JP6419597B2 - モータの駆動方法、モータ駆動装置およびハードディスク装置 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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-
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Description
《HDD装置の概略構成および概略動作》
図1は、本発明の実施の形態1よるHDD装置において、その概略構成例を示す機能ブロック図である。図1に示すHDD装置は、HDDコントローラHDDCT、キャッシュメモリCMEM、リードライト装置RWIC、モータ駆動装置MDIC、および磁気ディスク機構DSKMを備える。HDDコントローラHDDCTは、例えば、プロセッサ等を含んだシステムオンチップ(SoC)等で構成される。キャッシュメモリCMEM、リードライト装置RWIC、モータ駆動装置MDICは、例えば、それぞれ異なる半導体チップで構成される。
図2は、図1におけるモータ駆動装置の主要部の構成例を示す機能ブロック図である。図4〜図7は、図2における正弦波駆動電圧制御部SINCTの動作原理を示す説明図である。図2には、図1のモータ駆動装置MDICの内、SPM制御部SPMCT、SPM駆動部SPMDV、シリアルIF&レジスタ部SIFREG、サンプルホールド回路SH、センスアンプ回路SA、およびアナログ・ディジタル変換器ADCが示されている。また、併せて、モータ駆動装置MDICの外部に設けられる電流検出用抵抗RNFと、磁気ディスク機構DSKM内のスピンドルモータSPMとが示されている。
図8は、図3のSPM駆動部SPMDVにおいて、各相のプリドライバの構成例を示す回路図である。図3に示したu相用プリドライバPDVu、v相用プリドライバPDVvおよびw相用プリドライバPDVwのそれぞれは、図8に示すような構成を備える。図8のプリドライバPDVは、ハイサイドトランジスタ(nMOSトランジスタ)M1を駆動するカレントミラー回路CMR10,CMR11,CMR12および抵抗R1と、ロウサイドトランジスタ(nMOSトランジスタ)M2を駆動するカレントミラー回路CMR20,CMR21,CMR22および抵抗R2とを備える。ハイサイドトランジスタM1およびロウサイドトランジスタM2は、駆動出力端子に駆動出力信号OUTを出力する。
図9(a)は、図3のSPM駆動部SPMDVにおける電流ソース時の動作例を示す説明図であり、図9(b)は、図9(a)の動作に対応するプリドライバの詳細な動作例を示す波形図である。図9(a)には、図3のSPM駆動部SPMDVの内、u相用のハイサイドトランジスタM1uおよびロウサイドトランジスタM2uと、v相用のハイサイドトランジスタM1vおよびロウサイドトランジスタM2vの部分が抽出して示されている。ここで、電流ソース時とは、例えば、図7の期間T1でのPWMサイクル(第1PWMサイクル)のように、3相の駆動出力信号OUTの中のいずれか1相(ここではv相)がGND固定に定められ、他の2相のハイサイドトランジスタ(ここではu相用およびw相用)がPWM信号で制御される状態を表す。
図9(b)および図10(b)に示したように、PWM信号PWMON_MODuのデューティと、駆動出力信号OUTuのデューティとの間には、誤差が生じる。ただし、このデューティの誤差要因となる立ち上がり・立ち下がり遅延時間の差分(すなわち|tdA2−tdA1|)は、通常、一定となる。そこで、図11(a)および図11(b)に示すように、PWM信号PWMON_MODuのデューティに、この差分に基づく補正を予め加えることで、当該デューティの誤差を低減することが可能になる。
しかし、図12(b)に示すように、PWMP>88%の範囲では、図11(b)の補正後デューティ指示値PWMRを用いても、実際のデューティとデューティ指示値PWMPとの間に誤差が生じ得る。この要因について、図13を用いて説明する。図13は、図11(a)のPWM補正部を用いた場合の問題点の一例を示す図であり、図9(b)において、デューティ指示値が増加した場合の状況を示す波形図である。
図14(a)は、図2におけるPWM補正部PWMCPの別の概略構成例を示す概念図であり、図14(b)は、図14(a)の入出力特性の一例を示す図である。図14(a)に示すPWM補正部PWMCPは、PWMP用補正部PPCP2およびSOFTP用補正部SPCP2を備える。PWMP用補正部PPCP2は、図11(a)に示した第1デューティ補正回路[1]DTCPApに加えて、第2デューティ補正回路[1]DTCPBpおよび選択部SELpを備える。同様に、SOFTP用補正部SPCP2は、図11(a)に示した第1デューティ補正回路[2]DTCPAsに加えて、第2デューティ補正回路[2]DTCPBsおよび選択部SELsを備える。
図15は、図14(b)の入出力特性を用いた場合において、デューティ指示値に対する実際のデューティ(駆動出力信号のデューティ)の特性例を示す図である。図14(b)の入出力特性を用いることで、図15に示すように、デューティ指示値PWMP≦88%の範囲に加えて、デューティ指示値PWMP>88%の範囲でも、実際のデューティをデューティ指示値PWMPに等しくすることが可能になる。
図16は、図14(a)におけるPWMP用補正部PPCP2の詳細な構成例を示す回路ブロック図である。ここでは、PWMP用補正部PPCP2を例とするが、SOFTP用補正部SPCP2に関しても同様である。図16に示すPWMP用補正部PPCP2aは、デューティオフセット検出部OFDETと、感度調整部SSCT1と、比較部CMPRp1と、選択部SELp1と、減算部(誤差補正部)SB30とを備える。当該PWMP用補正部PPCP2aは、専用のハードウェアを設ける方式や、プロセッサにソフトウェア処理を実行させる方式や、専用のハードウェアとソフトウェア処理とを組み合わせる方式によって構成することが可能である。
《PWM補正部の詳細構成および動作(変形例[1])》
図17は、本発明の実施の形態2によるモータ駆動装置において、PWMP用補正部の詳細な構成例を示す回路ブロック図である。図17に示すPWMP用補正部PPCP2bは、図16のPWMP用補正部PPCP2aと比較して、感度調整部SSCT2の構成が異なる点と、比較部CMPRp2の入力が異なる点とを除いて図16の場合と同様である。図17の感度調整部SSCT2は、図16に示した減算器SB10、乗算器MUL10および加算器ADD10に加えて、選択部SEL11,SEL12、カウンタCUNT10およびラッチ回路LT10を備える。
《PWM補正部の詳細構成および動作(変形例[2])》
図18は、本発明の実施の形態3によるモータ駆動装置において、PWMP用補正部の詳細な構成例を示す回路ブロック図である。図19は、本発明の実施の形態3によるモータ駆動装置において、プリドライバの詳細な構成例を示す回路図である。図19に示すプリドライバPDV1は、図8に示したプリドライバPDVと比較して、コンパレータ回路CMP2,CMP3が追加されている点が異なっている。
PPCP PWMP用補正部
SPCP SOFTP用補正部
PWMP,SOFTP デューティ指示値
KREV デューティ基準値
PWMR,SOFTR 補正後デューティ指示値
OF オフセット値
S 感度係数
DTCPA 第1デューティ補正回路
DTCPB 第2デューティ補正回路
SEL 選択部
PWMRA,SOFTRA 第1補正後デューティ指示値
PWMRB,SOFTRB 第2補正後デューティ指示値
Claims (20)
- モータ駆動装置を用いてモータを駆動するモータの駆動方法であって、
前記モータ駆動装置は、
オンに制御された際に前記モータに駆動電流を流す駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタと共にハーフブリッジ回路を構成し、オンに制御された際に前記モータからの回生電流を流す回生トランジスタと、
を有し、
PWMサイクル内のオン期間の比率を表すデューティ指示値を出力するデューティ指示動作と、
前記デューティ指示値を補正し、前記デューティ指示値とデューティ基準値との大小関係に応じて、第1補正後デューティ指示値および第2補正後デューティ指示値のいずれか一方を補正後デューティ指示値として出力するデューティ補正動作と、
前記補正後デューティ指示値に基づくPWM信号を生成するPWM信号生成動作と、
前記PWM信号の前記オン期間で前記駆動トランジスタをオンに制御し、前記PWM信号のオフ期間で前記回生トランジスタをオンに制御し、前記PWM信号の前記オフ期間から前記オン期間への遷移に応じて前記回生トランジスタをオンからオフへ制御し、前記回生トランジスタのオフを検出した以降に前記駆動トランジスタをオフからオンへ制御するドライブ動作と、
を実行し、
前記第1補正後デューティ指示値は、前記デューティ指示値の増分と同じ増分で変化し、かつ定数となるオフセット値が反映された値であり、
前記第2補正後デューティ指示値は、前記デューティ指示値の増分とは異なる増分で変化する値である、
モータの駆動方法。 - 請求項1記載のモータの駆動方法において、
前記デューティ補正動作では、前記デューティ指示値が前記デューティ基準値よりも小さい場合に、前記第1補正後デューティ指示値が出力され、前記デューティ指示値が前記デューティ基準値よりも大きい場合に、前記第2補正後デューティ指示値が出力され、
前記第2補正後デューティ指示値は、前記デューティ指示値の増分よりも小さい増分で変化する、
モータの駆動方法。 - 請求項2記載のモータの駆動方法において、
前記第1補正後デューティ指示値は、前記デューティ指示値に前記オフセット値を加減算することで生成され、
前記第2補正後デューティ指示値は、前記デューティ指示値を“PWMP”、前記デューティ基準値を“KREV”、感度係数を“S”(0<S<1)とした場合、“(PWMP−KREV)×S”の値と、前記オフセット値とを用いた演算によって生成される、
モータの駆動方法。 - 請求項1記載のモータの駆動方法において、
前記デューティ基準値は、設定によって任意の値に定められる、
モータの駆動方法。 - 請求項1記載のモータの駆動方法において、
前記デューティ基準値は、前記回生トランジスタのオン期間を監視することで定められ、当該オン期間が所定の期間よりも短くなった時点の前記デューティ指示値に定められる、
モータの駆動方法。 - 請求項1記載のモータの駆動方法において、
前記デューティ基準値は、前記回生トランジスタをオンに制御する際に印加する電圧を監視することで定められ、当該電圧が所定の電圧まで到達しなくなった時点の前記デューティ指示値に定められる、
モータの駆動方法。 - 請求項1記載のモータの駆動方法において、
前記デューティ指示動作では、前記モータの駆動電流を正弦波状に制御するための、前記PWMサイクル毎の前記デューティ指示値が出力される、
モータの駆動方法。 - 請求項1記載のモータの駆動方法において、
前記モータ駆動装置は、
電源電圧が供給されるハイサイドトランジスタと、
接地電源電圧が供給されるロウサイドトランジスタと、
を有し、
第1PWMサイクルでは、前記ハイサイドトランジスタおよび前記ロウサイドトランジスタは、それぞれ前記駆動トランジスタおよび前記回生トランジスタとなり、
第2PWMサイクルでは、前記ハイサイドトランジスタおよび前記ロウサイドトランジスタは、それぞれ前記回生トランジスタおよび前記駆動トランジスタとなり、
前記デューティ基準値は、前記第1PWMサイクルで用いられる第1デューティ基準値と、前記第2PWMサイクルで用いられる第2デューティ基準値と、で構成される、
モータの駆動方法。 - 外部に設けられたモータを駆動するモータ駆動装置であって、
オンに制御された際に前記モータに駆動電流を流す駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタと共にハーフブリッジ回路を構成し、オンに制御された際に前記モータからの回生電流を流す回生トランジスタと、
PWMサイクル内のオン期間の比率を表すデューティ指示値を出力するデューティ指示部と、
前記デューティ指示値を補正し、補正後デューティ指示値を出力するデューティ補正部と、
前記補正後デューティ指示値に基づくPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号の前記オン期間で前記駆動トランジスタをオンに制御し、前記PWM信号のオフ期間で前記回生トランジスタをオンに制御するドライバ部と、
を有し、
前記ドライバ部は、前記PWM信号の前記オフ期間から前記オン期間への遷移に応じて前記回生トランジスタをオンからオフへ制御し、前記回生トランジスタのオフを検出した以降に前記駆動トランジスタをオフからオンへ制御し、
前記デューティ補正部は、
前記デューティ指示値の増分と同じ増分で変化し、かつ定数となるオフセット値が反映される第1補正後デューティ指示値を生成する第1デューティ補正回路と、
前記デューティ指示値の増分とは異なる増分で変化する第2補正後デューティ指示値を生成する第2デューティ補正回路と、
前記デューティ指示値とデューティ基準値との大小関係に応じて、前記第1補正後デューティ指示値および前記第2補正後デューティ指示値のいずれか一方を前記補正後デューティ指示値として出力する選択部と、
を有する、
モータ駆動装置。 - 請求項9記載のモータ駆動装置において、
前記選択部は、前記デューティ指示値が前記デューティ基準値よりも小さい場合に、前記第1補正後デューティ指示値を出力し、前記デューティ指示値が前記デューティ基準値よりも大きい場合に、前記第2補正後デューティ指示値を出力し、
前記第2補正後デューティ指示値は、前記デューティ指示値の増分よりも小さい増分で変化する、
モータ駆動装置。 - 請求項10記載のモータ駆動装置において、
前記第1デューティ補正回路は、前記デューティ指示値に前記オフセット値を加減算することで前記第1補正後デューティ指示値を生成し、
前記第2デューティ補正回路は、前記デューティ指示値を“PWMP”、前記デューティ基準値を“KREV”、感度係数を“S”(0<S<1)とした場合、“(PWMP−KREV)×S”の値と、前記オフセット値とを用いた演算によって前記第2補正後デューティ指示値を生成する、
モータ駆動装置。 - 請求項9記載のモータ駆動装置において、
前記デューティ基準値は、設定によって任意の値に定められる、
モータ駆動装置。 - 請求項9記載のモータ駆動装置において、
前記デューティ基準値は、前記回生トランジスタのオン期間を監視することで定められ、当該オン期間が所定の期間よりも短くなった時点の前記デューティ指示値に定められる、
モータ駆動装置。 - 請求項9記載のモータ駆動装置において、
前記デューティ基準値は、前記回生トランジスタをオンに制御する際に印加する電圧を監視することで定められ、当該電圧が所定の電圧まで到達しなくなった時点の前記デューティ指示値に定められる、
モータ駆動装置。 - 請求項9記載のモータ駆動装置において、
前記デューティ指示部は、前記モータの駆動電流を正弦波状に制御するための、前記PWMサイクル毎の前記デューティ指示値を出力する、
モータ駆動装置。 - 請求項9記載のモータ駆動装置において、
前記モータ駆動装置は、
電源電圧が供給されるハイサイドトランジスタと、
接地電源電圧が供給されるロウサイドトランジスタと、
を有し、
第1PWMサイクルでは、前記ハイサイドトランジスタおよび前記ロウサイドトランジスタは、それぞれ前記駆動トランジスタおよび前記回生トランジスタとなり、
第2PWMサイクルでは、前記ハイサイドトランジスタおよび前記ロウサイドトランジスタは、それぞれ前記回生トランジスタおよび前記駆動トランジスタとなり、
前記デューティ基準値は、前記第1PWMサイクルで用いられる第1デューティ基準値と、前記第2PWMサイクルで用いられる第2デューティ基準値と、で構成される、
モータ駆動装置。 - データを記憶する磁気ディスクと、
前記磁気ディスクを回転させるモータと、
前記モータを3相の正弦波で駆動するモータ駆動装置と、
を備えるハードディスク装置であって、
前記モータ駆動装置は、
オンに制御された際に前記モータに駆動電流を流す駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタと共にハーフブリッジ回路を構成し、オンに制御された際に前記モータからの回生電流を流す回生トランジスタと、
PWMサイクル内のオン期間の比率を表すデューティ指示値を出力するデューティ指示部と、
前記デューティ指示値を補正し、補正後デューティ指示値を出力するデューティ補正部と、
前記補正後デューティ指示値に基づくPWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号の前記オン期間で前記駆動トランジスタをオンに制御し、前記PWM信号のオフ期間で前記回生トランジスタをオンに制御するドライバ部と、
を有し、
前記ドライバ部は、前記PWM信号の前記オフ期間から前記オン期間への遷移に応じて前記回生トランジスタをオンからオフへ制御し、前記回生トランジスタのオフを検出した以降に前記駆動トランジスタをオフからオンへ制御し、
前記デューティ補正部は、
前記デューティ指示値の増分と同じ増分で変化し、かつ定数となるオフセット値が反映される第1補正後デューティ指示値を生成する第1デューティ補正回路と、
前記デューティ指示値の増分とは異なる増分で変化する第2補正後デューティ指示値を生成する第2デューティ補正回路と、
前記デューティ指示値とデューティ基準値との大小関係に応じて、前記第1補正後デューティ指示値および前記第2補正後デューティ指示値のいずれか一方を前記補正後デューティ指示値として出力する選択部と、
を有する、
ハードディスク装置。 - 請求項17記載のハードディスク装置において、
前記選択部は、前記デューティ指示値が前記デューティ基準値よりも小さい場合に、前記第1補正後デューティ指示値を出力し、前記デューティ指示値が前記デューティ基準値よりも大きい場合に、前記第2補正後デューティ指示値を出力し、
前記第2補正後デューティ指示値は、前記デューティ指示値の増分よりも小さい増分で変化する、
ハードディスク装置。 - 請求項18記載のハードディスク装置において、
前記第1デューティ補正回路は、前記デューティ指示値に前記オフセット値を加減算することで前記第1補正後デューティ指示値を生成し、
前記第2デューティ補正回路は、前記デューティ指示値を“PWMP”、前記デューティ基準値を“KREV”、感度係数を“S”(0<S<1)とした場合、“(PWMP−KREV)×S”の値と、前記オフセット値とを用いた演算によって前記第2補正後デューティ指示値を生成する、
ハードディスク装置。 - 請求項17記載のハードディスク装置において、
前記モータ駆動装置は、
電源電圧が供給されるハイサイドトランジスタと、
接地電源電圧が供給されるロウサイドトランジスタと、
を有し、
第1PWMサイクルでは、前記ハイサイドトランジスタおよび前記ロウサイドトランジスタは、それぞれ前記駆動トランジスタおよび前記回生トランジスタとなり、
第2PWMサイクルでは、前記ハイサイドトランジスタおよび前記ロウサイドトランジスタは、それぞれ前記回生トランジスタおよび前記駆動トランジスタとなり、
前記デューティ基準値は、前記第1PWMサイクルで用いられる第1デューティ基準値と、前記第2PWMサイクルで用いられる第2デューティ基準値と、で構成される、
ハードディスク装置。
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