is switched is limited from the peak current value before the energization direction is switched, so that the current flows through the coil of the stepping motor. It is possible to prevent the current positive / negative balance from being lost. As a result, for example, the occurrence of resonance is suppressed. Moreover, vibration and torque reduction due to resonance can be suppressed.

なお、抵抗分圧の比率rの設定は、ステッピングモータ10の挙動を確認しながら最適な値に調整されるとよい。   The setting of the resistance partial pressure ratio r may be adjusted to an optimal value while confirming the behavior of the stepping motor 10.

また、図9に示されるように、ピークホールド部160及び遅延部170は、アナログ回路により構成することが可能である。図9は、ピークホールド部と遅延部を実現するアナログのハードウェア回路の一例を示す図である。   Further, as shown in FIG. 9, the peak hold unit 160 and the delay unit 170 can be configured by analog circuits. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an analog hardware circuit that implements a peak hold unit and a delay unit.

図9において、通電電圧切換信号は、エンコーダ20(図5参照)により検出されたコイルの通電方向の切り換えタイミングを表す。   In FIG. 9, the energization voltage switching signal represents the switching timing of the energization direction of the coil detected by the encoder 20 (see FIG. 5).

アナログスイッチ163は、通信電圧切換信号の立上りエッジがバッファ162に入力されることにより、U相検出電圧Vauの入力をL端子側からH端子側に切り替える。これにより、ダイオード161を介して入力されるU相検出電圧Vauは、キャパシタ164にサンプリングされる。アナログスイッチ163は、通信電圧切換信号の立下りエッジがバッファ162に入力されることにより、U相検出電圧Vauの入力をH端子側からL端子側に切り替える。これにより、通信電圧切換信号の立下りエッジタイミングでのピーク値Vpuが、キャパシタ164にホールドされるとともに、ダイオード161を介して入力されるU相検出電圧Vauは、キャパシタ165にサンプリングされる。   The analog switch 163 switches the input of the U-phase detection voltage Vau from the L terminal side to the H terminal side when the rising edge of the communication voltage switching signal is input to the buffer 162. Thereby, the U-phase detection voltage Vau input via the diode 161 is sampled by the capacitor 164. The analog switch 163 switches the input of the U-phase detection voltage Vau from the H terminal side to the L terminal side when the falling edge of the communication voltage switching signal is input to the buffer 162. As a result, the peak value Vpu at the falling edge timing of the communication voltage switching signal is held in the capacitor 164, and the U-phase detection voltage Vau input via the diode 161 is sampled in the capacitor 165.

一方、アナログスイッチ166は、通信電圧切換信号の立上りエッジがバッファ179に入力されることにより、遅延出力値Vduの出力をH端子側からL端子側に切り替える。これにより、キャパシタ165にサンプリングされていたピーク値Vpuが、遅延出力値Vduとして出力される。アナログスイッチ166は、通信電圧切換信号の立下りエッジがバッファ179に入力されることにより、遅延出力値Vduの出力をL端子側からH端子側に切り替える。これにより、キャパシタ164にサンプリングされていたピーク値Vpuが、遅延出力値Vduとして出力される。   On the other hand, the analog switch 166 switches the output of the delayed output value Vdu from the H terminal side to the L terminal side when the rising edge of the communication voltage switching signal is input to the buffer 179. As a result, the peak value Vpu sampled in the capacitor 165 is output as the delayed output value Vdu. The analog switch 166 switches the output of the delayed output value Vdu from the L terminal side to the H terminal side when the falling edge of the communication voltage switching signal is input to the buffer 179. As a result, the peak value Vpu sampled in the capacitor 164 is output as the delayed output value Vdu.

キャパシタ164にサンプリングされた値は、通信電圧切換信号の次の立下りエッジタイミングで、トランジスタ174がオンすることにより、リセットされる。トランジスタ174は、通信電圧切換信号の立下りエッジがバッファ171を介して微分回路172に入力されることにより、トランジスタ174はオンする。ダイオード173は、トランジスタ174を過大な負電圧から守るクランプ機能を有する。   The value sampled in the capacitor 164 is reset by turning on the transistor 174 at the next falling edge timing of the communication voltage switching signal. The transistor 174 is turned on when the falling edge of the communication voltage switching signal is input to the differentiation circuit 172 via the buffer 171. The diode 173 has a clamp function of protecting the transistor 174 from an excessive negative voltage.

同様に、キャパシタ165にサンプリングされた値は、通信電圧切換信号の次の立上りエッジタイミングで、トランジスタ178がオンすることにより、リセットされる。トランジスタ178は、通信電圧切換信号の立上りエッジがバッファ175を介して微分回路176に入力されることにより、トランジスタ178はオンする。ダイオード177は、トランジスタ178を過大な負電圧から守るクランプ機能を有する。   Similarly, the value sampled in the capacitor 165 is reset by turning on the transistor 178 at the next rising edge timing of the communication voltage switching signal. The transistor 178 is turned on when the rising edge of the communication voltage switching signal is input to the differentiation circuit 176 via the buffer 175. The diode 177 has a clamping function to protect the transistor 178 from an excessive negative voltage.

以上、モータ駆動装置を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。   As mentioned above, although the motor drive device was demonstrated by embodiment, this invention is not limited to said embodiment. Various modifications and improvements such as combinations and substitutions with some or all of the other embodiments are possible within the scope of the present invention.

1 モータ駆動装置
10 ステッピングモータ
11 U相コイル
12 V相コイル
100,101 モータ制御システム
146 コイル駆動部
150 電流検出部
160 ピークホールド部
170 遅延部
180 比較部
190 制御部
191 フリップフロップ
200 PWM信号生成部
210 駆動制御部
211 論理積演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor drive device 10 Stepping motor 11 U phase coil 12 V phase coil 100, 101 Motor control system 146 Coil drive part 150 Current detection part 160 Peak hold part 170 Delay part 180 Comparison part 190 Control part 191 Flip-flop 200 PWM signal generation part 210 Drive control unit 211 AND operation unit

Claims (4)

PWM信号を生成するPWM信号生成部と、
ステッピングモータのコイルの通電方向を前記PWM信号生成部によって生成された前記PWM信号の周期で切り換えるコイル駆動部と、
前記コイルに流れるコイル電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出された前記コイル電流の検出値のピーク値をホールドするピークホールド部と、
前記ピークホールド部によりホールドされた前記ピーク値を前記通電方向の切り換え1回分ホールドした値である遅延出力値を出力する遅延部と、
前記検出値の分圧値と、前記遅延出力値とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記コイル電流が制限されるように前記コイル駆動部を制御する制御部とを備える、モータ駆動装置。
A PWM signal generator for generating a PWM signal;
A coil drive unit that switches the energization direction of the coil of the stepping motor at a cycle of the PWM signal generated by the PWM signal generation unit;
A current detector for detecting a coil current flowing in the coil;
A peak hold unit for holding a peak value of the detected value of the coil current detected by the current detection unit;
A delay unit for outputting a delay output value which is a value obtained by holding the peak value held by the peak hold unit for one switching of the energization direction;
A comparison unit that compares the divided voltage value of the detected value with the delayed output value;
A motor drive device comprising: a control unit that controls the coil drive unit such that the coil current is limited based on a comparison result by the comparison unit.
前記制御部は、前記分圧値が前記遅延出力値を超えたと前記比較部により判定された場合、前記コイル電流が制限されるように前記コイル駆動部を制御する、請求項1に記載のモータ駆動装置。   The motor according to claim 1, wherein the control unit controls the coil driving unit so that the coil current is limited when the comparison unit determines that the divided voltage value exceeds the delay output value. Drive device. 前記制御部は、
前記PWM信号によりセットされ、前記比較部による比較結果によりリセットされるフリップフロップと、
前記フリップフロップの出力信号と前記PWM信号とに基づいて、前記コイル駆動部を制御する駆動制御部とを有する、請求項1又は2に記載のモータ駆動装置。
The controller is
A flip-flop set by the PWM signal and reset by a comparison result by the comparison unit;
The motor drive device according to claim 1, further comprising: a drive control unit that controls the coil drive unit based on an output signal of the flip-flop and the PWM signal.
前記駆動制御部は、前記フリップフロップの出力信号と前記PWM信号との論理積を演算することで、前記コイル駆動部を制御する、請求項3に記載のモータ駆動装置。   The motor drive device according to claim 3, wherein the drive control unit controls the coil drive unit by calculating a logical product of the output signal of the flip-flop and the PWM signal.
JP2016254348A 2016-12-27 2016-12-27 Motor driving apparatus Pending JP2018107972A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016254348A JP2018107972A (en) 2016-12-27 2016-12-27 Motor driving apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016254348A JP2018107972A (en) 2016-12-27 2016-12-27 Motor driving apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018107972A true JP2018107972A (en) 2018-07-05

Family

ID=62785743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016254348A Pending JP2018107972A (en) 2016-12-27 2016-12-27 Motor driving apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018107972A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4207581A4 (en) * 2020-08-28 2024-01-17 Panasonic Ip Man Co Ltd Stepping motor abnormality detecting device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4207581A4 (en) * 2020-08-28 2024-01-17 Panasonic Ip Man Co Ltd Stepping motor abnormality detecting device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7402975B2 (en) Motor drive device and drive method
KR100445250B1 (en) Electronically commutated brushless dc motor and motor system
JP4959460B2 (en) Motor starting device and motor starting method
US8508176B2 (en) Drive apparatus for stepping motor
US7622873B2 (en) Motor drive device and drive method
JP6204386B2 (en) Motor current control device and motor current control method
JP6322134B2 (en) Motor control device and motor control method
JP6603638B2 (en) Motor drive control device and motor drive control method
US9281769B2 (en) Electronic circuit and method for adjusting start-up characteristics of drive signals applied to an electric motor
US9172320B2 (en) Electronic circuit and method for synchronizing electric motor drive signals between a start-up mode of operation and a normal mode of operation
US9614470B2 (en) Motor current controller and method for controlling motor current
US11990858B2 (en) Method and circuit assembly for the resonance damping of stepper motors
WO2018221628A1 (en) Motor current control device and motor current control method
JP2011211799A (en) Motor drive unit
EP3163744B1 (en) Method of starting a three-phase bldc motor and motor driver using same
JP4243567B2 (en) Sensorless motor driving apparatus and driving method thereof
JP2018107972A (en) Motor driving apparatus
JP2001298981A (en) Motor drive circuit and its driving method
US9906179B1 (en) Motor drive control device and motor drive control method
JP6935349B2 (en) Motor drive
WO2022259624A1 (en) Inverter control device, inverter control method
WO2019070062A1 (en) Motor control device
JP2015142432A (en) Motor control device and motor control method
JP2011244617A (en) Motor drive device
JP2000175484A (en) Sensorless drive and control apparatus for brushless motor