JP5954107B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、ブラシレスモータの制御装置に関する。 The present invention relates to a brushless motor control device.
例えば特許文献1に、モータの回転子の位置に関連して、インバータ部の各トランジスタを制御するための切換信号を出力する相切換部の出力端子数を削減したモータドライブ回路が記載されている。具体的には、この特許文献1に記載されたモータドライブ回路では、インバータ部において、同一アームの上側トランジスタと下側トランジスタとに対して、同じ出力端子から切換信号を出力するようにしつつ、供給部及びプリドライバを用いて、上側トランジスタと下側トランジスタとが同時にオンしないように構成している。これにより、インバータ部の3相のアームに対して、相切換部から切換信号を出力する端子数を3個とすることができる。
For example,
上述した特許文献1のモータドライブ回路においては、上述したように、相切換部からの出力端子数を3個としている。さらに、このモータドライブ回路では、モータをPWM制御するため、PWM制御パルス発生部の出力端子が1つ必要となる。このため、例えば、相切換部及びPWM制御パルス発生部を含む回路をIC化した場合に、そのモータ制御ICの出力端子数は4個となる。
In the motor drive circuit of
このように、特許文献1のモータドライブ回路は、従来よりも出力端子数を削減できてはいるが、依然として、まだ4個の出力端子数は必要である。このため、特許文献1のモータドライブ回路では、さらなる小型化の要求に応えることは困難である。
As described above, the motor drive circuit of
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、インバータ回路のスイッチングモードを切り換えるための制御用信号を生成する制御用信号生成部を内蔵するチップの出力端子数をさらに削減することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to further reduce the number of output terminals of a chip incorporating a control signal generation unit that generates a control signal for switching the switching mode of the inverter circuit. An object of the present invention is to provide a simple motor control device.
上述した目的を達成するために、本発明によるモータ制御装置は、
ブラシレスモータの回転位置を検出する検出手段(20)と、
前記検出手段によって検出された回転位置に基づいて、前記ブラシレスモータを駆動するインバータ回路(50)のスイッチングモードを決定するとともに、そのスイッチングモードを所定ビット数のデジタル値で表したシリアル信号である制御用信号を生成する制御用信号生成部(32,36)と、
前記制御用信号生成部が、前記制御用信号を生成する際に、その制御用信号において各ビットを区分けする基準となるクロック信号を生成するクロック信号生成部(34)と、
前記制御用信号及び前記クロック信号を受信して、当該クロック信号を用いて、前記制御用信号から前記インバータ回路のスイッチングモードを表すデジタル値を復号する復号部(42)と、
前記復号部(42)によって復号されたデジタル値が示すスイッチングモードに従い、前記インバータ回路に駆動信号を出力する出力部(44、46)と、を備え、
前記制御用信号生成部及び前記クロック信号生成部が第1のチップ(10)に形成され、前記復号部が第2のチップ(40)に形成され、前記第1のチップと前記第2のチップ間が、前記制御用信号を送信するための第1の信号線(22)と、前記クロック信号を送信するための第2の信号線(24)を介して接続され、
前記検出手段は、前記ブラシレスモータが、前記インバータ回路のスイッチングモードの変更が必要となる所定角度回転する毎に、前記ブラシレスモータの回転位置が前記所定角度変化したことを検出するものであり、
前記制御用信号生成部は、前記検出手段によって、前記ブラシレスモータの回転位置が前記所定角度変化したことが検出されたタイミングに同期して、前記制御用信号を前記第2のチップに向けて送信することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, a motor control device according to the present invention includes:
Detection means (20) for detecting the rotational position of the brushless motor;
Based on the rotational position detected by the detection means, the switching mode of the inverter circuit (50) for driving the brushless motor is determined, and the control is a serial signal representing the switching mode as a digital value of a predetermined number of bits. Control signal generators (32, 36) for generating signals for use;
A clock signal generator (34) for generating a clock signal that serves as a reference for dividing each bit in the control signal when the control signal generator generates the control signal;
A decoder (42) that receives the control signal and the clock signal, and uses the clock signal to decode a digital value representing the switching mode of the inverter circuit from the control signal;
An output unit (44, 46) for outputting a drive signal to the inverter circuit according to a switching mode indicated by the digital value decoded by the decoding unit (42),
The control signal generation unit and the clock signal generation unit are formed in a first chip (10), the decoding unit is formed in a second chip (40), and the first chip and the second chip Are connected via a first signal line (22) for transmitting the control signal and a second signal line (24) for transmitting the clock signal ,
The detection means detects that the rotational position of the brushless motor has changed by the predetermined angle every time the brushless motor rotates by a predetermined angle that requires changing the switching mode of the inverter circuit.
The control signal generation unit transmits the control signal to the second chip in synchronization with the timing at which the detection unit detects that the rotational position of the brushless motor has changed by the predetermined angle. characterized in that it.
このように、本発明によるモータ制御装置では、制御用信号生成部において、インバータ回路のスイッチングモードが決定されるとともに、クロック信号生成部が生成するクロック信号を用いて、決定されたスイッチングモードを所定ビット数のデジタル値で表した制御用信号が生成される。そして、復号部は、制御用信号及びクロック信号を受信し、制御用信号からスイッチングモードを表すデジタル値を復号し、出力部が、そのデジタル値が示すスイッチングモードに従い、インバータ回路に駆動信号を出力する。 As described above, in the motor control device according to the present invention, the control signal generator determines the switching mode of the inverter circuit, and uses the clock signal generated by the clock signal generator to set the determined switching mode to a predetermined value. A control signal represented by a digital value of the number of bits is generated. The decoding unit receives the control signal and the clock signal, decodes the digital value representing the switching mode from the control signal, and the output unit outputs the drive signal to the inverter circuit according to the switching mode indicated by the digital value. To do.
このため、制御用信号生成部及びクロック信号生成部を第1のチップに形成し、復号部を第2のチップに形成した場合、第1のチップと第2のチップ間は、制御用信号を送信するための第1の信号線と、クロック信号を送信するための第2の信号線を介して接続するだけで済む。すなわち、第1のチップに2個の出力端子を設けるだけで、インバータ回路のスイッチングモードを切り換えるのに必要な信号を出力することができる。従って、従来よりも出力端子数を削減することが可能となり、さらなる小型化の要求にも応えることができる。 Therefore, when the control signal generation unit and the clock signal generation unit are formed on the first chip and the decoding unit is formed on the second chip, the control signal is transmitted between the first chip and the second chip. It is only necessary to connect the first signal line for transmitting and the second signal line for transmitting the clock signal. That is, a signal necessary for switching the switching mode of the inverter circuit can be output only by providing two output terminals on the first chip. Therefore, the number of output terminals can be reduced as compared with the conventional case, and the demand for further miniaturization can be met.
上述した構成において、制御用信号生成部は、インバータ回路へ出力される駆動信号をPWM制御するために、制御用信号に、駆動信号のデューティ比を所定ビット数のデジタル値で表したシリアル信号部分も含ませ、復号部は、クロック信号を用いて、制御用信号のシリアル信号部分から、駆動信号のデューティ比を表すデジタル値を復号し、出力部は、復号部により復号されたデジタル値が示すデューティ比を有する駆動パルス信号をインバータ回路に出力するように構成しても良い。これにより、出力端子数を増やすことなく、インバータ回路へ出力される駆動信号をPWM制御することができ、モータの回転速度を制御することが可能となる。 In the configuration described above, the control signal generator is a serial signal portion that represents the duty ratio of the drive signal as a digital value of a predetermined number of bits in the control signal in order to perform PWM control of the drive signal output to the inverter circuit. The decoding unit decodes the digital value representing the duty ratio of the drive signal from the serial signal portion of the control signal using the clock signal, and the output unit indicates the digital value decoded by the decoding unit A drive pulse signal having a duty ratio may be output to the inverter circuit. As a result, the drive signal output to the inverter circuit can be PWM-controlled without increasing the number of output terminals, and the rotational speed of the motor can be controlled.
なお、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。 Note that the reference numerals in the parentheses merely show an example of a correspondence relationship with a specific configuration in an embodiment described later in order to facilitate understanding of the present invention, and limit the scope of the present invention. It is not intended.
また、上述した特徴以外の本発明の特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。 Further, the features of the present invention other than the features described above will be apparent from the description of embodiments and the accompanying drawings described later.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態によるモータ制御装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、本実施形態によるモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。なお、本実施形態によるモータ制御装置100の制御対象となるモータ60は、三相(U相、V相、W相)の固定子巻線、及び永久磁石からなる回転子を有するブラシレスモータである。
(First embodiment)
Hereinafter, a motor control device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the motor control apparatus according to the present embodiment. The
図1において、モータ60は、インバータ回路50を介して電源及びグランドに接続されている。インバータ回路50は、モータ60のU相、V相、W相に対応して、それぞれ対をなしている6個のスイッチング素子(例えば、パワーMOSFETやIGBT)から構成されている。つまり、インバータ回路50においては、対をなす高電位側及び低電位側のスイッチング素子が、モータ60の各相ごとに設けられ、その高電位側及び低電位側のスイッチング素子同士の接続線が、モータ60の各相に接続されている。各スイッチング素子には、保護ダイオードがそれぞれ並列に接続されている。
In FIG. 1, the
従って、インバータ回路50の各スイッチング素子のオン、オフの組み合わせ(以下、スイッチングモードと呼ぶ)を適宜切り換えることにより、モータ60への通電パターンが変化し、固定子巻線により回転子を回転させるための磁界を生じさせることができる。
Accordingly, by appropriately switching the on / off combination (hereinafter referred to as switching mode) of each switching element of the
上述したインバータ回路50の各スイッチング素子を適切なスイッチングモードにて駆動するための駆動信号は、ドライバICチップ内に形成されたスレーブドライブ回路40から出力される。このスレーブドライブ回路40は、モータ制御マイコンチップ10内に形成されたマスタドライブ回路30から与えられる制御用信号及びクロック信号に基づいて、上述した駆動信号を生成してインバータ回路50に出力する。
A drive signal for driving each switching element of the
本実施形態では、図1に示すように、マスタドライブ回路30とスレーブドライブ回路40とが、制御用信号を送信するための第1の信号線22と、クロック信号を送信するための第2の信号線24の、2本の信号線22,24を介して接続されているだけである。このため、本実施形態では、モータ制御マイコンチップ10に2個の出力端子を設けるだけで、インバータ回路50のスイッチングモードを切り換えるのに必要な信号を出力することができる。従って、従来よりも出力端子数を削減することが可能となり、さらなる小型化の要求にも応えることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
以下、マスタドライブ回路30及びスレーブドライブ回路40について詳しく説明することにより、それらの間を2本の信号線22,24で接続可能となった理由についても明らかにしていく。
Hereinafter, the reason why the
マスタドライブ回路30は、モータ制御マイコンチップ10内に形成されている。このマスタドライブ回路30は、モータ制御マイコンチップ10内の他の回路から、モータ60の目標回転速度を取得する。さらに、マスタドライブ回路30は、回転位置検出手段20としてのホールセンサA〜Cからの検出信号を入力する。
The
ここで、ホールセンサA〜Cは、回転子の磁極N,Sを検出し、図2に示すように、回転子の電気角が360度変化する間、それぞれ、180度の角度範囲においてハイレベルの信号を出力し、残りの180度の角度範囲ではローレベルの信号を出力するものである。そして、各ホールセンサA〜Cは、3相2極3スロットのブラシレスモータの場合、図3に示すように、各固定子巻線の中間であって、回転軸と直交するように配置されている。このため、各ホールセンサA〜Cから出力される信号の位相は、図2に示すように、120度ずつずれたものとなっている。従って、マスタドライブ回路30は、図2に示すように、いずれかのホールセンサA〜Cの出力信号のレベルが変化するタイミングに基づき、回転子の電気角が60度変化したことを検出することができる。
Here, the Hall sensors A to C detect the magnetic poles N and S of the rotor, and as shown in FIG. 2, while the electrical angle of the rotor changes by 360 degrees, each of the Hall sensors A to C is at a high level in an angular range of 180 degrees. In the remaining 180 degree angle range, a low level signal is output. In the case of a three-phase, two-pole, three-slot brushless motor, each Hall sensor A to C is arranged between each stator winding and perpendicular to the rotation axis as shown in FIG. Yes. For this reason, the phases of the signals output from the hall sensors A to C are shifted by 120 degrees as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 2, the
マスタドライブ回路30は、図4に示すように、デューティ/モード算出部32を有している。このデューティ/モード算出部32は、次に回転子の電気角が60度変化したことが検出されたときに、その時の回転子の回転位置に対して発生されるホールセンサ信号を、インバータ回路50のスイッチングモードを示す信号として記憶する(図2参照)。
As shown in FIG. 4, the
ここで、インバータ回路50のスイッチングモードについて説明する。例えば、120度通電方式を採用した場合には、回転子の電気角が60度変化するごとに、U相→V相、U相→W相、V相→W相、V相→U相、W相→U相、W相→V相のように固定子巻線の電流方向(磁界方向)を変えるように通電する必要がある。この場合、回転子を回転させるために必要な通電パターンは6パターンである。従って、その通電パターンの切り換えに必要な、インバータ回路50のスイッチングモードの数も6となり、図2に示すように、6種類のホールセンサ信号に対して、6つのスイッチングモードが対応付けられる。このため、スイッチングモードを示す信号として、ホールセンサ信号を利用することができるのである。
Here, the switching mode of the
また、モータ60への通電を停止する場合、一般的に高電位側のスイッチング素子を全てオフするか、低電位側のスイッチング素子を全てオフすれば良い。どちらのスイッチングモードにおいても、モータ60には電流が通電されないので、モータ60の固定子巻線は回転子を回転させるための磁界を発生しないことになる。このように、モータ60に電流が通電されない無通電パターンは一般的に2パターンある。従って、この無通電パターンを考慮した場合には、インバータ回路50のスイッチングモードの数は合計で8となる。
When stopping energization of the
このように、120度通電方式におけるインバータ回路50のスイッチングモードの数は、一般的に8であり、3ビットのデジタル値により表すことができる。そこで、例えば、2つの無通電パターンに対応するスイッチングモードを“000”、“111”で表し、その他の通電パターンに対応するスイッチングモードを、図2に示すように、ホールセンサ信号“001”〜“110”で表すなど、スイッチングモードと3ビットのデジタル値との対応関係を予め定めて記憶しておく。
Thus, the number of switching modes of the
また、デューティ/モード算出部32は、ホールセンサA〜Cからの60度位相変化検出信号に基づき、回転子の実回転速度を算出する。そして、モータ制御マイコンチップ10内の他の回路から取得した目標回転速度との差異に応じて、その差異を小さくするように、例えばPI制御等を用いてインバータ回路50のスイッチング素子を駆動する駆動信号のデューティ比を算出する。
Further, the duty /
そして、デューティ/モード算出部32は、このデューティ比に関してもデジタル値にて表すべく、算出したデューティ値に対応するデジタル値を決定する。例えば、デューティ比の範囲を0〜100%とし、その範囲を5ビットのデジタル値で分割して表すケースを考える。5ビットのデジタル値により計数可能な分割数は32である。そのため、デューティ比の範囲0〜100%を32の区分に均等に分割する。デューティ/モード算出部32は、駆動信号のデューティ比を算出したとき、そのヂュ−ティ比が、分割された32の区分のいずれに属するかを判定し、属する区分に対応するデジタル値を算出する。
Then, the duty /
なお、デューティ比の分解能として、より細分化された区分が必要な場合には、デューティ比を示すデジタル値のビット数を増やせば良い。逆に、粗い区分で十分な場合には、デジタル値のビット数を減らせば良い。また、モータ60を一定速度で回転させれば良い場合には、デューティ/モード算出部32は、デューティ比を算出しなくとも良い。
Note that when the resolution of the duty ratio requires a more detailed division, the number of bits of the digital value indicating the duty ratio may be increased. On the other hand, if the rough division is sufficient, the number of bits of the digital value may be reduced. Further, when the
図4に示すドライブイネーブル信号は、モータ制御マイコンチップ10内の他の回路から出力されるもので、モータ60を起動すべきときにはオンされ、モータ60を停止すべきときにはオフされる。ドライブイネーブル信号がオフされると、デューティ/モード算出部32は、動作を停止する。
The drive enable signal shown in FIG. 4 is output from another circuit in the motor
以上のようにして、デューティ/モード算出部32は、インバータ回路50のスイッチングモードを表すデジタル値(例えば、ホールセンサ信号の3ビットをそのまま利用)、及び駆動信号のデューティ比を表すデジタル値を算出する。そして、ホールセンサA〜Cからの60度位相変化検出信号により、60度の位相変化が検出されたときに、通信開始を示す通信開始ビット、デューティ比を表すデジタル値、及びスイッチングモードを表すデジタル値を含む制御用信号を、後続のパラレルシリアル変換部36に出力する。つまり、デューティ/モード算出部32は、回転子の電気角が60度変化するごとに、スレーブドライブ回路40への制御用信号の送信を実行するのである。
As described above, the duty /
パラレルシリアル変換部36は、クロック信号生成部34によって出力されたクロック信号を基準として、デューティ/モード算出部32から出力された制御用信号に対して、パラレルシリアル変換を実行する。すなわち、パラレルシリアル変換部36は、デューティ/モード算出部32から出力された制御用信号に含まれるデジタル値の各ビットを、所定の順序で変換対象とする。その変換対象となっているデジタル値のビットデータが1である場合には、シリアル信号を1に対応するレベルとし、デジタル値のビットデータがゼロである場合には、シリアル信号をゼロに対応するレベルとする。そして、クロック信号が入力されるごとに、変換対象とするデジタル値のビットを更新していく。この結果、パラレルシリアル変換部36において、クロック信号を基準として、制御用信号に含まれるデジタル値の各ビット毎に区分けされ、その各ビットのデータに応じてレベルが変化するシリアル信号を生成することができる。パラレルシリアル変換部36にて生成されたシリアル信号(制御用信号)は、第1の信号線22を介してスレーブドライブ回路40に送信される。
The parallel-
なお、上述したデューティ/モード算出部32とパラレルシリアル変換部36とが、本発明の制御用信号生成部に相当する。
The duty /
クロック信号生成部34は、モータ制御マイコンの内部クロックを必要に応じて分周(もしくは逓倍)して、パラレルシリアル変換部36に与えるクロック信号を生成する。このクロック信号は、第2の信号線24を介してスレーブドライブ回路40にも送信される。
The clock
次にスレーブドライブ回路40について説明する。スレーブドライブ回路40は、図4に示すように、本発明の復号部に相当するシリアルパラレル変換部42を有している。このシリアルパラレル変換部42には、シリアル信号化された制御用信号及びクロック信号が入力される。シリアルパラレル変換部42は、入力されるクロック信号を基準として、シリアル信号化された制御用信号に含まれるデジタル値の各ビットを復号する。すなわち、シリアルパラレル変換部42は、クロック信号が入力されるごとに、シリアル信号のレベルに応じて、シリアル信号をデジタル値に変換して、PWM制御パルス発生部44に出力する。
Next, the
PWM制御パルス発生部44は、シリアルパラレル変換部42によってデジタル値に変換された制御用信号、及び、マスタドライブ回路30のクロック信号生成部34によって生成されたクロック信号に基づいて、インバータ回路50の駆動信号を生成して出力する。具体的には、制御用信号の先頭には、通信開始ビットが設定されているので、その通信開始ビットにより、PWM制御パルス発生部44は、デューティ比を表すデジタル値、及びスイッチングモードを表すデジタル値を認識することが可能である。そして、スイッチングモードを表すデジタル値と、予め定められ記憶されたスイッチングモードとデジタル値との対応関係(図2参照)とに基づいて、インバータ回路50のスイッチングモードを決定する。さらに、決定したスイッチングモードに従い、駆動信号を出力すべきスイッチング素子を決定する。その際、駆動信号は、制御用信号に含まれるデューティ比を表すデジタル値に基づき、そのデジタル値に対応するデューティ比のPWM制御パルス信号とされる。このPWM制御パルス信号の生成方法については、後述する。
The PWM
PWM制御パルス発生部44によって発生された駆動信号としてのPWM制御パルス信号は、プリドライバ46により増幅されて、インバータ回路50に出力される。従って、PWM制御パルス発生部44とプリドライバ46とが、本発明の出力部に相当する。
The PWM control pulse signal as the drive signal generated by the PWM
上述したように、本実施形態では、マスタドライブ回路30において、インバータ回路50のスイッチングモードを表すデジタル値、及び駆動信号のデューティ比を表すデジタル値を含む制御用信号を、クロック信号を用いてシリアル信号に変換する。そして、スレーブドライブ回路40では、そのシリアル信号から、クロック信号を用いて、スイッチングモードを表すデジタル値及びデューティ比を表すデジタル値を復号する。従って、マスタドライブ回路30から、シリアル信号化された制御信号と、そのシリアル信号化するための基準として用いたクロック信号をスレーブドライブ回路40に送信するだけで、スレーブドライブ回路40は、駆動信号を生成するために必要な情報を取得することができる。そのため、マスタドライブ回路30とスレーブドライブ回路40との間は、2本の信号線22,24で接続するだけで済むのである。
As described above, in the present embodiment, in the
次に、図7に示す動作説明図を適宜参照しつつ、マスタドライブ回路30及びスレーブドライブ回路40における処理に流れについて、図5及び図6のフローチャートを用いて説明する。
Next, the flow of processing in the
まず、マスタドライブ回路30における処理の流れについて、図5のフローチャートを参照しつつ説明する。ステップS100では、モータ60の駆動制御の開始に当たって、例えば記憶している回転子位置に応じたスイッチングモードで、かつ所定のデューティ比を示す制御用信号を送信する。そして、ステップS110において、ホールセンサA〜Cからの信号に基づいて、回転子が回転し始めて、電気角60度の位相変化が検出されたか否かを判定する。なお、この電気角60度の位相変化が検出されたときの回転子位置が、マスタドライブ回路30の図示しないメモリに記憶される。さらに、その回転子位置から、次回、電気角60度の位相変化が検出されるまでの時間の計測が内部タイマを用いて開始される。
First, the flow of processing in the
電気角60度の位相変化が検出されたと判定されると、ステップS120に進み、制御用信号を送信する。つまり、図7に示すように、マスタドライブ回路30では、電気角60度の位相変化が検出されたことをトリガとして、制御用信号の送信を開始する。なお、この制御用信号には、例えば図7に示すように、通信開始ビット、デューティ比を表すビット、及びスイッチングモードを表すビットが含まれている。また、クロック信号については、モータの駆動制御が開始された後は、制御用信号の送信などとは無関係に、常時、マスタドライブ回路30からスレーブドライブ回路40へ送信される。
If it is determined that a phase change of 60 electrical angles has been detected, the process proceeds to step S120, and a control signal is transmitted. That is, as shown in FIG. 7, the
続くステップS130では、次回、電気角60度の位相変化が検出されたときに送信するための制御用信号の生成を行い、保存しておく。具体的には、例えば過去2回の電気角60度の位相変化が検出される間の経過時間から、回転子の実回転速度を算出し、目標回転速度との差異に基いて、デューティ比を算出し、そのデューティ比に対応するデジタル値を算出する。また、電気角60度の位相変化が検出されたときの回転子の回転位置に基づき、次回、電気角60度の位相変化が検出されたときに切り換えられるべきスイッチングモードに対応するホールセンサ信号を算出し、そのスイッチングモードを表すデジタル値とする。そして、それぞれ算出された、デューティ比に対応するデジタル値及びスイッチングモードを表すデジタル値を用いて、制御用信号を生成する。このように、制御用信号は、事前に準備しておくので、送信トリガである電気角60度の位相変化の検出に同期して、制御用信号の送信を開始することができる。 In the subsequent step S130, a control signal to be transmitted when the phase change of the electrical angle of 60 degrees is detected next time is generated and stored. Specifically, for example, the actual rotation speed of the rotor is calculated from the elapsed time during which the past two phase changes of the electrical angle of 60 degrees are detected, and the duty ratio is calculated based on the difference from the target rotation speed. The digital value corresponding to the duty ratio is calculated. Further, based on the rotational position of the rotor when the phase change of 60 electrical degrees is detected, the Hall sensor signal corresponding to the switching mode to be switched next time the phase change of 60 electrical angles is detected. Calculated and set to a digital value representing the switching mode. Then, the control signal is generated by using the digital value corresponding to the duty ratio and the digital value representing the switching mode. Thus, since the control signal is prepared in advance, transmission of the control signal can be started in synchronization with the detection of the phase change of the electrical angle of 60 degrees, which is a transmission trigger.
続くステップS140では、ドライブイネーブル信号がオフされたか否かに基づいて、モータ60の停止が指令されたか否かを判定する。モータ60の停止が指令された場合には、図5のフローチャートに示す処理を終了する。一方、モータ60の停止が指令されていない場合には、ステップS110からの処理を繰り返す。
In a succeeding step S140, it is determined whether or not the
次に、スレーブドライブ回路40における処理の流れについて、図6のフローチャートを参照しつつ説明する。ステップS200では、通信開始ビットが検出されたか否かに基づいて、マスタドライブ回路30からの制御信号の通信が開始されたか否かを判定する。通信が開始されたと判定した場合には、ステップS210に進んで、制御用信号を受信し、ステップS220において、受信した制御用信号を、逐次、デジタル値に変換する。さらに、変換したデジタル値を、データの種類毎にまとめて、デューティ比を表すデジタル値及びスイッチングモードを表すデジタル値を復号する。
Next, the flow of processing in the
続くステップS230では、復号したそれぞれのデジタル値に基づき、例えばPWM周期の開始時点で、スイッチングモード及びデューティ比を更新する。このスイッチングモードの更新により、スレーブドライブ回路40から、いずれのスイッチング素子に駆動信号が出力されるかが切り換えられる。
In the subsequent step S230, the switching mode and the duty ratio are updated based on the decoded digital values, for example, at the start of the PWM cycle. By switching the switching mode, it is switched to which switching element the drive signal is output from the
ここで、駆動信号としての、更新後のデュ−ティ比に応じたPWM制御パルス信号の生成方法について、図7を参照しつつ説明する。 Here, a method for generating a PWM control pulse signal corresponding to the updated duty ratio as a drive signal will be described with reference to FIG.
まず、クロック信号を用いて三角波キャリア信号を生成する。例えば、カウンタが、初期値ゼロから、クロック信号が入力されるごとにカウント値をインクリメントすることにより、そのカウント値を擬似的に三角波キャリア信号とする。なお、カウンタは、デューティ比を表すためのデジタル値のビット数により計数可能な分割数をカウント値の上限とし、カウント値が上限に達したら、またゼロからカウントを開始するものとする。このような、初期値ゼロからデューティ比を表すためのデジタル値のビット数により計数可能な分割数までのカウントに要する期間が、図7に示すようにPWM周期となる。 First, a triangular wave carrier signal is generated using a clock signal. For example, the counter increments the count value every time a clock signal is input from the initial value of zero, thereby making the count value a pseudo triangular wave carrier signal. Note that the counter uses the number of divisions that can be counted based on the number of bits of the digital value for representing the duty ratio as the upper limit of the count value, and starts counting from zero when the count value reaches the upper limit. The period required for counting from the initial value zero to the number of divisions that can be counted by the number of bits of the digital value for representing the duty ratio is the PWM cycle as shown in FIG.
上述したように、スイッチングモード及びデューティ比は、図7に示すように、PWM周期の開始時点で更新される。図7に示す例では、更新前のデューティ比を示すデジタル値は“10110”であったが、それが更新により“01111”に変更されている。また、スイッチングモードについては、“000110”(ホールセンサ信号“001”)から“100100”(ホールセンサ信号“101”)に更新されている。 As described above, the switching mode and the duty ratio are updated at the start of the PWM cycle, as shown in FIG. In the example shown in FIG. 7, the digital value indicating the duty ratio before update is “10110”, but it has been changed to “01111” by the update. The switching mode is updated from “000110” (Hall sensor signal “001”) to “100100” (Hall sensor signal “101”).
そして、カウンタによるカウント値と、更新されたデューティ比を表すデジタル値とを比較し、デューティ比を表すデジタル値が、カウンタのカウント値以上である期間はオンし、カウンタのカウント値よりも小さい期間はオフするパルス信号を生成する。これにより、デジタル値が表すデューティ比にてオンオフするPWM制御パルス信号を生成することができる。そして、このようにして生成されるPWM制御パルス信号が、駆動信号として、更新後のスイッチングモードにおいて駆動信号が出力されるべき、インバータ回路50のスイッチング素子に出力される。
Then, the count value by the counter is compared with the digital value representing the updated duty ratio, and the period during which the digital value representing the duty ratio is equal to or greater than the count value of the counter is on, and the period is smaller than the counter value Generates a pulse signal that turns off. As a result, a PWM control pulse signal that is turned on / off at the duty ratio represented by the digital value can be generated. The PWM control pulse signal generated in this way is output as a drive signal to the switching element of the
ステップS240では、マスタドライブ回路30からの信号の送信が停止したか否かにより、モータ60の停止が指令されたか否かを判定し、停止が指令された場合には、図6のフローチャートに示す処理を終了する。
In step S240, it is determined whether or not the stop of the
以上のような処理を実行することにより、インバータ回路50の各スイッチング素子へ出力される駆動信号としてのPWM出力の一例を図8に示す。図8に示すように、回転子が電気角で60度位相変化するごとにスイッチングモードが更新される。また、そのスイッチングモードの更新時に、駆動信号としてのPWM信号のデューティ比も更新される。
FIG. 8 shows an example of a PWM output as a drive signal output to each switching element of the
なお、図7及び図8では、高電位側のスイッチング素子に対してPWM信号を出力する上相PWM方式を採用した場合の例を示している。しかしながら、PWM方式として、他の方式を採用しても良い。 7 and 8 show an example in which an upper phase PWM method for outputting a PWM signal to the switching element on the high potential side is employed. However, other methods may be adopted as the PWM method.
また、図8に示す例では、モータ60の各固定子巻線(U相、V相、W相)の端子電圧も示している。図8に示すように、各端子電圧は、対応する高電位側のスイッチング素子がPWM駆動される以前から、徐々に端子電圧が上昇し、PWM駆動が終了した後、徐々に端子電圧が減少する。これは、高電位側及び低電位側のスイッチング素子がともにオフされていることで、その相の電圧が、固定子巻線の残留電圧と、回転中の回転子の永久磁石により発生した誘導電圧との協働作用で徐々に変化するためである。
In the example shown in FIG. 8, the terminal voltage of each stator winding (U phase, V phase, W phase) of the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態によるモータ制御装置について説明する。ただし、本実施形態によるモータ制御装置は、第1実施形態と構成的には同様で、マスタドライブ回路30における制御処理が一部異なるだけである。そのため、構成に関する説明は省略し、マスタドライブ回路30における制御処理についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a motor control device according to a second embodiment of the present invention will be described. However, the motor control device according to the present embodiment is structurally similar to that of the first embodiment, and only the control process in the
上述した第1実施形態では、マスタドライブ回路30が、電気角60度の位相変化の検出をトリガとして、制御用信号を送信するものであった。このため、図7に示すように、第1実施形態のモータ制御装置では、電気角60度の位相変化の検出した時点から、インバータ回路50のスイッチングモード及びPWM制御パルス信号のデューティ比を変更することができず、少なくとも制御用信号の送信分だけ遅れることになる。この制御用信号の送信に起因する遅れは僅かな時間であるため、モータ制御への影響はほぼ無視出来る程度のものである。しかしながら、モータ制御をより精密に実行するには、電気角60度の位相変化の検出タイミングに同期して、スイッチングモードやデューティ比が更新されることが好ましい。
In the first embodiment described above, the
そこで、本実施形態では、回転子の実回転速度から、次回、電気角60度の位相変化が検出されるタイミングを予測し、その予測タイミングまでに制御用信号の送信が完了するようにしたものである。 Therefore, in this embodiment, the next timing when the phase change of the electrical angle of 60 degrees is detected is predicted from the actual rotational speed of the rotor, and the transmission of the control signal is completed by the predicted timing. It is.
図9のフローチャートは、本実施形態におけるマスタドライブ回路30の制御の流れを示している。ステップS300及びS310では、図5のフローチャートのステップS100及びS110と同様の処理が行われる。
The flowchart of FIG. 9 shows the control flow of the
ステップS320では、回転子の実回転速度から、次回、電気角60度の位相変化が検出されるタイミングを予測する。例えば、実回転速度を維持した場合に、電気角60度の位相変化が検出されるであろうタイミングを算出する。あるいは、実回転速度から回転加速度を算出し、その回転加速度にて実回転速度が変化した場合の、電気角60度の位相変化検出タイミングを算出しても良い。 In step S320, the next timing of detecting a phase change of 60 electrical degrees is predicted from the actual rotational speed of the rotor. For example, when the actual rotational speed is maintained, a timing at which a phase change of 60 electrical angles will be detected is calculated. Alternatively, the rotational acceleration may be calculated from the actual rotational speed, and the phase change detection timing at an electrical angle of 60 degrees may be calculated when the actual rotational speed is changed by the rotational acceleration.
続くステップS330では、ステップS320にて算出された予測タイミングを基準とし、制御用信号を送信するために必要な時間を考慮して、予測タイミングまでに制御用信号の送信が完了するように、送信開始タイミングを決定する。そして、ステップS340では、送信タイミングとなったか否かを判定し、送信タイミングと判定した場合には、ステップS350において、制御用信号の送信を開始する。 In the subsequent step S330, the transmission is performed so that the transmission of the control signal is completed by the prediction timing in consideration of the time necessary for transmitting the control signal with the prediction timing calculated in step S320 as a reference. Determine the start timing. In step S340, it is determined whether or not the transmission timing has been reached. If it is determined that the transmission timing has been reached, transmission of a control signal is started in step S350.
なお、ステップS360及びS370の処理は、図5のフローチャートのステップS130及びS140の処理と同様である。 Note that the processing in steps S360 and S370 is the same as the processing in steps S130 and S140 in the flowchart of FIG.
このような処理を実行することにより、図10に示すように、電気角60度の位相変化検出タイミングまでに、スレーブドライブ回路40への制御用信号の送信を完了することができる。このため、スレーブドライブ回路40では、第1実施形態の場合に比較して、電気角60度の位相変化検出タイミングにより近い時点で、スイッチングモード及びデューティ比の更新を行うことが可能となる。
By executing such processing, as shown in FIG. 10, transmission of the control signal to the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々、変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. .
例えば、上述した実施形態では、第2のチップとしてのドライバICチップ内に、復号部としてのシリアルパラレル変換部42と、出力部としてのPWM制御パルス発生部44及びプリドライバ46を形成する例について説明した。しかしながら、これらは必ずしも1チップ内に形成する必要はなく、例えば、図11に示すように、シリアルパラレル変換部42を形成するチップと、PWM制御パルス発生部44及びプリドライバ46を形成するチップを分けても良い。さらに、PWM制御パルス発生部44と、プリドライバ46とを別チップに形成しても良い。いずれの場合であっても、モータ制御マイコンチップ10の出力端子数を削減できることに変わりはないためである。
For example, in the above-described embodiment, an example in which the serial /
また、上述した実施形態では、モータの駆動方式として、120度通電方式を採用した例について説明したが、例えば180度通電方式など他の駆動方式を採用しても良い。さらに、上述した実施形態では、モータの回転位置を検出する手段として、ホールセンサを採用したが、フォトインタラプタなど他の検出手段を用いても良い。もしくは、センサーレス方式を採用し、3相巻線の空き巻線の誘導電圧から、ロータの回転位置を算出するようにしても良い。 In the above-described embodiment, an example in which the 120-degree energization method is employed as the motor drive method has been described. However, other drive methods such as a 180-degree energization method may be employed. Furthermore, in the above-described embodiment, the hall sensor is adopted as the means for detecting the rotational position of the motor, but other detection means such as a photo interrupter may be used. Alternatively, the sensorless method may be adopted, and the rotational position of the rotor may be calculated from the induced voltage of the empty three-phase winding.
10 モータ制御マイコン
20 回転位置検出手段
30 マスタドライブ回路
32 デューティ/モード算出部
34 クロック信号生成部
36 パラレルシリアル変換部
40 スレーブドライブ回路
42 シリアルパラレル変換部
44 PWM制御パルス発生部
50 インバータ回路
60 モータ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記検出手段によって検出された回転位置に基づいて、前記ブラシレスモータを駆動するインバータ回路(50)のスイッチングモードを決定するとともに、そのスイッチングモードを所定ビット数のデジタル値で表したシリアル信号である制御用信号を生成する制御用信号生成部(32,36)と、
前記制御用信号生成部が、前記制御用信号を生成する際に、その制御用信号において各ビットを区分けする基準となるクロック信号を生成するクロック信号生成部(34)と、
前記制御用信号及び前記クロック信号を受信して、当該クロック信号を用いて、前記制御用信号から前記インバータ回路のスイッチングモードを表すデジタル値を復号する復号部(42)と、
前記復号部によって復号されたデジタル値が示すスイッチングモードに従い、前記インバータ回路に駆動信号を出力する出力部(44、46)と、を備え、
前記制御用信号生成部及び前記クロック信号生成部が第1のチップ(10)に形成され、前記復号部が第2のチップ(40)に形成され、前記第1のチップと前記第2のチップ間が、前記制御用信号を送信するための第1の信号線(22)と、前記クロック信号を送信するための第2の信号線(24)を介して接続され、
前記検出手段は、前記ブラシレスモータが、前記インバータ回路のスイッチングモードの変更が必要となる所定角度回転する毎に、前記ブラシレスモータの回転位置が前記所定角度変化したことを検出するものであり、
前記制御用信号生成部は、前記検出手段によって、前記ブラシレスモータの回転位置が前記所定角度変化したことが検出されたタイミングに同期して、前記制御用信号を前記第2のチップに向けて送信することを特徴とするモータ制御装置。 Detection means (20) for detecting the rotational position of the brushless motor;
Based on the rotational position detected by the detection means, the switching mode of the inverter circuit (50) for driving the brushless motor is determined, and the control is a serial signal representing the switching mode as a digital value of a predetermined number of bits. Control signal generators (32, 36) for generating signals for use;
A clock signal generator (34) for generating a clock signal that serves as a reference for dividing each bit in the control signal when the control signal generator generates the control signal;
A decoder (42) that receives the control signal and the clock signal, and uses the clock signal to decode a digital value representing the switching mode of the inverter circuit from the control signal;
An output unit (44, 46) for outputting a drive signal to the inverter circuit according to a switching mode indicated by the digital value decoded by the decoding unit;
The control signal generation unit and the clock signal generation unit are formed in a first chip (10), the decoding unit is formed in a second chip (40), and the first chip and the second chip Are connected via a first signal line (22) for transmitting the control signal and a second signal line (24) for transmitting the clock signal ,
The detection means detects that the rotational position of the brushless motor has changed by the predetermined angle every time the brushless motor rotates by a predetermined angle that requires changing the switching mode of the inverter circuit.
The control signal generation unit transmits the control signal to the second chip in synchronization with the timing at which the detection unit detects that the rotational position of the brushless motor has changed by the predetermined angle. A motor control device.
前記検出手段によって検出された回転位置に基づいて、前記ブラシレスモータを駆動するインバータ回路(50)のスイッチングモードを決定するとともに、そのスイッチングモードを所定ビット数のデジタル値で表したシリアル信号である制御用信号を生成する制御用信号生成部(32,36)と、
前記制御用信号生成部が、前記制御用信号を生成する際に、その制御用信号において各ビットを区分けする基準となるクロック信号を生成するクロック信号生成部(34)と、
前記制御用信号及び前記クロック信号を受信して、当該クロック信号を用いて、前記制御用信号から前記インバータ回路のスイッチングモードを表すデジタル値を復号する復号部(42)と、
前記復号部によって復号されたデジタル値が示すスイッチングモードに従い、前記インバータ回路に駆動信号を出力する出力部(44、46)と、を備え、
前記制御用信号生成部及び前記クロック信号生成部が第1のチップ(10)に形成され、前記復号部が第2のチップ(40)に形成され、前記第1のチップと前記第2のチップ間が、前記制御用信号を送信するための第1の信号線(22)と、前記クロック信号を送信するための第2の信号線(24)を介して接続され、
前記検出手段は、前記ブラシレスモータが、前記インバータ回路のスイッチングモードの変更が必要となる所定角度回転する毎に、前記ブラシレスモータの回転位置が前記所定角度変化したことを検出するものであり、
前記第1のチップは、前記検出手段によって、前記ブラシレスモータの回転位置が前記所定角度変化することが検出されるタイミングを予測する予測手段(32、S320)を備え、
前記制御用信号生成部は、前記予測手段によって予測されるタイミングまでに前記制御用信号の送信が完了するように、当該制御用信号を前記第2のチップに向けて送信することを特徴とするモータ制御装置。 Detection means (20) for detecting the rotational position of the brushless motor;
Based on the rotational position detected by the detection means, the switching mode of the inverter circuit (50) for driving the brushless motor is determined, and the control is a serial signal representing the switching mode as a digital value of a predetermined number of bits. Control signal generators (32, 36) for generating signals for use;
A clock signal generator (34) for generating a clock signal that serves as a reference for dividing each bit in the control signal when the control signal generator generates the control signal;
A decoder (42) that receives the control signal and the clock signal, and uses the clock signal to decode a digital value representing the switching mode of the inverter circuit from the control signal;
An output unit (44, 46) for outputting a drive signal to the inverter circuit according to a switching mode indicated by the digital value decoded by the decoding unit;
The control signal generation unit and the clock signal generation unit are formed in a first chip (10), the decoding unit is formed in a second chip (40), and the first chip and the second chip Are connected via a first signal line (22) for transmitting the control signal and a second signal line (24) for transmitting the clock signal,
The detection means detects that the rotational position of the brushless motor has changed by the predetermined angle every time the brushless motor rotates by a predetermined angle that requires changing the switching mode of the inverter circuit.
The first chip includes prediction means (32, S320) for predicting a timing at which the detection means detects that the rotational position of the brushless motor changes by the predetermined angle ,
It said control signal generating unit, the so transmission of the control signal until the timing predicted by predicting means is completed, and features that you transmitted to the control signal to the second chip Motor control device.
前記復号部は、前記クロック信号を用いて、前記制御用信号のシリアル信号部分から、前記駆動信号のデューティ比を表すデジタル値を復号し、
前記出力部は、前記復号部により復号されたデジタル値が示すデューティ比を有する駆動パルス信号を前記インバータ回路に出力することを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ
制御装置。 The control signal generation unit also includes a serial signal portion representing a duty ratio of the drive signal as a digital value of a predetermined number of bits in the control signal in order to perform PWM control of the drive signal output to the inverter circuit. Include
The decoding unit decodes a digital value representing a duty ratio of the drive signal from the serial signal portion of the control signal using the clock signal,
The output unit, the motor control device according to claim 1 or 2, characterized in that for outputting a driving pulse signal having a duty ratio that indicates a digital value decoded by said decoding unit to the inverter circuit.
前記出力部は、計数可能な全分割数に対する、前記デジタル値が示す分割数の割合をデューティ比として、そのデューティ比を有する駆動パルス信号を出力することを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。 The digital value of the predetermined number of bits representing the duty ratio of the drive signal is obtained by dividing the duty ratio by the number of divisions that can be counted by the number of bits of the digital value.
4. The motor according to claim 3 , wherein the output unit outputs a drive pulse signal having the duty ratio with a ratio of the number of divisions indicated by the digital value to the total number of divisions that can be counted as a duty ratio. Control device.
前記ブラシレスモータの回転位置が所定角度変化したことが検出されたことに応じて、次回の角度変化検出タイミングに応じて送信される制御用信号のためのデューティ比を事前に算出しておくことを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ制御装置。 The control signal generation unit calculates a duty ratio of the drive signal according to a difference between a target rotation speed and an actual rotation speed when the brushless motor rotates by a predetermined angle.
In response to detecting that the rotational position of the brushless motor has changed by a predetermined angle, a duty ratio for a control signal transmitted in response to the next angle change detection timing is calculated in advance. The motor control device according to claim 1 , wherein the motor control device is a motor control device.
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