JP5558842B2 - ステッピングモータの駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動回路に関する。

ステッピングモータを回転駆動するためには回転トルクを与える必要がある。特に、回転初期には高い回転トルクを与える必要があるが、連続して回転させる回転保持状態では回転トルクをより低くしてもよい。そこで、回転保持状態においてステッピングモータへの通電電流を少なくする制御を行うことで消費電力を低減できる利点がある。通電電流を切り換えるには、ステッピングモータの駆動回路の電流設定用基準電圧を切り換える必要がある。

図５に、従来のステッピングモータの駆動回路の構成を示す。回転初期にはスイッチＳ１をオフにすることによって電流設定用基準電圧ＶＲＥＦを高く設定し、回転保持状態では外部からのスイッチ制御信号ＸによってスイッチＳ１をオンにすることによって抵抗Ｒ２，Ｒ３を並列に接続させ、電流設定用基準電圧ＶＲＥＦをより低い電圧値に設定する。

ところで、従来のステッピングモータの駆動回路では、外部装置（ステッピングモータを搭載する電子機器）からスイッチＳ１へのスイッチ制御信号Ｘを生成してスイッチＳ１へ印加する必要があった。これによって、外部装置（電子機器）の回路構成が複雑となり、製造コストが増加する等の外部装置（電子機器）メーカーの負担が大きかった。

また、スイッチＳ１へスイッチ制御信号Ｘを入力するためにステッピングモータの駆動回路のポート（端子）が占有されてしまうという問題もあった。

本発明の１つの態様は、ステッピングモータの駆動回路であって、基準発信信号を受けて、前記基準発信信号の入力に応じてシフトされ、リセット後の所定時間後にゲート信号を出力するシフトレジスタと、前記ステッピングモータを駆動するためのステップ信号の入力を受けると前記シフトレジスタをリセットするリセット信号を出力するリセット回路と、前記シフトレジスタのゲート信号を受けて、遮断状態と導通状態とを切り換えるスイッチング素子と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記スイッチング素子は、前記ステッピングモータの駆動電圧を切り換える回路の制御に用いることができる。

本発明によれば、ステッピングモータの電流設定用基準電圧を切り換えるための制御信号を外部装置にて生成する必要がなくなる。また、ステッピングモータの駆動回路のポート（端子）を削減することができる。

本発明の実施の形態におけるステッピングモータの駆動回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるステッピングモータの駆動回路の回転駆動状態における制御を説明するタイミングチャートである。 本発明の実施の形態におけるステッピングモータの駆動回路の回転駆動状態から回転保持状態へ遷移する際の制御を説明するタイミングチャートである。 本発明の実施の形態におけるステッピングモータの駆動回路の回転保持状態から回転駆動状態へ遷移する際の制御を説明するタイミングチャートである。 従来のステッピングモータの駆動回路の構成を示す図である。

本発明の実施の形態におけるステッピングモータの駆動回路１００は、図１に示すように、発振回路１０、ＡＮＤ素子１２、シフトレジスタ１４、リセット回路１６及びスイッチング素子１８を含んで構成される。駆動回路１００は、ステッピングモータの基本駆動回路と共に１つの半導体チップ内に構成されることが好適である。

発振回路１０は、外部端子ＯＳＣに接続されるコンデンサＣｘの容量値に応じた周波数で発振し、発振クロック信号Ａを出力する。発振クロック信号ＡはＡＮＤ素子１２に入力される。

ＡＮＤ素子１２は、発振クロック信号Ａとシフトレジスタ１４の最終段のフリップ・フロップ１４−ｎの反転出力Ｑバーとを受けて、いずれもがハイレベルであるときにハイレベルであり、いずれかがローレベルであるときにローレベルとなる内部カウンタクロック信号Ｅを出力する。内部カウンタクロック信号Ｅは、シフトレジスタ１４の初段のフリップ・フロップ１４−１のクロック端子Ｃに入力される。

シフトレジスタ１４は、ｎ段のフリップ・フロップ１４−１〜１４−ｎを直列に接続した構成を備える。フリップ・フロップ１４−１〜１４−ｎは、Ｄ−フリップ・フロップで構成することができる。シフトレジスタ１４は、初段のフリップ・フロップ１４−１のクロック端子Ｃに入力される内部カウンタクロック信号Ｅがハイレベルとなる毎に非反転出力Ｑをハイレベル及び反転出力Ｑバーをローレベルとし、内部カウンタクロック信号Ｅに同期してその信号の変化を最終段のフリップ・フロップ１４−ｎまで伝達する。すなわち、基準発信信号である内部カウンタクロック信号Ｅを受けて、内部カウンタクロック信号Ｅの入力に応じてシフトされ、リセット後の所定時間後にフリップ・フロップ１４−ｎの非反転出力Ｑをハイレベルとする。フリップ・フロップ１４−ｎの非反転出力Ｑの出力がゲート信号Ｊとしてスイッチング素子１８の制御端子へ入力される。

また、フリップ・フロップ１４−ｎの非反転出力Ｑの出力であるゲート信号Ｊがハイレベルになると、反転出力Ｑバーはローレベルとなる。この反転出力Ｑバーの信号がフィードバック信号ＨとしてＡＮＤ素子１２に入力されるので、その後は、シフトレジスタ１４がリセットされるまで発振クロック信号Ａはシフトレジスタ１４には入力されなくなり、シフトレジスタ１４はその状態を維持する。

ただし、各段のフリップ・フロップ１４−１〜１４−ｎのリセット端子Ｒがローレベルとされると総てのフリップ・フロップ１４−１〜１４−ｎの非反転出力Ｑはローレベル及び反転出力Ｑバーはハイレベルにリセットされる。

リセット回路１６は、シフトレジスタ１４に含まれるフリップ・フロップ１４−１〜１４−ｎをリセットするリセット信号を生成する。リセット回路１６は、フリップ・フロップ１６−１及びＮＡＮＤ素子１６−２を含んで構成される。フリップ・フロップ１６−１は、Ｄ−フリップ・フロップで構成することができる。フリップ・フロップ１６−１は、駆動回路１００の内部の基本クロック信号Ｃを受けて、基本クロック信号Ｃがハイレベルからローレベルに変化したタイミングでステッピングモータの回転数（ステップ数）を制御するためのステップ信号Ｂがローレベルからハイレベルになると反転出力Ｑバーをハイレベルからローレベルへと変化させる。ＮＡＮＤ素子１６−２は、反転出力Ｑバーとステップ信号Ｂを受けて、双方がハイレベルとなったときのみローレベルとなるリセット信号Ｄを生成して出力する。すなわち、リセット回路１６は、ステップ信号Ｂがローレベルからハイレベルに変化した後、基本クロック信号Ｃが最初にハイレベルからローレベルに変化したタイミングから次にローレベルからハイレベルに変化する期間のみローレベルとなるリセット信号Ｄを生成して出力する。

リセット信号Ｄは、シフトレジスタ１４のフリップ・フロップ１４−１〜１４−ｎのリセット端子Ｒに入力される。これによって、ステップ信号Ｂがローレベルからハイレベルに変化する毎にシフトレジスタ１４はリセットされる。

スイッチング素子１８は、シフトレジスタ１４からのゲート信号Ｊがローレベルである場合には遮断（非導通）状態となる。このとき、電流設定用基準電圧ＶＲＥＦは電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１及びＲ３で分圧した値となる。一方、スイッチング素子１８は、シフトレジスタ１４からのゲート信号Ｊがハイレベルである場合には導通状態となる。このとき、電流設定用基準電圧ＶＲＥＦは電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１並び抵抗Ｒ２及びＲ３の並列接続で分圧した値となる。

＜回転駆動状態（高回転トルク）＞
図２に、本実施の形態におけるステッピングモータの駆動回路１００を用いたステッピングモータの回転駆動状態における制御のタイミングチャートを示す。ここで、回転駆動状態とは、ステッピングモータへステップ信号Ｂを与えて、ステッピングモータに回転トルクを与えて回転させる状態をいう。

この場合、図２に示すように、シフトレジスタ１４が最終段まで信号を伝達する前に、ステップ信号Ｂが入力（ローレベルからハイレベルへ変化）され、これによってリセット信号Ｄがローレベルとなり、シフトレジスタ１４がリセットされる。したがって、シフトレジスタ１４から出力されるゲート信号Ｊはローレベルを維持し、スイッチング素子１８のオープンドレインはハイ・インピーダンスを維持する。

＜回転駆動状態（高回転トルク）から回転保持状態（低回転トルク）への遷移時＞
図３に、本実施の形態におけるステッピングモータの駆動回路１００を用いたステッピングモータの回転駆動状態（高回転トルク）から回転保持状態（低回転トルク）への遷移時の制御のタイミングチャートを示す。ここで、回転保持状態とは、ステッピングモータへステップ信号Ｂを与えずに、ステッピングモータを低回転トルクで回転させる状態をいう。

図２に示すような回転駆動状態から、ステップ信号Ｂが入力されない回転保持状態へ移行した場合、図３に示すように、リセット信号Ｄはハイレベルを維持し続け、シフトレジスタ１４は発振クロック信号Ａの周期及びシフトレジスタ１４の段数で決まる所定の時間後にフィードバック信号Ｈをハイレベルからローレベルへ変化させる。同時に、ゲート信号Ｊはローレベルからハイレベルへと変化する。これによって、スイッチング素子１８は導通状態（ロー・インピーダンス）となり、電流設定用基準電圧ＶＲＥＦが回転駆動状態より低い電圧値へ切り換えられる。

＜回転保持状態（低回転トルク）から回転駆動状態（高回転トルク）への遷移時＞
図４に、本実施の形態におけるステッピングモータの駆動回路１００を用いたステッピングモータの回転保持状態（低回転トルク）から回転駆動状態（高回転トルク）への遷移時の制御のタイミングチャートを示す。

図３に示すような回転保持状態から、ステップ信号Ｂが入力される回転駆動状態へ移行した場合、図４に示すように、リセット信号Ｄがハイレベルからローレベルとなるリセット信号Ｄが出力され、シフトレジスタ１４がリセットされる。これにより、シフトレジスタ１４から出力されるゲート信号Ｊはハイレベルからローレベルへと変化し、スイッチング素子１８のオープンドレインはハイ・インピーダンスとされ、電流設定用基準電圧ＶＲＥＦが回転保持状態より高い電圧値へ切り換えられる。

以上のように、本実施の形態におけるステッピングモータの駆動回路１００によれば、外部装置（ステッピングモータを搭載する電子機器）によって電流設定用基準電圧ＶＲＥＦを切り換えるスイッチ制御信号を生成する必要がなくなる。したがって、外部装置（電子機器）の回路構成を簡素化することができ、外部装置（電子機器）メーカーへの負担を小さくすることができる。

また、スイッチ制御信号を入力するための外部端子をステッピングモータの駆動回路に設ける必要が無くなる。

１０ 発振回路、１２ ＡＮＤ素子、１４ シフトレジスタ、１４−１〜１４−ｎ フリップ・フロップ、１６ リセット回路、１６−１ フリップ・フロップ、１６−２ ＮＡＮＤ素子、１８ スイッチング素子、１００ 駆動回路。

Claims (2)

1. ステッピングモータの駆動回路であって、
   基準発信信号を受けて、前記基準発信信号の入力に応じてシフトされ、リセット後の所定時間後にゲート信号を出力するシフトレジスタと、
   前記ステッピングモータを駆動するためのステップ信号の入力を受けると前記シフトレジスタをリセットするリセット信号を出力するリセット回路と、
   前記シフトレジスタのゲート信号を受けて、遮断状態と導通状態とを切り換えるスイッチング素子と、を備えることを特徴とするステッピングモータの駆動回路。
2. 請求項１に記載のステッピングモータの駆動回路であって、
   前記スイッチング素子は、前記ステッピングモータの駆動電圧を切り換える回路に接続されることを特徴とするステッピングモータの駆動回路。

Images