JP6943640B2 - Semiconductor integrated circuits, cooling devices, electronic devices - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路に関する。 The present invention relates to semiconductor integrated circuits.

近年のコンピュータの高速化にともない、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)などの演算処理LSI(Large Scale Integrated circuit)の動作速度は上昇の一途をたどっている。このようなLSIは、その動作速度、すなわちクロック周波数が高くなるにつれて発熱量も大きくなる。LSIの発熱は、そのLSI自体を熱暴走に導いたり、あるいは周囲の回路に対して影響を及ぼすという問題がある。したがって、LSIの適切な熱冷却はきわめて重要である。 With the recent increase in computer speed, the operating speed of arithmetic processing units (Large Scale Integrated circuits) such as CPUs (Central Processing Units), DSPs (Digital Signal Processors), and GPUs (Graphics Processing Units) continues to increase. There is. In such an LSI, the amount of heat generated increases as the operating speed, that is, the clock frequency increases. The heat generated by an LSI has a problem that it leads the LSI itself to thermal runaway or affects surrounding circuits. Therefore, proper thermal cooling of the LSI is extremely important.

LSIを冷却するための技術の一例として、冷却ファンによる空冷式の冷却方法がある。この方法においては、たとえば、LSIの表面に対向して冷却ファンを設置し、冷たい空気を冷却ファンによりLSIあるいはそれに取り付けられたヒートシンクに吹き付ける。 As an example of the technique for cooling the LSI, there is an air-cooled cooling method using a cooling fan. In this method, for example, a cooling fan is installed facing the surface of the LSI, and cold air is blown to the LSI or a heat sink attached to the LSI by the cooling fan.

ファンモータの駆動回路は、冷却ファンの回転数を指示する制御入力に応じて、ファンモータの回転数を制御する。制御入力にはパルス幅変調信号が利用される場合が多く、たとえば0%のデューティ比は最低回転数、100%のデューティ比は最大回転数に対応付けられる。デジタル制御によってファンモータを駆動する場合、制御入力のデューティ比をデジタル値に変換する必要がある。 The drive circuit of the fan motor controls the rotation speed of the fan motor in response to a control input indicating the rotation speed of the cooling fan. A pulse width modulation signal is often used as the control input. For example, a duty ratio of 0% is associated with the minimum rotation speed, and a duty ratio of 100% is associated with the maximum rotation speed. When driving a fan motor by digital control, it is necessary to convert the duty ratio of the control input into a digital value.

特開2011−130611号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-130611

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、幅広い周波数の制御入力のデューティ比を高精度に検出可能な半導体集積回路の提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of the exemplary objects of the embodiment is to provide a semiconductor integrated circuit capable of detecting the duty ratio of a control input of a wide range of frequencies with high accuracy.

本発明のある態様は半導体集積回路に関する。半導体集積回路は、パルス幅変調された外部指令信号のデューティ比を検出するデューティ比検出回路を備える。デューティ比検出回路は、外部指令信号が所定レベルをとる期間をカウンタクロックを利用して測定するパルス幅カウンタと、外部指令信号の周期をカウンタクロックを利用して測定する周期カウンタと、周期カウンタの周期カウント値が所定範囲に含まれるように周波数が調節されたカウンタクロックを生成するクロック発生器と、を備える。 One aspect of the present invention relates to a semiconductor integrated circuit. The semiconductor integrated circuit includes a duty ratio detection circuit that detects the duty ratio of the pulse width modulated external command signal. The duty ratio detection circuit includes a pulse width counter that measures the period during which the external command signal takes a predetermined level using a counter clock, a cycle counter that measures the cycle of the external command signal using a counter clock, and a cycle counter. It includes a clock generator that generates a counter clock whose frequency is adjusted so that the periodic count value is included in a predetermined range.

この態様によると、幅広い周波数の制御入力のデューティ比を高精度に検出できる。 According to this aspect, the duty ratio of the control input of a wide range of frequencies can be detected with high accuracy.

パルス幅カウンタのパルス幅カウント値および周期カウント値のビット数をN(N≧2)とするとき、所定範囲は2(N−1)〜2−1であってもよい。これにより、周期カウント値の最上位ビットおよびオーバーフローを監視することにより、カウンタクロックの周波数を制御できる。 When the number of bits of the pulse width count value and the cycle count value of the pulse width counter is N (N ≧ 2), the predetermined range may be 2 (N-1) to 2 N -1. This makes it possible to control the frequency of the counter clock by monitoring the most significant bit and overflow of the periodic count value.

クロック発生器は、システムクロックを分周比1/2で分周してカウンタクロックを生成する分周器と、パラメータK(K≧0)を制御する周波数コントローラを含んでもよい。周波数コントローラは、周期カウント値が所定範囲の上限を超えたとき、パラメータKをインクリメントし、周期カウント値が所定範囲の下限に満たないとき、パラメータKをデクリメントしてもよい。 The clock generator may include a frequency divider that divides the system clock by a frequency division ratio of 1/2 K to generate a counter clock, and a frequency controller that controls the parameter K (K ≧ 0). The frequency controller may increment the parameter K when the periodic count value exceeds the upper limit of the predetermined range, and decrement the parameter K when the periodic count value does not reach the lower limit of the predetermined range.

半導体集積回路は、外部指令信号と外部指令信号の反転信号との一方を選択してパルス幅カウンタおよび周期カウンタに出力するセレクタをさらに備えてもよい。 The semiconductor integrated circuit may further include a selector that selects one of the external command signal and the inverted signal of the external command signal and outputs the signal to the pulse width counter and the period counter.

デューティ比検出回路は、パルス幅カウント値を周期カウント値で除算し、デューティ比検出値を生成する除算回路をさらに備えてもよい。 The duty ratio detection circuit may further include a division circuit that divides the pulse width count value by the periodic count value to generate the duty ratio detection value.

デューティ比検出回路は、複数サイクルにわたるデューティ比検出値をソートして保持するメモリをさらに備え、ソートの結果、中央に位置するデューティ比検出値を出力してもよい。これによりノイズの影響を低減できる。 The duty ratio detection circuit may further include a memory for sorting and holding the duty ratio detection values over a plurality of cycles, and may output the duty ratio detection value located at the center as a result of the sorting. As a result, the influence of noise can be reduced.

本発明の別の態様は、冷却装置に関する。冷却装置は、ファンモータと、ファンモータを駆動する上述の半導体集積回路と、を備えてもよい。 Another aspect of the invention relates to a cooling device. The cooling device may include a fan motor and the above-mentioned semiconductor integrated circuit for driving the fan motor.

本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、プロセッサと、プロセッサを冷却する上述の冷却装置と、を備えてもよい。 Another aspect of the invention relates to electronic devices. The electronic device may include a processor and the cooling device described above for cooling the processor.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components or components and expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, and the like are also effective as aspects of the present invention.

本発明のある態様によれば、幅広い周波数の制御入力のデューティ比を高精度に検出できる。 According to an aspect of the present invention, the duty ratio of the control input of a wide range of frequencies can be detected with high accuracy.

実施の形態に係る半導体集積回路のブロック図である。It is a block diagram of the semiconductor integrated circuit which concerns on embodiment. パラメータとカウンタクロックの周波数fCKおよび測定可能な外部指令信号PWMINの周波数範囲を示す図である。 It is a figure which shows the frequency f CK of a parameter and a counter clock, and the frequency range of a measurable external command signal PWM IN. 図1の半導体集積回路の動作波形図である。It is an operation waveform diagram of the semiconductor integrated circuit of FIG. 図1の半導体集積回路の別の動作波形図である。It is another operation waveform figure of the semiconductor integrated circuit of FIG. 半導体集積回路を利用したモータ駆動システムのブロック図である。It is a block diagram of a motor drive system using a semiconductor integrated circuit. スピードコントローラの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the configuration example of a speed controller. 冷却装置を備えるコンピュータを示す図である。It is a figure which shows the computer which is equipped with a cooling device.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention, but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、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。 In the present specification, the "state in which the member A is connected to the member B" means that the member A and the member B are physically directly connected, and that the member A and the member B are electrically connected to each other. It also includes the case of being indirectly connected via other members, which does not substantially affect the connection state, or does not impair the functions and effects performed by the combination thereof.

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。 Similarly, "a state in which the member C is provided between the member A and the member B" means that the member A and the member C, or the member B and the member C are directly connected, and their electricity. It also includes the case of being indirectly connected via other members, which does not substantially affect the connection state, or does not impair the functions and effects produced by the combination thereof.

図1は、実施の形態に係る半導体集積回路100のブロック図である。半導体集積回路100には、パルス幅変調された外部指令信号PWMINが入力され、外部指令信号PWMINのデューティ比にもとづいた信号処理を実行する。半導体集積回路100は、入力端子IN、デューティ比検出回路200および信号処理部102を備える。デューティ比検出回路200は、入力端子INに入力された外部指令信号PWMINのデューティ比を検出する。信号処理部102は、検出されたデューティ比に応じた信号処理を実行する。信号処理部102の内容、種類は特に限定されない。 FIG. 1 is a block diagram of the semiconductor integrated circuit 100 according to the embodiment. An external command signal PWMIN whose pulse width is modulated is input to the semiconductor integrated circuit 100, and signal processing based on the duty ratio of the external command signal PWMIN is executed. The semiconductor integrated circuit 100 includes an input terminal IN, a duty ratio detection circuit 200, and a signal processing unit 102. The duty ratio detection circuit 200 detects the duty ratio of the external command signal PWM IN input to the input terminal IN. The signal processing unit 102 executes signal processing according to the detected duty ratio. The content and type of the signal processing unit 102 are not particularly limited.

デューティ比検出回路200は、パルス幅カウンタ210、周期カウンタ220、除算回路230、クロック発生器240、極性セレクタ250、ソートメモリ260を備える。 The duty ratio detection circuit 200 includes a pulse width counter 210, a cycle counter 220, a division circuit 230, a clock generator 240, a polarity selector 250, and a sort memory 260.

パルス幅カウンタ210は、外部指令信号PWMINが所定レベル(たとえばハイレベル)をとる期間をカウンタクロックCKを利用して測定する。周期カウンタ220は、外部指令信号PWMINの周期をカウンタクロックCKを利用して測定する。パルス幅カウンタ210および周期カウンタ220の前段には極性セレクタ250が設けられる。極性セレクタ250は、外部指令信号PWMINとその反転信号#PWMINのうち、極性パラメータPOLによって指定される一方を選択して、パルス幅カウンタ210および周期カウンタ220に出力する。極性セレクタ250によって、外部指令信号PWMINのハイ区間Tに関するデューティ比と、ロー区間Tに関するデューティ比とを選択的に検出できる。 The pulse width counter 210 measures the period during which the external command signal PWMIN takes a predetermined level (for example, a high level) by using the counter clock CK. The cycle counter 220 measures the cycle of the external command signal PWMIN using the counter clock CK. A polarity selector 250 is provided in front of the pulse width counter 210 and the cycle counter 220. The polarity selector 250 selects one of the external command signal PWMIN and its inversion signal #PWMIN, which is specified by the polarity parameter POL, and outputs it to the pulse width counter 210 and the cycle counter 220. The polarity selector 250, can be selectively detected and the duty ratio for the high period T H of the external command signal PWMIN, and a duty ratio for the low period T L.

除算回路230は、パルス幅カウンタ210のパルス幅カウント値PWを周期カウンタ220の周期カウント値TPで除算し、比率PW/TPを示すデューティ比検出値DUTYを生成する。 The division circuit 230 divides the pulse width count value PW of the pulse width counter 210 by the cycle count value TP of the cycle counter 220 to generate a duty ratio detection value DUTY indicating the ratio PW / TP.

クロック発生器240は、周期カウント値TPが所定範囲に含まれるように周波数が調節されたカウンタクロックCKを生成する。 The clock generator 240 generates a counter clock CK whose frequency is adjusted so that the periodic count value TP is included in a predetermined range.

パルス幅カウント値PWおよび周期カウント値TPのビット数をN(N≧2)とするとき、所定範囲は2(N−1)〜2−1とすることができる。N=10であるとき、カウンタクロックCKの周波数は、周期カウント値TPが512〜1023に含まれるように調節される。 When the number of bits of the pulse width count value PW and the cycle count value TP is N (N ≧ 2), the predetermined range can be 2 (N-1) to 2 N -1. When N = 10, the frequency of the counter clock CK is adjusted so that the periodic count value TP is included in 512 to 1023.

たとえばクロック発生器240は、分周器242と周波数コントローラ244を含む。分周器242は、システムクロックCKSYSを分周比1/2で分周してカウンタクロックCKを生成する。周波数コントローラ244は、周期カウント値TPが所定範囲の上限(1023)を超えたとき、すなわち周期カウンタ220にオーバーフローが発生したとき、パラメータKをインクリメントする。パラメータKをインクリメントすると、カウンタクロックCKの周波数fCKは1/2倍になる。 For example, the clock generator 240 includes a frequency divider 242 and a frequency controller 244. The frequency divider 242 divides the system clock CK SYS by a frequency division ratio of 1/2 K to generate a counter clock CK. The frequency controller 244 increments the parameter K when the cycle count value TP exceeds the upper limit (1023) of the predetermined range, that is, when the cycle counter 220 overflows. When the parameter K is incremented, the frequency f CK of the counter clock CK is halved.

反対に周波数コントローラ244は、周期カウント値TPが所定範囲の下限(512)に満たないとき、すなわち周期カウンタ220の最上位ビット(MSB)が0であるとき、パラメータKをデクリメントする。パラメータKをデクリメントすると、カウンタクロックCKの周波数fCKは2倍になる。 On the contrary, the frequency controller 244 decrements the parameter K when the cycle count value TP is less than the lower limit (512) of the predetermined range, that is, when the most significant bit (MSB) of the cycle counter 220 is 0. When the parameter K is decremented, the frequency f CK of the counter clock CK is doubled.

たとえばパラメータKが16進数で0〜Fをとるものとする。システムクロックCKSYSの周波数fSYSを25MHzとすると、カウンタクロックCKの周波数fCKは、25MHz,12MHz,6.25MHz,3.12MHz,・・・・3.13kHz,1.56kHz,780Hzの16値から選択可能となる。図2は、パラメータとカウンタクロックの周波数fCKおよび測定可能な外部指令信号PWMINの周波数範囲を示す図である。 For example, assume that the parameter K is a hexadecimal number 0 to F. When 25MHz frequency f SYS of the system clock CK SYS, the frequency f CK of the counter clock CK is, 25MHz, 12MHz, 6.25MHz, 3.12MHz , ···· 3.13kHz, 1.56kHz, 16 value of 780Hz Can be selected from. FIG. 2 is a diagram showing a frequency f CK of a parameter and a counter clock, and a frequency range of a measurable external command signal PWM IN.

ソートメモリ260は、複数サイクルにわたるデューティ比検出値DUTYをソートして保持し、ソートの結果、中央に位置するデューティ比検出値DUTYを出力する。ソートメモリ260を設けることで、ノイズの影響を低減できる。 The sort memory 260 sorts and holds the duty ratio detection value DUTY over a plurality of cycles, and outputs the duty ratio detection value DUTY located at the center as a result of sorting. By providing the sort memory 260, the influence of noise can be reduced.

以上が半導体集積回路100の構成である。続いてその動作を説明する。図3は、図1の半導体集積回路100の動作波形図である。ここでは簡単のため、パルス幅カウンタ210と周期カウンタ220のビット数をN=4とし、周期カウント値TPが8〜15に含まれるように、カウンタクロックCKの周波数が調節されるものとする。ここでは理解の容易化のため、デューティ比が一定でPWMIN信号の周波数が変動する様子を示す。 The above is the configuration of the semiconductor integrated circuit 100. Next, the operation will be described. FIG. 3 is an operation waveform diagram of the semiconductor integrated circuit 100 of FIG. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the number of bits of the pulse width counter 210 and the cycle counter 220 is N = 4, and the frequency of the counter clock CK is adjusted so that the cycle count value TP is included in 8 to 15. Here, for ease of understanding, a state in which the duty ratio is constant and the frequency of the PWM IN signal fluctuates is shown.

第1サイクルにおいて、カウンタクロックCKは第1周波数を有しており、周期カウント値TPはバイナリで1100(10進数で12)であり、所定範囲に含まれている。第1サイクルのパルス幅カウント値PWは、バイナリで0110(10進数で6)であり、デューティ比として0.5が得られる。 In the first cycle, the counter clock CK has a first frequency, and the cycle count value TP is 1100 in binary (decimal number 12) and is included in a predetermined range. The pulse width count value PW of the first cycle is 0110 in binary (decimal number 6), and a duty ratio of 0.5 is obtained.

第2サイクルにおいて、カウンタクロックCKは引き続き第1周波数を有しており、周期カウント値TPはバイナリで1000(10進数で8)であり、所定範囲に含まれている。第2サイクルのパルス幅カウント値PWは、バイナリで0100(10進数で4)であり、デューティ比は0.5となる。 In the second cycle, the counter clock CK continues to have the first frequency, and the cycle count value TP is 1000 in binary (decimal 8) and is included in the predetermined range. The pulse width count value PW of the second cycle is 0100 (decimal number 4) in binary, and the duty ratio is 0.5.

第3サイクルにおいて、カウンタクロックCKは引き続き第1周波数を有している。周期カウント値TPはバイナリで0100(10進数で4)であり、パルス幅カウント値PWは、バイナリで0010(10進数で2)であり、デューティ比は0.5となる。周期カウント値TPが所定範囲を下回るため、次のサイクルでは、カウンタクロックCKの周波数が2倍に高められる。 In the third cycle, the counter clock CK continues to have the first frequency. The period count value TP is binary 0100 (decimal 4), the pulse width count value PW is binary 0010 (decimal 2), and the duty ratio is 0.5. Since the cycle count value TP falls below the predetermined range, the frequency of the counter clock CK is doubled in the next cycle.

第4サイクルにおいて、カウンタクロックCKは第1周波数の2倍の第2周波数である。周期カウント値TPはバイナリで1000(10進数で8)であり、パルス幅カウント値PWはバイナリで0100(10進数で4)であり、デューティ比は0.5となる。続く第5サイクルも同様である。 In the fourth cycle, the counter clock CK has a second frequency that is twice the first frequency. The periodic count value TP is 1000 in binary (8 in decimal), the pulse width count value PW is 0100 in binary (4 in decimal), and the duty ratio is 0.5. The same applies to the subsequent fifth cycle.

このように半導体集積回路100によれば、カウンタのビット数をフルに有効活用しながら、PWMIN信号の周期およびパルス幅を測定できる。その結果、幅広いPWMIN信号の幅広い周波数において、そのデューティ比を高い精度で検出できる。 As described above, according to the semiconductor integrated circuit 100, the period and the pulse width of the PWM IN signal can be measured while making full effective use of the number of bits of the counter. As a result, the duty ratio can be detected with high accuracy in a wide range of frequencies of a wide range of PWM IN signals.

つまり、半導体集積回路100によれば、PWMIN信号の周波数をダイナミックに変更するという自由度が提供される。たとえば、PWMIN信号を発生する外部のCPUやマイコンにおいて、PWMIN信号の周波数を数Hz程度まで下げることにより、回路の消費電力を小さくすることができる。 That is, according to the semiconductor integrated circuit 100, the degree of freedom of dynamically changing the frequency of the PWM IN signal is provided. For example, in an external CPU or microcomputer that generates a PWM IN signal, the power consumption of the circuit can be reduced by lowering the frequency of the PWM IN signal to about several Hz.

図3では、パルス幅および周期の測定と、測定結果の除算演算を並列に実行した。PWMIN信号の周波数がたとえば10Hz〜50kHzのように広範囲で変化する場合、PWMIN信号の周波数が低い場合には、図3に示すように1サイクル内でデューティ比を演算することができるが、PWM信号の周波数が高くなると、演算時間がPWMIN信号の周期より長くなる状況も生じうる。このような場合、図4のように動作させてもよい。図4は、図1の半導体集積回路の別の動作波形図である。図4では、パルス幅のキャプチャフェーズと、演算フェーズが交互に発生する。具体的には周期およびパルス幅のキャプチャが完了すると、演算フェーズに移行する。そして演算が完了すると、キャプチャフェーズに戻る。図4の制御によれば、さらに幅広い周波数レンジのPWMIN信号に対応できる。 In FIG. 3, the measurement of the pulse width and the period and the division operation of the measurement result were executed in parallel. When the frequency of the PWMIN signal changes in a wide range such as 10 Hz to 50 kHz, and when the frequency of the PWMIN signal is low, the duty ratio can be calculated within one cycle as shown in FIG. 3, but the PWM signal When the frequency of is high, a situation may occur in which the calculation time becomes longer than the period of the PWMIN signal. In such a case, it may be operated as shown in FIG. FIG. 4 is another operating waveform diagram of the semiconductor integrated circuit of FIG. In FIG. 4, the pulse width capture phase and the calculation phase occur alternately. Specifically, when the capture of the period and the pulse width is completed, the operation phase is started. Then, when the calculation is completed, the process returns to the capture phase. According to the control of FIG. 4, it is possible to correspond to a PWM IN signal having a wider frequency range.

以上がデューティ比検出回路200の構成である。続いて半導体集積回路100の用途を説明する。半導体集積回路100は、モータの駆動システムに用いることができる。 The above is the configuration of the duty ratio detection circuit 200. Subsequently, the use of the semiconductor integrated circuit 100 will be described. The semiconductor integrated circuit 100 can be used in a motor drive system.

図5は、半導体集積回路100を利用したモータ駆動システム300のブロック図である。モータ駆動システム300は、モータ302、インバータ304、モータドライバ306、スピードコントローラ308を備える。 FIG. 5 is a block diagram of a motor drive system 300 using the semiconductor integrated circuit 100. The motor drive system 300 includes a motor 302, an inverter 304, a motor driver 306, and a speed controller 308.

この例においてモータ302は三相のブラスレスDCモータであり、インバータ304は三相インバータである。モータ駆動システム300は図示しないCPUあるいはマイコンから、モータ302の回転数の目標値に応じたデューティ比を有するPWMIN信号を受け、モータ302の回転数が、PWMIN信号に応じた目標回転数に近づくように、モータ302をフィードバック制御する。 In this example, the motor 302 is a three-phase brassless DC motor, and the inverter 304 is a three-phase inverter. The motor drive system 300 receives a PWM IN signal having a duty ratio corresponding to a target value of the rotation speed of the motor 302 from a CPU or a microcomputer (not shown) so that the rotation speed of the motor 302 approaches the target rotation speed corresponding to the PWM IN signal. In addition, the motor 302 is feedback-controlled.

スピードコントローラ308は、PWMIN信号と、モータ302の実際の回転数を示す回転数検出信号とを受け、PWMIN信号が示す目標回転数と、回転数検出信号が示す回転数の検出値が近づくように、制御信号CNTを生成する。たとえば回転数検出信号は、回転数に応じた周波数を有するFG(Frequency Generation)信号であってもよい。制御信号CNTは、モータ302に印加すべき駆動電圧を指示する電圧指令値に相当し、具体的にはインバータ304のスイッチングのデューティ比の指令値に相当する。 The speed controller 308 receives the PWMIN signal and the rotation speed detection signal indicating the actual rotation speed of the motor 302, so that the target rotation speed indicated by the PWMIN signal and the detection value of the rotation speed indicated by the rotation speed detection signal are close to each other. , Generates a control signal CNT. For example, the rotation speed detection signal may be an FG (Frequency Generation) signal having a frequency corresponding to the rotation speed. The control signal CNT corresponds to a voltage command value indicating a drive voltage to be applied to the motor 302, and specifically corresponds to a command value of the switching duty ratio of the inverter 304.

制御信号CNTは、デューティ比を表すアナログ電圧であってもよいし、デジタル信号であってもよいし、そのデューティ比を有するPWM信号であってもよい。 The control signal CNT may be an analog voltage representing a duty ratio, a digital signal, or a PWM signal having the duty ratio.

モータドライバ306は、制御信号CNTに応じたデューティ比を有するPWM信号を生成し、PWM信号に応じてインバータ304をPWM駆動する。図5において、モータドライバ306とスピードコントローラ308を統合して、ひとつの機能ICに集積化してもよい。 The motor driver 306 generates a PWM signal having a duty ratio corresponding to the control signal CNT, and PWM-drives the inverter 304 in response to the PWM signal. In FIG. 5, the motor driver 306 and the speed controller 308 may be integrated and integrated into one functional IC.

以上がモータ駆動システム300の構成である。このモータ駆動システム300において、スピードコントローラ308を、図1の半導体集積回路100のアーキテクチャを用いて構成することができる。 The above is the configuration of the motor drive system 300. In the motor drive system 300, the speed controller 308 can be configured using the architecture of the semiconductor integrated circuit 100 of FIG.

図6は、スピードコントローラ308の構成例を示すブロック図である。スピードコントローラ308は、PWMINピンと、FGINピンと、PAYOUTピンを有する。PWMINピンには、回転数の指令値を示すPWMIN信号が入力され、FGINピンには、回転数の検出値を示すFG信号が入力される。 FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the speed controller 308. The speed controller 308 has a PWM IN pin, an FGIN pin, and a PAYOUT pin. A PWMIN signal indicating a command value of the rotation speed is input to the PWMIN pin, and an FG signal indicating a detected value of the rotation speed is input to the FGIN pin.

スピードコントローラ308のデューティ比検出回路310は、図1のデューティ比検出回路200に対応し、PWMIN信号のデューティ比を示すデジタル信号DUTYを生成する。 The duty ratio detection circuit 310 of the speed controller 308 corresponds to the duty ratio detection circuit 200 of FIG. 1 and generates a digital signal DUTY indicating the duty ratio of the PWM IN signal.

FGカウンタ312〜出力段318は、図1の信号処理部102に相当する。FGカウンタ312は、FG信号の周波数(周期)を測定し、モータ302の回転数の検出値に相当するフィードバック(FB)信号を生成する。 The FG counter 312 to the output stage 318 correspond to the signal processing unit 102 of FIG. The FG counter 312 measures the frequency (period) of the FG signal and generates a feedback (FB) signal corresponding to the detected value of the rotation speed of the motor 302.

RPMコンバータ314には、デューティ比検出回路310が検出したデューティ比DUTYと、目標回転数が1対1で対応付けられており、目標回転数を示す目標(REF)信号を生成する。フィードバックコントローラ316は、REF信号とFB信号の誤差がゼロに近づくように、電圧指令値CNTを生成する。フィードバックコントローラ316は、PI(比例・積分)制御器を含んでもよいし、その他の構成であってもよい。 In the RPM converter 314, the duty ratio DUTY detected by the duty ratio detection circuit 310 and the target rotation speed are associated with each other on a one-to-one basis, and a target (REF) signal indicating the target rotation speed is generated. The feedback controller 316 generates the voltage command value CNT so that the error between the REF signal and the FB signal approaches zero. The feedback controller 316 may include a PI (proportional / integral) controller or may have other configurations.

出力段318は、電圧指令値CNTを、図5のモータドライバ306に適した形式に変換し、出力する。たとえば後段のモータドライバ306が、PWM信号のインタフェースを有する場合、出力段318は、電圧指令値CNTを、その値に応じたデューティ比を有するPWMOUT信号に変換するPWM信号発生器で構成すればよい。 The output stage 318 converts the voltage command value CNT into a format suitable for the motor driver 306 of FIG. 5 and outputs it. For example, when the motor driver 306 in the subsequent stage has a PWM signal interface, the output stage 318 may be configured by a PWM signal generator that converts the voltage command value CNT into a PWM OUT signal having a duty ratio corresponding to the value. ..

もし、スピードコントローラ308の後段のモータドライバ306が、デジタル信号のインタフェースを有する場合、出力段318はICなどのインタフェース回路で構成することができる。また後段のモータドライバ306が、アナログ信号のインタフェースを有する場合、出力段318はD/Aコンバータで構成することができる。 If, subsequent motor driver 306 of the speed controller 308, when having an interface of the digital signal, the output stage 318 can be configured by the interface circuit such as I 2 C. When the motor driver 306 in the subsequent stage has an interface for analog signals, the output stage 318 can be configured by a D / A converter.

以上がスピードコントローラ308の構成である。 The above is the configuration of the speed controller 308.

図5のモータ駆動システム300は、ファンモータを備える冷却装置に適用できる。すなわちモータ302は、ファンモータであり、PWMIN信号を、ファンモータの回転数の指令値とすればよい。図7は、冷却装置2を備えるコンピュータを示す図である。コンピュータ500は、筐体502、CPU504、マザーボード506、ヒートシンク508、および複数の冷却装置2を備える。 The motor drive system 300 of FIG. 5 can be applied to a cooling device including a fan motor. That is, the motor 302 is a fan motor, and the PWMIN signal may be used as a command value of the rotation speed of the fan motor. FIG. 7 is a diagram showing a computer provided with the cooling device 2. The computer 500 includes a housing 502, a CPU 504, a motherboard 506, a heat sink 508, and a plurality of cooling devices 2.

CPU504は、マザーボード506上にマウントされる。ヒートシンク508は、CPU504の上面に密着されている。冷却装置2_1は、ヒートシンク508と対向して設けられ、ヒートシンク508に空気を吹き付ける。冷却装置2_2は、筐体502の背面に設置され、筐体502の内部に外部の空気を送り込む。 The CPU 504 is mounted on the motherboard 506. The heat sink 508 is in close contact with the upper surface of the CPU 504. The cooling device 2_1 is provided so as to face the heat sink 508, and blows air onto the heat sink 508. The cooling device 2_2 is installed on the back surface of the housing 502, and sends external air into the housing 502.

冷却装置2は、図7のコンピュータ500の他、ワークステーション、ノート型コンピュータ、テレビ、冷蔵庫、などの様々な電子機器に搭載可能である。 In addition to the computer 500 shown in FIG. 7, the cooling device 2 can be mounted on various electronic devices such as workstations, notebook computers, televisions, and refrigerators.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described above based on the embodiments. This embodiment is an example, and it is understood by those skilled in the art that various modifications are possible for each of these components and combinations of each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. be. Hereinafter, such a modification will be described.

(第1変形例)
図5では、三相モータを例としたが、単相モータの駆動にも本発明は適用可能である。また、特開2016−019388号公報に記載のように、オープンループでモータを駆動するモータ駆動システムにも本発明は適用可能である。
(First modification)
In FIG. 5, a three-phase motor is taken as an example, but the present invention can also be applied to drive a single-phase motor. Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-0193888, the present invention is also applicable to a motor drive system for driving a motor in an open loop.

(第2変形例)
またモータ駆動システムは電気自動車やハイブリッド自動車など、モータを備える幅広い用途に適用可能であり、その用途は特に限定されない。ファンモータでは負荷が実質的に一定であるため、外部指令信号のデューティ比は、回転数指令となるが、その限りではない。モータの負荷が一定でない用途において、外部指令信号のデューティ比は、モータのトルクの目標値であってもよいし、サーボ系における位置指令値であってもよい。
(第3変形例)
さらには半導体集積回路100の用途は、モータ駆動システムには限定されず、PWM信号によって、指令を与えるさまざまなシステムに採用することができる。
(Second modification)
Further, the motor drive system can be applied to a wide range of applications including a motor, such as an electric vehicle and a hybrid vehicle, and the application is not particularly limited. Since the load of the fan motor is substantially constant, the duty ratio of the external command signal is a rotation speed command, but this is not the case. In applications where the load of the motor is not constant, the duty ratio of the external command signal may be the target value of the torque of the motor or the position command value in the servo system.
(Third modification example)
Furthermore, the application of the semiconductor integrated circuit 100 is not limited to the motor drive system, and can be adopted in various systems that give commands by PWM signals.

100…半導体集積回路、102…信号処理部、200…デューティ比検出回路、210…パルス幅カウンタ、220…周期カウンタ、230…除算回路、240…クロック発生器、242…分周器、244…周波数コントローラ、250…極性セレクタ、260…ソートメモリ、270…セレクタ、272…減算器、274…ビット反転器、276…加算器、278…左ビットシフタ、300…モータ駆動システム、302…モータ、304…インバータ、306…モータドライバ、308…スピードコントローラ、310…デューティ比検出回路、312…FGカウンタ、314…RPMコンバータ、316…フィードバックコントローラ、318…出力段、PWMIN…外部指令信号。 100 ... semiconductor integrated circuit, 102 ... signal processing unit, 200 ... duty ratio detection circuit, 210 ... pulse width counter, 220 ... period counter, 230 ... division circuit, 240 ... clock generator, 242 ... frequency divider, 244 ... frequency Controller, 250 ... Polarity selector, 260 ... Sort memory, 270 ... Selector, 272 ... Subtractor, 274 ... Bit counter, 276 ... Adder, 278 ... Left bit shifter, 300 ... Motor drive system, 302 ... Motor, 304 ... Inverter , 306 ... motor driver, 308 ... speed controller, 310 ... duty ratio detection circuit, 312 ... FG counter, 314 ... RPM converter, 316 ... feedback controller, 318 ... output stage, PWMIN ... external command signal.

Claims (7)

パルス幅変調された外部指令信号のデューティ比を検出するデューティ比検出回路を備え、
前記デューティ比検出回路は、
前記外部指令信号と前記外部指令信号の反転信号との一方を選択して出力するセレクタと、
前記セレクタの出力信号を受け、前記セレクタの出力信号が所定レベルをとる期間をカウンタクロックを利用して測定するパルス幅カウンタと、
前記セレクタの出力信号を受け、前記セレクタの出力信号の周期を前記カウンタクロックを利用して測定する周期カウンタと、
前記周期カウンタの周期カウント値を受け、前記周期カウント値が所定範囲に含まれるように、パラメータKを制御する周波数コントローラを含み、前記パラメータKに応じた周波数を有する前記カウンタクロックを生成可能に構成されるクロック発生器と、
を備えることを特徴とする半導体集積回路。
Equipped with a duty ratio detection circuit that detects the duty ratio of the pulse width modulated external command signal.
The duty ratio detection circuit is
A selector that selects and outputs one of the external command signal and the inverted signal of the external command signal, and
A pulse width counter that receives the output signal of the selector and measures the period during which the output signal of the selector takes a predetermined level by using a counter clock.
A cycle counter that receives the output signal of the selector and measures the cycle of the output signal of the selector using the counter clock.
A frequency controller that receives the cycle count value of the cycle counter and controls the parameter K so that the cycle count value is included in a predetermined range is included, and the counter clock having a frequency corresponding to the parameter K can be generated. and a clock generator, which is,
A semiconductor integrated circuit characterized by comprising.
前記パルス幅カウンタのパルス幅カウント値および前記周期カウント値のビット数をN(N≧2)とするとき、前記所定範囲は2(N−1)〜2−1であることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。 When the number of bits of the pulse width count value and the cycle count value of the pulse width counter is N (N ≧ 2), the predetermined range is 2 (N-1) to 2 N-1. The semiconductor integrated circuit according to claim 1. 前記クロック発生器はシステムクロックを分周比1/2で分周して前記カウンタクロックを生成する分周器を含み、
前記周波数コントローラは、前記周期カウント値が前記所定範囲の上限を超えたとき、前記パラメータKをインクリメントし、前記周期カウント値が前記所定範囲の下限に満たないとき、前記パラメータKをデクリメントすることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体集積回路。
Wherein the clock generator includes a frequency divider for generating the counter clock by dividing the system clock by the frequency division ratio 1/2 K,
The frequency controller increments the parameter K when the cycle count value exceeds the upper limit of the predetermined range, and decrements the parameter K when the cycle count value is less than the lower limit of the predetermined range. The semiconductor integrated circuit according to claim 1 or 2.
前記デューティ比検出回路は、前記パルス幅カウンタのパルス幅カウント値を前記周期カウント値で除算し、デューティ比検出値を生成する除算回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体集積回路。 Any of claims 1 to 3, wherein the duty ratio detection circuit further includes a division circuit that divides the pulse width count value of the pulse width counter by the cycle count value to generate a duty ratio detection value. The semiconductor integrated circuit described in 1. 前記デューティ比検出回路は、複数サイクルにわたる前記デューティ比検出値をソートして保持するメモリをさらに備え、ソートの結果、中央に位置する前記デューティ比検出値を出力することを特徴とする請求項に記載の半導体集積回路。 The duty ratio detecting circuit further includes a memory for holding sorted the duty ratio detection values over a plurality of cycles, a result of the sort, claims and outputs the duty ratio detection values located in the center 4 The semiconductor integrated circuit described in 1. ファンモータと、
前記ファンモータを駆動する請求項1からのいずれかに記載の半導体集積回路と、
を備えることを特徴とする冷却装置。
With a fan motor
The semiconductor integrated circuit according to any one of claims 1 to 5 for driving the fan motor.
A cooling device characterized by being provided with.
プロセッサと、
前記プロセッサを冷却する請求項に記載の冷却装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
With the processor
The cooling device according to claim 6 , which cools the processor.
An electronic device characterized by being equipped with.
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