JP4511219B2 - モータ駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、ＢＴＬ駆動方式とＰＷＭ駆動方式を併用したモータ駆動回路に関する。

モータ駆動方式の一つとして、ＢＴＬ（Balanced Transformer Less）駆動方式が知られている。また、駆動コイルへの通電区間を任意に変化させる、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式を併用することで電力効率の向上が図られる。以下、このようなモータ駆動方式のことをＰＷＭ−ＢＴＬ駆動方式と称することとする（例えば、以下に示す特許文献１参照）。

図８は、ＰＷＭ−ＢＴＬ駆動方式を採用したモータ駆動回路が備えるＨブリッジ回路の構成を示す図である。Ｈブリッジ回路は、電源電位ＶＳと接地ＧＮＤとの間で直列接続されたトランジスタＭ１及びＭ２と、同様に電源電位ＶＳと接地ＧＮＤとの間で直列接続されたトランジスタＭ３及びＭ４と、を有している。また、トランジスタＭ１及びＭ２の接続点ＦＯＵＴと、トランジスタＭ３及びＭ４の接続点ＲＯＵＴと、の間には、駆動コイルＬが接続される。

図９は、ＰＷＭ−ＢＴＬ駆動方式を説明するための図である。まず、モータ駆動回路は、モータ停止状態の場合に、トランジスタＭ１乃至Ｍ４のＯＮ／ＯＦＦを制御して、接続点ＦＯＵＴには接地ＧＮＤから電源電位ＶＳまでの振幅を有するパルス信号ＦＯＵＴを発生させるとともに、接続点ＲＯＵＴには接地ＧＮＤから電源電位ＶＳまでの振幅を有するパルス信号ＲＯＵＴを発生させる。また、パルス信号ＦＯＵＴ、ＲＯＵＴは、同位相とする（図９（ａ）参照）。この結果、モータ停止状態の場合、駆動コイルＬの両端子間には電位差が発生しないことになるため、駆動コイルＬは通電されず、起動トルクが全く発生しないこととなる。

モータ駆動回路は、モータ停止状態からモータ駆動状態（モータが回転する状態）に移行する場合、接続点ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴを同振幅且つ同位相で駆動した状態から、パルス信号ＦＯＵＴ及びパルス信号ＲＯＵＴそれぞれのデューティ比を変化させる。例えば、接続点ＲＯＵＴから接続点ＦＯＵＴの方向へ駆動コイルＬを通電させる場合、パルス信号ＲＯＵＴのデューティ比を増加させるとともにパルス信号ＦＯＵＴのデューティ比を減少させる（図９（ｂ）参照）。この結果、パルス信号ＲＯＵＴの電位が電源電位ＶＳ且つパルス信号ＦＯＵＴの電位が接地ＧＮＤとなる区間が生じることとなり、この区間に応じた起動トルクに基づいてモータが駆動する。なお、接続点ＦＯＵＴから接続点ＲＯＵＴの方向へ駆動コイルＬを通電させる場合には、パルス信号ＦＯＵＴのディーティ比を増加させるとともにパルス信号ＲＯＵＴのデューティ比を減少させることとなる（図９（ｃ）参照）。

図１０に示すとおり、パルス信号ＦＯＵＴには、電源電位ＶＳと接地ＧＮＤとの間で電位が切り替わる過程において、トランジスタＭ１及びＭ２をともにＯＦＦさせる区間（以下、ＯＦＦ区間と称する。）が設定される。同様に、パルス信号ＲＯＵＴには、電源電位ＶＳと接地ＧＮＤとの間で電位が切り替わる過程において、トランジスタＭ３及びＭ４をともにＯＦＦさせるＯＦＦ区間が設定される。このように、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴにＯＦＦ区間を設定したことで、電源電位ＶＳと接地ＧＮＤとの間で電位が切り替わる過程で、トランジスタＭ１及びＭ２がともにＯＮとなる状態や、トランジスタＭ３及びＭ４がともにＯＮとなる状態がなくなり、貫通電流が発生しなくなる。
特開昭６４−８５４０９号公報

ところで、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴにＯＦＦ区間を設定したことで、モータ停止状態からモータ駆動状態に移行する場合、つぎに示すような不具合が発生することとなる。まず、モータ停止状態において、接続点ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴを同振幅且つ同位相で駆動した状態（図１１（ａ）参照）から、接続点ＲＯＵＴから接続点ＦＯＵＴの方向へ駆動コイルＬを通電させる場合、すなわち、パルス信号ＲＯＵＴのデューティ比を増加させるとともにパルス信号ＦＯＵＴのデューティ比を減少させる場合を考える。

この場合、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴのＯＦＦ区間が重なった状態を経てから（図１１（ｂ）参照）、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴのＯＦＦ区間が完全に離れる状態に至るまでは（図１１（ｃ）参照）、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴに設定されたＯＦＦ区間が邪魔をしてしまい、パルス信号ＲＯＵＴの電位が電源電位ＶＳ且つパルス信号ＦＯＵＴの電位が接地ＧＮＤとなる区間が生じなくなる。その後、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴのＯＦＦ区間が完全に離れることで（図１１（ｄ）参照）、駆動コイルＬの両端子間にようやく電位差が生じることとなる。

このように、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴにＯＦＦ区間を設定したことで、モータ停止状態からモータ駆動状態に移行する場合、モータが即座にトルクを発生しない区間、いわゆる制御特性上の不感帯が生じることとなる。この不感帯によって、モータ駆動回路は、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴそれぞれのデューティ比の変化に対して、駆動コイルＬの両端子間に電位差が生じてモータ駆動状態に移行するまでに、制御上のズレが生じていた。

前述した課題を解決するための主たる本発明は、第１電位と前記第１電位より高い第２電位との間で直列接続された第１及び第２のスイッチング素子と、前記第１電位と前記第２電位との間で直列接続された第３及び第４のスイッチング素子と、を有し、前記第１及び前記第２のスイッチング素子の第１接続点と前記第３及び前記第４のスイッチング素子との第２接続点との間に駆動コイルを接続することでＨブリッジ回路を構成し、前記第１乃至前記第４のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、モータ停止状態の場合、前記第１接続点には、前記第１電位から前記第２電位までの振幅を有するとともに、前記第１電位と前記第２電位との間で電位が切り替わる過程において前記第１及び前記第２のスイッチング素子をともにＯＦＦさせる第１のＯＦＦ区間が設定された第１のパルス信号を発生させるとともに、前記第２接続点には、前記第１電位から前記第２電位までの振幅を有するとともに、前記第１電位と前記第２電位との間で電位が切り替わる過程において前記第３及び前記第４のスイッチング素子をともにＯＦＦさせる第２のＯＦＦ区間が設定された第２のパルス信号を発生させており、モータ停止状態からモータ駆動状態に移行する場合、前記第１及び／又は前記第２のパルス信号のデューティ比を変化させていくことで前記第１接続点と前記第２接続点との間に電位差を発生させ、当該電位差によって前記駆動コイルを通電させるモータ駆動回路であって、モータ停止状態の場合に、前記第１のＯＦＦ区間が設定された前記第１のパルス信号において前記第１電位と前記第２電位との間で電位が切り替わるタイミングと、前記第２のＯＦＦ区間が設定された前記第２のパルス信号において前記第１電位と前記第２電位との間で電位が切り替わるタイミングと、の間で、前記第１のＯＦＦ区間もしくは前記第２のＯＦＦ区間よりも大きな位相差を設定する制御回路を有すること、とする。

本発明によれば、モータの制御特性を向上させたモータ駆動回路を提供することができる。

＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動回路の全体構成を示す図である。なお、本実施形態では、モータ駆動回路は、ＰＷＭ−ＢＴＬ駆動方式を採用しており、基本的に集積回路として構成される。また、モータ駆動回路は、単相モータや三相モータなど如何なるモータをも駆動対象とすることができる。

モータ駆動回路は、Ｈブリッジ回路（但し、駆動コイルＬを除く。）１０、三角波発生回路２０、コンパレータ３０、４０を有する。なお、三角波発生回路２０及びコンパレータ３０、４０は、請求項中に記載される『制御回路』に相当する。

Ｈブリッジ回路１０は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４：『第１乃至第４のスイッチング素子』）と、駆動コイルＬと、によって構成される。

Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ２）は、電源電位ＶＳ（『第２電位』）と接地ＧＮＤ（『第１電位』）との間で直列接続される。また、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）のゲート電極には、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のゲート電極に供給されたゲート電圧Ｖｇａをインバータ素子を介して反転させた、ゲート電圧／Ｖｇａが供給される。このため、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ２）は、相補的にＯＮ／ＯＦＦすることとなる。

Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３、Ｍ４）は、電源電位ＶＳと接地ＧＮＤとの間で直列接続される。また、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）のゲート電極には、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ４）のゲート電極に供給されたゲート電圧Ｖｇｂをインバータ素子を介して反転させた、ゲート電圧／Ｖｇｂが供給される。このため、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３、Ｍ４）は、相補的にＯＮ／ＯＦＦすることとなる。

Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ２）の接続点ＦＯＵＴと、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３、Ｍ４）の接続点ＲＯＵＴと、の間に駆動コイルＬを外部接続することで、Ｈブリッジ回路１０が構成される。なお、同図に示す駆動コイルＬは、単相モータの場合には単相コイルに相当し、三相モータの場合にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動コイルのうちのいずれか一つに相当するものである。

駆動コイルＬに対して接続点ＦＯＵＴから接続点ＲＯＵＴの方向へ通電させる場合、モータ駆動回路は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ４）をＯＮとし、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２、Ｍ３）をＯＦＦとする。この結果、接続点ＦＯＵＴに発生するパルス信号ＦＯＵＴ（『第１のパルス信号』）の電位は電源電位ＶＳ、接続点ＲＯＵＴに発生するパルス信号ＲＯＵＴ（『第２のパルス信号』）の電位は接地ＧＮＤとなり、駆動コイルＬの両端子間には電位差ＶＳ（パルス信号ＲＯＵＴを基準とする場合）が発生する。駆動コイルＬはこの電位差ＶＳによって通電し、モータを一方向に回転させるトルクが発生する。

駆動コイルＬに対して接続点ＲＯＵＴから接続点ＦＯＵＴの方向へ通電させる場合、モータ駆動回路は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２、Ｍ３）をＯＮとし、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ４）をＯＦＦとする。この結果、接続点ＦＯＵＴに発生するパルス信号ＦＯＵＴの電位は接地ＧＮＤ、接続点ＲＯＵＴに発生するパルス信号ＲＯＵＴの電位は電源電位ＶＳとなり、駆動コイルＬの両端子間には、電位差−ＶＳ（パルス信号ＲＯＵＴを基準とする場合）が発生する。駆動コイルＬはこの電位差−ＶＳによって通電し、モータを他方向に回転させるトルクが発生する。

このように、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）を適宜なタイミングでＯＮ／ＯＦＦすることで、接続点ＦＯＵＴには接地ＧＮＤから電源電位ＶＳまでの振幅を有するパルス信号ＦＯＵＴが発生し、接続点ＲＯＵＴには接地ＧＮＤから電源電位ＶＳまでの振幅を有するパルス信号ＲＯＵＴが発生する。なお、従来のＰＷＭ−ＢＴＬ駆動方式と同様に、モータ停止状態から、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴを発生させることとする。

なお、パルス信号ＦＯＵＴには、接地ＧＮＤと電源電位ＶＳとの間で電位が切り替わる過程において、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ２）が過渡的にともにＯＮとなって貫通電流が流れないようにするために、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ２）をともにＯＦＦさせるＯＦＦ区間ＴＦ（『第１のＯＦＦ区間』）が設定される。同様に、パルス信号ＲＯＵＴには、接地ＧＮＤと電源電位ＶＳとの間で電位が切り替わる過程において、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３、Ｍ４）をともにＯＦＦさせるＯＦＦ区間ＴＲ（『第２のＯＦＦ区間』）が設定される。

三角波発生回路２０は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）の各ゲート電極に供給するゲート電圧（Ｖｇａ、／Ｖｇａ、Ｖｇｂ、／Ｖｇｂ）、ひいてはパルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴを生成するための三角波信号Ｖ１（『第１電圧』）及びＶ２（『第２電圧』）を生成するものである。

コンパレータ３０は、三角波信号Ｖ１と可変基準信号／ＩＮとの比較結果に基づいて、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のゲート電極に供給するゲート電圧Ｖｇａを生成するものである。また、ゲート電圧Ｖｇａがインバータ素子を介して極性反転されて、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）のゲート電極に供給されるのである。例えば、コンパレータ３０のプラス側入力端子には三角波信号Ｖ１が供給され、マイナス側入力端子には可変基準信号／ＩＮが供給されることとする。この場合、コンパレータ３０は、三角波信号Ｖ１が可変基準信号／ＩＮよりも大きい場合にはＨｉｇｈ、小さい場合にはＬｏｗとなるゲート電圧Ｖｇａを生成するのである。なお、可変基準信号／ＩＮの電位を可変させることによって、ゲート電圧Ｖｇａ及び／Ｖｇａのデューティ比、ひいてはパルス信号ＦＯＵＴのデューティ比が、適宜な値に調整されることとなる。

コンパレータ４０は、三角波信号Ｖ２と可変基準信号ＩＮとの比較結果に基づいて、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）のゲート電極に供給するゲート電圧Ｖｇｂを生成するものである。また、ゲート電圧Ｖｇｂがインバータ素子を介して極性反転されて、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ４）のゲート電極に供給されるのである。例えば、コンパレータ４０のプラス側入力端子には三角波信号Ｖ２が供給され、マイナス側入力端子には可変基準信号ＩＮが供給されることとする。この場合、コンパレータ４０は、三角波信号Ｖ２が可変基準信号ＩＮよりも大きい場合にはＨｉｇｈ、小さい場合にはＬｏｗとなるゲート電圧Ｖｇｂを生成するのである。なお、可変基準信号ＩＮの電位を可変させることによって、ゲート電圧Ｖｇｂ及び／Ｖｇｂのデューティ比、ひいてはパルス信号ＲＯＵＴのデューティ比が、適宜な値に調整される。なお、可変基準信号ＩＮは、可変基準信号／ＩＮの電位が変化する方向とは逆方向に電位が変化する信号である。このため、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴのデューティ比は、一方が増加する場合には他方は減少することとなる。

以上が、本実施形態としてのモータ駆動回路の全体構成である。なお、Ｈブリッジ回路を構成するトランジスタとしては、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴや、ＮＰＮ型若しくはＰＮＰ型のバイポーラトランジスタを採用しても勿論よい。また、前述した実施形態では、速やか且つ高精度に目的とするデューティ比に設定するために、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴのデューティ比をともに可変とさせるように構成した。しかしながら、パルス信号ＦＯＵＴ又はＲＯＵＴいずれか一方のデューティ比を可変とし、他方のデューティ比を固定とする構成としてもよい。この場合、デューティ比を固定する側のコンパレータ３０もしくは４０において、可変基準信号（／ＩＮもしくはＩＮ）を一定とすることで構成できる。

＜位相差の設定手段＞
本発明では、モータ停止状態において、パルス信号ＦＯＵＴとパルス信号ＲＯＵＴとの間にあらかじめ所定の位相差を設定することとする。この位相差を設定しておくことで、詳細な理由は後述するが、モータの制御特性を向上させることが可能となる。また、位相差を設定する手段としては、三角波発生回路２０、コンパレータ３０、４０に相当する。

図２は、三角波発生回路１０の一構成例を示す図である。なお、従来の三角波発生回路とは異なる新規な構成は、抵抗素子２３を挿入した点にある。

電源電位と接地との間には、電流Ｉを供給する電流源２１、抵抗値Ｒの抵抗素子２３、容量Ｃの容量素子２４が直列接続される。また、電源電位と接地との間には電流源２１、スイッチング素子２５、電流２Ｉ（２×Ｉ）を供給する電流源２２が直列接続される。ここで、スイッチング素子２５をＯＦＦする場合、電流源２１において発生する電流Ｉが、抵抗素子２３を介して容量素子２４に供給され、容量素子２４への充電が行われる。つぎに、スイッチング素子２５をＯＮする場合、電流源２２には電流２Ｉが流れなければならないので、容量素子２４の放電が行われ、電流Ｉが、抵抗素子２３、スイッチング素子２５を介して電流源２２に流れ込む。

このように、三角波発生回路１０は、容量素子２４に対して抵抗素子２３を介して充放電を行う。そして、抵抗素子２３の両端子Ａ、Ｂより取り出された電圧が、それぞれ三角波信号Ｖ１、Ｖ２となるのである。

図３は、三角波信号Ｖ１、Ｖ２の波形を示す図である。なお、図中に示す破線部は三角波信号Ｖ１、図中に示す実線部は三角波信号Ｖ２、図中に示す一点鎖線は可変基準信号ＩＮ及び／ＩＮとする。また、図３において、三角波信号Ｖ２を基準とする。

ここで、三角波信号Ｖ２の波形が立ち上がる場合、すなわち、容量素子２４への充電が行われる場合、三角波信号Ｖ１は、三角波信号Ｖ２と比べて、抵抗素子２３の両端子間に発生する電位差Ｒ×Ｉ分、電位が上昇することとなる。また、三角波信号Ｖ２の波形が立ち下がる場合、すなわち、容量素子２４において放電が行われる場合、充電が行われる場合と比べて抵抗素子２３には逆方向の電流が流れるため、三角波信号Ｖ１は、三角波信号Ｖ２よりも電位差Ｒ×Ｉ分、電位が下降することとなる。

このように、三角波信号Ｖ１、Ｖ２の波形が形成される。なお、前述したとおり、コンパレータ３０では三角波信号Ｖ１と可変基準信号／ＩＮとの比較結果に基づいてゲート電圧Ｖｇａが生成され、コンパレータ４０では三角波信号Ｖ２と可変基準信号ＩＮとの比較結果に基づいてゲート電圧Ｖｇｂが生成される。ここで、可変基準信号ＩＮ及び／ＩＮは、初期状態として同電位とすると、三角波信号Ｖ１は、三角波信号Ｖ２と比較して、波形の立ち上がり時において位相差ｔ１分位相が早くなり、波形の立ち下り時において位相差ｔ２分位相が早くなることとなる。なお、位相差ｔ１、ｔ２は、抵抗素子２３の抵抗値Ｒと、充放電電流Ｉとの積Ｒ×Ｉに基づいて設定されることは言うまでもない。

図４は、モータ停止状態におけるパルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴの波形図である。なお、パルス信号ＦＯＵＴにある斜線部は、パルス信号ＦＯＵＴの電位が切り替わる過程で設定されたＯＦＦ区間ＴＦとし、パルス信号ＲＯＵＴにある斜線部は、パルス信号ＲＯＵＴの電位が切り替わる過程で設定されたＯＦＦ区間ＴＲとする。

ここで、パルス信号ＦＯＵＴの電位が接地ＧＮＤから電源電位ＶＳに切り替わるタイミングｔａと、パルス信号ＲＯＵＴの電位が接地ＧＮＤから電源電位ＶＳに切り替わるタイミングｔｃと、の間は、三角波発生回路２０、コンパレータ３０、４０によって生成された位相差ｔ１となる。同図に示すとおり、位相差ｔ１は、パルス信号ＲＯＵＴに設定されたＯＦＦ区間ＴＲよりも大きくすべく設定されることとする。

一方、パルス信号ＦＯＵＴの電位が電源電位ＶＳから接地ＧＮＤに切り替わるタイミングｔｂと、パルス信号ＲＯＵＴの電位が電源電位ＶＳから接地ＧＮＤに切り替わるタイミングｔｄと、の間は、三角波発生回路２０、コンパレータ３０、４０によって生成された位相差ｔ２となる。同図に示すとおり、位相差ｔ２は、パルス信号ＦＯＵＴに設定されたＯＦＦ区間ＴＦよりも大きくすべく設定されることとする。

このように、本発明では、三角波発生回路２０、コンパレータ３０、４０による簡素な仕組みによって、位相差ｔ１、ｔ２を設定することができるのである。なお、新規な構成要素は、三角波発生回路２０の抵抗素子２３のみであるので、既存の設計資産の多くを流用することができる。

ところで、モータ停止状態において、パルス信号ＦＯＵＴがＯＦＦ区間ＴＦを除いて電源電位ＶＳとなり且つパルス信号ＲＯＵＴがＯＦＦ区間ＴＲを除いて接地ＧＮＤとなる区間Φ１や、パルス信号ＦＯＵＴがＯＦＦ区間ＴＦを除いて接地ＧＮＤとなり且つパルス信号ＲＯＵＴがＯＦＦ区間ＴＲを除いて電源電位ＶＳとなる区間Φ２が発生することとなる。このため、区間Φ１及びΦ２の長さの設定次第では、モータ停止状態にあるにも関らず、区間Φ１及びΦ２において駆動コイルＬが通電することで、モータが無駄に回転する恐れがある。

そこで、本発明では、区間Φ１において駆動コイルＬが通電される場合に発生する一方の極性のトルクＴ１と、区間Φ２において駆動コイルＬが通電される場合に発生する他方の極性のトルクＴ２と、の和（積分値）が、起動トルクに達しないようにすべく、位相差ｔ１及びｔ２を設定することとする。なお、起動トルクとは、モータ停止状態から、ロータやモータ負荷などの静止摩擦力に打ち勝って、モータを回転させるために必要な駆動トルクのことである。

さらに、位相差ｔ１、ｔ２は、トルクＴ１とトルクＴ２との和をゼロに近づけるべく設定することが好ましい。

＜モータ起動時の駆動制御＞
図５、図６、図７を用いて、モータ駆動回路が、モータ起動時に行う駆動制御について説明する。

図５は、モータ停止状態におけるパルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴの波形を示した図である。パルス信号ＦＯＵＴは、パルス信号ＲＯＵＴと比べて、電位が立ち上がる方では位相差ｔ１分だけ早く、また、電位が立ち下がる方では位相差ｔ２分だけ早く設定された場合とする。なお、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴには、電位が切り替わる過程で、ＯＦＦ区間ＴＦ、ＴＲ（図５中に示す斜線部）がそれぞれ設定されている。さらに、コンパレータ３０に供給される可変基準信号／ＩＮと、コンパレータ４０に供給される可変基準信号ＩＮは同電位、つまり、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴは、同一のパルス幅となるように設定されている。

つぎに、モータ駆動回路は、図５に示した状態からモータを起動すべく、所望の期間、接続点ＲＯＵＴから接続点ＦＯＵＴの方向へ駆動コイルＬを通電させて、モータを起動させることとする。よって、モータ駆動回路は、モータ停止状態におけるパルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴについて、パルス信号ＦＯＵＴのパルス幅を減少させていくとともにパルス信号ＲＯＵＴのパルス幅を増加させていくことになる。

図６は、図５の破線Ａで囲んだ領域について、モータ停止状態からモータ駆動状態へ移行するときの状態変化を示す図である。まず、電位が立ち下がる方に設定されたＯＦＦ区間ＴＦとＯＦＦ区間ＴＲは完全に離れた状態にある（図６（ａ）参照）。この状態から、位相の早いパルス信号ＦＯＵＴはパルス幅を減少させる方向へ、また、位相の遅いパルス信号ＲＯＵＴはパルス幅を増加させる方向へと状態が変化することとなる（図６（ｂ）参照）。このため、パルス信号ＦＯＵＴ及びＲＯＵＴのパルス幅が調整されていく過程において、電位が立ち下がる方のＯＦＦ区間ＴＦとＯＦＦ区間ＴＲが重なることはない。

図７は、図５の破線Ｂで囲んだ領域について、モータ停止状態からモータ駆動状態へ移行するときの状態変化を示す図である。まず、電位が立ち上がる方に設定されたＯＦＦ区間ＴＦとＯＦＦ区間ＴＲは完全に離れた状態にある（図７（ａ）参照）。この状態から、位相の早いパルス信号ＦＯＵＴはパルス幅を減少させる方向へ、また、位相の遅いパルス信号ＲＯＵＴはパルス幅を増加させる方向へと状態が変化することとなる。

ここで、電位が立ち上がる方のＯＦＦ区間ＴＦとＯＦＦ区間ＴＲは、一方の境界を通過してから他方の境界を通過するまでの間（図７（ｂ）、（ｄ）参照）、過渡的に重なった状態（図７（ｃ）参照）となる。しかし、電位が立ち上がる方のＯＦＦ区間ＴＦとＯＦＦ区間ＴＲが重なる間であっても、電位が立ち下がる方のＯＦＦ区間ＴＦとＯＦＦ区間ＴＲは、図６に示すとおり、重なることはない。このため、ゲイン定数としては１／２倍になるものの、モータ駆動回路の起動指令に対してモータが全く応答しないことはありえない。よって、従来の場合と比べて、モータ起動時における制御特性上の不感帯は改善されることとなる。なお、電位が立ち上がる方のＯＦＦ区間ＴＦとＯＦＦ区間ＴＲが完全に離れた場合には（図７（ｄ）参照）、モータ駆動回路が所望する制御特性が得られることはいうまでもない。

以上、本実施の形態について説明したが、前述した実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。

本発明の実施形態に係るモータ駆動回路の全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る三角波発生回路の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る三角波信号の波形を示す図である。 本発明の実施形態に係るモータ停止状態でのパルス信号の波形を示す図である。 本発明の実施形態に係るモータ起動時の駆動制御を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るモータ起動時の駆動制御を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るモータ起動時の駆動制御を説明するための図である。 Ｈブリッジ回路の構成を示す図である。 従来のＰＷＭ−ＢＴＬ駆動方式を説明するための図である。 従来のＰＷＭ−ＢＴＬ駆動方式を説明するための図である。 従来のＰＷＭ−ＢＴＬ駆動方式を説明するための図である。

符号の説明

１０ Ｈブリッジ回路
２０ 三角波発生回路
３０ コンパレータ
４０ コンパレータ
２１ 電流源
２２ 電流源
２３ 抵抗素子
２４ 容量素子
２５ スイッチング素子

Claims (4)

1. 第１電位と前記第１電位より高い第２電位との間で直列接続された第１及び第２のスイッチング素子と、前記第１電位と前記第２電位との間で直列接続された第３及び第４のスイッチング素子と、を有し、前記第１及び前記第２のスイッチング素子の第１接続点と前記第３及び前記第４のスイッチング素子との第２接続点との間に駆動コイルを接続することでＨブリッジ回路を構成し、前記第１乃至前記第４のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、モータ停止状態の場合、前記第１接続点には、前記第１電位から前記第２電位までの振幅を有するとともに、前記第１電位と前記第２電位との間で電位が切り替わる過程において前記第１及び前記第２のスイッチング素子をともにＯＦＦさせる第１のＯＦＦ区間が設定された第１のパルス信号を発生させるとともに、前記第２接続点には、前記第１電位から前記第２電位までの振幅を有するとともに、前記第１電位と前記第２電位との間で電位が切り替わる過程において前記第３及び前記第４のスイッチング素子をともにＯＦＦさせる第２のＯＦＦ区間が設定された第２のパルス信号を発生させており、モータ停止状態からモータ駆動状態に移行する場合、前記第１及び／又は前記第２のパルス信号のデューティ比を変化させていくことで前記第１接続点と前記第２接続点との間に電位差を発生させ、当該電位差によって前記駆動コイルを通電させるモータ駆動回路であって、
   モータ停止状態の場合に、前記第１のＯＦＦ区間が設定された前記第１のパルス信号において前記第１電位と前記第２電位との間で電位が切り替わるタイミングと、前記第２のＯＦＦ区間が設定された前記第２のパルス信号において前記第１電位と前記第２電位との間で電位が切り替わるタイミングと、の間で、前記第１のＯＦＦ区間もしくは前記第２のＯＦＦ区間よりも大きな位相差を設定する制御回路を有すること、
   を特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記位相差は、
   前記第１のパルス信号が前記第１のＯＦＦ区間を除く前記第２電位となる区間であり且つ前記第２のパルス信号が前記第２のＯＦＦ区間を除く前記第１電位となる区間となる場合に前記駆動コイルを通電することで発生する一方の極性のトルクと、
   前記第１のパルス信号が前記第１のＯＦＦ区間を除いた前記第１電位となる区間であり且つ前記第２のパルス信号が前記第２のＯＦＦ区間を除いた前記第２電位となる区間となる場合に前記駆動コイルを通電することで発生する他方の極性のトルクと、
   の和が、起動トルクに達しないようにすべく設定されること、
   を特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. モータ停止状態からモータ駆動状態に移行する場合、前記第１及び前記第２のパルス信号のデューティ比について一方のデューティ比を増加させるとともに他方のデューティ比を減少させることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
4. 前記制御回路は、
   抵抗素子と容量素子を直列接続し、前記容量素子に対して前記抵抗素子を介して充放電を行うことで、前記抵抗素子の一方の端子において発生する第１電圧と他方の端子において発生する第２電圧を取り出し、
   前記第１電圧と第１基準電圧との比較結果に基づいて前記第１及び前記第２のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することで前記第１のパルス信号を生成し、
   前記第２電圧と前記第１基準電圧とは逆の極性に大きさを変化させる第２基準電圧との比較結果に基づいて前記第３及び前記第４のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することで前記第２のパルス信号を生成すること、とし、
   前記位相差は、
   前記抵抗素子の抵抗値Ｒと充放電電流Ｉとの積Ｒ×Ｉに基づいて設定されること、
   を特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。

Images