JP4248619B2

JP4248619B2 - モータ駆動回路

Info

Publication number: JP4248619B2
Application number: JP13213298A
Authority: JP
Inventors: 憲明岡田; 亮鈴木; 智伊藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2018-05-14
Also published as: JPH11332276A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低速回転時に全波駆動、高速回転時に半波駆動のモータ駆動電流を出力するモータ駆動回路、特に半波駆動の際におけるモータ駆動電流の出力禁止制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モータの駆動電流を制御するＩＣが各種利用されている。このＩＣでは、複数のスイッチングトランジスタを有し、このオンオフによって所定の駆動電流をモータに供給してモータを駆動する。例えば、駆動するモータが三相のモータであれば、駆動回路は、電源とアース間に直列接続された２つのスイッチングトランジスタ（ソース側及びシンク側のスイッチングトランジスタ）からなるアームを３つ有し、各アームの中間点をモータの各相モータコイルに接続する。そして、異なるアームにおけるソース側スイッチングトランジスタとシンク側トランジスタを順次オンすることによって、各相のモータコイルに順次駆動電流を流し、モータを回転させる。このような駆動方法を全波駆動という。
【０００３】
ここで、この方式では、モータの最大回転数は、モータで発生する逆起電力と駆動回路の電源電圧とで決定される。すなわち、逆起電力が電源電圧に等しくなるとそれ以上の電流がモータコイルに供給できなくなり、この回転数が最大回転数になる。
【０００４】
一方、電源電圧をそのままとして、モータの最大回転数を上昇させる方法として半波駆動がある。この半波駆動では、モータコイルの中点を電源に接続する。そして、ソース側のスイッチングトランジスタを常時オフとし、シンク側のスイッチングトランジスタのみ順次オンする。これによって、モータコイルの中点からモータコイルの半分に電流が順次流れる。従って、モータコイルの各端部に発生する逆起電力は、電源電圧を中心として０〜電源電圧の２倍の電圧の間でふれることになり、理論的に最大回転数が２倍になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、半波駆動を利用することによって、電源電圧を低くしたまま、モータの最大回転数を上昇することができる。しかし、半波駆動では、出力トルクが小さい。そこで、回転数に応じて、低速において全波、高速において半波というように、全波半波を切り替えることになる。ところが、このような全波半波の切替を行うと、モータの駆動形式が異なるため、モータの回路にキックバックなどが生じるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、全波半波の切替に関連する問題点を解決できるモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータ回転数を検出し、回転数が所定値より低い低速回転時に全波駆動、回転数が所定値より高い高速回転時に半波駆動のモータ駆動電流を出力するモータ駆動回路であって、モータの回転を検出し、モータの回転に同期してＨレベルとＬレベルを繰り返す回転信号を検出する回転検出手段と、得られた回転信号からモータの回転数が所定値以上であるか否かを示すスピード検出信号を発生するスピード検出回路と、前記回転信号に同期して前記スピード検出信号を取り入れる第１フリップフロップと、この第１フリップフロップの出力を前記回転信号に同期して取り入れる第２フリップフロップと、第１および第２フリップフロップの出力が異なる期間のみに駆動オフ信号を出力する排他的論理和回路と、前記第１フリップフロップの出力を前記回転信号の反転信号に同期して取り入れ、全波半波切替信号を出力する第３フリップフロップと、を含み、前記排他的論理和回路から駆動オフ信号が出力されている期間に、前記第３フリップフロップから全波半波切替信号を出力することによって、半波駆動と全波駆動の切替時において、モータ駆動電流の出力を前記駆動オフ信号に基づき一定期間禁止することを特徴とする。このように、全波駆動と半波駆動の切替時において、駆動電流の出力を禁止することで、モータ駆動電流の突然の変化を防止することができる。
【０００８】
また、本発明は、低速回転時に全波駆動、高速回転時に半波駆動のモータ駆動電流を出力し、モータの正転逆転を切り換えるときには、全波駆動にするモータ駆動回路であって、半波駆動時において、モータの正転、逆転の別を指示するＦＲ信号が切り替わったとき、全波駆動に切り替わるまでの期間、モータ駆動電流の出力を禁止し、全波駆動時において、モータの正転、逆転の別を指示するＦＲ信号が切り替わったときは、モータ駆動電流の出力を禁止しないとともに、半波駆動時におけるＦＲ信号を遅延する遅延回路を有し、半波駆動時にＦＲ信号を遅延させて出力することで、半波駆動時において、モータ駆動電流の出力が禁止される前にＦＲ信号の切り替わりが出力されることを防止することを特徴とする。
【０００９】
このように、高速回転する半波駆動時おける正転逆転の切り替わりを禁止することで、ＦＲ切替時のキックバックの発生を有効に防止できる。また、半波駆動時において、モータ駆動電流の出力が禁止される前にＦＲ信号の切り替わりが出力されることを防止する
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１１】
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態のモータ駆動回路の全体構成を示す図であり、モータのロータ回転を検出するホール素子からの出力であるホール波形信号がホールコンパレータ１０に入力される。ホールコンパレータ１０は、ホール波形信号を所定のしきい値と比較し、ロータの回転を示すＨとＬを繰り返すホールＦＧ信号（回転信号）を出力する。例えば、３ポールのモータであれば、１回転について、Ｈの期間が３回ある信号を出力する。なお、ホール波形信号は、１相のみの信号であっても複数相の信号であってもよい。ホールコンパレータ１０の出力は、スピード検出回路１２に入力される。このスピード検出回路１２は、ホールＦＧ信号の立ち上がりをカウントすることなどによって、モータ回転数信号を得る。そして、得られた回転数に基づいて回転数が所定値以上であるか否かを示すスピード検出信号を得、これを全波半波切替回路１４に入力する。全波半波切替回路１４は、供給されるスピード検出信号に基づいて、回転数が低い場合には全波を指令し、回転数が所定以上の場合に半波を指令する全波半波切替信号を生成し、これを出力段に供給する。
【００１２】
ここで、この全波半波切替回路１４には、ホールコンパレータ１０からのホールＦＧ信号も供給される。そして、この全波半波切替回路１４は、回転数に従って全波半波切替信号を発生すると共に、その切替の際のモータ駆動電流のオフを指示する駆動オフ信号を出力する。出力段１６は、全波半波切替信号に基づき、回路を全波駆動か半波駆動かを切り替え、また駆動オフ信号によって駆動電流の出力をオフする。
【００１３】
ここで、出力段１６は、全波駆動の場合には、スイッチングトランジスタのソース側の１つ及びシンク側の１つを順次オンすることで、モータコイルに順次電流を供給する。一方、半波駆動の場合には、モータコイルの中点を電源を接続すると共に、ソース側のスイッチングトランジスタを全てオフする。また、駆動オフの場合には、スイッチングトランジスタを全てオフする。そして、この状態で、シンク側のスイッチングトランジスタを順次オンしてモータを駆動する。
【００１４】
このため、全波半波切替信号に応じて、このような出力段１６における切替が行われる。ところが、この切替を実際にモータに電流を供給している状態で行うと、電流をモータコイルに流している最中に、その電流が停止したり、電流の流れが変わったりする。そこで、モータの回路にキックバックが生じる。
【００１５】
本実施形態では、スピード検出信号に基づき全波半波の切替時期に至ったことを認識したときには、まずホールＦＧ信号に同期してモータ駆動電流をオフする。これは、通常の駆動において、モータ駆動電流をオフするのと同じタイミングである。そして、ホールＦＧ信号に同期して、モータ駆動電流の供給を再開する。このタイミングも通常のモータ駆動電流の供給と同じタイミングである。従って、モータスピードが全波半波の切替タイミングに至っても、実際に全波半波が切り替わるのは、モータの回転に同期して行われる。そこで、モータ駆動におけるキックバックを有効に防止することができる。
【００１６】
図２に、全波半波切替回路１４の構成を示す。スピード検出回路１２からのスピード検出信号がフリップフロップ２０のＤ入力端に入力される。このスピード検出信号は、モータの回転数が所定値以上となった場合にＨとなる信号である。このフリップフロップ２０のＣＬ入力端にはモータの回転を示すホールＦＧ信号が入力されている。従って、フリップフロップ２０は、スピード検出信号の状態をホールＦＧ信号の立ち上がりで取り込む。このフリップフロップ２０の出力は、２つのフリップフロップ２２、２４のＤ入力端に入力されている。フリップフロップ２２のＣＬ入力端には、ホールＦＧ信号が入力されており、フリップフロップ２２は、フリップフロップ２０の出力をホールＦＧ信号の立ち上がりで取り込む。
【００１７】
フリップフロップ２０の出力とフリップフロップ２２の出力は、排他的オアゲート２８に入力される。従って、排他的オアゲート２８は、フリップフロップ２０の出力と、フリップフロップ２２の出力が異なる期間だけＨとなる駆動オフ信号を出力する。
【００１８】
また、フリップフロップ２４のＣＬ入力端には、インバータ２６により反転されたホールＦＧ信号が入力されている。従って、フリップフロップ２４は、ホールＦＧ信号の立ち下がりでフリップフロップ２０の出力を取り込む。そして、このフリップフロップ２４からスピード検出信号がホールＦＧ信号のパルス幅だけ遅延した信号が得られ、これが全波半波切替信号として出力される。この全波半波切替信号は全波時にＬ、半波時にＨである。
【００１９】
図３に、波形図を示す。モータ回転数が上昇すると、スピード検出信号が立ち上がる。これをホールＦＧ信号の立ち上がりでフリップフロップ２０が取り込む。このときフリップフロップ２２は、まだＬのままであり、駆動オフ信号が立ち上がる。一方、次のホールＦＧ信号の立ち下がりで、フリップフロップ２４がフリップフロップ２０の出力のＨを取り込み、全波半波切替信号が立ち上がる。次に、ホールＦＧ信号が立ち上がるとフリップフロップ２２がフリップフロップ２０の出力のＨを取り込み、その出力がＨになる。これによって、排他的オアゲート２８の２入力がＨとなり、駆動オフ信号がＬになる。
【００２０】
このようにして、スピード検出信号が立ち上がったときには、まず駆動オフ信号が立ち上がり、次に全波半波切替信号が立ち上がり、次に駆動オフ信号が立ち下がる。この駆動オフ信号はモータの駆動電流をオフする信号であり、全波半波の切替はモータ駆動電流をオフした状態で行われる。
【００２１】
また、スピード検出信号が立ち下がった場合には、同様にしてまず駆動オフ信号が立ち下がり、次に全波半波切替信号が立ち下がり、次に駆動オフ信号が立ちあがる。これによって、半波から全波への切替はモータ駆動電流をオフした状態で行われる。
【００２２】
「第２実施形態」
図４に第２実施形態の構成を示す。この回路は、Ｉ²Ｌ素子を利用している。正転逆転を示す信号ＦＲＩＮは、インバータ３０、３２、３４、３６を介して、信号ＦＲＯＵＴとして出力される。
【００２３】
ＦＲＩＮは、インバータ３８を介し、Ｄ入力端オープンのフリップフロップ４０のＣＬ入力端に入力される。また、インバータ３８の出力はインバータ４２を介しＤ入力端オープンのフリップフロップ４４のＣＬ入力端に入力される。そして、フリップフロップ４０、４４の反転出力端Ｑバーの出力は、接続された後インバータ４６を介し、駆動オフ信号として出力される。従って、ＦＲＩＮの立ち上がりでフリップフロップ４０がセットされ反転出力ＱバーがＬになり、ＦＲＩＮの立ち下がりでフリップフロップ４４がセットされ反転出力ＱバーがＬになる。なお、ＦＲＩＮは、正転Ｆの時Ｌ、逆転Ｒの時Ｈである。
【００２４】
また、全波半波切替信号は、インバータ４８、５０、５２を介し、フリップフロップ４０、４４のリセット端Ｒに入力されている。この全波半波切替信号は、全波の時Ｌ、半波の時Ｈである。従って、フリップフロップ４０、４４は、全波の時、リセットされる。従って、駆動オフ信号は全波の時常にＬであり、半波の時ＦＲＩＮの立ち上がりまたは立ち下がりに応じて、Ｈに立ち上がる。そして、全波になるまで、Ｈを維持する。
【００２５】
また、インバータ３０の出力は、フリップフロップ５４のＤ入力端に入力され、このフリップフロップ５４のＱ出力は、フリップフロップ５６のＤ入力端に入力される。また、これらフリップフロップ５４、５６のクロック入力端には、ホールＦＧ信号がインバータ５８を介し、入力されている。従って、ＦＲＩＮの変化をホールＦＧ信号の次の立ち下がりで、フリップフロップ５４が取り込み、その次のホールＦＧ信号の立ち下がりでフリップフロップ５６が取り込む。そして、フリップフロップ５６の出力は、インバータ６０を介し、インバータ３４の入力側に接続されている。従って、フリップフロップ５４、５６からは、ＦＲＩＮの変化が、次の次のホールＦＧ信号の立ち下がりで伝達され、インバータ３４に供給される。
【００２６】
ここで、インバータ４８の出力は、インバータ３２の入力側に接続されている。従って、半波時において、インバータ３２の入力はＬに固定され、インバータ３０の出力はインバータ３２に伝達されなくなる。また、インバータ５０の出力がインバータ６０の入力側に接続されている。従って、全波時において、インバータ６０の入力はＬに固定され、フリップフロップ５６の出力はインバータ６０に伝達されない。
【００２７】
そこで、全波駆動時には、インバータ４８からインバータ３２の入力側に供給される信号はＨとなり、またインバータ６０を介しインバータ３４の入力側に供給される信号もＨとなり、これら信号はＦＲＯＵＴに対して影響がない。従って、ＦＲＩＮは、インバータ３０、３２、３４、３６を介し、そのまま出力される。
【００２８】
一方、半波時には、インバータ４８からの信号によりインバータ３２からの出力はＨに固定される。そこで、ＦＲＩＮが、インバータ３０、フリップフロップ５４、５６、インバータ６０、インバータ３４、３６を介しＦＲＯＵＴとして出力される。そこで、ＦＲＩＮがホールＦＧ信号の１クロック以上遅延されてＦＲＯＵＴとして出力される。
【００２９】
この回路によれば、図５に示すように、全波時には駆動オフ信号は、常にＬであり、モータの駆動をオフしない。一方、半波時には、ＦＲＩＮの変化があった場合に、駆動オフ信号がＨになり、全波駆動になるまでＨを継続する。また、全波時には、ＦＲＩＮは、そのままＦＲＯＵＴとして出力され、半波時には、ＦＲＩＮがホールＦＧ信号の１クロックほど遅延されて出力される。
【００３０】
そこで、全波時にＦＲの切替の指令があった場合には、この切替信号に基づいて、ＦＲの切替が行われるが、半波時にＦＲ切替の指令があった場合には、モータの駆動をオフし、モータ回転数が低下して全波駆動になったときに、初めてＦＲの切替が行われる。なお、半波駆動時にＦＲＯＵＴにＦＲを切り替える信号が出力されても、モータ駆動がオフされているため、モータの駆動に対する影響はない。
【００３１】
また、半波時におけるＦＲＯＵＴの変化は遅延して出力されるため、モータ駆動をオフするＦＲＯＵＴが立ち上がり、駆動がオフされる前にＦＲが切り替わってしまうことを確実に防止することができる。
【００３２】
このように、半波駆動時において、ＦＲ切替を行わないことで、大きな逆起電力によるスイッチングトランジスタの破壊を防止し、また高速回転時のＦＲ切替によるキックバックの発生を防止することができる。
【００３３】
ここで、図６に第２実施形態のＦＲ切替回路７０を図１の回路に組み合わせた構成を示す。このように、全波半波切替回路１４からの全波半波切替信号は、出力段１６に入力されると共にＦＲ切替回路７０に入力される。また、このＦＲ切替回路７０には、ホールＦＧ信号及びＦＲＩＮが供給される。ＦＲ切替回路７０はＦＲＯＵＴを出力段１６に供給する。
【００３４】
そして、第２実施形態のＦＲ切替回路７０のインバータ４６の出力である駆動オフ信号と、上述の第１実施形態の全波半波切替回路１４の排他的オアゲート２８の出力である駆動オフ信号が１つのオアゲート７２に入力され、いずれかの駆動オフ信号がＨになれば、モータ駆動をオフするように構成してある。これによって、全波半波の切替の際のキックバックの発生とＦＲ切替の際のキックバックの発生の両方を防止することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、全波半波の切替時や、半波時におけるＦＲ切替時にモータ駆動電流をオフすることで、キックバックの発生を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の要部構成を示す図である。
【図３】第１実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】第２実施形態の構成を示す図である。
【図５】第２実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態と第２実施形態を組み合わせた構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ホールコンパレータ、１２スピード検出回路、１４全波半波切替回路、１６出力段。

Claims

モータ回転数を検出し、回転数が所定値より低い低速回転時に全波駆動、回転数が所定値より高い高速回転時に半波駆動のモータ駆動電流を出力するモータ駆動回路であって、
モータの回転を検出し、モータの回転に同期してＨレベルとＬレベルを繰り返す回転信号を検出する回転検出手段と、
得られた回転信号からモータの回転数が所定値以上であるか否かを示すスピード検出信号を発生するスピード検出回路と、
前記回転信号に同期して前記スピード検出信号を取り入れる第１フリップフロップと、
この第１フリップフロップの出力を前記回転信号に同期して取り入れる第２フリップフロップと、
第１および第２フリップフロップの出力が異なる期間のみに駆動オフ信号を出力する排他的論理和回路と、
前記第１フリップフロップの出力を前記回転信号の反転信号に同期して取り入れ、全波半波切替信号を出力する第３フリップフロップと、
を含み、
前記排他的論理和回路から駆動オフ信号が出力されている期間に、前記第３フリップフロップから全波半波切替信号を出力することによって、半波駆動と全波駆動の切替時において、モータ駆動電流の出力を前記駆動オフ信号に基づき一定期間禁止することを特徴とするモータ駆動回路。
低速回転時に全波駆動、高速回転時に半波駆動のモータ駆動電流を出力し、モータの正転逆転を切り換えるときには、全波駆動にするモータ駆動回路であって、
半波駆動時において、モータの正転、逆転の別を指示するＦＲ信号が切り替わったとき、全波駆動に切り替わるまでの期間、モータ駆動電流の出力を禁止し、
全波駆動時において、モータの正転、逆転の別を指示するＦＲ信号が切り替わったときは、モータ駆動電流の出力を禁止しないとともに、
半波駆動時におけるＦＲ信号を遅延する遅延回路を有し、
半波駆動時にＦＲ信号を遅延させて出力することで、半波駆動時において、モータ駆動電流の出力が禁止される前にＦＲ信号の切り替わりが出力されることを防止することを特徴とするモータ駆動回路。