JP3766345B2 - モータ駆動回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動回路に係り、特に、位置検出用センサのないブラシレスモータをＰＷＭ（Ｐulse Ｗide Ｍodulation）駆動するモータ駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のＰＷＭ方式のモータ駆動回路は、図４に示したように構成されている。図４において、１はモータ、２はモータ１に発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段、３は通電相を制御する通電相制御回路、４はモータ１をＰＷＭ駆動するスイッチング手段、５はスイッチング手段４をＰＷＭ制御するドライバ回路、６はモータ１に流れる電流を設定電流値と比較する電流比較手段、７はＰＷＭ駆動におけるオフ区間を設定するオフ区間設定タイマ、８は逆起電力検出禁止区間を設定する逆起電力検出許可タイマである。この逆起電力検出許可タイマは、同時にＰＷＭ駆動における最小オン区間を設定する。
【０００３】
このモータ駆動回路は、ピーク検出方式でＰＷＭ駆動するものであり、逆起電力検出許可タイマ８の設定する最小オン区間、またはモータ１に流れる電流が設定電流値以下となる区間がＰＷＭ駆動におけるオン区間となり、オフ区間設定タイマ７の設定する一定区間がＰＷＭ駆動におけるオフ区間となる。また、モータ１の回転駆動時、モータ１に発生する逆起電力を、逆起電力検出手段２によって検出し、モータ１の回転位置を検出する。検出した回転位置に基づき通電相制御回路３とドライバ回路５が通電相を制御する。
【０００４】
以上のように構成された従来のモータ駆動回路において、以下にその詳細な動作を図４を参照しながら図５のタイミングチャートを用いて説明する。図５において、１０はモータ１のコイルを流れるモータ電流、１１は電流検出手段６が検出する検出抵抗を流れる検出電流、１２，１３はモータ１の第１，２の出力電圧、１４はモータ１の第３の出力電圧、１５は逆起電力検出許可信号、１６はモータ１の設定電流値、１７は逆起電力検出禁止区間（Ｔmask）、１８は逆起電力検出区間（Ｔwin）、１９はＰＷＭ駆動におけるオフ区間（Ｔoff）、２０はＰＷＭ駆動におけるオン区間（Ｔon）である。
【０００５】
ＰＷＭ駆動におけるオン区間２０中に逆起電力の検出を行うが、モータ１の第３の出力電圧１４が図５に示すように、ＰＷＭ駆動におけるオン区間とオフ区間の切り替え時にはスパイクノイズが発生するため、逆起電力検出許可タイマ８の設定する逆起電力禁止区間１７中は逆起電力の検出を禁止する。また、逆起電力禁止区間１７は最小オン区間でもある。逆起電力禁止区間１７の終了後から逆起電力の検出が許可され、モータ１を流れる電流が設定電流値１６に到達するまで、オン区間２０が継続され、設定電流値１６に到達後、オフ区間１９へ切り替わる。逆起電力検出区間１８は、逆起電力禁止区間１７終了後からモータ１を流れる電流が設定電流値１６に達するまでとなる。ＰＷＭ駆動におけるオフ区間１９は、オフ区間設定タイマ７が設定する一定時間が経過するまで継続し、経過後オン区間２０へ切り替わる。以上の動作の連続によりＰＷＭ制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のモータ駆動回路は、図５に示す逆起電力禁止区間１７の時間内に、モータ１のコイルを流れるモータ電流１０が設定電流値１６に到達しなかった場合には、前述のように逆起電力検出区間１８が存在し、問題なく逆起電力を検出することができる。しかしながら、逆起電力禁止区間１７の終了時点で、モータ１のコイルを流れるモータ電流１０が設定電流値１６に既に到達している場合には、直ちにオフ区間１９へ切り替わるため、逆起電力禁止区間１７の終了後からモータ１を流れる電流が設定電流値１６に達するまでの区間である逆起電力検出区間１８は存在せず、逆起電力の検出は不可能となる。つまり回転位置の検出が行えないことになる。したがって、図５の右部（矢印Ａ）に示すように、従来の構成においては、モータ１の定数によっては、回転位置の検出が行えない危険性があるという課題が存在する。
【０００７】
また、逆起電力検出禁止区間１７中にモータ１のコイルを流れるモータ電流１０が設定電流値１６に到達する場合に、最小デューティＤminとなり、逆起電力検出禁止区間１７をＴmask、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間１９をＴoffと記述すると、Ｄminは（数１）で表され、
【０００８】
【数１】
Ｄmin＝Ｔmask／（Ｔmask＋Ｔoff）
可能なデューティはＤminで制限される。例えば、逆起電力検出禁止区間１７が１６μＳ、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間１９を８μＳとすると、最小デューティＤminは６６．７％と高い値で制限される。したがって、従来の構成においては、モータ１の定数によっては、最小デューティが高い値に制限されるという課題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、モータの逆起電力を基に回転位置を確実に検出すると共に、最小デューティが高い値に制限されないモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動回路は、直流ブラシレスモータのステータを構成する複数の巻線をＰＷＭ駆動するスイッチング手段と、モータに流れる電流を設定電流値と比較する電流比較手段と、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間を決定するオフ区間設定タイマと、電流比較手段の出力信号とオフ区間設定タイマの出力信号によりスイッチング手段をＰＷＭ制御するドライバ回路と、ＰＷＭ駆動におけるオン区間にて動作する第１のオン区間設定タイマと、ＰＷＭ駆動におけるオン区間でかつ第１のオン区間設定タイマの設定時間経過後に動作する逆起電力検出禁止区間を設定する逆起電力検出許可タイマと、逆起電力検出許可タイマの設定時間経過後に動作する第２のオン区間設定タイマと、逆起電力検出許可タイマの設定時間経過後にのみモータに発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段とを備え、第１のオン区間設定タイマの設定時間経過時点、または第２のオン区間設定タイマの設定時間経過以降においてのみ電流比較手段が動作することを特徴とする。
【００１１】
また、直流ブラシレスモータのステータを構成する複数の巻線をＰＷＭ駆動するスイッチング手段と、モータに流れる電流を設定電流値と比較する電流比較手段と、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間の設定時間と、ＰＷＭ駆動におけるオン区間である第１のオン区間の設定時間と、第１のオン区間の設定時間経過後から始まる逆起電力検出禁止区間の設定時間と、逆起電力検出禁止区間の設定時間経過後から始まる第２のオン区間の設定時間との各設定時間をカウントするタイマ手段と、逆起電力検出禁止区間の設定時間経過後にのみモータに発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段と、電流比較手段の出力信号とオフ区間の設定時間経過信号によりスイッチング手段をＰＷＭ制御するドライバ回路とを備え、第１のオン区間の設定時間経過時点、または第２のオン区間の設定時間経過以降においてのみ電流比較手段が動作することを特徴とする。
【００１２】
前記構成によれば、タイマ設定により第１のオン区間の設定時間経過時点と、第２のオン区間の設定時間経過以降の２段階でモータ電流を設定電流値と比較することができ、第１のオン区間の設定時間経過時点での比較結果に基づき、直ちにオフ区間へ切り替え最小オン区間を短くして、逆起電力の検出も行わない場合と、比較後もオン区間を継続し、逆起電力検出許可の設定時間経過後から第２のオン区間の設定時間経過までの区間は確実に逆起電力を検出する場合とに場合分けができ、モータの定数によって、回転位置の検出が行えない危険性を回避し、かつ最小デューティを低くすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態１におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例を示す図４において説明した構成要件に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示し、以下の各図においても同様とする。
【００１５】
図１において、１はモータ、２は逆起電力検出手段、３は通電相制御回路、４はスイッチング手段、５はドライバ回路、６は電流比較手段、７はオフ区間設定タイマ、８は逆起電力検出許可タイマ、２１はＰＷＭ駆動における最小オン区間を設定する第１のオン区間設定タイマ、２２は逆起電力の検出を行う場合の最小オン区間を設定し、かつ最小の逆起電力検出区間を設定する第２のオン区間設定タイマである。この第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点、または第２のオン区間設定タイマ２２の設定時間経過以降においてのみ電流比較手段６が動作する。
【００１６】
図２は本実施の形態１の動作波形を示すタイミングチャートである。１０はモータ１のコイルを流れるモータ電流、１１は電流検出手段６が検出する検出抵抗を流れる検出電流、１２，１３はモータ１の第１，２の出力電圧、１４はモータ１の第３の出力電圧、１５は逆起電力検出許可信号、１６はモータ１の設定電流値、１７は逆起電力検出禁止区間（Ｔmask）、１８は逆起電力検出区間（Ｔwin）、１９はＰＷＭ駆動におけるオフ区間（Ｔoff）、２４はＰＷＭ駆動における最小オン区間を設定する第１のオン区間（Ｔon１）、２５は逆起電力の検出を行う場合の最小オン区間を設定し、かつ最小の逆起電力検出区間を設定する第２のオン区間（Ｔon２）である。
【００１７】
以上のように構成されたモータ駆動回路において、図１，図２を参照しながらその動作を説明する。また、本実施の形態１におけるモータ駆動回路は、ピーク検出方式でＰＷＭ駆動するものである。
【００１８】
まず、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間１９での動作から説明する。オフ区間１９では、モータ１のコイルを流れるモータ電流１０は、モータ定数による時定数にしたがって減少する。このとき、オフ区間設定タイマ７がカウントを開始し、第１のオン区間設定タイマ２１，逆起電力検出許可タイマ８，第２のオン区間設定タイマ２２は動作しない。また、逆起電力検出手段２は逆起電力の検出を行わず、電流比較手段６においても電流の比較を行わない。オフ区間設定タイマ７の設定時間経過後、ドライバ回路５がオフ区間１９からオン区間へスイッチング手段４の駆動を切り替える。
【００１９】
次に、ＰＷＭ駆動におけるオン区間での動作を説明する。オン区間では、モータ１のコイルを流れるモータ電流１０は、モータ定数による時定数にしたがって増加する。まず、第１のオン区間設定タイマ２１がカウントを開始し、オフ区間設定タイマ７はカウントを停止する。逆起電力検出許可タイマ８，第２のオン区間設定タイマ２２は動作しない。また、オフ区間とオン区間の切り替わり時には、モータ１の第３の出力電圧１４には、図２に示すようにスパイクノイズが存在して逆起電力を正確に検出できないため、逆起電力検出許可タイマ８の設定時間経過後までは逆起電力検出手段２による逆起電力の検出を禁止する。第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で電流比較手段６がモータ１のコイルに流れるモータ電流１０と設定電流値１６を比較する。この比較結果により、以降の動作は異なる。
【００２０】
まず、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で、モータ電流１０が設定電流値１６を超えている場合について説明する。この場合、モータ電流１０を減少させるため、直ちにドライバ回路５がオン区間からオフ区間へスイッチング手段４の駆動を切り替え、前述のオフ区間１９における動作となる。この場合には、図２の右部（矢印Ａ）に示すように逆起電力検出手段２による逆起電力の検出は行われないことになるが、オン区間（第１のオン区間２４）が短くなり、オフ区間１９に切り替わりモータ電流１０が減少していけば、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点でモータ電流１０が設定電流値１６を超えなくなり、後述するように、全く逆起電力が検出できない状態にはならない。
【００２１】
また、この場合のオン区間は第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間の第１のオン区間２４のみであり、最小デューティＤminは（数２）で表され、この設定時間の第１のオン区間（Ｔon１）２４を短くすることで、
【００２２】
【数２】
Ｄmin＝Ｔon１／（Ｔon１＋Ｔoff）
最小デューティを小さくすることができる。
【００２３】
次に、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えていない場合について説明する。第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過後、逆起電力検出許可タイマ８がカウントを開始する。第２のオン区間設定タイマ２２はこの時点では動作せず、逆起電力検出手段２も電流比較手段６も動作しない。逆起電力検出許可タイマ８の設定時間経過以降（逆起電力検出許可信号１８の出力）、逆起電力検出手段２が逆起電力の検出を開始し、第２のオン区間設定タイマ２２がカウントを開始する。この場合、少なくとも第２のオン区間設定タイマ２２の設定時間経過までは、確実に逆起電力が検出される。
【００２４】
第２のオン区間設定タイマ２２の設定時間経過以降は、電流比較手段６がモータ１のモータ電流１０と設定電流値１６を比較し、モータ電流１０が設定電流値１６に到達するまで、オン区間を継続し、逆起電力検出手段２による逆起電力の検出も継続する。その後、モータ電流１０が設定電流値１６に到達後、ドライバ回路５がオン区間からオフ区間へスイッチング手段４の駆動を切り替える。
【００２５】
以上のように検出された逆起電力により回転位置を検出し、通電相制御回路３とドライバ回路５が、通電相を順次切り替えることで、モータ１を駆動する。
【００２６】
本実施の形態１では、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えてない場合に、第２のオン区間設定タイマ２２を用いて、確実に逆起電力を検出するため、モータの定数によっては逆起電力が検出されない危険性を回避できる。また、最小デューティを小さくすることが可能であるが、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えている場合には、逆起電力の検出は行われず、このときの逆起電力の検出精度は、従来の構成よりも悪化しうるため、本実施の形態１はモータの起動時など、高い検出精度が要求されない場面での使用に適している。
【００２７】
次に、図３は本発明の実施の形態２におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図である。図３において、１はモータ、２は逆起電力検出手段、３は通電相制御回路、４はスイッチング手段、５はドライバ回路、６は電流比較手段、２６はＰＷＭ駆動におけるオフ区間の設定時間、ＰＷＭ駆動におけるオン区間における第１のオン区間の設定時間、ＰＷＭ駆動におけるオン区間で、かつ前記第１のオン区間の設定時間経過後から始まる逆起電力検出禁止区間の設定時間と、逆起電力検出禁止区間の設定時間経過後から始まる第２のオン区間の設定時間との各設定時間をカウントするタイマ手段である。
【００２８】
また、第１のオン区間の設定時間経過時点、または第２のオン区間の設定時間経過以降においてのみ電流比較手段６が動作する。本実施の形態２は、前記実施の形態１において説明した各タイマは同時に動作する必要性がないため、単一のタイマ手段により各タイマを兼用する構成としたものである。また、本実施の形態２の動作波形は、実施の形態１の図２に示した動作波形と同様である。
【００２９】
以上のように構成された本実施の形態２におけるモータ駆動回路において、以下に図２，図３を参照しながらその動作を説明する。まず、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間での動作から説明する。このとき、タイマ手段２６はオフ区間の設定時間をカウントする。また、逆起電力検出手段２は逆起電力の検出を行わず、電流比較手段６も電流の比較を行わない。タイマ手段２６によりカウントされるオフ区間の設定時間が経過した後、ドライバ回路５がオフ区間からオン区間へスイッチング手段４の駆動を切り替える。
【００３０】
次に、ＰＷＭ駆動におけるオン区間での動作を説明する。タイマ手段２６は、カウントをリセットし、第１のオン区間の設定時間をカウントする。オフ区間とオン区間の切り替わり時には、モータ１の第３の出力電圧１４に示すようにスパイクノイズが存在して逆起電力を正確に検出できないため、後述する逆起電力検出許可の設定時間が経過するまでは逆起電力検出手段２による逆起電力の検出を禁止する。タイマ手段２６によりカウントされる第１のオン区間の設定時間が経過した時点で電流比較手段６がモータ１のモータ電流１０と設定電流値１６を比較する。この比較結果により、以降の動作は異なる。
【００３１】
まず、前記第１のオン区間の設定時間が経過した時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えている場合について説明する。この場合、モータ電流１０を減少させるため、直ちにドライバ回路５がオン区間（第１のオン区間２４）からオフ区間１９へスイッチング手段４の駆動を切り替え、前述のオフ区間における動作となる。この場合、実施の形態１と同様に最小デューティを小さくできる。
【００３２】
次に、前記第１のオン区間の設定時間が経過した時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えていない場合について説明する。前記第１のオン区間２４の設定時間が経過した後、タイマ手段２６は、カウントをリセットして逆起電力検出許可の設定時間をカウントする。この時点では、逆起電力検出手段２も電流比較手段６も動作しない。タイマ手段２６によりカウントされる逆起電力検出許可の設定時間が経過した以降、逆起電力検出手段２が逆起電力の検出を開始し、タイマ手段２６は、カウントをリセットして第２のオン区間２５の設定時間をカウントする。
【００３３】
この場合、少なくとも前記第２のオン区間２５の設定時間が経過するまでは、確実に逆起電力の検出が行われる。前記第２のオン区間２５の設定時間が経過した以降は、電流比較手段６がモータ１のモータ電流１０と設定電流値１６を比較し、モータ電流１０が設定電流値１６に到達するまで、オン区間を継続し、逆起電力検出手段２による逆起電力の検出も継続する。モータ電流１０が設定電流値１６に到達後、ドライバ回路５がオン区間からオフ区間へスイッチング手段４の駆動を切り替える。
【００３４】
以上のように検出された逆起電力により、回転位置を検出し、通電相制御回路３とドライバ回路５が、通電相を順次切り替えることで、モータ１を駆動する。
【００３５】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様に、第１のオン区間の設定時間が経過した時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えていない場合に、確実に逆起電力を検出するため、モータの定数によって、逆起電力が検出されない危険性を回避することができる。また、最小デューティを小さくできる。
【００３６】
なお、各タイマを別々に構成する実施の形態１と、各タイマを単一のタイマで兼用する実施の形態２を説明したが、もちろん各タイマを任意の個数のタイマとして兼用しても同様の効果を得ることができる。また、第１の実施形態では、各タイマのカウントを１タイマづつ順番に動作させる場合を例として説明を行ったが、もちろん、任意のタイマを他のタイマと同時に動作させても同様の効果を得ることもできる。第２の実施形態では、タイマ手段を逐次リセットする場合の説明を行ったが、もちろんリセットを行わず、経過時間の累積を利用しても同様の効果を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータの定数によって回転位置の検出が行えない危険性を回避し、かつ最小デューティを低くすることが可能である優れたモータ駆動回路を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図
【図２】本実施の形態１の動作波形を示すタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態２におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図
【図４】従来のモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図
【図５】従来の動作波形を示すタイミングチャート
【符号の説明】
１ モータ
２ 逆起電力検出手段
３ 通電相制御回路
４ スイッチング手段
５ ドライバ回路
６ 電流比較手段
７ オフ区間設定タイマ
８ 逆起電力検出許可タイマ
１０ モータ電流
１１ 検出電流
１２，１３ 第１，２の出力電圧
１４ 第３の出力電圧
１５ 逆起電力検出許可信号
１６ 設定電流値
１７ 逆起電力検出禁止区間（Ｔmask）
１８ 逆起電力検出区間（Ｔwin）
１９ オフ区間（Ｔoff）
２０ オン区間（Ｔon）
２１ 第１のオン区間設定タイマ
２２ 第２のオン区間設定タイマ
２４ 第１のオン区間
２５ 第２のオン区間
２６ タイマ手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動回路に係り、特に、位置検出用センサのないブラシレスモータをＰＷＭ（Ｐulse Ｗide Ｍodulation）駆動するモータ駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のＰＷＭ方式のモータ駆動回路は、図４に示したように構成されている。図４において、１はモータ、２はモータ１に発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段、３は通電相を制御する通電相制御回路、４はモータ１をＰＷＭ駆動するスイッチング手段、５はスイッチング手段４をＰＷＭ制御するドライバ回路、６はモータ１に流れる電流を設定電流値と比較する電流比較手段、７はＰＷＭ駆動におけるオフ区間を設定するオフ区間設定タイマ、８は逆起電力検出禁止区間を設定する逆起電力検出許可タイマである。この逆起電力検出許可タイマは、同時にＰＷＭ駆動における最小オン区間を設定する。
【０００３】
このモータ駆動回路は、ピーク検出方式でＰＷＭ駆動するものであり、逆起電力検出許可タイマ８の設定する最小オン区間、またはモータ１に流れる電流が設定電流値以下となる区間がＰＷＭ駆動におけるオン区間となり、オフ区間設定タイマ７の設定する一定区間がＰＷＭ駆動におけるオフ区間となる。また、モータ１の回転駆動時、モータ１に発生する逆起電力を、逆起電力検出手段２によって検出し、モータ１の回転位置を検出する。検出した回転位置に基づき通電相制御回路３とドライバ回路５が通電相を制御する。
【０００４】
以上のように構成された従来のモータ駆動回路において、以下にその詳細な動作を図４を参照しながら図５のタイミングチャートを用いて説明する。図５において、１０はモータ１のコイルを流れるモータ電流、１１は電流検出手段６が検出する検出抵抗を流れる検出電流、１２，１３はモータ１の第１，２の出力電圧、１４はモータ１の第３の出力電圧、１５は逆起電力検出許可信号、１６はモータ１の設定電流値、１７は逆起電力検出禁止区間（Ｔmask）、１８は逆起電力検出区間（Ｔwin）、１９はＰＷＭ駆動におけるオフ区間（Ｔoff）、２０はＰＷＭ駆動におけるオン区間（Ｔon）である。
【０００５】
ＰＷＭ駆動におけるオン区間２０中に逆起電力の検出を行うが、モータ１の第３の出力電圧１４が図５に示すように、ＰＷＭ駆動におけるオン区間とオフ区間の切り替え時にはスパイクノイズが発生するため、逆起電力検出許可タイマ８の設定する逆起電力禁止区間１７中は逆起電力の検出を禁止する。また、逆起電力禁止区間１７は最小オン区間でもある。逆起電力禁止区間１７の終了後から逆起電力の検出が許可され、モータ１を流れる電流が設定電流値１６に到達するまで、オン区間２０が継続され、設定電流値１６に到達後、オフ区間１９へ切り替わる。逆起電力検出区間１８は、逆起電力禁止区間１７終了後からモータ１を流れる電流が設定電流値１６に達するまでとなる。ＰＷＭ駆動におけるオフ区間１９は、オフ区間設定タイマ７が設定する一定時間が経過するまで継続し、経過後オン区間２０へ切り替わる。以上の動作の連続によりＰＷＭ制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のモータ駆動回路は、図５に示す逆起電力禁止区間１７の時間内に、モータ１のコイルを流れるモータ電流１０が設定電流値１６に到達しなかった場合には、前述のように逆起電力検出区間１８が存在し、問題なく逆起電力を検出することができる。しかしながら、逆起電力禁止区間１７の終了時点で、モータ１のコイルを流れるモータ電流１０が設定電流値１６に既に到達している場合には、直ちにオフ区間１９へ切り替わるため、逆起電力禁止区間１７の終了後からモータ１を流れる電流が設定電流値１６に達するまでの区間である逆起電力検出区間１８は存在せず、逆起電力の検出は不可能となる。つまり回転位置の検出が行えないことになる。したがって、図５の右部（矢印Ａ）に示すように、従来の構成においては、モータ１の定数によっては、回転位置の検出が行えない危険性があるという課題が存在する。
【０００７】
また、逆起電力検出禁止区間１７中にモータ１のコイルを流れるモータ電流１０が設定電流値１６に到達する場合に、最小デューティＤminとなり、逆起電力検出禁止区間１７をＴmask、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間１９をＴoffと記述すると、Ｄminは（数１）で表され、
【０００８】
【数１】
Ｄmin＝Ｔmask／（Ｔmask＋Ｔoff）
可能なデューティはＤminで制限される。例えば、逆起電力検出禁止区間１７が１６μＳ、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間１９を８μＳとすると、最小デューティＤminは６６．７％と高い値で制限される。したがって、従来の構成においては、モータ１の定数によっては、最小デューティが高い値に制限されるという課題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、モータの逆起電力を基に回転位置を確実に検出すると共に、最小デューティが高い値に制限されないモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動回路は、直流ブラシレスモータのステータを構成する複数の巻線をＰＷＭ駆動するスイッチング手段と、モータに流れる電流を設定電流値と比較する電流比較手段と、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間を決定するオフ区間設定タイマと、電流比較手段の出力信号とオフ区間設定タイマの出力信号によりスイッチング手段をＰＷＭ制御するドライバ回路と、ＰＷＭ駆動におけるオン区間にて動作する第１のオン区間設定タイマと、ＰＷＭ駆動におけるオン区間でかつ第１のオン区間設定タイマの設定時間経過後に動作する逆起電力検出禁止区間を設定する逆起電力検出許可タイマと、逆起電力検出許可タイマの設定時間経過後に動作する第２のオン区間設定タイマと、逆起電力検出許可タイマの設定時間経過後にのみモータに発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段とを備え、第１のオン区間設定タイマの設定時間経過時点、または第２のオン区間設定タイマの設定時間経過以降においてのみ電流比較手段が動作することを特徴とする。
【００１１】
また、直流ブラシレスモータのステータを構成する複数の巻線をＰＷＭ駆動するスイッチング手段と、モータに流れる電流を設定電流値と比較する電流比較手段と、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間の設定時間と、ＰＷＭ駆動におけるオン区間である第１のオン区間の設定時間と、第１のオン区間の設定時間経過後から始まる逆起電力検出禁止区間の設定時間と、逆起電力検出禁止区間の設定時間経過後から始まる第２のオン区間の設定時間との各設定時間をカウントするタイマ手段と、逆起電力検出禁止区間の設定時間経過後にのみモータに発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段と、電流比較手段の出力信号とオフ区間の設定時間経過信号によりスイッチング手段をＰＷＭ制御するドライバ回路とを備え、第１のオン区間の設定時間経過時点、または第２のオン区間の設定時間経過以降においてのみ電流比較手段が動作することを特徴とする。
【００１２】
前記構成によれば、タイマ設定により第１のオン区間の設定時間経過時点と、第２のオン区間の設定時間経過以降の２段階でモータ電流を設定電流値と比較することができ、第１のオン区間の設定時間経過時点での比較結果に基づき、直ちにオフ区間へ切り替え最小オン区間を短くして、逆起電力の検出も行わない場合と、比較後もオン区間を継続し、逆起電力検出許可の設定時間経過後から第２のオン区間の設定時間経過までの区間は確実に逆起電力を検出する場合とに場合分けができ、モータの定数によって、回転位置の検出が行えない危険性を回避し、かつ最小デューティを低くすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態１におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例を示す図４において説明した構成要件に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示し、以下の各図においても同様とする。
【００１５】
図１において、１はモータ、２は逆起電力検出手段、３は通電相制御回路、４はスイッチング手段、５はドライバ回路、６は電流比較手段、７はオフ区間設定タイマ、８は逆起電力検出許可タイマ、２１はＰＷＭ駆動における最小オン区間を設定する第１のオン区間設定タイマ、２２は逆起電力の検出を行う場合の最小オン区間を設定し、かつ最小の逆起電力検出区間を設定する第２のオン区間設定タイマである。この第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点、または第２のオン区間設定タイマ２２の設定時間経過以降においてのみ電流比較手段６が動作する。
【００１６】
図２は本実施の形態１の動作波形を示すタイミングチャートである。１０はモータ１のコイルを流れるモータ電流、１１は電流検出手段６が検出する検出抵抗を流れる検出電流、１２，１３はモータ１の第１，２の出力電圧、１４はモータ１の第３の出力電圧、１５は逆起電力検出許可信号、１６はモータ１の設定電流値、１７は逆起電力検出禁止区間（Ｔmask）、１８は逆起電力検出区間（Ｔwin）、１９はＰＷＭ駆動におけるオフ区間（Ｔoff）、２４はＰＷＭ駆動における最小オン区間を設定する第１のオン区間（Ｔon１）、２５は逆起電力の検出を行う場合の最小オン区間を設定し、かつ最小の逆起電力検出区間を設定する第２のオン区間（Ｔon２）である。
【００１７】
以上のように構成されたモータ駆動回路において、図１，図２を参照しながらその動作を説明する。また、本実施の形態１におけるモータ駆動回路は、ピーク検出方式でＰＷＭ駆動するものである。
【００１８】
まず、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間１９での動作から説明する。オフ区間１９では、モータ１のコイルを流れるモータ電流１０は、モータ定数による時定数にしたがって減少する。このとき、オフ区間設定タイマ７がカウントを開始し、第１のオン区間設定タイマ２１，逆起電力検出許可タイマ８，第２のオン区間設定タイマ２２は動作しない。また、逆起電力検出手段２は逆起電力の検出を行わず、電流比較手段６においても電流の比較を行わない。オフ区間設定タイマ７の設定時間経過後、ドライバ回路５がオフ区間１９からオン区間へスイッチング手段４の駆動を切り替える。
【００１９】
次に、ＰＷＭ駆動におけるオン区間での動作を説明する。オン区間では、モータ１のコイルを流れるモータ電流１０は、モータ定数による時定数にしたがって増加する。まず、第１のオン区間設定タイマ２１がカウントを開始し、オフ区間設定タイマ７はカウントを停止する。逆起電力検出許可タイマ８，第２のオン区間設定タイマ２２は動作しない。また、オフ区間とオン区間の切り替わり時には、モータ１の第３の出力電圧１４には、図２に示すようにスパイクノイズが存在して逆起電力を正確に検出できないため、逆起電力検出許可タイマ８の設定時間経過後までは逆起電力検出手段２による逆起電力の検出を禁止する。第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で電流比較手段６がモータ１のコイルに流れるモータ電流１０と設定電流値１６を比較する。この比較結果により、以降の動作は異なる。
【００２０】
まず、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で、モータ電流１０が設定電流値１６を超えている場合について説明する。この場合、モータ電流１０を減少させるため、直ちにドライバ回路５がオン区間からオフ区間へスイッチング手段４の駆動を切り替え、前述のオフ区間１９における動作となる。この場合には、図２の右部（矢印Ａ）に示すように逆起電力検出手段２による逆起電力の検出は行われないことになるが、オン区間（第１のオン区間２４）が短くなり、オフ区間１９に切り替わりモータ電流１０が減少していけば、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点でモータ電流１０が設定電流値１６を超えなくなり、後述するように、全く逆起電力が検出できない状態にはならない。
【００２１】
また、この場合のオン区間は第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間の第１のオン区間２４のみであり、最小デューティＤminは（数２）で表され、この設定時間の第１のオン区間（Ｔon１）２４を短くすることで、
【００２２】
【数２】
Ｄmin＝Ｔon１／（Ｔon１＋Ｔoff）
最小デューティを小さくすることができる。
【００２３】
次に、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えていない場合について説明する。第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過後、逆起電力検出許可タイマ８がカウントを開始する。第２のオン区間設定タイマ２２はこの時点では動作せず、逆起電力検出手段２も電流比較手段６も動作しない。逆起電力検出許可タイマ８の設定時間経過以降（逆起電力検出許可信号１８の出力）、逆起電力検出手段２が逆起電力の検出を開始し、第２のオン区間設定タイマ２２がカウントを開始する。この場合、少なくとも第２のオン区間設定タイマ２２の設定時間経過までは、確実に逆起電力が検出される。
【００２４】
第２のオン区間設定タイマ２２の設定時間経過以降は、電流比較手段６がモータ１のモータ電流１０と設定電流値１６を比較し、モータ電流１０が設定電流値１６に到達するまで、オン区間を継続し、逆起電力検出手段２による逆起電力の検出も継続する。その後、モータ電流１０が設定電流値１６に到達後、ドライバ回路５がオン区間からオフ区間へスイッチング手段４の駆動を切り替える。
【００２５】
以上のように検出された逆起電力により回転位置を検出し、通電相制御回路３とドライバ回路５が、通電相を順次切り替えることで、モータ１を駆動する。
【００２６】
本実施の形態１では、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えてない場合に、第２のオン区間設定タイマ２２を用いて、確実に逆起電力を検出するため、モータの定数によっては逆起電力が検出されない危険性を回避できる。また、最小デューティを小さくすることが可能であるが、第１のオン区間設定タイマ２１の設定時間経過時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えている場合には、逆起電力の検出は行われず、このときの逆起電力の検出精度は、従来の構成よりも悪化しうるため、本実施の形態１はモータの起動時など、高い検出精度が要求されない場面での使用に適している。
【００２７】
次に、図３は本発明の実施の形態２におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図である。図３において、１はモータ、２は逆起電力検出手段、３は通電相制御回路、４はスイッチング手段、５はドライバ回路、６は電流比較手段、２６はＰＷＭ駆動におけるオフ区間の設定時間、ＰＷＭ駆動におけるオン区間における第１のオン区間の設定時間、ＰＷＭ駆動におけるオン区間で、かつ前記第１のオン区間の設定時間経過後から始まる逆起電力検出禁止区間の設定時間と、逆起電力検出禁止区間の設定時間経過後から始まる第２のオン区間の設定時間との各設定時間をカウントするタイマ手段である。
【００２８】
また、第１のオン区間の設定時間経過時点、または第２のオン区間の設定時間経過以降においてのみ電流比較手段６が動作する。本実施の形態２は、前記実施の形態１において説明した各タイマは同時に動作する必要性がないため、単一のタイマ手段により各タイマを兼用する構成としたものである。また、本実施の形態２の動作波形は、実施の形態１の図２に示した動作波形と同様である。
【００２９】
以上のように構成された本実施の形態２におけるモータ駆動回路において、以下に図２，図３を参照しながらその動作を説明する。まず、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間での動作から説明する。このとき、タイマ手段２６はオフ区間の設定時間をカウントする。また、逆起電力検出手段２は逆起電力の検出を行わず、電流比較手段６も電流の比較を行わない。タイマ手段２６によりカウントされるオフ区間の設定時間が経過した後、ドライバ回路５がオフ区間からオン区間へスイッチング手段４の駆動を切り替える。
【００３０】
次に、ＰＷＭ駆動におけるオン区間での動作を説明する。タイマ手段２６は、カウントをリセットし、第１のオン区間の設定時間をカウントする。オフ区間とオン区間の切り替わり時には、モータ１の第３の出力電圧１４に示すようにスパイクノイズが存在して逆起電力を正確に検出できないため、後述する逆起電力検出許可の設定時間が経過するまでは逆起電力検出手段２による逆起電力の検出を禁止する。タイマ手段２６によりカウントされる第１のオン区間の設定時間が経過した時点で電流比較手段６がモータ１のモータ電流１０と設定電流値１６を比較する。この比較結果により、以降の動作は異なる。
【００３１】
まず、前記第１のオン区間の設定時間が経過した時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えている場合について説明する。この場合、モータ電流１０を減少させるため、直ちにドライバ回路５がオン区間（第１のオン区間２４）からオフ区間１９へスイッチング手段４の駆動を切り替え、前述のオフ区間における動作となる。この場合、実施の形態１と同様に最小デューティを小さくできる。
【００３２】
次に、前記第１のオン区間の設定時間が経過した時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えていない場合について説明する。前記第１のオン区間２４の設定時間が経過した後、タイマ手段２６は、カウントをリセットして逆起電力検出許可の設定時間をカウントする。この時点では、逆起電力検出手段２も電流比較手段６も動作しない。タイマ手段２６によりカウントされる逆起電力検出許可の設定時間が経過した以降、逆起電力検出手段２が逆起電力の検出を開始し、タイマ手段２６は、カウントをリセットして第２のオン区間２５の設定時間をカウントする。
【００３３】
この場合、少なくとも前記第２のオン区間２５の設定時間が経過するまでは、確実に逆起電力の検出が行われる。前記第２のオン区間２５の設定時間が経過した以降は、電流比較手段６がモータ１のモータ電流１０と設定電流値１６を比較し、モータ電流１０が設定電流値１６に到達するまで、オン区間を継続し、逆起電力検出手段２による逆起電力の検出も継続する。モータ電流１０が設定電流値１６に到達後、ドライバ回路５がオン区間からオフ区間へスイッチング手段４の駆動を切り替える。
【００３４】
以上のように検出された逆起電力により、回転位置を検出し、通電相制御回路３とドライバ回路５が、通電相を順次切り替えることで、モータ１を駆動する。
【００３５】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様に、第１のオン区間の設定時間が経過した時点で、モータ１のモータ電流１０が設定電流値１６を超えていない場合に、確実に逆起電力を検出するため、モータの定数によって、逆起電力が検出されない危険性を回避することができる。また、最小デューティを小さくできる。
【００３６】
なお、各タイマを別々に構成する実施の形態１と、各タイマを単一のタイマで兼用する実施の形態２を説明したが、もちろん各タイマを任意の個数のタイマとして兼用しても同様の効果を得ることができる。また、第１の実施形態では、各タイマのカウントを１タイマづつ順番に動作させる場合を例として説明を行ったが、もちろん、任意のタイマを他のタイマと同時に動作させても同様の効果を得ることもできる。第２の実施形態では、タイマ手段を逐次リセットする場合の説明を行ったが、もちろんリセットを行わず、経過時間の累積を利用しても同様の効果を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータの定数によって回転位置の検出が行えない危険性を回避し、かつ最小デューティを低くすることが可能である優れたモータ駆動回路を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図
【図２】本実施の形態１の動作波形を示すタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態２におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図
【図４】従来のモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図
【図５】従来の動作波形を示すタイミングチャート
【符号の説明】
１ モータ
２ 逆起電力検出手段
３ 通電相制御回路
４ スイッチング手段
５ ドライバ回路
６ 電流比較手段
７ オフ区間設定タイマ
８ 逆起電力検出許可タイマ
１０ モータ電流
１１ 検出電流
１２，１３ 第１，２の出力電圧
１４ 第３の出力電圧
１５ 逆起電力検出許可信号
１６ 設定電流値
１７ 逆起電力検出禁止区間（Ｔmask）
１８ 逆起電力検出区間（Ｔwin）
１９ オフ区間（Ｔoff）
２０ オン区間（Ｔon）
２１ 第１のオン区間設定タイマ
２２ 第２のオン区間設定タイマ
２４ 第１のオン区間
２５ 第２のオン区間
２６ タイマ手段
Claims (2)
- 直流ブラシレスモータのステータを構成する複数の巻線をＰＷＭ駆動するスイッチング手段と、前記モータに流れる電流を設定電流値と比較する電流比較手段と、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間を決定するオフ区間設定タイマと、前記電流比較手段の出力信号と前記オフ区間設定タイマの出力信号により前記スイッチング手段をＰＷＭ制御するドライバ回路と、ＰＷＭ駆動におけるオン区間にて動作する第１のオン区間設定タイマと、前記ＰＷＭ駆動におけるオン区間でかつ前記第１のオン区間設定タイマの設定時間経過後に動作する逆起電力検出禁止区間を設定する逆起電力検出許可タイマと、前記逆起電力検出許可タイマの設定時間経過後に動作する第２のオン区間設定タイマと、前記逆起電力検出許可タイマの設定時間経過後にのみ前記モータに発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段とを備え、
前記第１のオン区間設定タイマの設定時間経過時点、または前記第２のオン区間設定タイマの設定時間経過以降においてのみ前記電流比較手段が動作することを特徴とするモータ駆動回路。 - 直流ブラシレスモータのステータを構成する複数の巻線をＰＷＭ駆動するスイッチング手段と、前記モータに流れる電流を設定電流値と比較する電流比較手段と、ＰＷＭ駆動におけるオフ区間の設定時間と、ＰＷＭ駆動におけるオン区間の第１のオン区間の設定時間と、前記ＰＷＭ駆動におけるオン区間でかつ前記第１のオン区間の設定時間経過後から始まる逆起電力検出禁止区間の設定時間と、前記逆起電力検出禁止区間の設定時間経過後から始まる第２のオン区間の設定時間との各設定時間をカウントするタイマ手段と、前記逆起電力検出禁止区間の設定時間経過後にのみ前記モータに発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段と、前記電流比較手段の出力信号と前記オフ区間の設定時間経過信号により前記スイッチング手段をＰＷＭ制御するドライバ回路とを備え、
前記第１のオン区間の設定時間経過時点、または前記第２のオン区間の設定時間経過以降においてのみ前記電流比較手段が動作することを特徴とするモータ駆動回路。
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