JP6408625B2 - 半導体装置、駆動機構、及びモータ駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、駆動機構、及びモータ駆動制御方法に係り、特に、モータ等の駆動制御を効率的に行なうのに好適な半導体装置、駆動機構、及びモータ駆動制御方法に関するものである。

例えば特許文献１において、モータの駆動制御を、マイクロコントローラ（以下、マイコンともいう）等の半導体装置を用いて行なう技術が開示されている。この特許文献１では、マイコン、ドライブ回路、及び位置検出回路を用いて駆動回路（上アーム、下アーム）のスイッチング素子を制御してブラシレスモータの回転制御を行なっている。

また、特許文献２では、ドライブ回路を用いることなく、マイコン及び位置検出回路のみで駆動回路（上アーム、下アーム）のスイッチング素子を制御してモータの回転制御及び電源制御を行なう技術が開示されている。

モータでは、モータ内の界磁コイルに流す電流量によってトルク等を制御している。何らかの原因で、この界磁コイルに流す電流を制御することができなくなると、重大な事故を発生させる場合がある。そのため、界磁コイルに流す電流を制御することができなくなった場合には、安全措置として直ちに界磁コイルに流す電流を遮断する必要がある。

一般に、モータを駆動させて、回転途中でモータへの通電を止めると、コイルにたまった電流が逆起電力となって電源の電位を上昇させ、その電源の電位の上昇によって、電源に接続されている素子の耐圧を超過して当該素子が破壊される場合があった。

その問題を解決するため、従来のマイコンを用いたブラシレスモータの駆動制御では、ブラシレスモータの過電流を検知して止めようとする場合、電流を検知するコンパレータの割り込みがＣＰＵ（Central Processing Unit；中央処理装置）に入って、ブラシレスモータとグランド間の通電を制御する下アームのトランジスタをオフすると共に、ブラシレスモータと電源間の通電を制御する上アームのトランジスタをオンさせてコイルの両端をショートすることで電流を回生させて、コイルにたまった誘導電流を放電することで逆起電力を抑え、電源に接続されている素子が破壊されるのを防いでいる。

しかし、この場合、電流を検知するコンパレータの割り込み処理を、ＣＰＵによりソフト処理をする必要がある。そのため、タイムラグが発生し、直ちに逆起電力を抑えることができず、逆起電力による素子の破壊が起きる危険があった。

特許文献３では、ＩＣチップで構成された回転電機制御装置により、三相交流モータの駆動制御を行なう技術に関連して、回転電機の界磁コイルに流れる電流が何らかの原因で制御できなくなった場合に、安全措置として、界磁コイルに流れる電流を直ちに遮断する技術が開示されている。具体的には、回転電機の界磁コイルに流れる電流が何らかの原因で制御できなくなった場合に、当該界磁コイルに直列に挿入接続されたＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタを、マイコンからの制御により遮断している。

また、特許文献４では、モータに流れる電流値と予め設定された目標電流値とをコンパレータで比較し、モータに流れる電流値が目標電流値を超えると、ＣＰＵからの制御信号を遮断し、モータに流れる電流値を抑制するための信号を駆動回路へ直接出力することにより、電流変化が大きな反転時等における、目標電流値に対する電流値変動を抑制する技術が開示されている。

特開平６−１６５５６８号公報 特開２００２−１６５４７６号公報 特開２００７−０２８６９４号公報 特開２００３−３３５４５６号公報

近年、マイコンの省電力化を目的に低電圧化が進んでおり、このような低い駆動電圧のマイコンのみで、高い駆動電圧のモータを効率的に制御すること、及びモータの過電流を検知して効率的に止めることが求められている。

上述の特許文献２では、マイコン及び位置検出回路のみで駆動回路（上アーム、下アーム）のスイッチング素子を制御してモータの回転制御を行なっている。しかしながら、特許文献２においては、位置検出信号生成回路から出力された位置検出信号を、ＡＤ変換器でデジタル信号に変換した後、ＣＰＵの演算処理により当該デジタル信号を用いてモータにおける回転子の位置を計算している。そのため、モータの回転位置の検出に時間がかかり、回転数の高いモータを制御するためには、高速な演算処理ができる高性能なマイコンが必要になるとの問題があった。さらに、ＡＤ変換器は回路の面積が大きいため、小面積化の観点からは好ましくないとの問題があった。

また、マイコンのみで、モータの過電流を検知してモータの回転を止める従来の技術では、電流を検知するコンパレータの割り込み処理を、ＣＰＵによりソフト処理をする必要があるため、タイムラグが発生し、直ちに逆起電力を抑えることができず、逆起電力による素子の破壊が起きる危険があるとの問題があった。

なお、特許文献４に記載の技術は、電流変化が大きな反転時等における、目標電流値に対する電流値変動を抑制するものであり、モータの過電流を検知してモータの回転を直ちに止めるものではない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、モータの駆動制御を低電圧で駆動するマイコンのみで効率的に行なうことを可能とすることを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、接地側に接続するモータに備えられたコイルの端部を切り替える第１の切替回路と、駆動電源側に接続する前記コイルの端部を切り替える第２の切替回路と、を備え、前記第１の切替回路と前記第２の切替回路とにより前記コイルに流れる電流を制御するモータ駆動装置を制御する半導体装置であって、
前記モータに備えられた回転子の回転位置の変化を検出して、変化した回転位置に対応する検出信号を出力する位置検出部と、前記検出信号に基づいて、前記第１の切替回路に対し、前記接地側に接続する前記コイルの端部を切り替えさせるＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御部と、前記ＰＷＭ制御部が動作していない状態では、前記検出信号にかかわらず、前記第２の切替回路による前記コイルの端部と前記駆動電源側との接続切替を制御する第３の切替回路に対し、所定の固定値信号を出力するコントローラと、を備えている。

一方、上記目的を達成するため、本発明の駆動機構は、前記半導体装置と、前記モータ駆動装置と、前記第３の切替回路と、前記モータと、を備えている。

一方、上記目的を達成するため、本発明のモータ駆動制御方法は、接地側に接続するモータに備えられたコイルの端部を切り替える第１の切替回路と、駆動電源側に接続する前記コイルの端部を切り替える第２の切替回路と、を備え、前記第１の切替回路と前記第２の切替回路とにより前記コイルに流れる電流を制御するモータ駆動装置を制御する半導体装置のモータ駆動制御方法であって、前記モータに備えられた回転子の回転位置の変化を検出して、変化した回転位置に対応する検出信号を出力し、前記検出信号に基づいて、前記第１の切替回路に対し、前記接地側に接続する前記コイルの端部を切り替えさせるＰＷＭ信号をＰＷＭ制御部が出力し、前記ＰＷＭ制御部が動作していない状態では、前記検出信号にかかわらず、前記第２の切替回路による前記コイルの端部と前記駆動電源側との接続切替を制御する第３の切替回路に対し、所定の固定値信号を出力する。

本発明によれば、モータよりも駆動電圧の低いマイコンを用いてモータの駆動制御を効率的に行うことが可能となる。

実施の形態に係る半導体装置の構成例及び当該半導体装置を備えた駆動機構の構成例を示す回路図である。 図１における半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。 実施の形態に係る半導体装置の他の構成例及び当該半導体装置を備えた駆動機構の構成例を示す回路図である。 図３における半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。 図３における半導体装置の他の動作例を示すタイミングチャートである。 実施の形態に係る半導体装置の動作例を示すフローチャートである。

以下、図を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態（第１の実施例）に係る半導体装置１（以下、マイコンともいう）を備えた駆動機構２０の構成を示している。半導体装置１は、プログラムの実行により駆動機構２０に備えられたモータ１０の駆動制御を含む各種処理を行うＣＰＵ２と、ＣＰＵ２による各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ（Random Access Memory３と、各種制御プログラムや各種パラメータ等が予め記憶された記録媒体であるＲＯＭ（Read Only Memory）４と、を備えると共に、アナログ回路からなる本発明に係る位置検出部としてのコンパレータ（ａ）５、ロジック回路からなる本発明に係る第２の切替部としてのコンパレータコントローラ（ａ）６、及びＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルスを出力する本発明に係る第１の切替部としてのＰＷＭ７を、１チップ上に備えた構成（１チップマイコン）となっている。

なお、本実施の形態（第１の実施例）では、例えば半導体装置１はＤＣ５．０Ｖ駆動で、制御対象となるモータ１０はＤＣ１２．０Ｖ駆動とする。また、本実施の形態では、モータ１０は単相のブラシレスモータとする。

駆動機構２０は、半導体装置１とモータ１０と共に、ＰＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２を備えた本発明に係る第２の切替回路としての上アーム１２、ＮＭＯＳトランジスタＴ５，Ｔ６を備えた本発明に係る第１の切替回路としての下アーム１３を具備し、モータ１０内には、コイル１０ａと、モータ１０の回転の変化を検出するホール素子Ｈａｌｌが備えられている。なお、モータ１０において、コイル１０ａは固定され、このコイル１０ａに流れる電流で生成される磁力と、モータ１０の図示していない回転子に備えられた磁石等の磁力とによりモータ１０は回転する。

上アーム１２に備えられたＰＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２の各々のドレインはダイオード１１を介してモータ１０を駆動するための駆動電源ＶＤＤＨ（ＤＣ１２．０Ｖ）に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＴ１のソースは、モータ１０内のコイル１０ａの一方の端部Ｍ−と、下アーム１３に備えられたＮＭＯＳトランジスタＴ５のドレインに接続されている。また、ＰＭＯＳトランジスタＴ２のソースは、モータ１０内のコイル１０ａの他方の端部Ｍ＋と、下アーム１３に備えられたＮＭＯＳトランジスタＴ６のドレインに接続されている。

さらに、ＰＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２の各々のゲートは、抵抗Ｒ１，Ｒ２及びダイオード１１を介して駆動電源ＶＤＤＨに接続されると共に、本発明に係る第３の切替回路としてのＮＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４のドレインに接続され、当該ＮＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４を介して接地ＧＮＤ側に接続される。

すなわち、ＮＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４は、ドレインがＰＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２の各々のゲートに接続され、ソースが接地ＧＮＤ側に接続されている。なお、ＮＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４のゲートは、半導体装置１におけるコンパレータコントローラ（ａ）６の出力端に接続され、コンパレータコントローラ（ａ）６から出力される信号ＵＡＤ０，ＵＡＤ１により各々オン／オフ制御される。

下アーム１３に備えられたＮＭＯＳトランジスタＴ５は、ドレインが上アーム１２に備えられたＰＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びモータ１０内のコイル１０ａのＭ−端に接続され、ソースが接地ＧＮＤ側に接続されている。

同様に、下アーム１３に備えられたＮＭＯＳトランジスタＴ６は、ドレインが上アーム１２に備えられたＰＭＯＳトランジスタＴ２のソース及びモータ１０内のコイル１０ａの端部Ｍ＋に接続され、ソースが接地ＧＮＤ側に接続されている。

そして、下アーム１３に備えられたＮＭＯＳトランジスタＴ５，Ｔ６のゲートは、半導体装置１におけるＰＷＭ７の出力端に接続され、ＰＷＭ７から出力される信号ＬＡＤ０，ＬＡＤ１により各々オン／オフ制御される。

なお、実際には、ＰＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２、及びＮＭＯＳトランジスタＴ３〜Ｔ６のそれぞれにおいては、ドレインとソース間にダイオードが接続されているが、ここでは説明を簡単にするために図示していない。

また、コンパレータ（ａ）５は、本発明の位置検出部に相当し、ホール素子Ｈａｌｌから出力される位置検知信号ＨＡＬＬ＋,ＨＡＬＬ−を入力して、モータ１０に設けられた回転子の回転位置の変化を検出し、変化した回転位置に対応する検出信号を出力する。

また、下アーム１３は本発明の第１の切替回路に相当し、ＰＷＭ７は本発明の第１の切替部に相当する。そして、ＰＷＭ７は、位置検出部としてのコンパレータ（ａ）５から出力された検出信号に基づいて、接地ＧＮＤ側に接続するモータ１０のコイル１０ａの端部Ｍ＋，Ｍ−を切り替えるように下アーム１３を制御するための第１の切替信号としての信号ＬＡＤ０，ＬＡＤ１を出力する。

また、上アーム１２は本発明の第２の切替回路に相当し、コンパレータコントローラ（ａ）６は本発明の第２の切替部に相当する。そして、コンパレータコントローラ（ａ）６は、位置検出部としてのコンパレータ（ａ）５から出力された検出信号に基づいて、駆動電源ＶＤＤＨに接続するモータ１０のコイル１０ａの端部Ｍ＋，Ｍ−を切り替えるように上アーム１２を制御するための第２の切替信号としての信号ＵＡＤ０，ＵＡＤ１を出力する。

このように、上アーム１２と下アーム１３とにより、コンパレータ（ａ）５から出力された検出信号に基づいて、モータ１０のコイル１０ａの端部Ｍ＋，Ｍ−の接続先を駆動電源ＶＤＤＨと接地ＧＮＤに切り替えることにより、モータ１０のコイル１０ａに流れる電流の方向を切り替え、モータ１０が一方向に回転するよう制御する。

例えば、ホール素子Ｈａｌｌから出力される位置検知信号ＨＡＬＬ＋がロー（Ｌ）でＨＡＬＬ−がハイ（Ｈ）に変化した場合、コンパレータ（ａ）５の出力はロー（Ｌ）となる。また、ホール素子Ｈａｌｌから出力される位置検知信号ＨＡＬＬ＋がハイ（Ｈ）でＨＡＬＬ−がロー（Ｌ）に変化した場合、コンパレータ（ａ）５の出力はハイ（Ｈ）となる。このコンパレータ（ａ）５からの出力はＰＷＭ７及びコンパレータコントローラ（ａ）６に入力される。

ＰＷＭ７は、コンパレータ（ａ）５からの出力がハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）、または、ロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）に変化すると、動作状態が停止状態となり、ＣＰＵ１からの起動信号の入力を待つ。

すなわち、ＣＰＵ１において、ＰＷＭ７による信号ＬＡＤ０，ＬＡＤ１の出力を、コンパレータ（ａ）５からの出力が変化した後、予め定められた時間だけ遅らせるよう制御する。このようにして、上アーム１２と下アーム１３とが同時にオンした場合に発生する不具合を回避させるためのデッドタイムを設定する。

例えば、コンパレータ（ａ）５の出力がハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）に変化してＣＰＵ１によるデッドタイムが経過すると、ＰＷＭ７は動作状態となり、信号ＬＡＤ０をハイ（Ｈ）とする。なお、ＰＷＭ７は、ＰＷＭパルスを出力しており、パルス幅に基づきモータ１０の回転速度が制御される。

また、コンパレータコントローラ（ａ）６は、本実施の形態において、ＰＷＭ７が動作していない状態では、コンパレータ（ａ）５からの出力にかかわらず、信号ＵＡＤ１をロー（Ｌ）、信号ＵＡＤ０をロー（Ｌ）とする。

さらに、コンパレータコントローラ（ａ）６は、ＰＷＭ７が動作状態となると、信号ＵＡＤ１と信号ＵＡＤ０の切替を行う。

例えば、コンパレータコントローラ（ａ）６は、コンパレータ（ａ）５の出力がハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）に変化してＰＷＭ７が動作状態となると、信号ＵＡＤ０をハイ（Ｈ）とする。

このように、コンパレータコントローラ（ａ）６からの信号ＵＡＤ０がハイ（Ｈ）になると、ＮＭＯＳトランジスタＴ３がオンとなり、ＰＭＯＳトランジスタＴ１がオンとなる。また、この状態では、コンパレータコントローラ（ａ）６からの信号ＵＡＤ１はロー（Ｌ）であり、ＮＭＯＳトランジスタＴ４はオフであり、ＰＭＯＳトランジスタＴ２がオフ状態である。

さらに、この状態では、ＮＭＯＳトランジスタＴ５は、ＰＷＭ７から出力される信号ＬＡＤ１がロー（Ｌ）で、オフ状態であり、ＮＭＯＳトランジスタＴ６は、ＰＷＭ７から出力される信号ＬＡＤ０がハイ（Ｈ）で、オン状態である。

その結果、モータ１０のコイル１０ａの端部Ｍ−側が、ＰＭＯＳトランジスタＴ１及びダイオード１１を介して駆動電源ＶＤＤＨに接続され、モータ１０のコイル１０ａの端部Ｍ＋側が、ＮＭＯＳトランジスタＴ６を介して接地ＧＮＤ側に接続され、モータ１０が回転する。なお、ここでの回転を順方向の回転とする。

このようにしてモータ１０が順方向に回転して、モータ１０の回転子に備えられた磁石の磁極とコイル１０ａで生成される磁力の磁極との関係がモータ１０の回転を抑止する位置となる所定の回転角度まで回転すると、ホール素子Ｈａｌｌから出力される位置検知信号ＨＡＬＬ＋がハイ（Ｈ）でＨＡＬＬ−がロー（Ｌ）に変化する。この場合、コンパレータ（ａ）５の出力はハイ（Ｈ）となり、このコンパレータ（ａ）５からの出力（Ｈ）がＰＷＭ７及びコンパレータコントローラ（ａ）６に入力される。

ＰＷＭ７は、コンパレータ（ａ）５からの出力がロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）に変化すると、信号ＬＡＤ０を直ちにロー（Ｌ）とし、デッドタイム分の時間が経過した後に、信号ＬＡＤ１をハイ（Ｈ）としてＰＷＭパルスを出力する。

コンパレータコントローラ（ａ）６は、コンパレータ（ａ）５の出力がロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）に変化すると、信号ＵＡＤ０を直ちにロー（Ｌ）とし、その後、ＰＷＭ７の動作開始に応じて、信号ＵＡＤ１をハイ（Ｈ）とする。

このように、コンパレータコントローラ（ａ）６からの信号ＵＡＤ１がハイ（Ｈ）になると、ＮＭＯＳトランジスタＴ４がオンとなり、ＰＭＯＳトランジスタＴ２がオンとなる。また、この状態では、コンパレータコントローラ（ａ）６からの信号ＵＡＤ０はロー（Ｌ）で、ＮＭＯＳトランジスタＴ３はオフであり、ＰＭＯＳトランジスタＴ１がオフとなる。

さらに、この状態では、ＮＭＯＳトランジスタＴ５は、ＰＷＭ７から出力される信号ＬＡＤ１がハイ（Ｈ）で、オン状態であり、ＮＭＯＳトランジスタＴ６は、ＰＷＭ７から出力される信号ＬＡＤ０がロー（Ｌ）であり、オフ状態である。

その結果、モータ１０のコイル１０ａの端部Ｍ＋側が、ＰＭＯＳトランジスタＴ２及びダイオード１１を介して駆動電源ＶＤＤＨに接続され、モータ１０のコイル１０ａの端部Ｍ−側が、ＮＭＯＳトランジスタＴ５を介して接地ＧＮＤ側に接続され、コイル１０ａに流れる電流の方向が今までとは逆の方向となり、コイル１０ａで生成される磁力の磁極が反転する。これにより、モータ１０の順方向の回転が継続される。

このようにしてモータ１０が順方向に回転して所定の回転角度まで回転すると、再度、ホール素子Ｈａｌｌから出力される位置検知信号ＨＡＬＬ＋がロー（Ｌ）でＨＡＬＬ−がハイ（Ｈ）に変化し、コンパレータ（ａ）５の出力がロー（Ｌ）となり、順方向の回転が継続される。

このように、本実施の形態では、モータ１０のコイル１０ａの端部Ｍ＋，Ｍ−を切り替えて電源電位ＶＤＤＨ（ＤＣ１２．０Ｖ）に接続制御するために設けた上アーム１２に備えられたＰＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２を、ＮＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４を介してオン／オフ制御しており、ＤＣ５．０Ｖで駆動するマイコンの半導体装置１によりＤＣ１２．０Ｖで駆動するモータ１０の駆動を制御することができる。

このような本実施の形態の半導体装置１の動作を、図２のタイムチャートを用いて説明する。なお、半導体装置１の起動時には、ＣＰＵ２によりコンパレータコントローラ（ａ）６が起動され、さらに、コンパレータコントローラ（ａ）６によりコンパレータ（ａ）５が起動される。

ｔ１のタイミングでは、ホール素子Ｈａｌｌから出力される位置検知信号ＨＡＬＬ＋がロー（Ｌ）に、ＨＡＬＬ−がハイ（Ｈ）に変化し、コンパレータ（ａ）５の出力はロー（Ｌ）となる。

このコンパレータ（ａ）５からの出力がＰＷＭ７及びコンパレータコントローラ（ａ）６に入力される。ＰＷＭ７は、コンパレータ（ａ）５からの出力がハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）に変化すると、動作状態が停止状態となり、信号ＬＡＤ１を直ちにロー（Ｌ）とし、ＣＰＵ２からデッドタイムを設定して起動信号を入力する。コンパレータコントローラ（ａ）６は、信号ＵＡＤ１を直ちにロー（Ｌ）にする。

ｔ２のタイミングでは、ＰＷＭ７のデッドタイムが経過し、ＰＷＭ７は動作状態となり、信号ＬＡＤ０（ＰＷＭパルス）を出力する。また、ＰＷＭ７が動作状態となると、コンパレータコントローラ（ａ）６は、信号ＵＡＤ０をハイ（Ｈ）とする。

このように、ＰＷＭ７から信号ＬＡＤ０（ＰＷＭパルス）が出力され、コンパレータコントローラ（ａ）６からの信号ＵＡＤ０がハイ（Ｈ）になると、上述したように、モータ１０が順方向に回転する。

ｔ３のタイミングでは、モータ１０が順方向に回転して所定の回転角度まで回転して、ホール素子Ｈａｌｌから出力される位置検知信号ＨＡＬＬ＋がハイ（Ｈ）でＨＡＬＬ−がロー（Ｌ）に変化して、コンパレータ（ａ）５の出力がハイ（Ｈ）となる。

このコンパレータ（ａ）５からの出力（Ｈ）がＰＷＭ７及びコンパレータコントローラ（ａ）６に入力される。ＰＷＭ７は、コンパレータ（ａ）５からの出力がロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）に変化すると、動作状態が停止状態となり、信号ＬＡＤ０を直ちにロー（Ｌ）とし、ＣＰＵ２からデッドタイムを設定して起動信号を入力する。コンパレータコントローラ（ａ）６は、信号ＵＡＤ０を直ちにロー（Ｌ）とする。

ｔ４のタイミングでは、ＰＷＭ７のデッドタイムが経過し、ＰＷＭ７は、信号ＬＡＤ１をハイ（Ｈ）としてＰＷＭパルスを出力し、コンパレータコントローラ（ａ）６は、信号ＵＡＤ１をハイ（Ｈ）とする。

このように、ＰＷＭ７から信号ＬＡＤ１（ＰＷＭパルス）が出力され、コンパレータコントローラ（ａ）６からの信号ＵＡＤ１がハイ（Ｈ）になると、上述したように、モータ１０のコイル１０ａに流れる電流の方向が変わり、モータ１０の順方向の回転が継続される。

ｔ５のタイミングでは、モータ１０が順方向の回転を継続して所定の回転角度まで回転して、ホール素子Ｈａｌｌから出力される位置検知信号ＨＡＬＬ＋がロー（Ｌ）でＨＡＬＬ−がハイ（Ｈ）に変化して、コンパレータ（ａ）５の出力がロー（Ｌ）となり、ｔ１のタイミングと同様の動作となり、ｔ６のタイミングで、ｔ２のタイミングの動作となり、以下、同様の動作を繰り返す。

次に、図３、図４、及び図５を用いて、他の本実施の形態（第２の実施例）を説明する。

図３に示す駆動機構２０ａは、図１に示す駆動機構２０に対して、新たに、抵抗Ｒ３，Ｒ４、コンデンサＣ１を備え、半導体装置１内にロジック回路のコンパレータコントローラ（ｂ）８とアナログ回路のコンパレータ（ｂ）９を備えた構成となっている。

抵抗Ｒ３，Ｒ４、コンデンサＣ１、及び半導体装置１内のコンパレータコントローラ（ｂ）８とコンパレータ（ｂ）９以外の構成に関しては、図１における駆動機構２０と同じであり、その動作の説明は省略する。

抵抗Ｒ４は、ＮＭＯＳトランジスタＴ３〜Ｔ６の各々のソースと接地ＧＮＤ間に接続され、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１とにより、抵抗Ｒ４に流れる電流値、すなわち、モータ１０に流れる電流値を測定する構成となっている。

なお、コンパレータコントローラ（ｂ）８は本発明の緊急停止部に相当し、コンパレータ（ｂ）９は本発明の過電流検出部に相当する。

このような構成において、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１とにより測定されたモータ１０に流れる電流値は、コンパレータ（ｂ）９に入力される。コンパレータ（ｂ）９は、入力された電流値（ＣＳ＿Ｉ）と予め設定された基準値とを比較し、モータ１０に基準値を超えた異常な値の電流（過電流）が流れた場合に、過電流検出信号を出力する。なお、ここでは、電流値は電圧値に変換されてコンパレータ（ｂ）９に入力され、コンパレータ（ｂ）９において基準電圧と比較される。

コンパレータコントローラ（ｂ）８は、コンパレータ（ｂ）９から出力された過電流検出信号を入力し、モータ１０の回転を緊急停止させるよう、ＰＷＭ７及びコンパレータコントローラ（ａ）６に、緊急停止信号ＣＳ＿Ｏを出力する。

本実施の形態では、コンパレータコントローラ（ｂ）８は、モータ１０のコイル１０ａへの通電を止め、かつ、コイル１０ａに貯まった電流を回生させるように、コイル１０ａの両端を短絡（ショート）させるよう、ＰＷＭ７及びコンパレータコントローラ（ａ）６を制御する信号を出力する。

例えば、コンパレータコントローラ（ｂ）８は、ＰＷＭ７に、下アーム１３を制御して接地ＧＮＤ側とコイル１０ａとの接続を遮断させる遮断信号を出力し、また、コンパレータコントローラ（ａ）６には、上アーム１２を制御して駆動電源ＶＤＤＨにコイル１０ａの両端を接続させて短絡させる短絡信号を出力する。

あるいは、コンパレータコントローラ（ｂ）８は、コンパレータコントローラ（ａ）６に、上アーム１２を制御して駆動電源ＶＤＤＨとコイル１０ａとの接続を遮断させる遮断信号を出力し、ＰＷＭ７には、下アーム１３を制御して接地ＧＮＤ側とコイル１０ａの両端を接続させて短絡させる短絡信号を出力する。

このように、モータ１０の回転途中でモータ１０への通電を止めた際に発生する逆起電力を直ちに抑えることで、電源（駆動電源ＶＤＤＨ）に接続されている素子への耐圧超過を防ぎ、素子への破壊を防ぐことができるとの効果が得られる。

このような本実施の形態に係る半導体装置１ａの動作を、図４及び図５のタイムチャートを用いて説明する。なお、ｔ１〜ｔ６のタイミングでの動作は、図２での説明と同様であり、ここでは、省略する。

まず、図４を用いて、上アーム１２側でコイル１０ａの両端を接続させて短絡させる動作例を説明する。図４のｔ７のタイミングでは、コンパレータ（ｂ）９において、モータ１０（コイル１０ａ）に過電流が流れたことを検知し、コンパレータ（ｂ）９は、過電流検知信号（Ｈ）を出力する。

コンパレータ（ｂ）９が過電流検知信号（Ｈ）を出力すると、コンパレータコントローラ（ｂ）８は、ＰＷＭ７に緊急停止信号ＣＳ＿Ｏを出力し、ＰＷＭ７の動作を直ちに緊急停止させる。

ＰＷＭ７は、コンパレータコントローラ（ｂ）８から緊急停止信号ＣＳ＿Ｏが入力されると、動作を停止し（ＰＷＭ＿ＳＴＡＴがロー（Ｌ）となる）、出力信号ＬＡＤ０，ＬＡＤ１を共にロー（Ｌ）とする。

ＰＷＭ７が緊急停止してＰＷＭ＿ＳＴＡＴがロー（Ｌ）となり、ＰＷＭ７からコンパレータコントローラ（ａ）へ緊急停止信号が入力されると、コンパレータコントローラ（ａ）７は、出力信号ＵＡＤ０，ＵＡＤ１を共にハイ（Ｈ）とする。

このように、コンパレータコントローラ（ａ）７からの出力信号ＵＡＤ０，ＵＡＤ１が共にハイ（Ｈ）となると、図３におけるＮＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４は共にオンとなり、上アーム１２に備えられたＮＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２が共にオンとなる。また、ＰＷＭ７からの出力信号ＬＡＤ０，ＬＡＤ１は共にロー（Ｌ）であり、図３における下アーム１３に備えられたＮＭＯＳトランジスタＴ５，Ｔ６が共にオフとなる。

その結果、モータ１０のコイル１０ａの両端部Ｍ＋，Ｍ−は、ＰＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２を介して短絡され、コイル１０ａに貯まっていた電流が回生される。このようにして、タイムラグ無く電流を回生させて逆起電力を抑えることができる。

次に、図５を用いて、下アーム１３側でコイル１０ａの両端を接続させて短絡させる動作例を説明する。図５のｔ７のタイミングでは、コンパレータ（ｂ）９において、モータ１０（コイル１０ａ）に過電流が流れたことを検知し、コンパレータ（ｂ）９は、過電流検知信号（Ｈ）を出力する。

コンパレータ（ｂ）９が過電流検知信号（Ｈ）を出力すると、コンパレータコントローラ（ｂ）８は、ＰＷＭ７に緊急停止信号ＣＳ＿Ｏを出力し、ＰＷＭ７の動作を直ちに緊急停止させる。

ＰＷＭ７は、コンパレータコントローラ（ｂ）８から緊急停止信号ＣＳ＿Ｏが入力されると、動作を停止し（ＰＷＭ＿ＳＴＡＴがロー（Ｌ）となる）、出力信号ＬＡＤ０，ＬＡＤ１を共にハイ（Ｈ）とする。

ＰＷＭ７が緊急停止してＰＷＭ＿ＳＴＡＴがロー（Ｌ）となり、ＰＷＭ７からコンパレータコントローラ（ａ）へ緊急停止信号が入力されると、コンパレータコントローラ（ａ）７は、出力信号ＵＡＤ０，ＵＡＤ１を共にロー（Ｌ）とする。

このように、コンパレータコントローラ（ａ）７からの出力信号ＵＡＤ０，ＵＡＤ１が共にロー（Ｌ）となると、図３におけるＮＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４は共にオフとなり、上アーム１２に備えられたＮＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２が共にオフとなる。また、ＰＷＭ７からの出力信号ＬＡＤ０，ＬＡＤ１は共にハイ（Ｈ）であり、図３における下アーム１３に備えられたＮＭＯＳトランジスタＴ５，Ｔ６が共にオンとなる。

その結果、モータ１０のコイル１０ａの両端部Ｍ＋，Ｍ−は、ＮＭＯＳトランジスタＴ５，Ｔ６を介して短絡され、コイル１０ａに貯まっていた電流が回生される。このようにして、タイムラグ無く電流を回生させて逆起電力を抑えることができる。

なお、図４及び図５で説明した緊急停止動作においては、ＰＷＭ７が緊急停止した際に、緊急停止フラグがハイ（Ｈ）となる。この緊急停止フラグは、ＣＰＵ２によるレジスタ書込みによってクリアでき、書込み後、通常状態に復帰する。

次に、図６を用いて、図１における半導体装置１の本実施の形態に係るモータ駆動制御動作を説明する。コンパレータ（ａ）５は、ホール素子Ｈａｌｌの出力に基づいてモータ１０に備えられた回転子の回転位置が変化したことを検出すると（ステップ６０１）、検出信号（Ｈ／Ｌ）を出力する（ステップ６０２）。

コンパレータ（ａ）５からの検出信号（Ｈ／Ｌ）が出力されると、ＰＷＭ７は、下アーム１３に、検出信号（Ｈ／Ｌ）に基づいて、接地ＧＮＤ側に接続するコイル１０ａの端部を切り替えさせる切替信号（ＬＡＤ０，ＬＡＤ１）を出力し（ステップ６０３）、コンパレータコントローラ（ａ）６は、検出信号（Ｈ／Ｌ）に基づいて、本発明の第３の切替回路に相当するＮＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４に対し、上アーム１２において駆動電源ＶＤＤＨに接続するコイル１０ａの端部を切り替えさせる切替信号（ＵＡＤ０，ＵＡＤ１）を出力する（ステップ６０４）。

本実施の形態では、コンパレータコントローラ（ａ）６は、ＮＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４を介して上アーム１２に備えられたＰＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２をオン／オフ制御する。

コンパレータ（ａ）５から出力される検出信号（Ｈ／Ｌ）はマイコン出力であり、本実施の形態によれば、ＤＣ５．０Ｖで駆動するマイコンである半導体装置１によりＤＣ１２．０Ｖで駆動するモータ１０の駆動を制御することができる。

なお、上記ステップ６０１〜６０４の動作中に、図３に示すコンパレータ（ｂ）９から過電流検出信号（Ｈ）が出力された場合には、図４及び図５を用いて説明した緊急停止動作を行い、コイル１０ａの両端部Ｍ＋，Ｍ−を短絡させて、コイル１０ａに貯まっていた電流を回生させることで、逆起電力を抑えることができる。

以上、各図を用いて説明したように、本実施の形態の半導体装置１，１ａを備えた駆動機構２０，２０ａでは、ＤＣ５．０Ｖで駆動する１チップマイコン構成の半導体装置１，１ａによりＤＣ１２．０Ｖで駆動するモータ１０の駆動を制御することができる。

また、モータ１０に過電流が流れた場合には、コンパレータ（ｂ）９から過電流検出信号（Ｈ）が出力され、緊急停止動作が行われ、コイル１０ａの両端部Ｍ＋，Ｍ−を短絡させて、コイル１０ａに貯まっていた電流をタイムラグ無く回生させることができ、逆起電力を抑えることが可能となり、逆起電力による素子の破壊を回避することができる。

なお、本発明は、各図を用いて説明した実施の形態例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本実施の形態では、半導体装置１，１ａはＤＣ５．０Ｖ駆動で、制御対象となるモータ１０はＤＣ１２Ｖ駆動としたが、半導体装置１，１ａはＤＣ３．３Ｖ駆動、モータ１０はＤＣ２４Ｖ駆動としても良い。また、本実施の形態では、モータ１０は単相のブラシレスモータとしたが、３相のブラシレスモータ等にも適用することができる。

１，１ａ 半導体装置
２ ＣＰＵ
３ ＲＯＭ
４ ＲＡＭ
５ コンパレータ（ａ）
６ コンパレータコントローラ（ａ）
７ ＰＷＭ
８ コンパレータコントローラ（ｂ）
９ コンパレータ（ｂ）
１０ モータ
１０ａ コイル
１１ ダイオード
１２ 上アーム
１３ 下アーム
２０，２０ａ 駆動機構
Ｃ１ コンデンサ
ＣＳ＿Ｏ 緊急停止信号
ＣＳ＿Ｉ 電流値
ＧＮＤ 接地
Ｈａｌｌ ホール素子
Ｈａｌｌ＋，Ｈａｌｌ− 位置検出信号
ＬＡＤ０，ＬＡＤ１ 信号（下アーム制御用）
Ｍ＋,Ｍ− 端部（コイルの端部）
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
Ｔ１，Ｔ２ ＰＭＯＳトランジスタ
Ｔ３〜Ｔ６ ＮＭＯＳトランジスタ
ＵＡＤ０，ＵＡＤ１ 信号（上アーム制御用）
ＶＤＤ マイコン駆動電圧（ＤＣ５．０Ｖ）
ＶＤＤＨ モータ駆動電源（ＤＣ１２．０Ｖ）

Claims (5)

1. 接地側に接続するモータに備えられたコイルの端部を切り替える第１の切替回路と、駆動電源側に接続する前記コイルの端部を切り替える第２の切替回路と、を備え、前記第１の切替回路と前記第２の切替回路とにより前記コイルに流れる電流を制御するモータ駆動装置を制御する半導体装置であって、
   前記モータに備えられた回転子の回転位置の変化を検出して、変化した回転位置に対応する検出信号を出力する位置検出部と、
   前記検出信号に基づいて、前記第１の切替回路に対し、前記接地側に接続する前記コイルの端部を切り替えさせるＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御部と、
   前記ＰＷＭ制御部が動作していない状態では、前記検出信号にかかわらず、前記第２の切替回路による前記コイルの端部と前記駆動電源側との接続切替を制御する第３の切替回路に対し、所定の固定値信号を出力するコントローラと、
   を備え、
   前記第２の切替回路は第１のトランジスタと第２のトランジスタを含み、
   前記第３の切替回路は第３のトランジスタと第４のトランジスタを含み、
   前記ＰＷＭ制御部が動作していない状態では、
   前記第３のトランジスタは前記第１のトランジスタにオフ信号を出力し、
   前記第４のトランジスタは前記第２のトランジスタにオフ信号を出力する、
   半導体装置。
2. 前記モータに流れる電流が予め定められた値を超えると過電流検出信号を出力する過電流検出部と、
   前記過電流検出部から出力された前記過電流検出信号に基づいて、前記コイルの両端を短絡させる緊急停止部と、
   を備えた請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記モータはブラシレスモータである、
   請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置と、
   請求項１記載のモータ駆動装置と、
   請求項１記載の第３の切替回路と、
   請求項１または請求項３記載のモータと、
   を備えた駆動機構。
5. 接地側に接続するモータに備えられたコイルの端部を切り替える第１の切替回路と、駆動電源側に接続する前記コイルの端部を切り替える第２の切替回路と、を備え、前記第１の切替回路と前記第２の切替回路とにより前記コイルに流れる電流を制御するモータ駆動装置を制御する半導体装置のモータ駆動制御方法であって、
   前記モータに備えられた回転子の回転位置の変化を検出して、変化した回転位置に対応する検出信号を出力し、
   前記検出信号に基づいて、前記第１の切替回路に対し、前記接地側に接続する前記コイルの端部を切り替えさせるＰＷＭ信号をＰＷＭ制御部が出力し、
   前記ＰＷＭ制御部が動作していない状態では、前記検出信号にかかわらず、前記第２の切替回路による前記コイルの端部と前記駆動電源側との接続切替を制御する第３の切替回路に対し、所定の固定値信号を出力し、
   前記第２の切替回路は第１のトランジスタと第２のトランジスタを含み、
   前記第３の切替回路は第３のトランジスタと第４のトランジスタを含み、
   前記ＰＷＭ制御部が動作していない状態では、
   前記第３のトランジスタは前記第１のトランジスタにオフ信号を出力し、
   前記第４のトランジスタは前記第２のトランジスタにオフ信号を出力する、
   モータ駆動制御方法。