JP2020156226A - Driving circuit of stepping motor, driving method of the same, and electronic apparatus using them - Google Patents

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Abstract

To improve followability for a load change.SOLUTION: A counter electromotive power detection circuit 230 detects a counter electromotive power VBEMF generated in a coil of a stepping motor 102. A rotational number detection circuit 232 generates a rotational number detection signal indicating a rotational number of the stepping motor 102. A current value setting circuit 210 includes a feedback controller 220 that generates a curent setting value IREF so that the feedback signal based on a counter electromotive power and an error of a target value get close to zero. A parameter of the feedback controller 220 is changed on the basis of the rotational number detection signal. A constant current chopper circuit 250 generates a pulse modulation signal SPWM that is modulated to a pulse so that a detection value of a coil current flowing in a coil gets close to the target value based on the current setting value. A logical circuit 270 controls a bridge circuit 202 connected to the coil in accordance with the pulse modulation signal SPWM.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動技術に関する。 The present invention relates to a driving technique for a stepping motor.

ステッピングモータは、電子機器、産業機械、ロボットにおいて広く採用される。ステッピングモータは、ホストコントローラが生成する入力クロックに同期して回転する同期モータであり、起動、停止、位置決めに優れた制御性を持っている。さらにステッピングモータは、オープンループでの位置制御が可能であり、またデジタル信号処理に適するという特性を有する。 Stepping motors are widely used in electronic devices, industrial machines, and robots. The stepping motor is a synchronous motor that rotates in synchronization with the input clock generated by the host controller, and has excellent controllability for starting, stopping, and positioning. Further, the stepping motor has a characteristic that it can control the position in an open loop and is suitable for digital signal processing.

図1は、従来のステッピングモータとその駆動回路を備えるモータシステムのブロック図である。ホストコントローラ2は、駆動回路4に対して、入力クロックCLKを供給する。駆動回路4は、入力クロックCLKと同期して、励磁位置を変化させる。 FIG. 1 is a block diagram of a conventional stepping motor and a motor system including a drive circuit thereof. The host controller 2 supplies the input clock CLK to the drive circuit 4. The drive circuit 4 changes the excitation position in synchronization with the input clock CLK.

図2は、励磁位置を説明する図である。励磁位置は、ステッピングモータ6の2個のコイルL1,L2に流れるコイル電流(駆動電流)IOUT1,IOUT2の組み合わせとして把握される。図2には、8個の励磁位置1〜8が示されている。1相励磁では、第1コイルL1と第2コイルL2に交互に電流が流れ、励磁位置2,4,6,8を遷移する。2相励磁では、第1コイルL1と第2コイルL2の両方に電流が流れ、励磁位置1,3,5,7を遷移する。1−2相励磁は、1相励磁と2相励磁の組み合わせであり、励磁位置1〜8を遷移する。マイクロステップ駆動では、さらに励磁位置が細かく制御される。 FIG. 2 is a diagram for explaining the excitation position. The exciting position is grasped as a combination of coil currents (driving currents) I OUT1 and I OUT2 flowing through the two coils L1 and L2 of the stepping motor 6. In FIG. 2, eight excitation positions 1 to 8 are shown. In one-phase excitation, a current flows alternately through the first coil L1 and the second coil L2, and transitions between the excitation positions 2, 4, 6, and 8. In two-phase excitation, a current flows through both the first coil L1 and the second coil L2, and transitions between the excitation positions 1, 3, 5, and 7. The 1-2 phase excitation is a combination of the 1 phase excitation and the 2 phase excitation, and transitions between the excitation positions 1 to 8. In the microstep drive, the excitation position is further finely controlled.

図3は、ステッピングモータの駆動シーケンスを説明する図である。始動時に、入力クロックCLKの周波数fINは時間とともに上昇し、ステッピングモータが加速する。そして、周波数fINがある目標値に到達すると、一定に保たれ、ステッピングモータが定速回転する。その後、ステッピングモータを停止させる際には、入力クロックCLKの周波数を低下させ、ステッピングモータを減速させる。図3の制御を台形波駆動とも称する。 FIG. 3 is a diagram illustrating a drive sequence of the stepping motor. At start-up, the frequency f IN of the input clock CLK rises over time and the stepping motor accelerates. Then, when the frequency f IN reaches a certain target value, the frequency is kept constant and the stepping motor rotates at a constant speed. After that, when the stepping motor is stopped, the frequency of the input clock CLK is lowered to decelerate the stepping motor. The control of FIG. 3 is also referred to as trapezoidal wave drive.

通常状態において、ステッピングモータのロータは、入力クロック数に比例したステップ角ずつ同期して回転する。ところが、急な負荷変動や速度変化が生ずると同期が失われる。これを脱調という。ひとたび脱調すると、その後、ステッピングモータを正常に駆動するために特別な処理が必要となるため、脱調を防止することが望まれる。 Under normal conditions, the rotor of the stepping motor rotates synchronously with step angles proportional to the number of input clocks. However, synchronization is lost when sudden load fluctuations or speed changes occur. This is called step-out. Once the step-out is performed, a special process is required to drive the stepping motor normally after that, so it is desired to prevent the step-out.

そこで、脱調の可能性が高い加速時および減速時においては、速度変化に対して脱調が起こらない程度に十分大きい出力トルクが得られるように、駆動電流の目標値IREFを、固定的な値IFULLに設定する(高トルクモード)。 Therefore, during acceleration and deceleration, where there is a high possibility of step-out, the target value I REF of the drive current is fixed so that a sufficiently large output torque can be obtained so that step-out does not occur with respect to speed changes. Set to the value I FULL (high torque mode).

回転数が安定し、脱調の可能性が低い状況では、駆動電流の目標値IREFを減少させて、効率を改善させる(高効率モード)。特許文献5には、脱調を防止しつつ、出力トルク(すなわち電流量)をフィードバックにより最適化することにより、消費電力を低減して効率を改善する技術が提案されている。具体的には逆起電力VBEMFにもとづいて負荷角φを推定し、負荷角φが目標値φREFに近づくように駆動電流(コイル電流)IOUT1,IOUT2の目標値IREFがフィードバック制御される。逆起電力VBEMFは式(1)で表される。
BEMF=K×ω×cosφ …(1)
ωはステッピングモータの角速度(以下、回転数あるいは周波数という)であり、Kは逆起電力定数である。
In a situation where the rotation speed is stable and the possibility of step-out is low, the target value I REF of the drive current is reduced to improve the efficiency (high efficiency mode). Patent Document 5 proposes a technique for reducing power consumption and improving efficiency by optimizing the output torque (that is, the amount of current) by feedback while preventing step-out. Specifically, the load angle φ is estimated based on the back electromotive force V BEMF, and the target values I REF of the drive currents (coil currents) I OUT1 and I OUT2 are feedback-controlled so that the load angle φ approaches the target value φ REF. Will be done. The counter electromotive force V BEMF is represented by the equation (1).
V BEMF = K E × ω × cosφ ... (1)
ω is the stepping motor angular velocity (hereinafter, referred to as rotational speed or frequency) and, K E is a counter electromotive force constant.

特許文献5に記載の技術では、負荷角にもとづく検出値cosφが、その目標値cos(φREF)に近づくように、フィードバックループが形成され、高効率モードにおけるコイル電流IOUT1,IOUT2が最適化される。 In the technique described in Patent Document 5, a feedback loop is formed so that the detected value cosφ based on the load angle approaches the target value cos ( φREF ), and the coil currents I OUT1 and I OUT2 in the high efficiency mode are optimal. Be transformed.

特開平9−103096号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-103096 特開2004−120957号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-120957 特開2000−184789号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-184789 特開2004−180354号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-180354 特許第6258004号公報Japanese Patent No. 6258004

従来、高効率モードを選択中に、負荷変動が生じたときに、負荷変動に追従できなくなくなってステッピングモータの回転が不安定になるという状況が生じていた。 Conventionally, when a load fluctuation occurs while the high efficiency mode is selected, the load fluctuation cannot be followed and the rotation of the stepping motor becomes unstable.

本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、負荷変動に対する追従性を改善した駆動回路の提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of the exemplary objects of the embodiment is to provide a drive circuit having improved followability to load fluctuations.

本発明のある態様は、ステッピングモータの駆動回路に関する。駆動回路は、ステッピングモータのコイルに生ずる逆起電力を検出する逆起電力検出回路と、ステッピングモータの回転数を示す回転数検出信号を生成する回転数検出回路と、逆起電力にもとづくフィードバック信号とその目標値の誤差がゼロに近づくように電流設定値を生成するフィードバックコントローラを含み、フィードバックコントローラのパラメータが、回転数検出信号にもとづいて変化する電流値設定回路と、コイルに流れるコイル電流の検出値が電流設定値にもとづく目標量に近づくようにパルス変調されるパルス変調信号を生成する定電流チョッパ回路と、パルス変調信号に応じて、コイルに接続されるブリッジ回路を制御するロジック回路と、を備える。 One aspect of the present invention relates to a drive circuit of a stepping motor. The drive circuit includes a countercurrent force detection circuit that detects the countercurrent force generated in the coil of the stepping motor, a rotation speed detection circuit that generates a rotation speed detection signal indicating the rotation speed of the stepping motor, and a feedback signal based on the countercurrent force. A current value setting circuit that generates a current setting value so that the error of the target value approaches zero, and the parameters of the feedback controller change based on the rotation speed detection signal, and the coil current flowing through the coil. A constant current chopper circuit that generates a pulse-modulated signal that is pulse-modulated so that the detected value approaches the target amount based on the current set value, and a logic circuit that controls the bridge circuit connected to the coil according to the pulse-modulated signal. , Equipped with.

この態様によると、回転数に応じてフィードバックループの応答特性を最適化することができ、負荷変動や入力変動に対する追従性を改善できる。 According to this aspect, the response characteristic of the feedback loop can be optimized according to the rotation speed, and the followability to the load fluctuation and the input fluctuation can be improved.

フィードバックコントローラは、パラメータとして比例ゲインおよび積分ゲインを有するPI制御器であり、比例ゲインが回転数検出信号にもとづいて変化し、積分ゲインは一定であってもよい。比例ゲインのみを可変とすることで、パラメータ変更時に系が不安定になるのを防止できる。 The feedback controller is a PI controller having proportional gain and integrated gain as parameters, and the proportional gain may change based on the rotation speed detection signal, and the integrated gain may be constant. By making only the proportional gain variable, it is possible to prevent the system from becoming unstable when the parameters are changed.

比例ゲインは、回転数に対して単調増加してもよい。 The proportional gain may increase monotonically with respect to the number of revolutions.

フィードバックコントローラは、回転数検出信号を所定の少なくともひとつのしきい値と比較し、比較結果に応じて、パラメータの値を選択してもよい。 The feedback controller may compare the rotation speed detection signal with at least one predetermined threshold value and select a parameter value according to the comparison result.

回転数検出信号は、駆動回路に入力される入力クロックまたはそれにもとづく内部信号の周期であってもよい。 The rotation speed detection signal may be the period of the input clock input to the drive circuit or the internal signal based on the input clock.

電流値設定回路は、逆起電力にもとづいて負荷角を推定する負荷角推定部を含んでもよい。フィードバック信号は、負荷角に応じていてもよい。 The current value setting circuit may include a load angle estimation unit that estimates the load angle based on the counter electromotive force. The feedback signal may depend on the load angle.

フィードバック信号は逆起電力であってもよい。PI制御器は、逆起電力がその目標値に近づくように電流設定値を調節してもよい。 The feedback signal may be counter electromotive force. The PI controller may adjust the current set value so that the counter electromotive force approaches the target value.

定電流チョッパ回路は、コイル電流の検出値を、電流設定値にもとづくしきい値と比較するコンパレータと、所定の周波数で発振するオシレータと、コンパレータの出力に応じてオフレベルに遷移し、オシレータの出力に応じてオンレベルに遷移するパルス変調信号を出力するフリップフロップと、を含んでもよい。 The constant current chopper circuit has a comparator that compares the detected value of the coil current with a threshold value based on the current set value, an oscillator that oscillates at a predetermined frequency, and an oscillator that transitions to an off level according to the output of the comparator. It may include a flip-flop that outputs a pulse-modulated signal that transitions to the on-level according to the output.

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。回路を1つのチップ上に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。 The drive circuit may be integrally integrated on one semiconductor substrate. "Integrated integration" includes cases where all the components of a circuit are formed on a semiconductor substrate or cases where the main components of a circuit are integrated integrally, and some of them are used for adjusting circuit constants. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuit on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit element can be kept uniform.

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。 It should be noted that any combination of the above components or the components and expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, and the like are also effective as aspects of the present invention.

本発明のある態様によれば負荷変動や入力変動に対する追従性を改善できる。 According to a certain aspect of the present invention, it is possible to improve the followability to load fluctuations and input fluctuations.

従来のステッピングモータとその駆動回路を備えるモータシステムのブロック図である。It is a block diagram of a motor system including a conventional stepping motor and its drive circuit. 励磁位置を説明する図である。It is a figure explaining the excitation position. ステッピングモータの駆動シーケンスを説明する図である。It is a figure explaining the drive sequence of a stepping motor. 実施の形態に係る駆動回路を備えるモータシステムのブロック図である。It is a block diagram of the motor system including the drive circuit which concerns on embodiment. 駆動回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a drive circuit. 図6(a)、(b)は、回転数ωと比例ゲインKの関係を示す図である。6 (a) and 6 (b) are diagrams showing the relationship between the rotation speed ω and the proportional gain K P. 図5の駆動回路の動作波形図である。It is an operation waveform diagram of the drive circuit of FIG. 回転数検出回路およびパラメータ生成部の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the rotation speed detection circuit and the parameter generation part. 電流値設定回路の別の構成例を示す図である。It is a figure which shows another configuration example of the current value setting circuit. 図10(a)〜(c)は、駆動回路を備える電子機器の例を示す斜視図である。10 (a) to 10 (c) are perspective views showing an example of an electronic device including a drive circuit.

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。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.

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、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In the present specification, the "state in which the member A is connected to the member B" means that the member A and the member B are physically directly connected, and that the member A and the member B are electrically connected to each other. It also includes the case of being indirectly connected via other members, which does not substantially affect the connection state, or does not impair the functions and effects performed by the combination thereof.

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、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 Similarly, "a state in which the member C is provided between the member A and the member B" means that the member A and the member C, or the member B and the member C are directly connected, and their electricity. It also includes the case of being indirectly connected via other members, which does not substantially affect the connection state, or does not impair the functions and effects performed by the combination thereof.

本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。 The vertical and horizontal axes of the waveform charts and time charts referred to in the present specification are appropriately enlarged or reduced for ease of understanding, and each waveform shown is also simplified for ease of understanding. Or exaggerated or emphasized.

(実施の形態)
図4は、実施の形態に係る駆動回路200を備えるモータシステム100のブロック図である。駆動回路200は、ステッピングモータ102およびホストコントローラ2とともにモータシステム100を構成する。ステッピングモータ102は、PM(Permanent Magnet)型、VR型(Variable Reluctance)型、HB(Hybrid)型のいずれであってもよい。
(Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram of the motor system 100 including the drive circuit 200 according to the embodiment. The drive circuit 200 constitutes the motor system 100 together with the stepping motor 102 and the host controller 2. The stepping motor 102 may be any of PM (Permanent Magnet) type, VR type (Variable Reluctance) type, and HB (Hybrid) type.

駆動回路200の入力ピンINには、ホストコントローラ2から入力クロックCLKが入力される。また駆動回路200の方向指示ピンDIRには、時計回り(CW)、反時計回り(CCW)を指示する方向指示信号DIRが入力される。 The input clock CLK is input from the host controller 2 to the input pin IN of the drive circuit 200. Further, a direction indicator signal DIR for instructing clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) is input to the direction indicator pin DIR of the drive circuit 200.

駆動回路200は、入力クロックCLKが入力されるたびに、方向指示信号DIRに応じた方向に、ステッピングモータ102のロータを所定角、回転させる。 Each time the input clock CLK is input, the drive circuit 200 rotates the rotor of the stepping motor 102 by a predetermined angle in the direction corresponding to the direction indicating signal DIR.

駆動回路200は、ブリッジ回路202_1,202_2、電流値設定回路210、逆起電力検出回路230、回転数検出回路232、定電流チョッパ回路250_1,250_2、ロジック回路270、モードセレクタ290を備え、ひとつの半導体基板上に一体集積化される。 The drive circuit 200 includes a bridge circuit 202_1, 202_2, a current value setting circuit 210, a counter electromotive force detection circuit 230, a rotation speed detection circuit 232, a constant current chopper circuit 250_1, 250_2, a logic circuit 270, and a mode selector 290. It is integrated on a semiconductor substrate.

本実施の形態において、ステッピングモータ102は2相モータであり、第1コイルL1と第2コイルL2を含む。駆動回路200の駆動方式は特に限定されず、1相励磁、2相励磁、1−2相励磁、あるいはマイクロステップ駆動(W1−2相駆動、2W1−2相駆動など)のいずれであってもよい。 In the present embodiment, the stepping motor 102 is a two-phase motor and includes a first coil L1 and a second coil L2. The drive system of the drive circuit 200 is not particularly limited, and may be either 1-phase excitation, 2-phase excitation, 1-2-phase excitation, or microstep drive (W1-2 phase drive, 2W1-2 phase drive, etc.). Good.

第1チャンネルCH1のブリッジ回路202_1は、第1コイルL1と接続される。第2チャンネルCH2のブリッジ回路202_2は、第2コイルL2と接続される。 The bridge circuit 202_1 of the first channel CH1 is connected to the first coil L1. The bridge circuit 202_2 of the second channel CH2 is connected to the second coil L2.

ブリッジ回路202_1、202_2はそれぞれ、4つのトランジスタM1〜M4を含むHブリッジ回路である。ブリッジ回路202_1のトランジスタM1〜M4は、ロジック回路270からの制御信号CNT1にもとづいてスイッチングされ、それにより、第1コイルL1の電圧(第1コイル電圧ともいう)VOUT1がスイッチングされる。 The bridge circuits 202_1 and 202_2 are H-bridge circuits including four transistors M1 to M4, respectively. The transistors M1 to M4 of the bridge circuit 202_1 are switched based on the control signal CNT1 from the logic circuit 270, whereby the voltage of the first coil L1 (also referred to as the first coil voltage) V OUT1 is switched.

ブリッジ回路202_2は、ブリッジ回路202_1と同様に構成され、そのトランジスタM1〜M4は、ロジック回路270からの制御信号CNT2にもとづいてスイッチングされ、それにより、第2コイルL2の電圧(第2コイル電圧ともいう)VOUT2がスイッチングされる。 The bridge circuit 202_2 is configured in the same manner as the bridge circuit 202_1, and the transistors M1 to M4 are switched based on the control signal CNT2 from the logic circuit 270, whereby the voltage of the second coil L2 (also the voltage of the second coil). V OUT 2 is switched.

電流値設定回路210は、電流設定値IREFを生成する。ステッピングモータ102の始動直後は、電流設定値IREFはある所定値(フルトルク設定値という)IFULLに固定される。所定値IFULLは、電流設定値IREFが取り得る範囲の最大値としてもよく、この場合、ステッピングモータ102はフルトルクで駆動される。この状態を高トルクモードと称する。 The current value setting circuit 210 generates the current set value I REF . Immediately after starting the stepping motor 102, the current set value I REF is fixed to a certain predetermined value (referred to as a full torque set value) I FULL . The predetermined value I FULL may be the maximum value in the range that the current set value I REF can take, in which case the stepping motor 102 is driven with full torque. This state is called a high torque mode.

ステッピングモータ102が安定的に回転しはじめると、言い換えると脱調のおそれが低下すると、高効率モードに遷移する。電流値設定回路210は高効率モードにおいて、電流設定値IREFを、フィードバック制御により調整し、これにより消費電力を削減する。 When the stepping motor 102 starts to rotate stably, in other words, when the risk of step-out is reduced, the mode shifts to the high efficiency mode. In the high efficiency mode, the current value setting circuit 210 adjusts the current set value I REF by feedback control, thereby reducing power consumption.

逆起電力検出回路230は、ステッピングモータ102のコイルL1(L2)に生ずる逆起電力VBEMF1(VBEMF2)を検出する。逆起電力の検出方法は特に限定されず、公知技術を用いればよい。一般的には逆起電力は、ある検出窓(検出区間)を設定し、コイルの両端をハイインピーダンスとし、そのときのコイルの電圧をサンプリングすることにより得ることができる。たとえば1相励磁や1−2相励磁では、逆起電力VBEMF1(VBEMF2)を、監視対象のコイルの一端(ブリッジ回路の出力)がハイインピーダンスとなる励磁位置(図2の2,4,6,8)ごとに、すなわち所定の励磁位置ごとに測定することができる。 The counter electromotive force detection circuit 230 detects the counter electromotive force V BEMF1 (V BEMF2 ) generated in the coil L1 (L2) of the stepping motor 102. The method for detecting the counter electromotive force is not particularly limited, and a known technique may be used. Generally, the counter electromotive force can be obtained by setting a certain detection window (detection section), setting both ends of the coil to high impedance, and sampling the voltage of the coil at that time. For example, in 1-phase excitation or 1-2-phase excitation, the back electromotive force V BEMF1 (V BEMF2 ) is excited at one end (bridge circuit output) of the coil to be monitored to have high impedance (2, 4 in FIG. 2). It can be measured every 6,8), that is, every predetermined excitation position.

回転数検出回路232は、ステッピングモータ102の回転数(ω)を取得し、回転数ωを示す検出信号を生成する。たとえば回転数検出回路232は、回転数ωの逆数に比例する周期T(=2π/ω)を測定し、周期Tを検出信号として出力してもよい。脱調が生じていない状況では、入力クロックCLKの周波数(周期)は、ステッピングモータ102の回転数(周期)と比例する。したがって回転数検出回路232は、入力クロックCLK、またはそれにもとづいて生成される内部信号の周期を測定し、検出信号としてもよい。 The rotation speed detection circuit 232 acquires the rotation speed (ω) of the stepping motor 102 and generates a detection signal indicating the rotation speed ω. For example, the rotation speed detection circuit 232 may measure the period T (= 2π / ω) proportional to the reciprocal of the rotation speed ω and output the period T as a detection signal. In a situation where step-out has not occurred, the frequency (cycle) of the input clock CLK is proportional to the rotation speed (cycle) of the stepping motor 102. Therefore, the rotation speed detection circuit 232 may measure the period of the input clock CLK or an internal signal generated based on the input clock CLK and use it as a detection signal.

定電流チョッパ回路250_1は、第1コイルL1の通電中に、第1コイルL1に流れるコイル電流IL1の検出値INF1が電流設定値IREFにもとづく目標量に近づくようにパルス変調されるパルス変調信号SPWM1を生成する。定電流チョッパ回路250_2は、第2コイルL2に通電中に、第2コイルL2に流れるコイル電流IL2の検出値INF2が電流設定値IREFに近づくようにパルス変調されるパルス変調信号SPWM2を生成する。 The constant current chopper circuit 250_1 is pulse-modulated so that the detected value I NF1 of the coil current IL1 flowing through the first coil L1 approaches the target amount based on the current set value I REF while the first coil L1 is energized. Modulation signal S PWM1 is generated. The constant current chopper circuit 250_2 is a pulse modulation signal S PWM2 in which the detection value I NF2 of the coil current I L2 flowing in the second coil L2 is pulse-modulated so as to approach the current set value I REF while the second coil L2 is energized. To generate.

ブリッジ回路202_1,202_2はそれぞれ、電流検出抵抗RNFを含み、電流検出抵抗RNFの電圧降下が、コイル電流Iの検出値となる。なお、電流検出抵抗RNFの位置は限定されず、電源側に設けてもよいし、ブリッジ回路の2つの出力の間に、コイルと直列に設けてもよい。 Each bridge circuit 202_1,202_2 includes a current detection resistor R NF, the voltage drop across the current detection resistor R NF becomes the detected value of the coil current I L. The position of the current detection resistor R NF is not limited and may be provided on the power supply side or may be provided in series with the coil between the two outputs of the bridge circuit.

ロジック回路270は、パルス変調信号SPWM1に応じて、第1コイルL1に接続されるブリッジ回路202_1を制御する。またロジック回路270は、パルス変調信号SPWM2に応じて、第2コイルL2に接続されるブリッジ回路202_2を制御する。 The logic circuit 270 controls the bridge circuit 202_1 connected to the first coil L1 in response to the pulse modulation signal S PWM1 . Further, the logic circuit 270 controls the bridge circuit 202_2 connected to the second coil L2 in response to the pulse modulation signal S PWM2 .

ロジック回路270は、入力クロックCLKが入力される度に、励磁位置を変化させ、電流を供給するコイル(もしくはコイルのペア)を切り替える。励磁位置は、第1コイルL1のコイル電流と第2コイルL2それぞれのコイル電流の大きさと向きの組み合わせとして把握される。励磁位置は、入力クロックCLKのポジエッジのみに応じて遷移してもよいし、ネガエッジのみに応じて遷移してもよいし、それらの両方に応じて遷移してもよい。 The logic circuit 270 changes the excitation position each time the input clock CLK is input, and switches the coil (or coil pair) that supplies the current. The exciting position is grasped as a combination of the magnitude and direction of the coil current of the first coil L1 and the coil current of each of the second coil L2. The excitation position may transition only according to the positive edge of the input clock CLK, may transition only according to the negative edge, or may transition according to both of them.

上述のように、電流値設定回路210は、(i)コイル電流の振幅を規定する電流設定値IREFをフルトルクに相当する大きな値に固定する高トルクモードと、(ii)電流設定値IREFをフィードバック制御により調整する高効率モードとが切り替え可能に構成される。 As described above, the current value setting circuit 210 has (i) a high torque mode in which the current set value I REF that defines the amplitude of the coil current is fixed to a large value corresponding to the full torque, and (ii) the current set value I REF. Is configured to be switchable from the high efficiency mode that adjusts by feedback control.

電流値設定回路210は、フィードバックコントローラ220を含む。フィードバックコントローラ220は、逆起電力VBEMF1にもとづくフィードバック信号DFBとその目標値REFの誤差がゼロに近づくように電流設定値IREFを生成する。フィードバックコントローラ220のパラメータは、回転数検出信号Tにもとづいて変化する。 The current value setting circuit 210 includes a feedback controller 220. The feedback controller 220 generates the current set value I REF so that the error between the feedback signal D FB based on the counter electromotive force V BEMF 1 and its target value REF approaches zero. The parameters of the feedback controller 220 change based on the rotation speed detection signal T.

電流値設定回路210の動作モードは、モードセレクタ290が生成するモード選択信号MODEに応じて選択される。モード選択信号MODEは、ハイが高効率モードに、ローが高トルクモードに割り当てられる。 The operation mode of the current value setting circuit 210 is selected according to the mode selection signal MODE generated by the mode selector 290. In the mode selection signal MODE, high is assigned to the high efficiency mode and low is assigned to the high torque mode.

たとえばモードセレクタ290は、回転数検出信号Tを監視し、ステッピングモータ102の回転数が所定のしきい値より高いときに、高効率モードを選択してもよい。 For example, the mode selector 290 may monitor the rotation speed detection signal T and select the high efficiency mode when the rotation speed of the stepping motor 102 is higher than a predetermined threshold value.

より好ましくは、モードセレクタ290は、回転数検出回路232が生成する回転数検出信号Tが、連続する複数サイクルにわたり安定であるときにモード選択信号MODEをアサート(ハイ)し、不安定であるときにモード選択信号MODEをネゲート(たとえばロー)する。 More preferably, the mode selector 290 asserts (high) the mode selection signal MODE when the rotation speed detection signal T generated by the rotation speed detection circuit 232 is stable over a plurality of consecutive cycles, and is unstable. The mode selection signal MODE is negated (for example, low).

図5は、駆動回路200の構成例を示す回路図である。図5には、第1コイルL1に関連する部分のみが示される。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the drive circuit 200. FIG. 5 shows only the portion related to the first coil L1.

ロジック回路270は、入力クロックCLKと同期して励磁位置を変化させる。ロジック回路270において、いくつかの中間信号が生成される。それらのうち、タイミング信号PHASE_A、PHASE_Bは、出力OUT1Aがハイインピーダンスとなる期間あるいはタイミング、出力OUT1Bがハイインピーダンスとなる期間あるいはタイミングを示す信号として利用できる。 The logic circuit 270 changes the excitation position in synchronization with the input clock CLK. In the logic circuit 270, some intermediate signals are generated. Among them, the timing signals PHASE_A and PHASE_B can be used as signals indicating the period or timing when the output OUT1A becomes high impedance and the period or timing when the output OUT1B becomes high impedance.

逆起電力検出回路230は、タイミング信号PHASE_A,PHASE_Bに応答して、逆起電力VBEMF1を測定する。 The counter electromotive force detection circuit 230 measures the counter electromotive force V BEMF1 in response to the timing signals PHASE_A and PHASE_B.

回転数検出回路232は、カウンタ234を含む。カウンタ234は、タイミング信号PHASE_A、PHASE_Bの少なくとも一方の周期Tを測定する。タイミング信号PHASE_A,PHASE_Bの周期Tは、ステッピングモータ102の回転数に反比例する回転数検出信号である。 The rotation speed detection circuit 232 includes a counter 234. The counter 234 measures the period T of at least one of the timing signals PHASE_A and PHASE_B. The period T of the timing signals PHASE_A and PHASE_B is a rotation speed detection signal that is inversely proportional to the rotation speed of the stepping motor 102.

モードセレクタ290は、回転数検出信号を監視し、入力クロックCLKの周波数が一定であり、かつしきい値より大きいときに、モード選択信号MODEをハイとし、そうでないときにモード選択信号MODEをローとする。モード選択信号MODEは、電流値設定回路210に供給される。電流値設定回路210は、モード選択信号MODEがローのとき、高トルクモードとなり、モード選択信号MODEがハイのとき、高効率モードとなる。 The mode selector 290 monitors the rotation speed detection signal, sets the mode selection signal MODE high when the frequency of the input clock CLK is constant and larger than the threshold value, and lowers the mode selection signal MODE otherwise. And. The mode selection signal MODE is supplied to the current value setting circuit 210. The current value setting circuit 210 is in the high torque mode when the mode selection signal MODE is low, and is in the high efficiency mode when the mode selection signal MODE is high.

電流値設定回路210は、フィードバックコントローラ220、フィードフォワードコントローラ240、マルチプレクサ212を含む。フィードフォワードコントローラ240は、始動開始直後の高トルクモードにおいて使用される固定的な電流設定値Ix(=IFULL)を出力する。 The current value setting circuit 210 includes a feedback controller 220, a feedforward controller 240, and a multiplexer 212. The feed forward controller 240 outputs a fixed current set value Ix (= I FULL ) used in the high torque mode immediately after the start of starting.

フィードバックコントローラ220は、高効率モードにおいてアクティブとなり、逆起電力VBEMFにもとづいてフィードバック制御される電流設定値Iyを出力する。 The feedback controller 220 is activated in the high efficiency mode and outputs a current set value Iy that is feedback controlled based on the back electromotive force V BEMF .

マルチプレクサ212は、モード選択信号MODEに応じて、2つの信号Ix,Iyの一方を選択し、電流設定値IREFとして出力する。 The multiplexer 212 selects one of the two signals Ix and Iy according to the mode selection signal MODE and outputs the current set value I REF .

フィードバックコントローラ220は、負荷角推定部222、減算器224、PI(比例・積分)制御器226を含む。 The feedback controller 220 includes a load angle estimation unit 222, a subtractor 224, and a PI (proportional / integral) controller 226.

負荷角推定部222は、逆起電力VBEMF1にもとづいて負荷角φを推定する。負荷角φは、第1コイルL1に流れる駆動電流で定まる電流ベクトル(つまり位置指令)と、ロータ(可動子)の位置の差に相当する。上述のように、逆起電力VBEMF1は、以下の式で与えられる。
BEMF1=K・ω・cosφ
は逆起電力定数、ωは回転数である。したがって、逆起電力VBEMFを測定することで、負荷角φと相関を有する検出値を生成することができる。たとえば、cosφを検出値としてもよく、この場合、検出値は式(2)で表される。
cosφ=VBEMF1・ω−1/K
=VBEMF1・(T/2π)・K −1 …(2)
The load angle estimation unit 222 estimates the load angle φ based on the back electromotive force V BEMF1 . The load angle φ corresponds to the difference between the position of the rotor (movable element) and the current vector (that is, the position command) determined by the drive current flowing through the first coil L1. As described above, the counter electromotive force V BEMF1 is given by the following equation.
V BEMF1 = K E · ω · cosφ
KE is the counter electromotive force constant, and ω is the rotation speed. Therefore, by measuring the counter electromotive force V BEMF , it is possible to generate a detected value having a correlation with the load angle φ. For example, cosφ may be used as the detection value, and in this case, the detection value is represented by the equation (2).
cosφ = V BEMF1 · ω -1 / K E
= V BEMF1 · (T / 2π ) · K E -1 ... (2)

フィードバックコントローラ220は、推定された負荷角φが所定の目標角φREFに近づくように、電流設定値Iyを生成する。具体的には減算器224は、負荷角φにもとづく検出値cosφとその目標値cos(φREF)の誤差ERRを生成する。PI制御器226は、誤差ERRがゼロとなるようにPI制御演算を行い、電流設定値Iyを生成する。 The feedback controller 220 generates the current set value Iy so that the estimated load angle φ approaches a predetermined target angle φ REF . Specifically, the subtractor 224 generates an error ERR of the detected value cos φ based on the load angle φ and its target value cos (φ REF ). The PI controller 226 performs a PI control operation so that the error ERR becomes zero, and generates a current set value Iy.

PI制御器226は、制御パラメータとして、比例ゲインKと積分ゲインKを含む。比例ゲインKが回転数検出信号Tにもとづいて変化し、積分ゲインKは一定である。パラメータ生成部228は、回転数検出信号Tに応じた比例ゲインKをPI制御器226に設定する。 PI controller 226 as a control parameter, including proportional gain K P and the integral gain K I. The proportional gain K P changes based on the rotation speed detection signal T, and the integrated gain K I is constant. The parameter generation unit 228 sets the proportional gain K P corresponding to the rotation speed detection signal T in the PI controller 226.

定電流チョッパ回路250_1は、D/Aコンバータ252、PWMコンパレータ254、オシレータ256、フリップフロップ258を含む。D/Aコンバータ252は、電流設定値IREFをアナログ電圧VREFに変換する。PWMコンパレータ254は、フィードバック信号INF1を基準電圧VREFと比較し、INF1>VREFとなると、オフ信号SOFFをアサート(ハイ)する。オシレータ256は、チョッピング周波数を規定する周期的なオン信号SONを生成する。フリップフロップ258は、オン信号SONに応じてオンレベル(たとえばハイ)に遷移し、オフ信号SOFFに応じてオフレベル(たとえばロー)に遷移するPWM信号SPWM1を出力する。 The constant current chopper circuit 250_1 includes a D / A converter 252, a PWM comparator 254, an oscillator 256, and a flip-flop 258. The D / A converter 252 converts the current set value I REF into an analog voltage V REF . The PWM comparator 254 compares the feedback signal I NF1 with the reference voltage V REF, and asserts (high) the off signal S OFF when I NF1 > V REF . Oscillator 256 generates a periodic ON signal S ON to define the chopping frequency. The flip-flop 258 outputs a PWM signal S PWM1 that transitions to an on level (for example, high) in response to an on signal S ON and transitions to an off level (for example, low) in response to an off signal S OFF .

図6(a)、(b)は、回転数ωと比例ゲインKの関係を示す図である。比例ゲインKは、回転数ωに対して単調増加であることが好ましい。比例ゲインKは、周期Tに対して単調減少である。 6 (a) and 6 (b) are diagrams showing the relationship between the rotation speed ω and the proportional gain K P. The proportional gain K P preferably increases monotonically with respect to the rotation speed ω. The proportional gain K P is monotonically decreasing with respect to the period T.

図6(a)に示すように、比例ゲインKは、離散的な複数の値から選択されてもよい。あるいは図6(b)に示すように、回転数ωの関数として連続的に変化してもよい。 As shown in FIG. 6A, the proportional gain K P may be selected from a plurality of discrete values. Alternatively, as shown in FIG. 6B, it may change continuously as a function of the rotation speed ω.

図7は、図5の駆動回路200の動作波形図である。図7には、周波数の異なる3つの入力クロックCLKの波形に対応する動作(i)〜(iii)が示される。 FIG. 7 is an operation waveform diagram of the drive circuit 200 of FIG. FIG. 7 shows operations (i) to (iii) corresponding to the waveforms of the three input clocks CLK having different frequencies.

時刻tに、入力クロックCLKが入力され、その周波数は時間とともに増大していく。この間、高トルクモードが選択され、電流指令値IREFは、高トルク設定値IFULLに固定される。 The input clock CLK is input at time t 0 , and its frequency increases with time. During this time, the high torque mode is selected and the current command value I REF is fixed to the high torque set value I FULL .

そして時刻tに入力クロックCLKの周波数fIN、言い換えればステッピングモータ102の回転数が安定すると、高効率モードに移行する。 Then, when the frequency f IN of the input clock CLK, in other words, the rotation speed of the stepping motor 102 becomes stable at time t 1 , the mode shifts to the high efficiency mode.

動作(i)〜(iii)では、入力クロックCLKの周波数fIN、すなわちステッピングモータの回転数が異なっており、入力クロックCLKの周波数fINにもとづいて、フィードバックコントローラ220のパラメータ(比例ゲインK)が選択される。具体的には、周波数f、f,fそれぞれに対して、KP1、KP2,KP3が選択される。 In the operations (i) to (iii), the frequency f IN of the input clock CLK, that is, the rotation speed of the stepping motor is different, and the parameter (proportional gain K P) of the feedback controller 220 is based on the frequency f IN of the input clock CLK. ) Is selected. Specifically, K P1 , K P2 , and K P 3 are selected for each of the frequencies f 1 , f 2 , and f 3 .

高効率モードでは、電流設定値IREFは、入力クロックCLKの周波数fINに応じて、すなわち回転数に応じて、異なる値I,I,Iに収束する。 In the high efficiency mode, the current set value I REF converges to different values I 1 , I 2 , and I 3 according to the frequency f IN of the input clock CLK, that is, according to the rotation speed.

時刻t〜tの間、負荷が大きくなる。負荷が大きくなると、ロータの回転数を維持するために、電流指令値IREFが増加するようにフィードバックがかかる。モータの回転数が高いほど、大きな比例ゲインKで電流指令値IREFが調節されるため、電流指令値IREFは、高負荷に対応する値まで速やかに増加する。時刻tに負荷が元に戻ると、電流指令値IREFは、もとの負荷に対応する値まで速やかに減少する。これにより、実際の回転数はほとんど低下しない。 Between time t 2 ~t 3, the load is increased. As the load increases, feedback is applied so that the current command value I REF increases in order to maintain the rotation speed of the rotor. As the rotation speed of the motor increases, the current command value I REF is adjusted with a larger proportional gain K P , so that the current command value I REF rapidly increases to a value corresponding to a high load. When the load is returned to the original time t 3, the current command value I REF is rapidly reduced to a value corresponding to the original load. As a result, the actual number of revolutions hardly decreases.

比較のために、比例ゲインKを、周波数fINにかかわらず、一定(KP1)としたときの動作(比較技術という)を一点鎖線で示す。周波数fIN=fの場合の波形(i)については、実施の形態(実線)と比較技術(一点鎖線)は一致する。 For comparison, the operation (referred to as the comparison technique) when the proportional gain K P is constant (K P1 ) regardless of the frequency f IN is shown by a alternate long and short dash line. Regarding the waveform (i) when the frequency f IN = f 1 , the embodiment (solid line) and the comparison technique (dashed line) are the same.

IN=fの場合、実施の形態に比べて比較技術の比例ゲインKが低くなる。つまり、負荷が増大したときに、電流指令値IREFが増加する速度が遅くなる。これにより、トルク不足が生じ、実際の回転数は一点鎖線で示すように大きく低下する。fIN=fの場合には、比較技術(一点鎖線)での実際の回転数の落ち込みはさらに顕著となる。 When f IN = f 2 , the proportional gain K P of the comparative technique is lower than that of the embodiment. That is, when the load increases, the rate at which the current command value I REF increases slows down. As a result, torque is insufficient, and the actual rotation speed drops significantly as shown by the alternate long and short dash line. When f IN = f 3 , the drop in the actual rotation speed in the comparative technique (dashed line) becomes even more remarkable.

もし仮に比較技術において、比例ゲインKを、周波数fINにかかわらず大きな値KP3に固定したとする。この場合、低速回転時に、比例ゲインKが過大となり、電流指令値IREFが振動的となる。つまり負荷変動が発生したときに、実際のモータの回転の安定性が損なわれる。 Suppose that in the comparative technique, the proportional gain K P is fixed to a large value K P 3 regardless of the frequency f IN . In this case, at low speed rotation, the proportional gain K P becomes excessive and the current command value I REF becomes oscillating. That is, when a load fluctuation occurs, the stability of the actual rotation of the motor is impaired.

実施の形態に係る駆動回路200によれば、回転数に応じて比例ゲインKを最適化することにより、系の安定性を維持しつつ、負荷変動に対する追従性を改善することができる。 According to the drive circuit 200 according to the embodiment, by optimizing the proportional gain K P according to the rotation speed, it is possible to improve the followability to the load fluctuation while maintaining the stability of the system.

図8は、回転数検出回路232およびパラメータ生成部228の構成例を示す回路図である。回転数検出回路232は、エッジ検出器236、カウンタ234、係数回路238を含む。エッジ検出器236は、入力クロックCLKのエッジ(たとえばポジエッジ)を検出する。カウンタ234は、システムクロックCLKSYSと、エッジ検出器236の出力を受け、エッジ検出器236が検出したポジエッジの間隔に含まれるシステムクロックCLKSYSの個数をカウントする。カウンタ234の出力は、入力クロックCLKの周期TCLKを示す。係数回路238は、周期TCLKに係数を乗算し、モータの回転周期Tを示す回転数検出信号に変換する。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of the rotation speed detection circuit 232 and the parameter generation unit 228. The rotation speed detection circuit 232 includes an edge detector 236, a counter 234, and a coefficient circuit 238. The edge detector 236 detects an edge (for example, a positive edge) of the input clock CLK. The counter 234 receives the output of the system clock CLK SYS and the edge detector 236, and counts the number of the system clock CLK SYS included in the interval between the positive edges detected by the edge detector 236. The output of the counter 234 indicates the period T CLK of the input clock CLK. The coefficient circuit 238 multiplies the period T CLK by a coefficient and converts it into a rotation speed detection signal indicating the rotation speed T of the motor.

パラメータ生成部228は、回転数検出信号Tを、複数(この例では3個)のしきい値TTH1,TTH2,TTH3と比較し、比較結果に応じて、比例ゲインKの値を選択する。たとえばパラメータ生成部228は、複数の比較器COMP1〜COMP3と、マルチプレクサMUXを含んでもよい。マルチプレクサMUXは、複数の比例ゲインKの値KP1〜KP4の中から、複数の比較器COMP1〜COMP3の出力に応じたひとつを選択する。 The parameter generation unit 228 compares the rotation speed detection signal T with a plurality of (three in this example) threshold values T TH1 , T TH2 , and T TH3, and sets the value of the proportional gain K P according to the comparison result. select. For example, the parameter generation unit 228 may include a plurality of comparators COMP1 to COMP3 and a multiplexer MUX. The multiplexer MUX selects one of a plurality of proportional gains K P values K P1 to K P4 according to the outputs of the plurality of comparators COMP1 to COMP3.

図9は、電流値設定回路210の別の構成例を示す図である。フィードバックコントローラ220は、高効率モードにおいてアクティブとなり、負荷角φが目標値φREFに近づくように値が調節される電流補正値ΔIを生成する。電流補正値ΔIは、高トルクモードにおいてゼロである。 FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of the current value setting circuit 210. The feedback controller 220 is activated in the high efficiency mode and generates a current correction value ΔI whose value is adjusted so that the load angle φ approaches the target value φ REF . The current correction value ΔI is zero in the high torque mode.

フィードフォワードコントローラ240は、高効率モードにおいて、所定の高効率設定値ILOWを出力する。IFULL>ILOWの関係が成り立っていてもよい。電流値設定回路210は、図5のマルチプレクサ212に代えて加算器214を含み、加算器214は、フィードフォワードコントローラ240が生成する高効率設定値ILOWに、電流補正値ΔIを加算する。これにより負荷角φが目標値φREFに近づくように、電流設定値IREF=ILOW+ΔIが調節される。 The feed forward controller 240 outputs a predetermined high efficiency set value I LOW in the high efficiency mode. The relationship of I FULL > I LOW may be established. The current value setting circuit 210 includes an adder 214 instead of the multiplexer 212 of FIG. 5, and the adder 214 adds the current correction value ΔI to the high efficiency set value I LOW generated by the feed forward controller 240. As a result, the current set value I REF = I LOW + ΔI is adjusted so that the load angle φ approaches the target value φ REF .

最後に、駆動回路200の用途を説明する。駆動回路200は、さまざまな電子機器に利用される。図10(a)〜(c)は、駆動回路200を備える電子機器の例を示す斜視図である。 Finally, the use of the drive circuit 200 will be described. The drive circuit 200 is used in various electronic devices. 10 (a) to 10 (c) are perspective views showing an example of an electronic device including a drive circuit 200.

図10(a)の電子機器は、光ディスク装置500である。光ディスク装置500は、光ディスク502と、ピックアップ504、を備える。ピックアップ504は、光ディスク502にデータを書き込み、読み出すために設けられる。ピックアップ504は、光ディスク502の記録面上を、光ディスクの半径方向に可動となっている(トラッキング)。また、ピックアップ504と光ディスクの距離も可変となっている(フォーカシング)。ピックアップ504は、図示しないステッピングモータにより位置決めされる。駆動回路200は、ステッピングモータを制御する。この構成によれば、脱調を防止しながら高効率で、ピックアップ504を高精度に位置決めできる。 The electronic device of FIG. 10A is an optical disk device 500. The optical disk device 500 includes an optical disk 502 and a pickup 504. The pickup 504 is provided for writing and reading data to the optical disc 502. The pickup 504 is movable on the recording surface of the optical disc 502 in the radial direction of the optical disc (tracking). Further, the distance between the pickup 504 and the optical disk is also variable (focusing). The pickup 504 is positioned by a stepping motor (not shown). The drive circuit 200 controls the stepping motor. According to this configuration, the pickup 504 can be positioned with high accuracy while preventing step-out.

図10(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。ステッピングモータ102は、オートフォーカス用レンズ604の位置決めを行う。駆動回路200はステッピングモータ102を駆動するこの構成によれば、脱調を防止しながら高効率で、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駆動回路200を用いてもよい。あるいは駆動回路200は、絞り制御に用いてもよい。 The electronic device of FIG. 10B is a device 600 with an image pickup function, such as a digital still camera, a digital video camera, or a mobile phone terminal. The device 600 includes an image sensor 602 and an autofocus lens 604. The stepping motor 102 positions the autofocus lens 604. According to this configuration in which the drive circuit 200 drives the stepping motor 102, the autofocus lens 604 can be positioned with high accuracy while preventing step-out. In addition to the autofocus lens, the drive circuit 200 may be used to drive the camera shake correction lens. Alternatively, the drive circuit 200 may be used for aperture control.

図10(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。ステッピングモータ102は、ヘッド702の位置を制御する。駆動回路200は、ステッピングモータ102を制御する。この構成によれば、脱調を防止しながら高効率で、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、駆動回路200を用いてもよい。 The electronic device of FIG. 10C is a printer 700. The printer 700 includes a head 702 and a guide rail 704. The head 702 is positionally supported along the guide rail 704. The stepping motor 102 controls the position of the head 702. The drive circuit 200 controls the stepping motor 102. According to this configuration, the head 702 can be positioned with high accuracy while preventing step-out. In addition to driving the head, the drive circuit 200 may be used to drive the motor for the paper feed mechanism.

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。 The present invention has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that this embodiment is an example, and that various modifications are possible for each of these components and combinations of each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such a modification will be described.

(変形例1)
ロジック回路270は、負荷角φが目標角φREFに近づくように、電流設定値IREFを調節することに代えて、あるいはそれと組み合わせて、ブリッジ回路202に供給される電源電圧VDDを調節してもよい。電源電圧VDDを変化させることにより、ステッピングモータ102のコイルL1、L2に供給される電力を変化させることができる。
(Modification example 1)
The logic circuit 270 adjusts the power supply voltage VDD supplied to the bridge circuit 202 instead of or in combination with adjusting the current set value I REF so that the load angle φ approaches the target angle φ REF. You may. By changing the power supply voltage VDD , the power supplied to the coils L1 and L2 of the stepping motor 102 can be changed.

(変形例2)
実施の形態では、ブリッジ回路202がフルブリッジ回路(Hブリッジ)で構成される場合を説明したが、それには限定されず、ハーフブリッジ回路で構成されてもよい。またブリッジ回路202は、駆動回路200とは別チップであってもよいし、ディスクリート部品であってもよい。
(Modification 2)
In the embodiment, the case where the bridge circuit 202 is composed of the full bridge circuit (H bridge) has been described, but the present invention is not limited to this, and the bridge circuit 202 may be composed of a half bridge circuit. Further, the bridge circuit 202 may be a chip different from the drive circuit 200, or may be a discrete component.

(変形例3)
高効率モードにおける電流設定値IREF(Iy)の生成方法は、実施の形態で説明したものに限定されない。たとえば逆起電力VBEMF1の目標値VBEMF(REF)を定めておき、逆起電力VBEMF1が目標値VBEMF(REF)に近づくように、フィードバックループを構成してもよい。
(Modification 3)
The method for generating the current set value I REF (Iy) in the high efficiency mode is not limited to that described in the embodiment. For example previously determined target values V BEMF of the back electromotive force V BEMF1 (REF), as the counter electromotive force V BEMF1 approaches the target value V BEMF (REF), may constitute a feedback loop.

(変形例4)
実施の形態では2つのコイルに流れる電流IOUT1,IOUT2は、励磁位置に応じてオン、オフされるが、その電流量は、励磁位置によらずに一定であった。この場合、1−2相励磁の場合にトルクが変動することとなる。この制御に変えて、励磁位置にかかわらずトルクが一定となるように電流IOUT1,IOUT2を修正してもよい。たとえば1−2相励磁では、励磁位置2,4,6,8における電流IOUT1,IOUT2の量を、励磁位置1,3,5,7における電流の量の√2倍としてもよい。
(Modification example 4)
In the embodiment, the currents I OUT1 and I OUT2 flowing through the two coils are turned on and off according to the exciting position, but the amount of the current is constant regardless of the exciting position. In this case, the torque will fluctuate in the case of 1-2 phase excitation. Instead of this control, the currents I OUT1 and I OUT2 may be modified so that the torque is constant regardless of the excitation position. For example, in 1-2 phase excitation, the amount of the currents I OUT1 and I OUT2 at the excitation positions 2, 4, 6 and 8 may be √2 times the amount of the currents at the excitation positions 1, 3, 5 and 7.

(変形例5)
実施の形態ではフィードバックコントローラ220をPI制御器で構成したがその限りでなく、PIDコントローラなどを採用してもよい。
(Modification 5)
In the embodiment, the feedback controller 220 is composed of a PI controller, but the present invention is not limited to this, and a PID controller or the like may be adopted.

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。 Although the present invention has been described using specific terms and phrases based on the embodiments, the embodiments merely indicate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many modifications and arrangements can be changed without departing from the ideas of the present invention.

L1 第1コイル
L2 第2コイル
2 ホストコントローラ
100 モータシステム
102 ステッピングモータ
200 駆動回路
202 ブリッジ回路
NF 検出抵抗
210 電流値設定回路
212 マルチプレクサ
214 加算器
220 フィードバックコントローラ
222 負荷角推定部
224 減算器
226 PI制御器
228 パラメータ生成部
230 逆起電力検出回路
232 回転数検出回路
234 カウンタ
236 エッジ検出器
238 係数回路
240 フィードフォワードコントローラ
250 定電流チョッパ回路
252 D/Aコンバータ
254 PWMコンパレータ
256 オシレータ
258 フリップフロップ
270 ロジック回路
290 モードセレクタ
L1 1st coil L2 2nd coil 2 Host controller 100 Motor system 102 Stepping motor 200 Drive circuit 202 Bridge circuit R NF detection resistance 210 Current value setting circuit 212 Comparator 214 Adder 220 Feedback controller 222 Load angle estimation unit 224 Subtractor 226 PI Controller 228 Parameter generator 230 Counter electromotive force detection circuit 232 Rotation speed detection circuit 234 Counter 236 Edge detector 238 Coefficient circuit 240 Feed forward controller 250 Constant current chopper circuit 252 D / A converter 254 PWM comparator 256 Oscillator 258 Flip flop 270 Logic Circuit 290 mode selector

Claims (11)

ステッピングモータの駆動回路であって、
前記ステッピングモータのコイルに生ずる逆起電力を検出する逆起電力検出回路と、
前記ステッピングモータの回転数を示す回転数検出信号を生成する回転数検出回路と、
前記逆起電力にもとづくフィードバック信号とその目標値の誤差がゼロに近づくように電流設定値を生成するフィードバックコントローラを含み、前記フィードバックコントローラのパラメータが、前記回転数検出信号にもとづいて変化する電流値設定回路と、
前記コイルに流れるコイル電流の検出値が前記電流設定値にもとづく目標量に近づくようにパルス変調されるパルス変調信号を生成する定電流チョッパ回路と、
前記パルス変調信号に応じて、前記コイルに接続されるブリッジ回路を制御するロジック回路と、
を備えることを特徴とする駆動回路。
It is a drive circuit of a stepping motor
A counter electromotive force detection circuit that detects the counter electromotive force generated in the coil of the stepping motor, and
A rotation speed detection circuit that generates a rotation speed detection signal indicating the rotation speed of the stepping motor, and
A current value that includes a feedback controller that generates a current setting value so that an error between the feedback signal based on the counter electromotive force and its target value approaches zero, and the parameters of the feedback controller change based on the rotation speed detection signal. Setting circuit and
A constant current chopper circuit that generates a pulse-modulated signal that is pulse-modulated so that the detected value of the coil current flowing through the coil approaches the target amount based on the current set value.
A logic circuit that controls a bridge circuit connected to the coil in response to the pulse modulation signal,
A drive circuit characterized by being provided with.
前記フィードバックコントローラは、前記パラメータとして比例ゲインおよび積分ゲインを有するPI制御器を含み、前記比例ゲインが前記回転数検出信号にもとづいて変化し、前記積分ゲインは一定であることを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。 The feedback controller includes a PI controller having a proportional gain and an integrated gain as the parameters, and the proportional gain changes based on the rotation speed detection signal, and the integrated gain is constant. The drive circuit according to 1. 前記比例ゲインは、前記回転数に対して単調増加することを特徴とする請求項2に記載の駆動回路。 The drive circuit according to claim 2, wherein the proportional gain increases monotonically with respect to the rotation speed. 前記フィードバックコントローラは、前記回転数検出信号を所定の少なくともひとつのしきい値と比較し、比較結果に応じて、前記パラメータの値を選択することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の駆動回路。 The feedback controller according to any one of claims 1 to 3, wherein the feedback controller compares the rotation speed detection signal with at least one predetermined threshold value, and selects a value of the parameter according to the comparison result. The drive circuit described. 前記回転数検出信号は、前記駆動回路に入力される入力クロックまたはそれにもとづく内部信号の周期であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の駆動回路。 The drive circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotation speed detection signal is a period of an input clock input to the drive circuit or an internal signal based on the input clock. 前記電流値設定回路は、
前記逆起電力にもとづいて負荷角を推定する負荷角推定部を含み、
前記フィードバック信号は、前記負荷角に応じていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の駆動回路。
The current value setting circuit is
Includes a load angle estimation unit that estimates the load angle based on the counter electromotive force.
The drive circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein the feedback signal corresponds to the load angle.
前記フィードバック信号は前記逆起電力であり、前記フィードバックコントローラは、前記逆起電力がその目標値に近づくように前記電流設定値を調節することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の駆動回路。 The feedback signal is the counter electromotive force, and the feedback controller adjusts the current set value so that the counter electromotive force approaches the target value, according to any one of claims 1 to 5. Drive circuit. 前記定電流チョッパ回路は、
前記コイル電流の検出値を、前記電流設定値にもとづくしきい値と比較するコンパレータと、
所定の周波数で発振するオシレータと、
前記コンパレータの出力に応じてオフレベルに遷移し、前記オシレータの出力に応じてオンレベルに遷移する前記パルス変調信号を出力するフリップフロップと、
を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の駆動回路。
The constant current chopper circuit
A comparator that compares the detected value of the coil current with the threshold value based on the current set value.
An oscillator that oscillates at a predetermined frequency and
A flip-flop that outputs the pulse-modulated signal that transitions to the off-level according to the output of the comparator and transitions to the on-level according to the output of the oscillator.
The drive circuit according to any one of claims 1 to 7, wherein the drive circuit comprises.
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8のいずれかに記載の駆動回路。 The drive circuit according to any one of claims 1 to 8, wherein the drive circuit is integrally integrated on one semiconductor substrate. ステッピングモータと、
前記ステッピングモータを駆動する請求項1から9のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
With a stepping motor
The drive circuit according to any one of claims 1 to 9 for driving the stepping motor.
An electronic device characterized by being equipped with.
ステッピングモータの駆動方法であって、
前記ステッピングモータのコイルに生ずる逆起電力を検出するステップと、
前記ステッピングモータの回転数を示す回転数検出信号を生成するステップと、
フィードバックコントローラによって、前記逆起電力にもとづくフィードバック信号とその目標値の誤差がゼロに近づくように電流設定値を生成するステップと、
前記フィードバックコントローラのパラメータを、前記回転数検出信号にもとづいて変化させるステップと、
前記コイルに流れるコイル電流の検出値が前記電流設定値にもとづく目標量に近づくようにパルス変調されるパルス変調信号を生成するステップと、
前記パルス変調信号に応じて、前記コイルに接続されるブリッジ回路を制御するステップと、
を備えることを特徴とする駆動方法。
It is a method of driving a stepping motor.
The step of detecting the counter electromotive force generated in the coil of the stepping motor, and
A step of generating a rotation speed detection signal indicating the rotation speed of the stepping motor, and
A step of generating a current set value by the feedback controller so that the error between the feedback signal based on the counter electromotive force and its target value approaches zero.
A step of changing the parameters of the feedback controller based on the rotation speed detection signal, and
A step of generating a pulse-modulated signal in which the detected value of the coil current flowing through the coil is pulse-modulated so as to approach a target amount based on the current set value.
A step of controlling a bridge circuit connected to the coil according to the pulse modulation signal,
A driving method characterized by being provided with.
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