JP5349191B2 - Motor drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステッピングモータを駆動するのに用いて好適なモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device suitable for use in driving a stepping motor.
従来、ステッピングモータを定電流で駆動するモータ駆動装置は、図9に示すように、駆動信号を生成する駆動信号生成部101と、MOS−FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)M101〜M104によりモータ巻線L101に電流を流し、モータを駆動するモータ駆動部102と、モータ巻線L101の電流を検出する電流検出部103と、タイミング信号を発振するオシレータ部104と、電流検出部103の検出出力によりセットされ、タイミング信号によりリセットされるRSフリップフロップ105とから構成されている。このようなモータ駆動装置では、電流検出部103によりモータ巻線L101の電流を検出し、この検出出力によりRSフリップフロップ105をトリガし、オシレータ部104からのタイミング信号によりRSフリップフロップ105をリセットし、このRSフリップフロップ105の出力を駆動信号生成部101に供給して、モータを定電流で駆動している。
Conventionally, as shown in FIG. 9, a motor driving device that drives a stepping motor with a constant current includes a driving
また、例えば特許文献1に示されるように、無整流モータにおいて、モータの回転により、モータの回転に伴う電磁誘導が起き、発電電圧が誘起されると、この誘起電圧とタイミング信号とを同期させるようにすることで、モータからの電磁ノイズや転流騒音を抑えるようにしたものが開示されている。
For example, as shown in
上述のステッピングモータの駆動装置では、ステッピングモータのスイッチング速度が低速の場合、巻線リップル電流が大きくなり、平均電流を低下させ、回転効率を低下させる。特に、巻線電流が小さい場合に、巻線リップルが占有的になる。したがって、巻線リップル電流の減少という側面からは、スイッチング速度を上げることが望まれる。 In the stepping motor driving apparatus described above, when the switching speed of the stepping motor is low, the winding ripple current becomes large, the average current is lowered, and the rotation efficiency is lowered. In particular, when the winding current is small, the winding ripple becomes occupied. Therefore, it is desired to increase the switching speed from the aspect of reducing the winding ripple current.
一方で、ステッピングモータのスイッチング速度を高速にすると、高速スイッチングのため、スイッチング損失が増大するとともに、発生するノイズの処理が必要になる。また、スイッチング速度が高速の場合、出力トランジスタ、フライホイールダイオードに、スイッチング特性の良い素子を使用しないと、効率悪化を招く。さらに、スイッチング速度が高速の場合、巻線電流が小さく、インダクタンスの値が小さいモータを駆動した場合に、電流の右上がり現象が発生する。 On the other hand, when the switching speed of the stepping motor is increased, the switching loss increases due to the high-speed switching, and the generated noise needs to be processed. Further, when the switching speed is high, efficiency is deteriorated unless elements having good switching characteristics are used for the output transistor and the flywheel diode. Further, when the switching speed is high, when a motor with a small winding current and a small inductance value is driven, a current rising phenomenon occurs.
したがって、巻線リップル電流が大きいことが問題になる場合には、スイッチング速度を高速にして、巻線リップル電流を小さくし、また、スイッチング損失の増大が問題となる場合には、スイッチング速度を低速にして、スイッチング損失を減少させるようにすることが望まれる。 Therefore, if a large winding ripple current is a problem, increase the switching speed to reduce the winding ripple current. If an increase in switching loss is a problem, decrease the switching speed. Thus, it is desirable to reduce the switching loss.
ところが、上述の従来のステッピングモータの駆動装置では、スイッチング速度を簡単に変更することは困難である。つまり、図9に示した従来のモータ駆動装置では、外部接続端子107が導出されており、この外部接続端子107に接続するコンデンサC101や抵抗R101の時定数により、オシレータ部104の発振周波数を設定する構成となっている。このような構成では、スイッチング速度を変更するためには、コンデンサC101や抵抗R101等の外部部品を装着する必要があり、部品点数が増加するとともに、スイッチング速度を簡単に変更できない。
However, it is difficult to easily change the switching speed in the above-described conventional stepping motor driving apparatus. That is, in the conventional motor driving apparatus shown in FIG. 9, the
また、特許文献1に示されるものでは、誘起電圧とタイミング信号とを同期させる必要があるため、タイミング信号の周波数を容易に変更することはできない。
Moreover, in what is shown by
そこで、本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、外部部品を装着することなく、スイッチング速度を3段階以上に変化させ、かつ、中速域においては、外部入力電圧に応じて、スイッチング速度を可変できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and changes the switching speed to three or more stages without mounting external parts, and in the medium speed range, according to the external input voltage. An object of the present invention is to provide a motor drive device capable of varying the switching speed.
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。 The present invention proposes the following items in order to solve the above-described problems.
(1)本発明は、タイミング信号を発振するオシレータ部(例えば、図1のオシレータ部4に相当)と、前記オシレータ部からのタイミング信号を基に駆動信号を生成する駆動信号生成部(例えば、図1の駆動信号生成部1に相当)と、前記駆動信号生成部からの駆動信号によりモータを駆動するモータ駆動部(例えば、図1のモータ駆動部2に相当)と、を有するモータ駆動装置において、外部入力電圧値に応じて、前記オシレータ部の発振周波数を3段階以上に可変するとともに、中速域の発振周波数を前記外部入力電圧値に対応して可変する周波数切替部(例えば、図1の周波数切替部6に相当)を設けたことを特徴とするモータ駆動装置を提案している。
(1) The present invention includes an oscillator unit that oscillates a timing signal (for example, equivalent to the
この発明によれば、外部入力からの電圧値により、オシレータ部の発振周波数を3段階以上に変更することでき、かつ、中速域においては、その発振周波数を外部入力電圧値に対応して可変する。したがって、オシレータ部の発振周波数を上記のように変更することによって、スイッチング速度を簡単に変更できる。 According to the present invention, the oscillation frequency of the oscillator unit can be changed in three or more stages according to the voltage value from the external input, and the oscillation frequency can be varied corresponding to the external input voltage value in the medium speed range. To do. Therefore, the switching speed can be easily changed by changing the oscillation frequency of the oscillator unit as described above.
(2)本発明は、(1)のモータ駆動装置について、モータを定電流で駆動することを特徴とするモータ駆動装置を提案している。 (2) The present invention proposes a motor driving device characterized by driving the motor with a constant current with respect to the motor driving device of (1).
この発明によれば、定電流駆動のモータで、外部入力からの電圧値によりオシレータ部の発振周波数を簡単に変更することができる。 According to the present invention, the oscillation frequency of the oscillator unit can be easily changed by a voltage value from an external input with a constant current drive motor.
(3)本発明は、(1)または(2)のモータ駆動装置について、モータは、ステッピングモータであることを特徴とするモータ駆動装置を提案している。 (3) The present invention proposes a motor driving device according to (1) or (2), wherein the motor is a stepping motor.
この発明によれば、ステッピングモータで、外部入力からの電圧値によりオシレータ部の発振周波数を簡単に変更することができる。 According to the present invention, the oscillation frequency of the oscillator unit can be easily changed by the voltage value from the external input by the stepping motor.
(4)本発明は、(1)から(3)のモータ駆動装置について、前記周波数切替部が、2以上の固定電流供給源(例えば、図5の定電流源Iref1、Iref2に相当)と前記外部入力電圧値に応じて電流値を可変する可変電流供給源(例えば、図5のQ4、Q5からなるカレントミラー回路に相当)とを備え、前記外部入力電圧値が前記中速域に対応する電圧値であった場合に、前記可変電流供給源に切り替えて、前記オシレータ部の発振周波数を設定することを特徴とするモータ駆動装置を提案している。 (4) According to the present invention, in the motor drive device of (1) to (3), the frequency switching unit includes two or more fixed current supply sources (for example, equivalent to the constant current sources Iref1 and Iref2 in FIG. 5) and the above A variable current supply source (for example, corresponding to a current mirror circuit including Q4 and Q5 in FIG. 5) that varies a current value according to an external input voltage value, and the external input voltage value corresponds to the medium speed range. In the case of a voltage value, a motor driving device is proposed in which the oscillation frequency of the oscillator unit is set by switching to the variable current supply source.
この発明によれば、外部入力からの電圧値により、オシレータ部に供給する電流量を可変して、オシレータ部の発振周波数を可変することから、電流量を的確に制御することにより、細やかに、オシレータ部の発振周波数を可変することができる。また、中速域に対応した外部入力からの電圧値を検出したときには、可変電流供給源を用いて、オシレータ部の発振周波数を可変することから、電流量を的確に制御することにより、さらに細やかに、オシレータ部の発振周波数を可変することができる。 According to this invention, the amount of current supplied to the oscillator unit is varied according to the voltage value from the external input, and the oscillation frequency of the oscillator unit is varied, so by precisely controlling the amount of current, The oscillation frequency of the oscillator unit can be varied. In addition, when a voltage value from an external input corresponding to the medium speed range is detected, the oscillation frequency of the oscillator unit is varied using a variable current supply source. In addition, the oscillation frequency of the oscillator unit can be varied.
(5)本発明は、(4)のモータ駆動装置について、前記可変電流供給源の電流値が、前記外部入力電圧値に応じて、直線的に変化することを特徴とするモータ駆動装置を提案している。 (5) The present invention proposes a motor drive device according to (4), wherein the current value of the variable current supply source varies linearly according to the external input voltage value. doing.
この発明によれば、可変電流供給源の電流値が、外部入力電圧値に応じて、直線的に変化する。したがって、外部入力電圧値を制御することにより、オシレータ部の発振周波数をより細かく可変することができる。 According to the present invention, the current value of the variable current supply source varies linearly according to the external input voltage value. Therefore, by controlling the external input voltage value, the oscillation frequency of the oscillator unit can be varied more finely.
本発明によれば、外部入力からの電圧値によりオシレータ部の発振周波数を3段階以上に変更することできる。したがって、巻線リップル電流が大きい場合には、スイッチング速度を高速にして、巻線リップル電流を小さくすることができるという効果がある。また、スイッチング損失が増大した場合には、スイッチング速度を低速にして、スイッチング損失を減少させることができるという効果がある。 According to the present invention, the oscillation frequency of the oscillator unit can be changed in three or more stages according to the voltage value from the external input. Therefore, when the winding ripple current is large, there is an effect that the switching speed can be increased and the winding ripple current can be reduced. Further, when the switching loss increases, there is an effect that the switching loss can be reduced by reducing the switching speed.
また、中速域では、発振周波数を外部入力電圧値に対応して可変するため、外部入力電圧値を制御することにより、さらに細かくオシレータ部の発振周波数を可変することができるという効果がある。さらに、オシレータ部の発振周波数が外部入力の電圧値により変更できるため、外部部品が不要となり、外部部品を削減できるという効果がある。 Further, in the medium speed range, the oscillation frequency is varied in accordance with the external input voltage value. Therefore, there is an effect that the oscillation frequency of the oscillator unit can be varied more finely by controlling the external input voltage value. Furthermore, since the oscillation frequency of the oscillator unit can be changed by the voltage value of the external input, there is an effect that external parts are not required and external parts can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.
<モータ駆動装置の構成>
図1は、本発明の実施形態のモータ駆動装置の構成を示すものである。
図1に示すように、本発明の実施形態のモータの駆動装置は、駆動信号生成部1と、モータ駆動部2と、電流検出部3と、オシレータ部4と、RSフリップフロップ5と、周波数切替部6とから構成されている。なお、これらモータ駆動装置を構成する各部の回路は、集積回路化されている。
<Configuration of motor drive device>
FIG. 1 shows a configuration of a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the motor drive device according to the embodiment of the present invention includes a drive
駆動信号生成部1は、入力制御信号IN及びRSフリップフロップ5からの出力信号を受けて、MOS−FETM1〜M4に対する駆動信号を生成する。モータ駆動部2は、MOS−FETM1〜M4により、モータ巻線L1に電流を流し、モータを駆動する。
The drive
電流検出部3は、モータ駆動部2に流れる電流を検出抵抗Rs1により検出し、この検出値とリファレンス電圧VrefとをコンパレータCMP1で比較し、その出力により、RS−フリップフロップ5をトリガすることで、モータを定電流駆動する。オシレータ部4は、タイミング信号を発振し、このタイミング信号で、RS−フリップフロップ5をリセットする。周波数切替部6は、外部入力端子7から入力される外部電圧値により、オシレータ部4の発振周波数を切り替える。
The
モータ巻線L1は、MOS−FETM1〜M4の間に接続されている。すなわち、MOS−FETM1のソースと、MOS−FETM2のドレインとに一端が接続され、MOS−FETM3のソースと、MOS−FETM4のドレインとに他端が接続されている。そして、MOS−FETM1のドレインと、MOS−FETM3のドレインとが電源Vmmに接続される。 The motor winding L1 is connected between the MOS-FETs M1 to M4. That is, one end is connected to the source of the MOS-FET M1 and the drain of the MOS-FET M2, and the other end is connected to the source of the MOS-FET M3 and the drain of the MOS-FET M4. The drain of the MOS-FET M1 and the drain of the MOS-FET M3 are connected to the power supply Vmm.
また、MOS−FETM2のソースと、MOS−FETM4のソースとが、検出抵抗Rs1を介して、接地されている。 Further, the source of the MOS-FET M2 and the source of the MOS-FET M4 are grounded via the detection resistor Rs1.
<モータ駆動装置の各部の波形(低速時)>
図2は、本実施形態のモータ駆動装置の各部の波形を示すものである。
<Waveforms of each part of motor drive unit (at low speed)>
FIG. 2 shows the waveform of each part of the motor drive device of this embodiment.
図2(A)に示すように、時刻t0で、入力制御信号INがハイレベルになると、FETオン期間となり、励磁信号により、MOS−FETM1及びM4が励磁される。MOS−FETM1及びM4がオンすると、図3(A)に示すように、電源Vmmから、MOS−FETM1、モータ巻線L1、MOS−FETM4を介して、励磁電流iaが流れる。これにより、図2(B)及び図2(E)に示すように、MOS−FETM1の電流IM1及びMOS−FETM4の電流IM4が上昇していく。 As shown in FIG. 2A, when the input control signal IN becomes high level at time t0, the FET on period is entered, and the MOS-FETs M1 and M4 are excited by the excitation signal. When the MOS-FETs M1 and M4 are turned on, an excitation current ia flows from the power supply Vmm through the MOS-FET M1, the motor winding L1, and the MOS-FET M4 as shown in FIG. Thereby, as shown in FIGS. 2B and 2E, the current IM1 of the MOS-FET M1 and the current IM4 of the MOS-FET M4 increase.
モータ駆動部2に流れる電流は、電流検出部3の検出抵抗Rs1で検出される。電源Vmmから、MOS−FETM1、モータ巻線L1、MOS−FETM4を介して流れる励磁電流iaにより、図2(F)に示すように、検出抵抗Rs1の検出電圧Vsが上昇していく。
The current flowing through the motor drive unit 2 is detected by the detection resistor Rs1 of the
検出抵抗Rs1の検出電圧Vsは、コンパレータCMP1の一方の入力端に供給される。コンパレータCMP1の他方の入力には、リファレンス電圧Vrefが供給される。時刻t1で、検出抵抗Rs1の検出電圧Vs(図2(F))がリファレンス電圧Vrefを越えると、コンパレータCMP1の出力がハイレベルになる。 The detection voltage Vs of the detection resistor Rs1 is supplied to one input terminal of the comparator CMP1. The reference voltage Vref is supplied to the other input of the comparator CMP1. When the detection voltage Vs (FIG. 2F) of the detection resistor Rs1 exceeds the reference voltage Vref at time t1, the output of the comparator CMP1 becomes high level.
これにより、図2(I)に示すように、RSフリップフロップ5のセット入力Sにハイレベルが供給される。RSフリップフロップ5のセット入力Sにハイレベルが供給されると、図2(K)に示すように、RSフリップフロップ5がトリガされ、RSフリップフロップ5の出力Qがハイレベルになる。
As a result, a high level is supplied to the set input S of the RS flip-
RSフリップフロップ5の出力は、駆動信号生成部1に供給される。RSフリップフロップ5の出力Qがハイレベルになると、定電流制御が働き、FETオン期間からフライホイール期間に変わり、MOS−FETM1がオフとなり、MOS−FETM1のオフ後に、MOS−FETM2がオンとなる。
The output of the RS flip-
時刻t1〜時刻t2のフライホイール期間では、MOS−FETM2と、MOS−FETM4とがオンしており、図3(B)に示すように、フライホイール電流ibは、モータ巻線L1、MOS−FETM4、MOS−FETM2の経路で流れて、モータ巻線L1に戻る。これにより、MOS−FETM2の電流IM2及びMOS−FETM4の電流IM4は、図2(C)及び図2(E)に示すように減少していく。 In the flywheel period from time t1 to time t2, the MOS-FET M2 and the MOS-FET M4 are on, and as shown in FIG. 3B, the flywheel current ib is the motor winding L1, the MOS-FET M4. , Flows through the path of the MOS-FET M2 and returns to the motor winding L1. As a result, the current IM2 of the MOS-FET M2 and the current IM4 of the MOS-FET M4 decrease as shown in FIGS. 2C and 2E.
オシレータ部4は、所定周波数のタイミング信号を発生している。このタイミング信号は、図2(J)に示すように、RSフリップフロップ5のリセット入力Rに供給される。時刻t2で、オシレータ部4からのタイミング信号がハイレベルになると、図2(K)に示すように、RSフリップフロップ5の出力Qがローレベルになり、フライホイール期間からFETオン期間に変わる。
The
時刻t2〜t3のFETオン期間では、前述と同様に、MOS−FETM1とMOS−FETM4がオンとなっており、電源Vmmから、MOS−FETM1、モータ巻線L1、MOS−FETM4を介して、励磁電流が流れ、MOS−FETM1の電流IM1及びMOS−FETM4の電流IM4が上昇していく。そして、時刻t3で、検出抵抗Rs1の検出電圧Vsがリファレンス電圧Vrefを越えると、コンパレータCMP1の出力がハイレベルになり、RSフリップフロップ5がトリガされる。そして、時刻t3〜時刻t4で、再び、フライホイール期間となる。
In the FET ON period from time t2 to t3, the MOS-FET M1 and the MOS-FET M4 are ON as described above, and excitation is performed from the power source Vmm via the MOS-FET M1, the motor winding L1, and the MOS-FET M4. A current flows, and the current IM1 of the MOS-FET M1 and the current IM4 of the MOS-FET M4 increase. When the detection voltage Vs of the detection resistor Rs1 exceeds the reference voltage Vref at time t3, the output of the comparator CMP1 becomes high level, and the RS flip-
以下、同様にして、FETオン期間とフライホイール期間とが繰り返される。 Thereafter, the FET on period and the flywheel period are repeated in the same manner.
時刻tn−1で、入力制御信号IN(図2(A))がハイレベルからローレベルになると、フライバック期間となり、MOSFETM1とMOS−FETM4がオフし、MOSFETM2とMOS−FETM3がオンする。これにより、時刻tn−1〜時刻tnで、図3(C)に示すように、MOS−FETM2、モータ巻線L1、MOS−FETM3の経路で回生電流icが流れ、電源Vmmに回生される。また、FETオン期間、フライホイール期間、フライバック期間を通して、オシレータ部4のコンデンサCには、図2(H)に示すように、上限をv3、下限をv4とする電流が流れる。
When the input control signal IN (FIG. 2A) changes from the high level to the low level at time tn-1, the flyback period starts, the MOSFET M1 and the MOS-FET M4 are turned off, and the MOSFET M2 and the MOS-FET M3 are turned on. Thereby, at time tn-1 to time tn, as shown in FIG. 3C, the regenerative current ic flows through the path of the MOS-FET M2, the motor winding L1, and the MOS-FET M3, and is regenerated to the power source Vmm. Further, through the FET ON period, the flywheel period, and the flyback period, as shown in FIG. 2H, a current having an upper limit v3 and a lower limit v4 flows through the capacitor C of the
以上説明したように、本実施形態のモータ駆動装置では、検出抵抗Rs1の検出出力から巻線電流を検出し、この検出出力でRSフリップフロップ5をセットし、オシレータ部4からのタイミング信号によりRSフリップフロップ5をリセットすることで、FETオン期間と、フライホイール期間とを繰り返して、ステッピングモータを定電流で駆動している。
As described above, in the motor drive device of the present embodiment, the winding current is detected from the detection output of the detection resistor Rs1, the RS flip-
ステッピングモータでは、スイッチング時間が低速の場合、巻線リップル電流が大きくなり、平均電流を低下させ、回転効率を低下させる場合がある。特に、巻線電流が小さい場合に、巻線リップルが支配的になる。 In a stepping motor, when the switching time is low, the winding ripple current increases, which may decrease the average current and decrease the rotation efficiency. In particular, when the winding current is small, the winding ripple becomes dominant.
これに対して、スイッチング時間が高速の場合、高速スイッチング動作のため、スイッチング損失が増大する。また、この場合、発生するノイズの処理が必要になる。さらに、出力トランジスタ、フライホイールダイオードにスイッチング特性の良い素子を使用しないと、効率悪化を招く。巻線電流が小さく、インダクタンスが小さなモータを駆動した場合には、電流の右上がり現象が発生する。 On the other hand, when the switching time is high, the switching loss increases because of the high-speed switching operation. In this case, it is necessary to process generated noise. Furthermore, unless elements having good switching characteristics are used for the output transistor and the flywheel diode, the efficiency is deteriorated. When a motor having a small winding current and a small inductance is driven, a current rising phenomenon occurs.
そこで、本発明の実施形態のモータ駆動装置では、図1に示すように、周波数切替部6を設け、外部入力端子7からの設定により、オシレータ部4からのタイミング信号の発振周波数を切り替えることができるようにしている。
Therefore, in the motor drive device according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the
<モータ駆動装置の各部の波形(高速時)>
図4は、オシレータ部4の発振周波数を高くして、高速動作させた場合の各部の波形を示している。
図4では、オシレータ部4からのタイミング信号の周波数が、図2に示した低速動作の場合のタイミング信号の周波数より高くなっているものとする。図4と、前述の図2に示した波形と比較すればわかるように、高速動作の場合の巻線電流Ioutのリップル成分(図4(G))は、低速動作の場合の巻線電流Ioutのリップル成分(図2(G))よりも、小さくなる。また、FETオン期間、フライホイール期間、フライバック期間を通して、オシレータ部4のコンデンサC1には、図4(H)に示すように、上限をv3、下限をv4とする電流が流れるが、このとき、低速時と波高値は同様であるが、周波数が低速時よりも高周波となった電流波形となる。
<Waveforms of each part of motor drive unit (at high speed)>
FIG. 4 shows the waveform of each part when the oscillation frequency of the
In FIG. 4, it is assumed that the frequency of the timing signal from the
本実施形態では、外部入力端子7から入力される電圧値に応じて、オシレータ部4の発振周波数を切り替えることで、巻線リップル電流が大きい場合には、スイッチング速度を高速にして、巻線リップル電流を小さくすることができ、また、スイッチング損失が増大した場合には、スイッチング速度を低速にして、スイッチング損失を減少させることができる。
In the present embodiment, by switching the oscillation frequency of the
また、スイッチング速度を中速にする場合には、外部入力端子7から入力される電圧値に応じて、スイッチング速度が直線的に変化する。そのため、高速域および低速域に比べて、きめ細かいスイッチング速度制御を行うことができ、巻線リップル電流を小さくしつつ、スイッチング損失を減少させることができる。 When the switching speed is set to a medium speed, the switching speed changes linearly according to the voltage value input from the external input terminal 7. Therefore, finer switching speed control can be performed as compared with the high speed region and the low speed region, and the switching loss can be reduced while reducing the winding ripple current.
<オシレータ部の構成>
次に、外部入力端子7から入力される電圧値により発振周波数を切り替えることができるオシレータ部4の構成について説明する。
<Configuration of oscillator unit>
Next, the configuration of the
図5は、オシレータ部4及び周波数切替部6の構成を示すものである。図5に示すように、オシレータ部4は、コンパレータCMP5と、スイッチ回路SW2と、コンデンサC1と、トランスファゲートG1及びG2と、インバータINV1及びINV2とから構成される。
FIG. 5 shows the configuration of the
オシレータ部4を構成するコンパレータCMP5の一方の入力と接地間には、コンデンサC1及びスイッチ回路SW2が接続される。また、オシレータ部4を構成するコンパレータCMP5の一方の入力には、周波数切替部6を構成するトランジスタQ2、Q3を介して定電流源Iref1およびIref2が接続されるとともに、トランジスタQ1を介して、トランジスタQ4およびQ5とからなるカレントミラー回路が接続される。
A capacitor C1 and a switch circuit SW2 are connected between one input of the comparator CMP5 constituting the
<周波数切替部の構成>
また、電圧信号入力(外部入力電圧)は、周波数切替部6を構成するコンパレータCMP2の正端子、コンパレータCMP3の負端子およびコンパレータCMP4の正端子に接続され、コンパレータCMP3の正端子は、電源V1(例えば、1v)に、コンパレータCMP4の負端子は、電源V2(例えば、3v)に接続され、コンパレータCMP2の負端子は、抵抗R2とSW1の接続点に接続されている。また、抵抗R2の他端は、グランド電位に接続されている。
<Configuration of frequency switching unit>
The voltage signal input (external input voltage) is connected to the positive terminal of the comparator CMP2 constituting the
周波数切替部6を構成するコンパレータCMP2の出力端子は、SW1のゲート端子に接続され、SW1の他端は、トランジスタQ4に接続されている。コンパレータCMP3およびCMP4の出力端子は、ともに、NOR回路IC1の入力端子に接続されるとともに、コンパレータCMP3の出力端子は、トランジスタQ2のゲート端子に、コンパレータCMP4の出力端子は、トランジスタQ3のゲート端子に接続されている。さらに、NOR回路IC1の出力端子は、トランジスタQ1のゲート端子に接続されている。
The output terminal of the comparator CMP2 constituting the
オシレータ部4を構成するコンパレータCMP5の他方の入力は、トランスファゲートG1を介して、充電上限値電圧V3に接続されるとともに、トランスファゲートG2を介して、充電下限値電圧V4に接続されている。
The other input of the comparator CMP5 constituting the
コンパレータCMP5の出力は、インバータINV1及びINV2を介して出力され、RSフリップフロップ5のリセット入力に供給される。また、インバータINV1及びインバータINV2の出力は、互いに逆相で、トランスファゲートG1及びG2の制御端子に供給される。トランスファゲートG1は、充電上限値電圧V3の供給をオン/オフし、トランスファゲートG2は、充電下限値電圧V4の供給をオン/オフしている。
The output of the comparator CMP5 is output via the inverters INV1 and INV2, and is supplied to the reset input of the RS flip-
<周波数切替部の動作>
周波数切替部6の動作について、図6の波形図および図7を参照しながら説明する。例えば、外部入力電圧値が0vから1vの範囲を低速域、1vから3vの範囲を中速域、3vからVccの範囲を高速域とすると、低速域の場合には、図6に示すように、Vaが「ハイ」、Vb、Vcが「ロー」となることから、図7に示すように、トランジスタQ2のみが「オン」となる。その結果、電流I2がI4として、オシレータ部4のコンデンサC1に流れる。
<Operation of frequency switching unit>
The operation of the
また、中速域の場合には、図6に示すように、Va、Vbが「ロー」、Vcが「ハイ」となることから、図7に示すように、トランジスタQ1のみが「オン」となる。このとき、コンパレータCMP2は、バッファとして機能するため、図6に示すように、外部入力電圧値に応じた出力をトランジスタQ4、Q5により構成されるカレントミラー回路に供給する結果、外部入力電圧値に応じた電流値をI1をI4として、オシレータ部4のコンデンサC1に供給する。
In the middle speed range, as shown in FIG. 6, Va and Vb are “low” and Vc is “high”, so that only the transistor Q1 is turned “on” as shown in FIG. Become. At this time, since the comparator CMP2 functions as a buffer, the output corresponding to the external input voltage value is supplied to the current mirror circuit constituted by the transistors Q4 and Q5 as shown in FIG. The corresponding current value is supplied to the capacitor C1 of the
さらに、高速域の場合には、図6に示すように、Va、Vcが「ロー」、Vbが「ハイ」となることから、図7に示すように、トランジスタQ3のみが「オン」となる。その結果、電流I3がI4として、オシレータ部4のコンデンサC1に流れる。
Further, in the case of the high speed region, as shown in FIG. 6, Va and Vc are “low” and Vb is “high”, so that only the transistor Q3 is “on” as shown in FIG. . As a result, the current I3 flows as I4 to the capacitor C1 of the
つまり、本実施形態における周波数切替部は、外部入力からの電圧値により、発振周波数を3段階以上に変更することでき、かつ、中速域においては、その発振周波数を外部入力電圧値に対応して直線的に可変するため、オシレータ部の発振周波数を上記のように変更することによって、スイッチング速度を簡単に変更できる。 That is, the frequency switching unit in the present embodiment can change the oscillation frequency to three or more levels according to the voltage value from the external input, and in the middle speed range, the oscillation frequency corresponds to the external input voltage value. Therefore, the switching speed can be easily changed by changing the oscillation frequency of the oscillator unit as described above.
<オシレータ部の動作>
オシレータ部4の動作について、図8の波形図を参照しながら説明する。図8に示すように、コンパレータCMP5の出力図8(E)がローレベルのときには、図8(B)に示すように、スイッチ回路SW2はオフされている。スイッチ回路SW2がオフのときには、コンパレータCMP5一方の入力には、コンデンサC1の端子電圧が供給される。
<Oscillator operation>
The operation of the
また、コンパレータCMP5の出力(図8(E))がローレベルのときには、図8(C)及び図8(D)に示すように、トランスファゲートG1が開き、トランスファゲートG2が閉じられる。よって、コンパレータCMP5の他方の入力には、充電上限値電圧(電源)V1が供給される。 When the output of the comparator CMP5 (FIG. 8E) is at a low level, the transfer gate G1 is opened and the transfer gate G2 is closed as shown in FIGS. 8C and 8D. Therefore, the charge upper limit voltage (power supply) V1 is supplied to the other input of the comparator CMP5.
コンデンサC1には、定電流源Iref1、Iref2およびカレントミラー回路から充電電流が流される。これにより、コンデンサC1の端子電圧は、図8(A)に示すように、徐々に上昇していく。 A charging current flows from the constant current sources Iref1 and Iref2 and the current mirror circuit to the capacitor C1. As a result, the terminal voltage of the capacitor C1 gradually increases as shown in FIG.
なお、コンデンサC1に対する充電電流は、上記、周波数切替部の動作で説明したように、変化する。 Note that the charging current for the capacitor C1 changes as described in the operation of the frequency switching unit.
コンパレータCMP5では、コンデンサC1の端子電圧と充電上限値電圧(電源)V1とが比較され、コンデンサC1の端子電圧が充電上限値電圧V3を越えると、図8(E)に示すように、コンパレータCMP5の出力がハイレベルになる。 In the comparator CMP5, the terminal voltage of the capacitor C1 is compared with the charging upper limit voltage (power supply) V1, and when the terminal voltage of the capacitor C1 exceeds the charging upper limit voltage V3, as shown in FIG. The output of becomes high level.
コンパレータCMP5の出力(図8(E))がハイレベルになると、図8(B)に示すように、スイッチ回路SW2がオンされる。また、図6(C)及び図6(D)に示すように、トランスファゲートG2が開き、トランスファゲートG1が閉じられる。よって、コンパレータCMP5の他方の入力には、充電下限値電圧V4が供給される。 When the output of the comparator CMP5 (FIG. 8E) becomes high level, the switch circuit SW2 is turned on as shown in FIG. 8B. Further, as shown in FIGS. 6C and 6D, the transfer gate G2 is opened and the transfer gate G1 is closed. Therefore, the charging lower limit voltage V4 is supplied to the other input of the comparator CMP5.
スイッチ回路SW2がオンされると、コンデンサC1の電荷は、スイッチ回路SW2を介して放電され、図8(A)に示すように、コンデンサC1の端子電圧は下降する。コンパレータCMP5で、コンデンサC1の端子電圧と充電下限値電圧V4とが比較され、コンデンサC1の端子電圧が充電下限値電圧V4より下降すると、図8(E)に示すように、コンパレータCMP5の出力がローレベルになる。 When the switch circuit SW2 is turned on, the charge of the capacitor C1 is discharged through the switch circuit SW2, and the terminal voltage of the capacitor C1 drops as shown in FIG. 8A. The comparator CMP5 compares the terminal voltage of the capacitor C1 with the charging lower limit voltage V4. When the terminal voltage of the capacitor C1 falls below the charging lower limit voltage V4, as shown in FIG. Become low level.
コンパレータCMP5の出力(図8(E))がローレベルになると、図8(B)に示すように、スイッチ回路SW2はオフされ、コンデンサC1の端子電圧は、図8(A)に示すように、徐々に上昇していく。また、図8(C)及び図8(D)に示すように、トランスファゲートG1が開き、トランスファゲートG2が閉じられ、コンパレータCMP5で、コンデンサC1の端子電圧と充電上限値電圧V3とが比較される。 When the output of the comparator CMP5 (FIG. 8E) becomes low level, the switch circuit SW2 is turned off as shown in FIG. 8B, and the terminal voltage of the capacitor C1 is as shown in FIG. 8A. , Gradually rising. Also, as shown in FIGS. 8C and 8D, the transfer gate G1 is opened, the transfer gate G2 is closed, and the comparator CMP5 compares the terminal voltage of the capacitor C1 with the charge upper limit voltage V3. The
以下、同様の動作が繰り返される。これにより、図8(E)に示すような発振出力を得ることができる。 Thereafter, the same operation is repeated. Thereby, an oscillation output as shown in FIG. 8E can be obtained.
このようなオシレータ部4では、コンデンサC1を充電電流によって、図8(A)に示すコンデンサC1の充電時間が変わる。これにより、発振周波数を変更することができる。
In such an
この例では、低速域の場合には、トランジスタQ2のみを「オン」し、電流I2がI4として、オシレータ部4のコンデンサC1に流れる。この場合には、コンデンサC1に対する充電電流は、定電流源Iref1からのみになるので、コンデンサC1の充電時間が長くなり、発振周波数が下がる。
In this example, in the low speed region, only the transistor Q2 is turned “ON”, and the current I2 flows as I4 to the capacitor C1 of the
また、高速域の場合には、トランジスタQ3のみが「オン」し、電流I3がI4として、オシレータ部4のコンデンサCに流れる。この場合には、コンデンサC1に対する充電電流は、電流源Iref2からのみとなるが、電流源Iref2は、他の電流源よりも電流容量が大きいため、コンデンサC1の充電時間が短くなり、発振周波数が上がる。
In the case of the high speed region, only the transistor Q3 is turned “ON”, and the current I3 flows as I4 to the capacitor C of the
さらに、中速域の場合には、トランジスタQ1のみが「オン」となる。このとき、コンパレータCMP2は、バッファとして機能するため、図6に示すように、外部入力電圧値に応じた出力をトランジスタQ4、Q5により構成されるカレントミラー回路に供給する結果、外部入力電圧値に応じた電流値をI1をI4として、オシレータ部4のコンデンサCに供給する。これにより、外部入力電圧値に応じて、コンデンサC1の充電時間が可変し、これによって、発振周波数が外部入力電圧値に応じて直線的に可変する。
Further, in the middle speed range, only the transistor Q1 is “ON”. At this time, since the comparator CMP2 functions as a buffer, the output corresponding to the external input voltage value is supplied to the current mirror circuit constituted by the transistors Q4 and Q5 as shown in FIG. The corresponding current value is supplied to the capacitor C of the
したがって、本実施形態によれば、周波数切替部が、外部入力からの電圧値により、発振周波数を3段階以上に変更することでき、かつ、中速域においては、その発振周波数を外部入力電圧値に対応して可変するため、オシレータ部の発振周波数を変更することによって、スイッチング速度を簡単に変更できる。 Therefore, according to the present embodiment, the frequency switching unit can change the oscillation frequency to three or more stages according to the voltage value from the external input, and the oscillation frequency is set to the external input voltage value in the medium speed range. Therefore, the switching speed can be easily changed by changing the oscillation frequency of the oscillator unit.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、本実施形態によれば、中速域において、発振周波数が外部入力電圧値に対し、直線的に変化する例について説明したが、これに限らず、段階的に変化させるようにしてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the present invention. For example, according to the present embodiment, the example in which the oscillation frequency changes linearly with respect to the external input voltage value in the medium speed range has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be changed stepwise. .
1:駆動信号生成部、
2:モータ駆動部、
3:電流検出部、
4:オシレータ部、
5:RSフリップフロップ
6:周波数切替部、
7:外部入力端子、
M1〜M4:MOS−FET、
L1:モータ巻線
1: drive signal generation unit,
2: Motor drive unit,
3: Current detection unit,
4: Oscillator part,
5: RS flip-flop 6: Frequency switching unit,
7: External input terminal,
M1-M4: MOS-FET,
L1: Motor winding
Claims (5)
前記オシレータ部からのタイミング信号を基に駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記駆動信号生成部からの駆動信号によりモータを駆動するモータ駆動部と、を有するモータ駆動装置において、
外部入力電圧値に応じて、前記オシレータ部の発振周波数を3段階以上に可変するとともに、中速域の発振周波数を前記外部入力電圧値に対応して可変する周波数切替部を設けたことを特徴とするモータ駆動装置。 An oscillator that oscillates the timing signal;
A drive signal generation unit that generates a drive signal based on a timing signal from the oscillator unit;
A motor drive unit having a motor drive unit that drives a motor by a drive signal from the drive signal generation unit
According to the external input voltage value, the oscillation frequency of the oscillator unit is variable in three or more stages, and a frequency switching unit is provided that varies the oscillation frequency in the medium speed region corresponding to the external input voltage value. A motor drive device.
前記外部入力電圧値が前記中速域に対応する電圧値であった場合に、前記可変電流供給源に切り替えて、前記オシレータ部の発振周波数を設定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のモータ駆動装置。 The frequency switching unit includes two or more fixed current supply sources and a variable current supply source that varies a current value according to the external input voltage value,
The oscillation frequency of the oscillator unit is set by switching to the variable current supply source when the external input voltage value is a voltage value corresponding to the medium speed range. 4. The motor driving device according to any one of 3.
The motor driving device according to claim 4, wherein a current value of the variable current supply source changes linearly according to the external input voltage value.
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