JP4445978B2 - モータ駆動装置、モータの制御方法およびそれを用いた冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの駆動技術に関し、特に、ロック保護機能を備えるモータ駆動装置およびそれを用いた冷却装置、ならびにロック保護方法に関する。

近年のパーソナルコンピュータやワークステーションの高速化にともない、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ)などの演算処理用ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）の動作速度は上昇の一途をたどっている。

このようなＬＳＩは、その動作速度、すなわちクロック周波数が高くなるにつれて発熱量も大きくなる。ＬＳＩからの発熱は、そのＬＳＩ自体を熱暴走に導いたり、あるいは周囲の回路に対して影響を及ぼすという問題がある。したがって、ＬＳＩの適切な熱冷却はきわめて重要な技術となっている。

ＬＳＩを冷却するための技術の一例として、冷却ファンによる空冷式の冷却方法がある。この方法においては、たとえば、ＬＳＩの表面に対向して冷却ファンを設置し、冷たい空気を冷却ファンによりＬＳＩ表面に吹き付ける。

冷却ファンを駆動するモータにおいて、異物がファンに挟まるなどによりモータがロックした場合、コイルや半導体素子に過大な電流が流れるなどしてデバイスとしての信頼性を損ねるおそれがある。こうした問題に対処するために、モータの停止時にモータコイルへの通電を停止するロック保護回路が用いられる。
特開２００５−６４０５号公報 特開平１０−２３４１３０号公報

特許文献１に記載の技術は、モータの回転状態を検出する回転センサの出力をもとにモータの回転が停止したことが検出されると、モータが回転状態に復帰するまでの間、自動復帰信号Ｅが発生される。自動復帰信号Ｅは、たとえば、約０．５秒のオンと約３秒のオフとを順に繰り返す信号である。すなわち、モータの回転が停止したことが検出されると、約３秒間の休止期間を挟んで約０．５秒間のモータ起動が繰り返し試行される。

ところで、特許文献１に記載の技術では、モータがロックした場合だけでなく、制御信号からの指示によりモータが停止した場合にもロック保護機能が動作する。このため、ロック保護機能の動作後に外部からモータを回転させる信号が入力された場合、その入力がされた後、自動復帰信号Ｅがオンになるまでの間はモータを回転させることができない。すなわち、制御信号からの指示によりモータが停止した後に、冷却対象のデバイスの温度上昇を検知してモータが回転を再開する際、回転の開始までにタイムラグが発生し、温度管理をする上で問題となる。

本発明者はこうした状況を認識して本発明をなしたものであり、その目的は制御信号からの指示によりモータが停止した後、ただちにモータの回転を再開できるモータ駆動装置、ロック保護方法およびそれを用いた冷却装置を提供することにある。

本発明のある態様は、モータ駆動装置に関する。モータ駆動装置は、駆動対象のモータの回転を指示する制御信号にもとづき、モータへの通電を制御する駆動部と、モータが停止した場合に、モータへの通電を停止するロック保護回路と、制御信号がモータの停止を所定の第１時間以上継続して指示した場合に、ロック保護回路を非アクティブとするロック制御部と、制御信号がモータの停止を第１時間以上継続して指示したことを契機として時間測定を開始し、さらに所定の第２時間の経過後に、当該モータ駆動装置の少なくとも一部を停止し、スタンバイモードに移行させるスタンバイ制御部と、を備える。

この態様によると、ロック制御部は、制御信号がモータの停止を第１時間以上継続して指示した場合に、ロック保護回路を非アクティブとするので、制御信号からの指示によりモータが停止した後の再駆動を迅速化できる。制御信号は、パルス幅変調信号であってもよい。そのパルス幅変調信号のデューティ比を調節する信号を制御信号としてもよい。
さらに、第２時間の経過後には、スタンバイモードに移行するため、低消費電力化を図ることができ、スタンバイモードに移行する際には、ロック保護回路が非アクティブとなっているため、その後モータの駆動が指示されても、速やかに回転させることができる。

スタンバイ制御部は、スタンバイモードにおいて、本モータ駆動装置の基準電圧を生成する電圧源（起動回路）を停止してもよい。

スタンバイ制御部は、スタンバイモードにおいて、モータの回転を検出するためのホール素子に対する電圧供給を停止してもよい。ホール素子に流れる電流は、他の回路ブロックの電流と比べて相対的に大きいため、消費電力を効果的に低減できる。

スタンバイ制御部は、スタンバイモードにおいて、モータのコイルに接続される出力段のトランジスタの制御端子の電位を固定して当該トランジスタをフルオフさせてもよい。
出力段のトランジスタのサイズは大きいため、フルオフさせることによる消費電力低減の効果は大きい。

スタンバイ制御部は、制御信号がモータの駆動を指示したことを契機として、スタンバイモードから通常モードに復帰してもよい。

ロック制御部は、制御信号がモータの停止を指示してからの経過時間を計測するカウンタ回路を備えてもよい。この場合、所定の第１時間を正確に計測できる。

所定の第１時間として、ロック保護回路においてモータが停止したことを確認するために必要な検証期間よりも短い時間を設定してもよい。この場合、制御信号からの指示によりモータが停止した後、ロック保護機能が動作する前にロック保護回路を非アクティブとするので、制御信号によるモータの停止後にモータを再駆動する場合、ただちにモータの回転を再開できる。

１つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。モータ駆動装置を１つのＬＳＩとして集積化することにより、回路面積を削減することができる。

本発明の別の態様は、冷却装置である。この装置は、ファンモータと、該ファンモータを駆動対象のモータとして駆動する上述のいずれかのモータ駆動装置と、を備える。
この態様によると、上記のモータ駆動装置のロック制御部は、制御信号がモータの停止を所定の第１時間以上継続して指示した場合に、ロック保護回路を非アクティブとするので、制御信号からの指示によりモータが停止した後、ただちにモータの回転を再開でき、冷却対象のデバイスの温度を適切に管理できる。

本発明のさらに別の態様は、ロック保護方法である。この方法は、駆動対象のモータが停止した場合に、モータへの通電を停止するロック保護方法であって、モータの回転を指示する制御信号をモニタし、制御信号がモータの停止を継続して指示する期間を計時するステップと、計時した期間が、所定の第１時間を上回った場合に、ロック保護を解除するステップと、計時した期間が、第１時間に達したことを契機として、さらに所定の第２時間を計時し、当該第２時間の経過後に、モータ駆動装置の少なくとも一部をスタンバイモードに移行させるステップと、を備える。

この態様によると、制御信号が所定の第１時間を超えてモータの停止を指示した場合にロック保護が解除されるので、制御信号がモータの停止を指示した後、ただちにモータの回転を再開できるとともに、消費電力を低減できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を、方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、制御信号からの指示によりモータが停止した後の再駆動を迅速化できるでき、さらに消費電力を低減できる。

実施の形態は、たとえばＬＳＩなどの冷却対象に対してファンにより冷たい空気を吹き付ける冷却装置に関する。

図１は、実施の形態にかかる冷却装置２００の構成を示す。
冷却装置２００は、モータ駆動装置１００と、ファンモータ１１２と、ホール素子１１４と、を備える。

ファンモータ１１２は、単相全波モータであって、図示しない冷却対象物に対向して配置される。このファンモータ１１２は、モータ駆動装置１００から出力される駆動電圧によりコイル電流、すなわち通電状態が制御されて回転が制御される。

ホール素子１１４の第１端子は抵抗Ｒ１２を介してホールバイアス電圧ＨＢが印加される電源ラインと接続され、その第２端子は抵抗Ｒ１１を介して接地される。抵抗Ｒ１２および抵抗Ｒ１１によって、ホール素子１１４から出力される信号の大きさが調節される。したがって、後述するヒステリシスコンパレータ２２の同相入力範囲によっては、抵抗Ｒ１１あるいは抵抗Ｒ１２のいずれか一方あるいは両方が短絡されてもよい。なお、ホールバイアス電圧ＨＢは、モータ駆動装置１００により生成される。

ホール素子１１４は、ファンモータ１１２のロータの位置に応じてレベルが変化する第１ホール信号ＶＨ１、第２ホール信号ＶＨ２を出力する。ファンモータ１１２が回転している場合、第１ホール信号ＶＨ１と第２ホール信号ＶＨ２は互いに逆相であって周期がファンモータ１１２の回転数に応じて変化する正弦波である。

モータ駆動装置１００は、第１ホール信号ＶＨ１、第２ホール信号ＶＨ２および制御信号Ｖｃｎｔをもとに、ファンモータ１１２を駆動する。モータ駆動装置１００は、後述する制御信号Ｖｃｎｔによりファンモータ１１２の停止が所定時間以上指示された場合、ファンモータ１１２への通電を停止するロック保護機能をキャンセル（非アクティブ化）する機能を備える。なお、モータ駆動装置１００は、ひとつの半導体基板上に一体集積化された機能ＩＣであることが望ましい。

モータ駆動装置１００は、信号の入出力用の端子として、第１入力端子１０２と、第２入力端子１０４と、制御入力端子１０６と、第１出力端子１０８と、第２出力端子１１０と、ホールバイアス端子１１１と、を有する。

第１入力端子１０２および第２入力端子１０４には、ホール素子１１４にて出力した第１ホール信号ＶＨ１および第２ホール信号ＶＨ２がそれぞれ入力される。
制御入力端子１０６には、外部からファンモータ１１２の回転を指示する制御信号Ｖｃｎｔが入力される。
第１出力端子１０８および第２出力端子１１０からは、ファンモータ１１２を駆動する第１駆動電圧Ｖｄｒ１および第２駆動電圧Ｖｄｒ２がそれぞれ出力される。

モータ駆動装置１００は、主に、駆動部１０と、保護回路１２と、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路１４と、スタンバイ制御部２０と、電圧源３０と、起動回路３１と、を含む。
ＰＷＭ回路１４は、外部から入力される制御信号ＶｃｎｔをもとにＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを生成する。生成されたＰＷＭ信号Ｖｐｗｍは、後述するプリドライブ回路２４に入力される。ＰＷＭ回路１４は、発振器５２と、比較器５４とを含む。

発振器５２は、たとえば三角波やのこぎり波などを生成する。発振周波数は、ファンモータ１１２の回転数より十分大きいとよい。比較器５４は、発振器５２の出力電圧Ｖｏｓｃと制御信号Ｖｃｎｔとを比較し、Ｖｃｎｔ＞Ｖｏｓｃのときハイレベル、Ｖｃｎｔ＜ＶｏｓｃのときローレベルとなるＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを出力する。ファンモータ１１２の回転数を上げる場合は、制御信号Ｖｃｎｔを大きくしてＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比を大きくすればよい。ファンモータ１１２の回転数を下げる場合は、制御信号Ｖｃｎｔを小さくしてＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比を小さくすればよい。ファンモータ１１２を停止させる場合、制御信号Ｖｃｎｔをさらに小さくしてＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのオンデューティをなくせばよい。

駆動部１０は、第１ホール信号ＶＨ１、第２ホール信号ＶＨ２および後述するＰＷＭ信号Ｖｐｗｍをもとに、ファンモータ１１２を駆動する。
駆動部１０は、ヒステリシスコンパレータ２２と、プリドライブ回路２４と、Ｈブリッジ２６と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と、を含む。

ヒステリシスコンパレータ２２は、ホール素子１１４から出力される第１ホール信号ＶＨ１と第２ホール信号ＶＨ２とを比較し、ＶＨ１＞ＶＨ２のときハイレベル、ＶＨ１＜ＶＨ２のときローレベルとなる方形波信号Ｖｒｃｔを出力する。

プリドライブ回路２４は、ヒステリシスコンパレータ２２から出力される方形波信号ＶｒｃｔおよびＰＷＭ回路１４から出力されるＰＷＭ信号Ｖｐｗｍをもとに、Ｈブリッジ２６を構成する各スイッチのオンオフを制御する。

Ｈブリッジ２６は、プリドライブ回路２４による制御により第１駆動電圧Ｖｄｒ１および第２駆動電圧Ｖｄｒ２をファンモータ１１２に供給する。Ｈブリッジ２６は、第１ハイサイドスイッチＭＨ１、第２ハイサイドスイッチＭＨ２、第１ローサイドスイッチＭＬ１、第２ローサイドスイッチＭＬ２を含む。

第１ハイサイドスイッチＭＨ１、第２ハイサイドスイッチＭＨ２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、第１ローサイドスイッチＭＬ１、第２ローサイドスイッチＭＬ２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである。

第１ハイサイドスイッチＭＨ１および第１ローサイドスイッチＭＬ１は電源電圧Ｖｄｄが印加される電源ラインと接地間に直列に接続される。第１ハイサイドスイッチＭＨ１、第１ローサイドスイッチＭＬ１の接続点の電圧は、第１出力端子１０８を介し、第１駆動電圧Ｖｄｒ１としてファンモータ１１２の一端に印加される。

第１ハイサイドスイッチＭＨ１、第１ローサイドスイッチＭＬ１のオンオフ状態は、各ゲートに入力されるゲート制御信号ＳＨ１、ＳＬ１により制御される。すなわち、第１ハイサイドスイッチＭＨ１は、ゲート制御信号ＳＨ１がローレベルのときオン、ハイレベルのときオフする。また、第１ローサイドスイッチＭＬ１は、ゲート制御信号ＳＬ１がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフする。

ファンモータ１１２に印加される第１駆動電圧Ｖｄｒ１は、第１ハイサイドスイッチＭＨ１がオン、第１ローサイドスイッチＭＬ１がオフのとき電源電圧Ｖｄｄとなり、第１ハイサイドスイッチＭＨ１がオフ、第１ローサイドスイッチＭＬ１がオンのとき接地電位０Ｖとなる。

同様に、第２ハイサイドスイッチＭＨ２および第２ローサイドスイッチＭＬ２も電源ラインと接地間に直列に接続される。第２ハイサイドスイッチＭＨ２および第２ローサイドスイッチＭＬ２の接続点の電圧は、第２出力端子１１０を介し、第２駆動電圧Ｖｄｒ２としてファンモータ１１２の他端に印加される。

保護回路１２は、ヒステリシスコンパレータ２２から出力される方形波信号ＶｒｃｔおよびＰＷＭ回路１４から出力されるＰＷＭ信号Ｖｐｗｍをもとに、プリドライブ回路２４によるＨブリッジ２６の各スイッチのオンオフを制御する。

保護回路１２の動作は、以下の２つのケースに分けられる。
ひとつは、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがハイレベルとローレベルを繰り返しているにもかかわらず方形波信号Ｖｒｃｔが変動しなくなくなったケース、すなわち、異物が挟まるなどの不可抗力によりファンモータ１１２がロックしたケースである。この場合、保護回路１２は、プリドライブ回路２４に対してファンモータ１１２への通電停止を指示する。これにより、モータコイルへの過電流などが防止される。
もうひとつは、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが所定時間以上ローレベルを示したケース、すなわち、ファンモータ１１２を作為的に停止させたケースである。この場合、保護回路１２は、上述した場合と異なり、方形波信号Ｖｒｃｔが変動しなくてもファンモータ１１２への通電停止を指示しない。これにより、作為的にファンモータ１１２を停止した後の再起動動作がスムーズになる。

保護回路１２は、ロック保護回路３２と、ロック制御部３４とを含む。また、ＴＳＤ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｕｔ Ｄｏｗｎ）回路などをさらに含んでもよい。
ロック保護回路３２は、後述するイネーブル信号ＥＮがハイレベルである場合はアクティブとされ、ローレベルである場合は非アクティブとされる。

アクティブである場合、ロック保護回路３２は、たとえばヒステリシスコンパレータ２２から出力される方形波信号Ｖｒｃｔをモニタするなどしてファンモータ１１２が停止したことを検出する。ロック保護回路３２は、ファンモータ１１２のロックを検出すると、プリドライブ回路２４に出力する停止信号Ｖｓｔｏｐをローレベルからハイレベルに切り替える。停止信号Ｖｓｔｏｐがハイレベルに切り替わると、プリドライブ回路２４は、Ｈブリッジ２６を構成するトランジスタＭＨ１、ＭＨ２、ＭＬ１、ＭＬ２をすべてオフさせる。スイッチをオフさせる期間は、数百ｍｓ〜数秒であることが好ましい。トランジスタのオフは、後述のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオンすることにより行ってもよい。停止信号Ｖｓｔｏｐにより通電が停止されると、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが生成されても、ファンモータ１１２には電流が供給されない。

これにより、ファンモータ１１２のロック時に過電流が流入することが防止される。なお、ファンモータ１１２が停止してからロック保護回路３２にてその停止が確認されるまでには検証期間が設定されている。検証期間は、たとえば０．５ｓ程度であり、ロック保護回路３２の内部構成により適宜決められる。
一方、非アクティブである場合、ロック保護回路３２は、一貫してローレベルの停止信号Ｖｓｔｏｐをプリドライブ回路２４に出力する。

ロック制御部３４は、ＰＷＭ回路１４にて生成したＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが所定時間を超えてローレベルを示した場合、ロック保護回路３２を非アクティブとする。所定時間は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの周期より十分に長くてもよく、ロック保護回路３２にてファンモータ１１２のロックが確認されるまでの検証期間より短くてもよい。所定時間は、実施の形態においては６０ｍｓに設定される。この６０ｍｓは、想定されるＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの下限周波数におけるオフデューティの期間をもとに設定した時間である。

ロック制御部３４は、カウンタ３６と、クロック生成器３８とを含む。
クロック生成器３８は、所定の周波数のクロックを生成する。所定の周波数は、上記の設定された所定時間に合わせて適宜決められる。カウンタ３６は、比較器５４から出力されたＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがローレベルを示す間、クロック生成器３８にて生成したクロックの数をカウントする。すなわち、カウンタ３６は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの立ち下がりエッジにてカウント値がリセットされてカウントを開始し、再度ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの立ち下がりエッジによりリセットされるまでクロックをカウントする。カウントしてＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが上記の所定時間を超えてローレベルを示したことを検知した場合、カウンタ３６は、イネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替え、ロック保護回路３２に出力する。

ロック保護回路３２は、イネーブル信号ＥＮがローレベルに切り替わると非アクティブとなり、プリドライブ回路２４に出力される停止信号Ｖｓｔｏｐはローレベルに保持される。このとき、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍはローレベルを連続的に示しているから、プリドライブ回路２４は、停止信号ＶｓｔｏｐがローレベルであってもＨブリッジ２６を構成する各スイッチをオフに制御しているため、ファンモータ１１２は通電されない。
また、イネーブル信号ＥＮがローレベルに切り替わったことにより非アクティブとされたロック保護回路３２は、その後ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがハイレベルになったときに再度アクティブとなる。

スタンバイ制御部２０は、イネーブル信号ＥＮを受ける。スタンバイ制御部２０は、イネーブル信号ＥＮがハイレベルからローレベルに遷移すると、時間測定を開始する。ここで、イネーブル信号ＥＮがハイレベルからローレベルに遷移したことは、制御信号Ｖｃｎｔがファンモータ１１２の停止を第１時間τ１以上継続して指示したことを意味する。
そして、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがローレベルに固定されている状態において、時間測定開始から所定の第２時間τ２が経過すると、モータ駆動装置１００をスタンバイモードに設定し、モータ駆動装置１００の少なくとも一部の動作を停止させ、省電力化を図る。スタンバイ制御部２０は、スタンバイモードにおいて、スタンバイ信号ＳＴＢをハイレベルとする。スタンバイ信号ＳＴＢは、スタンバイモードと通常の動作モードにおいて、異なる処理を実行する回路ブロックや、スタンバイモードにおいてシャットダウンする回路ブロックへと供給される。つまり、スタンバイ制御部２０は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが（τ１＋τ２）の期間連続してローレベルを持続すると、モータ駆動装置１００をスタンバイモードに移行させる。

スタンバイ処理について説明する。
起動回路３１は、モータ駆動装置１００の基準電圧を生成する電圧源である。スタンバイ制御部２０はスタンバイモードにおいて、起動回路３１を停止する。基準電圧がシャットダウンすることにより、この基準電圧にもとづいて生成される基準電流が遮断するため、モータ駆動装置１００内の各ブロックに対する基準電流の供給が停止し、低消費電力化が図られる。

また、モータ駆動装置１００は、ホールバイアス端子１１１を介してホール素子１１４に対して供給すべきホールバイアス電圧ＨＢを生成する電圧源３０を含む。電圧源３０は、スタンバイ信号ＳＴＢがハイレベルとなると、シャットダウンしてホール素子１１４に対する電圧供給を停止する。これにより、ホール素子１１４、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２による電力消費が低減される。

さらに、図１の回路において、Ｈブリッジ２６の各トランジスタのゲートソース間には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が設けられる。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、スタンバイ信号ＳＴＢに連動してオン、オフが制御され、スタンバイモードにおいてオンする。その結果、Ｈブリッジ２６の各トランジスタは完全にオフ状態となり、スタンバイモードにおける消費電力がさらに低減される。
スタンバイモードにおいて、その他の不要な回路がシャットダウンされる。

さらに、スタンバイ制御部２０は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを受ける。スタンバイ制御部２０は、スタンバイモードにおいて、制御信号Ｖｃｎｔがファンモータ１１２の駆動を指示したことを契機として、スタンバイモードから通常モードに復帰する。たとえば、スタンバイ制御部２０は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのエッジを監視することにより、通常モードへの復帰を行ってもよい。
通常モードに復帰すると、スタンバイ信号ＳＴＢはローレベルとなり、起動回路３１が起動して基準電圧を生成する。これにより、モータ駆動装置１００の各ブロックに電流が供給され、動作を再開する。

図２は、図１の冷却装置２００におけるファンモータの駆動再開動作を示すタイミングチャートである。図２のタイミングチャートは、上から順に、第２ホール信号ＶＨ２、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍ、イネーブル信号ＥＮ、スタンバイ信号ＳＴＢ、回路の消費電流Ｉｃｃ、および停止信号Ｖｓｔｏｐの時間波形を示す。また、同図において、縦軸および横軸は適宜拡大、縮小して示している。

時刻Ｔ０からＴ１までの間、ＰＷＭ回路１４は、制御信号Ｖｃｎｔの大きさに対応したデューティ比のＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを出力する。この間、ファンモータ１１２は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比に対応した速度にて回転し、第２ホール信号ＶＨ２は、ファンモータ１１２の回転数に対応した周波数の正弦波を示す。また、この間、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが短時間でハイレベルとローレベルを繰り返しているので、イネーブル信号ＥＮはハイレベルを示す。したがって、ロック保護回路３２はアクティブである。また、ファンモータ１１２が停止していないので、ロック保護回路３２からプリドライブ回路２４に出力される停止信号Ｖｓｔｏｐはローレベルである。したがって、プリドライブ回路２４は、Ｈブリッジ２６の各スイッチをオンオフ制御することによりファンモータ１１２に第１駆動電圧Ｖｄｒ１および第２駆動電圧Ｖｄｒ２を供給する。

時刻Ｔ１において、ファンモータ１１２の駆動を停止するために制御信号Ｖｃｎｔが下げられると、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比は０になる。時刻Ｔ１以降、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍは、時刻Ｔ４においてファンモータ１１２の駆動を再開するために制御信号Ｖｃｎｔが上げられるまでの間、ローレベルとなる。

カウンタ３６は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比が０となった時刻Ｔ１からクロック生成器３８にて生成したクロックの数をカウントしており、所定の第１時間τ１（＝６０ｍｓ）経過した時刻Ｔ２において、イネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替える。これによりロック保護回路３２は非アクティブとされる。

本実施の形態の第１の効果を明確とするために、イネーブル信号ＥＮによるロック保護回路３２のアクティブ、非アクティブの切り替えを行わない場合の動作を説明する。
この場合、ＰＷＭ信号のデューティ比が０となることにより、ファンモータ１１２の回転が停止し、時刻Ｔ１にホール信号ＶＨ２が固定される。ロック保護回路３２は、ホール信号ＶＨ２または方形波信号Ｖｒｃｔが所定の検証期間τ３（たとえば、０．５ｓ）の間、連続的に一定値を持続すると、ファンモータ１１２がロックされていると判定する。言い換えれば、検証期間τ３は、ロック保護回路３２がファンモータ１１２が停止したことを確認するのに要する時間である。ロック保護回路３２がアクティブであれば、時刻Ｔ１から検証期間τ３経過後の時刻Ｔ５においてプリドライブ回路２４に出力する停止信号Ｖｓｔｏｐをハイレベルに切り替える。このときの波形は一点鎖線で示される。停止信号Ｖｓｔｏｐがハイレベルとなると、数秒の間、ファンモータ１１２への通電が停止される。そうすると、時刻Ｔ４に、制御信号Ｖｃｎｔのレベルが上昇して、ファンモータ１１２の回転が指示されたときに、回路が完全に停止状態となっているため、ファンモータ１１２の回転開始が遅れてしまう。たとえば、停止信号Ｖｓｔｏｐがハイレベルとなった直後に、制御信号Ｖｃｎｔによってファンモータ１１２の回転が指示されると、その後数秒の間は通電されないため、ファンモータ１１２の回転が遅延する。

これに対して、本実施の形態では、イネーブル信号ＥＮによってロック保護回路３２のアクティブ、非アクティブが切り替えられる。つまり、時刻Ｔ１にＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがローレベルに設定され、それから第１時間τ１経過後の時刻Ｔ２に、イネーブル信号ＥＮがローレベルに設定される。その結果、ロック保護回路３２が非アクティブ状態となる。ロック保護回路３２は非アクティブ状態となると、ホール信号ＶＨ２が検証期間τ３の間、一定値を持続した時刻Ｔ５においても、プリドライブ回路２４に出力する停止信号Ｖｓｔｏｐをハイレベルに切り替えることなくローレベルに保つ。

時刻Ｔ４において、ファンモータ１１２の再駆動のため、制御信号Ｖｃｎｔが上げられる。すると、ＰＷＭ回路１４は、制御信号Ｖｃｎｔの大きさに対応したデューティ比のＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの出力を再開する。このとき、上述のようにローレベルのイネーブル信号ＥＮによりロック保護回路３２が非アクティブとなっているため、ロック制御部３４は停止信号Ｖｓｔｏｐをローレベルに保っている。したがって、時刻Ｔ４にて制御信号Ｖｃｎｔがあげられると、ただちにファンモータ１１２の駆動が再開され、第２ホール信号ＶＨ２は正弦波を示す。

以上のように、本実施の形態の冷却装置２００によれば、ロック制御部３４は、ＰＷＭ回路１４にて生成したＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが所定時間を超えてローレベルを示した場合、ロック保護回路３２を非アクティブとするので、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍによるモータの停止と不可抗力によるモータのロックとを区別できる。したがって、モータ駆動装置１００は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍによりファンモータ１１２の回転を停止した後、その回転を迅速に再開でき、たとえばファンモータ１１２の停止中にデバイスを急激に冷却する必要が生じた場合などにすばやい冷却効果を得られる。

ロック制御部３４の機能を設けない場合は、上述したロック制御部３４の機能が設けられている場合と相違する。つまり、ロック制御部３４の機能が設けられている場合、時刻Ｔ５においても停止信号Ｖｓｔｏｐがローレベルに保たれるが、その機能を設けない場合、時刻Ｔ５において停止信号Ｖｓｔｏｐはハイレベルに切り替えられる。したがって、ロック制御部３４の機能が設けられていない場合、時刻Ｔ４にてファンモータ１１２の駆動を再開するために制御信号Ｖｃｎｔがあげられ、対応したデューティ比のＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの入力を受けても、プリドライブ回路２４は、Ｈブリッジ２６の各スイッチをオフしつづける。このため、ファンモータ１１２は通電されず、迅速な駆動の再開ができない。よって、冷却対象のデバイスの温度を適切に管理できない。
本実施の形態にかかる冷却装置２００によれば、こうした問題を好適に解決できる。

次に、実施の形態の第２の効果について説明する。時刻Ｔ２にイネーブル信号ＥＮがローレベルに切り替えられると、スタンバイ制御部２０はＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがローレベルの期間、時間測定を開始する。そして、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがローレベルの時間が第２時間τ２持続すると、スタンバイ信号ＳＴＢをハイレベルに切り替え、モータ駆動装置１００の各ブロックの動作を停止させる。その結果、モータ駆動装置１００の回路電流Ｉｃｃは、０ｍＡ付近まで低下し、低消費電力化が図られる。
その後、時刻Ｔ４に、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがハイレベルとなると、スタンバイ制御部２０はスタンバイ信号ＳＴＢをローレベルに切り替え、モータ駆動装置１００の各ブロックを動作状態に復帰させる。もし、第２時間τ２経過前に、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがハイレベルとなれば、スタンバイモードには移行せずに、ファンモータ１１２の回転を再開する。
なお、カウンタ３６の設定次第では、τ２≧０であってもよい。

このように、本実施の形態に係るモータ駆動装置１００によれば、ファンモータ１１２の回転が指示されない状態が所定時間（τ１＋τ２）持続すると、スタンバイモードに切り替えることにより、従来に比べて回路の消費電流を低下させることができる。さらに、時刻Ｔ３〜Ｔ４のスタンバイモードへの移行は、イネーブル信号ＥＮにもとづいて実行されるため、スタンバイモードへ移行する際には、必ずロック保護回路３２の機能が無効化されることが保証される。したがって、その後、時刻Ｔ４にファンモータ１１２の回転の再開が指示されたとき、直ちにスタンバイモードから通常モードに復帰してファンモータ１１２を回転させることができる。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態において、駆動部１０は、ヒステリシスコンパレータ２２と、プリドライブ回路２４と、Ｈブリッジ２６とにより構成されたが、本発明はこれに限定されない。
図３は、変形例にかかる駆動部６０の構成を示す。駆動部６０は、第１演算増幅器６２と、第２演算増幅器６４とを含む。

第１演算増幅器６２が出力する第１駆動電圧Ｖｄｒ１は、抵抗Ｒ１６により第１演算増幅器６２の反転入力端子および第２演算増幅器６４の非反転入力端子に帰還される。第２演算増幅器６４が出力する第２駆動電圧Ｖｄｒ２は、抵抗Ｒ２６により第１演算増幅器６２の非反転入力端子および第２演算増幅器６４の反転入力端子に帰還される。

第１演算増幅器６２および第２演算増幅器６４は、出力段に、電源と接地間に直列接続された２つのトランジスタが設けられており、それらの接続点から出力電圧が取り出される構成である。第１演算増幅器６２および第２演算増幅器６４の出力段にそれぞれ設けられた２つのトランジスタは、図１のＨブリッジ２６における各スイッチに対応する。第１駆動電圧Ｖｄｒ１および第２駆動電圧Ｖｄｒ２は、第１ホール信号ＶＨ１と第２ホール信号ＶＨ２との差分を増幅した電圧となる。また、図１のロック保護回路３２がファンモータ１１２のロックを検出し、停止信号Ｖｓｔｏｐをローレベルからハイレベルに切り替えた場合、第１演算増幅器６２および第２演算増幅器６４はオフされ、ファンモータ１１２の通電は停止される。

実施の形態では、制御信号ＶｃｎｔにもとづいてＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを生成する場合について説明したが、外部から直接ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが入力されてもよい。

また、実施の形態において、モータ駆動装置１００は、ファンモータ１１２をＰＷＭ駆動する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。モータ駆動装置１００は、ファンモータ１１２をリニア駆動してもよい。

また、実施の形態において、ファンモータ１１２が単相モータである場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。ファンモータ１１２は、多相モータであってもよい。

また、実施の形態において、ファンモータ１１２の回転をホール素子１１４により検出したが、本発明はこれに限定されない。ファンモータ１１２の回転は、ファンモータ１１２のコイルに発生する誘起電圧をモニタすることにより検出してもよい。

また、実施の形態において、ロック制御部３４は、クロック生成器３８にて生成したクロックをカウンタ３６にて数えることによりＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがローレベルを示す時間をモニタしたが、本発明はこれに限定されない。ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがローレベルを示す時間は、キャパシタと抵抗を用いた時定数回路により、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍに遅延をもたせることにより、モニタしてもよい。

実施の形態において、ロック保護回路３２は、方形波信号Ｖｒｃｔをモニタしたが、本発明はこれに限定されない。ロック保護回路３２は、第１ホール信号ＶＨ１または第２ホール信号ＶＨ２をモニタしてもよく、ファンモータ１１２のコイルに発生する誘起電圧をモニタしてもよい。

実施の形態において、モータ駆動装置１００がひとつのＬＳＩに一体集積化される場合を説明したが、本発明はこれには限定されず、一部の構成要素がＬＳＩの外部にディスクリート素子あるいはチップ部品として設けられ、あるいは複数のＬＳＩにより構成されてもよい。たとえば、Ｈブリッジ２６は、ディスクリートのパワートランジスタを用いて構成されてもよい。また、クロック生成器３８は外部に設けられていてもよく、カウンタ３６は外部から入力されるクロックを数えてもよい。

実施の形態にかかる冷却装置の構成を示す回路図である。 図１の冷却装置におけるファンモータの駆動再開動作を示すタイミングチャートである。 変形例にかかる駆動部の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０ 駆動部、 １２ 保護回路、 １４ ＰＷＭ回路、 ２０ スタンバイ制御部、 ２２ ヒステリシスコンパレータ、 ２４ プリドライブ回路、 ２６ Ｈブリッジ、 ３０ 電圧源、 ３１ 起動回路、 ３２ ロック保護回路、 ３４ ロック制御部、 ３６ カウンタ、 ３８ クロック生成器、 ５２ 発振器、 ５４ 比較器、 ６０ 駆動部、 ６２ 第１演算増幅器、 ６４ 第２演算増幅器、 １００ モータ駆動装置、 １０２ 第１入力端子、 １０４ 第２入力端子、 １０６ 制御入力端子、 １０８ 第１出力端子、 １１０ 第２出力端子、 １１２ ファンモータ、 １１４ ホール素子、 ２００ 冷却装置、 ＭＨ１ 第１ハイサイドスイッチ、 ＭＨ２ 第２ハイサイドスイッチ、 ＭＬ１ 第１ローサイドスイッチ、 ＭＬ２ 第２ローサイドスイッチ、 ＶＨ１ 第１ホール信号、 ＶＨ２ 第２ホール信号、 Ｖｃｎｔ 制御信号、 Ｖａｃｔ アクティブ信号、 Ｖｄｒ１ 第１駆動電圧、 Ｖｄｒ２ 第２駆動電圧、 Ｖｐｗｍ ＰＷＭ信号、 Ｖｒｃｔ 方形波信号、 Ｖｓｔｏｐ 停止信号。

Claims (13)

1. 駆動対象のモータの回転を指示する制御信号にもとづき、前記モータへの通電を制御する駆動部と、
   前記モータの現在の回転状態を示す信号を監視し、前記モータが停止した場合に、前記モータへの通電を停止するロック保護回路と、
   前記制御信号が前記モータの停止を所定の第１時間以上継続して指示した場合に、前記ロック保護回路を非アクティブとするロック制御部と、
   前記制御信号が前記モータの停止を前記第１時間以上継続して指示したことを契機として時間測定を開始し、さらに所定の第２時間の経過後に、当該モータ駆動装置の少なくとも一部を停止し、スタンバイモードに移行させるスタンバイ制御部と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 駆動対象のモータの回転を指示する制御信号にもとづき、前記モータへの通電を制御する駆動部と、
   前記モータの現在の回転状態を示す信号を監視し、前記モータが停止した場合に、前記モータへの通電を停止するロック保護回路と、
   前記制御信号が前記モータの停止を所定の第１時間以上継続して指示した場合に、前記ロック保護回路を非アクティブとするロック制御部と、
   を備え、
   前記制御信号が前記モータの停止を前記第１時間以上継続して指示したことを契機として時間測定を開始し、さらに所定の第２時間の経過後に、スタンバイモードに移行することを特徴とするモータ駆動装置。
3. 駆動対象のモータの回転を指示する制御信号にもとづき、前記モータへの通電を制御する駆動部と、
   前記モータの現在の回転状態を示す信号を監視し、前記モータが停止した場合に、前記モータへの通電を停止するロック保護回路と、
   前記制御信号が前記モータの停止を所定の第１時間以上継続して指示した場合に、前記ロック保護回路を非アクティブとするロック制御部と、
   を備え、
   前記制御信号が前記モータの停止を前記第１時間以上継続して指示したことを契機として時間測定を開始し、さらに所定の第２時間の経過後に、当該モータ駆動装置の少なくとも一部を停止させることを特徴とするモータ駆動装置。
4. スタンバイモードにおいて、本モータ駆動装置の基準電圧を生成する電圧源が停止することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
5. 前記モータの現在の回転信号を示す信号は、前記モータの現在の回転状態を検出するためのホール素子からの信号にもとづいていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ駆動装置。
6. スタンバイモードにおいて、前記ホール素子に対する電圧供給が停止されることを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動装置。
7. 前記モータの現在の回転信号を示す信号は、前記モータのコイルに発生する誘起電圧にもとづいていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ駆動装置。
8. スタンバイモードにおいて、前記モータのコイルに接続される出力段のトランジスタの制御端子の電位が固定され、当該トランジスタがフルオフされることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のモータ駆動装置。
9. 前記制御信号が前記モータの駆動を指示したことを契機として、スタンバイモードから通常モードに復帰することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のモータ駆動装置。
10. １つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のモータ駆動装置。
11. ファンモータと、該ファンモータを前記駆動対象のモータとして駆動する請求項１から１０のいずれかに記載のモータ駆動装置と、を備えることを特徴とする冷却装置。
12. 駆動対象のモータの現在の回転状態を示す信号を監視し、前記モータが停止した場合に、前記モータへの通電を停止してロック保護状態に移行するステップと、
    前記モータの回転を指示する制御信号をモニタし、前記制御信号が前記モータの停止を継続して指示する期間を計時するステップと、
    前記計時した期間が、所定の第１時間を上回った場合に、前記ロック保護状態を解除するステップと、
    前記計時した期間が、前記第１時間に達したことを契機として、さらに所定の第２時間を計時し、当該第２時間の経過後に、モータ駆動装置の少なくとも一部をスタンバイモードに移行させるステップと、
    を備えることを特徴とするモータの制御方法。
13. 駆動対象のモータの現在の回転状態を示す信号を監視し、前記モータが停止した場合に、前記モータへの通電を停止してロック保護状態に移行するステップと、
    前記モータの回転を指示する制御信号をモニタし、前記制御信号が前記モータの停止を継続して指示する期間を計時するステップと、
    前記計時した期間が、所定の第１時間を上回った場合に、前記ロック保護状態を解除するステップと、
    前記計時した期間が、前記第１時間に達したことを契機として、さらに所定の第２時間を計時し、当該第２時間の経過後に、モータ駆動装置の少なくとも一部を停止させるステップと、
    を備えることを特徴とするモータの制御方法。

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