JP4221993B2

JP4221993B2 - モータ駆動回路

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Application number: JP2002296387A
Authority: JP
Inventors: 俊史高岡; 久茂祖川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2009-02-12
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動回路に関する。詳しくは、ＰＷＭ制御のキャリア周波数可変手段を備えたモータ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術において、モータをＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ；パルス幅変調）制御で駆動するときのモータ駆動回路（ドライバー）は、駆動用のＰＷＭパルスを生成するブロックと生成されたＰＷＭパルスをインピーダンス変換してモータコイルを駆動するブロックとから構成されている。
【０００３】
このようなモータ駆動回路において、例えば、ＤＣモータを駆動するときには、必要とするトルクに相当する電力をＰＷＭパルス（波形）のデューティを変化させることによってモータの駆動制御を実現し、また、ステッピングモータを駆動するときには、必要とする励磁パターンに相当する電力をＰＷＭパルス（波形）のデューティを変化させることによってモータの駆動制御を実現している。
【０００４】
このときＰＷＭパルス（波形）のキャリア周波数は、以下の▲１▼〜▲５▼に示す条件に最適な周波数を選択し、固定値として設定している。
▲１▼音響ノイズとならない周波数以上
▲２▼要求されるデューティ切り替えの時間的分解能を満足する周波数以上
▲３▼負荷の抵抗とインダクタンスで充分に平滑化される周波数以上
▲４▼要求されるデューティの分解能が実現できる周波数以下
▲５▼デューティ０［％］あるいは１００［％］に近い領域での幅が細いパルスが正確に出力できる周波数以下
【０００５】
条件▲２▼において、最低でも１周期分のパルス波形を出力しないと、デューティに応じた電力をモータに供給することができない為、デューティの切り替えはキャリア周波数が高い程、頻繁に行うことができ、時間的分解能が増すことになる。
【０００６】
また、条件▲４▼において、ＰＷＭパルスを出力する回路が備えているカウンタの語長は、デューティの分解能と比例関係にあり、カウンタのカウントアップスピードは回路の動作クロックから決まり、これを固定にしたとき、キャリア周波数はカウンタの語長に反比例、すなわちデューティの分解能と反比例することになる。
【０００７】
ところで、上述の▲１▼〜▲５▼に適うキャリア周波数を選択した場合であっても、モータの駆動状態が変化することによって必ずしも適切なキャリア周波数でなくなることもある。そこで、キャリア周波数を適宜変化させて駆動制御を行うことができるモータ駆動回路（装置）も存在している（例えば、特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−１４１５８７号公報（第２−３頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、ＰＷＭ制御のモータ駆動回路を用いた機器、例えば、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなど、機器の小型化の要求が高くなってきており、機器が小型化することによってモータ制御の精度がシビアになり、また、機器の他の部分に影響を及ぼしてしまう、というような問題が発生する。
【００１０】
例えば、ビデオカメラの場合、マイクとモータとが近くなることにより、モータ駆動音がマイクに混入してきたり、カメラレンズの移動範囲が小さくなるため、レンズ位置制御の精度がシビアになる、などモータの制御条件が厳しくなってきている。
【００１１】
さらに、小型化によって機器内が高密度実装となり、モータの駆動電流が流れる配線は、ＡＣ特性（特に立ち上がり時間）に速くて急峻な電圧の変化があると、周辺の信号線にノイズがかぶり、例えば、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの機器における画像信号への影響などは深刻な問題となる。
【００１２】
このように、機器の小型化にともなって、最適なＰＷＭのキャリア周波数の選定し、モータの駆動制御を精度よく行うことが困難になってきているという問題がある。
【００１３】
また、ＰＷＭのキャリア周波数を適宜変化させて制御を行うモータ駆動回路では、モータの駆動状態を検出するためにフィードバック信号が必要となり、このフィードバック信号を検出するための信号線が周辺の信号線に影響を与えてしまうという問題もある。
【００１４】
従って、ＰＷＭ制御のモータ駆動回路において、他の信号線などへの影響（かぶり）を抑え、かつ、モータを高精度で駆動制御することができるようにすること、に解決しなければならない課題を有する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に係るモータ駆動回路は次のような構成にすることである。
【００１６】
［１］ＰＷＭ制御のためのキャリア周波数を任意に可変出力するキャリア周波数可変手段を備えたモータ駆動回路であって、
前記キャリア周波数可変手段により、
（１）ステッピングモータの回転を停止している状態或いはゆっくりと回転させる場合のキャリア周波数は、デューテイが５０％以下のとき、
（デューテイ（％）／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））＞２０ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は２０ｋＨｚに設定し、
（デューテイ（％）／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））＜２０ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は（デューテイ（％）／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））（Ｈｚ）に設定し、
デューテイが５０％以上のとき、
（（１００−デューテイ（％））／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））＞２０ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は２０ｋＨｚに設定し、
（（１００−デューテイ（％））／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））＜２０ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は（デューテイ（％）／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））（Ｈｚ）に設定し、
（２）ステッピングモータを高速で回転させる場合のキャリア周波数は、
（回転速度（ｐｐｓ））／４×３６０／（ｃｏｓθ（ｒａｄ））（Ｈｚ）＞１６ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は（回転速度（ｐｐｓ））／４×３６０／（ｃｏｓθ（ｒａｄ））（Ｈｚ）に設定し、
（回転速度（ｐｐｓ））／４×３６０／（ｃｏｓθ（ｒａｄ））（Ｈｚ）＜１６ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は１６ｋＨｚに設定してステッピングモータを駆動制御することを特徴とするモータ駆動回路。
【００１７】
上述したようなモータ駆動回路において、キャリア周波数可変手段がモータへの印加電圧の時間的変化率に応じて変化させたキャリア周波数を生成し、この生成したキャリア周波数に基づいてモータの駆動制御を行うので、ＰＷＭパルスのデューティに応じた駆動制御が可能となり、他の信号線などへの影響（かぶり）を抑え、かつ、モータを高精度で駆動制御することができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るモータ駆動回路の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、図面は専ら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１９】
まず、第１の実施例として、ステッピングモータを駆動制御する場合について説明する。
【００２０】
図１は、２相ステッピングモータのモータ駆動回路の構成を簡略化して示したブロック図であり、ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）１０と、モータ駆動回路２０と、２相ステッピングモータ３０から構成される。
【００２１】
ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）１０は、モータ駆動回路２０に接続し、モータ駆動回路２０に対し、モータへの印加電圧の時間的変化率に応じた所定の電気的角度を与え、２相ステッピングモータ３０の駆動を制御する機能を備えている。
【００２２】
モータ駆動回路２０は、波形生成制御部２１０、波形生成部Ａ２２０ａ及び波形生成部Ｂ２２０ｂ、モータ駆動部２３０、ドライブ部２４０から構成される。
【００２３】
波形生成制御部２１０は、一方をＭＣＵ１０、他方を波形生成部Ａ２２０ａ及び波形生成部Ｂ２２０ｂと接続され、ＭＣＵ１０が指定する電気的角度に応じて波形生成部Ａ２２０ａ及び２２０ｂを制御する。
【００２４】
波形生成部Ａ２２０ａは、デューティ算出部２２１ａ、カウンタ２２２ａ、カウントスピードコントロール部２２３ａ、比較器２２４ａから構成され、一方を波形生成制御部２１０、他方をモータ駆動部２３０と接続される。
【００２５】
そして、波形生成部Ａ２２０ａを構成する各部２２１ａ〜２２４ａは波形生成制御部２１０に従って動作し、デューティ算出部２２１ａは、生成するパルス波形のデューティを算出して比較器２２４ａに出力し、カウンタ２２２ａは、カウンタスピードコントロール部２２３ａからの制御に基づいたカウント値（＝１秒間に発生するスイッチングパルス数）を比較器２２４ａに出力し、比較器２２４ａは、デューティ算出部２２１ａの出力とカウンタ２２２ａの出力に基づいたＰＷＭパルスを生成し、モータ駆動部２３０に出力する。
【００２６】
波形生成部Ｂ２２０ｂは、デューティ算出部２２１ｂ、カウンタ２２２ｂ、カウントスピードコントロール部２２３ｂ、比較器２２４ｂから構成され、一方を波形生成制御部２１０、他方をドライブ部２４０と接続される。
【００２７】
そして、波形生成部Ｂ２２０ｂを構成する各部２２１ｂ〜２２４ｂは波形生成制御部２１０に従って動作し、デューティ算出部２２１ｂは、生成するパルス波形のデューティを算出して比較器２２４ｂに出力し、カウンタ２２２ｂは、カウンタスピードコントロール部２２３ｂからの制御に基づいたカウント値（＝１秒間に発生するスイッチングパルス数）を比較器２２４ｂに出力し、比較器２２４ｂは、デューティ算出部２２１ｂの出力とカウンタ２２２ｂの出力に基づいたＰＷＭパルスを生成し、ドライブ部２４０に出力する。
【００２８】
つまり、波形生成部Ａ２２０ａ及び波形生成部Ｂ２２０ｂは、カウンタスピードコントロール部２２３ａ／２２３ｂによってカウンタ２２２ａ／２２２ｂを制御することによって、１秒間に発生するスイッチングパルス数＝ＰＷＭのキャリア周波数を可変制御し、デューティ算出部２２１ａ／２２１ｂの出力とカウンタ２２２ａ／２２２ｂの出力に基づいてＰＷＭパルスを生成してモータ駆動部２３０／ドライブ部２４０に出力する。
【００２９】
モータ駆動部２３０は、モータ駆動制御部２３１と４個のパワーＭＯＳトランジスタからなるスイッチング部２３２とから構成され、一方を波形生成部Ａ２２０ａ（の比較器２２４ａ）、他方を２相ステッピングモータ３０のうちの１相のコイルと接続されており、モータ駆動制御部２３１が波形生成部Ａ２２０ａからのＰＷＭパルスに基づいてスイッチング部２３２を制御し、所定のモータ電源（ＶＭ）を２相ステッピングモータ３０に供給する。
【００３０】
ドライブ部２４０は、モータ駆動制御部２４１と４個のパワーＭＯＳトランジスタからなるスイッチング部２４２とから構成されており、一方を波形生成部Ｂ２２０ｂ（の比較器２２４ｂ）、他方を２相ステッピングモータ３０のうちの別の１相のコイルと接続され、モータ駆動制御部２４１が波形生成部Ｂ２２０ｂからのＰＷＭパルスに基づいてスイッチング部２４２を制御し、所定のモータ電源（ＶＭ）を２相ステッピングモータ３０に供給する。
【００３１】
次に、上述した構成からなるモータ駆動回路の動作について説明する。
【００３２】
波形生成部Ａ２２０ａ及び波形生成部Ｂ２２０ｂは、ＭＣＵ１０（外部コントローラ）が指定する電気的角度に応じたＰＷＭパルス（波形）を生成し、それぞれモータ駆動部２３０、ドライブ部２４０に対して生成したＰＷＭパルスを出力する。
【００３３】
２相ステッピングモータ３０をサイン波駆動する際、モータの各コイルに流す電流は、互いに位相が９０度ずれたサイン波になっており、波形生成部Ａ２２０ａ及び波形生成部Ｂ２２０ｂからは、図２に示すような位相差に応じたＰＷＭパルス（波形）が生成、出力される。
【００３４】
モータ駆動部２３０及びドライブ部２４０では、それぞれのモータ駆動制御部２３１／２４１によって波形生成部Ａ２２０ａ及び波形生成部Ｂ２２０ｂからのＰＷＭパルス（波形）に基づいて、スイッチング部２３２／２４２のスイッチング動作を制御し、２相ステッピングモータ３０の各コイルに印加される電圧（モータ電源（ＶＭ））を制御する。
【００３５】
ここで、スイッチング部２３２（又は２４２）のスイッチング動作を説明する。
【００３６】
図３は、４個のパワーＭＯＳトランジスタＭＯＳ＿Ａ〜ＭＯＳ＿Ｄで構成されたスイッチング部２３２（又はスイッチング部２４２）と２相ステッピングモータ３０のコイル３０ａとの接続状態を略示的に示したものである。
【００３７】
ＭＯＳ＿ＡとＭＯＳ＿Ｂは直列接続（ａ点）され、ＭＯＳ＿Ａの他方はモータ電源（ＶＭ）と接続され、ＭＯＳ＿Ｂの他方はアースに接続する。一方、ＭＯＳ＿ＣとＭＯＳ＿Ｄは直列接続（ｂ点）され、ＭＯＳ＿Ｃの他方はモータ電源（ＶＭ）と接続され、ＭＯＳ＿Ｄの他方はアースに接続する。
【００３８】
そして、直列接続されたＭＯＳ＿Ａ、ＭＯＳ＿Ｂと、同じく直列接続されたＭＯＳ＿Ｃ、ＭＯＳ＿Ｄとを並列接続し、２相ステッピングモータ３０のコイル３０ａの一方をＭＯＳ＿ＡとＭＯＳ＿Ｂの接続点（ａ点）と接続し、コイル３０ａの他方をＭＯＳ＿ＣとＭＯＳ＿Ｄの接続点（ｂ点）に接続する。
【００３９】
このように接続されたスイッチング部２３２（又は２４２）はモータ駆動部２３１（又は２４１）により制御され、ＭＯＳ＿ＡとＭＯＳ＿Ｄをオン（ＯＮ）とし、ＭＯＳ＿ＢとＭＯＳ＿Ｃをオフ（ＯＦＦ）にすると、２相ステッピングモータ３０のコイル３０ａにはＭＯＳ＿ＡとＭＯＳ＿Ｂの接続点からＭＯＳ＿ＣとＭＯＳ＿Ｄの接続点方向、即ち、ａ点→ｂ点方向の電流が流れる。
【００４０】
また、ＭＯＳ＿ＡとＭＯＳ＿Ｄをオフ（ＯＦＦ）とし、ＭＯＳ＿ＢとＭＯＳ＿Ｃをオン（ＯＮ）とすると、２相ステッピングモータ３０のコイル３０ａには、ＭＯＳ＿ＣとＭＯＳ＿Ｄの接続点からＭＯＳ＿ＡとＭＯＳ＿Ｂの接続点方向、即ち、ｂ点→ａ点方向の電流が流れる。
【００４１】
このようにモータ駆動部２３１（又は２４１）によって、所定のパワーＭＯＳトランジスタをオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）制御してモータのコイルに流れる電流の方向を切り換えることによりスイッチング動作の制御を行う。
【００４２】
このスイッチング部２３２（又は２４２）のスイッチング動作のときに、例えば、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの機器では、スイッチングによって流れる電流の立ち上がりが急峻になると、基板の配線パターンを通じて画像などの信号系にノイズがのってしまい画質が劣化するという問題がある。
【００４３】
そのために、モータ駆動部２３１（又は２４１）では、モータに供給するモータ電源（ＶＭ）の立ち上がり時間Ｔｒを緩やかにするように制御しており、例えば、このスイッチング動作による立ち上がり時間Ｔｒを図４に示すグラフのように５００［ｎｓ］になるように制御することによって信号系にノイズがのることを回避している。
【００４４】
このように、ステッピングモータを精度よく位置決め制御する場合、キャリア周波数が高いと、立ち上がり時間Ｔｒに制限を設けているためにＰＷＭパルス（波形）が正しく出力されず、ＰＷＭパルスのデューティに応じた電力を正しくモータに供給できず、モータが所望の動作を実行できないので、波形生成部Ａ２２０ａ及び波形生成部Ｂ２２０ｂにおいて、電流リップルが問題にならない程度にキャリア周波数を低く抑える。
【００４５】
続いて、上述したモータ駆動回路をサイン波駆動するときのＰＷＭのキャリア周波数制御の具体例について説明する。
【００４６】
例えば、２相ステッピングモータ３０の各コイルに流す電流の位相が９０度ずれたサイン波である場合、図５に示すように、電気的角度［ｄｅｇ］を８０度で精度良く位置決めするときは、一方のコイルに印可するＰＷＭパルスのデューティが９９．２［％］、他方のコイルに印可するＰＷＭパルスのデューティは５８．７［％］となる。
【００４７】
このとき、信号系にノイズがのることを回避するため、立ち上がり時間Ｔｒを５００［ｎｓ］に制限している場合（図４参照）、２相ステッピングモータ３０に正しく電力を供給するためのＰＷＭパルスの最小パルス幅は、図６に示すように５００［ｎｓ］となる。
【００４８】
したがって、ＰＷＭパルス（波形）のデューティを５８．７［％］で正しく出力するための最大周波数は、０．５８７／５００［ｎｓ］＝１１７４［ｋＨｚ］となるが、回路の消費電力を抑えつつ、精度を確保する目的でＰＷＭのキャリア周波数＝２０［ｋＨｚ］となるように波形生成部Ａ２２０ａ（又は波形生成部Ｂ２２０ｂ）で生成する。
【００４９】
また、ＰＷＭパルス（波形）のデューティを９９．２［％］で正しく出力するための最高周波数は、０．００８／５００［ｎｓ］＝１６［ｋＨｚ］となり、ＰＷＭのキャリア周波数＝１６［ｋＨｚ］となるように波形生成部Ｂ２２０ｂ（又は波形生成部Ａ２２０ａ）で生成する。
【００５０】
なお、この１６［ｋＨｚ］のＰＷＭのキャリア周波数は、可聴域にかかるが、ＰＷＭパルス（波形）のパルスの幅が非常に小さいのでリップルのエネルギーが低く音圧レベルが低く、音響ノイズは問題とならない。（仮に、上述のデューティが５８．７［％］のＰＷＭパルスのキャリア周波数が可聴域に入ると、音響ノイズが大きな問題になる。）
【００５１】
一方、ステッピングモータを高速で回転させる場合、ＰＷＭパルス（波形）のデューティが５０［％］近傍では、デューティの時間的変化率が高くなるため（図５参照）、デューティの切り替え周波数、即ち、ＰＷＭのキャリア周波数を高くして、ＰＷＭパルス１周期ごとのデューティの変化量を小さくすることにより駆動電流を滑らかにする。
【００５２】
このデューティの切り替えは、ＰＷＭパルスが整数周期で出力されたところで切り替える必要があるため、ＰＷＭのキャリア周波数の値が上限値となる。このためデューティの切り替え周波数を高くすることは、即ち、ＰＷＭのキャリア周波数を高くすることと同義になる。
【００５３】
例えば、ＰＷＭパルス（波形）のデューティが５０［％］に相当する電気的角度でデューティを０．５［％］ずつ変化させるためには、電気的角度を０．６度ずつ変化させることになる。したがって、ステッピングモータを９６０［ｐｐｓ］で駆動するときのＰＷＭのキャリア周波数は、デューティが５０［％］の電気的角度において、９６０［ｐｐｓ］／４×３６０／０．６＝１４４［ｋＨｚ］に設定する。デューティが５０［％］から離れるにしたがって、デューティの変化率が低くなるため、デューティの変化率に応じてＰＷＭのキャリア周波数も低くする。
【００５４】
従って、このようにステッピングモータ３０の制御を行う場合は、以下のような条件でＰＷＭのキャリア周波数を変化させる。
【００５５】
［１］ステッピングモータの回転を停止している状態、或いは、ゆっくりと回転させる場合のキャリア周波数は次のようにする。
【００５６】
［１−１］ＰＷＭパルス（波形）のデューティが５０［％］以下の場合
▲１▼（デューティ［％］／１００）／Ｔｒ［ｓ］＞２０［ｋＨｚ］であれば、キャリア周波数＝２０［ｋＨｚ］とする。
▲２▼（デューティ［％］／１００）／Ｔｒ［ｓ］＜２０［ｋＨｚ］であれば、キャリア周波数＝（（デューティ［％］／１００）／Ｔｒ［ｓ］）［Ｈｚ］とする。
【００５７】
［１−２］ＰＷＭパルス（波形）のデューティが５０［％］以上の場合
（１）（（１００−（デューティ［％］／１００／Ｔｒ［ｓ］）＞２０［ｋＨｚ］であれば、キャリア周波数＝２０［ｋＨｚ］とする。
（２）（（１００−（デューティ［％］）／１００／Ｔｒ［ｓ］）＜２０［ｋＨｚ］であれば、キャリア周波数＝（デューティ［％］／１００）／Ｔｒ［ｓ］）［Ｈｚ］とする。
【００５８】
[２]ステッピングモータを高速で回転させる場合のキャリア周波数は、次のようにする。
【００５９】
▲１▼（回転速度［ｐｐｓ］／４×３６０／ｃｏｓθ［ｒａｄ］）［Ｈｚ］＞１６［ｋＨｚ］であれば、キャリア周波数＝（回転速度［ｐｐｓ］／４×３６０／ｃｏｓθ［ｒａｄ］）［Ｈｚ］とする。
▲２▼（回転速度［ｐｐｓ］／４×３６０／ｃｏｓθ［ｒａｄ］）［Ｈｚ］＜１６［ｋＨｚ］であれば、キャリア周波数＝１６［ｋＨｚ］とする。
【００６０】
このようにＰＷＭのキャリア周波数を変化させてステッピングモータの駆動制御を行うことにより、以下のような駆動制御が可能となる。
【００６１】
１）パルスのデューティに応じたキャリア周波数で駆動制御されるので、デューディ０〜１００［％］全域に渡り、精度よく駆動制御することが可能となる。
２）デューティが０［％］又は１００［％］近傍でも滑らかに駆動することができると共に、５０［％］近傍でもデューティの切り替え段差を小さくすることができるため、モータの駆動音を低減することができる。
３）デューティが０［％］又は１００［％］近傍でも精度が維持できるため、電圧変調することなく高精度でサイン波駆動することができ、モータを最大トルクで用いることができる。
４）モータの動作速度に応じてデューティの切り替え周期の変更が行われるので高速動作が可能になる。
【００６２】
次に、第２の実施例としてＤＣモータを駆動制御する場合について説明する。
【００６３】
図７は、ＤＣモータのＰＷＭ駆動するときのＤＣモータ（直流モータ）のモータ駆動回路の構成を簡略化して示したブロック図であり、ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）４０と、モータ駆動回路５０と、ＤＣモータ６０と、などから構成される。
【００６４】
ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）４０は、モータ駆動回路５０に接続し、モータ駆動回路５０に対し、モータへの印加電圧の時間的変化率に応じた所定の電気的角度を与え、ＤＣモータ６０の駆動を制御する機能を備えいる。
【００６５】
モータ駆動回路５０は、波形生成制御部５１０、波形生成部５２０、モータ駆動部５３０を備える。
【００６６】
波形生成制御部５１０は、一方をＭＣＵ４０、他方を波形生成部５２０と接続され、ＭＣＵ４０が指定する電気的角度に応じて波形生成部５２０を制御する。
【００６７】
波形生成部５２０は、一方を波形生成制御部５１０、他方をモータ駆動部５３０と接続され、デューティ算出部５２１、カウンタ５２２、カウントスピードコントロール部５２３、比較器５２４から構成される。
【００６８】
そして、波形生成部５２０を構成する各部５２１〜５２４は波形生成制御部５１０に従って動作し、デューティ算出部５２１は、生成するパルス波形のデューティを算出して比較器５２４に出力し、カウンタ５２２は、カウンタスピードコントロール部５２３からの制御に基づいたカウント値（＝１秒間に発生するスイッチングパルス数）を比較器５２４に出力し、比較器５２４は、デューティ算出部５２１の出力とカウンタ５２２の出力に基づいたＰＷＭパルスを生成し、モータ駆動部５３０に出力する。
【００６９】
つまり、波形生成部５２０は、カウンタスピードコントロール部５２３によってカウンタ５２２を制御することによって、１秒間に発生するスイッチングパルス数＝ＰＷＭのキャリア周波数を可変制御し、デューティ算出部５２１の出力とカウンタ５２２からの出力に基づいてＰＷＭパルスを生成してモータ駆動部５３０に出力する。
【００７０】
モータ駆動部５３０は、モータ駆動制御部５３１と４個のパワーＭＯＳトランジスタからなるスイッチング部５３２から構成されており、一方を波形生成部５２０（の比較器５２４）、他方をＤＣモータ３０のコイルと接続され、モータ駆動制御部５３１が波形生成部５２０からのＰＷＭパルスに基づいてスイッチング部５３２を制御し、所定のモータ電源（ＶＭ）をＤＣモータ６０に供給する。
【００７１】
モータ駆動回路５０は、上述の第１の実施例で説明したモータ駆動回路２０の波形生成部Ｂ２２０ｂ、ドライブ部２４０に相当する部分がないだけであり、その動作は基本的に同じであるため、モータ駆動回路５０の各部の動作についての説明は省略する。
【００７２】
ＤＣモータを駆動制御する場合、ＰＷＭパルスのデューティが５０［％］近辺（図５参照）、すなわち、トルクの低い領域ではＰＷＭのキャリア周波数を高くして、トルクの切り替え周波数を高くすることにより、滑らかで、且つ、高速なトルク変化を可能にし、微妙な制御に対応できるようにする。
【００７３】
一方、モータの最大トルクが発生するデューティ０［％］あるいは１００［％］近傍（図５参照）では、ＰＷＭのキャリア周波数を所定値だけ低下させてトルク精度を確保することによってデューティ切り替えによるトルク変化に起因する音響ノイズ（回路のＡＣ特性による波形の歪みに起因する駆動電流精度の悪化）を低減させる。
【００７４】
すなわち、ＰＷＭのキャリア周波数の制御（変化）方法は、上述の第１の実施例のステッピングモータの場合と同様である。ただし、トルクの低い領域でトルクの切り替えが発生しないときは、ＰＷＭのキャリア周波数は低く抑えて、駆動回路の消費電力低減を図るものとする。
【００７５】
従って、ＤＣモータの制御を行う場合は、以下のような条件でＰＷＭのキャリア周波数を変化させる。（Ｔｒ；モータに供給するモータ電源（ＶＭ）の立ち上がり時間とする。）
【００７６】
［１］低トルクの場合のキャリア周波数は次のようにする。
【００７７】
▲１▼低トルクで、且つ、トルクの切り替えをしないとき、キャリア周波数＝２０［ｋＨｚ］とする。
▲２▼低トルクで、トルクの切り替えをするとき、トルクの切り替え周波数と２０［ｋＨｚ］を比較し、高い方の周波数をキャリア周波数とする。
【００７８】
［２］高トルクの場合のキャリア周波数は次のようにする。
【００７９】
（１）ＰＷＭパルス（波形）のデューティが５０［％］以上のとき、キャリア周波数＝（（１００−デューティ［％］／１００）／Ｔｒ［ｓ］）［Ｈｚ］とする。
（２）ＰＷＭパルス（波形）のデューティが５０［％］以下のとき、キャリア周波数＝（（デューティ［％］／１００）／Ｔｒ［ｓ］）［Ｈｚ］とする。
【００８０】
このようにキャリア周波数を変化させてＤＣモータの駆動制御を行うことにより、以下のような駆動制御が可能となる。
【００８１】
１）低トルク領域で分解能が高く、かつ、トルク切り替え周波数を高くできるため、精度の高い駆動制御が可能になる。
２）高トルク領域において、精度の高いトルク設定が可能であるので、トルクの切り替え精度が向上し、高トルク領域で問題になる音響ノイズを低減することができる。
３）必要最小のパルスでのスイッチング周期になるため、駆動回路の消費電力を低減することができる。
４）モータ駆動パルスの立ち上がり速度を低く抑えることができるため、高密度実装時にモータ駆動波形の微弱信号線へのかぶりを低減することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、モータ駆動回路は、キャリア周波数可変手段によりモータへの印加電圧の時間的変化率に応じて変化させたキャリア周波数、即ち、ＰＷＭパルスのデューティの変化に応じたキャリア周波数を生成し、このキャリア周波数に基づいてモータを駆動制御することによって、ＰＷＭパルスのデューティが０〜１００［％］全域に渡り高い精度でモータの駆動制御を行うことができるようになるとともに、モータの駆動音を抑え、消費電力を低減できるという極めて優れた効果を奏するものである。
【００８３】
また、モータ駆動パルスの立ち上がり速度を低く抑えることができ、モータの駆動状態を検出するためのフィードバック信号も不要であるため、他の信号線などへの影響（かぶり）を低減できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータ駆動回路で２相ステッピングモータを制御するときの構成を略示的に示したブロック図である。
【図２】図１に示したモータ駆動回路の波形生成部の出力波形を略示的に示した説明図である。
【図３】図１に示したモータ駆動回路におけるスイッチング動作についての説明図である。
【図４】図１に示したモータ駆動回路において、スイッチング動作時のモータコイル印加電圧（ＶＭ）の立ち上がり時間を示したグラフである。
【図５】図１に示したモータ駆動回路におけるＰＷＭパルスのデューティ［％］と電気的角度［ｄｅｇ］の関係を示したグラフである。
【図６】図４に示すグラフに基づく、ＰＷＭパルス（最小幅）の状態を略示的に示した説明図である。
【図７】本発明に係るモータ駆動回路でＤＣモータを制御するときの構成を略示的に示したブロック図である。
【符号の説明】
１０；ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）
２０；モータ駆動回路、２１０；波形生成制御部、２２０ａ；波形生成部Ａ、２２１ａ；デューティ算出部、２２２ａ；カウンタ、２２３ａ；カウントスピードコントロール部、２２４ａ；比較器、２２０ｂ；波形生成部Ｂ、２２１ｂ；デューティ算出部、２２２ｂ；カウンタ、２２３ｂ；カウントスピードコントロール部、２２４ｂ；比較器、２３０；モータ駆動部、２３１；モータ駆動制御部、２３２；スイッチング部、２４０；ドライブ部、２４１；モータ駆動制御部、２４２；スイッチング部
３０；２相ステッピングモータ
４０；ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）
５０；モータ駆動回路、５１０；波形生成制御部、５２０；波形生成部、５２１；デューティ算出部、５２２；カウンタ、５２３；カウントスピードコントロール部、５２５；比較器、５３０；モータ駆動部、５３１；モータ駆動制御部、５３２；スイッチング部
６０；ＤＣモータ

Claims

ＰＷＭ制御のためのキャリア周波数を任意に可変出力するキャリア周波数可変手段を備えたモータ駆動回路であって、
前記キャリア周波数可変手段により、
（１）ステッピングモータの回転を停止している状態或いはゆっくりと回転させる場合のキャリア周波数は、デューテイが５０％以下のとき、
（デューテイ（％）／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））＞２０ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は２０ｋＨｚに設定し、
（デューテイ（％）／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））＜２０ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は（デューテイ（％）／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））（Ｈｚ）に設定し、
デューテイが５０％以上のとき、
（（１００−デューテイ（％））／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））＞２０ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は２０ｋＨｚに設定し、
（（１００−デューテイ（％））／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））＜２０ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は（デューテイ（％）／１００／Ｔｒ（立ち上がり時間）（ｓ））（Ｈｚ）に設定し、
（２）ステッピングモータを高速で回転させる場合のキャリア周波数は、
（回転速度（ｐｐｓ））／４×３６０／（ｃｏｓθ（ｒａｄ））（Ｈｚ）＞１６ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は（回転速度（ｐｐｓ））／４×３６０／（ｃｏｓθ（ｒａｄ））（Ｈｚ）に設定し、
（回転速度（ｐｐｓ））／４×３６０／（ｃｏｓθ（ｒａｄ））（Ｈｚ）＜１６ｋＨｚ
であれば、キャリア周波数は１６ｋＨｚに設定してステッピングモータを駆
動制御することを特徴とするモータ駆動回路。