JP5250747B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。

プリンタのキャリッジの位置決め等、様々な電子機器の制御にステッピングモータが用いられている。図６は、２相のステッピングモータを駆動する一般的なモータ駆動装置の一例を示す図である。Ａ相の磁界を形成するコイルＬ１，Ｌ２及びＢ相の磁界を形成するコイルＬ３，Ｌ４によりモータＭが構成され、モータＭの駆動を制御するためにモータ駆動装置１００が設けられている。モータ駆動装置１００は、コイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流を制御するスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４のオンオフを制御する出力制御部１０２、コイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流を検出する抵抗Ｒ１，Ｒ２、及びコイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流が所定の電流に達したかどうかを検出する電流検出部１０４を含んで構成されている。

例えば、出力制御部１０２は、スイッチング素子Ｆ１をオンにすることにより、モータコイルＬ１に電流を流す。コイルＬ１に流れる電流が時間の経過とともに増加し、抵抗Ｒ１の一端に現れる電流検出電圧も上昇していく。そして、電流検出電圧が所定の基準電圧Ｖ_REF1より高くなったことが電流検出部１０４によって検出されると、出力制御部１０２はコイルＬ１に流れる電流が所定の電流に達したと判断し、スイッチング素子Ｆ１をオフにする。その後も、出力制御部１０２はスイッチング素子Ｆ１のオンオフを繰り返す。また、その他のスイッチング素子Ｆ２〜Ｆ４についても同様に制御される。すなわち、モータ駆動装置１００では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、コイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流量の調整が行われている。

ところで、モータＭにおいては、Ａ相のコイルＬ１，Ｌ２で１組の変圧器構造が形成され、Ｂ相のコイルＬ３，Ｌ４で１組の変圧器構造が形成されている。したがって、例えば、スイッチング素子Ｆ１をオンオフする場合、図７（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｆ１がオンの期間にコイルＬ１に電流が流れてエネルギーが蓄積され、図７（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｆ１がオフになるとコイルＬ１に蓄積されたエネルギーはコイルＬ２に伝達し、スイッチング素子Ｆ２の寄生ダイオードからコイルＬ２の経路で回生電流が流れることによって消費される。すなわち、図８に示すように、スイッチング素子Ｆ１がオンの期間にスイッチング素子Ｆ１を流れる電流Ｉ_Dは増加していき、スイッチング素子Ｆ１がオフになると、電流Ｉ_Dが直ちに低下するとともにスイッチング素子Ｆ１のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSが上昇する。また、スイッチング素子Ｆ２をオンオフする場合は、スイッチング素子Ｆ２がオンの期間にコイルＬ２に蓄積されたエネルギーは、スイッチング素子Ｆ２がオフになるとコイルＬ１に伝達し、スイッチング素子Ｆ１の寄生ダイオードからコイルＬ１の経路で電流が流れることによって消費される。Ｂ相のコイルＬ３，Ｌ４についても同様である。

このように、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４のオンオフに伴って、コイルＬ１，Ｌ２間、及びコイルＬ３，Ｌ４間においてエネルギーの伝達が行われている。そのため、例えば、接続不良等によってコイルＬ２がモータ駆動装置１００から断線されてしまうと、スイッチング素子Ｆ１がオンからオフとなった際に、コイルＬ１に蓄積されたエネルギーがコイルＬ２に伝達されなくなってしまう。この場合、図９に示すように、スイッチング素子Ｆ１がオフになるとスイッチング素子Ｆ１のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSが急激に非常に高いレベルまで上昇し、スイッチング素子Ｆ１がアバランシェ状態となる。そして、コイルＬ１に蓄積されているエネルギーはアバランシェ・エネルギーとしてスイッチング素子Ｆ１に吸収され、スイッチング素子Ｆ１を流れるアバランシェ電流によって緩やかに消費される。このようなアバランシェ状態が発生すると、スイッチング素子Ｆ１のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSが非常に高くなるため、コイルＬ２がモータ駆動装置１００から断線された状態でスイッチング素子Ｆ１のオンオフが繰り返されると、スイッチング素子Ｆ１は接合部の温度が上昇して熱破壊されてしまう恐れがある。

そこで、このようなスイッチング素子の熱破壊を防止する機能を有するモータ駆動装置が用いられることがある（例えば、特開２００７−１２４８４９号公報）。図１０は、スイッチング素子の熱破壊を防止する機能を有するモータ駆動装置の構成例を示す図である。モータ駆動装置１２０は、モータ駆動装置１００の構成に加え、アバランシェ電流の発生有無を検出するための電流検出部１２２をさらに含んでいる。

モータ駆動装置１２０では、電流検出部１２２の検出結果に基づいて、アバランシェ電流が検出された場合はスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４がオフのまま保持されることにより、アバランシェ状態の発生が抑制されている。具体的には、図１１に示すように、例えばコイルＬ２がモータ駆動装置１２０に接続された状態でスイッチング素子Ｆ１がオンオフを繰り返している場合、抵抗Ｒ１の一端に現れる電流検出電圧Ｖ_R1は、スイッチング素子Ｆ１のオンの期間にＶ_REF1まで上昇し、スイッチング素子Ｆ１がオフになると急激に負の電圧となるように変化している。一方、コイルＬ２がモータ駆動装置１２０から断線されてしまうと、スイッチング素子Ｆ１がオフになっても電流検出電圧Ｖ_R1は急激に低下するのではなく、緩やかに低下していくことになる。そこで、モータ駆動装置１２０では、電流検出部１２２において、基準電圧Ｖ_REF1より低い基準電圧Ｖ_REF2と電流検出電圧Ｖ_R1とが比較されている。そして、出力制御部１０２は、電流検出部１２２での検出結果に基づいて、スイッチング素子Ｆ１がオフとなってから所定時間後に電流検出電圧Ｖ_R1が基準電圧Ｖ_REF2より高くなっている場合には、アバランシェ電流が発生していると判断し、スイッチング素子をオフのままに保持している。スイッチング素子Ｆ２〜Ｆ４をオンオフする場合にも同様の動作によってアバランシェ電流の検出が行われる。

このように、モータ駆動装置１２０ではアバランシェ電流によってコイルＬ１〜Ｌ４がモータ駆動装置１２０から断線されていないかどうかを検出している。ところが、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４がオンからオフになった後のスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４を流れる電流の変化はモータの仕様によって異なるため、コイルＬ１〜Ｌ４がモータ駆動装置１２０に正常に接続されている場合であっても、コイルＬ１〜Ｌ４がモータ駆動装置１２０から断線されていると誤検知してしまうおそれがある。例えば、ハイブリッドモータとＰＭ（Permanent Magnet）モータとでは、製品の特性バラツキ等により、ＰＭモータの方がコイルＬ１，Ｌ２間及びコイルＬ３，Ｌ４間の結合が悪くなることがある。そのため、ハイブリッドモータの場合であれば、図１２に示すようにスイッチング素子Ｆ１がオンからオフとなるとスイッチング素子Ｆ１を流れる電流Ｉ_Dは急激に低下するのに対して、ＰＭモータの場合であれば、図１３に示すようにスイッチング素子Ｆ１がオフになった後もしばらくの間スイッチング素子Ｆ１に電流Ｉ_Dが流れることがある。したがって、このようなＰＭモータの場合に、スイッチング素子がオフになってから電流が下がりきる前にアバランシェ電流の検出をしてしまうと、コイルの断線を誤検知してしまうことがある。

そこで、スイッチング素子がオフになった後の電流の低下速度が遅いＰＭモータのコイルの断線の誤検知を防ぐためには、スイッチング素子がオンからオフになってからアバランシェ電流を検出するタイミングを遅くする必要がある。しかし、アバランシェ電流の検出タイミングを遅くしてしまうと、コイルが断線している場合のアバランシェ状態の時間が比較的短いハイブリッドモータの場合に、アバランシェ状態を検出することができなくなってしまう。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、モータの仕様によらずスイッチング素子の熱破壊を防止可能なモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のモータ駆動装置は、一端が電源側に接続されるとともに電磁結合された第１及び第２コイルを有するステッピングモータの前記第１コイルの他端と一端が接続され、他端が接地側に接続され、前記第１コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子と、一端が前記第２コイルの他端と接続され、他端が接地側に接続され、接地側から前記第２コイルの向きに通電可能な整流素子と、前記第１コイルに流れる電流を検出可能なコイル電流検出部と、前記整流素子に流れる電流を検出可能な回生電流検出部と、所定間隔で前記スイッチング素子をオンするとともに、前記コイル電流検出部での検出結果に基づいて、前記第１コイルを流れる電流が所定の設定電流に達すると前記スイッチング素子をオフする制御部と、前記スイッチング素子がオンの後にオフとなっている期間に、前記回生電流検出部での検出結果に基づいて、絶対値が所定の設定値より大きい負電流が前記整流素子を流れたかどうかを検出する負電流検出部と、を備え、前記制御部は、前記負電流検出部の検出結果に基づいて、前記負電流が流れていない場合は前記スイッチング素子をオフのまま保持する。

本発明の一実施形態であるモータ駆動装置の構成を示す図である。 コイルが正常に接続されている場合の、モータ駆動装置の動作の概要を示す図である。 スイッチング素子をオンオフしている期間にコイルが断線した場合のモータ駆動装置の動作の一例を示す図である。 スイッチング素子がオンからオフになった際の電圧Ｖ_R1の変化の一例を示す図である。 マイクロステッピング駆動による電流変化の一例を示す図である。 ２相のステッピングモータを駆動する一般的なモータ駆動装置の一例を示す図である。 スイッチング素子の状態に応じた電流経路を示す図である。 コイルが正常に接続されている場合における、スイッチング素子の状態に応じた電流及び電圧の変化の一例を示す図である。 コイルが断線されている場合における、スイッチング素子の状態に応じた電流及び電圧の変化の一例を示す図である。 スイッチング素子の熱破壊を防止する機能を有するモータ駆動装置の構成例を示す図である。 アバランシェ状態を検出する動作の一例を示すタイミングチャートである。 ハイブリッドモータの場合の電流変化の一例を示す図である。 ＰＭモータの場合の電流変化の一例を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態であるモータ駆動装置の構成を示す図である。モータ駆動装置１０は集積化されており、接続端子を介して接続されたモータＭを駆動する。

モータＭは、コイルＬ１〜Ｌ４を含んで構成された２相のユニポーラ型ステッピングモータである。コイルＬ１，Ｌ２は同一の固定子に互いに逆向きに巻かれて電磁結合されており、Ａ相の磁界を形成する。同様に、コイルＬ３，Ｌ４は同一の固定子に互いに逆向きに巻かれて電磁結合されており、Ｂ相の磁界を形成する。コイルＬ１〜Ｌ４は、一端に例えば２４Ｖの電源電圧Ｖ_CCが印加され、他端が接続端子を介してスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４と接続されている。

スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４は、コイルＬ１〜Ｌ４の通電を制御する素子であり、本実施形態ではＮチャネルＭＯＳＦＥＴにより実現されている。また、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４のドレイン・ソース間には、接地側から電源側の向きを順方向とする寄生ダイオードが形成されている。

抵抗Ｒ１は、コイルＬ１，Ｌ２に流れる電流を検出するためのものであり、一端がスイッチング素子Ｆ１，Ｆ２のソースと接続され、他端が接地されている。また、抵抗Ｒ２は、コイルＬ３，Ｌ４に流れる電流を検出するためのものであり、一端がスイッチング素子Ｆ３，Ｆ４のソースと接続され、他端が接地されている。したがって、抵抗Ｒ１，Ｒ２とスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４との接続点には、コイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流に応じた電圧Ｖ_R1，Ｖ_R2（第１検出電圧）が発生することになる。また、接地側からスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４の寄生ダイオードを介して回生電流が流れる場合においては、回生電流に応じた電圧Ｖ_R1，Ｖ_R2（第２検出電圧）が発生する。なお、抵抗Ｒ１，Ｒ２が本発明のコイル電流検出部及び回生電流検出部に相当する。

励磁部１２は、２相励磁や１−２相励磁等の励磁方式に応じてコイルＬ１〜Ｌ４の通電を制御するための励磁信号を出力する。そして、励磁部１２から出力される励磁信号が切り替わる度にモータＭが所定角度で回転していくことになる。なお、励磁部１２には外部のマイコン等からモータＭの回転速度を制御するための信号が入力されており、励磁部１２から出力される励磁信号のパルス幅は回転速度に応じたものとなっている。

電流制御部１４（制御部）は、電圧Ｖ_R1，Ｖ_R2と所定の基準電圧Ｖ_REF1とを比較することにより、コイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流が基準電圧Ｖ_REF1に応じた所定の設定電流となるようスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４のオンオフを制御する。例えば、励磁部１２からの励磁信号に応じてコイルＬ１に電流を流す場合においては、電流制御部１４は、スイッチング素子Ｆ１がオンとなる信号を出力してコイルＬ１に電流を流し、電圧Ｖ_R1が基準電圧Ｖ_REF1に達するとスイッチング素子Ｆ１がオフとなる信号を出力し、スイッチング素子Ｆ１がオフとなった後、所定のタイミングで再びスイッチング素子Ｆ１がオンとなる信号を出力するという処理を繰り返す。なお、スイッチング素子Ｆ１がオンからオフになると、コイルＬ１に蓄積されたエネルギーがコイルＬ２に伝達され、スイッチング素子Ｆ２の寄生ダイオード（整流素子）を介してコイルＬ２に負電流（回生電流）が流れる。なお、負電流の絶対値の最大値は、コイルＬ１に流れる電流の最大値と同程度となる。同様に、スイッチング素子Ｆ２がオンからオフになった場合は、スイッチング素子Ｆ１の寄生ダイオードを介してコイルＬ１に負電流が流れることになる。スイッチング素子Ｆ３，Ｆ４のオンオフについても同様である。このように、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４がＰＷＭ制御されることにより、コイルＬ１〜Ｌ４に流れる電流は基準電圧Ｖ_REF1に応じた所定の設定電流となるように制御される。

基準クロック生成回路１６は、電流制御部１４がスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４をＰＷＭ制御する際にスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４をオンにするタイミングの基準となる所定周波数のクロック信号を生成する。本実施形態では、基準クロック生成回路１６から出力されるクロック信号の立ち下がりのタイミングでスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４がオンされることとする。また、基準クロック生成回路１８は、基準クロック生成回路１６から出力されるクロック信号と立ち下がりのタイミングが同じで、基準クロック生成回路１６から出力されるクロック信号より先に立ち上がるクロック信号を生成する。

比較回路２０〜２３、フリップフロップ（ＦＦ）２６〜３１、立ち下がり遅延回路３４、ＡＮＤ回路３７〜４７、ＮＡＮＤ回路５０〜５３、ＯＲ回路５６，５７、ＥＸＯＲ回路６０，６１、ＮＯＴ回路６４、及び抵抗Ｒ３〜Ｒ６は、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４がオンの後にオフとなっている期間に、絶対値が所定の設定値より大きい負電流がスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４を流れたかどうかを検出する負電流検出部を構成している。所定の設定値より大きい負電流が流れていない場合は、コイルＬ１〜Ｌ４がモータ駆動装置１０に正常に接続されていないと判定され、ＡＮＤ回路４３から出力される信号がＬレベルとなってＡＮＤ回路４４〜４７から出力される信号が全てＬレベルとなり、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４が全てオフに保持される。なお、ＦＦ２６〜３１、立ち下がり遅延回路３４、ＡＮＤ回路３７〜４７、ＮＡＮＤ回路５０〜５３、ＯＲ回路５６，５７、ＥＸＯＲ回路６０，６１、及びＮＯＴ回路６４により構成される回路が本発明の停止信号出力回路に相当する。また、比較回路２０，２１、ＦＦ２６，２７、及びＡＮＤ回路３７〜４０により構成される回路が本発明の設定電流検出回路に相当する。

例えば、スイッチング素子Ｆ１がオンオフされている場合において、スイッチング素子Ｆ１がオンからオフになると、コイルＬ２がモータ駆動装置１０に正常に接続されている場合には、抵抗Ｒ１及びスイッチング素子Ｆ２の寄生ダイオードを介してコイルＬ２に負電流が流れることになる。このとき、電圧Ｖ_R1は負電流の大きさに応じた負電圧となる。比較回路２２は、この電圧Ｖ_R1に基づいて、所定の設定値より大きい負電流が流れたかどうかを示す信号を出力する。具体的には、比較回路２２では、例えば５Ｖの正電圧と電圧Ｖ_R1とを抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧して得られる電圧と、所定の基準電圧Ｖ_REF3＋との比較が行われる。すなわち、抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点に現れる電圧が基準電圧Ｖ_REF3＋より低くなると、所定の設定値より大きい負電流が流れたと判定されることになる。なお、抵抗Ｒ３，Ｒ４は、比較回路２２が正のレベルで電圧比較可能なように、電圧Ｖ_R1が負レベルの基準電圧Ｖ_REF3のときに抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点の電圧がＶ_REF3＋となるよう電圧Ｖ_R1をレベルシフトするレベルシフト回路を構成している。抵抗Ｒ５，Ｒ６についても同様に電圧Ｖ_R2をレベルシフトするレベルシフト回路となっている。また、スイッチング素子Ｆ２〜Ｆ４がオンオフされている場合においても、同様に負電流の検出が行われる。

ここで、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４がオンからオフとなった際に発生する負電流の絶対値の最大値は、コイルＬ１〜Ｌ４に流れる基準電圧Ｖ_REF1に応じた正電流の最大値と同程度となるため、基準電圧Ｖ_REF1が低い場合は負電流の絶対値の最大値も小さくなり、コイルＬ１〜Ｌ４が正常にモータ駆動装置１０に接続されている場合であっても、基準電圧Ｖ_REF3に応じた負電流が発生せず、コイルＬ１〜Ｌ４がモータ駆動装置１０から断線されていると判定される可能性がある。そこで、モータ駆動装置１０では、コイルＬ１〜Ｌ４に流れる正電流の最大値が所定レベルより大きい場合に限り、コイルＬ１〜Ｌ４の断線判定に基づいてスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４をオフとすることとしている。具体的には、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４がオンになっている期間に、基準電圧Ｖ_REF3より絶対値が大きい所定の基準電圧Ｖ_REF2より電圧Ｖ_R1，Ｖ_R2が高くなるかどうかに基づいて、コイルＬ１〜Ｌ４に流れる正電流の最大値が所定レベルより大きいかどうかの判定が行われている。例えば、スイッチング素子Ｆ１をオンオフしている場合において、比較回路２０では、電圧Ｖ_R1と基準電圧Ｖ_REF2との比較が行われる。すなわち、電圧Ｖ_R1が基準電圧Ｖ_REF2より高くなると、コイルＬ１に流れる正電流の最大値が所定レベルより大きくなったと判定される。スイッチング素子Ｆ２〜Ｆ４がオンオフされている場合においても同様である。

図２に示すタイミングチャートを参照して、コイルＬ１〜Ｌ４が正常に接続されている場合の、モータ駆動装置１０の動作の概要を説明する。図２のタイミングチャートでは、コイルＬ１，Ｌ２に流れる電流がＩ_A，Ｉ_ABで表され、スイッチング素子Ｆ１，Ｆ２のゲートに入力される信号がＳ１，Ｓ２で表されている。

図２の例では、まず、コイルＬ１への通電を指示する励磁信号が励磁部１２から出力されていることとしている。したがって、スイッチング素子Ｆ１に出力される信号Ｓ１がＨレベルとなり、電流Ｉ_Aが増加していくとともに電圧Ｖ_R1が上昇していく。そして、電圧Ｖ_R1が基準電圧Ｖ_REF1に達すると、電流制御部１４が信号Ｓ１をＬレベルに変化させ、スイッチング素子Ｆ１がオフになる。スイッチング素子Ｆ１がオフになると、電流Ｉ_Aが急激に減少するとともに、コイルＬ１に蓄積されたエネルギーがコイルＬ２に伝達し、スイッチング素子Ｆ２の寄生ダイオードからコイルＬ２に向かって負の電流Ｉ_ABが流れ、電圧Ｖ_R1も電流Ｉ_ABに応じた負電圧となる。その後、電流制御部１４が、基準クロック生成回路１６から出力されるクロック信号に基づいて信号Ｓ１を再びＨレベルに変化させると、電流Ｉ_Aが増加していく。このように、コイルＬ１への通電を指示する励磁信号が出力されている期間においては、コイルＬ１を流れる電流の最大値が基準電圧Ｖ_REF1に応じた所定の設定電流となるようスイッチング素子Ｆ１がＰＷＭ制御される。

また、図２の例では、コイルＬ１の次にコイルＬ２への通電を指示する励磁信号が励磁部１２から出力されていることとしている。コイルＬ２への通電を指示する励磁信号が出力されている期間においても、コイルＬ１の場合と同様に、コイルＬ２を流れる電流の最大値が基準電圧Ｖ_REF1に応じた所定の設定電流となるようスイッチング素子Ｆ２がＰＷＭ制御される。なお、スイッチング素子Ｆ２がＰＷＭ制御されている場合、スイッチング素子Ｆ２がオンからオフになると、スイッチング素子Ｆ１の寄生ダイオードからコイルＬ１に向かって負の電流Ｉ_Aが流れ、電圧Ｖ_R1が電流Ｉ_Aに応じた負電圧となる。

図３に示すタイミングチャートを参照して、スイッチング素子Ｆ１をオンオフしている期間にコイルＬ２が断線した場合のモータ駆動装置１０の動作の一例について説明する。まず、初期状態としてはコイルＬ２がモータ駆動装置１０に正常に接続されていることとする。なお、前述したように、基準クロック生成回路１６からはＰＷＭ制御の基準となる所定周波数のクロック信号（１）が出力されており、基準クロック生成回路１８からはクロック信号（１）と立ち下がりのタイミングが同じで、クロック信号（１）よりも先に立ち上がるクロック信号（２）が出力されている。コイルＬ１への通電を指示する励磁信号が励磁部１２から出力されると、電流制御部１４から出力される信号（３）がＨレベルとなり、スイッチング素子Ｆ１がオンとなる。スイッチング素子Ｆ１がオンになると電圧Ｖ_R1が上昇していき、基準電圧Ｖ_REF1に達すると電流制御部１４から出力される信号（３）がＬレベルとなる。信号（３）がＬレベルになるとスイッチング素子Ｆ１がオフとなる。コイルＬ２が正常に接続されている状態では、スイッチング素子Ｆ２の寄生ダイオードを介して負電流が流れ、基準電圧Ｖ_REF1と同程度の絶対値の負電圧まで電圧Ｖ_R1が低下する。なお、図３の例においては、基準電圧Ｖ_REF1は基準電圧Ｖ_REF2より高く、コイルＬ２が正常に接続されている場合に生じる負レベルの電圧Ｖ_R1は基準電圧Ｖ_REF3より低くなっている。

ＮＡＮＤ回路５０には、励磁部１２から出力されるコイルＬ１への通電を制御するためのＨレベルの信号と、電流制御部１４から出力される信号（３）とが入力されているため、ＮＡＮＤ回路５０から出力される信号（４）は信号（３）の反転信号となっている。また、基準電圧Ｖ_REF1が基準電圧Ｖ_REF2より高いため、比較回路２０から出力される信号は電圧Ｖ_R1が基準電圧Ｖ_REF2より高くなっている期間Ｈレベルとなっている。そして、比較回路２２から出力される信号（６）は、電圧Ｖ_R1が基準電圧Ｖ_REF3より低い期間Ｈレベルとなる。したがって、スイッチング素子Ｆ１がオフの期間に信号（６）がＨレベルとなる期間が生じていれば、コイルＬ２が正常に接続されており、スイッチング素子Ｆ２の寄生ダイオードを介して流れる負電流によってコイルＬ１に蓄積されたエネルギーが消費されていることとなる。なお、スイッチング素子Ｆ１の応答遅延により、信号（３）の立ち下がりから遅延時間Ｔｄ後に信号（６）が変化している。

ＡＮＤ回路３７には、クロック信号（１）と比較回路２０から出力される信号（５）とが入力されている。したがって、ＡＮＤ回路３７から出力される信号（７）は、クロック信号（１）が立ち上がってから電圧Ｖ_R1が基準電圧Ｖ_REF2より高くなっている期間Ｈレベルとなる。そして、ＦＦ２６のクロック入力端子Ｃに信号（７）が入力され、ＦＦ２６のリセット端子Ｒにクロック信号（２）が入力されている。したがって、ＦＦ２６の出力端子Ｑから出力される信号（８）は、クロック信号（２）の立ち下がりでＬレベルにリセットされた後、信号（７）の立ち上がりでＨレベルとなる。すなわち、信号（８）は、基準電圧Ｖ_REF1が基準電圧Ｖ_REF2より高い場合に、クロック信号（１）の立ち上がりから立ち下がりまでの期間Ｈレベルとなる。

ＡＮＤ回路３９には、ＯＲ回路５６から出力される信号（４）と、ＦＦ２６から出力される信号（８）とが入力されている。信号（４）はスイッチング素子Ｆ１がオフの期間にＨレベルとなるため、ＡＮＤ回路３９から出力される信号（９）は、基準電圧Ｖ_REF1が基準電圧Ｖ_REF2より高い状態でスイッチング素子Ｆ１がＰＷＭ制御されている状態におけるスイッチング素子Ｆ１がオフの期間にＨレベルとなる。

立ち下がり遅延回路３４から出力される信号（１０）は、ＡＮＤ回路３９から出力される信号の立ち下がりを微小時間遅延させた信号となっている。そして、ＦＦ２８のクロック入力端子Ｃに比較回路２２から出力される信号（６）が入力され、ＦＦ２８のリセット端子Ｒに立ち下がり遅延回路３４から出力される信号（１０）が入力されている。したがって、ＦＦ２８の出力端子Ｑから出力される信号（１１）は、スイッチング素子Ｆ１がオフの期間に電圧Ｖ_R1が基準電圧Ｖ_REF3より低くなるとＨレベルとなり、次にスイッチング素子Ｆ１がオンになってから微小時間後にＬレベルとなる。すなわち、信号（１１）は、スイッチング素子Ｆ１がオンの後にオフとなっている期間に正常な回生電流が発生したかどうかを示すものとなっている。

ＥＸＯＲ回路６０には、ＦＦ２８から出力される信号（１１）と立ち下がり遅延回路３４から出力される信号（１０）とが入力されている。したがって、コイルＬ２が正常に接続されている場合、ＥＸＯＲ回路６０から出力される信号（１２）は、信号（１０）が立ち上がってから信号（１１）が立ち上がるまでの微小な遅延時間Ｔｄの期間だけＨレベルとなる。

ＡＮＤ回路４１には、クロック信号（２）をＮＯＴ回路６４で反転して得られる信号（１３）と、ＥＸＯＲ回路６０から出力される信号（１２）とが入力されている。コイルＬ２が正常に接続されている場合、信号（１２）がＨレベルとなる期間は微小な時間Ｔｄのみであり、信号（１３）がＨレベルの期間とは重ならず、信号（１４）はＬレベルのまま維持される。

ＦＦ３０は初期状態としてリセットされており、反転出力端子／Ｑから出力される信号（１５）はＨレベルとなっている。コイルＬ２が正常に接続されている場合は、クロック入力端子Ｃに入力される信号（１４）がＬレベルのままであるため、信号（１５）はＨレベルのまま維持される。したがって、ＡＮＤ回路４４から出力される信号は電流制御部１４から出力される信号（３）に応じて変化し、スイッチング素子Ｆ１がクロック信号（２）に基づいてオンオフされることになる。

その後、図３に示すように、スイッチング素子Ｆ１がオンオフされている途中でコイルＬ２がモータ駆動装置１０から断線したとする。コイルＬ２が断線すると、スイッチング素子Ｆ１がオンからオフになっても回生電流が発生せず、スイッチング素子Ｆ１が次にオンとなる予定のクロック信号（２）の立ち下がりまでの期間に、電圧Ｖ_R1が基準電圧Ｖ_REF3より低い状態が発生しない。したがって、スイッチング素子Ｆ１がオンの後にオフとなっている期間に、比較回路２２から出力される信号（６）はＬレベルのまま維持されている。そのため、ＦＦ２８の出力端子Ｑから出力される信号（１１）もＬレベルのままとなる。これにより、ＥＸＯＲ回路６０から出力される信号（１２）は、信号（１０）が示すＰＷＭ制御におけるスイッチング素子Ｆ１のオフの期間Ｈレベルとなる。そして、信号（１０）の立ち下がりのタイミングはクロック信号（２）の立ち下がりのタイミングよりも遅いため、信号（１３）が立ち上がった後に信号（１２）が立ち下がることになる。したがって、ＡＮＤ回路４１から出力される信号（１４）は信号（１２），（１３）が共にＨレベルとなっている期間Ｈレベルとなる。そして、信号（１４）がＨレベルになることにより、ＦＦ３０の反転出力端子／Ｑから出力される信号（１５）がＬレベルとなる。これにより、ＡＮＤ回路４４〜４７から出力される信号が全てＬレベルとなり、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４が全てオフに保持される。

したがって、モータ駆動装置１０では、スイッチング素子Ｆ１がオンの後にオフとなっている期間に、絶対値が所定の設定値より大きい負電流がスイッチング素子Ｆ２の寄生ダイオードを流れていない場合には、コイルＬ２がモータ駆動装置１０から断線していると判定され、スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ４がオフのまま保持される。スイッチング素子Ｆ２〜Ｆ４の場合についても同様である。そのため、図４に示すように、例えば、モータの仕様が、スイッチング素子Ｆ１がオンからオフになった際の電圧Ｖ_R1の低下が遅い場合において、オンからオフとなってから所定時間後に所定レベルより大きいアバランシェ電流が流れているかどうかではなく、スイッチング素子Ｆ１がオフの期間に絶対値が所定の設定値より大きい負電流が流れたかどうかによってコイルＬ２の断線が判定されるため、コイルＬ２の断線の誤検出を防ぐことができる。すなわち、モータの仕様によらずスイッチング素子の熱破壊を防止することが可能となる。

なお、スイッチング素子Ｆ１がオフの期間に絶対値が所定の設定値より大きい負電流が流れたかどうかは、スイッチング素子Ｆ２の寄生ダイオードを流れる電流に応じた電圧Ｖ_R1を抵抗Ｒ１で生成し、電圧Ｖ_R1が所定レベルの負電圧Ｖ_REF3より低くなったかどうかを検出することにより判定することができる。

また、負レベルとなる電圧Ｖ_R1を抵抗Ｒ３，Ｒ４で構成されるレベルシフト回路によって正電圧にレベルシフトした電圧と、基準電圧Ｖ_REF3に応じた正レベルの基準電圧Ｖ_REF3＋とを比較することにより、電圧Ｖ_R1が所定レベルの負電圧Ｖ_REF3より低くなったかどうかを検出することができる。すなわち、正レベルの電圧比較が可能な比較回路を用いて、負レベルとなる電圧Ｖ_R1と負レベルの基準電圧Ｖ_REF3とを比較することができる。

さらに、モータ駆動装置１０では、スイッチング素子がオンの期間にコイルに流れる電流の最大値が、スイッチング素子がオンの後にオフとなっている期間に流れる負電流の検出レベルの絶対値より小さい場合は、コイルの断線の判定を行わないようにしている。すなわち、例えば、図５に示すようにマイクロステッピング駆動によってコイルに流れる電流の最大値が段階的に変化する場合において、コイルに流れる電流の最大値が小さい期間においては、スイッチング素子がオフの期間に生じる負電流の絶対値はコイルが正常に接続されている場合であっても小さくなる。そのため、このような期間についてはコイルの断線の判定を行わないようにすることにより、コイルの断線の誤検出を防ぐことができる。

なお、スイッチング素子がオンの期間にコイルに流れる電流の最大値が、スイッチング素子がオンの後にオフとなっている期間に流れる負電流の検出レベルの絶対値より小さいかどうかは、絶対値が基準電圧Ｖ_REF3より大きい正の基準電圧Ｖ_REF2と電圧Ｖ_R1との比較によって判定することができる。

なお、上記実施形態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、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、本実施形態では、例えばスイッチング素子Ｌ１がオンからオフになった際には、スイッチング素子Ｆ２の寄生ダイオードを介して回生電流が流れることとしたが、スイッチング素子Ｆ１がオンからオフになった際にスイッチング素子Ｆ２をオンにすることにより、スイッチング素子Ｆ２を介して回生電流を流すこととしてもよい。この場合、スイッチング素子Ｆ２が回生電流を流すための整流素子に相当する。また、スイッチング素子の寄生ダイオードではなく、回生電流を流すためのダイオード等の整流素子を別途設けることとしてもよい。

Ｍ モータ、Ｌ１〜Ｌ４ コイル、Ｆ１〜Ｆ４ スイッチング素子、Ｒ１〜Ｒ６ 抵抗、１０ モータ駆動装置、１２ 励磁部、１４ 電流制御部、１６，１８ 基準クロック生成回路、２０〜２３ 比較回路、２６〜３１ フリップフロップ（ＦＦ）、３４ 立ち下がり遅延回路、３７〜４７ ＡＮＤ回路、５０〜５３ ＮＡＮＤ回路、５６，５７ ＯＲ回路、６０，６１ ＥＸＯＲ回路、６４ ＮＯＴ回路

Claims (5)

1. 一端が電源側に接続されるとともに電磁結合された第１コイル及び第２コイルを有するステッピングモータの前記第１コイルの他端と一端が接続され、他端が接地側に接続され、前記第１コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子と、
   一端が前記第２コイルの他端と接続され、他端が接地側に接続され、接地側から前記第２コイルの向きに通電可能な整流素子と、
   前記第１コイルに流れる電流を検出可能なコイル電流検出部と、
   前記整流素子に流れる電流を検出可能な回生電流検出部と、
   所定間隔で前記スイッチング素子をオンするとともに、前記コイル電流検出部での検出結果に基づいて、前記第１コイルを流れる電流が所定の設定電流に達すると前記スイッチング素子をオフする制御部と、
   前記スイッチング素子がオンの後にオフとなっている期間に、前記回生電流検出部での検出結果に基づいて、前記設定電流と逆向きで絶対値が前記設定電流と同程度である負電流が、前記整流素子を流れた状態であるかどうかを検出し、前記スイッチング素子がオフからオンに切り替わる時に検出結果を出力信号として出力する負電流検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記負電流検出部の前記出力信号に基づいて、前記負電流が流れていない場合は前記スイッチング素子をオフのまま保持すること
   を特徴とするモータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記負電流検出部は、
   前記回生電流検出部で検出された前記整流素子に流れる電流に対応する第１検出電圧が前記負電流に応じた所定レベルの負電圧より低くなったかどうかを検出する比較回路と、
   前記スイッチング素子のオフからオンになる時に前記比較回路の出力を通過させるゲート回路と、
   前記ゲート回路の出力信号に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチングを停止させるための停止信号を出力する停止信号出力回路と
   を含んで構成され、
   前記制御部は、前記停止信号が出力されると前記スイッチング素子をオフのまま保持することを特徴とするモータ駆動装置。
3. 請求項２に記載のモータ駆動装置において、
   前記ゲート回路は、前記スイッチング素子のオン状態を規定するクロックに基づき、前記保持回路の出力信号を通過または遮断させることを特徴とするモータ駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、
   前記回生電流検出部は、一端が前記整流素子の他端に接続され、他端が接地側に接続され、前記整流素子を流れる電流に応じた第１検出電圧を生成する第１抵抗を含んで構成され、
   前記コイル電流検出部は、一端が前記スイッチング素子の他端に接続され、他端が接地側に接続され、前記第１コイルを流れる電流に応じた第２検出電圧を生成する第２抵抗を含んで構成され、
   前記制御部は、前記スイッチング素子がオンとなっている期間に、前記第２検出電圧が前記設定電流に応じた所定レベルの第１の電圧に達すると前記スイッチング素子をオフすることを特徴とするモータ駆動装置。
5. 請求項４に記載のモータ駆動装置であって、
   前記第１抵抗及び前記第２抵抗は共通の抵抗であり、前記コイル電流検出部と前記回生電流検出部とが同一の回路であること、
   を特徴とするモータ駆動装置。

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