JP3568068B2 - 駆動装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動装置に関し、特にモータの駆動電流を微細に制御するリニア制御型の駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のモータ駆動装置は、図3に示すように4個のMOSFET11〜14とセンス抵抗15とを有する出力バッファHブリッジ回路10と、演算増幅器21,22と第1基準電圧源23と抵抗24〜29とを有する駆動電流制御回路20と、演算増幅器31,32と利得切替スイッチ33と第2基準電圧源34と位相調整回路35と抵抗36〜41とを有する利得制御回路30とで構成されている。
出力バッファHブリッジ回路10のPチャネル型の第1及び第2MOSFET11,12はソースが共通接続されて電源端子1に接続されている。Nチャネル型の第3及び第4MOSFET13,14はソースが共通接続されて接地端子2に接続されている。MOSFET11,13のドレインは共通接続され出力端子3に接続されている。MOSFET12,14のドレインは共通接続されセンス抵抗15を介して出力端子4に接続されている。出力端子3と4との間に外部のモータMが負荷5として接続される。
【0003】
駆動電流制御回路20の第1演算増幅器21にMOSFET11,13が出力バッファとして接続され、第2演算増幅器22にMOSFET12,14が出力バッファとして接続されている。演算増幅器21の逆相入力及び演算増幅器22の正相入力と接地端子2との間に帰還抵抗25,29をそれぞれ介して第1基準電圧源23が共通に接続されている。演算増幅器21の逆相入力と出力間との間と演算増幅器22の正相入力と出力との間とに帰還抵抗26,28がそれぞれ接続されている。演算増幅器21の正相入力及び演算増幅器22の逆相入力にインピーダンス整合用抵抗24,27の一端がそれぞれ接続されている。
利得制御回路30の第2基準電圧源34及び利得調整用抵抗36,37,38は直列接続され、その直列回路の一端(利得調整用抵抗38側)がセンス抵抗15の一端に接続され、その直列回路の他端(第2基準電圧源34側)が接地端子2に接続されている。利得調整用抵抗39,40,41は直列接続され、その直列回路の一端(利得調整用抵抗41側)がセンス抵抗15の他端に接続され、その直列回路の他端(利得調整用抵抗39側)が駆動制御用端子6に接続されている。演算増幅器31の正相入力が利得調整用抵抗39,40の接続点に、その逆相入力が利得調整用抵抗36,37の接続点に接続され、演算増幅器32の正相入力が利得調整用抵抗40,41の接続点に,その逆相入力が利得調整用抵抗37,38の接続点に接続されている。演算増幅器31,32の出力は利得切替スイッチ33の2入力側に接続され、この利得切替スイッチ33の出力側は抵抗24を介して演算増幅器21の正相入力と抵抗27を介して演算増幅器22の逆相入力に接続されている。利得切替スイッチ33の制御入力側は利得切替信号が入力される利得制御用端子7へ接続されている。演算増幅器32の正相及び逆相入力と切替スイッチ7の出力側との間に位相調整回路35が接続されている。
【0004】
次に、上記のモータ駆動装置の動作を説明する。負荷5を流れる駆動電流を制御する動作は、センス抵抗15の両端に発生する電圧を駆動制御用端子6への駆動制御信号の電圧と第2基準電圧源34の電圧との差に比例するように決定することにより行なう。負荷5を流れる駆動電流の倍率調整である利得制御は、抵抗36〜41の抵抗値と、切替スイッチ33により演算増幅器31,32のどちらを選択するかとにより倍率が決定されて行なわれる。以上説明したように負荷5を流れる駆動電流の制御はセンス抵抗15の両端に発生する電圧を演算増幅器31,32に帰還し、その結果に基づき演算増幅器21,22を駆動することにより行なわれる
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来のモータ駆動装置は、負荷5を流れる駆動電流の制御がセンス抵抗15の両端に発生する電圧を演算増幅器31,32に帰還し、その結果に基づき演算増幅器21,22を駆動することにより行なわれるので、駆動制御信号による負荷の制御は、演算増幅器を2段経由した帰還系で行なわれるためこれらの演算増幅器の周波数特性より発振しやすい制御系となっている。そのため、周波数特性設計を十分に行なう必要があり、特に演算増幅器21,22の演算増幅器31,32に対する周波数特性に注意する必要があり、位相調整回路35を設けて発振防止を行なっており、素子数が増加し複雑な制御系となり高コスト化が問題とされていた。また、2段の演算増幅器や多数の抵抗で構成されているため、演算増幅器の駆動電流オフセットや抵抗の精度等の影響を受けやすく、駆動電流の制御精度を上げることが困難であった。本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、出力バッファHブリッジ回路の制御系に各駆動相に対して1段のみの演算増幅器を使用して素子数を増加することなく発振しにくい制御系とすることにより低コスト化を実現すると共に、制御の高精度化を図ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたもので、電源端子に接続された第1及び第2MOSFETと接地端子にセンス抵抗を介して接続された第3及び第4MOSFETとを有し、第1及び第4MOSFETで第1駆動相と第2及び第3MOSFETで第2駆動相とを形成し、第1又は第2駆動相を駆動して負荷に駆動電流を流す出力バッファHブリッジ回路と、駆動電流を制御する駆動電流制御回路とを含む駆動装置において、駆動電流制御回路は第3及び第4MOSFETの各ゲートに出力がそれぞれ接続される第1及び第2演算増幅器を有し、この第1及び第2演算増幅器の各逆相入力に前記センス抵抗に発生する電圧を帰還し、その各正相入力に駆動電流制御信号を入力し、その駆動電流制御信号の電圧に基づいて駆動電流を制御する駆動装置を提供する。
上記の駆動装置は、駆動電流の倍率調整を第1及び第2演算増幅器の各逆相入力と接地端子との間に直列接続したスイッチ手段及び第1利得調整用抵抗と、第3及び第4MOSFETとセンス抵抗との接続点と逆相入力との間に接続した第2利得調整用抵抗とを有する利得制御回路を含むことにより可能としている。上記においてスイッチ手段として具体的にはMOSFETを用いる。
また、上記の駆動装置は、第1又は第2MOSFETをオン状態にすると共にオン状態にしない第1又は第2MOSFETと同一駆動相の第3又は第4MOSFETをオフ状態にする駆動相判定信号と駆動電流制御信号とを出力する駆動相判定回路を含む。
上記駆動装置は、駆動相の設定を第1及び第2MOSFETのゲートに駆動相判定信号を入力して第1又は第2MOSFETをオン状態にすると共に、第1及び第2演算増幅器の各イネーブル端子に駆動相判定信号を入力してオン状態にしない第1又は第2MOSFETと同一駆動相の第3又は第4MOSFETをオフ状態にすることにより可能としている。
具体的には、駆動相判定信号を第2MOSFETのゲート及び第2演算増幅器のイネーブル端子に直接入力すると共に、第1MOSFETのゲート及び第1演算増幅器のイネーブル端子にインバータを介して入力することにより可能としている。
上記駆動装置は、第1及び第2MOSFETが二重拡散型のPチャネル型MOSFETで構成され、第3及び第4MOSFETが二重拡散型のNチャネル型MOSFETで構成されている。
また、上記駆動装置は、第1〜第4MOSFETが二重拡散型のNチャネルMOSFETで構成され、第1及び第2MOSFETのゲートが昇圧回路により昇圧された駆動相判定信号により駆動するものであってもよい。
上記の駆動装置の駆動相判定回路は具体的には、正相入力に入力される駆動制御信号と逆相入力に印加される基準電源電圧とで比較処理され駆動相判定信号が出力される比較器と、入力される駆動制御信号に基づき駆動電流制御信号が出力される全波整流回路とを含む。
また、本発明は、電源端子に接続された第1及び第2MOSFETと接地端子にセンス抵抗を介して接続された第3及び第4MOSFETとを有し、第1及び第4MOSFETで第1駆動相と第2及び第3MOSFETで第2駆動相とを形成し、第1又は第2駆動相を駆動して負荷に駆動電流を流す出力バッファHブリッジ回路と、駆動電流を制御する駆動電流制御回路と、駆動電流の利得を制御する利得制御回路とを含む駆動装置において、駆動電流制御回路は、駆動制御用端子からの駆動制御信号に基づき、第1又は第2MOSFETをオン状態にすると共にオン状態にしない第1又は第2MOSFETと同一駆動相の第3又は第4MOSFETをオフ状態にする駆動相判定信号と駆動電流を制御する駆動電流制御信号とを出力する駆動相判定回路と、センス抵抗の両端に発生する電圧を検出して駆動電流制御信号と比較し前記第3及び第4MOSFETのゲートをそれぞれ制御する第1及び第2演算増幅器とを有し、利得制御回路は第1及び第2演算増幅器の逆相入力と接地との間に接続した第1利得調整用抵抗及び第5MOSFETの直列回路と、第3及び第4MOSFETとセンス抵抗との接続点と第1及び第2演算増幅器の逆相入力との間に接続した第2利得調整用抵抗とを有している駆動装置を提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のモータ駆動装置の第1の実施例について図1及び図4を参照して説明する。
図1に示すように、本発明のモータ駆動装置は、第1〜第4MOSFET51〜54とセンス抵抗55とを有する出力バッファHブリッジ回路50と、駆動相判定回路61と演算増幅器62,63とインバータ64とを有する駆動電流制御回路60と、スイッチ手段である第5MOSFET71と第1及び第2利得調整用抵抗72,73とを有する利得制御回路70とで構成されている。
出力バッファHブリッジ回路50において、Pチャネル型の第1及び第2MOSFET51,52は、ソースが共通接続されて電源端子1に接続されている。Nチャンネル型の第3及び第4MOSFET53,54は、ソースが共通接続されてセンス抵抗55を介して接地端子2に接続されている。MOSFET51,53のドレインが共通接続され出力端子3に接続され、MOSFET52,54のドレインが共通接続され出力端子4に接続されている。出力端子3と4との間に外部のモータMが負荷5として接続される。
【0008】
駆動電流制御回路60において、駆動相判定回路61の入力は駆動制御用端子6に接続されている。この駆動相判定回路61は、例えば図4に示すように、基準電圧源65と比較器66と全波整流回路67とを含み、比較器66の正相入力に駆動制御信号が入力され、逆相入力に基準電圧源65が接続され、比較器66から駆動相判定信号が出力されると共に、全波整流回路67にも駆動制御信号が入力され、全波整流回路67から駆動電流制御信号が出力される。駆動相判定回路61の駆動電流制御信号出力は演算増幅器62,63の正相入力に接続されている。演算増幅器62,63の出力はMOSFET53,54のゲートにそれぞれ接続されている。駆動相判定回路61の駆動相判定信号出力はMOSFET52のゲート及び演算増幅器63の第2イネーブル端子63aに直接接続されると共に、MOSFET51のゲート及び演算増幅器62の第1イネーブル端子62aにインバータ64を介して接続されている。
利得制御回路70において、Nチャネル型のMOSFET71と利得調整用抵抗72が直列接続され、演算増幅器62,63の逆相入力と接地端子2との間に接続されている。MOSFET71のゲートには利得切替信号が入力される利得制御用端子7が接続されている。演算増幅器62,63の逆相入力とMOSFET53,54のソースの共通接続点との間には利得調整用抵抗73が接続されている。
上述の駆動装置は半導体集積回路で構成され、4個のMOSFET51〜54は二重拡散型で構成されている。
【0009】
次に、上記モータ駆動装置の動作を説明する。
駆動相の設定は次のように行なわれる。駆動相判定回路61の比較器66の正相に入力された駆動制御信号は比較器66の逆相に接続された基準電圧源65の電圧と比較処理され駆動相判定信号としてインバータ64を介してMOSFET51のゲート及び直接にMOSFET52のゲートに出力され、MOSFET51又は52のいずれかがオン状態となる。そのとき同時に駆動相判定信号はインバータ64を介して演算増幅器62のイネーブル端子62a及び直接に演算増幅器63のイネーブル端子63aに出力され、例えばMOSFET51がオン状態となる場合は、演算増幅器62の出力がロウレベルに固定されMOSFET53がオフ状態となり、MOSFET51 ,54が負荷5を駆動する第1駆動相として設定される。また、逆にMOSFET52がオン状態となる場合は、演算増幅器63の出力がロウレベルに固定されMOSFET54がオフ状態となり、MOSFET52 ,53が負荷5を駆動する第2駆動相として設定される。
【0010】
駆動電流の設定は次のように行なわれる。駆動相判定回路61の全波整流回路67に入力された駆動制御信号は全波整流され駆動電流制御信号として演算増幅器62,63の正相入力へ電圧V1で出力される。そのときMOSFET71のゲートに利得制御用端子7から利得切替信号がロウレベルで入力されMOSFET71がオフ状態のとき、演算増幅器62,63の逆相入力の電位V2はMOSFET53,54とセンス抵抗55との接続点P1 の電位V3と等しくなる。演算増幅器62,63の正相入力と逆相入力は同電位であるので、V3=V1となる。従って、負荷5に流れる電流IM は、センス抵抗55(抵抗値をRs とする)に流れる電流と等しく、IM =V3/Rs =V1/Rs となる。また、MOSFET71のゲートに利得切替信号がハイレベルで入力されMOSFET71がオン状態のとき、MOSFET71のオン抵抗が利得調整用抵抗72,73(抵抗値をR1,R2とする)に対して無視できれば、演算増幅器62,63の逆相入力の電位V2はMOSFET53,54とセンス抵抗55との接続点P1 の電位V3のR1/(R1+R2)倍となる。演算増幅器62,63の正相入力と逆相入力は同電位であるので、V3×R1/(R1+R2)=V1となる。従って、負荷5に流れる電流IM は、
R1+R2≫Rs とすると、センス抵抗55に流れる電流と等しく、
Figure 0003568068
となり、MOSFET71がオフ状態のときに対して(R1+R2)/R1倍に倍率調整して駆動電流を制御することができる。このとき上記の電流IM が流れるようにMOSFET53及び54のゲートは演算増幅器62,63の出力により制御されるが、結果的には上記の式で示されるように演算増幅器62,63の増幅度に関係なく、駆動電流制御信号の電圧V1とセンス抵抗55又はセンス抵抗55及び利得調整用抵抗72,73とにより決まり、リニアな電流制御が可能である。
【0011】
以上説明したように、駆動制御信号の電圧を変化させることにより負荷に流れる駆動電流をリニアに制御できる。また利得制御も演算増幅器62,63の入力の制御により簡単に行なうことができる。このように制御系は各駆動相において演算増幅器を1段のみ使用することにより実現でき、多段演算増幅器構造の発振しやすい制御系のように、発振対策を外部的に行なう必要がなく、素子数が削減でき、コスト削減と共に回路の簡素化により制御精度が向上する。
【0012】
続いて、本発明のモータ駆動装置の第2の実施例について図2を参照して説明する。尚、図1に示す回路と同一部分は同一符号を付したのでその説明を省略する。図2に示すように、本発明のモータ駆動装置は、図1とは一部異なる出力バッファHブリッジ回路80及び駆動電流制御回路90と、図1と同一の利得制御回路70とで構成されている。
出力バッファHブリッジ回路80は、図1の出力バッファHブリッジ回路50において一対のPチャネルMOSFET51,52が一対のNチャネルMOSFET81,82である点以外は同一である。即ち、4個のMOSFETがすべてNチャネル型で二重拡散型のMOSFETで構成されている。
駆動電流制御回路90は、上記のMOSFET81,82のゲートに入力される信号レベルが出力抵抗を低減させるために出力バッファHブリッジ回路80の電源端子1からの電圧より十分昇圧された電圧レベルを必要とするため、図1の駆動電流制御回路60において駆動相判定回路61とインバータ64との間にレベルシフタ91を設け、このレベルシフタ91とインバータ64とに電源端子1に接続された昇圧回路92を接続している点以外は同一である。
尚、動作については、駆動相判定回路61からの駆動相判定信号をレベルシフタ91により電源端子1からの電圧より十分昇圧された電圧レベルにする以外は第1の実施例と同様であるので説明を省略する。
以上説明したように、第1の実施例と同様に、駆動電流を制御でき、素子数が削減でき、コスト削減と共に回路の簡素化により制御精度が向上する。
【0013】
【発明の効果】
本発明によれば、出力バッファHブリッジ回路を流れる駆動電流の制御を各駆動相において1個の演算増幅器とセンス抵抗のみで行なうことができるため、発振対策用位相調整を外部的に行なう必要がなく、素子数が削減でき、コストが削減できると共に制御精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図
【図2】本発明の第2の実施例を示す回路図
【図3】従来のモータ駆動装置の回路図
【図4】図1及び図2の回路に使用される駆動相判定回路の回路図
【符号の説明】
50 出力バッファHブリッジ回路
51 第1MOSFET
52 第2MOSFET
53 第3MOSFET
54 第4MOSFET
55 センス抵抗
60 駆動電流制御回路
61 駆動相判定回路
62 第1演算増幅器
63 第2演算増幅器
64 インバータ
65 基準電圧源
66 比較器
67 全波整流回路
70 利得制御回路
71 第5MOSFET
72 第1利得調整用抵抗
73 第2利得調整用抵抗
80 出力バッファH回路
81 第1MOSFET
82 第2MOSFET
90 駆動電流制御回路
92 昇圧回路

Claims (10)

  1. 第1及び第2MOSFETと接地端子にセンス抵抗を介して接続された第3及び第4MOSFETとを有し、前記第1及び第4MOSFETで第1駆動相と前記第2及び第3MOSFETで第2駆動相とを形成し、前記第1又は第2駆動相を駆動して負荷に駆動電流を流す出力バッファHブリッジ回路と、前記駆動電流を制御する駆動電流制御回路とを含む駆動装置であって、前記駆動電流制御回路は前記第3及び第4MOSFETの各ゲートに出力がそれぞれ接続される第1及び第2演算増幅器を有し、この第1及び第2演算増幅器の各逆相入力に前記センス抵抗に発生する電圧を帰還し、それらの各正相入力に駆動電流制御信号を入力し、その駆動電流制御信号の電圧に基づいて駆動電流を制御する駆動装置。
  2. 前記第1及び第2演算増幅器の各逆相入力と接地端子との間に直列接続したスイッチ手段及び第1利得調整用抵抗と、前記第3及び第4MOSFETとセンス抵抗との接続点と前記逆相入力との間に接続した第2利得調整用抵抗とを有する利得制御回路を含む請求項1記載の駆動装置。
  3. 前記スイッチ手段が第5MOSFETであることを特徴とする請求項2記載の駆動装置。
  4. 前記駆動電流制御回路が、駆動制御用端子からの駆動制御信号に基づき、前記第1又は第2MOSFETをオン状態にすると共にオン状態にしない前記第1又は第2MOSFETと同一駆動相の前記第3又は第4MOSFETをオフ状態にする駆動相判定信号と前記駆動電流制御信号とを出力する駆動相判定回路を含む請求項1記載の駆動装置。
  5. 前記第1及び第2MOSFETのゲートに前記駆動相判定信号を入力して第1又は第2MOSFETをオン状態にすると共に、前記第1及び第2演算増幅器の各イネーブル端子に前記駆動相判定信号を入力してオン状態にしない前記第1又は第2MOSFETと同一駆動相の前記第3又は第4MOSFETをオフ状態にする請求項4記載の駆動装置。
  6. 前記駆動相判定信号が前記第2MOSFETのゲート及び第2演算増幅器のイネーブル端子に直接入力されると共に、前記第1MOSFETのゲート及び第1演算増幅器のイネーブル端子にインバータを介して入力される請求項5記載の駆動装置。
  7. 前記第1及び第2MOSFETが二重拡散型のPチャネル型MOSFETで構成され、前記第3及び第4MOSFETが二重拡散型のNチャネル型MOSFETで構成されている請求項1記載の駆動装置。
  8. 前記第1〜第4MOSFETが二重拡散型のNチャネルMOSFETで構成され、前記第1及び第2MOSFETのゲートが昇圧回路により昇圧された駆動相判定信号により駆動する請求項4記載の駆動装置。
  9. 前記駆動相判定回路が、正相入力に入力される前記駆動制御信号と逆相入力に印加される基準電源電圧とで比較処理され前記駆動相判定信号が出力される比較器と、入力される前記駆動制御信号に基づき前記駆動電流制御信号が出力される全波整流回路とを含む請求項4記載の駆動装置。
  10. 電源端子に接続された第1及び第2MOSFETと接地端子にセンス抵抗を介して接続された第3及び第4MOSFETとを有し、前記第1及び第4MOSFETで第1駆動相と前記第2及び第3MOSFETで第2駆動相とを形成し、前記第1又は第2駆動相を駆動して負荷に駆動電流を流す出力バッファHブリッジ回路と、前記駆動電流を制御する駆動電流制御回路と、前記駆動電流の利得を制御する利得制御回路とを含む駆動装置であって、
    前記駆動電流制御回路は、駆動制御用端子からの駆動制御信号に基づき、前記第1又は第2MOSFETをオン状態にすると共にオン状態にしない前記第1又は第2MOSFETと同一駆動相の前記第3又は第4MOSFETをオフ状態にする駆動相判定信号と前記駆動電流を制御する駆動電流制御信号とを出力する駆動相判定回路と、前記センス抵抗の両端に発生する電圧を検出して前記駆動電流制御信号と比較し前記第3及び第4MOSFETのゲートをそれぞれ制御する第1及び第2演算増幅器とを有し、
    前記利得制御回路は前記第1及び第2演算増幅器の逆相入力と接地との間に接続した第1利得調整用抵抗及び第5MOSFETの直列回路と、前記第3及び第4MOSFETとセンス抵抗との接続点と前記第1及び第2演算増幅器の逆相入力との間に接続した第2利得調整用抵抗とを有している駆動装置。
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