JP2020025435A - 集積回路及びモータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ−ＤＣコンバータとＡＤコンバータを含む集積回路において、ＡＤコンバータを精度よく動作させる。【解決手段】モータ装置は、ＡＤコンバータと、入力される第１電圧を第２電圧に変換してＡＤコンバータの電源電圧として出力するＤＣ−ＤＣコンバータ１６２と、ＡＤコンバータおよびＤＣ−ＤＣコンバータを制御する制御部とを備える。ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のスイッチング素子２１６と、一端が基準電位に他端が第１のスイッチング素子の一端に接続される第２のスイッチング素子２１８と、２つのスイッチング素子の接続点に接続されるコイル２２２と、コイルに流れる電流を検出する電流検出部とを有する。制御部は、第１のスイッチング素子をオフ状態とし、第２のスイッチング素子をオン状態とし、電流検出部が検出した電流が基準電流値以下になった後、第２のスイッチング素子をオフ状態とし、ＡＤコンバータを動作させる。【選択図】図２

Description

本発明は、集積回路及びモータ装置に関する。

エンコーダ等でロータの回転位置を検出し、回転位置に応じ、ＩＣがトランジスタを用いてモータコイルに流す電流を制御し、ロータを回転駆動するモータが知られている（例えば、特許文献１及び非特許文献１〜３参照）。
特許文献１ 特開２００６−８１２８３号公報
非特許文献１ 江崎 雅康、「ブラシレスＤＣモータのベクトル制御技術」、第２版、２０１３年８月１日
非特許文献２ 見城 尚志、「小型モータの基礎とマイコン制御」、第９版、１９９３年３月２５日
非特許文献３ 長竹 和夫、「家電用モータ・インバータ技術」、初版、２０００年４月２８日

モータの回転を制御するために、モータコイルに流れる電流を計測するＡＤコンバータが用いられる。モータを高精度に制御すべく、ＡＤコンバータは高精度に動作できることが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、入力される第１電圧を第２電圧に変換してＡＤコンバータの電源電圧として出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、ＡＤコンバータおよびＤＣ−ＤＣコンバータを制御する制御部とを備え、ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のスイッチング素子と、一端が基準電位に接続され、他端が第１のスイッチング素子の一端に接続される第２のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の接続点に接続されるコイルと、コイルに流れる電流を検出する電流検出部とを有し、制御部は、第１のスイッチング素子をオフ状態とし、第２のスイッチング素子をオン状態とし、電流検出部が検出した電流が基準電流値以下になった後に、第２のスイッチング素子をオフ状態として、ＡＤコンバータを動作させる集積回路を提供する。

本発明の第２の態様においては、第１の態様に係る集積回路と、駆動回路により駆動されるモータとを備えるモータ装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係るモータ装置１０の概略を示すブロック図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の構成例を示す図である。 ＡＤコンバータ１５８がアナログ信号をデジタル信号に変換する場合の、集積回路２００の動作例を説明する図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の他の構成例を示す図である。 図４に示したＤＣ−ＤＣコンバータ１６２を用いた場合の、集積回路２００の動作例を説明する図である。 図１に示したＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の接続例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一つの実施形態に係るモータ装置１０の概略を示すブロック図である。モータ装置１０は、モータ１１０を含むモータモジュール１００を備える。本例のモータ装置１０は、演算回路１７０、第１電源部１８０、第２電源部１９０を更に備えている。図１に示すモータ装置１０は、一つのモータモジュール１００を備えているが、モータ装置１０は、複数のモータモジュール１００を備えていてもよい。

本例のモータモジュール１００は、モータ１１０、スイッチング素子群１２０、検出部１２６、検出部１３６、検出部１４６、及び、集積回路１５０を有する。モータ１１０は、ブラシレスモータであってよい。図１の例では、モータ１１０は３相ブラシレスモータである。図１において、モータ１１０の各相はｕ、ｖ、ｗで示される。モータ１１０の各相の回路は、スイッチング素子群１２０を介して、第１電源部１８０からの電力を受け取る。モータ１１０の各相の回路が発生する磁場により、モータ１１０のロータが回転する。

スイッチング素子群１２０は、複数のスイッチング素子を含み、モータ１１０の各相に流れる電流を制御する。本例のスイッチング素子群１２０は、モータ１１０のｖ相に流れる電流を制御するスイッチング素子１２２及びスイッチング素子１２４、モータ１１０のｗ相に流れる電流を制御するスイッチング素子１３２及びスイッチング素子１３４、並びに、モータ１１０のｕ相に流れる電流を制御するスイッチング素子１４２及びスイッチング素子１４４を含む。

スイッチング素子群１２０に含まれるスイッチング素子１２２〜１４４は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってよい。例えば、スイッチング素子１２２〜１４４は、ＰＭＯＳ又はＮＭＯＳであってよい。また、各相の電流を制御する複数のスイッチング素子は相補的に配置されてよい。

一例として、スイッチング素子１２２はＰＭＯＳであってよく、スイッチング素子１２４はＮＭＯＳであってよい。スイッチング素子１３２及び１３４、並びに、スイッチング素子１４２及び１４４も同様の構成であってよい。

スイッチング素子群１２０のスイッチング素子の少なくとも一部は、ＦＥＴに代えて他の構成を採用してもよい。例えば、スイッチング素子１２２〜１４４は、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、又は、サイリスタであってよい。

検出部１２６、検出部１３６及び検出部１４６（併せて「検出部１３６等」ということがある）は、スイッチング素子群１２０とグラウンドの間に配置され、モータ１１０の各相に流れる電流を検出する。例えば、検出部１３６は、スイッチング素子１３２よりも低電位側に配置されたスイッチング素子１３４と、グラウンドとの間に配置され、ｗ相に流れる電流を検出する。

検出部１３６等は、シャント抵抗と、当該シャント抵抗の両端で集積回路１５０に配線接続する端子とを含んでよい。これにより、検出部１３６等は、シャント抵抗の両端の電位差を、モータ１１０の各相に流れる電流量情報として集積回路１５０に伝達する。シャント抵抗は、一例として数十ミリΩ程度の抵抗であってよい。

本実施形態において、検出部１３６はモータ１１０のｗ相に流れる電流Ｉｗを検出し、検出部１４６はモータ１１０のｕ相に流れる電流Ｉｕを検出する。モータ１１０のｖ相、ｗ相、ｕ相に流れる電流の合計は０であるので、モータ１１０のｖ相に流れる電流Ｉｖは−（Ｉｗ＋Ｉｕ）から演算可能である。従って、モータモジュール１００にｖ相に対応する検出部を省略することができ、システムコストを低減することができる。これに代えて、モータモジュール１００にｖ相に対応する検出部１２６を設けて、より精密なモータ制御を実現してもよい。

集積回路１５０は、モータ１１０の電流量をモニタし、スイッチング素子群１２０を介してモータ１１０の駆動を制御する。例えば、集積回路１５０は、検出部１３６等から取得したモータ１１０の各相に流れる電流の電流量情報を演算回路１７０に通知する。演算回路１７０は、電流量情報に基づいて、スイッチング素子群１２０を制御するための電圧または信号等を生成する。集積回路１５０は、演算回路１７０が生成した電圧または信号等に基づいてスイッチング素子群１２０のスイッチング動作を制御して、モータ１１０の駆動を制御する。

集積回路１５０は、異なる処理を行う複数機能を実現する回路を集積したＩＣである。集積回路１５０は、ＡＤコンバータ１５８、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２および制御部１６４を備える。ＡＤコンバータ１５８は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。本例のＡＤコンバータ１５８は、モータ１１０の各相に流れる電流の電流量情報を、デジタル信号に変換する。本例のＡＤコンバータ１５８は、デジタル信号に変換した電流量情報を、演算回路１７０に送信する。ＡＤコンバータ１５８は、任意の公知の回路により実現されてよい。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、入力される第１電圧を第２電圧に変換して、ＡＤコンバータ１５８の電源電圧として出力する。本例のＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、第１電源部１８０から入力される第１電圧を、第１電圧よりも低い第２電圧に変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、集積回路１５０において、ＡＤコンバータ１５８以外の回路に対しても電源電圧を供給してよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、演算回路１７０の電源電圧を更に生成してもよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、第１電圧に基づいて、複数の電圧を生成してよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、集積回路１５０の各回路に、他の回路とは異なる電圧を供給してよく、他の回路と同一の電圧を供給してもよい。

制御部１６４は、ＡＤコンバータ１５８およびＤＣ−ＤＣコンバータ１６２を制御する。制御部１６４は、集積回路１５０におけるＡＤコンバータ１５８およびＤＣ−ＤＣコンバータ１６２以外の各回路を更に制御してもよい。図１においては、制御部１６４をＡＤコンバータ１５８およびＤＣ−ＤＣコンバータ１６２等の回路とは異なる構成要素として示しているが、制御部１６４の一部または全体は、ＡＤコンバータ１５８に含まれていてよく、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２に含まれていてよく、複数の回路に分散して含まれていてもよい。制御部１６４は、演算回路１７０が出力する電圧等に基づいて、集積回路１５０の少なくとも一部の回路を制御してよい。

制御部１６４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の電圧変換動作が停止した状態で、ＡＤコンバータ１５８を動作させる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の電圧変換動作とは、第１電圧を第２電圧に変換するための動作である。一例としてＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、スイッチング動作により第１電圧を第２電圧に変換するスイッチングレギュレータを含む。この場合、スイッチング動作が電圧変換動作に相当する。以下、本例において電圧変換動作はスイッチング動作と記載する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作が停止した状態で、ＡＤコンバータ１５８が動作することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作により生じるノイズの影響を抑制して、ＡＤコンバータ１５８のアナログ／デジタル変換精度を向上させることができる。また、ＡＤコンバータ１５８の精度が向上することで、モータ１１０の駆動精度を向上できる。

集積回路１５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作が停止した状態でも、ＡＤコンバータ１５８が動作できるように構成されている。例えばＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、スイッチング動作が停止した場合でも、所定の期間はＡＤコンバータ１５８に電源電圧を印加できる構成を有してよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、スイッチング動作時に電荷が蓄積され、ＡＤコンバータ１５８に電圧を出力するキャパシタを有してよい。

他の例では、ＡＤコンバータ１５８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２からの電圧印加が停止した場合であっても、所定の期間は動作できる構成を有してもよい。例えばＡＤコンバータ１５８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２から電力が供給されている期間に電荷を蓄積し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２から電力が供給されない期間に電源として機能するキャパシタを有してよい。

他の例では、集積回路１５０は、蓄電部を有してもよい。蓄電部は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２がスイッチング動作している期間にＤＣ−ＤＣコンバータ１６２により電荷が蓄積され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２がスイッチング動作していない期間にＡＤコンバータ１５８に電源を供給してよい。

集積回路１５０は、増幅回路１５６を有してよい。増幅回路１５６は、検出部１３６等が検出した電流の検出値（本例では、検出部１３６等のシャント抵抗の両端間電圧）を増幅する。増幅回路１５６は、増幅した電圧をＡＤコンバータ１５８に入力する。増幅回路１５６は、任意の公知のアナログ増幅回路により実現されてよい。

集積回路１５０は、駆動回路１５２を有してよい。駆動回路１５２は、スイッチング素子群１２０を制御することで、モータ１１０を駆動する。駆動回路１５２には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２から電源電圧が供給されてよい。

駆動回路１５２は、スイッチング素子１２２〜１４４のスイッチ動作を制御するプリドライバであってよい。例えば、駆動回路１５２は、タイミング信号生成回路１５４から駆動信号を受け取り、駆動信号に応じて各スイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦの切り替えを実行する。この場合、スイッチング素子１２２〜１４４のゲートは駆動回路１５２に接続されている。

駆動回路１５２は、複数のスイッチング素子１２２〜１４４に対応した複数の駆動信号を受け取り、これによりスイッチング素子ごとにスイッチング制御を行ってよい。例えば、図示するように駆動回路１５２は、スイッチング素子群１２０の６個のスイッチング素子１２２〜１４４のゲートに接続し、タイミング信号生成回路１５４から受信した複数の駆動信号に応じて、６個のスイッチング素子１２２〜１４４の駆動を行ってよい。

駆動回路１５２は、６個のスイッチング素子１２２〜１４４に対応して、タイミング信号生成回路１５４から３相の駆動信号を受信してよい。例えば、スイッチング素子１２２及び１２４に対応してｖ相の駆動信号を受信し、スイッチング素子１３２及び１３４に対応してｗ相の駆動信号を受信し、スイッチング素子１４２及び１４４に対応してｕ相の駆動信号を受信してよい。

駆動回路１５２は、駆動信号に応じて、各スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御してよい。例えば、駆動回路１５２は、ｖ相について＋レベルの駆動信号を受信したことに応じて、スイッチング素子１２２をＯＮにし、スイッチング素子１２４をＯＦＦにしてよい。ｖ相について０レベルの駆動信号を受信したことに応じて、スイッチング素子１２２及びスイッチング素子１２４をＯＦＦにしてよい。ｖ相について−レベルの駆動信号を受信したことに応じて、スイッチング素子１２２をＯＦＦにし、スイッチング素子１２４をＯＮにしてよい。駆動回路１５２は、ｕ相、ｗ相についても同様の動作を行ってよい。

タイミング信号生成回路１５４は、演算回路１７０から駆動電圧値を受け取り、駆動電圧値に応じた駆動信号を生成して駆動回路１５２に与える。例えば、タイミング信号生成回路１５４は、駆動電圧値の大きさに応じたパルス幅のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を駆動信号として生成し、ＰＷＭ信号により駆動回路１５２の動作タイミングを制御する。一例として、タイミング信号生成回路１５４は、演算回路１７０から３相の駆動電圧値を受け取り、３相の駆動電圧値に対応する３相分のＰＷＭ信号を生成し、これを駆動回路１５２に与える。

タイミング信号生成回路１５４は、デジタル信号により指定された数値に対応するＰＷＭ信号を生成する回路であってよい。例えば、タイミング信号生成回路１５４は、複数のカウンタ群が設置されたマルチタイミングユニット（ＭＴＵ）であってよい。タイミング信号生成回路１５４は、公知の他の回路により実現されてもよい。

通信回路１６０は、集積回路１５０と演算回路１７０との通信を行うインタフェースである。例えば、モータ装置１０には演算回路１７０と集積回路１５０を接続するシリアルバスが設けられてよい。この場合、通信回路１６０は、演算回路１７０と通信するためのシリアル・インタフェース回路であってよい。これにより、通信回路１６０は、ＡＤコンバータ１５８の出力（すなわち、モータ１１０の各相の電流値）を演算回路１７０に送信し、演算回路１７０から受け取った各相の駆動電圧値をタイミング信号生成回路１５４に供給する。

集積回路１５０は、ＡＤコンバータ１５８、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２および制御部１６４が、一つの半導体基板に集積された半導体チップである。なお、ＡＤコンバータ１５８、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２および制御部１６４のうち少なくとも一つの構成要素について、回路要素の一部分が集積回路１５０の外に設けられていてもよい。本例の集積回路１５０には、少なくとも、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２においてスイッチング動作するドライバ回路と、ＡＤコンバータ１５８においてアナログ信号をデジタル信号に変換する変換回路とが設けられている。

集積回路１５０は、駆動回路１５２、タイミング信号生成回路１５４、増幅回路１５６、ＡＤコンバータ１５８、通信回路１６０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２および制御部１６４の一部のみを集積していてよく、全てを集積していてもよい。集積回路１５０は、任意で他の回路が更に集積されていてもよい。

演算回路１７０は、検出部１３６等が検出した電流の検出値に基づいて、駆動電圧値を決定する。例えば、演算回路１７０は、集積回路１５０のＡＤコンバータ１５８からモータ１１０の同時刻における各相の電流値を受け取り、当該電流値に基づき駆動電圧値を演算する。演算回路１７０は、このような演算を実行可能な計算回路を含むマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）であってよい。

演算回路１７０は、各相の電流値に基づきモータ１１０のロータの現在の回転位置を推定し、現在の回転位置及び現在の各相の電流値の少なくとも一方に基づき、タイミング信号生成回路１５４に与える駆動電圧値を決定してよい。演算回路１７０は、ＰＷＭ Ｄｕｔｙを駆動電圧値として生成し、ＰＷＭを実行するタイミング信号生成回路１５４に与えてよい。演算回路１７０は、矩形波駆動又はベクトル制御に基づいて駆動電圧値を決定してよい。

第１電源部１８０は、モータモジュール１００に第１電圧を供給する。例えば、第１電源部１８０は、集積回路１５０を動作させるために第１電圧を供給する。また、第１電源部１８０は、スイッチング素子群１２０を介して、モータ１１０に第１電圧を供給する。

第２電源部１９０は、演算回路１７０に電源電圧を供給する。第２電源部１９０は、第１電源部１８０とは独立した電源であってよい。これに代えて、第２電源部１９０は、第１電源部１８０から第１電圧を受け取り、これを電圧変換して電源電圧として演算回路１７０に供給してもよい。

図２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の構成例を示す図である。本例のＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、集積回路２００、コイル２２２、キャパシタ２２４およびキャパシタ２２６を備える。集積回路２００は、図１に示した集積回路１５０の一部である。

本例の集積回路２００は、ドライバ回路２１５、プリドライバ２０６および制御部１６５を有する。本例のドライバ回路２１５は、相補的にスイッチング動作するスイッチング素子２１６およびスイッチング素子２１８を有する。２１６は第１のスイッチング素子の一例であり、２１８は第２のスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２１６および２１８は、ＰＭＯＳあるいはＮＭＯＳであってよい。本例のスイッチング素子２１６および２１８は集積回路２００に設けられているが、他の例では、スイッチング素子２１６および２１８は、集積回路２００の外に設けられていてもよい。

スイッチング素子２１６およびスイッチング素子２１８は、第１電源部１８０からの第１電圧が印加される端子２３０と、グラウンド等の基準電位と接続される端子２３４との間に直列に設けられている。図２における各端子２３０〜２３６は、集積回路２００の端子である。スイッチング素子２１６及びスイッチング素子２１８の接続点２１７は、ドライバ回路２１５の出力端として機能する。スイッチング素子２１６およびスイッチング素子２１８が相補的に動作することで、ドライバ回路２１５の電流出力を調整する。

接続点２１７には、コイル２２２およびキャパシタ２２４が接続されている。本例では、コイル２２２は端子２３２を介して接続点２１７に接続されている。また、キャパシタ２２４は、コイル２２２と、グラウンド等の基準電位との間に設けられている。図２の例では、コイル２２２およびキャパシタ２２４は集積回路２００の外に設けられているが、他の例では、コイル２２２およびキャパシタ２２４は集積回路２００に設けられていてもよい。コイル２２２およびキャパシタ２２４は、ドライバ回路２１５の出力電圧を平滑化する。キャパシタ２２４の電圧が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の出力電圧Ｖｏ１となる。

プリドライバ２０６は、ドライバ回路２１５のスイッチング素子２１６およびスイッチング素子２１８を制御する。スイッチング素子２１６がオンしている期間と、スイッチング素子２１８がオンしている期間との比を調整することで、ドライバ回路２１５が出力する電圧を調整できる。プリドライバ２０６は、制御部１６５からのＤｕｔｙ信号を入力として、スイッチング素子２１６および２１８のオン、オフを制御する信号を発生する。Ｄｕｔｙ信号は、ハイ状態（Ｈ状態）およびロー状態（Ｌ状態）の２つの極性を有しており、各極性に対応するスイッチング素子２１６または２１８がオン状態に遷移する。

制御部１６５は、プリドライバ２０６に入力するＤｕｔｙ信号のＤｕｔｙ比を調整することで、ドライバ回路２１５の出力電圧Ｖｏ１を調整する。制御部１６５には、出力電圧Ｖｏ１がフィードバックされてよい。制御部１６５は、出力電圧Ｖｏ１が所定の電圧となるように、Ｄｕｔｙ信号のＤｕｔｙ比を調整してよい。本例の制御部１６５は、タイミング信号生成回路１５４から入力されるタイミング信号に応じて動作する。一例としてタイミング信号は、所定の周期でパルスを有する信号である。制御部１６５は、タイミング信号に同期したＤｕｔｙ信号を生成してよい。

制御部１６５は、コイル２２２に流れる電流に更に基づいてＤｕｔｙ信号を生成してもよい。例えば制御部１６５は、コイル２２２に流れる電流値と、所定の基準電流値との比較結果に応じてＤｕｔｙ信号の極性を制御してよい。

本例の集積回路２００は、電流検出部２０８を有する。電流検出部２０８は、コイル２２２に流れる電流値を検出して、制御部１６５に伝達する。制御部１６５は、電流検出部２０８が検出した電流値に基づいてＤｕｔｙ信号を生成する。

電流検出部２０８は、ドライバ回路２１５の接続点２１７から、集積回路２００の端子２３２に流れる電流を検出してよい。本例の端子２３２には、コイル２２２が接続されている。他の例においては、電流検出部２０８は、スイッチング素子２１６に流れる電流を検出してよく、スイッチング素子２１８に流れる電流を検出してよく、スイッチング素子２１６に流れる電流とスイッチング素子２１８に流れる電流との合算電流を検出してもよい。

集積回路２００は、降圧回路２１４を有してよい。降圧回路２１４は、出力電圧Ｖｏ１を入力電圧として受け取る。降圧回路２１４は、出力電圧Ｖｏ１を電圧変換して、出力電圧Ｖｏ２を生成する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、出力電圧Ｖｏ１およびＶｏ２のいずれをＡＤコンバータ１５８の電源電圧（第１電圧）として出力してもよい。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、出力電圧Ｖｏ１またはＶｏ２を、集積回路１５０内の他の回路の電源電圧として出力してよい。集積回路２００は、複数の降圧回路２１４を有してよい。降圧回路２１４は、集積回路１５０の回路毎に設けられてよい。それぞれの降圧回路２１４の出力電圧は同一であってよく、異なっていてもよい。また、集積回路２００は、いずれかの出力電圧を、演算回路１７０の電源電圧として出力してもよい。

集積回路２００は、シャントスイッチ２１２およびシャント抵抗２１０を有してよい。シャントスイッチ２１２は、ドライバ回路２１５の出力端（本例では接続点２１７）と、基準電位（本例では端子２３４）とを接続するか否かを切り替える。シャントスイッチ２１２は、一例としてＦＥＴであるが、他のスイッチ素子であってもよい。シャントスイッチ２１２は、制御部１６５により制御されてよい。シャントスイッチ２１２の動作は後述する。

シャント抵抗２１０は、シャントスイッチ２１２と直列に接続されている。シャント抵抗２１０の抵抗値は、一例として１００Ω以上である。

図３は、ＡＤコンバータ１５８がアナログ信号をデジタル信号に変換する場合の、集積回路１５０の動作例を説明する図である。図３の各グラフの横軸は時間を示しており、縦軸は信号、電圧または電流の状態（レベル）を示している。グラフａは、タイミング信号生成回路１５４が出力する一時停止信号を示している。本例では、一時停止信号がＨ状態（第２極性）の期間ではＤＣ−ＤＣコンバータ１６２はスイッチング動作を停止し、一時停止信号がＬ状態（第１極性）の期間ではＤＣ−ＤＣコンバータ１６２はスイッチング動作を行う。グラフｂは、コイル２２２に流れる電流を示している。グラフｂにおいては、グラフａに示した一時停止信号に応じた電流を実線で示しており、一時停止信号がＬ状態のままの場合の電流を破線で示している。

グラフｃは、スイッチング素子２１６の動作状態を示している。グラフｄは、スイッチング素子２１８の動作状態を示している。グラフｃおよびｄにおいて、波形がＨ状態の期間ではスイッチング素子がオン状態となり、Ｌ状態の期間ではスイッチング素子がオフ状態となる。

グラフｅはＡＤコンバータ１５８の動作状態を示している。本例のＡＤコンバータ１５８は、サンプリング期間においてアナログ信号のレベルをサンプリングし、変換期間において当該レベルに応じたデジタル信号を出力する。ＡＤコンバータ１５８は、サンプリングしたアナログ信号のレベルを、変換期間が終了するまで保持していてよい。

グラフｆはタイミング信号生成回路１５４が出力するタイミング信号を示している。本例のタイミング信号は、一定の周期でパルスを有する。グラフｇはシャントスイッチ２１２の動作状態を示している。グラフｇにおいて、波形がＨ状態の期間ではシャントスイッチがオン状態となり、Ｌ状態の期間ではシャントスイッチがオフ状態となる。

一時停止信号がＬ状態の期間においては、制御部１６５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の出力電圧が所定の電圧となるように、Ｄｕｔｙ信号を生成する。Ｄｕｔｙ信号がＨ状態のときにスイッチング素子２１６がオン状態となり、第１電源部１８０からコイル２２２に電流が供給される。当該期間においては、グラフｂに示すようにコイル２２２の電流は増加する。また、Ｄｕｔｙ信号がＬ状態のときにスイッチング素子２１８がオン状態となり、キャパシタ２２４から基準電位に電流が流れる。当該期間においては、グラフｂに示すようにコイル２２２の電流が減少する。

ＡＤコンバータ１５８が動作すべきタイミングにおいて、タイミング信号生成回路１５４は、一時停止信号をＨ状態とする。一時停止信号がＬ状態からＨ状態に遷移するタイミングは、ＡＤコンバータ１５８がサンプリング動作を開始する前であってよく、サンプリング動作中であってもよい。

一時停止信号がＨ状態になると、制御部１６５は、ドライバ回路２１５におけるスイッチング動作を停止させる。例えば制御部１６５は、スイッチング素子２１６およびスイッチング素子２１８の両方をオフ状態に制御してよい。これにより、ドライバ回路２１５におけるスイッチング動作により生じるノイズを抑制した状態で、ＡＤコンバータ１５８を動作させることができる。なお、ドライバ回路２１５におけるスイッチング動作が停止した状態において、ＡＤコンバータ１５８は、キャパシタ２２４または２２６から電源電圧を受け取ってよい。この場合、キャパシタ２２４またはキャパシタ２２６は、一時停止信号がＨ状態の期間の間、ＡＤコンバータ１５８に電源電圧を供給できる程度の容量を有してよい。

なお、コイル電流が流れている状態で、スイッチング素子２１６およびスイッチング素子２１８の両方をオフ状態にすると、コイル２２２からの回生電流が回路内を流れる場合がある。本例の制御部１６５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作を停止させる場合に、第１のスイッチング素子２１６をオフ状態とする。制御部１６５は、第１のスイッチング素子２１６がオフ状態であり、且つ、電流検出部２０８が検出した電流が基準電流値以下になった後に、第２のスイッチング素子２１８をオフ状態にする。制御部１６５は、一時停止信号がＨ状態に遷移してから、コイル２２２に流れる電流が基準電流値以下になるまで、第２のスイッチング素子２１８をオン状態のまま維持してよい。制御部１６５は、図３に示すように、一時停止信号がＨ状態に遷移したタイミングで、第２のスイッチング素子２１８を瞬間的にオフ状態にしてから、コイル２２２に流れる電流が基準電流値以下になるまで第２のスイッチング素子２１８をオン状態に維持してもよい。基準電流値は、一例として０アンペアであるが、０アンペアより大きい所定の電流値であってもよい。本例によれば、コイル２２２からの回生電流を抑制しつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作を停止させることができる。

また、本例の制御部１６５は、ドライバ回路２１５のスイッチング動作を停止させる場合に、ドライバ回路２１５の出力端（接続点２１７）を基準電位（端子２３４）に接続するべく、シャントスイッチ２１２をオン状態に制御する。制御部１６５は、ドライバ回路２１５がスイッチング動作している期間は、シャントスイッチ２１２をオフ状態にする。シャントスイッチ２１２をオン状態にすることで、スイッチング素子２１６および２１８の両方がオフ状態となっている期間において、端子２３２等における電圧のリンギングを抑制できる。また、シャントスイッチ２１２と直列にシャント抵抗２１０を設けることで、シャントスイッチ２１２をオン状態に制御したときに、シャントスイッチ２１２に流れる電流を抑制できる。

制御部１６５は、スイッチング素子２１６および２１８の両方をオフ状態とした後に、シャントスイッチ２１２をオン状態に制御してよい。ただし、シャントスイッチ２１２をオン状態にするタイミングは、これに限定されない。制御部１６５は、コイル２２２に流れる電流が基準電流値以下になった後に、シャントスイッチ２１２をオン状態に制御してよい。これにより、シャントスイッチ２１２に流れる電流を制限できる。このため、シャントスイッチ２１２として、スイッチング素子２１６および２１８よりも最大電流量の小さいスイッチング素子を用いることができる。

制御部１６５は、入力される信号に基づいてドライバ回路２１５の動作デューティーを演算して、ドライバ回路２１５を制御してよい。本例において入力される信号とは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の出力電圧の電圧値を示す信号である。また、動作デューティーとは、Ｄｕｔｙ信号におけるＤｕｔｙ比を示す情報である。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作を停止させる場合に、制御部１６５は、動作デューティーの演算を停止して、直前に演算した動作デューティーの値を保存してよい。制御部１６５は、動作デューティーの値を保存した後に、ドライバ回路２１５のスイッチング動作を停止させてよい。この場合、制御部１６５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作を再開させる場合に、保存していた動作デューティーの値を用いて、ドライバ回路２１５を制御する。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作を再開する場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、スイッチング動作の停止前の状態に容易に復帰できる。

制御部１６５は、一時停止信号がＬ状態に遷移した場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作を再開させる。タイミング信号生成回路１５４は、一時停止信号がＨ状態を維持する期間を、予め設定される長さとしてよい。当該期間は、ＡＤコンバータ１５８がサンプリング動作および変換動作を完了できるだけの長さを有してよい。他の例では、タイミング信号生成回路１５４は、ＡＤコンバータ１５８の動作状態に応じて、一時停止信号をＬ状態に遷移させてよい。一例としてタイミング信号生成回路１５４は、ＡＤコンバータ１５８がアナログ信号をサンプリングした後に、一時停止信号をＬ状態に遷移させてよく、ＡＤコンバータ１５８がデジタル信号を出力した後に、一時停止信号をＬ状態に遷移させてもよい。

図４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の他の構成例を示す図である。本例のＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、図２に示したＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の構成において、シャントスイッチ２１２およびシャント抵抗２１０に代えて、ループスイッチ２１３を有する。他の構成は、図１から図３において説明したいずれかの形態のＤＣ−ＤＣコンバータ１６２と同一である。

ループスイッチ２１３は、コイル２２２の両端を接続するか否かを切り替える。図４の例においてループスイッチ２１３は集積回路２００に設けられているが、他の例では、ループスイッチ２１３は集積回路２００の外に設けられていてもよい。ループスイッチ２１３は、一例としてＦＥＴであるが、他のスイッチング素子であってもよい。本例のループスイッチ２１３は、集積回路２００の端子２３２と端子２３６とを接続するか否かを切り替える。端子２３２は、コイル２２２の一方の端と接続されており、端子２３６は、コイル２２２の他方の端と接続されている。

制御部１６５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング動作を停止させる場合に、ループスイッチ２１３をオン状態に制御して、コイル２２２の両端を接続する。制御部１６５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２がスイッチング動作している期間は、ループスイッチ２１３をオフ状態に制御してよい。

図５は、図４に示したＤＣ−ＤＣコンバータ１６２を用いた場合の、集積回路２００の動作例を説明する図である。一時停止信号、ＡＤコンバータ１５８の動作、および、タイミング信号は、図３に示した例と同一である。また、図３におけるグラフｇに代えて、ループスイッチ２１３の状態を示すグラフｈを示している。グラフｈに示す波形がＨ状態となる期間は、ループスイッチ２１３がオン状態となる期間を示しており、Ｌ状態となる期間は、ループスイッチ２１３がオフ状態となる期間を示している。

本例の制御部１６５は、一時停止信号がＨ状態に遷移した場合に、ループスイッチ２１３をオン状態に制御する。制御部１６５は、コイル２２２に流れる電流が基準電流値以下となるのを待たずに、ループスイッチ２１３をオン状態にしてよい。一例として制御部１６５は、一時停止信号がＨ状態に遷移したタイミングで、スイッチング素子２１８をオフ状態に制御し、且つ、ループスイッチ２１３をオン状態に制御してよい。

本例によれば、ドライバ回路２１５のスイッチング動作を停止したときのコイル電流が、ループスイッチ２１３およびコイル２２２を含むループ経路を周回する。ループ経路には、図２に示したシャント抵抗２１０のような抵抗素子が設けられていないことが好ましい。コイル電流がループ経路を周回するので、ループ経路外に回生電流が流れるのを抑制できる。また、ドライバ回路２１５のスイッチング動作を停止したときのコイル電流が維持された状態で、スイッチング動作を再開できる。このため、スイッチング動作の再開時に、スイッチング動作の停止直前の状態に容易に復帰できる。

図６は、図１に示したＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の接続例を示す図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、タイミング信号生成回路１５４、ＡＤコンバータ１５８および第１電源部１８０と接続している。ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２は、タイミング信号生成回路１５４から出力されたタイミング信号および一時停止信号に応じて、第１電源部１８０の電圧を出力電圧Ｖｏ１またはＶｏ２に変換して、ＡＤコンバータ１５８の電源電圧として出力する。

図１から図６において説明した実施形態において、検出部１３６等は、検出部１３６等における消費電力を抑制すべく、抵抗値の小さい素子を用いることが好ましい。この場合、検出部１３６等が出力する信号の振幅も小さくなる。係る信号をＡＤコンバータ１５８で精度よく検出するには、ＡＤコンバータ１５８を検出部１３６等の近傍に配置することが好ましい。また、ＡＤコンバータ１５８等を含む駆動用回路は、モータ１１０の近傍に配置されることが多い。このため、駆動用回路の面積は小さいことが好ましい。

図１から図６において説明した実施形態によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２およびＡＤコンバータ１５８等が同一の集積回路１５０に設けられている。このため、これらの回路を小型化でき、検出部１３６等およびモータ１１０の近傍に配置することが容易となる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２とＡＤコンバータ１５８を同一の集積回路１５０に設けると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２からのノイズが、ＡＤコンバータ１５８の精度に影響を与える場合がある。本実施形態によれば、ＡＤコンバータ１５８の動作時に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の動作を停止するので、ＡＤコンバータ１５８を高精度に動作させることができる。この結果、モータ１１０の回転制御の精度を向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ モータ装置、１００ モータモジュール、１１０ モータ、１２０ スイッチング素子群、１２２ スイッチング素子、１２４ スイッチング素子、１２６ 検出部、１３２ スイッチング素子、１３４ スイッチング素子、１３６ 検出部、１４２ スイッチング素子、１４４ スイッチング素子、１４６ 検出部、１５０ 集積回路、１５２ 駆動回路、１５４ タイミング信号生成回路、１５６ 増幅回路、１５８ ＡＤコンバータ、１６０ 通信回路、１６２ ＤＣ−ＤＣコンバータ、１６４ 制御部、１６５ 制御部、１７０ 演算回路、１８０ 第１電源部、１９０ 第２電源部、２００ 集積回路、２０６ プリドライバ、２０８ 電流検出部、２１０ シャント抵抗、２１２ シャントスイッチ、２１３ ループスイッチ、２１４ 降圧回路、２１５ ドライバ回路、２１６ スイッチング素子、２１７ 接続点、２１８ スイッチング素子、２２２ コイル、２２４ キャパシタ、２２６ キャパシタ、２３０ 端子、２３２ 端子、２３４ 端子、２３６ 端子

Claims (10)

1. アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、
   入力される第１電圧を第２電圧に変換して前記ＡＤコンバータの電源電圧として出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記ＡＤコンバータおよび前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する制御部と
   を備え、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   第１のスイッチング素子と、
   一端が基準電位に接続され、他端が前記第１のスイッチング素子の一端に接続される第２のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の接続点に接続されるコイルと、
   前記コイルに流れる電流を検出する電流検出部と
   を有し、
   前記制御部は、前記第１のスイッチング素子をオフ状態とし、前記第２のスイッチング素子をオン状態とし、前記電流検出部が検出した電流が基準電流値以下になった後に、前記第２のスイッチング素子をオフ状態にして、前記ＡＤコンバータを動作させる
   集積回路。
2. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング動作により前記第１電圧を前記第２電圧に変換し、
   前記制御部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作が停止した状態で、前記ＡＤコンバータを動作させる
   請求項１に記載の集積回路。
3. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記コイルの一端に接続されたキャパシタを有する
   請求項２に記載の集積回路。
4. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記スイッチング動作を停止させる場合に、前記接続点を基準電位に接続するシャントスイッチを更に有する
   請求項３に記載の集積回路。
5. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記シャントスイッチと直列に接続されたシャント抵抗を更に有する
   請求項４に記載の集積回路。
6. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記スイッチング動作を停止させる場合に、前記コイルの両端を接続するループスイッチを更に有する
   請求項３に記載の集積回路。
7. 前記制御部は、入力される信号に基づいて前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の動作デューティーを演算して、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を制御し、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチング動作を停止させる場合に、前記制御部は、前記動作デューティーの演算を停止して、前記動作デューティーの値を保存する
   請求項３から６のいずれか一項に記載の集積回路。
8. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチング動作を停止させる一時停止信号を生成するタイミング信号生成回路を更に備え、
   前記制御部は、
   前記一時停止信号が第１極性の場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに前記スイッチング動作を行わせ、
   前記一時停止信号が前記第１極性とは異なる第２極性の場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチング動作を停止させ、前記ＡＤコンバータを動作させる
   請求項２から７のいずれか一項に記載の集積回路。
9. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータから電源電圧が供給され、モータを駆動する駆動回路を更に備える
   請求項１から８のいずれか一項に記載の集積回路。
10. 請求項９に記載の集積回路と、
    前記駆動回路により駆動されるモータと
    を備えるモータ装置。

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