JP5835923B2 - ステッピングモータの駆動回路および集積回路 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動回路、それを集積化した集積回路およびそれを備える電子機器、ならびに、ステッピングモータの駆動回路の制御方法に関し、より特定的には、駆動回路からステッピングモータへ励磁電流を伝達する経路の異常を検出する技術に関する。

近年、たとえば、プリンタ、ファックス、またはスキャナなどの電子機器において、ムラのない滑らかな回転を実現して低振動かつ低騒音を可能とするステッピングモータが多く使用されている。ステッピングモータは、一般的に、２相の励磁コイルに、互いに位相が９０°ずれた励磁電流を正弦波に近い波形（すなわち、擬似正弦波）で変化させて印加することによって駆動される。

特開２００８−０２９１４５号公報（特許文献１）には、励磁電流の上限値を示す参照電圧に基づいて励磁電流の目標値を示す目標電圧を生成する目標電圧生成部と、この目標電圧に基づいて励磁電流を制御するための電流制御部とを備えた、ステッピングモータの駆動回路の例が開示される。

特開２００８−０２９１４５号公報

このようなステッピングモータの駆動システムにおいては、駆動回路とステッピングモータとは互いに配線で接続される。この配線は、駆動回路およびステッピングモータにおいて、端子またはコネクタなどの接続部によって接続される。さらに、配線の中間部においても、配線同士がコネクタなどで接続される場合がある。

この配線の接続部が緩んだり、接触不良となったり、あるいは配線が断線してしまったりした場合には、駆動回路から励磁コイルに適切に励磁電流が供給できなくなるため、ステッピングモータを駆動することができなくなる。

しかしながら、特開２００８−０２９１４５号公報（特許文献１）に開示される駆動回路においては、このような配線異常を駆動回路側で検出する構成とはなっていなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ステッピングモータへ励磁電流を供給するための配線の異常を検出可能な、ステッピングモータの駆動回路を提供することである。

本発明によるステッピングモータの駆動回路は、目標電圧生成部と、電流制御部と、異常検出部とを備える。目標電圧生成部は、ステッピングモータに流れる励磁電流の上限値を示す参照電圧に基づいて定められる、励磁電流についての目標値を示す目標電圧を生成する。電流制御部は、目標電圧に基づいて、励磁電流の値が目標値に保たれるように励磁電流を制御する。電流制御部は、励磁電流に対応する信号と予め定められたしきい値とを比較するための比較部を含む。異常検出部は、駆動回路からステッピングモータに励磁電流が出力可能である状態における予め定められた所定期間内に、励磁電流に対応する信号のレベルがしきい値に到達した回数に基づいて、駆動回路からステッピングモータへ励磁電流が供給される経路の異常を検出する。

好ましくは、しきい値は目標値に基づいて定められる。異常検出部は、比較部からの出力信号に基づいて回数をカウントする。

好ましくは、しきい値は、目標値とは異なる、ステッピングモータを駆動することができる最低電流値に基づいて定められる。異常検出部は、比較部からの出力信号に基づいて回数をカウントする。

好ましくは、しきい値は、目標値よりも低い値に基づいて設定される。
好ましくは、異常検出部は、回数が予め定められた基準回数を下回った場合に異常が発生していることを検出する。

好ましくは、所定期間は、駆動回路の起動信号、駆動回路を有効化するためのイネーブル信号、および励磁電流の極性を示す制御信号の少なくとも１つに基づいて定められる。

好ましくは、異常検出部は、異常が所定回数連続して検出されたことに応答して異常を確定する。

好ましくは、異常検出部は、異常が確定したことに基づいて異常信号を出力する。
好ましくは、目標電圧生成部は、参照電圧を上限値に対する目標値の０から１まで段階的に変化する比率に従って分圧することによって目標電圧を生成する。

好ましくは、駆動回路外部からの情報に基づいて、比率を示す信号を生成する指令生成部をさらに備える。

本発明による集積回路は、上記のうちのいずれかの駆動回路が集積化されたものである。

本発明による電子機器は、ステッピングモータと、上記のうちのいずれかの駆動回路とを備える。

本発明によるステッピングモータの駆動回路の制御方法は、ステッピングモータに流れる励磁電流の上限値を示す参照電圧に基づいて定められる励磁電流についての目標値を示す目標電圧を生成するステップと、目標電圧に基づいて、励磁電流の値が目標値に保たれるように励磁電流を制御するステップと、励磁電流に対応する信号と予め定められたしきい値とを比較するステップと、駆動回路からステッピングモータに励磁電流が出力可能である状態における予め定められた所定期間内に励磁電流に対応する信号のレベルがしきい値に到達した回数をカウントするステップと、上記回数に基づいて駆動回路からステッピングモータへ励磁電流が供給される経路の異常を検出するステップと備える。

本発明によれば、ステッピングモータの駆動回路において、ステッピングモータへ励磁電流を供給するための配線の異常を検出することが可能となる。

実施の形態１に従うステッピングモータの駆動回路を含む、モータ駆動システムの全体ブロック図である。 実施の形態１における異常検出制御を説明するための第１のタイムチャートである。 実施の形態１における異常検出制御を説明するための第２のタイムチャートである。 実施の形態１において、異常検出部で実行される異常検出制御を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態１において、異常検出部で実行される異常検出制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の変形例に従うステッピングモータの駆動回路を含む、モータ駆動システムの全体ブロック図である。 実施の形態２に従うステッピングモータの駆動回路を含む、モータ駆動システムの全体ブロック図である。 実施の形態２における異常検出制御を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態２において、異常検出部で実行される異常検出制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に従うステッピングモータの駆動回路１００を含む、モータ駆動システム１０の全体ブロック図である。このモータ駆動システム１０は、たとえば、プリンタ、ファックス、スキャナ、またはカメラなどの電子機器の駆動部として使用される。

図１を参照して、ステッピングモータ２００は２相のステッピングモータである。ステッピングモータ２００は、２相にそれぞれ対応する励磁コイルＬ１，Ｌ２と、回転子２１０とを備える。

励磁コイルＬ１，Ｌ２には励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２がそれぞれ流れる。駆動回路１００はステッピングモータ２００を駆動する際に励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２の値が設定値に保たれるよう励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２を制御する。

なお、本実施の形態では、駆動回路１００は、励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２の比率を細かく変えていくことによって、基本ステップ角よりも細かいステップ角でステッピングモータの回転子２１０を回転させる。

駆動回路１００は、入力バッファ１１０と、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）１２０と、電流制御回路１３０と、異常検出部１７０と、ＰＷＭ制御部１８０と、発振回路１９０とを含む。

電流制御回路１３０は、比較器１３１，１３２と、論理回路１４１，１４２を有する論理制御部１４０と、プリドライバ１５１，１５２を有するプリドライバ部１５０と、Ｈブリッジ１６１，１６２とを含む。

比較器１３１と、論理回路１４１と、プリドライバ１５１と、Ｈブリッジ１６１とにより、励磁コイルＬ１に励磁電流ＩＯＵＴ１を供給するチャンネルＣＨ１に対応する回路が構成される。また、比較器１３２と、論理回路１４２と、プリドライバ１５２と、Ｈブリッジ１６２とにより、励磁コイルＬ２に励磁電流ＩＯＵＴ２を供給するチャンネルＣＨ２に対応する回路が構成される。なお、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２に対応するそれぞれの回路の構成および機能は同様であるので、以下に示す回路の詳細な説明においては、チャンネルＣＨ１に関して説明を行ない、チャンネルＣＨ２に関しての同様の説明は繰り返さない。

駆動回路１００は、外部から、起動信号であるパワーセーブ信号ＰＳを受ける。駆動回路１００は、パワーセーブ信号ＰＳがオン（ハイレベル）となったことに応答して、駆動回路１００内の各回路へ電源が供給されて動作可能状態になる。一方、パワーセーブ信号ＰＳがオフ（ローレベル）になると、スタンバイ状態となり、ステッピングモータ２００への励磁電流の出力が停止される。

入力バッファ１１０はいわゆるボルテージフォロワ回路であり、入力される参照電圧ＶＲＥＦをそのまま出力する。参照電圧ＶＲＥＦは励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２の上限値を示す電圧信号である。

Ｄ／Ａコンバータ１２０は本発明のステッピングモータの駆動回路における「目標電圧生成部」に対応する。Ｄ／Ａコンバータ１２０は参照電圧ＶＲＥＦと制御信号Ｉ０１，Ｉ１１とを受けて、チャンネルＣＨ１に対する目標電圧ＶＡ１を出力する。なお、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１は励磁電流ＩＯＵＴ１の上限値に対する励磁電流ＩＯＵＴ１の設定値の比を０から１の間で変化させる信号である。

詳細に説明すると、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルはＨ（ハイ）レベルとＬ（ロー）レベルとの間で切換わる。よって制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せは４通りある。励磁電流ＩＯＵＴ１の上限値に対する励磁電流ＩＯＵＴ１の設定値の比率は、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１の電位レベルの組合せ（Ｈ，Ｈ），（Ｌ，Ｈ），（Ｈ，Ｌ），（Ｌ，Ｌ）に対して、たとえば、それぞれ０％，３３％，６７％，１００％の、４つの値の間で変化する。Ｄ／Ａコンバータ１２０は、上記の比率に従って参照電圧ＶＲＥＦを分圧することにより目標電圧ＶＡ１を生成する。

電流制御回路１３０は、目標電圧ＶＡ１を受けて励磁電流ＩＯＵＴ１の値が設定値に保たれるように励磁電流ＩＯＵＴ１を制御する。

比較器１３１は、駆動回路１００の外部に設けられる抵抗Ｒ１によって変換されたＨブリッジ１６１を流れる電流（励磁電流ＩＯＵＴ１）を示す電圧ＲＮＦ１と、目標電圧ＶＡ１とを比較し、比較結果を示す出力信号ＣＬＯＵＴ１を生成する。出力信号ＣＬＯＵＴ１は、たとえば、電圧ＲＮＦ１が目標電圧ＶＡ１に到達していない場合にはハイ（Ｈｉ）に設定され、電圧ＲＮＦ１が目標電圧ＶＡ１に到達した場合にはロー（Ｌｏ）に設定される。

なお、本実施の形態においては、抵抗Ｒ１が駆動回路１００の外部に設けられる構成の例を示すが、抵抗Ｒ１は駆動回路１００に含まれてもよい。

論理回路１４１は、励磁電流ＩＯＵＴ１の極性を示す位相信号ＰＨＡ１と、比較器１３１の出力信号ＣＬＯＵＴ１と、イネーブル信号ＥＮＢとを受ける。そして、論理回路１４１は、これらの信号と、発振回路１９０からの発振信号ＯＳＣに基づきＰＷＭ制御部によって設定された制御信号ＰＷＭとを用いて駆動信号を生成する。

イネーブル信号ＥＮＢは、論理制御部１４０（論理回路１４１，１４２）を有効化するための信号であり、イネーブル信号ＥＮＢがオン（ハイレベル）とされることによって論理制御部１４０が有効とされ、Ｈブリッジ１６１，１６２に含まれるトランジスタが駆動されることによって、駆動回路１００からステッピングモータ２００へ励磁電流が供給される。一方、イネーブル信号ＥＮＢがオフ（ローレベル）とされると、論理制御部１４０が無効とされ、駆動回路１００からステッピングモータ２００へ励磁電流の供給が停止される。

発振回路１９０には、並列接続された抵抗Ｒ１０およびコンデンサＣ１０が接続される。この抵抗Ｒ１０およびコンデンサＣ１０の並列回路によって、図３で後述するようなチョッピング動作の周期が定められる。

プリドライバ１５１は論理回路１４１から送られる駆動信号を増幅する。プリドライバ１５１からの信号はＨブリッジ１６１に与えられる。Ｈブリッジ１６１の動作に応じて、励磁コイルＬ１に供給される励磁電流ＩＯＵＴ１の大きさが変化する。

励磁電流ＩＯＵＴ１の大きさが上限値を超えた場合（すなわち比較器１３１の出力がＲＮＦ１＞ＶＡ１を示す場合）には論理回路１４１は励磁電流ＩＯＵＴ１を減少させる。励磁電流ＩＯＵＴ１を減少させる動作を開始してから所定時間の経過後に、論理回路１４１は励磁電流ＩＯＵＴ１を増加させる。この動作を繰り返すことによって、励磁電流ＩＯＵＴ１の値は設定値に保たれるように制御される。

Ｈブリッジ１６１は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１１，Ｑ１２とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４とを含む。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１１とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１３とはステッピングモータ２００の電源電位ＶＭが与えられる電源ノードと抵抗Ｒ１の一方端が接続される端子Ｔ１３との間に直列に接続される。同様にＰ型ＭＯＳトランジスタＱ１２とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１４とは上記の電源ノードと抵抗Ｒ１の一方端が接続される端子Ｔ１３との間に直列に接続される。なお抵抗Ｒ１の他方端は接地ノードに接続される。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱ１１とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１３とが接続されるノードＮ１１は端子Ｔ１１に接続される。同様にＰ型ＭＯＳトランジスタＱ１２とＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１４とが接続されるノードＮ１２は端子Ｔ１２に接続される。励磁コイルＬ１の２つの端子は、配線を解して端子Ｔ１１，Ｔ１２にそれぞれ接続される。

なお、上記においては、Ｐ型ＭＯＳトランジスタおよびＮ型ＭＯＳトランジスタで形成されたＨブリッジを用いる構成の例として説明したが、Ｈブリッジを形成するトランジスタの構成は、全てＮ型ＭＯＳトランジスタを用いるようにしてもよい。このように、全てをＮ型ＭＯＳトランジスタを用いてＨブリッジを形成した場合には、上記のＰ型ＭＯＳトランジスタおよびＮ型ＭＯＳトランジスタを用いた場合と比べて、トランジスタを駆動するための昇圧回路が別途必要とはなるが、Ｎ型ＭＯＳトランジスタのほうがＰ型ＭＯＳトランジスタよりも回路面積が小さくできる傾向にあるので、たとえばＰ型ＭＯＳトランジスタの出力電流が大きい場合には、昇圧回路を含めたとしてもＮ型ＭＯＳトランジスタを全てに用いるほうが回路全体の面積を小さくできるという利点を有し得る。一方、上記の例のようにＰ型ＭＯＳトランジスタおよびＮ型ＭＯＳトランジスタを用いると、昇圧回路が不要になる。そのため、Ｈブリッジを形成するトランジスタの型式は、回路に流れる電流や回路面積等のファクタを勘案して適宜選択される。

異常検出部１７０は、励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２の極性をそれぞれ示す位相信号ＰＨＡ１，ＰＨＡ２と、比較器１３１，１３２の出力信号ＣＬＯＵＴ１，ＣＬＯＵＴ２と、発振回路１９０からの発振信号ＯＳＣと、イネーブル信号ＥＮＢと、パワーセーブ信号ＰＳとを受ける。異常検出部１７０は、これらの情報に基づいて、駆動回路１００からステッピングモータ２００へ励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２を供給する配線に異常が発生しているか否かを検出する異常検出制御を実行する。

次に、図２および図３を用いて、上記の異常検出部１７０にて実行される、異常検出制御の概要について説明する。図２は、例としてフルステップモードの場合における、一般的な出力電流を示すタイムチャートを示す。横軸には時間が示され、縦軸には励磁電流の極性を示す位相信号ＰＨＡ１，ＰＨＡ２の状態、目標電圧の分圧比を定める制御信号Ｉ０１，Ｉ１１，Ｉ０２，Ｉ１２の状態、および励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２の状態が示される。なお、以下ではフルステップモードの場合を例として説明するが、励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２の極性の組合せ状態が変化する１／４周期の半分（すなわち、１／８周期）の時間だけ、各制御信号Ｉ０１，Ｉ１１，Ｉ０２，Ｉ１２の状態が制御されるハーフステップモードや、励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２の極性の組合せ状態が変化する１／４周期のさらに１／４（すなわち、１／１６周期）の間、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１，Ｉ０２，Ｉ１２の状態を制御するクオータステップモードにおいても以下の制御は適用可能である。

図２を参照して、このフルステップモードの場合には、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１，Ｉ０２，Ｉ１２は常にローレベル（Ｌｏ）に設定され、励磁電流ＩＯＵＴ１，ＩＯＵ２は、それぞれ位相信号ＰＨＡ１，ＰＨＡ２に同期して、＋１００％の状態と−１００％の状態とで、方形波状に切換わる。

具体的には、励磁電流ＩＯＵＴ１については、時刻ｔ１において位相信号ＰＨＡ１がハイレベルからローレベルに立ち下がることに伴って、励磁電流ＩＯＵＴ１が＋１００％から−１００％へ切換わり、時刻ｔ３にて位相信号ＰＨＡ１がローレベルからハイレベルに立ち上がることに伴って、励磁電流ＩＯＵＴ１が−１００％から＋１００％へ切換わる。

励磁電流ＩＯＵＴ２については、上述のように、励磁電流ＩＯＵＴ２と９０°の位相差があるので、時刻ｔ２において励磁電流ＩＯＵＴ２が＋１００％から−１００％へ切換わり、時刻ｔ４において励磁電流ＩＯＵＴ２が−１００％から＋１００％へ切換わる。

なお、ハーフステップモードおよびクオータステップモードにおいては、中間レベルの励磁電流を用いることによって、図２のフルステップモードよりも、より正弦波に近い励磁電流を供給することができる。

図３は、たとえば、図２の時刻０から時刻ｔ１における、励磁電流ＩＯＵＴ１の状態をより詳細に説明するための図である。図３においては、横軸には時間が示され、縦軸には励磁電流ＩＯＵＴ、励磁電流ＩＯＵＴを示す電圧ＲＮＦ、発振信号ＯＳＣ、出力信号ＣＬＯＵＴが示される。なお、以下の説明においては、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２についての各信号を総称して、たとえば、ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２を「ＩＯＵＴ」等と称することとする。

図１および図３を参照して、電流制御回路１３０においては、各チャンネルについて、図１で示したようなフィードバックループを用いて、出力電流ＩＯＵＴが目標電流ＩＲＥＦとなるように制御される。

発振信号ＯＳＣは、図１に示した抵抗Ｒ１０およびコンデンサＣ１０の並列回路によって、電位ＶＣＲＨと電位ＶＣＲＬとの間で三角波状に変化する。より具体的には、発振信号ＯＳＣが電位ＶＣＲＬとなると、並列回路のコンデンサＣ１０が充電され、発振信号ＯＳＣが電位ＶＣＲＨまで増加する。発振信号ＯＳＣが電位ＶＣＲＨとなると、コンデンサＣ１０の充電が停止され、コンデンサＣ１０に蓄えられた電荷が抵抗Ｒ１０によって放電される。この放電によって発振信号ＯＳＣの電位が電位ＶＣＲＬまで低下すると、再びコンデンサＣ１０が充電される。

このように、並列回路の抵抗Ｒ１０およびコンデンサＣ１０によって、電流制御回路１３０のチョッピング周期ＴＣＨが定まる。

発振信号ＯＳＣの立ち上がり（図３中の、時刻０，ｔ１２，ｔ１４，ｔ１６）において、出力信号ＣＬＯＵＴがオンにされ、論理制御部１４０およびプリドライバ部１５０によりＨブリッジのトランジスタの駆動が開始されて励磁電流ＩＯＵＴが増加する。これに伴って電圧ＲＮＦが増加する。

電圧ＲＮＦが目標電圧ＶＡには達していない間は、出力信号ＣＬＯＵＴはオンの状態のままであり、励磁電流ＩＯＵＴの供給が継続される。そして、電圧ＲＮＦが目標電圧ＶＡに到達、すなわち、出力電流ＩＯＵＴが目標電流ＩＲＥＦに到達すると、比較器からの出力信号ＣＬＯＵＴがオフとなる（時刻ｔ１１，ｔ１３，ｔ１５，ｔ１７）。

これにより、論理制御部１４０によってＨブリッジの駆動が停止される。そうすると、抵抗Ｒ１，Ｒ２には電流が流れないので、電圧ＲＮＦは接地電位に低下する。そして、発振信号ＯＳＣが電位ＶＣＲＬまで低下後、再び発振信号ＯＳＣが立ち上がると出力信号ＣＬＯＵＴがオンとされ、Ｈブリッジが駆動されて出力電流ＩＯＵＴが増加する。

電流制御回路１３０においては、パワーセーブ信号ＰＳおよびイネーブル信号ＥＮＢがオンの状態にされた状態では、励磁電流ＩＯＵＴの極性を示す位相信号ＰＨＡおよび制御信号Ｉ０１，Ｉ０２，Ｉ１１，Ｉ１２によって目標電流ＩＲＥＦの値は変化するが、常に、短いチョッピング周期ＴＣＨで上述のようなチョッピング動作が繰り返されることによって、出力電流ＩＯＵＴが所定の目標電流ＩＲＥＦとなるように制御される。

図３からわかるように、駆動回路１００からステッピングモータ２００へ励磁電流が供給される経路が正常な場合には、各チョッピング周期ＴＣＨにおいて、電圧ＲＮＦが目標電圧ＶＡに到達、すなわち励磁電流ＩＯＵＴが電流リミットである目標電流ＩＲＥＦに到達すると、出力信号ＣＬＯＵＴがオンからオフになる。しかしながら、励磁電流が供給される経路が断線している場合には、励磁電流ＩＯＵＴが電流リミットに到達しないので、出力信号ＣＬＯＵＴはオンのままになる。

そこで、本実施の形態１においては、励磁電流ＩＯＵＴが電流リミットに到達したか否か、すなわち出力信号ＣＬＯＵＴがオンからオフへ変化したか否かを検出することによって、励磁電流が供給される経路の異常を検出する。

図４は、実施の形態１において、異常検出部１７０で実行される異常検出制御を説明するための機能ブロック図である。図４の機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、異常検出部１７０によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図１および図４を参照して、異常検出部１７０は、電流リミット検知部１７１と、判定部１７２と、誤動作防止部１７３とを含む。

電流リミット検知部１７１は、発振回路１９０からの発振信号ＯＳＣと、比較器からの出力信号ＣＬＯＵＴとを受ける。電流リミット検知部１７１は、出力信号ＣＬＯＵＴについて、図３で説明した各チョッピング周期の間に、出力信号ＣＬＯＵＴがオンからオフになったか否か、すなわち、出力信号ＣＬＯＵＴが目標電圧ＶＡに到達して、励磁電流ＩＯＵＴが目標電圧ＶＡに対応する電流リミット値に達したか否かを判定する。

電流リミット検知部１７１は、上記の所定の期間に出力信号ＣＬＯＵＴがオンからオフになった場合には、検知信号ＣＬＤをオフに設定する。一方、上記の所定の期間に出力信号ＣＬＯＵＴがオンのままの場合には、検知信号ＣＬＤをオンに設定する。そして、電流リミット検知部１７１は、検知信号ＣＬＤを判定部１７２に出力する。

判定部１７２は、電流リミット検知部１７１からの検知信号ＣＬＤと、位相信号ＰＨＡと、イネーブル信号ＥＮＢと、パワーセーブ信号ＰＳとを受ける。判定部１７２は、たとえば、位相信号ＰＨＡの立ち上がりまたは立ち下がりに基づいて定められる、目標電流ＩＲＥＦが一定である所定の期間において、検知信号ＣＬＤがオフとなった回数をカウントする。

判定部１７２は、上記の所定の期間において、検知信号ＣＬＤがオフとなった回数が、予め定められた回数に満たない場合には、当該チャンネルの配線に異常が発生している可能性があるとして、対応するチャンネルの異常フラグＤＥＴをオンに設定する。検知信号ＣＬＤがオフとなった回数が予め定められた回数を超える場合には、配線は正常であると判定され、異常フラグＤＥＴはオフに設定される。そして、判定部１７２は、異常フラグＤＥＴを誤動作防止部１７３へ出力する。

なお、ＰＨＡ信号の切換えは、ステッピングモータ２００が実際に駆動（回転）されるときでないと行なわれない。そうすると、位相信号ＰＨＡの切換えに基づくタイミングのみに基づいて判定すると、ステッピングモータ２００が停止状態である状態では配線の異常を判定することができない。そのため、位相信号ＰＨＡの切換えのタイミングに加えて、パワーセーブ信号ＰＳがオンかつイネーブル信号ＥＮＢがオンとなったタイミング、すなわち駆動回路１００からステッピングモータ２００へ励磁電流が供給される状態となったタイミングに基づいて定められる期間においても、上述のような配線の異常の判定することが好ましい。さらに、ＰＨＡ信号の切換えが一定期間行なわれない場合には、予め定められた時間間隔ごとに異常の判定を行なうようにしてもよい。

このようにすることによって、電源投入後、ステッピングモータ２００が最初に駆動されるまでの状態、または、ステッピングモータ２００の停止が継続されている状態においても、配線の異常を判定することが可能となる。

誤動作防止部１７３は、たとえば、ステッピングモータ２００の動作状態による励磁電流の立ち上がり遅れやノイズの影響などにより、本来は配線の異常がないにもかかわらず、判定部１７２において一時的に異常と判定されてしまった場合の誤検出の影響を防止する機能である。

誤動作防止部１７３は、判定部１７２からの異常フラグＤＥＴと、位相信号ＰＨＡとを受ける。誤動作防止部１７３は、位相信号ＰＨＡの連続した所定回数（たとえば、３回）の周期で、判定部１７２において連続して異常フラグＤＥＴがオンに設定されたか否かを判定する。そして、誤動作防止部１７３は、所定回数連続して異常フラグＤＥＴがオンに設定されたことを検出した場合に、配線の異常が発生していることを確定し、それに応答して異常信号ＡＬＭを出力する。この異常信号ＡＬＭは、駆動回路１００の外部または内部に設けられる異常通知部（図示せず）において受信され、ユーザに対して異常の発生が通知される。

なお、上述のように、位相信号ＰＨＡの切換えが行なわれず、ステッピングモータ２００が停止した状態が続く場合には、予め定められた時間間隔ごとに判定した異常フラグＤＥＴが所定回数連続して異常状態を示している場合に、配線の異常が発生していることを確定するようにしてもよい。

図５は、実施の形態１において、異常検出部１７０で実行される異常検出制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図５に示されるフローチャートは、異常検出部１７０内に設けられたプログラム可能なＣＰＵ（図示せず）によって実行される場合には、ＣＰＵに予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部またはすべてのステップについて、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。

図１および図５を参照して、異常検出部１７０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、比較器からの出力信号ＣＬＯＵＴを取得する。そして、Ｓ１１０にて、異常検出部１７０は、出力信号ＣＬＯＵＴについてのオンからオフへの立ち下がりが検出されたか否か、すなわち、励磁電流ＩＯＵＴが電流リミットに到達したか否かを判定する。

出力信号ＣＬＯＵＴの立ち下がりを検出した場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、異常検出部１７０は、Ｓ１２０にて、当該チャンネルの検知信号ＣＬＤをオンに設定する。その後、処理がＳ１３０に進められる。

出力信号ＣＬＯＵＴの立ち下がりが検出されなかった場合（Ｓ１１０にてＮＯ）は、Ｓ１２０がスキップされて、処理がＳ１３０に進められる。

Ｓ１３０においては、異常検出部１７０は、位相信号ＰＨＡ、あるいは、パワーセーブ信号ＰＳおよびイネーブル信号ＥＮＢに基づいて定められる所定の検出期間中であるか否かを判定する。

所定の検出期間中でない場合（Ｓ１３０にてＮＯ）は、異常検出部１７０は、当該処理を終了し、メインルーチンに処理を戻す。

所定の検出期間中である場合（Ｓ１３０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１４０に進められて、次に異常検出部１７０は、検出期間中に検知信号ＣＬＤがオンとなった回数ＣＮＴをカウントアップする。そして、異常検出部１７０は、Ｓ１５０にて、その検出期間の終了時点において、検知信号ＣＬＤがオンとなった回数ＣＮＴが予め定められたしきい値αよりも大きいか否かを判定する。

検知信号ＣＬＤがしきい値αより大きい場合（Ｓ１５０にてＹＥＳ）は、励磁電流ＩＯＵＴが出力されており、異常検出部１７０は、電流出力経路に異常が発生していないと判断し、処理を終了してメインルーチンに処理を戻す。

一方、検知信号ＣＬＤがしきい値α以下の場合（Ｓ１５０にてＮＯ）は、処理がＳ１６０に進められ、異常検出部１７０は、配線異常が発生している可能性があるとして、該当するチャンネルの異常フラグＤＥＴをオンにセットする。

そして、異常検出部１７０は、Ｓ１７０にて、この異常フラグＤＥＴが、所定の回数（ｎ回：ｎは自然数）連続して検出されたか否かを判定する。

異常フラグＤＥＴがｎ回連続して検出されなかった場合（Ｓ１７０にてＮＯ）は、異常検出部１７０は、異常状態の誤検出である可能性が高いとして処理を終了する。

異常フラグＤＥＴがｎ回連続して検出された場合（Ｓ１７０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１８０に進められて、異常検出部１７０は、配線異常が発生していることを確定する。そして、異常検出部１７０は、Ｓ１９０にて、異常信号ＡＬＭを出力する。

このような処理に従って制御を行なうことによって、ステッピングモータの駆動回路において、ステッピングモータへ励磁電流が供給される配線の異常を検出することが可能となる。

［実施の形態１の変形例］
上述の実施の形態１におけるステッピングモータの駆動回路１００においては、位相信号ＰＨＡ１，ＰＨＡ２および制御信号Ｉ０１，Ｉ１１，Ｉ０２，Ｉ１２が駆動回路１００の外部から与えられる構成について説明したが、これらの制御信号は駆動回路内部で生成されてもよい。

実施の形態１の変形例においては、外部から与えられる制御モード等の情報に基づいて、上述の制御信号を内部で生成する機能を有するステッピングモータの駆動回路について説明する。

図６は、実施の形態１の変形例に従うステッピングモータの駆動回路１００Ａを含む、モータ駆動システム１０Ａの全体ブロック図である。図６は、実施の形態１の図１で説明した駆動回路１００に、指令生成部１１５が追加された構成となっている。図６において、図１と重複する要素の説明は繰り返さない。

図６を参照して、駆動回路１００Ａは、図１に示した駆動回路１００の構成に加えて、指令生成部１１５をさらに備える。

指令生成部１１５は、回路外部から、基準クロック信号ＣＬＫと、制御モード信号ＭＯＤと、回転方向を示す信号ＣＷ＿ＣＣＷと、イネーブル信号ＥＮＢとを受ける。制御モード信号ＭＯＤは、フルステップモード，ハーフステップモード，クオータステップモードのいずれを選択するかを定める信号である。

指令生成部１１５は、これらの情報に基づいて、位相信号ＰＨＡ１，ＰＨＡ２を生成して、論理制御部１４０および異常検出部１７０へ出力する。さらに、指令生成部１１５は、制御信号Ｉ０１，Ｉ１１，Ｉ０２，Ｉ１２を生成して、Ｄ／Ａコンバータ１２０へ出力する。

これらの制御信号を当該駆動回路でのみ使用するような場合には、図６に示したように駆動回路内部に指令生成部を設ける構成とすることによって、これに相当する機能を有する回路を駆動回路外部に余分に設ける必要がなくなるので、より多くの用途に適用することができるという利点を有する。

このような構成の回路についても、実施の形態１と同様の異常検出制御を適用することが可能である。

［実施の形態２］
上述の実施の形態１およびの変形例においては、電圧ＲＮＦを用いて励磁電流ＩＯＵＴが目標電流ＩＲＥＦに到達した回数をカウントすることによって、励磁電流が供給される配線の異常を検出する構成について説明した。

ところで、励磁電流が供給される配線が異常であるかどうかの判定においては、当該配線に電流が流れることが検出されればよく、必ずしも励磁電流ＩＯＵＴが上限値である目標電流ＩＲＥＦまで到達する必要はない。

実施の形態２においては、励磁電流ＩＯＵＴを示す電圧ＲＮＦと、目標電圧ＶＡとは異なる基準電圧との比較に基づいて、励磁電流が供給される配線の異常を検出する構成について説明する。

図７は、実施の形態２に従うステッピングモータの駆動回路１００Ｂを含む、モータ駆動システム１０Ｂの全体ブロック図である。図７は、実施の形態１の図１で説明した駆動回路１００に、比較器１３１＃，１３２＃が追加された構成となっている。図７において、図１と重複する要素の説明は繰り返さない。

図７を参照して、駆動回路１００Ｂは、図１に示した駆動回路１００の構成に加えて、比較器１３１＃，１３２＃をさらに備える。

比較器１３１＃は、基準電圧源Ｂ１と、励磁電流ＩＯＵＴ１を示す電圧ＲＮＦ１とを比較し、比較結果を示す出力信号ＣＬＯＵＴ１＃を生成する。比較器１３１＃は、電圧ＲＮＦ１が基準電圧に到達した場合には、出力信号ＣＬＯＵＴ１＃をオフに設定し、電圧ＲＮＦ１が基準電圧に到達していない場合には、出力信号ＣＬＯＵＴ１＃をオンに設定する。比較器１３１＃は、出力信号ＣＬＯＵＴ１＃を、異常検出部１７０へ出力する。

比較器１３２＃は、基準電圧源Ｂ２と、励磁電流ＩＯＵＴ２を示す電圧ＲＮＦ２とを比較し、比較結果を示す出力信号ＣＬＯＵＴ２＃を生成する。比較器１３２＃は、電圧ＲＮＦ２が基準電圧に到達した場合には、出力信号ＣＬＯＵＴ２＃をオフに設定し、電圧ＲＮＦ２が基準電圧に到達していない場合には、出力信号ＣＬＯＵＴ２＃をオンに設定する。比較器１３２＃は、出力信号ＣＬＯＵＴ２＃を、異常検出部１７０へ出力する。

ここで、基準電圧源Ｂ１，Ｂ２の電圧は、目標電圧ＶＡよりも小さく設定される。基準電圧Ｂ１，Ｂ２の電圧は、たとえば、使用される用途に依存して定められるステッピングモータ２００の最低設定電流値に基づいて設定され、より好ましくは、基準電圧は、最低設定電流値よりも小さい値に設定される。一例としては、ステッピングモータ２００の使用電流範囲が１００ｍＡ〜１Ａ（すなわち、最低設定電流値は１００ｍＡ）の場合には、基準電圧は３０〜５０ｍＡの電流値に対応する値に設定され得る。

異常検出部１７０は、比較器１３１＃、１３２＃からの出力信号ＣＬＯＵＴ１＃，ＣＬＯＵＴ２＃を受ける。異常検出部１７０は、実施の形態１の場合と同様に、所定の期間内に、出力信号ＣＬＯＵＴ１＃，ＣＬＯＵＴ２＃がオフとなる回数を検出することで、励磁電流が供給される配線の異常を検出する。

図８は、実施の形態１の図３に対応するタイムチャートである。図８においては、図３における出力信号ＣＬＯＵＴが出力信号ＣＬＯＵＴ＃（以下、出力信号ＣＬＯＵＴ１＃，ＣＬＯＵＴ２＃を総称して「ＣＬＯＵＴ＃」とも称する。）に置き換わったものとなっている。

図８においては、出力信号ＣＬＯＵＴ＃は、電圧ＲＮＦが、目標電圧ＶＡよりも低い基準電圧ＶＢに到達した場合（時刻ｔ２１，ｔ２４、ｔ２７、ｔ３０）に、オンからオフに切換わる。

図９は、実施の形態２において、異常検出部１７０で実行される異常検出制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図９においては、実施の形態１の図５において、ステップＳ１００，Ｓ１１０がＳ１００＃，Ｓ１１０＃に置き換わったものとなっており、比較器１３１，１３２からの出力信号ＣＬＯＵＴ１，ＣＬＯＵＴ２に代えて、比較器１３１＃、１３２＃からの出力信号ＣＬＯＵＴ１＃，ＣＬＯＵＴ２＃に基づいて、検知信号ＣＬＤが設定される（Ｓ１２０）。Ｓ１２０以降の処理は、図５の説明と同じであるので繰り返さない。

このように、追加の比較器を用いて、最低設定電流値より小さい励磁電流が流れたか否かを判定する構成とすることは、追加の要素を必要とするので部品点数が多くなるが、電圧ＲＮＦが励磁電流ＩＯＵＴの上限値である目標電圧ＶＡに到達しなくとも、励磁電流が供給される配線の異常を検出できるため、実施の形態１と比較してより確実に異常を検出することが可能になるという利点がある。

なお、実施の形態２においても、実施の形態１の変形例のように、駆動回路内部に指令生成部を設ける構成としてもよい。

実施の形態１およびその変形例、ならびに、実施の形態２で示した駆動回路は、それに含まれる回路，機能の一部または全部を個別の電子機器を用いて構築する構成としてもよいし、これらの回路全体を集積化した集積回路として構築する構成としてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ａ，１０Ｂ モータ駆動システム、１００，１００Ａ，１００Ｂ 駆動回路、１１０ 入力バッファ、１１５ 指令生成部、１２０ Ｄ／Ａコンバータ、１３０ 電流制御回路、１３１，１３１＃，１３２，１３２＃ 比較器、１４０ 論理制御部、１４１，１４２ 論理回路、１５０ プリドライバ部、１５１，１５２ プリドライバ、１６１，１６２ Ｈブリッジ、１７０ 異常検出部、１７１ 電流リミット検知部、１７２ 判定部、１７３ 誤動作防止部、１８０ ＰＷＭ制御部、１９０ 発振回路、２００ ステッピングモータ、２１０ 回転子、Ｂ１，Ｂ２ 基準電圧源、Ｃ１０ コンデンサ、ＣＨ１，ＣＨ２ チャンネル、Ｌ１，Ｌ２ 励磁コイル、Ｎ１１、Ｎ１２，Ｎ２１，Ｎ２２ ノード、Ｑ１１〜Ｑ１４，Ｑ２１〜Ｑ２４ トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１０ 抵抗、Ｔ１１〜Ｔ１３，Ｔ２１〜Ｔ２３ 端子。

Claims (7)

1. ステッピングモータの駆動回路であって、
   位相信号に基づいて前記ステッピングモータへの励磁電流のレベル切換えを行なう駆動部と、
   前記ステッピングモータに流れる前記励磁電流が同じレベルにある状態においてその目標値を決める目標電圧を生成するための目標電圧生成部と、
   前記目標電圧に基づいて、前記励磁電流の値が前記目標値に保たれるように前記励磁電流を制御する電流制御部と、
   前記駆動部の前記レベル切換えの周期よりも細かい周期の発振信号を生成する発振回路と、
   前記発振信号および比較部の出力反転とに基づき、前記ステッピングモータに流れる前記励磁電流を同じレベルに保つべき期間内において、前記駆動部を細かくオンオフする論理制御部とを備え、
   前記比較部は、前記論理制御部による前記駆動部のオンオフに応じて変化する信号と、前記目標電圧との比較に応じて出力を反転し、
   前記駆動回路は、前記励磁電流を同じレベルに保つべき期間よりも短い所定期間内において、前記比較部の出力反転が生じなくなる状態を異常状態として検出するための異常検出部をさらに備える、ステッピングモータの駆動回路。
2. 前記異常検出部は、前記比較部の出力反転が所定回数以上生じない場合に、前記異常状態と判定する、請求項１に記載のステッピングモータの駆動回路。
3. 前記異常検出部は、前記比較部の出力反転が、予め定められた基準回数を下回った場合に前記異常状態が発生していることを検出する、請求項１または２に記載のステッピングモータの駆動回路。
4. 前記異常検出部は、前記異常状態が所定回数連続して検出されたことに応答して前記異常状態を確定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のステッピングモータの駆動回路。
5. 前記目標電圧生成部は、前記目標電圧の上限値を１としたときに、０から１まで段階的に変化する比率に従って分圧することによって前記目標電圧を生成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のステッピングモータの駆動回路。
6. 前記駆動回路の外部からの情報に基づいて、前記比率を示す信号を生成する指令生成部をさらに備える、請求項５に記載のステッピングモータの駆動回路。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の駆動回路が集積化された、集積回路。

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