JP4885549B2 - モータ駆動回路、駆動方法およびそれを用いた冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動技術に関し、特にその起動時の制御に関する。

単相モータや多相モータを所望のトルクで回転させるために、モータのコイルの通電期間をパルス幅変調信号などのパルス信号によって制御する技術が広く用いられる。

停止したモータの駆動を開始する場合に、モータのコイルに対して、目標のトルクに応じたパルス幅を有するスイッチング電圧をいきなり印加すると、モータのコイルに急激に電流が流れることになる。モータの起動時、特にその回転数が０に近い場合、発電機能がないため、コイルに流れる電流は、印加された電圧を、巻き線抵抗で除した値となる。コイルの抵抗値は電力損失を低減するために、非常に低く設計されており、コイル電流が、駆動回路や、コイル自身の定格を超え、回路の信頼性に影響を及ぼす場合がある。

また、コイルで発生する逆起電圧は、コイルに流れる電流の時間変化率に比例する。したがって、上述のように、コイル電流が急激に増加すると、非常に大きな逆起電圧が発生し、駆動回路の定格を超えるおそれもある。

かかる理由から、モータの起動開始直後に、コイルに流れる電流を徐々に増加させるソフトスタート制御が行われる（たとえば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載のソフトスタート制御では、時間に応じて電圧値が緩やかに増大するソフトスタート電圧を生成し、このソフトスタート電圧を、三角波あるいはのこぎり波状の周期電圧と比較し、デューティ比が緩やかに増加するパルス変調信号を生成し、コイルの通電時間をゆるやかに増加させ、ソフトスタートを行っている。

特開平７−９５７９２号公報 特開２００１−４５７９０号公報

本発明は、特許文献１、２に記載されるような技術と同様に、モータの起動時のソフトスタートの実現を課題とするものであり、その目的は、従来とは異なるアプローチによってソフトスタート制御を実現可能なモータ駆動回路の提供にある。

本発明のある態様は、パルス状の駆動信号を生成し、駆動対象のモータのコイルに接続されるスイッチング回路のオンオフを制御することにより、モータの通電時間を制御するモータ駆動回路に関する。このモータ駆動回路は、モータのトルクの目標値に応じてパルス変調された駆動信号を生成し、スイッチング回路に出力する駆動信号生成回路と、モータのコイルに流れる電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路において検出された電流が、所定の電流上限値を超えないように、駆動信号生成回路により生成される駆動信号の論理値を制御する電流制限回路と、を備える。電流制限回路は、モータの起動時において、電流上限値を時間とともに上昇せしめる。

この態様によると、モータのコイルに流れる電流は、電流上限値以下に抑制される。起動時において、電流上限値をゆるやかに上昇させることにより、モータのコイルに流れる電流も電流上限値を上限として緩やかに上昇するため、ソフトスタートを実現することができる。

電流制限回路は、モータの起動期間の経過後、電流上限値を所定の値に固定してもよい。この場合、起動後においても、電流上限値によってモータのコイルに流れる電流が制限されるため、回路保護を図ることができる。

電流検出回路は、スイッチング回路を介してモータのコイルに流れる電流の経路上に設けられ、かつ一端の電位が固定された検出抵抗を含み、検出抵抗に発生する電圧降下を、モータのコイルに流れる電流に応じた検出電圧として出力してもよい。電流制限回路は、検出電圧を電流上限値に応じて設定される上限電圧と比較し、検出電圧が上限電圧を上回らないように駆動信号の論理値を制御し、モータの起動時において、上限電圧を上昇せしめてもよい。

電流制限回路は、検出電圧を上限電圧と比較するコンパレータを含み、検出電圧が上限電圧を上回ったとき、スイッチング回路によるモータへの電流供給が停止するように、駆動信号生成回路により生成される駆動信号の論理値を固定し、その後、所定のタイミングで論理値の固定を解除してもよい。

この場合、コイルに流れる電流が電流上限値に達すると、その後、所定のタイミングで論理値の固定が解除されるまでの期間、モータのコイルへの電流供給が停止するため、コイルに流れる電流が、電流上限値を上回るのを抑制することができる。

電流制限回路は、駆動信号生成回路において生成される駆動信号と同期して所定レベルとなる解除信号を生成する解除信号生成部をさらに含み、解除信号生成部により生成された解除信号が所定レベルとなったことを契機として、駆動信号の論理値の固定を解除してもよい。
モータをスイッチング駆動（パルス駆動）する場合、駆動信号によるスイッチングのタイミングにおいて、モータのコイルに流れる電流に、スパイク状のノイズが発生する場合があり、このノイズによって検出電圧が上限電圧を上回り、過電流状態を誤検出する場合がある。そこで、駆動信号の論理値の固定状態を、駆動信号と同期した解除信号によって解除することにより、ノイズがモータの回転制御に及ぼす影響を低減することができる。

電流制限回路は、検出電圧を所定の周期電圧と比較する第１コンパレータと、上限電圧を周期電圧と比較する第２コンパレータと、第１コンパレータおよび第２コンパレータの出力信号を論理演算により合成した制限パルス信号を生成する合成回路と、を含んでもよい。駆動信号生成回路は、スイッチング回路に出力する駆動信号のデューティ比を、制限パルス信号のデューティ比に応じて制限してもよい。

電流制限回路は、検出電圧を上限電圧と比較し、２つの電圧の誤差を増幅した誤差電圧を出力する誤差増幅器と、誤差増幅器から出力される誤差電圧を、所定の周期電圧と比較して駆動信号のパルス幅の上限値もしくは下限値を規定するパルス幅を有する制限パルス信号を生成する制限コンパレータと、を含んでもよい。駆動信号生成回路は、スイッチング回路に出力する駆動信号のデューティ比を、制限パルス信号のデューティ比に応じて制限してもよい。

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、冷却装置である。この冷却装置は、ファンモータと、ファンモータを駆動する上述のモータ駆動回路と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、上述の冷却装置を備える。この態様によると、電子機器の内部の冷却対象を、温度に応じて好適に冷却することができる。

本発明のさらに別の態様は、パルス状の駆動信号を生成し、駆動対象のモータのコイルに接続されるスイッチング回路のオンオフを制御することにより、モータの通電時間を制御するモータ駆動方法に関する。このモータ駆動方法は、モータのトルクの目標値に応じてパルス変調された駆動信号を生成し、スイッチング回路に出力する駆動信号生成ステップと、モータのコイルに流れる電流を検出する検出ステップと、検出ステップにおいて検出された電流が、モータの起動時において時間とともに上昇する電流上限値を超えないように、駆動信号生成ステップにおいて生成される駆動信号の論理値を制御する電流制限ステップと、を備える。

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

本発明によれば、ソフトスタートを実現することができる。

本発明の実施の形態は、デスクトップ型あるいはノート型のパーソナルコンピュータやワークステーションなどの電子計算機、あるいは冷蔵庫などの電子機器を冷却するための冷却装置に使用されるモータ駆動回路に関する。

図１は、本発明の実施の形態に係る冷却装置２００の構成を示す回路図である。冷却装置２００は、モータ駆動回路１００、スイッチング回路１１０、ファンモータ（以下、単にモータという）１２０を含む。

モータ１２０は、本実施の形態において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。このモータ１２０は、モータ駆動回路１００およびスイッチング回路１１０によって生成されるスイッチング信号Ｖｓｗ１、Ｖｓｗ２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。

スイッチング回路１１０は、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２を含み、いわゆるＨブリッジ回路が構成される。第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１は、電源電圧端子１１２と接地端子ＧＮＤ間に直列に接続され、トランジスタ対（以下、第１トランジスタ対という）を構成する。同様に、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第２ローサイドトランジスタＭＬ２も、トランジスタ対（以下第２トランジスタ対という）を構成する。本実施の形態において、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。また、第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである。

第１トランジスタ対を構成する第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２は、交互に相補的にオンオフする。第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１のオンオフは、各トランジスタのゲートに印加される、第１ハイサイド駆動信号ＳＤＨ１、第１ローサイド駆動信号ＳＤＬ１によって制御される。

第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１の接続点の電圧が、第１スイッチング信号Ｖｓｗ１として、モータ１２０のコイルの一端に印加される。第１ハイサイドトランジスタＭＨ１がオンのとき、第１スイッチング信号Ｖｓｗ１は電源電圧Ｖｄｄとなり、第１ローサイドトランジスタＭＬ１がオンのとき、第１スイッチング信号Ｖｓｗ１は接地電位（０Ｖ）となる。

第２トランジスタ対を構成する第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第２ローサイドトランジスタＭＬ２のオンオフは、各トランジスタのゲートに印加される第２ハイサイド駆動信号ＳＤＨ２、第２ローサイド駆動信号ＳＤＬ２によって制御される。２つのトランジスタの接続点の電圧は、第２スイッチング信号Ｖｓｗ２として、モータ１２０のコイルの他端に印加される。第２スイッチング信号Ｖｓｗ２は、第１スイッチング信号Ｖｓｗ１と逆相となるように制御される。

なお、スイッチング回路１１０を構成する４つのトランジスタは、モータ駆動回路１００に一体集積化して内蔵されてもよい。また、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２のソースと、電源電圧Ｖｄｄを出力する電源（図示せず）には、逆接防止用のダイオードを設けてもよい。

モータ駆動回路１００は、パルス状の駆動信号ＳＤＨ１、ＳＤＨ２、ＳＤＬ１、ＳＤＬ２（以下、必要に応じて駆動信号ＳＤと総称する）を生成し、駆動対象のモータ１２０のコイルに接続されるスイッチング回路１１０の各トランジスタＭＨ１、ＭＨ２、ＭＬ１、ＭＬ２に出力する。スイッチング回路１１０の各トランジスタＭＨ１、ＭＨ２、ＭＬ１、ＭＬ２は、駆動信号ＳＤに応じてオンオフが制御され、モータ１２０のコイルの通電時間が制御される。

モータ駆動回路１００には、モータ１２０のトルクの目標値に応じて設定される回転制御電圧Ｖｃｎｔが外部から入力される。この回転制御電圧Ｖｃｎｔは、モータ駆動回路１００内部において生成してもよい。モータ駆動回路１００は、回転制御電圧Ｖｃｎｔにもとづいて、駆動対象のモータ１２０のコイルの通電時間を規定するパルス変調された駆動信号ＳＤＨ１、ＳＨＬ１、ＳＤＨ２、ＳＤＬ２を生成し、出力段であるスイッチング回路１１０に対して出力する。

図１に示すように、モータ駆動回路１００は、駆動信号生成回路１０、電流検出回路２０、電流制限回路３０を含む。駆動信号生成回路１０および電流制限回路３０は１つの半導体基板上に機能ＩＣ９０として集積化される。

はじめに、図１のモータ駆動回路１００の構成およびその機能の概要について説明する。

駆動信号生成回路１０には、モータのトルクを指示する回転制御電圧Ｖｃｎｔと、図示しないホール素子から出力されるホール信号ＶＨ＋、ＶＨ−が入力される。後述するように、駆動信号生成回路１０は、回転制御電圧Ｖｃｎｔおよびホール信号ＶＨ＋、ＶＨ−にもとづき、目標とするトルクに応じてパルス幅変調された駆動信号ＳＤを生成し、スイッチング回路１１０に出力する。

電流検出回路２０は、モータ１２０のコイルに流れる電流（以下、コイル電流Ｉｃｏｉｌともいう）を検出する。本実施の形態において、電流検出回路２０は、スイッチング回路１１０を介してモータ１２０のコイルに流れる電流Ｉｃｏｉｌの経路上に設けられ、かつ一端の電位が固定された検出抵抗Ｒ１０を含む。電流検出回路２０は、検出抵抗Ｒ１０に発生する電圧降下を、モータ１２０のコイルに流れる電流に応じた検出電圧Ｖｄｅｔとして出力する。検出電圧Ｖｄｅｔは、コイル電流Ｉｃｏｉｌに比例した電圧であって、電流制限回路３０へと出力される。なお、検出抵抗Ｒ１０は、スイッチング回路１１０の接地端子側ではなく、電源電圧端子１１２側に設けてもよい。検出抵抗Ｒ１０における電力消費を低減するため、その抵抗値は数十ｍΩから数百ｍΩ程度とするのが好ましい。

電流制限回路３０は、電流検出回路２０において検出されたコイル電流Ｉｃｏｉｌが、所定の電流上限値Ｉｍａｘを超えないように、駆動信号生成回路１０により生成される駆動信号ＳＤの論理値を制御する。電流制限回路３０は、駆動信号生成回路１０に対して制御信号Ｓ２を出力する。電流制限回路３０は、この制御信号Ｓ２によって、駆動信号ＳＤの論理値を制御する。制御信号Ｓ２および駆動信号生成回路１０内部における信号処理の具体例については後述する。

電流制限回路３０には、モータ１２０の駆動開始（回転）を指示する起動信号Ｓ１が入力されている。電流制限回路３０は、起動信号Ｓ１により起動が指示される起動時において、電流上限値Ｉｍａｘを時間とともに上昇せしめる。その後、モータ１２０の起動期間の経過後、電流制限回路３０は、電流上限値Ｉｍａｘを所定の値に固定する。

図２（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００の動作状態を示すタイムチャートである。図２（ａ）、（ｂ）を含む本明細書に示すタイムチャートは、説明を簡略化し、または理解を容易にするために、縦軸、横軸を適宜拡大、縮小して示すものとする。

図２（ａ）に示すように、時刻ｔ０に、起動信号Ｓ１がハイレベルとなり、モータ１２０の起動が指示される。起動信号Ｓ１がハイレベルとなると、駆動信号生成回路１０は、トルクの目標値に対応したパルス幅を有するパルス信号を生成して、駆動信号ＳＤとしてスイッチング回路１１０へと出力する。

時刻ｔ０に、起動信号Ｓ１がハイレベルとなると、電流制限回路３０は、図２（ｂ）に示すように、電流上限値Ｉｍａｘを時間とともに上昇させ、ある値に達すると、所定の値に固定する。

電流制限回路３０によるコイル電流の制限を行わない場合、停止したモータの駆動を開始する際に、モータのコイルに対して、トルクの目標値に応じたパルス幅を有するスイッチング電圧Ｖｓｗ１、Ｖｓｗ２をいきなり印加すると、モータに流れるコイル電流は、図２（ｂ）に破線で示すように急激に上昇しようとする。

電流制限回路３０は、急激に上昇するコイル電流Ｉｃｏｉｌが電流上限値Ｉｍａｘを超えないように、駆動信号ＳＤの論理値を制御する。上述のように、電流上限値Ｉｍａｘは時刻ｔ０以降、時間とともにゆるやかに上昇するように制御される。その結果、実際にモータ１２０のコイルに流れる電流Ｉｃｏｉｌは、図２（ｂ）に実線で示すように、電流上限値Ｉｍａｘの上昇とともに、緩やかに上昇することになる。

その後、時刻ｔ１に、モータ１２０のコイル電流Ｉｃｏｉｌが、トルクの目標値に対応した電流値に達すると、コイル電流Ｉｃｏｉｌの上昇は停止する。時刻ｔ１以降も、電流上限値Ｉｍａｘは徐々に上昇し、時刻ｔ２に所定の値に達し、その後一定値に固定される。もし、時刻ｔ２以降、何らかの異常によって、コイル電流Ｉｃｏｉｌが上昇した場合においても、コイル電流Ｉｃｏｉｌは、所定値以下に制限され、回路保護が実現される。

このように構成されたモータ駆動回路１００によれば、モータ１２０のコイルに流れるコイル電流Ｉｃｏｉｌは、電流上限値Ｉｍａｘ以下に抑制される。起動時において、電流上限値Ｉｍａｘをゆるやかに上昇させることにより、モータのコイル電流Ｉｃｏｉｌも電流上限値Ｉｍａｘを上限として緩やかに上昇するため、ソフトスタートを実現することができる。

次に、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００の各回路ブロックの構成例について詳細に説明する。
図３は、図１のモータ駆動回路１００の構成例の詳細な回路図である。以降の図１において、同一または同等の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

駆動信号生成回路１０は、コンパレータ１２、ロジック回路１４、パルス幅変調器４０を含む。コンパレータ１２は、図示しないホール素子から出力されるホール信号ＶＨ＋、ＶＨ−の電位を比較し、モータ１２０のロータおよびステータの位置関係（相）に応じてハイレベル、ローレベルが変化する周波数発生信号（以下ＦＧ信号という）を生成する。

ロジック回路１４は、コンパレータ１２から出力されるＦＧ信号にもとづき、駆動信号ＳＤＨ１、ＳＤＨ２、ＳＤＬ１、ＳＤＬ２を生成する。本実施の形態において、モータ駆動回路１００は、モータ１２０をパルス幅変調方式によって通電期間の制御を行う。このパルス幅変調方式によるモータ駆動制御に際し、本実施の形態では、ローサイドトランジスタＭＬ１、ＭＬ２のオンオフはモータ１２０の相切り替えに応じて交互にオンオフし、ハイサイドトランジスタＭＨ１、ＭＨ２を、パルス幅変調された信号にもとづいてスイッチング制御するものとする。もっとも、本発明はこれに限定されるものではなく、ローサイドトランジスタをパルス幅変調した信号により駆動してもよいし、ハイサイド、ローサイド両側のトランジスタをパルス幅変調した信号によって駆動してもよい。

たとえば、ロジック回路１４はＦＧ信号がハイレベルのとき、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２がオンし、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第１ローサイドトランジスタＭＬ１がオフするように、駆動信号ＳＤを生成する。ここで、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１が同時に、あるいは第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第２ローサイドトランジスタＭＬ２が同時にオンしないように、信号レベルの遷移に遅延を与え、デッドタイムを設けるのが望ましい。

ロジック回路１４から出力される駆動信号ＳＤＬ１、ＳＤＬ２は、それぞれローサイド側の第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２に出力される。その結果、第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２は、ＦＧ信号のハイレベル、ローレベルに応じて交互にオンオフを繰り返す。

一方、ロジック回路１４から出力される駆動信号ＳＤＨ１、ＳＤＨ２は、パルス幅変調器４０へと出力される。パルス幅変調器４０は、モータ１２０のトルクの目標値に応じたパルス幅を有するパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号という）Ｖｐｗｍを生成し、駆動信号ＳＤＨ１、ＳＤＨ２と論理演算により合成する。

パルス幅変調器４０は、ＰＷＭコンパレータ４２、オシレータ４４、合成部４６を含む。オシレータ４４は、所定の周波数を有する三角波状あるいはのこぎり波状の周期電圧Ｖｏｓｃを生成する。ＰＷＭコンパレータ４２は、回転制御電圧Ｖｃｎｔを、周期電圧Ｖｏｓｃと比較することによりＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを生成する。ＰＷＭコンパレータ４２の非反転入力端子には回転制御電圧Ｖｃｎｔが入力され、反転入力端子には周期電圧Ｖｏｓｃが入力される。その結果、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍは、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のハイレベルの時間は、モータの通電時間に相当し、制御電圧Ｖｃｎｔが高くなるほど長くなる。合成部４６は、ロジック回路１４により生成された駆動信号ＳＤＨ１、ＳＤＨ２と、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを論理演算により合成し、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２へと出力する。合成部４６から出力される駆動信号ＳＤＨ１、ＳＤＨ２は、トルクに応じてパルス幅が変化するパルス幅変調された信号となる。

次に、電流制限回路３０の構成について説明する。電流制限回路３０は、時定数回路３２、コンパレータ３４を含む。
時定数回路３２は、モータ１２０の起動時に、起動信号Ｓ１がハイレベルとなったことを契機として、電圧値が時間とともに上昇するソフトスタート電圧を生成する。このソフトスタート電圧は、電流制限回路３０による電流上限値Ｉｍａｘに応じて設定される上限電圧Ｖｍａｘに相当する。

時定数回路３２は、キャパシタを定電流で充電するタイプや、ランプ波形のデジタル信号やカウンタ回路の出力信号をデジタルアナログ変換するタイプなど、さまざまな構成のものを利用することができ、特にその回路構成が限定されるものはない。

電流制限回路３０は、電流検出回路２０から出力される検出電圧Ｖｄｅｔを電流上限値Ｉｍａｘに応じて設定される上限電圧Ｖｍａｘと比較し、検出電圧Ｖｄｅｔが上限電圧Ｖｍａｘを上回らないように駆動信号ＳＤＨ１、ＳＤＨ２を調節する。コンパレータ３４は、検出電圧Ｖｄｅｔと、時定数回路３２から出力される上限電圧Ｖｍａｘを比較する。コンパレータ３４の出力信号は、Ｖｄｅｔ＞Ｖｍａｘのときハイレベル、Ｖｄｅｔ＜Ｖｍａｘのときローレベルとなる。コンパレータ３４の出力信号（以下、比較信号Ｓ３という）は、駆動信号生成回路１０へと出力される。比較信号Ｓ３および後述の解除信号Ｓ４は、図１の制御信号Ｓ２に相当する。

電流制限回路３０は、比較信号Ｓ３がハイレベルとなると、スイッチング回路１１０によるモータ１２０への電流供給が停止するように、駆動信号生成回路１０により生成される駆動信号ＳＤの論理値を固定し、その後、所定のタイミングで論理値の固定を解除する。

本実施の形態において、比較信号Ｓ３がハイレベルとなると、電流制限回路３０は、第１ハイサイド駆動信号ＳＤＨ１、第２ハイサイド駆動信号ＳＤＨ２の論理値を固定し、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２を強制的にオフしてモータ１２０へ電流供給を停止する。具体的には、比較信号Ｓ３が入力された合成部４６において、第１ハイサイド駆動信号ＳＤＨ１、第２ハイサイド駆動信号ＳＤＨ２の論理値を固定する。

もっとも、本発明はこれに限定されるものではなく、第１ローサイド駆動信号ＳＤＬ１、第２ローサイド駆動信号ＳＤＬ２の論理値を固定して第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２をオフしてもよいし、駆動信号ＳＤすべての論理値を固定して、スイッチング回路１１０を構成するすべてのトランジスタをオフしてもよい。

その後、合成部４６は、所定のタイミングで第１ハイサイド駆動信号ＳＤＨ１、第２ハイサイド駆動信号ＳＤＨ２の論理値の固定を解除する。本実施の形態において、論理値の固定解除は、解除信号生成部３６によって生成される解除信号Ｓ４にもとづいて行われる。

電流制限回路３０の解除信号生成部３６により生成される解除信号Ｓ４は、一定周期毎に所定レベル（本実施の形態においてはハイレベル）となるように構成するのが望ましい。合成部４６は、解除信号Ｓ４を参照し、ハイレベルとなるごとに、第１ハイサイド駆動信号ＳＤＨ１、第２ハイサイド駆動信号ＳＤＨ２の論理値の固定を解除する。このような制御は、ラッチ回路やフリップフロップに、比較信号Ｓ３および解除信号Ｓ４を入力することにより容易に実現することができる。

ここで、解除信号生成部３６は、駆動信号生成回路１０において生成される駆動信号ＳＤと同期して、解除信号Ｓ４を生成するのが好ましい。たとえば、解除信号生成部３６は、オシレータ４４により生成される周期電圧Ｖｏｓｃのピーク電圧あるいはボトム電圧ごとにハイレベルとなるように解除信号Ｓ４を生成してもよい。

モータ駆動回路１００を、図３のように構成することにより、コイル電流Ｉｃｏｉｌが電流上限値Ｉｍａｘに達すると、その後、所定のタイミングで論理値の固定が解除されるまでの期間、スイッチング回路１１０のトランジスタがオフし、モータ１２０のコイルへの電流供給が停止するため、コイル電流Ｉｃｏｉｌが、電流上限値Ｉｍａｘｓを超えて増加するのを抑制することができる。

なお、論理値の固定解除のタイミングは、比較信号Ｓ３がハイレベルとなってから、予め定めた所定時間が経過した後に行ってもよい。この場合、比較信号Ｓ３に応じて時間測定を行うタイマ回路や、ワンショット回路を用いればよい。

図３のモータ駆動回路１００によれば、時定数回路３２によって上限電圧Ｖｍａｘが徐々に上昇する結果、電流上限値Ｉｍａｘも時間とともに上昇する。その結果、図２（ａ）、（ｂ）で説明したソフトスタート動作を好適に実現することができる。

また、モータ１２０をパルス駆動（ＰＷＭ駆動）する場合、駆動信号ＳＤによるトランジスタのスイッチングのタイミングにおいて、モータ１２０のコイルに流れる電流に、スパイク状のノイズが発生する場合があり、このノイズによって検出電圧Ｖｄｅｔが上限電圧Ｖｍａｘを上回り、過電流状態を誤検出する場合がある。本実施の形態に係るモータ駆動回路１００では、過電流状態において一端固定した駆動信号ＳＤの論理値を、駆動信号ＳＤと同期した解除信号Ｓ４によって解除することにより、スパイク状のノイズがモータ１２０の回転制御に及ぼす影響を低減することができる。

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。

また、実施の形態では、モータ駆動回路１００のうち、駆動信号生成回路１０、電流制限回路３０をひとつのＬＳＩに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、さらに電流検出回路２０を含んで構成されてもよく、あるいは、スイッチング回路１１０を構成するトランジスタが一体集積化されてもよい。たとえば、スイッチング回路１１０は、ディスクリートのパワートランジスタを用いて構成してもよいし、モータ駆動回路１００に内蔵されてもよい。逆に、機能ＩＣ９０の一部の構成要素が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。

また、実施の形態において使用されるトランジスタは、バイポーラトランジスタとＦＥＴを相互に置換してもよいし、Ｐチャンネル、Ｎチャンネルトランジスタを置換して構成してもよい。

実施の形態では、パルス変調として、パルス幅を制御するパルス幅変調を例として説明したが、本発明は、パルス周波数変調（ＰＦＭ）などの他のパルス変調を行うモータ駆動回路にも適用することができる。

実施の形態においては、単相モータを駆動する場合について説明したが、本発明はこれには限定されない。すなわち、３相モータなどを駆動するモータ駆動回路においても適用することができる。

実施の形態において、モータ駆動回路１００は、ファンモータを駆動する場合について説明したが、本発明に係るモータ駆動回路の駆動対象となるモータは、ファンモータに限定されるものではなく、その他の単相、多相モータに幅広く適用することができる。

実施の形態で説明した回路において、信号のハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。また、これに応じて、ＡＮＤゲートやＯＲゲートを置換することは、当業者に容易に想到することができるものである。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動回路を利用した冷却装置の構成を示す回路図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、図１のモータ駆動回路の動作状態を示すタイムチャートである。 図１のモータ駆動回路の構成例の回路図である。

符号の説明

９０ 機能ＩＣ、 １００ モータ駆動回路、 １１０ スイッチング回路、 １１２ 電源電圧端子、 １２０ モータ、 ２００ 冷却装置、 １０ 駆動信号生成回路、 １２ コンパレータ、 １４ ロジック回路、 ２０ 電流検出回路、 Ｒ１０ 検出抵抗、 ３０ 電流制限回路、 ３２ 時定数回路、 ３４ コンパレータ、 ３６ 解除信号生成部、 ４０ パルス幅変調器、 ４２ ＰＷＭコンパレータ、 ４４ オシレータ、 ４６ 合成部、 ＳＤＨ１ 第１ハイサイド駆動信号、 ＳＤＨ２ 第２ハイサイド駆動信号、 ＳＤＬ１ 第１ローサイド駆動信号、 ＳＤＬ２ 第２ローサイド駆動信号、 ＭＨ１ 第１ハイサイドトランジスタ、 ＭＬ１ 第１ローサイドトランジスタ、 ＭＨ２ 第２ハイサイドトランジスタ、 ＭＬ２ 第２ローサイドトランジスタ、 Ｖｓｗ１ 第１スイッチング信号、 Ｖｓｗ２ 第２スイッチング信号。

Claims (6)

1. パルス状の駆動信号を生成し、駆動対象のモータのコイルに接続されるスイッチング回路のオンオフを制御することにより、前記モータの通電時間を制御するモータ駆動回路であって、
   前記モータのトルクの目標値に応じてパルス幅変調された所定の周波数のパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、
   前記モータのコイルに流れる電流を検出する電流検出回路と、
   前記電流検出回路において検出された電流が、前記モータの起動時において時間とともに上昇する電流上限値に達すると所定レベルとなる比較信号を生成するコンパレータと、
   前記所定の周波数を有し、前記パルス幅変調信号と同期して所定レベルとなる解除信号を生成する解除信号生成部と、
   前記パルス幅変調信号と、前記比較信号と、前記解除信号と、にもとづき前記駆動信号を生成する合成部であって、（１）前記比較信号が前記所定レベルと異なるレベルをとるとき、前記駆動信号の論理値を、前記パルス幅変調信号に応じた論理値とし、（２）前記比較信号が前記所定レベルに遷移すると、次に前記解除信号が前記所定レベルに遷移するまでの間、前記パルス幅変調信号の論理値に関わらず前記駆動信号の論理値を前記スイッチング回路のオフに対応する値に固定し、前記解除信号が前記所定レベルに遷移すると、前記駆動信号の論理値の固定を解除して前記駆動信号の論理値を前記パルス幅変調信号に応じた論理値とする合成部と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記モータの起動期間の経過後、前記電流上限値を所定の値に固定す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. 前記電流検出回路は、前記スイッチング回路を介して前記モータのコイルに流れる電流の経路上に設けられ、かつ一端の電位が固定された検出抵抗を含み、前記検出抵抗に発生する電圧降下を、前記モータのコイルに流れる電流に応じた検出電圧として出力し、
   前記コンパレータは、前記検出電圧を前記電流上限値に応じて設定される上限電圧と比較す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. 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３のいずれかに記載のモータ駆動回路。
5. ファンモータと、
   前記ファンモータを駆動する請求項１から４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冷却装置。
6. パルス状の駆動信号を生成し、駆動対象のモータのコイルに接続されるスイッチング回路のオンオフを制御することにより、モータの通電時間を制御するモータ駆動方法であって、
   前記モータのトルクの目標値に応じてパルス幅変調された所定の周波数のパルス幅変調信号を生成するステップと、
   前記モータのコイルに流れる電流を検出するステップと、
   検出された前記コイルに流れる電流が、モータの起動時において、時間とともに上昇する電流上限値に達すると所定レベルとなる比較信号を生成するステップと、
   前記所定の周波数を有し、前記パルス幅変調信号と同期して所定レベルとなる解除信号を生成するステップと、
   前記パルス幅変調信号と、前記比較信号と、前記解除信号と、にもとづき前記駆動信号を生成するステップであって、（１）前記比較信号が前記所定レベルと異なるレベルをとるとき、前記駆動信号の論理値を、前記パルス幅変調信号に応じた論理値とし、（２）前記比較信号が前記所定レベルに遷移すると、次に前記解除信号が前記所定レベルに遷移するまでの間、前記パルス幅変調信号の論理値に関わらず前記駆動信号の論理値を前記スイッチング回路のオフに対応する値に固定し、前記解除信号が前記所定レベルに遷移すると、前記駆動信号の論理値の固定を解除して前記駆動信号の論理値を前記パルス幅変調信号に応じた論理値とするステップと、
   を備えることを特徴とするモータ駆動方法。

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