JP4860980B2 - モータ駆動回路およびそれを用いたディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のコイルを有するステータと磁性を有するロータを含むモータの回転を制御するモータ駆動回路であって、特にパルス駆動するモータ駆動回路に関する。

ポータブルＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）や、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）など、ディスク型メディアを使用した電子機器において、そのディスクを回転させるためにブラシレス直流モータが用いられる。ブラシレス直流（ＤＣ）モータは、一般に、永久磁石を備えたロータと、スター結線された複数の相のコイルを備えたステータとを備えており、コイルに供給する電流を制御することによりコイルを励磁し、ロータをステータに対して相対回転させて駆動する。ブラシレスＤＣモータは、ロータの回転位置を検出するために、一般に、ホール素子や光学エンコーダなどのセンサを備えており、センサにより検出された位置に応じて、各相のコイルに供給する電流を切り換えて、ロータに適切なトルクを与える。

モータをより小型化するために、ホール素子などのセンサを利用せずにロータの回転位置を検出するセンサレスモータも提案されている（たとえば、特許文献１参照）。センサレスモータは、たとえばモータの中点配線の電位を計測することにより、コイルに発生する誘導電圧を検出して位置情報を得る。

特開平３−２０７２５０号公報 特開平１０−２４３６８５号公報

こうしたセンサレスモータの駆動する場合、モータから発生する騒音を低減するために、各相のコイルに流れる電流が緩やかに変化することが望ましい。本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイル電流を緩やかに変化させることのできるモータ駆動回路の提供にある。

本発明のある態様は、多相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動回路に関する。このモータ駆動回路は、多相モータの各相のコイルに発生する逆起電圧を各相の中点電圧とそれぞれ比較し、通電信号を生成する通電信号生成回路と、トルクに応じてデューティ比が制御されるパルス信号を生成するパルス信号生成回路と、通電信号を合成して得られる周波数発生信号の周期（時間）を複数に分割し、分割した時間単位ごとに、パルス幅が徐々に変化し、かつパルス信号と同じ周波数を有する傾斜信号を生成する傾斜信号生成回路と、通電信号生成回路により生成された通電信号と、パルス信号生成回路により生成されたパルス信号と、傾斜信号生成回路により生成された傾斜信号と、にもとづき、多相モータの各相のコイルに駆動電流を供給する出力回路と、を備える。

この態様によると、傾斜信号は、モータの回転数に依存する周波数発生信号の周期にもとづいて生成される。そのため、傾斜信号のパルス幅の変化の速度を、モータの回転数に応じて設定することができ、幅広い回転数でモータを好適に駆動することができる。

出力回路は、通電信号にもとづき、各相のコイルから通電すべきコイルを選択し、選択されたコイルの一端に接続されるトランジスタの制御端子に、ある相において、徐々にパルス幅が大きくなる傾斜信号に応じた信号を与え、次の相において、パルス信号に応じた信号を与え、その次の相において、徐々にパルス幅が小さくなる傾斜信号に応じた信号を与えてもよい。

この態様によれば、選択したコイルに接続されるトランジスタのオン時間を徐々に長くし、その後、トルクに依存したデューティ比でオン時間を制御し、その後、オン時間を短くすることにより、連続する３つの期間で、コイルに流れる電流を緩やかに変化させることができる。

出力回路は、通電信号にもとづき、各相のコイルから通電すべきコイルを選択し、選択されたコイルの一端に接続されるトランジスタの制御端子にパルス信号に応じた信号を与えるとともに、選択されたコイルの他端側に別のコイルを介して接続されるトランジスタの制御端子に、傾斜信号に応じた信号を与えてもよい。

この態様によると、ある相において電流が流れるコイルの経路上に設けられた一方のトランジスタをパルス信号により駆動し、他方のトランジスタを傾斜信号によって駆動することにより、コイルに流れる電流を緩やかに変化させることができる。

傾斜信号生成回路は、通電信号を合成して得られる周波数発生信号の周期を測定する周期測定部と、周期測定部により測定された通電信号の周期を複数に分割し、分割した時間単位の経過ごとに、傾斜信号のパルス幅を設定する傾斜設定部と、パルス信号生成回路により生成されるパルス信号のエッジを検出し、検出したエッジから、傾斜設定部により設定されたパルス幅の期間、所定レベルとなる傾斜信号を出力する傾斜信号出力部と、を含んでもよい。

多相モータは３相であって、出力回路は、１８０度通電により多相モータを駆動してもよい。この場合において、出力回路は、選択されたコイルの一端に接続されるトランジスタの制御端子に、パルス信号に応じた信号を与え、選択されたコイルの他端側に別のコイルを介して接続される２つのトランジスタのうち、一方のトランジスタの制御端子に、徐々にパルス幅が大きくなる傾斜信号に応じた信号を与え、他方のトランジスタの制御端子に、徐々にパルス幅が小さくなる傾斜信号に応じた信号を与えてもよい。

パルス信号生成回路は、多相モータの各相のコイルに流れる駆動電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、電流電圧変換部から出力される検出電圧を、トルクを指示する制御電圧と比較するパルス変調コンパレータと、パルス変調コンパレータから出力される比較信号を参照し、検出電圧が制御電圧に達してから所定のオフ時間の間、各相のコイルの不通電状態を指示する第１レベルとなり、それ以外の期間、各相のコイルの通電状態を指示する第２レベルとなるパルス信号を生成するオフ時間設定部と、を含んでもよい。

モータ駆動回路は、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。モータ駆動回路を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、ディスク装置である。このディスク装置は、ディスクを回転させる多相モータであるスピンドルモータと、スピンドルモータを駆動する上述のモータ駆動回路と、を備える。この態様によると、スピンドルモータのコイルに流れる電流を緩やかに変化させることができるため、騒音を低減することができる。

本発明によれば、モータ駆動回路において、コイル電流を緩やかに変化させることができる。

図１は、実施の形態に係るモータ駆動回路１００の構成を示す回路図である。モータ駆動回路１００は、センサレスブラシレスＤＣモータ（以下、単に「モータ５０」という）にパルス駆動方式により駆動電流を供給して回転を制御する。本実施の形態において、モータ５０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル５０ａ〜５０ｃを含む３相ＤＣモータである。

モータ駆動回路１００は、通電信号生成回路１０、周波数発生回路１２、出力回路１４、パルス信号生成回路２０、傾斜信号生成回路３０、を備える。モータ駆動回路１００は、１つの半導体基板上に一体集積化された機能ＩＣである。

通電信号生成回路１０は、モータ５０の各相のコイル５０ａ〜５０ｃに発生する逆起電圧Ｖｕ〜Ｖｗを各相の中点電圧Ｖｎとそれぞれ比較し、通電信号Ｍｕ〜Ｍｗを生成する。この通電信号生成回路１０は、逆起電圧Ｖｕ〜Ｖｗを中点電圧Ｖｎとそれぞれ比較する逆起検出コンパレータと、逆起検出コンパレータの出力からノイズを除去するマスク回路を含んで構成されてもよい。

通電信号Ｍｕは、Ｖｕ＞Ｖｎのときハイレベル、Ｖｕ＜Ｖｎのときローレベルとなる。同様に、通電信号Ｍｖは、Ｖｖ＞Ｖｎのときハイレベル、Ｖｖ＜Ｖｎのときローレベルとなり、通電信号Ｍｗは、Ｖｗ＞Ｖｎのときハイレベル、Ｖｗ＜Ｖｎのときローレベルとなる。

出力回路１４は、通電信号生成回路１０により生成される通電信号Ｍｕ〜Ｍｗと、後述するパルス信号生成回路２０により生成されるパルス信号Ｖｐｕｌｓｅと、後述する傾斜信号生成回路３０により生成される傾斜信号Ｓｓｌｐにもとづき、モータ５０の各相のコイル５０ａ〜５０ｃに駆動電流を供給する。本実施の形態において、出力回路１４は、１８０度通電方式によって、モータ５０を駆動するものとする。

出力回路１４は、ドライブ信号合成回路１６、パワートランジスタ回路１８を含む。パワートランジスタ回路１８は、６個のスイッチング用のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオンオフの組み合わせにより、いずれのコイル５０ａ〜５０ｃに電流を供給するかを制御するとともに、オンオフの時間比率を制御することにより、トルクを調節するパルス駆動を行う。実施の形態において、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、いずれもＭＯＳＦＥＴである。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５は、一端が、電源電圧Ｖｄｄの印加される電源ラインに共通に接続され、他端が、モータ５０の各相のコイル５０ａ、５０ｂ、５０ｃに接続される。トランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６は、一端がトランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５および各相のコイル５０ａ、５０ｂ、５０ｃに接続される。トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオンオフは、ドライブ信号合成回路１６により制御される。

ドライブ信号合成回路１６は、通電信号生成回路１０により生成される通電信号Ｍｕ〜Ｍｗと、後述のパルス信号生成回路２０から出力されるパルス信号Ｖｐｕｌｓｅと、傾斜信号生成回路３０から出力される傾斜信号Ｓｓｌｐを論理演算により合成して、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートに印加すべきドライブ信号Ｄｕｕ〜Ｄｕｌを生成する。すなわち、通電信号Ｍｕ〜Ｍｗにもとづいて、いずれの組のトランジスタをオンして、いずれのコイルを通電するかを決定し、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅにもとづいて、オンオフの時間比率を調節し、トルク制御を行う。さらに、傾斜信号Ｓｓｌｐを利用して、駆動電流を緩やかに変化させる。

次に、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅを生成するパルス信号生成回路２０の構成について説明する。パルス信号生成回路２０は、電流電圧変換部２２、パルス変調コンパレータ２４、オフ時間設定部２６を含む。
パルス信号生成回路２０は、パワートランジスタ回路１８と接地間に設けられる。電流電圧変換部２２は、変換抵抗Ｒ１を含んで構成される。変換抵抗Ｒ１には、モータ５０の各相のコイル５０ａ、５０ｂ、５０ｃに流れる駆動電流に比例した電圧降下が発生する。電流電圧変換部２２は、変換抵抗Ｒ１で発生した電圧降下を、検出電圧Ｖｄｅｔとして出力する。

パルス変調コンパレータ２４の非反転入力端子には、電流電圧変換部２２から出力される検出電圧Ｖｄｅｔが入力される。パルス変調コンパレータ２４の反転入力端子には、外部から入力されるトルクを指示する制御電圧Ｖｃｔｒｌが入力される。パルス変調コンパレータ２４は、電流電圧変換部２２から出力される検出電圧Ｖｄｅｔを、制御電圧Ｖｃｔｒｌと比較する。パルス変調コンパレータ２４から出力される比較信号Ｖｃｍｐは、Ｖｄｅｔ＞Ｖｃｔｒｌのときハイレベル、Ｖｄｅｔ＜Ｖｃｔｒｌのときローレベルとなる。パルス変調コンパレータ２４から出力される比較信号Ｖｃｍｐは、オフ時間設定部２６に入力される。

オフ時間設定部２６は、パルス変調コンパレータ２４から出力される比較信号Ｖｃｍｐを参照し、比較信号Ｖｃｍｐがハイレベルに遷移してから、所定のオフ時間Ｔｏｆｆが経過するまでの期間、ローレベル（第１レベル）となり、それ以外の期間ハイレベル（第２レベル）となるパルス信号Ｖｐｕｌｓｅを出力する。言い換えれば、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅは、検出電圧Ｖｄｅｔが制御電圧Ｖｃｔｒｌに達してから所定のオフ時間Ｔｏｆｆの間、ローレベルとなり、それ以外の期間ハイレベルとなる。たとえば、オフ時間Ｔｏｆｆは、数μｓ、より具体的には、一例として５．７μｓに設定される。

オフ時間設定部２６は、たとえば、比較信号Ｖｃｍｐのレベル遷移を契機として、オフ時間Ｔｏｆｆのカウントを開始するカウンタ回路を用いて構成することができる。この場合、カウンタ回路は、比較信号Ｖｃｍｐのレベル遷移から、カウント完了までの期間、ローレベルとなり、その後、ハイレベルに遷移するパルス信号Ｖｐｕｌｓｅを出力する。

ここで、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅのローレベル（第１レベル）は、各相のコイル５０ａ〜５０ｃの不通電状態と対応付けられ、そのハイレベル（第２レベル）は各相のコイル５０ａ〜５０ｃの通電状態と対応付けられる。すなわち、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅが、ハイレベルとローレベルを交互に繰り返すことにより、モータ５０のコイル５０ａ〜５０ｃには、電流が間欠的に流れることになり、パルス駆動される。

本実施の形態に係るモータ駆動回路１００において生成されるパルス信号Ｖｐｕｌｓｅは、オフ時間Ｔｏｆｆが一定で、オン時間がトルクを指示する制御電圧Ｖｃｔｒｌに応じて変化する。すなわち、オフ時間が一定で、トルクに応じてその周波数が変化するパルス周波数変調（ＰＦＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式によってモータ５０をパルス駆動する。

周波数発生回路１２は、通電信号生成回路１０から出力される通電信号Ｍｕ〜Ｍｗを合成して、周波数発生信号（以下、ＦＧ信号という）ＳｉｇＦＧを生成する。このＦＧ信号ＳｉｇＦＧは、通電信号Ｍｕ〜Ｍｗのエッジごとにハイレベルとローレベルが切り替わる信号であって、たとえば、通電信号Ｍｕ〜Ｍｗの排他的論理和（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ−ＯＲ）を演算することにより生成することができる。

傾斜信号生成回路３０は、通電信号Ｍｕ〜Ｍｗを合成して得られたＦＧ信号ＳｉｇＦＧの周期を複数に分割し、分割した時間単位ごとに、パルス幅が徐々に変化する傾斜信号Ｓｓｌｐを生成する。この傾斜信号Ｓｓｌｐの周波数は、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅと同じ周波数に設定される。本実施の形態においては、傾斜信号生成回路３０は、パルス幅が徐々に増加する第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１と、パルス幅が徐々に減少する第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２を生成する。

図２は、傾斜信号生成回路３０の構成例を示すブロック図である。傾斜信号生成回路３０は、周期測定部３２、傾斜設定部４０、傾斜信号出力部４６を含む。

周期測定部３２は、第１カウンタ３４、レジスタ３６を含む。第１カウンタ３４は、外部から入力されるクロック信号ＣＫをカウントする。第１カウンタ３４には、ＦＧ信号ＳｉｇＦＧが入力されており、その信号レベルが切り替わるごとにカウント値ＣＮＴがリセットされ、再びカウントを開始する。レジスタ３６は、第１カウンタ３４がリセットされるごとに、リセット時のカウント値ＣＮＴを逐次保持する。レジスタ３６に保持されるカウント値ＣＮＴは、ＦＧ信号ＳｉｇＦＧの周期Ｔｐに相当する。ここでの周期は、ＦＧ信号ＳｉｇＦＧのエッジとエッジの間隔をいう。カウント値と、周期Ｔｐとの間には、Ｔｐ＝ＣＮＴ×Ｔｃｋの関係が成り立つ。ここで、Ｔｃｋは、クロック信号ＣＫの周期である。このようにして、周期測定部３２は、ＦＧ信号ＳｉｇＦＧの周期Ｔｐを測定する。

傾斜設定部４０は、レジスタ３６に保持されたカウント値ＣＮＴを複数に分割する。以下では、例として分割数ｎ＝８として説明を行う。また、ここでは説明の簡略化のため、等分するものとする。分割されたカウント値は、ＣＮＴ／８で与えられ、８分割された時間単位は、Ｔｐ／８となる。

傾斜設定部４０は、周期Ｔｐを８等分し、分割したそれぞれの時間単位（Ｔｐ／８）の経過ごとに、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１のパルス幅Ｔｘを割り当てる。第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１のパルス幅Ｔｘは、各時間単位で同一の値に設定され、時間単位が変化すると、緩やかに増加するよう設定される。

傾斜設定部４０は、第２カウンタ４２、テーブル４４を含む。第２カウンタ４２は、クロックＣＫをカウントする。第２カウンタ４２によるカウント値ｃｎｔ’が、０＜ｃｎｔ’＜ＣＮＴ×１／８のとき、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１のパルス幅は、Ｔｘ１に設定される。カウント値ｃｎｔ’が、ＣＮＴ×１／８＜ｃｎｔ’＜ＣＮＴ×２／８のとき、傾斜信号Ｓｓｌｐのパルス幅は、Ｔｘ２に設定される。同様にして、カウント値ｃｎｔ’が、ＣＮＴ×（ｉ−１）／８＜ｃｎｔ’＜ＣＮＴ×ｉ／８のとき、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１のパルス幅は、Ｔｘｉに設定される。

テーブル４４は、パルス幅Ｔｘ１〜Ｔｘ８の値を、クロック数に換算したデータｘ１〜ｘ８を保持する。すなわち、パルス幅Ｔｘ１〜Ｔｘ８と、データｘ１〜ｘ８との間には、Ｔｘ＝ｘ１×Ｔｃｋの関係が成り立っている。ここで、Ｔｃｋは、クロック信号ＣＫの周期である。データｘ１〜ｘ８は、ｘ１＞ｘ２＞ｘ３＞…＞ｘ８なる関係が成り立つように設定される。

同様にして、傾斜設定部４０は、時間単位ごとに、パルス幅が減少する第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２のパルス幅に対応するデータｙを生成する。第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２の、それぞれの時間単位におけるパルス幅は、Ｔｙ１〜Ｔｙ８であり、それぞれをクロック数に換算したデータは、ｙ１〜ｙ８であるとする。データｙ１〜ｙ８は、ｙ１＜ｙ２＜ｙ３＜…＜ｙ８なる関係が成り立つように設定される。

傾斜設定部４０は、時間単位ごとに、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２に設定したパルス幅Ｔｘ、Ｔｙに対応したデータｘ、ｙを、傾斜信号出力部４６に出力する。

傾斜信号出力部４６は、第３カウンタ４８を含んでおり、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅおよびクロックが入力される。第３カウンタ４８は、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅのネガエッジが入力されるとカウントを開始し、ｘ回カウントするまでの期間、ローレベルとなり、それ以外の期間、ハイレベルとなる第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１を出力する。また、第３カウンタ４８は、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅのポジエッジが入力されるとカウントを開始し、ｙ回カウントするまでの期間、ローレベルとなり、それ以外の期間、ハイレベルとなる第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２を出力する。

このようにして、傾斜信号出力部４６は、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅが、各相のコイルの不通電状態を指示するローレベルから、通電状態を指示するハイレベルに遷移するエッジを検出し、検出したエッジから、傾斜設定部４０により設定されたパルス幅Ｔｘ、Ｔｙの期間、ハイレベルとなる第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２を出力する。

図２に示す傾斜信号生成回路３０は、第１カウンタ３４、第２カウンタ４２、第３カウンタ４８を共有して構成されてもよい。傾斜信号生成回路３０と同等の機能は、公知のデジタル論理回路や、アナログ回路技術を用いてさままな形式で構成することができ、他の回路形式で構成してもよい。

図３（ａ）〜（ｇ）は、傾斜信号生成回路３０において、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２が生成される様子を示す図である。図３（ａ）は、ＦＧ信号ＳｉｇＦＧを、同図（ｂ）は、レジスタ３６に保持されるカウント値ＣＮＴを、同図（ｃ）は、パルス幅Ｔｘに対応したデータｘを、同図（ｄ）は、パルス幅Ｔｙに対応したデータｙを、同図（ｅ）は、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅを、同図（ｆ）は、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１を、同図（ｇ）は、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２を示す。

同図（ａ）に示すように、ＦＧ信号ＳｉｇＦＧは、ハイレベルとローレベルを交互に繰り返す信号である。第１カウンタ３４は、ＦＧ信号ＳｉｇＦＧのレベル遷移ごとに、その周期Ｔｐを測定する。測定した周期Ｔｐは、同図（ｂ）に示すように、レジスタ３６に保持される。カウント値ＣＮＴ１が保持される期間は、８分割される。同図（ｃ）、（ｄ）に示すように分割された時間単位ごとに、異なるデータｘ１〜ｘ８、ｙ１〜ｙ８が割り当てられる。

同図（ｅ）〜（ｇ）は、４番目の時間単位と、５番目の時間単位を拡大して示している。同図（ｆ）に示すように、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１は、同図（ｅ）のパルス信号Ｖｐｕｌｓｅのポジエッジから一定期間、ローレベルとなる。４番目の時間単位において、ローレベルの期間は、Ｔｘ４に設定され、５番目の時間単位において、ローレベルの期間は、Ｔｘ５に設定される。

同図（ｇ）に示すように、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２は、同図（ｅ）のパルス信号Ｖｐｕｌｓｅのネガエッジから一定期間、ローレベルとなる。４番目の時間単位において、ローレベルの期間は、Ｔｙ４に設定され、５番目の時間単位において、ローレベルの期間は、Ｔｙ５に設定される。

このようにして生成された第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１を、分割された８つの時間単位を通して見ると、ローレベルの期間が徐々に長くなる信号となる。逆に、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２は、ローレベルの期間が徐々に短くなる信号となる。

図１に戻る。出力回路１４は、通電信号Ｍｕ〜Ｍｗ、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅ、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２にもとづき、モータ５０の各相のコイル５０ａ〜５０ｃに駆動電流を供給する。

以上のように構成されたモータ駆動回路１００の動作について説明する。

出力回路１４は、通電信号Ｍｕ〜Ｍｗにもとづき、各相のコイル５０ａ〜５０ｃから通電すべきコイルを選択する。さらに、選択されたコイルの一端に接続されるトランジスタの制御端子にパルス信号Ｖｐｕｌｓｅに応じた信号を与えるとともに、選択されたコイルの他端側に別のコイルを介して接続されるトランジスタの制御端子に、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２に応じた信号を与える。

上述したように、出力回路１４は、各相の通電信号Ｍｕ〜Ｍｗおよびパルス信号Ｖｐｕｌｓｅにもとづき、モータ５０の各相のコイル５０ａ〜５０ｃに駆動電流を間欠的に供給する。ドライブ信号合成回路１６は、通電信号Ｍｕ〜Ｍｗ、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅ、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２を論理演算により合成して、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲートに印加すべきドライブ信号Ｄｕｕ〜Ｄｕｌを生成する。

図４（ａ）〜（ｄ）は、１８０度通電を行う場合の、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の制御シーケンスを示すタイムチャートである。図４（ａ）は、ＦＧ信号ＳｉｇＦＧを、同図（ｂ）は、Ｕ相のコイル５０ａの通電を制御するドライブ信号Ｄｕｕ、Ｄｕｌを、同図（ｃ）は、Ｖ相のコイル５０ａの通電を制御するドライブ信号Ｄｖｕ、Ｄｖｌを、同図（ｄ）は、Ｗ相のコイル５０ａの通電を制御するドライブ信号Ｄｗｕ、Ｄｗｌを、示す。

図４（ａ）〜（ｄ）において、Ｓ１で示される期間は、各ドライブ信号Ｄが、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１にもとづき生成されることを示す。同様に、Ｓ２で示される期間は、各ドライブ信号Ｄが、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２にもとづき生成されることを示す。また、ＰＦＭで示される期間は、各ドライブ信号Ｄが、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅにもとづき、生成されることを示している。

各ドライブ信号は、Ｓ１、ＰＦＭ、Ｓ０で示されるシーケンスを駆動単位としてそのデューティ比が制御される。たとえば、トランジスタＴｒ６を制御するドライブ信号Ｄｗｌに着目すると、期間φ１は、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１にもとづいてデューティ比が決定されるため、トランジスタＴｒ６のオン期間は、時間とともに徐々に長くなっていく。次いで、期間φ２は、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅにもとづいてデューティ比が制御され、モータのトルクが調節される。次いで、期間φ３は、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２にもとづいてデューティ比が決定され、トランジスタＴｒ６のオン期間は、時間とともに徐々に短くなっていく。

図４の期間φ１に着目する。この期間φ１においては、Ｕ相のコイル５０ａに接続されるハイサイド側のトランジスタＴｒ１が、パルス信号Ｖｐｕｌｓｅにもとづき、パルス駆動される。トランジスタＴｒ１を介して、Ｕ相のコイル５０ａに流れた電流は、Ｖ相、Ｗ相のコイル５０ｂ、５０ｃに流れ込む。期間φ１において、Ｖ相のコイル５０ｂに接続されるローサイド側のトランジスタＴｒ４は、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２にもとづいて駆動され、Ｗ相のコイル５０ｃに接続されるローサイド側のトランジスタＴｒ６は、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１にもとづいて駆動される。

最後に、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００のアプリケーションについて説明する。図５は、図１のモータ駆動回路１００を搭載したディスク装置２００の構成を示すブロック図である。ディスク装置２００は、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクに対して記録、再生処理を行うユニットであり、ＣＤプレイヤやＤＶＤプレイヤ、パーソナルコンピュータなどの電子機器に搭載される。ディスク装置２００は、ピックアップ２１０、信号処理部２１２、ディスク２１４、モータ５０、モータ駆動回路１００を含む。

ピックアップ２１０は、ディスク２１４にレーザを照射して所望のデータを書き込み、あるいは、反射した光を読み込むことによりディスク２１４に書き込まれたデータを読み出す。信号処理部２１２は、ピックアップ２１０により読み書きするデータに対して増幅処理、Ａ／Ｄ変換あるいはＤ／Ａ変換など必要な信号処理を行う。モータ５０は、ディスク２１４を回転させるために設けられてスピンドルモータである。図５に示すようなディスク装置２００は、特に小型化が要求されるため、モータ５０としてホール素子などを用いないセンサレスタイプが用いられる。本実施の形態に係るモータ駆動回路１００は、このようなセンサレスのスピンドルモータを安定に駆動するために好適に用いることができる。

本実施の形態に係るモータ駆動回路１００によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施の形態に係るモータ駆動回路１００では、傾斜信号生成回路３０によって、ＦＧ信号ＳｉｇＦＧにもとづいて、第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２を生成する。その結果、モータの回転数が変化した場合に、回転数の変化に応じて、傾斜信号のパルス幅が変化するため、幅広い回転数範囲で、コイルに流れる電流を緩やかに変化させることができる。

実施の形態に係るモータ駆動回路１００では、あるコイルへの通電を制御するトランジスタを、はじめに第１傾斜信号Ｓｓｌｐ１にもとづき、次いでトルクを決定するパルス信号Ｖｐｕｌｓｅにもとづき、次いで、第２傾斜信号Ｓｓｌｐ２にもとづいてオンオフする。その結果、このトランジスタのオン時間は、緩やかに増減することになり、コイルに流れる電流を、緩やかに変化させることができる。さらに、モータから発せられる騒音や、逆起ノイズを低減することができる。

実施の形態に係るモータ駆動回路１００では、選択されたコイルの一端に接続されるトランジスタの制御端子にパルス信号Ｖｐｕｌｓｅに応じた信号を与え、同時に、選択されたコイルの他端側に別のコイルを介して接続されるトランジスタの制御端子に、傾斜信号に応じた信号を与える。さらに、１８０度通電を行う実施の形態では、他端側の２つのコイルが通電され、２つのコイルに接続される２つのトランジスタのうち、一方は、第１傾斜信号により、他方は、第２傾斜信号により制御される。その結果、１：２通電を好適に実現することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この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例が可能なこと、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。

実施の形態では、３相モータを駆動する場合について説明したが、本発明は３相以外のセンサレスモータの駆動にも好適に用いることができる。また、通電方式は、１８０度通電に限定されるものではなく、１２０度通電などにも適用することができる。

実施の形態で説明した信号のハイレベル、ローレベルのロジックの設定は一例であって、論理回路ブロックの構成には様々な変形例が考えられ、こうした変形例も本発明の範囲に含まれる。

実施の形態では、モータ駆動回路１００が一体集積化される場合について説明したがこれには限定されず、たとえば、パワートランジスタ回路１８を構成するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６や、変換抵抗Ｒ１は、モータ駆動回路１００の外部にディスクリート素子やチップ部品として設けられてもよい。

実施の形態では、ＰＦＭ制御によってパワートランジスタ回路１８のトランジスタのオン時間を制御したが、これには限定されず、ＰＷＭ制御を行ってもよい。

実施の形態に係るモータ駆動回路の構成を示す回路図である。 傾斜信号生成回路の構成例を示すブロック図である。 傾斜信号生成回路において、傾斜信号が生成される様子を示す図である。 １８０度通電を行う場合の、各トランジスタの制御シーケンスを示すタイムチャートである。 図１のモータ駆動回路を搭載したディスク装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ モータ駆動回路、 １０ 通電信号生成回路、 １２ 周波数発生回路、 １４ 出力回路、 ２０ パルス信号生成回路、 ２２ 電流電圧変換部、 ２４ パルス変調コンパレータ、 ２６ オフ時間設定部、 ３０ 傾斜信号生成回路、 ４０ 傾斜設定部、 ４６ 傾斜信号出力部、 ５０ モータ、 ２００ ディスク装置、 ２１４ ディスク。

Claims (8)

1. 多相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動回路であって、
   前記多相モータの各相のコイルに発生する逆起電圧を前記各相の中点電圧とそれぞれ比較し、通電信号を生成する通電信号生成回路と、
   トルクの指示値に応じてパルス周波数変調されたパルス信号を生成するパルス信号生成回路と、
   前記通電信号を合成して得られる周波数発生信号の周期を複数に分割し、分割した時間単位ごとに、パルス幅が徐々に変化し、かつ前記パルス信号と同じ周波数を有する傾斜信号を生成する傾斜信号生成回路と、
   前記通電信号生成回路により生成された前記通電信号と、前記パルス信号生成回路により生成された前記パルス信号と、前記傾斜信号生成回路により生成された前記傾斜信号と、にもとづき、前記多相モータの各相のコイルに駆動電流を供給する出力回路と、
   を備え、
   前記傾斜信号生成回路は、
   前記周波数発生信号の周期を測定する周期測定部と、
   前記周期測定部により測定された前記周期を複数に分割し、分割した時間単位の経過ごとに、前記傾斜信号のパルス幅を設定する傾斜設定部と、
   前記パルス信号生成回路により生成されるパルス信号のエッジを検出し、検出したエッジから、前記傾斜設定部により設定されたパルス幅の期間、所定レベルとなる前記傾斜信号を出力する傾斜信号出力部と、
   を含むことを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記出力回路は、前記通電信号にもとづき、前記各相のコイルから通電すべきコイルを選択し、選択されたコイルの一端に接続されるトランジスタの制御端子に、ある相において、徐々にパルス幅が大きくなる傾斜信号に応じた信号を与え、次の相において、前記パルス信号に応じた信号を与え、その次の相において、徐々にパルス幅が小さくなる傾斜信号に応じた信号を与え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. 前記出力回路は、前記通電信号にもとづき、前記各相のコイルから通電すべきコイルを選択し、選択されたコイルの一端に接続されるトランジスタの制御端子に前記パルス信号に応じた信号を与えるとともに、前記選択されたコイルの他端側に別のコイルを介して接続されるトランジスタの制御端子に、前記傾斜信号に応じた信号を与えることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記多相モータは３相であって、
   前記出力回路は、１８０度通電により前記多相モータを駆動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回路。
5. 前記出力回路は、
   選択されたコイルの一端に接続されるトランジスタの制御端子に、前記パルス信号に応じた信号を与え、
   前記選択されたコイルの他端側に別のコイルを介して接続される２つのトランジスタのうち、一方のトランジスタの制御端子に、徐々にパルス幅が大きくなる傾斜信号に応じた信号を与え、他方のトランジスタの制御端子に、徐々にパルス幅が小さくなる傾斜信号に応じた信号を与えることを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動回路。
6. 前記パルス信号生成回路は、
   前記多相モータの各相のコイルに流れる駆動電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、
   前記電流電圧変換部から出力される検出電圧を、トルクを指示する制御電圧と比較するパルス変調コンパレータと、
   前記パルス変調コンパレータから出力される比較信号を参照し、前記検出電圧が前記制御電圧に達してから所定のオフ時間の間、前記各相のコイルの不通電状態を指示する第１レベルとなり、それ以外の期間、前記各相のコイルの通電状態を指示する第２レベルとなるパルス信号を生成するオフ時間設定部と、
   を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のモータ駆動回路。
7. 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６のいずれかに記載のモータ駆動回路。
8. ディスクを回転させる多相モータであるスピンドルモータと、
   前記スピンドルモータを駆動する請求項１から７のいずれかに記載のモータ駆動回路と、
   を備えることを特徴とするディスク装置。

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