JP6498414B2 - ファンモータ駆動装置ならびにそれを用いた冷却装置および電子機器 - Google Patents
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Description
この制御下では、コイル電流ILの位相が遅れると、ローサイドトランジスタML2がオン、その他のトランジスタMH1、MH2、ML1がオフである区間において、コイル電流ILがモータコイル103内をOUT2からOUT1に向かって流れることとなる。このときコイル電流ILは、ローサイドトランジスタMH2、モータコイル103、ハイサイドトランジスタMH1のボディダイオードを含む経路112を経由して外部電源106に流れ込む。その結果、図2(b)に示すように、出力OUT2の電圧あるいは電源電圧が大きく跳ね上がるおそれがある。この電圧の跳ね上がりがICの耐圧を超えると、信頼性に悪影響を及ぼす。
この構成によれば、ゼロ電流のタイミングにもとづいて位相遅れ量、位相進み量を検出し、それにもとづいて適切な補正量を決定できる。
これにより、電流位相を目標位置に追従させることができる。
この場合、進角基準値に応じて、電流位相の目標値を任意に定めることができる。
この場合、モータ駆動装置が搭載されるプラットフォームや、駆動対象の単相モータに応じて、設定端子に与える電圧を代えることにより、最適な電流位相を設定できる。
この態様によれば、逆起電力にもとづいて、ゼロ電流がプレ回生ステートにおいて発生したことを検出できる。
この態様によれば、逆起電力にもとづいて、ゼロ電流がポスト回生ステートにおいて発生したことを検出できる。
この態様によれば、転流時のノイズを低減できる。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
進角コントローラ230は、第2カウンタ232、補正量設定回路234、演算回路236を含む。図4の進角コントローラ230は、遷移パルスS7のアサートを基準として、ゼロ電流検出信号S5のタイミングを計測する。
第1カウンタ222をダウンカウンタで構成する場合、進角設定値S6が小さいほど、遷移パルスS7がアサートされるタイミングが遅くなり、反対に、進角設定値S6が大きいほど、遷移パルスS7がアサートされるタイミングは早くなる。そこで進角コントローラ230は、電流位相値S8が示す電流位相が進むほど、負の補正量S9を加算することにより進角設定値S6を小さくし、反対に電流位相値S8が示す遅れるほど、正の補正量S9を加算することにより進角設定値S6を大きくする。第1カウンタ222がアップカウンタである場合には大小関係は逆となり、正負が反転しうる。
図6(a)を参照する。第1出力OUT1および第2出力OUT2の一方であるオン出力OUT1を固定的に電源電圧VDDとし、他方であるオフ出力OUT2を接地電圧VSSとする。
MH1=ON,ML1=OFF,MH2=OFF,ML2=ON
OUT1=VDD、OUT2=VSS
あるいは単相モータ102のトルク(回転数)をPWM(Pulse Width Modulation)駆動により制御する場合、通電ステートφ1において、オン出力OUT1を、トルクの指令値となる所定のデューティ比で電源電圧VDDとハイインピーダンスHiZの間でスイッチングしてもよい。ハイインピーダンスHiZは、ハイサイドトランジスタMHとローサイドトランジスタMLが両方オフの状態である。
図6(b)を参照する。ステートφ2では、徐々に低下するデューティ比で、オン出力OUT1を電源電圧VDDとハイインピーダンスHiZの間でスイッチングしつつ、オフ出力OUT2を接地電圧VSSとする。
MH1=ON/OFFのスイッチング,ML1=OFF,MH2=OFF,ML2=ON
徐々に低下するデューティ比の初期値は、通電ステートにおけるデューティ比であり、最終値はゼロであってもよい。ソフトスイッチングダウンステートφ2は、モータの静音化のために通電ステートφ1とプレ回生ステートφ3の間に挿入することが望ましいが、電源電圧VDDを緩やかに変化させるBTL(Bridged TransfomerLess)では省略してもよい。
φ3: プレ回生ステート
図6(c)を参照する。オン出力OUT2を接地電圧VSS、オフ出力OUT1をハイインピーダンスとする。
MH1=OFF,ML1=OFF,MH2=OFF,ML2=ON
OUT1=HiZ(ハイインピーダンス状態),OUT2=VSS
図6(d)を参照する。オン出力OUT2をハイインピーダンス(もしくは接地電圧VSS)とし、オフ出力OUT1を接地電圧VSSとする。
MH1=OFF,ML1=ON,MH2=OFF,ML2=OFF
OUT1=VSS,OUT2=HiZ
図6(e)を参照する。このステートφ5では、徐々に増大するデューティ比でオン出力OUT2を、電源電圧VDDとハイインピーダンスHiZの間でスイッチングしつつ、オフ出力OUT1を接地電圧VSSとする。
MH1=OFF,ML1=ON,MH2=ON/OFFのスイッチング,ML2=OFF
図6(f)を参照する。図6(a)とオン出力とオフ出力が入れ替わっているのみで、Hブリッジ回路206のトランジスタの状態は同じである。
MH1=OFF,ML1=ON,MH2=ON,ML2=OFF
OUT1=VSS、OUT2=VDD
電流監視回路208は、第1コンパレータ250、第2コンパレータ252、セレクタ254、エッジセレクタ256を含む。セレクタ254は、プレ回生ステートφ3において第1しきい値電圧VTH1を、ポスト回生ステートφ4において第2しきい値電圧VTH2を選択する。現在のステートは、ロジック回路204が知っているから、セレクタ254(つまりしきい値電圧)はロジック回路204によって切りかえることができる。
時刻t0より前では、位相進み、位相遅れは発生していない。進角設定値S6の初期値はゼロである。このときゼロ電流検出信号S5と遷移パルスS7のタイミングは揃っている。時刻t0に電流の位相が大きく進み、ゼロ電流検出信号S5が、遷移パルスS7よりも進んでアサートされる。続くサイクルでは、電流位相値S8が示す位相遅れ量に応じて補正量S9が与えられ、その結果、進角設定値S6が増加する。
Claims (16)
- 単相モータを駆動するモータ駆動装置であって、
電源電圧および接地電圧を受けるとともに、その第1出力と第2出力の間に前記単相モータのモータコイルが接続されるHブリッジ回路と、
ホール素子が生成するホール信号のペアを比較し、前記単相モータのロータの位置を示すホール検出信号を生成するホールコンパレータと、
前記ホール検出信号を受け、前記単相モータの回転数に応じた周期の速度検出信号を生成する速度検出回路と、
前記速度検出信号の周期の整数分の1の周期を有し、前記単相モータが所定電気角、回転したことを示すパルス信号を生成する電気角発生器と、
前記モータコイルに流れるコイル電流の向きの反転を検出すると、ゼロ電流検出信号をアサートする電流監視回路と、
前記ホール検出信号のエッジごとにリセットされ、前記パルス信号をクロックとしてカウント動作する第1カウンタを含み、前記第1カウンタのカウント値が進角設定値と一致すると、遷移パルスをアサートする遷移トリガー回路と、
少なくとも前記遷移パルスをトリガーとして、前記Hブリッジ回路を複数の状態の間で所定のシーケンスにしたがって遷移させるロジック回路と、
前記ゼロ電流検出信号のアサートのタイミングに応じて前記進角設定値を調節する進角コントローラと、
を備え、
前記ロジック回路は、少なくとも、
前記第1出力および前記第2出力の一方をオン出力、それらの他方をオフ出力とし、前記オン出力を固定的に前記電源電圧とし、または所定のデューティ比で前記電源電圧とハイインピーダンスの間でスイッチングしつつ、前記オフ出力を前記接地電圧とする通電ステート、
前記オン出力と前記オフ出力を入れ替え、前記オン出力を前記接地電圧、前記オフ出力をハイインピーダンスとするプレ回生ステート、
前記オン出力を前記接地電圧もしくはハイインピーダンスとし、前記オフ出力を前記接地電圧とするポスト回生ステート、
を含むシーケンスを繰り返し、
前記電流監視回路は、前記プレ回生ステートにおいて、前記オフ出力の電圧が接地電圧またはその近傍に設定される第1しきい値電圧を超えると、前記ゼロ電流検出信号をアサートし、
前記電流監視回路は、前記ポスト回生ステートにおいて、前記オン出力の電圧が、前記電源電圧と前記接地電圧の間に設定された第2しきい値電圧より低くなると、前記ゼロ電流検出信号をアサートすることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記電流監視回路は、
前記プレ回生ステートにおいて前記第1しきい値電圧、前記ポスト回生ステートにおいて前記第2しきい値電圧を選択するセレクタと、
前記第1出力の電圧を前記セレクタの出力と比較する第1コンパレータと、
前記第2出力の電圧を前記セレクタの出力と比較する第2コンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 - 単相モータを駆動するモータ駆動装置であって、
電源電圧および接地電圧を受けるとともに、その第1出力と第2出力の間に前記単相モータのモータコイルが接続されるHブリッジ回路と、
ホール素子が生成するホール信号のペアを比較し、前記単相モータのロータの位置を示すホール検出信号を生成するホールコンパレータと、
前記ホール検出信号を受け、前記単相モータの回転数に応じた周期の速度検出信号を生成する速度検出回路と、
前記速度検出信号の周期の整数分の1の周期を有し、前記単相モータが所定電気角、回転したことを示すパルス信号を生成する電気角発生器と、
前記モータコイルに流れるコイル電流の向きの反転を検出すると、ゼロ電流検出信号をアサートする電流監視回路と、
前記ホール検出信号のエッジごとにリセットされ、前記パルス信号をクロックとしてカウント動作する第1カウンタを含み、前記第1カウンタのカウント値が進角設定値と一致すると、遷移パルスをアサートする遷移トリガー回路と、
少なくとも前記遷移パルスをトリガーとして、前記Hブリッジ回路を複数の状態の間で所定のシーケンスにしたがって遷移させるロジック回路と、
前記ゼロ電流検出信号のアサートのタイミングに応じて前記進角設定値を調節する進角コントローラと、
を備え、
前記ロジック回路は、少なくとも、
前記第1出力および前記第2出力の一方をオン出力、それらの他方をオフ出力とし、前記オン出力を固定的に前記電源電圧とし、または所定のデューティ比で前記電源電圧とハイインピーダンスの間でスイッチングしつつ、前記オフ出力を前記接地電圧とする通電ステート、
前記オン出力と前記オフ出力を入れ替え、前記オン出力を前記接地電圧、前記オフ出力をハイインピーダンスとするプレ回生ステート、
前記オン出力を前記接地電圧もしくはハイインピーダンスとし、前記オフ出力を前記接地電圧とするポスト回生ステート、
を含むシーケンスを繰り返し、
前記電流監視回路は、前記プレ回生ステートにおいて、前記オフ出力の電圧が接地電圧またはその近傍に設定される第1しきい値電圧を超えると、前記ゼロ電流検出信号をアサートすることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記電流監視回路は、
前記第1出力の電圧を前記第1しきい値電圧と比較する第1コンパレータと、
前記第2出力の電圧を前記第1しきい値電圧と比較する第2コンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動装置。 - 単相モータを駆動するモータ駆動装置であって、
電源電圧および接地電圧を受けるとともに、その第1出力と第2出力の間に前記単相モータのモータコイルが接続されるHブリッジ回路と、
ホール素子が生成するホール信号のペアを比較し、前記単相モータのロータの位置を示すホール検出信号を生成するホールコンパレータと、
前記ホール検出信号を受け、前記単相モータの回転数に応じた周期の速度検出信号を生成する速度検出回路と、
前記速度検出信号の周期の整数分の1の周期を有し、前記単相モータが所定電気角、回転したことを示すパルス信号を生成する電気角発生器と、
前記モータコイルに流れるコイル電流の向きの反転を検出すると、ゼロ電流検出信号をアサートする電流監視回路と、
前記ホール検出信号のエッジごとにリセットされ、前記パルス信号をクロックとしてカウント動作する第1カウンタを含み、前記第1カウンタのカウント値が進角設定値と一致すると、遷移パルスをアサートする遷移トリガー回路と、
少なくとも前記遷移パルスをトリガーとして、前記Hブリッジ回路を複数の状態の間で所定のシーケンスにしたがって遷移させるロジック回路と、
前記ゼロ電流検出信号のアサートのタイミングに応じて前記進角設定値を調節する進角コントローラと、
を備え、
前記ロジック回路は、少なくとも、
前記第1出力および前記第2出力の一方をオン出力、それらの他方をオフ出力とし、前記オン出力を固定的に前記電源電圧とし、または所定のデューティ比で前記電源電圧とハイインピーダンスの間でスイッチングしつつ、前記オフ出力を前記接地電圧とする通電ステート、
前記オン出力と前記オフ出力を入れ替え、前記オン出力を前記接地電圧、前記オフ出力をハイインピーダンスとするプレ回生ステート、
前記オン出力を前記接地電圧もしくはハイインピーダンスとし、前記オフ出力を前記接地電圧とするポスト回生ステート、
を含むシーケンスを繰り返し、
前記電流監視回路は、前記ポスト回生ステートにおいて、前記オン出力の電圧が、前記電源電圧と前記接地電圧の間に設定された第2しきい値電圧より低くなると、前記ゼロ電流検出信号をアサートすることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記電流監視回路は、
前記第1出力の電圧を前記第2しきい値電圧と比較する第1コンパレータと、
前記第2出力の電圧を前記第2しきい値電圧と比較する第2コンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項5に記載のモータ駆動装置。 - 前記シーケンスは、
前記通電ステートと前記プレ回生ステートの間に挿入され、徐々に低下するデューティ比で前記オン出力を前記電源電圧とハイインピーダンスの間でスイッチングしつつ、前記オフ出力を前記接地電圧とするソフトスイッチングダウンステート、
前記ポスト回生ステートと次の前記通電ステートの間に挿入され、徐々に増大するデューティ比で前記オン出力を前記電源電圧とハイインピーダンスの間でスイッチングしつつ、前記オフ出力を前記接地電圧とするソフトスイッチングアップステート、
をさらに含むことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のモータ駆動装置。 - 前記進角コントローラは、
前記遷移パルスのアサートに応答してリセットされ、前記パルス信号をクロックとしてカウント動作する第2カウンタと、
前記ゼロ電流検出信号がアサートされたときの前記第2カウンタのカウント値に応じた補正量を出力する補正量設定回路と、
前記補正量に応じた前記進角設定値を出力する演算回路と、
を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のモータ駆動装置。 - 前記演算回路は、前記補正量の積算値に応じて前記進角設定値を生成することを特徴とする請求項8に記載のモータ駆動装置。
- 前記演算回路は、
前記補正量の積算値を格納するためのメモリと、
前記メモリの値と前記補正量を加算し、前記メモリに格納する第1加算器と、
を含むことを特徴とする請求項9に記載のモータ駆動装置。 - 前記演算回路は、前記補正量の積算値に所定の進角基準値を加算して前記進角設定値を生成する第2加算器を含むことを特徴とする請求項9または10に記載のモータ駆動装置。
- アナログの進角基準電圧を受ける設定端子と、
前記進角基準電圧をデジタルの前記進角基準値に変換するA/Dコンバータと、
をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載のモータ駆動装置。 - 前記補正量には、前記第2カウンタのカウント値が示す位相遅れ量、位相進み量のゼロ近傍において不感帯が設定されることを特徴とする請求項8に記載のモータ駆動装置。
- ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- ファンモータと、
前記ファンモータの回転子の位置を示す一対のホール信号を生成するホール素子と、
前記一対のホール信号にもとづいて前記ファンモータを駆動する請求項1から14のいずれかに記載のファンモータ駆動装置と、
を備えることを特徴とする冷却装置。 - プロセッサと、
前記プロセッサと対向して設けられたファンモータと、
前記ファンモータの回転子の位置を示す一対のホール信号を生成するホール素子と、
前記一対のホール信号にもとづいて前記ファンモータを駆動する請求項1から14のいずれかに記載のファンモータ駆動装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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