JP4014511B2

JP4014511B2 - Motor drive device and electric apparatus using the same

Info

Publication number: JP4014511B2
Application number: JP2003020780A
Authority: JP
Inventors: ▲琢▼也石田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP2004236414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブリッジ回路を構成するトランジスタのオン／オフ制御を行うことで、モータのコイルに流れる電流方向を切り換え、該モータの回転子を回転させるモータ駆動装置、及びこれを用いた電気機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３はモータ駆動装置を用いた電気機器の一従来例を示す回路図である。本図に示す電気機器は、モータ駆動装置１’と、該モータ駆動装置１’によって駆動制御される２相励磁型（Ａ相、Ｂ相）のモータ２’と、を有して成る。モータ駆動装置１’は、電界効果トランジスタＰＡ、ＮＡ、ＰＡ’、ＮＡ’で構成されるＡ相ブリッジ回路と、同じく電界効果トランジスタＰＢ、ＮＢ、ＰＢ’、ＮＢ’で構成されるＢ相ブリッジ回路と、を有して成る。モータ２’は、Ａ相コイルＬＡと、Ｂ相コイルＬＢと、を有して成る。上記構成から成るモータ駆動装置１’は、各ブリッジ回路を構成するトランジスタのオン／オフ制御を行うことで、コイルＬＡ、ＬＢに流れる電流方向を切り換え、モータ２’の回転子を回転する。
【０００３】
なお、特許文献１に示されるスイッチ回路（伝達ゲート）は、スイッチングトランジスタの駆動信号に応じて、電流制御トランジスタのカレントミラー動作を制御するためのものであり、動作モードを切り換えるためのものではない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１４９６０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、モータ２’としては、大電流で動作する大電流駆動モータと、セット規格に準じて制限された定電流で動作する定電流駆動モータの２種類が存在する。例えば、商用電源から直接電源を得ることが可能なＰＣ内蔵型のディスクドライブ装置には、安価で大トルクを得ることが可能な大電流駆動モータが用いられ、ＵＳＢ［Universal Serial Bus］バスから電源を得る外付型のディスクドライブ装置には、ＵＳＢ規格に準じて制限された定電流（最大で５００［ｍＡ］）でも必要なトルクを得ることが可能な定電流駆動モータが用いられる。
【０００６】
従って、モータ駆動装置１’には、モータ２’の駆動形式（大電流駆動型、定電流駆動型）に応じて、各々異なる構成が要求されていた。
【０００７】
まず、モータ２’として大電流駆動モータを使用する場合について説明する。この場合、モータ２’のコイルＬＡ、ＬＢには、コイル電流ｉ１〜ｉ４として大きな電流が流されるので、モータ駆動装置１’を構成する各トランジスタのオン抵抗（抵抗値；Ｒ１〜Ｒ４、Ｒ１’〜Ｒ４’）及び配線抵抗（抵抗値；ｒ１〜ｒ４、ｒ１’〜ｒ４’）による電圧降下が大きくなる。従って、安定したモータ駆動のためには、各抵抗値について、次の（１）式を満たすことが要求される。
r1+R1+R2'+r2' = r1'+R1'+R2+r2 = r3+R3+R4'+r4' = r3'+R3'+R4+r4 … (1)
【０００８】
しかし、図４のように配置された従来のモータ駆動装置１’では、電源電圧Ｖｃｃが印加される電源パッドＰＶからトランジスタＰＡ、ＰＡ’、ＰＢ、ＰＢ’までの各配線長、及び接地電圧ＧＮＤが印加される接地パッドＰＧからトランジスタＮＡ、ＮＡ’、ＮＢ、ＮＢ’までの各配線長が異なっていたので、配線抵抗値ｒ１〜ｒ４、ｒ１’〜ｒ４’は、パッドからの距離に応じて異なる値となっていた（図４ではｒ１＜ｒ１’＜ｒ３＜ｒ３’、ｒ２＜ｒ２’＜ｒ４＜ｒ４’）。
【０００９】
そのため、大電流駆動モータを制御対象とするモータ駆動装置１’では、前出の（１）式を満たすために、各トランジスタのサイズ（オン抵抗）を調整して、上記した配線抵抗のばらつきをキャンセルする必要があった。例えば、図４の場合には、各トランジスタのオン抵抗値が、Ｒ１＞Ｒ１’＞Ｒ３＞Ｒ３’、Ｒ２＞Ｒ２’＞Ｒ４＞Ｒ４’となるように、各々のサイズ調整が行われていた。
【００１０】
次に、モータ２’として定電流駆動モータを使用する場合について説明する。この場合、モータ２’のコイルＬＡ、ＬＢには、セット規格に準じて制限された定電流を流す必要がある。そのため、定電流駆動モータを制御対象とするモータ駆動装置１’は、カレントミラー回路によってソース側及び／またはシンク側のトランジスタに流れる電流を制限する構成とされていた（例えば、特許文献１を参照）。なお、上記構成から成るモータ駆動装置１’では、コイルＬＡ、ＬＢに流れるコイル電流ｉ１〜ｉ４をいずれも同一値とするために、カレントミラー回路に組み込まれるトランジスタ（例えばソース側のトランジスタＰＡ、ＰＡ’、ＰＢ、ＰＢ’）のサイズ（オン抵抗）を互いに同一としておく必要があった。
【００１１】
上記から分かるように、上記構成から成るモータ駆動装置１’では、大電流駆動モータを制御対象とするために要求される構成（トランジスタサイズを調整した構成）と、定電流駆動モータを制御対象とするために要求される構成（トランジスタサイズを同一とした構成）と、が互いに矛盾しており、両方の仕様に適合したモータ駆動装置１’をＬＳＩで実現するには、いずれか一方を犠牲にせざるを得なかった。そのため、従来では、大電流駆動モータ用のモータ駆動装置と、定電流駆動モータ用のモータ駆動装置と、が別個に開発・製造されており、開発コストや製造コストの高騰が課題とされていた。
【００１２】
なお、大電流駆動仕様のモータ駆動装置を流用して定電流駆動モータを制御するために、モータ駆動装置１’とモータ２’との間（モータ駆動装置１’の接続端子Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’と、モータ２’の接続端子ａ、ａ’、ｂ、ｂ’との間）にコイル電流制限用抵抗を外付けする構成も考えられる。ただし、本構成は、コイルＬＡ、ＬＢに抵抗を直列接続して強引にコイル電流を制限するものであり、モータ回転特性の悪化、外付け部品の増大やそれに伴うコストアップなど、様々な問題を招くことになるため、最善の構成とは言い難かった。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑み、大電流駆動モータと定電流駆動モータを両方とも制御対象とすることが可能なモータ駆動装置、及びこれを用いた電気機器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動装置は、モータのコイルに接続される出力回路を複数有して成り、該複数の出力回路を構成するトランジスタのオン／オフ制御を行うことで、前記モータのコイル電流方向を切り換え、その回転子を回転させるモータ駆動装置において、外部からの制御信号に応じて前記コイル電流に対する電流値制限を行うか否かを切り換える駆動モード切換部を有して成る構成としている。
【００１５】
なお、上記構成から成るモータ駆動装置において、前記駆動モード切換部は、前記制御信号を格納する不揮発性メモリを有して成る構成としている。
【００１６】
また、本発明に係るモータ駆動装置は、モータのコイルに接続される出力回路を有して成り、該出力回路を構成するトランジスタのオン／オフ制御を行うことで、前記モータのコイル電流方向を切り換え、その回転子を回転させるモータ駆動装置において、所定の基準電圧点を有し、前記トランジスタのうち少なくとも１組の同一構成のトランジスタが、前記基準電圧点から延びて該基準電圧点に戻る導電ラインに沿って配置されて成る構成としている。
【００１７】
また、本発明に係る電気機器は、上記構成から成るモータ駆動装置と、該モータ駆動装置によって駆動制御されるモータと、を有して成る構成としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るモータ駆動装置を用いた電気機器の一実施形態を示す回路図である。本図に示す電気機器は、モータ駆動装置１と、該モータ駆動装置１によって駆動制御される２相励磁型（Ａ相、Ｂ相）のモータ２と、を有して成る。
【００１９】
モータ駆動装置１は、Ｐチャネル電界効果トランジスタＰＡ、ＰＡ’及びＮチャネル電界効果トランジスタＮＡ、ＮＡ’で構成されるＡ相ブリッジ回路と、同じくＰチャネル電界効果トランジスタＰＢ、ＰＢ’及びＮチャネル電界効果トランジスタＮＢ、ＮＢ’で構成されるＢ相ブリッジ回路と、を有して成る。
【００２０】
さらに、本実施形態のモータ駆動装置１は、モータ２の駆動形式（大電流駆動型、定電流駆動型）に応じて、モータ駆動装置１の駆動モードを切り換える駆動モード切換部ＤＭＳを有して成る。駆動モード切換部ＤＭＳは、Ｐチャネル電界効果トランジスタＰ１、Ｐ２と、Ｎチャネル電界効果トランジスタＮ１と、アナログスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、インバータＩＮＶ１と、定電流源Ｉ１と、不揮発性メモリＭ１と、を有して成る。
【００２１】
なお、本図では、Ａ相ブリッジ回路のトランジスタＰＡに接続された駆動モード切換部ＤＭＳのみを示し、以後の説明はこの部分のみについて行うが、実際は他のソース側トランジスタ（ＰＡ’、ＰＢ、ＰＢ’）にも、同様の構成から成る駆動モード切換部が接続されている。また、不揮発性メモリＭ１は、モータ駆動装置１と同一チップにメモリ素子を内蔵する構成や、ヒューズ素子によるオプション回路を内蔵する構成としてもよいし、別チップとしてチップオンチップする構成としてもよい。
【００２２】
モータ２は、Ａ相コイルＬＡと、Ｂ相コイルＬＢと、を有して成る。
【００２３】
トランジスタＰＡ、ＰＡ’、ＰＢ、ＰＢ’のソースは、各々電源電圧Ｖｃｃが印加される電源ラインに接続されている。トランジスタＰＡ、ＰＡ’、ＰＢ、ＰＢ’のドレインは、各々トランジスタＮＡ、ＮＡ’、ＮＢ、ＮＢ’のドレインに接続されている。トランジスタＮＡ、ＮＡ’、ＮＢ、ＮＢ’のソースは、各々接地されている。
【００２４】
トランジスタＰＡのドレインとトランジスタＮＡのドレインとの接続ノードは接続端子Ａ、ａを介して、Ａ相コイルＬＡの一端に接続されている。トランジスタＰＡ’のドレインとトランジスタＮＡ’のドレインとの接続ノードは、接続端子Ａ’、ａ’を介して、Ａ相コイルＬＡの他端に接続されている。
【００２５】
トランジスタＰＢのドレインとトランジスタＮＢのドレインとの接続ノードは接続端子Ｂ、ｂを介して、Ｂ相コイルＬＢの一端に接続されている。トランジスタＰＢ’のドレインとトランジスタＮＢ’のドレインとの接続ノードは、接続端子Ｂ’、ｂ’を介して、Ｂ相コイルＬＢの他端に接続されている。
【００２６】
トランジスタＰＡのゲートは、トランジスタＰ１のドレインと、トランジスタＰ２のゲート及びドレインと、スイッチＳＷ１の一端と、に接続されている。トランジスタＰ１、Ｐ２のソースは、各々電源ラインに接続されている。スイッチＳＷ１の他端はトランジスタＮ１のドレインに接続されている。トランジスタＮ１のソースは接地されている。トランジスタＰ１、Ｎ１のゲートは、互いに接続されている。トランジスタＰ２のドレインは、スイッチＳＷ２の一端に接続されている。スイッチＳＷ２の他端は、定電流源Ｉ１を介して接地されている。メモリＭ１の出力端子は、スイッチＳＷ１の反転制御端子（ＰｃｈＦＥＴ側）と、スイッチＳＷ１の非反転制御端子（ＮｃｈＦＥＴ側）と、インバータＩＮＶ１の入力端子と、に接続されている。インバータＩＮＶ１の出力端子は、スイッチＳＷ１の非反転制御端子と、スイッチＳＷ２の反転制御端子と、に接続されている。
【００２７】
上記構成から成るモータ駆動装置１において、トランジスタＰ１、Ｎ１の両ゲートには、駆動信号Ｓ１が入力され、トランジスタＮＡのゲートには、駆動信号Ｓ２（トランジスタＰＡ、ＮＡが同時にオン状態とならないように制御された駆動信号Ｓ１の相補信号）が入力される。また、不揮発性メモリＭ１には、モータ駆動装置１の駆動モード指示信号Ｓ３が入力される。
【００２８】
まず、モータ２として大電流駆動モータを用いる場合について説明する。この場合、不揮発性メモリＭ１には、モータ駆動装置１を「大電流駆動モード」とする駆動モード指示信号Ｓ３が予め格納される。そして、該駆動モード指示信号Ｓ３に基づいて、スイッチＳＷ１がオン状態とされ、スイッチＳＷ２がオフ状態とされる。すなわち、トランジスタＰＡのゲートには、駆動信号Ｓ１がトランジスタＰ１、Ｎ１から成るインバータを介して反転入力される形となる。従って、トランジスタＰＡは、駆動信号Ｓ１がハイレベルであればオン状態となり、ローレベルであればオフ状態となる。また、トランジスタＮＡは、駆動信号Ｓ２がハイレベルであればオン状態となり、ローレベルであればオフ状態となる。
【００２９】
上記構成から成るモータ駆動装置１において、コイル電流ｉ１を流す場合は、トランジスタＰＡ、ＮＡ’がオン状態とされ、トランジスタＰＡ’、ＮＡがオフ状態とされる。一方、コイル電流ｉ２を流す場合は、トランジスタＰＡ、ＮＡ’がオフ状態とされ、トランジスタＰＡ’、ＮＡがオン状態とされる。コイル電流ｉ３、ｉ４についても同様の制御が行われる。
【００３０】
このように、「大電流駆動モード」とされたモータ駆動装置１では、各ブリッジ回路を構成するトランジスタのオン／オフ制御が行われて、コイルＬＡ、ＬＢに流れる電流方向が切り換えられ、モータ２の回転子が回転される。このとき、コイル電流ｉ１〜ｉ４に対する電流値制限は行われない。従って、安価で大トルクを得ることが可能な大電流駆動モータを制御することが可能となる。
【００３１】
次に、モータ２として定電流駆動モータを用いる場合について説明する。この場合、不揮発性メモリＭ１には、モータ駆動装置１を「定電流駆動モード」とする駆動モード指示信号Ｓ３が予め格納される。そして、該駆動モード指示信号Ｓ３に基づいて、スイッチＳＷ１はオフ状態とされ、スイッチＳＷ２はオン状態とされる。すなわち、トランジスタＰＡは、トランジスタＰ２と共にカレントミラー回路を形成する形となる。従って、駆動信号Ｓ１がハイレベルであれば、トランジスタＰ１がオフ状態となり、トランジスタＰＡには、定電流源Ｉ１の生成電流ｉに応じた定電流が流れることになる。一方、駆動信号Ｓ１がローレベルであれば、トランジスタＰ１がオン状態となってトランジスタＰＡのゲート電圧がプルアップされ、トランジスタＰＡはオフ状態となる。なお、生成電流ｉの大きさは、外部抵抗などで適宜調整が可能である。
【００３２】
上記構成から成るモータ駆動装置１において、一定のコイル電流ｉ１を流す場合は、トランジスタＰＡ、ＮＡ’がオン状態とされ、トランジスタＰＡ’、ＮＡがオフ状態とされる。一方、コイル電流ｉ２を流す場合は、トランジスタＰＡ、ＮＡ’がオフ状態とされ、トランジスタＰＡ’、ＮＡがオン状態とされる。コイル電流ｉ３、ｉ４についても同様の制御が行われる。
【００３３】
このように、「定電流駆動モード」とされたモータ駆動装置１でも、各ブリッジ回路を構成するトランジスタのオン／オフ制御が行われて、コイルＬＡ、ＬＢに流れる電流方向が切り換えられ、モータ２の回転子が回転される。このとき、コイル電流ｉ１〜ｉ４に対して、カレントミラー回路による電流値制限が行われることになる。従って、セット規格に準じて制限された定電流で動作する定電流駆動モータを制御することが可能となる。
【００３４】
続いて、図２を参照しながらモータ駆動装置１の配線レイアウトについて説明する。図２はモータ駆動装置１の配線レイアウト例を示す模式図である。なお、本図のＶｃｃ、ＧＮＤは電源用パッド（印加される電圧が同一の基準電圧点）、Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’は、ＰＡとＮＡ、ＰＡ’とＮＡ’、ＰＢとＮＢ、ＰＢ’とＮＢ’の出力用パッドを示している。
【００３５】
ソース側のトランジスタＰＡ、ＰＡ’、ＰＢ、ＰＢ’は、モータ駆動装置１が「定電流駆動モード」とされた場合にカレントミラー回路の一部となるため、そのサイズが互いに同一でなければならない。一方、モータ駆動装置１が「大電流駆動モード」とされた場合には、前出の（１）式が満たされている必要がある。そこで、本実施形態のモータ駆動装置１では、各トランジスタのサイズを調整することなく、前出の（１）式を満たすため、本図（ａ）に示すように、電源電圧Ｖｃｃが印加される電源パッドを２つ用意し、両電源パッド間を繋ぐ電源ラインに沿って、各トランジスタを配置した配線レイアウトとしている。
【００３６】
両電源パッドからトランジスタＰＡ、ＰＡ’、ＰＢ、ＰＢ’までの配線抵抗値を（ｒａ、ｒａ’）、（ｒｂ、ｒｂ’）、（ｒｃ、ｒｃ’）、（ｒｄ、ｒｄ’）とすると、各々の合成配線抵抗値ｒ１、ｒ１’、ｒ３、ｒ３’は、以下の各式で求められる値となる。
ｒ１＝（ｒａ・ｒａ’）／（ｒａ＋ｒａ’） … （２）
ｒ１’＝（ｒｂ・ｒｂ’）／（ｒｂ＋ｒｂ’） … （３）
ｒ３＝（ｒｃ・ｒｃ’）／（ｒｄ＋ｒｄ’） … （４）
ｒ３’＝（ｒｄ・ｒｄ’）／（ｒｄ＋ｒｄ’） … （５）
【００３７】
ここで、各トランジスタは両電源パッド間を繋ぐ電源ラインに沿って配置されているので、上式中の分母は全て一致する。従って、あとは分子が一致するように各トランジスタを配置すれば、各々のトランジスタサイズ（オン抵抗）を調整することなく、前出した（１）式を満たすことができる。具体的には、トランジスタＰＡ、ＰＡ’間、及びトランジスタＰＢ、ＰＢ’間をできるだけ近付けた上で、一電源パッドからトランジスタＰＡ（ＰＡ’）までの距離と他電源パッドからトランジスタＰＢ’（ＰＢ）までの距離が一致するように配置すればよい。
【００３８】
一方、シンク側のトランジスタＮＡ、ＮＡ’、ＮＢ、ＮＢ’は、モータ駆動装置１が「定電流駆動モード」とされても、カレントミラー回路に組み込まれることはないので、トランジスタサイズに関する制約がない。そこで、本実施形態のモータ駆動装置１では、従来と同様、各トランジスタのサイズ（オン抵抗）を調整して、各配線抵抗値ｒ２、ｒ２’、ｒ４、ｒ４’のばらつきをキャンセルし、前出した（１）式を満たす構成としている。このような構成であれば、外部端子数が増えないので、モータ駆動装置１の規模を不必要に拡大することがない。
【００３９】
このように、本実施形態のモータ駆動装置１では、上記の配線レイアウトを採用することにより、大電流駆動モータと定電流駆動モータを両方とも制御対象とすることを実現している。従って、駆動対象となるモータ２の種類が変わったとしても、不揮発性メモリＭ１の格納内容を書き換えるだけで、該モータ２を制御することが可能となる。また、モータ駆動装置１と別機能を有する他回路が１チップ化されている場合でも、該他回路の特性を変えることなく、モータ駆動装置１の特性のみを変えることが可能となる。
【００４０】
なお、上記の実施形態では、本発明の適用対象として、２相励磁型のモータを駆動するモータ駆動装置、及びこれを用いた電気機器を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他のモータ駆動装置にも広く適用が可能である。また、電流リミットに関しては、ソース側のトランジスタではなく、シンク側のトランジスタで電流リミットをかける構成としてもよいし、両方で電流リミットをかける構成としてもよい。また、配線の抵抗値が小さい場合には、２つのパッドまでの配線を抵抗値が同じになるように延ばして１つのパッドに繋げてもよい（図２（ｂ）を参照）。
【００４１】
【発明の効果】
上記した通り、本発明に係るモータ駆動装置は、モータのコイルに接続される出力回路を複数有して成り、該複数の出力回路を構成するトランジスタのオン／オフ制御を行うことで、前記モータのコイル電流方向を切り換え、その回転子を回転させるモータ駆動装置において、外部からの制御信号に応じて前記コイル電流に対する電流値制限を行うか否かを切り換える駆動モード切換部を有して成る構成としている。このような構成とすることにより、駆動対象となるモータの種類が変わったとしても、制御信号の内容を書き換えるだけで、該モータを制御することが可能となる。また、モータ駆動装置と別機能を有する他回路が１チップ化されている場合でも、該他回路の特性を変えることなく、モータ駆動装置の特性のみを変えることが可能となる。
【００４２】
なお、上記構成から成るモータ駆動装置において、前記駆動モード切換部は、前記制御信号を格納する不揮発性メモリを有して成る構成としている。このような構成とすることにより、モータ駆動装置に対する電源供給が遮断された場合でも格納内容が消えないので、その駆動モードを維持することが可能となる。
【００４３】
また、本発明に係るモータ駆動装置は、モータのコイルに接続される出力回路を有して成り、該出力回路を構成するトランジスタのオン／オフ制御を行うことで、前記モータのコイル電流方向を切り換え、その回転子を回転させるモータ駆動装置において、所定の基準電圧点を有し、前記トランジスタのうち少なくとも１組の同一構成のトランジスタが、前記基準電圧点から延びて該基準電圧点に戻る導電ラインに沿って配置されて成る構成としている。このような構成とすることにより、各トランジスタのサイズ（オン抵抗）を調整することなく、コイル電流経路上の抵抗値を一致させることが可能となる。従って、大電流駆動モータと定電流駆動モータを両方とも制御対象とすることが可能なモータ駆動装置を実現することが可能となる。
【００４４】
また、本発明に係る電気機器は、上記構成から成るモータ駆動装置と、該モータ駆動装置によって駆動制御されるモータと、を有して成る構成である。このような構成とすることにより、駆動対象となるモータの種類が変わったとしても、制御信号の内容を書き換えれば該モータを制御することが可能となる。また、モータ駆動装置と別機能を有する他回路が１チップ化されている場合でも他回路の特性を変えることなく、モータ駆動装置の特性のみを変えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータ駆動装置を用いた電気機器の一実施形態を示す回路図である。
【図２】モータ駆動装置１の配線レイアウト例を示す模式図である。
【図３】モータ駆動装置を用いた電気機器の一従来例を示す回路図である。
【図４】モータ駆動装置１’の配線レイアウト例を示す模式図である。
【符号の説明】
１モータ駆動装置
ＰＡ、ＰＡ’、ＰＢ、ＰＢ’ Ｐチャネル電界効果トランジスタ
ＮＡ、ＮＡ’、ＮＢ、ＮＢ’ Ｎチャネル電界効果トランジスタ
ＤＭＳ駆動モード切換部
Ｐ１、Ｐ２Ｐチャネル電界効果トランジスタ
Ｎ１Ｎチャネル電界効果トランジスタ
ＳＷ１、ＳＷ２アナログスイッチ
ＩＮＶ１インバータ
Ｉ１定電流源
Ｍ１不揮発性メモリ
Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’ 接続端子
２モータ
ＬＡ、ＬＢコイル
ａ、ａ’、ｂ、ｂ’ 接続端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor drive device for switching the direction of a current flowing in a motor coil by performing on / off control of a transistor constituting a bridge circuit and rotating a rotor of the motor, and an electric device using the motor drive device Is.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional example of an electric apparatus using a motor driving device. The electric apparatus shown in the figure includes a motor driving device 1 ′ and a two-phase excitation type (A phase, B phase) motor 2 ′ that is driven and controlled by the motor driving device 1 ′. The motor drive device 1 ′ includes an A-phase bridge circuit composed of field effect transistors PA, NA, PA ′, NA ′ and a B-phase bridge circuit composed of field effect transistors PB, NB, PB ′, NB ′. And comprising. The motor 2 ′ has an A-phase coil LA and a B-phase coil LB. The motor drive device 1 ′ having the above configuration switches the direction of current flowing through the coils LA and LB by turning on / off the transistors constituting each bridge circuit, and rotates the rotor of the motor 2 ′.
[0003]
Note that the switch circuit (transmission gate) disclosed in Patent Document 1 is for controlling the current mirror operation of the current control transistor in accordance with the drive signal of the switching transistor, and not for switching the operation mode. .
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-149604
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, there are two types of motors 2 ′: a large current drive motor that operates with a large current and a constant current drive motor that operates with a constant current limited according to the set standard. For example, in a PC built-in type disk drive device capable of obtaining power directly from a commercial power source, a large current drive motor capable of obtaining large torque at low cost is used, and power is supplied from a USB [Universal Serial Bus] bus. A constant current drive motor capable of obtaining a necessary torque even with a constant current (500 [mA] at the maximum) limited according to the USB standard is used for an external disk drive device that obtains the above.
[0006]
Therefore, the motor drive device 1 ′ is required to have a different configuration depending on the drive type (large current drive type, constant current drive type) of the motor 2 ′.
[0007]
First, the case where a large current drive motor is used as the motor 2 ′ will be described. In this case, since large currents flow as the coil currents i1 to i4 through the coils LA and LB of the motor 2 ′, the on-resistances (resistance values; R1 to R4 and R1 ′) of the transistors constituting the motor driving device 1 ′. ˜R4 ′) and wiring resistance (resistance values; r1 to r4, r1 ′ to r4 ′) increase. Therefore, in order to stably drive the motor, it is required to satisfy the following equation (1) for each resistance value.
r1 + R1 + R2 '+ r2' = r1 '+ R1' + R2 + r2 = r3 + R3 + R4 '+ r4' = r3 '+ R3' + R4 + r4… (1)
[0008]
However, in the conventional motor driving device 1 ′ arranged as shown in FIG. 4, the wiring lengths from the power supply pad PV to which the power supply voltage Vcc is applied to the transistors PA, PA ′, PB, PB ′, and the ground voltage GND. Since the wiring lengths from the ground pad PG to which transistors are applied to the transistors NA, NA ′, NB, and NB ′ are different, the wiring resistance values r1 to r4 and r1 ′ to r4 ′ depend on the distance from the pad. The values were different (in FIG. 4, r1 <r1 ′ <r3 <r3 ′, r2 <r2 ′ <r4 <r4 ′).
[0009]
Therefore, in the motor drive device 1 ′ that controls a large current drive motor, the size (on-resistance) of each transistor is adjusted to satisfy the above formula (1), and the above-described variation in wiring resistance is achieved. There was a need to cancel. For example, in the case of FIG. 4, each transistor is adjusted in size so that the on-resistance values of the transistors are R1> R1 ′>R3> R3 ′ and R2> R2 ′>R4> R4 ′. .
[0010]
Next, the case where a constant current drive motor is used as the motor 2 ′ will be described. In this case, a constant current limited according to the set standard needs to flow through the coils LA and LB of the motor 2 ′. For this reason, the motor drive device 1 ′ that controls the constant current drive motor is configured to limit the current flowing to the source-side and / or sink-side transistors by a current mirror circuit (see, for example, Patent Document 1). ). In the motor drive device 1 ′ having the above-described configuration, in order to make the coil currents i1 to i4 flowing through the coils LA and LB all have the same value, transistors incorporated in the current mirror circuit (for example, source-side transistors PA and PA ', PB, PB') must have the same size (ON resistance).
[0011]
As can be seen from the above, in the motor drive device 1 ′ having the above-described configuration, the configuration required to control the large current drive motor (configuration with adjusted transistor size) and the constant current drive motor as the control target. The configuration required to achieve the same (configuration with the same transistor size) is contradictory to each other. To realize a motor drive device 1 ′ conforming to both specifications with an LSI, either one is sacrificed. I had to. For this reason, conventionally, a motor drive device for a large current drive motor and a motor drive device for a constant current drive motor have been separately developed and manufactured, and the increase in development cost and production cost has been a problem. .
[0012]
In order to control a constant current drive motor by diverting a motor drive device of a large current drive specification, between the motor drive device 1 ′ and the motor 2 ′ (connection terminals A, A ′, A configuration in which a coil current limiting resistor is externally attached between B and B ′ and the connection terminals a, a ′, b, and b ′ of the motor 2 ′ is also conceivable. However, in this configuration, resistors are connected in series to the coils LA and LB to forcibly limit the coil current, which causes various problems such as deterioration of motor rotation characteristics, increase in external parts and associated cost increase. It was hard to say that it was the best composition.
[0013]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a motor driving device capable of controlling both a large current driving motor and a constant current driving motor, and an electric device using the motor driving device. .
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a motor driving device according to the present invention includes a plurality of output circuits connected to a motor coil, and performs on / off control of transistors constituting the plurality of output circuits. The motor drive device that switches the direction of the coil current of the motor and rotates the rotor has a drive mode switching unit that switches whether to limit the current value for the coil current in accordance with an external control signal. It is configured as follows.
[0015]
In the motor drive device having the above configuration, the drive mode switching unit includes a nonvolatile memory for storing the control signal.
[0016]
The motor drive device according to the present invention includes an output circuit connected to a motor coil, and performs on / off control of a transistor constituting the output circuit, thereby changing the coil current direction of the motor. In the motor drive device that switches and rotates the rotor, the transistor has a predetermined reference voltage point, and at least one of the transistors having the same configuration among the transistors extends from the reference voltage point and returns to the reference voltage point. It is configured to be arranged along a line.
[0017]
An electric device according to the present invention includes a motor driving device having the above-described configuration and a motor that is driven and controlled by the motor driving device.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an electric apparatus using a motor drive device according to the present invention. The electric apparatus shown in the figure includes a motor driving device 1 and a two-phase excitation type (A phase, B phase) motor 2 that is driven and controlled by the motor driving device 1.
[0019]
The motor driving apparatus 1 includes an A-phase bridge circuit composed of P-channel field effect transistors PA and PA ′ and N-channel field effect transistors NA and NA ′, and P-channel field effect transistors PB and PB ′ and N-channel field effect. And a B-phase bridge circuit composed of transistors NB and NB ′.
[0020]
Furthermore, the motor drive device 1 of the present embodiment has a drive mode switching unit DMS that switches the drive mode of the motor drive device 1 in accordance with the drive type (large current drive type, constant current drive type) of the motor 2. Become. The drive mode switching unit DMS includes P-channel field effect transistors P1, P2, N-channel field effect transistors N1, analog switches SW1, SW2, an inverter INV1, a constant current source I1, and a nonvolatile memory M1. It consists of
[0021]
In this figure, only the drive mode switching unit DMS connected to the transistor PA of the A-phase bridge circuit is shown, and the following description will be made only on this part, but in reality, other source side transistors (PA ′, PB, PB A drive mode switching unit having the same configuration is also connected to '). In addition, the nonvolatile memory M1 may have a configuration in which a memory element is built in the same chip as the motor drive device 1, a configuration in which an optional circuit using a fuse element is built, or a configuration in which a chip-on-chip is provided as a separate chip.
[0022]
The motor 2 includes an A-phase coil LA and a B-phase coil LB.
[0023]
The sources of the transistors PA, PA ′, PB, PB ′ are connected to the power supply line to which the power supply voltage Vcc is applied. The drains of the transistors PA, PA ′, PB, PB ′ are connected to the drains of the transistors NA, NA ′, NB, NB ′, respectively. The sources of the transistors NA, NA ′, NB, and NB ′ are grounded.
[0024]
A connection node between the drain of the transistor PA and the drain of the transistor NA is connected to one end of the A-phase coil LA via connection terminals A and a. A connection node between the drain of the transistor PA ′ and the drain of the transistor NA ′ is connected to the other end of the A-phase coil LA via connection terminals A ′ and a ′.
[0025]
A connection node between the drain of the transistor PB and the drain of the transistor NB is connected to one end of the B-phase coil LB via connection terminals B and b. A connection node between the drain of the transistor PB ′ and the drain of the transistor NB ′ is connected to the other end of the B-phase coil LB via connection terminals B ′ and b ′.
[0026]
The gate of the transistor PA is connected to the drain of the transistor P1, the gate and drain of the transistor P2, and one end of the switch SW1. The sources of the transistors P1 and P2 are each connected to a power supply line. The other end of the switch SW1 is connected to the drain of the transistor N1. The source of the transistor N1 is grounded. The gates of the transistors P1 and N1 are connected to each other. The drain of the transistor P2 is connected to one end of the switch SW2. The other end of the switch SW2 is grounded via a constant current source I1. The output terminal of the memory M1 is connected to the inversion control terminal (PchFET side) of the switch SW1, the non-inversion control terminal (NchFET side) of the switch SW1, and the input terminal of the inverter INV1. The output terminal of the inverter INV1 is connected to the non-inversion control terminal of the switch SW1 and the inversion control terminal of the switch SW2.
[0027]
In the motor drive device 1 configured as described above, the drive signal S1 is input to both gates of the transistors P1 and N1, and the drive signal S2 (the transistors PA and NA are not turned on at the same time) to the gate of the transistor NA. Control signal complementary to drive signal S1) is input. Further, the drive mode instruction signal S3 of the motor drive device 1 is input to the nonvolatile memory M1.
[0028]
First, the case where a large current drive motor is used as the motor 2 will be described. In this case, the non-volatile memory M1 stores in advance a drive mode instruction signal S3 for setting the motor drive device 1 in the “large current drive mode”. Based on the drive mode instruction signal S3, the switch SW1 is turned on and the switch SW2 is turned off. That is, the drive signal S1 is inverted and input to the gate of the transistor PA via the inverter composed of the transistors P1 and N1. Accordingly, the transistor PA is turned on when the drive signal S1 is at a high level, and is turned off when the drive signal S1 is at a low level. The transistor NA is turned on when the drive signal S2 is at a high level, and is turned off when the drive signal S2 is at a low level.
[0029]
In the motor drive device 1 configured as described above, when the coil current i1 is supplied, the transistors PA and NA ′ are turned on and the transistors PA ′ and NA are turned off. On the other hand, when the coil current i2 is supplied, the transistors PA and NA ′ are turned off and the transistors PA ′ and NA are turned on. The same control is performed for the coil currents i3 and i4.
[0030]
As described above, in the motor drive device 1 in the “large current drive mode”, the on / off control of the transistors constituting each bridge circuit is performed, the direction of the current flowing through the coils LA and LB is switched, and the motor 2 The rotor is rotated. At this time, the current value is not limited for the coil currents i1 to i4. Therefore, it is possible to control a large current drive motor that can obtain a large torque at low cost.
[0031]
Next, the case where a constant current drive motor is used as the motor 2 will be described. In this case, the non-volatile memory M1 stores in advance a drive mode instruction signal S3 for setting the motor drive device 1 in the “constant current drive mode”. Based on the drive mode instruction signal S3, the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned on. That is, the transistor PA forms a current mirror circuit together with the transistor P2. Therefore, when the drive signal S1 is at a high level, the transistor P1 is turned off, and a constant current corresponding to the generated current i of the constant current source I1 flows through the transistor PA. On the other hand, when the drive signal S1 is at a low level, the transistor P1 is turned on, the gate voltage of the transistor PA is pulled up, and the transistor PA is turned off. Note that the magnitude of the generated current i can be appropriately adjusted by an external resistance or the like.
[0032]
In the motor drive device 1 configured as described above, when a constant coil current i1 is passed, the transistors PA and NA ′ are turned on and the transistors PA ′ and NA are turned off. On the other hand, when the coil current i2 is supplied, the transistors PA and NA ′ are turned off and the transistors PA ′ and NA are turned on. The same control is performed for the coil currents i3 and i4.
[0033]
Thus, even in the motor driving device 1 in the “constant current driving mode”, the on / off control of the transistors constituting each bridge circuit is performed, the direction of the current flowing through the coils LA and LB is switched, and the motor 2 The rotor is rotated. At this time, the current value is limited by the current mirror circuit for the coil currents i1 to i4. Therefore, it is possible to control a constant current drive motor that operates at a constant current limited according to the set standard.
[0034]
Next, the wiring layout of the motor drive device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a wiring layout of the motor driving device 1. In this figure, Vcc and GND are power supply pads (reference voltage points having the same applied voltage), A, A ′, B and B ′ are PA and NA, PA ′ and NA ′, PB and NB, PB 'and NB' output pads are shown.
[0035]
The source side transistors PA, PA ′, PB, and PB ′ are part of the current mirror circuit when the motor driving device 1 is set to the “constant current driving mode”, and therefore the sizes thereof must be the same. . On the other hand, when the motor drive device 1 is set to the “large current drive mode”, the above-described expression (1) needs to be satisfied. Therefore, in the motor drive device 1 of the present embodiment, the power supply voltage Vcc is applied as shown in FIG. 5A in order to satisfy the above equation (1) without adjusting the size of each transistor. Two power supply pads are prepared, and the wiring layout is such that each transistor is arranged along a power supply line connecting the two power supply pads.
[0036]
When the wiring resistance values from both power supply pads to the transistors PA, PA ′, PB, PB ′ are (ra, ra ′), (rb, rb ′), (rc, rc ′), (rd, rd ′), Each combined wiring resistance value r1, r1 ′, r3, r3 ′ is a value obtained by the following equations.
r1 = (ra · ra ′) / (ra + ra ′) (2)
r1 ′ = (rb · rb ′) / (rb + rb ′) (3)
r3 = (rc · rc ′) / (rd + rd ′) (4)
r3 ′ = (rd · rd ′) / (rd + rd ′) (5)
[0037]
Here, since each transistor is arranged along the power supply line connecting the two power supply pads, all the denominators in the above formula match. Therefore, if the transistors are arranged so that the numerators coincide with each other, the above-described expression (1) can be satisfied without adjusting the transistor size (ON resistance). Specifically, the distance between one power supply pad to the transistor PA (PA ′) and the other power supply pad to the transistor PB ′ (PB) are set as close as possible between the transistors PA and PA ′ and between the transistors PB and PB ′. It is sufficient to arrange so that the distances up to the same.
[0038]
On the other hand, the transistors NA, NA ′, NB, and NB ′ on the sink side are not incorporated in the current mirror circuit even when the motor driving device 1 is set to the “constant current driving mode”. . Therefore, in the motor drive device 1 of the present embodiment, the size (ON resistance) of each transistor is adjusted to cancel the variation in the wiring resistance values r2, r2 ′, r4, r4 ′, as in the conventional case. It is set as the structure which satisfy | fills (1) Formula. With such a configuration, since the number of external terminals does not increase, the scale of the motor drive device 1 is not unnecessarily increased.
[0039]
Thus, in the motor drive device 1 of the present embodiment, by adopting the above wiring layout, it is realized that both the large current drive motor and the constant current drive motor are controlled. Therefore, even if the type of the motor 2 to be driven is changed, the motor 2 can be controlled only by rewriting the stored contents of the nonvolatile memory M1. Further, even when another circuit having a function different from that of the motor drive device 1 is integrated into one chip, only the characteristics of the motor drive device 1 can be changed without changing the characteristics of the other circuit.
[0040]
In the above embodiment, the motor drive device that drives a two-phase excitation type motor and an electric device using the motor drive device have been described as examples of application of the present invention. The object is not limited to this, and can be widely applied to other motor drive devices. Further, regarding the current limit, a configuration may be adopted in which the current limit is applied not by the source side transistor but by the sink side transistor, or by both. When the resistance value of the wiring is small, the wiring up to two pads may be extended so as to have the same resistance value and connected to one pad (see FIG. 2B).
[0041]
【The invention's effect】
As described above, the motor drive device according to the present invention includes a plurality of output circuits connected to the motor coil, and performs on / off control of transistors constituting the plurality of output circuits, whereby the motor In the motor drive device for switching the coil current direction and rotating the rotor, a drive mode switching unit for switching whether or not to limit the current value for the coil current in accordance with an external control signal It is said. With such a configuration, even if the type of the motor to be driven changes, the motor can be controlled only by rewriting the contents of the control signal. Further, even when another circuit having a function different from that of the motor drive device is integrated into one chip, only the characteristics of the motor drive device can be changed without changing the characteristics of the other circuit.
[0042]
In the motor drive device having the above configuration, the drive mode switching unit includes a nonvolatile memory for storing the control signal. By adopting such a configuration, even when the power supply to the motor driving device is interrupted, the stored contents are not erased, so that the driving mode can be maintained.
[0043]
The motor drive device according to the present invention includes an output circuit connected to a motor coil, and performs on / off control of a transistor constituting the output circuit, thereby changing the coil current direction of the motor. In the motor drive device that switches and rotates the rotor, the transistor has a predetermined reference voltage point, and at least one of the transistors having the same configuration among the transistors extends from the reference voltage point and returns to the reference voltage point. It is configured to be arranged along a line. With this configuration, the resistance values on the coil current paths can be matched without adjusting the size (ON resistance) of each transistor. Therefore, it is possible to realize a motor drive device capable of controlling both a large current drive motor and a constant current drive motor.
[0044]
An electric apparatus according to the present invention includes the motor driving device having the above-described configuration and a motor that is driven and controlled by the motor driving device. By adopting such a configuration, even if the type of the motor to be driven changes, the motor can be controlled by rewriting the contents of the control signal. In addition, even when another circuit having a function different from that of the motor driving device is integrated into one chip, only the characteristics of the motor driving device can be changed without changing the characteristics of the other circuits.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an electric device using a motor drive device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a wiring layout of the motor drive device 1;
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional example of an electric device using a motor driving device.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a wiring layout example of a motor drive device 1 ′.
[Explanation of symbols]
1 Motor driving device PA, PA ′, PB, PB ′ P channel field effect transistor NA, NA ′, NB, NB ′ N channel field effect transistor DMS Drive mode switching unit P1, P2 P channel field effect transistor N1 N channel field effect Transistor SW1, SW2 Analog switch INV1 Inverter I1 Constant current source M1 Non-volatile memory A, A ′, B, B ′ connection terminal 2 Motor LA, LB Coils a, a ′, b, b ′ connection terminals

Claims

A transistor comprising an A-phase bridge circuit for driving an A-phase coil of a motor and a B-phase bridge circuit for driving a B-phase coil of the motor, and constituting the A-phase bridge circuit and the B-phase bridge circuit In the motor drive device that switches the coil current direction of the motor and rotates the rotor by performing on / off control of
The A-phase bridge circuit is connected in series between a power supply line and a ground line, and a first A-phase source-side transistor and a first A-phase sink whose connection nodes are connected to one end of the A-phase coil. A second A-phase source-side transistor and a second A-phase sink that are connected in series between the power supply line and the ground line, and whose connection nodes are connected to the other end of the A-phase coil; A side transistor; and
The B-phase bridge circuit is connected in series between the power supply line and the ground line, and a first B-phase source-side transistor and a first B-side connection node connected to one end of the B-phase coil. A phase sink side transistor; a second B phase source side transistor and a second B phase connected in series between the power supply line and the ground line, and having a connection node connected to the other end of the B phase coil; A phase sink side transistor; and
The motor drive device further includes a drive mode switching unit for switching the motor drive device to a large current drive mode or a constant current drive mode in response to an external drive mode instruction signal. And
The drive mode switching unit forms a current mirror circuit together with a constant current source that generates a predetermined constant current; and first and second A-phase source-side transistors and first and second B-phase source-side transistors. And a current mirror transistor that mirrors the constant current on each source side transistor, and in the large current drive mode, each source side transistor is turned on according to a logic drive signal that turns on each source side transistor. While the transistor is fully turned on, in the constant current drive mode, the current mirror circuit is operated according to a logic drive signal that turns on each source-side transistor,
The first and second A-phase source-side transistors and the first and second B-phase source-side transistors are all the same size, and the wiring layout is a predetermined value connected to the power supply line. Along the conductive line extending from the reference voltage point and returning to the reference voltage point, and between the first and second A phase source side transistors and between the first and second B phase source side transistors as much as possible. The distance from the reference voltage point to the first and second A-phase source side transistors on the first path from the reference voltage point and a second direction that is opposite to the first path from the reference voltage point The motor driving device is characterized in that the distance from the first and second B-phase source side transistors to each other along the path is the same.

A transistor comprising an A-phase bridge circuit for driving an A-phase coil of a motor and a B-phase bridge circuit for driving a B-phase coil of the motor, and constituting the A-phase bridge circuit and the B-phase bridge circuit In the motor drive device that switches the coil current direction of the motor and rotates the rotor by performing on / off control of
The A-phase bridge circuit is connected in series between a power supply line and a ground line, and a first A-phase source-side transistor and a first A-phase sink whose connection nodes are connected to one end of the A-phase coil. A second A-phase source-side transistor and a second A-phase sink that are connected in series between the power supply line and the ground line, and whose connection nodes are connected to the other end of the A-phase coil; A side transistor; and
The B-phase bridge circuit is connected in series between the power supply line and the ground line, and a first B-phase source-side transistor and a first B-side connection node connected to one end of the B-phase coil. A phase sink side transistor; a second B phase source side transistor and a second B phase connected in series between the power supply line and the ground line, and having a connection node connected to the other end of the B phase coil; A phase sink side transistor; and
The motor drive device further includes a drive mode switching unit for switching the motor drive device to a large current drive mode or a constant current drive mode in response to an external drive mode instruction signal. And
The drive mode switching unit forms a current mirror circuit together with a constant current source that generates a predetermined constant current; first and second A-phase sink-side transistors, and first and second B-phase sink-side transistors A current mirror transistor that mirrors the constant current to each sink-side transistor, and in the large-current drive mode, each sink-side transistor according to a logic drive signal that turns on each sink-side transistor. While the transistor is fully turned on, in the constant current drive mode, the current mirror circuit is operated according to a logic drive signal that turns on each sink-side transistor,
The first and second A-phase sink-side transistors and the first and second B-phase sink-side transistors are all the same size, and the wiring layout thereof is a predetermined value connected to the ground line. Along the conductive line extending from the reference voltage point and returning to the reference voltage point, and between the first and second A-phase sink side transistors and between the first and second B-phase sink side transistors as much as possible The distance from the reference voltage point to the first and second A-phase sink-side transistors through the first path and the second direction that is opposite to the first path from the reference voltage point. The motor driving device is characterized in that the distance from the first and second B-phase sink-side transistors to each other along the path is the same.

The drive mode switching unit is connected to a control terminal of each source-side transistor or a control terminal of each sink-side transistor constituting the A-phase bridge circuit and the B-phase bridge circuit, and is a first for fully turning on each of the source-side transistors. A transistor; a second transistor connected to the control terminal of each source-side transistor or the control terminal of each sink-side transistor to fully turn off each of the transistors; It is connected between the control end of each source side transistor or the control end of each sink side transistor and the first transistor, and is turned on in the large current drive mode and turned off in the constant current drive mode. A first switch; connected between the constant current source and the current mirror transistor; and a second switch that is turned off in the large current drive mode and turned on in the constant current drive mode; The motor drive device according to claim 1, wherein the motor drive device is provided.

4. The motor drive device according to claim 1, wherein the drive mode switching unit includes a nonvolatile memory that stores the drive mode instruction signal in a nonvolatile manner. 5.

An electric apparatus comprising: the motor driving device according to any one of claims 1 to 4; and a motor that is driven and controlled by the motor driving device.