JP5570083B2 - モータ駆動装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明はモータ駆動装置及びモータ制御方法に関する。

最近では、個人、家庭、事務所などでの需要により電気機器または電子機器が爆発的に用いられている。このような機器は、内部に特定動作を駆動するための駆動回路が採用されることができ、その機器としてはモータを例に挙げることができる。

一般的に、ブラシレス直流モータ（ＢｒｕｓｈＬｅｓｓ ＤＣ ｍｏｔｏｒ）とは、直流モータにおいて、ブラシ及び整流子など機械的な接触部を用いず、非接触の位置検出器と半導体素子により電流が通じるようにしたり、電流方向を調整する機能を有する直流（ＤＣ）モータのことである。

ブラシレス直流モータの駆動は、インバータ回路を利用して永久磁石である回転子の位置によって、３相のうち、２相に電流を流してスイッチを駆動し、１相は開放される方式からなる。このために、ブラシレス直流モータは回転子の位置によってモータの相電流を転換させなければならないため、ホールセンサーやエンコーダのような回転子位置検出センサーが必要である。また、ホールセンサーやエンコーダのような位置センサーなしにブラシレス直流モータを駆動するセンサーレスドライブ開発に対する研究も多数行われている。

ブラシレス直流モータとは、直流モータにおいて、ブラシと整流子の代わりに電子的な整流器具を設けたもので、高い効率と小さなサイズなどの長所によりウルトラブックや低電圧ファンなど多くの分野で使用されている。特に、ウルトラブックや低電圧ファンのために、モータドライバＩＣ駆動電流が低くなる傾向にあり、例えば、５Ｖファンモータは、駆動電流を除き、１．３ｍＡ水準の消費電流特性を必要としている。モータ駆動の場合、全ての回路が常に動作するため、電流も常に流れ、電力の側面で非効率的である。

特開２０１２−５５１６１号公報

本発明の課題は上記の従来技術の問題点を補うためのもので、モータ制御部に含まれた複数の単位回路部の一部は常に動作し、残りの単位回路部はウェークアップ信号の入力を受けて所定の時間動作するようにすることで、低電力及び低電流で駆動可能なモータ駆動装置及びモータ制御方法を提供することにある。

本発明の第１技術的な側面によると、モータ制御部と、上記モータ制御部内に形成されてモータの駆動を制御する複数の単位回路部と、上記モータ制御部内に形成されて周期的にウェークアップ信号を生成するタイムスライス（Ｔｉｍｅ Ｓｌｉｃｅ）制御部とを含み、上記複数の単位回路部のうち一部の単位回路部は、上記ウェークアップ信号の入力を受けると、所定の動作時間動作するモータ駆動装置を提案する。

上記ウェークアップ信号の入力を受けて動作する単位回路部は、所定の動作時間を除き、スリープ状態であるモータ駆動装置を提案する。

上記複数の単位回路部は、回転子位置検出センサーの信号を検出する第１信号検出回路部と、上記モータ制御部の内部クロック信号の周波数を利用して上記検出された信号をサンプリングするサンプリング回路部と、上記サンプリング回路部のサンプリング結果から上記モータの回転速度を計算する演算回路部とを含み、上記ウェークアップ信号は上記モータの回転周期の初めと終わりに生成されるモータ駆動装置を提案する。

上記動作時間は、上記モータの回転周期に比例して設定されるモータ駆動装置を提案する。

上記複数の単位回路部は、外部入力パルス−幅−変調（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）信号のデューティ比を検出する第２信号検出回路部を含み、上記第１信号検出回路部、サンプリング回路部、演算回路部及び第２信号検出回路部のうち少なくとも一つは、ウェークアップ信号の入力を受けて動作するモータ駆動装置を提案する。

上記スリープ状態を保持する時間が上記動作時間より長いモータ駆動装置を提案する。

本発明の第１技術的な側面によると、モータの回転周期を検出する段階と、上記検出されたモータの回転周期に比例するように動作時間を設定し、周期的にウェークアップ信号を生成する段階と、モータ制御部に含まれた複数の単位回路部のうちスリープ状態である一部の単位回路部に上記ウェークアップ信号を印加して上記動作時間の間上記一部の単位回路部を動作させる段階とを含むモータ制御方法を提案する。

上記ウェークアップ信号は、上記モータの回転周期の初めと終わりに生成されるモータ制御方法を提案する。

上記モータの回転周期を検出する段階は、回転子位置検出センサーの信号をサンプリングして行うモータ制御方法を提案する。

上記モータの回転周期において、上記スリープ状態を保持する時間が上記動作時間より長いモータ制御方法を提案する。

本発明によると、モータ制御部に含まれた複数の単位回路部の一部は常に動作し、残りの単位回路部はウェークアップ信号の入力を受けて所定時間動作するようにすることで、低電力及び低電流で駆動可能なモータ駆動装置及びモータ制御方法を提供することができる。

一般的なモータ駆動装置を簡単に示した構成図である。 モータ駆動装置の駆動信号を説明するために提供されるグラフである。 本発明の実施例によるモータ駆動装置の制御部を簡単に示したブロック図である。 本発明の実施例によるウェークアップ信号を説明するために提供されるグラフである。 本発明の実施例によるモータ駆動装置の制御部内の回路の動作方法を説明するために提供されるフローチャートである。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

本発明の一実施形態によるモータ駆動装置及びモータ制御方法を、説明の便宜のために、ホールセンサーを備えたモータで説明するが、これに制限されない。ホールセンサーの他にオプティカル（Ｏｐｔｉｃａｌ）センサーを備えたモータ、または逆起電力（Ｂａｃｋ ｅｍｆ）信号により動作するセンサーレスモータに適用されてよい。

図１は一般的なモータ駆動装置の構成図である。

図１を参照すると、モータ駆動装置１０は、制御部１１及び駆動部１２を含んでよい。制御部１１はモータ制御回路部を含むもので、駆動部１２から出力される位置検出信号の入力を受けてモータを駆動させるモータ制御信号ＰＯＵＴ１、ＰＯＵＴ２、ＮＯＵＴ１、ＮＯＵＴ２を出力することができる。制御部１１は異なる機能を担う複数の単位回路部で構成され、各単位回路部に対しては図３において具体的に説明する。

駆動部１２は計４個のスイッチを備えることができ、上記４個のスイッチは二つのＰＭＯＳ ＦＥＴ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と二つのＮＭＯＳ ＦＥＴで構成されることができる。

モータ制御信号ＰＯＵＴ１が供給される第１ＰＭＯＳ ＦＥＴは電源が供給される電源供給端と接地との間に電気的に連結されてよく、モータ制御信号ＮＯＵＴ１が供給される第１ＮＭＯＳ ＦＥＴは第１ＰＭＯＳ ＦＥＴと接地との間に電気的に連結されてよい。

モータ制御信号ＰＯＵＴ２が供給される第２ＰＭＯＳ ＦＥＴは上記電源供給端に第１ＰＭＯＳ ＦＥＴと並列連結され、上記電源供給端と接地との間に電気的に連結されてよく、モータ制御信号ＮＯＵＴ２が供給される第２ＮＭＯＳ ＦＥＴは第２ＰＭＯＳ ＦＥＴと接地の間に電気的に連結されてよい。

駆動部１２は、制御部１１のモータ制御信号ＰＯＵＴ１、ＰＯＵＴ２、ＮＯＵＴ１、ＮＯＵＴ２の入力を受けて、４つのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）がターンオンまたはターンオフしモータを駆動することができる。４つのＦＥＴをターンオンまたはターンオフさせるために、４つのモータ制御信号ＰＯＵＴ１、ＰＯＵＴ２、ＮＯＵＴ１、ＮＯＵＴ２が必要である。

図２はモータ駆動装置の駆動信号である。

図２を参照すると、制御部１１から駆動部１２に伝達される駆動信号は、計４種類に区分され、識別符号Ｉ，II、III、IVの順に駆動信号が伝達されることができる。

即ち、識別符号Ｉの駆動信号により第１ＰＭＯＳ ＦＥＴと第２ＮＭＯＳ ＦＥＴがターンオンし、識別符号IIの駆動信号により第１ＰＭＯＳ ＦＥＴと第２ＮＭＯＳ ＦＥＴはターンオフし、第２ＰＭＯＳ ＦＥＴと第１ＮＭＯＳ ＦＥＴがターンオンすることができる。

また、識別符号IIIの駆動信号により第２ＰＭＯＳ ＦＥＴと第１ＮＭＯＳ ＦＥＴはターンオフし、第１ＰＭＯＳ ＦＥＴと第２ＮＭＯＳ ＦＥＴがターンオンして、識別符号IVの駆動信号により第１ＰＭＯＳ ＦＥＴと第２ＮＭＯＳ ＦＥＴはターンオフし、第２ＰＭＯＳ ＦＥＴと第１ＮＭＯＳ ＦＥＴがターンオンすることができる。

このような駆動方式により第１ＰＭＯＳ ＦＥＴと第２ＰＭＯＳ ＦＥＴがターンオンするとき、ＰＷＭ信号（図２の斜線部分）を発生させてモータの速度を調節することができる。

このようなモータ駆動装置は、モータの正確な駆動のため、接地に連結された抵抗を通じてモータに流れる電流を検出し、検出された信号に基づいてＰＷＭ信号を提供して、モータの速度を設定されたように適切に調節したり、過電流時にモータ駆動を停止させる制御動作を行うことができる。

図３は本発明の実施例によるモータ駆動装置の制御部を簡単に示したブロック図である。

図３を参照すると、本実施例によるモータ駆動装置の制御部は異なる機能でモータの駆動を制御する複数の単位回路部を含む。複数の単位回路部はタイムスライス制御部３１０、ＬＤＯ（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐｏｕｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）３２０、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）３３０、モータ速度検出部３４０、デジタル制御部３６０、外部入力ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号検出部３５０、ゲートドライバ３７０を含んでよい。

ＬＤＯ３２０は電圧分配器であり、定められた電圧レベルに変換し、各単位回路部に出力して各単位回路部が安定して動作できるようにすることができる。ＰＬＬ３３０は出力信号の周波数を常に一定に保持するように構成された回路であり、クロック信号を繰り返して出力することができる。ＰＬＬ３３０から出力されたクロック信号はモータ速度検出部３４０及びタイムスライス制御部３１０に入力される。

モータ速度検出部３４０は回転子信号検出回路部、サンプリング回路部、演算回路部を含んでよい。

回転子信号検出回路部は、回転子位置検出センサーから回転子の位置によってレベルが変わる信号を検出することができる。上記回転子信号検出回路で検出された信号は、サンプリング回路部において、クロック信号を利用してサンプリングされる。演算回路部は、サンプリングされた信号のサンプリング回数をカウントし、モータの回転速度または回転周期を演算することができる。カウントされたサンプリング回数が大きいほど、モータの回転速度が速く、カウントされたサンプリング回数が小さいほど、モータの回転速度が遅い。

外部入力信号ＰＷＭ検出部３５０は、モータの回転速度を変化させるためにモータ駆動装置の外部で生成される信号を検出し、上記信号は入力パルス−幅−変調（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）信号であってよい。入力パルス−幅−変調信号をサンプリングした後、サンプリング数をカウントしてデューティ比を生成することができる。即ち、デューティ比は入力パルス−幅−変調信号の一周期の間、ハイレベルが保持される時間の比で測定されることができる。モータの回転速度は、デューティ比を大きくして速く、デューティ比を小さくして遅くすることで制御することができる。

デジタル制御部３６０はゲートドライバ３７０に制御信号を印加する。デジタル制御部３６０は、モータ速度検出部３４０で検出したモータの回転速度と外部入力信号ＰＷＭ検出部３５０で検出した外部入力ＰＷＭ信号のデューティ比を比較して、制御信号を生成することができる。

即ち、モータの回転速度が外部入力ＰＷＭ信号より小さい場合は、モータの速度を速くするように制御信号を生成し、モータの回転速度が外部入力ＰＷＭ信号より大きい場合は、モータの速度を遅くするように制御信号を生成する。ゲートドライバはデジタル制御部の制御信号により複数のＦＥＴを駆動させる駆動信号を提供することができる。

タイムスライス制御部３１０は、ウェークアップ（ｗａｋｅ−ｕｐ）信号を生成することができる。ウェークアップ信号はスリープ（ｓｌｅｅｐ）状態の回路部またはブロックが動作できるようにし、所定時間後、上記回路部またはブロックは、スリープ状態になることができる。本発明によると、モータの制御部３００を構成する複数の単位回路部３１０〜３７０において、モータ駆動時、共に動作しなければならない単位回路部以外の単位回路部は、選択的に動作させることができる。

例えば、モータ駆動時に共に動作しなければならないＬＤＯ３２０、ＰＬＬ３３０、ゲートドライバ３７０、タイムスライス制御部３１０を除いた単位回路部は、スリープ状態でウェークアップ信号の入力を受けると、所定の駆動時間動作した後、またスリープ状態に戻ることができる。

本発明によると、モータ制御部を構成する複数の単位回路部の一部は常に動作せず、スリープ状態でウェークアップ信号の入力を受けると、所定の時間だけ動作することで、不要な電力消耗を減らすことができる。

図４は本発明の実施例によるウェークアップ信号を説明するために提供されるグラフである。

図４の（ａ）は、図３のＰＬＬ回路が出力するメイン内部クロックを示すパルスで、（ｂ）は図３のモータ速度検出部で検出したモータの回転周期を示すパルスで、（ｃ）はウェークアップ信号の周期を示すパルスである。

図４を参照すると、ウェークアップ信号の入力を受けた複数の単位回路部のうち一部の単位回路部は、モータ回転周期の初めに所定の動作時間ｔ１の間動作し、ｔ１の時間が過ぎた後、上記回路部はｔ２の時間の間スリープ状態であり、また、モータ回転周期の終わりに所定の動作時間ｔ２の間動作することができる。モータの回転周期において、動作時間、即ち、ｔ１とｔ３を足した時間は、単位回路部がスリープ状態を保持する時間であるｔ２より短く、ｔ２の時間分だけ、一部の単位回路部が駆動しないため、低電力及び低電流でモータを駆動することができる。

また、モータの回転周期は、外部入力ＰＷＭ信号により変わることができるため、動作時間はモータの回転周期に比例して設定されることができる。例えば、モータの回転周期の７０〜８０％の間スリープ状態を保持するように設定することができ、モータの回転周期が長くなると、動作時間も長くなり、モータの回転周期が短くなると、動作時間も短くなる。

図５は本発明の実施例によるモータ駆動装置の制御部内の回路の動作方法を説明するために提供されるフローチャートである。

図５を参照すると、本発明の一実施例によるモータ駆動装置の制御部内の単位回路部の動作は、モータの回転周期を検出することで始まる（Ｓ５００）。モータの回転周期は、回転子の位置検出センサーから生成される信号をサンプリングした後、サンプリングされた信号のサンプリング回数をカウントして演算することができる。

モータの回転周期によって、ウェークアップ信号の入力を受ける単位回路部の動作時間が設定されることができる（Ｓ５１０）。動作時間はモータの回転周期に比例して設定され、モータの回転周期が長くなると、動作時間が長くなり、モータの回転周期が短くなると、動作時間が短くなる。

複数の単位回路部のうち一部の単位回路部がウェークアップ信号の入力を受けると、スリープ状態であった一部の単位回路部は所定の動作時間の間、動作モードを保持する（Ｓ５３０）。

単位回路部はモータ回転周期の初めにウェークアップ信号の入力を受けて動作し、所定の動作時間が過ぎた後、上記単位回路部はスリープモードに変換される（Ｓ５４０）。これにより、モータの制御部を構成する複数の単位回路部のうち一部の単位回路部を所定の時間だけ動作させることで、不要な電力消耗を節減し、低電流でモータを駆動することができる。

スリープモードである単位回路部は、モータ回転周期の終わりにウェークアップ信号の入力を受けて再び動作モードに変換されることができる。即ち、ウェークアップ信号の入力を受ける単位回路部は、モータ回転周期の初めと終わりに動作し、モータが駆動する間、上記単位回路部の動作モードとスリープモードは周期的に繰り返されることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１１、３００ モータ制御部
３１０ タイムスライス制御部
３４０ モータ速度検出部
３５０ 外部入力ＰＷＭ信号検出部
３６０ デジタル制御部
３７０ ゲートドライバ

Claims (9)

1. モータ制御部と、
   前記モータ制御部内に形成されてモータの駆動を制御する複数の単位回路部と、
   前記モータ制御部内に形成されて周期的にウェークアップ信号を生成するタイムスライス制御部と
   を含み、
   前記複数の単位回路部のうち一部の単位回路部は、前記ウェークアップ信号の入力を受けると、前記モータの回転周期に比例して設定される動作時間の間動作するモータ駆動装置。
2. 前記ウェークアップ信号の入力を受けて動作する単位回路部は、前記動作時間を除き、スリープ状態である請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記複数の単位回路部は、
   回転子位置検出センサーの信号を検出する第１信号検出回路部と、
   前記モータ制御部の内部クロック信号の周波数を利用して前記検出された信号をサンプリングするサンプリング回路部と、
   前記サンプリング回路部のサンプリング結果から前記モータの回転速度を計算する演算回路部と、を含み、
   前記ウェークアップ信号は前記モータの回転周期の初めと終わりに生成される請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記複数の単位回路部は、
   外部入力パルス−幅−変調（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）信号のデューティ比を検出する第２信号検出回路部を含み、
   前記第１信号検出回路部、前記サンプリング回路部、前記演算回路部及び前記第２信号検出回路部のうち少なくとも一つは、ウェークアップ信号の入力を受けて動作する請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記スリープ状態を保持する時間が前記動作時間より長い請求項２に記載のモータ駆動装置。
6. モータの回転周期を検出する検出段階と、
   前記検出段階において検出されたモータの回転周期に比例するように動作時間を設定し、周期的にウェークアップ信号を生成する生成段階と、
   モータ制御部に含まれた複数の単位回路部のうちスリープ状態である一部の単位回路部に前記ウェークアップ信号を印加して前記動作時間の間前記一部の単位回路部を動作させる動作段階と
   を含むモータ制御方法。
7. 前記ウェークアップ信号は、前記モータの回転周期の初めと終わりに生成される請求項６に記載のモータ制御方法。
8. 前記モータの回転周期を検出する段階は、回転子位置検出センサーの信号をサンプリングして行う請求項６または７に記載のモータ制御方法。
9. 前記モータの回転周期において、前記スリープ状態を保持する時間が前記動作時間より長い請求項６から８の何れか１項に記載のモータ制御方法。

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