JP5820287B2 - モータ駆動制御装置およびその動作方法 - Google Patents
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Description
まず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号は、それが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
《モータ駆動制御装置の本質的な構成》
図1は、本発明の実施の形態1による3相直流モータを駆動するためのモータ駆動制御装置の構成を示す図である。
図1に示したように、モータ(MT)1のU相のステータコイルLUとV相のステータコイルLVとW相のステータコイルLWの一端には、それぞれ逆起電圧B−emf(U)、B−emf(V)、B−emf(W)を等価的に示す電圧源が接続されている。尚、モータ(MT)1のU相のステータコイルLUとV相のステータコイルLVとW相のステータコイルLWの他端は、中点として共通接続される。
3相のモータ(MT)1のステータコイルLU、LV、LWは、出力ドライバ8によってPWM駆動される。すなわち、出力ドライバ8は、スピンドル出力プリドライバ81と、プルアップパワーMOSFETM1、M2、M3と、プルダウンパワーMOSFETM4、M5、M6とによって構成されている。モータ(MT)1のU相のステータコイルLUはプルアップパワーMOSFETM1とプルダウンパワーMOSFETM4とによって駆動され、モータ(MT)1のV相のステータコイルLVはプルアップパワーMOSFETM2とプルダウンパワーMOSFETM5とによって駆動され、モータ(MT)1のW相のステータコイルLWはプルアップパワーMOSFETM3とプルダウンパワーMOSFETM6とによって駆動される。またスピンドル出力プリドライバ81は、出力駆動制御部6Aから生成される出力制御信号UPWM、UHIZ、VPWM、VHIZ、WPWM、WHIZによって駆動される。
3相のモータ(MT)1のモータ駆動電流は、直流シャント抵抗Rsnsによって構成された電流検出部9Aを使用して検出される。直流シャント抵抗Rsnsの一端は出力ドライバ8の3個のプルダウンパワーMOSFETM4、M5、M6の共通ソースに接続されて、直流シャント抵抗Rsnsの他端は接地電圧に接続される。
A/Dコンバータ4Bの出力ADCOUTの電流検出デジタル信号とパラメータ設定レジスタ7Aから供給される電流指示の値との誤差が駆動電圧発生器6Cによって計算され、この誤差に応答する駆動電圧VDRVが駆動電圧発生器6Cの出力からPWM変調器6Bの入力に供給される。駆動電圧VDRVに応答してPWM変調器6BはPWM信号を出力駆動制御部6Aの入力端子に供給するので、出力駆動制御部6Aは出力ドライバ8のパワーMOSFETをPWM駆動する出力制御信号UPWM、UHIZ、VPWM、VHIZ、WPWM、WHIZを生成する。尚、パラメータ設定レジスタ7Aの電流指示の値は、シリアルポート7Bを介して図1のモータ駆動制御装置の外部のマイクロコントローラ等から設定することが可能とされる。更に通電相の切り替えのためにパラメータ設定レジスタ7Aから初期加速制御部5の誘起電圧判定部51に設定される所定の基準値VTHも、シリアルポート7Bを介して図1のモータ駆動制御装置の外部のマイクロコントローラ等からパラメータ設定レジスタ7Aに設定することが可能とされる。
仮想中点生成部2は3個の抵抗RU、RV、RWを含み、3個の抵抗RU、RV、RWの一端はモータ(MT)1のステータコイルLU、LV、LWの一端に接続される。仮想中点生成部2の3個の抵抗RU、RV、RWの抵抗値が等しい抵抗Rに設定されることによって、3個の抵抗RU、RV、RWの他端の電圧はモータ(MT)1のU相のステータコイルLUとV相のステータコイルLVとW相のステータコイルLWの共通接続された他端の中点電位と実質的に等しい仮想中点電圧となる。
誘起電圧検出部3は、セレクタ31と増幅器32とサンプル/ホールド回路33とによって構成される。セレクタ31の第1スイッチSW1の一端はモータ(MT)1のU相のステータコイルLUの一端と仮想中点生成部2の抵抗RUの一端に接続され、第2スイッチSW2の一端はモータ(MT)1のV相のステータコイルLVの一端と仮想中点生成部2の抵抗RVの一端とに接続され、第3スイッチSW3の一端はモータ(MT)1のW相のステータコイルLWの一端と仮想中点生成部2の抵抗RWの一端とに接続される。セレクタ31の第1スイッチSW1と第2スイッチSW2と第3スイッチSW3の3個の他端は増幅器32の非反転入力端子+に共通接続され、増幅器32の反転入力端子−には仮想中点生成部2の3個の抵抗RU、RV、RWの共通接続された他端の仮想中点電圧が供給される。また、セレクタ31の第1スイッチSW1と第2スイッチSW2と第3スイッチSW3のオン・オフ制御は、初期加速制御部5の誘起電圧判定部51から生成される選択信号SELによって制御される。誘起電圧検出部3の増幅器32の出力信号はサンプル/ホールド回路33の入力端子に供給され、サンプル/ホールド回路33の出力端子のサンプル/ホールド出力信号である誘起検出電圧VMOUTはA/D変換部4のセレクタ4Aを介してA/Dコンバータ4Bに供給される。
初期加速制御部5は、誘起電圧判定部51とデコーダ52とシーケンサ53とによって構成される。誘起電圧判定部51は、誘起電圧検出部3とA/D変換部4とによって生成されるモータ(MT)1のU相とV相とW相の各相の誘起電圧の極性を判定して更に所定の基準値VTHのレベルよりも大きいか小さいかを判定する。誘起電圧判定部51の出力から、モータ(MT)1のU相とV相とW相のプルアップおよびプルダウンの通電相を示す出力信号Dmodeが生成される。
図2は、図1に示した本発明の実施の形態1によるモータ駆動制御装置において、3相のモータ(MT)1の初期加速のためにモータ(MT)の初期ロータ位置を特定するための誘起電圧検出部3によって誘起電圧を検出するために、ロータが応答しないような短いパルス電流を2相の界磁コイルに流す様子を示す図である。
図3は、図1に示した本発明の実施の形態1によるモータ駆動制御装置において、3相のモータ(MT)1の回転によってモータ(MT)1のステータコイルLU、LV、LWにそれぞれ発生する逆起電圧B−emf(U)、B−emf(V)、B−emf(W)の波形を示す図である。
図4は、図1に示した本発明の実施の形態1によるモータ駆動制御装置において、図2(A)に示す順方向の短パルス電流通電により非通電相のU相に生成される誘起電圧Vm+と図2(B)に示す逆方向の短パルス電流通電により非通電相のU相に生成される誘起電圧Vm−との和の正規化された誘起電圧の波形を示す図である。
図5は、図1に示した本発明の実施の形態1によるモータ駆動制御装置の初期加速制御部5の誘起電圧判定部51の構成を示す図である。
図6は、図1と図5に示した本発明の実施の形態1によるモータ駆動制御装置におけるモータ(MT)1の3相のステータコイルLU、LV、LWの逆起電圧B−emf(U)、B−emf(V)、B−emf(W)と3相の加算誘起電圧(Vmu+)+(Vmu−)、(Vmv+)+(Vmv−)、(Vmw+)+(Vmw−)と絶対値回路514の絶対値出力ADCOUTの波形を示す図である。
図7は、図1に示した本発明の実施の形態1によるモータ駆動制御装置の駆動電圧発生器6Cの構成を示す図である。
図8は図1に示した本発明の実施の形態1による初期加速のための通電開始時におけるモータ駆動制御装置のPWM変調器6Bおよび出力駆動制御部6Aの構成を示す図である。
図10は、図1と図7に示した本発明の実施の形態1によるモータ駆動制御装置によって実行される3相センスによるロータの位置特定動作と初期加速のための通電動作との動作シーケンスを説明する図である。
《モータ駆動制御装置の改良構成》
図1と図5と図7とに示した本発明の実施の形態1によるモータ駆動制御装置によれば、温度が発熱等により上昇するか、電源電圧が低下する等の原因によって、初期加速の途中でモータ(MT)1のU相とV相とW相との各相の誘起電圧が所定の基準値VTHのレベルに到達しなくなり、通電相の切り替えが不可能となり、初期加速が中断され、モータ(MT)1の起動が失敗する可能性を否定できない。
2…仮想中点生成部
3…誘起電圧検出部
4…A/D変換部
5…初期加速制御部
51…誘起電圧判定部
52…デコーダ
53…シーケンサ
6A…出力駆動制御部
6B…PWM変調器
6C…駆動電圧発生器
7A…パラメータ設定レジスタ
7B…シリアルポート
8…出力ドライバ
9A…電流検出部
9B…センス増幅器
UPWM、VPWM、WPWM…PWM駆動制御信号
CLENA…クランプイネーブル信号
CLPWM…PWMデューティ上限クランプ信号
Claims (18)
- 電圧検出部と、A/D変換部と、初期加速制御部と、出力駆動制御部と、出力ドライバと、電流検出部と、入力回路とを具備するモータ駆動制御装置であって、
前記出力ドライバは、多相直流モータを駆動する複数のパワートランジスタと、前記複数のパワートランジスタの複数の入力電極を駆動する出力プリドライバとを含み、
前記電流検出部は、前記多相直流モータに流れるモータ駆動電流を検出可能とされ、
前記電流検出部によって検出される前記モータ駆動電流の検出情報は、前記A/D変換部により電流検出デジタル信号に変換され、
前記出力駆動制御部は、電流指示信号と前記電流検出デジタル信号との誤差が最小となるようなPWM駆動のためのPWM駆動出力信号を前記出力プリドライバに供給して、
前記電圧検出部は、前記多相直流モータの各相のステータコイルに生成される誘起電圧を検出して、検出誘起電圧を生成することが可能とされ、
前記初期加速制御部は、前記多相直流モータの起動時に動作状態に制御され、前記電圧検出部から生成される前記検出誘起電圧に応答して前記多相直流モータの初期加速のための通電相を指示する複数の初期加速出力信号を前記出力駆動制御部に供給して、
前記初期加速制御部と前記出力駆動制御部と前記出力ドライバとは、前記多相直流モータの前記起動時に前記検出誘起電圧と前記誤差とにそれぞれ応答して前記通電相の切り替えと前記PWM駆動によって前記多相直流モータの前記初期加速を行うものであり、
前記初期加速の期間に前記出力駆動制御部から前記出力プリドライバに供給される前記PWM駆動出力信号のデューティの上限値を制限するためのデューティ制御信号が、前記モータ駆動制御装置の外部から前記入力回路に供給される所望の制御信号に基づいて前記出力駆動制御部に供給可能とされた
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 請求項1において、
前記電圧検出部から生成される前記検出誘起電圧は、前記A/D変換部により誘起電圧検出デジタル信号に変換され、
前記初期加速に先立って、前記初期加速制御部は前記多相直流モータの前記各相の前記誘起電圧検出デジタル信号の極性情報の組み合わせから前記多相直流モータのロータの位置を特定可能とされた
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 請求項2において、
前記初期加速に先立って特定された前記ロータの位置に基づいて、前記初期加速制御部は前記初期加速のための最初の通電相を決定する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 請求項3において、
前記初期加速のための前記最初の通電相への通電の後に、前記誘起電圧検出デジタル信号が所定の基準値に到達することに応答して、前記初期加速制御部は前記通電相の前記切り替えを実行する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 請求項4において、
前記初期加速制御部は前記入力回路から供給される前記多相直流モータの回転開始のスタート信号に応答して、前記初期加速の期間にクランプ許可信号を生成して、
前記初期加速の期間において、前記初期加速制御部から生成される前記クランプ許可信号に応答して、前記出力駆動制御部は前記出力プリドライバに供給する前記PWM駆動出力信号の前記デューティの前記上限値を前記デューティ制御信号に従って設定する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 請求項5において、
前記初期加速制御部は、前記誘起電圧検出デジタル信号が所定のタイミングで前記所定の基準値に到達しないことを検出して、当該非到達の検出信号を生成して、
前記初期加速制御部は、前記非到達の検出信号に応答して、前記所定の基準値のレベルよりも低レベルのサブ基準値を生成して、
前記初期加速制御部は、前記誘起電圧検出デジタル信号が前記低レベルのサブ基準値に到達することに応答して、前記通電相の切り替えを実行する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 請求項5において、
前記所定の基準値は、前記モータ駆動制御装置の前記外部から前記入力回路を介して前記初期加速制御部に供給可能とされた
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 請求項5において、
前記電圧検出部と前記A/D変換部と前記初期加速制御部と前記出力駆動制御部と前記出力ドライバは、半導体集積回路の半導体チップに集積化されたことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 請求項8において、
前記半導体集積回路の前記半導体チップに集積化された前記電圧検出部と前記A/D変換部と前記初期加速制御部と前記出力駆動制御部と前記出力ドライバはハードディスク装置の磁気ディスクを回転させるためのスピンドルモータとしての3相直流モータである前記多相直流モータを駆動可能とされた
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 電圧検出部と、A/D変換部と、初期加速制御部と、出力駆動制御部と、出力ドライバと、電流検出部と、入力回路とを具備するモータ駆動制御装置の動作方法であって、
前記出力ドライバは、多相直流モータを駆動する複数のパワートランジスタと、前記複数のパワートランジスタの複数の入力電極を駆動する出力プリドライバとを含み、
前記電流検出部は、前記多相直流モータに流れるモータ駆動電流を検出可能とされ、
前記電流検出部によって検出される前記モータ駆動電流の検出情報は、前記A/D変換部により電流検出デジタル信号に変換され、
前記出力駆動制御部は、電流指示信号と前記電流検出デジタル信号との誤差が最小となるようなPWM駆動のためのPWM駆動出力信号を前記出力プリドライバに供給して、
前記電圧検出部は、前記多相直流モータの各相のステータコイルに生成される誘起電圧を検出して、検出誘起電圧を生成することが可能とされ、
前記初期加速制御部は、前記多相直流モータの起動時に動作状態に制御され、前記電圧検出部から生成される前記検出誘起電圧に応答して前記多相直流モータの初期加速のための通電相を指示する複数の初期加速出力信号を前記出力駆動制御部に供給して、
前記初期加速制御部と前記出力駆動制御部と前記出力ドライバとは、前記多相直流モータの前記起動時に前記検出誘起電圧と前記誤差とにそれぞれ応答して前記通電相の切り替えと前記PWM駆動によって前記多相直流モータの前記初期加速を行うものであり、
前記初期加速の期間に前記出力駆動制御部から前記出力プリドライバに供給される前記PWM駆動出力信号のデューティの上限値を制限するためのデューティ制御信号が、前記モータ駆動制御装置の外部から前記入力回路に供給される所望の制御信号に基づいて前記出力駆動制御部に供給可能とされた
ことを特徴とするモータ駆動制御装置の動作方法。 - 請求項10において、
前記電圧検出部から生成される前記検出誘起電圧は、前記A/D変換部により誘起電圧検出デジタル信号に変換され、
前記初期加速に先立って、前記初期加速制御部は前記多相直流モータの前記各相の前記誘起電圧検出デジタル信号の極性情報の組み合わせから前記多相直流モータのロータの位置を特定可能とされた
ことを特徴とするモータ駆動制御装置の動作方法。 - 請求項11において、
前記初期加速に先立って特定された前記ロータの位置に基づいて、前記初期加速制御部は前記初期加速のための最初の通電相を決定する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置の動作方法。 - 請求項12において、
前記初期加速のための前記最初の通電相への通電の後に、前記誘起電圧検出デジタル信号が所定の基準値に到達することに応答して、前記初期加速制御部は前記通電相の前記切り替えを実行する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置の動作方法。 - 請求項13において、
前記初期加速制御部は前記入力回路から供給される前記多相直流モータの回転開始のスタート信号に応答して、前記初期加速の期間にクランプ許可信号を生成して、
前記初期加速の期間において、前記初期加速制御部から生成される前記クランプ許可信号に応答して、前記出力駆動制御部は前記出力プリドライバに供給する前記PWM駆動出力信号の前記デューティの前記上限値を前記デューティ制御信号に従って設定する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置の動作方法。 - 請求項14において、
前記初期加速制御部は、前記誘起電圧検出デジタル信号が所定のタイミングで前記所定の基準値に到達しないことを検出して、当該非到達の検出信号を生成して、
前記初期加速制御部は、前記非到達の検出信号に応答して、前記所定の基準値のレベルよりも低レベルのサブ基準値を生成して、
前記初期加速制御部は、前記誘起電圧検出デジタル信号が前記低レベルのサブ基準値に到達することに応答して、前記通電相の切り替えを実行する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置の動作方法。 - 請求項14において、
前記所定の基準値は、前記モータ駆動制御装置の前記外部から前記入力回路を介して前記初期加速制御部に供給可能とされた
ことを特徴とするモータ駆動制御装置の動作方法。 - 請求項14において、
前記電圧検出部と前記A/D変換部と前記初期加速制御部と前記出力駆動制御部と前記出力ドライバは、半導体集積回路の半導体チップに集積化された
ことを特徴とするモータ駆動制御装置の動作方法。 - 請求項17において、
前記半導体集積回路の前記半導体チップに集積化された前記電圧検出部と前記A/D変換部と前記初期加速制御部と前記出力駆動制御部と前記出力ドライバはハードディスク装置の磁気ディスクを回転させるためのスピンドルモータとしての3相直流モータである前記多相直流モータを駆動可能とされた
ことを特徴とするモータ駆動制御装置の動作方法。
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