JP7256043B2 - Driving circuit for stepping motor, control method thereof, and electronic device using the same - Google Patents

Driving circuit for stepping motor, control method thereof, and electronic device using the same Download PDF

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本発明は、ステッピングモータの駆動技術に関する。 The present invention relates to technology for driving a stepping motor.

ステッピングモータは、電子機器、産業機械、ロボットにおいて広く採用される。ステッピングモータは、ホストコントローラが生成する入力クロックに同期して回転する同期モータであり、起動、停止、位置決めに優れた制御性を持っている。さらにステッピングモータは、オープンループでの位置制御が可能であり、またデジタル信号処理に適するという特性を有する。 Stepping motors are widely used in electronic equipment, industrial machinery, and robots. A stepping motor is a synchronous motor that rotates in synchronization with an input clock generated by a host controller, and has excellent controllability in starting, stopping, and positioning. Furthermore, the stepping motor has the characteristics of being capable of open-loop position control and being suitable for digital signal processing.

図1は、従来のステッピングモータとその駆動回路を備えるモータシステムのブロック図である。ホストコントローラ2は、駆動回路4に対して、入力クロックCLKを供給する。駆動回路4は、入力クロックCLKと同期して、励磁位置を変化させる。 FIG. 1 is a block diagram of a motor system including a conventional stepping motor and its drive circuit. The host controller 2 supplies an input clock CLK to the drive circuit 4 . The drive circuit 4 changes the excitation position in synchronization with the input clock CLK.

図2は、励磁位置を説明する図である。励磁位置は、ステッピングモータ6の2個のコイルL1,L2に流れるコイル電流(駆動電流)IOUT1,IOUT2の組み合わせとして把握される。図2には、8個の励磁位置1~8が示されている。1相励磁では、第1コイルL1と第2コイルL2に交互に電流が流れ、励磁位置2,4,6,8を遷移する。2相励磁では、第1コイルL1と第2コイルL2の両方に電流が流れ、励磁位置1,3,5,7を遷移する。1-2相励磁は、1相励磁と2相励磁の組み合わせであり、励磁位置1~8を遷移する。マイクロステップ駆動では、さらに励磁位置が細かく制御される。 FIG. 2 is a diagram for explaining excitation positions. The excitation position is grasped as a combination of coil currents (drive currents) I OUT1 and I OUT2 flowing through the two coils L1 and L2 of the stepping motor 6 . Eight excitation positions 1 to 8 are shown in FIG. In the one-phase excitation, current alternately flows through the first coil L1 and the second coil L2, and the excitation positions 2, 4, 6, and 8 are transited. In two-phase excitation, current flows through both the first coil L1 and the second coil L2, and the excitation positions 1, 3, 5, and 7 are transited. 1-2 phase excitation is a combination of 1-phase excitation and 2-phase excitation, and transitions between excitation positions 1-8. In microstep driving, the excitation position is further finely controlled.

通常状態において、ステッピングモータのロータは、入力クロックCLKのパルス数に比例したステップ角ずつ同期して回転する。ところが、急な負荷変動や速度変化が生ずると同期が失われる。これを脱調という。ひとたび脱調すると、その後、ステッピングモータを正常に駆動するために特別な処理が必要となるため、脱調を防止することが望まれる。 In a normal state, the rotor of the stepping motor rotates synchronously by a step angle proportional to the number of pulses of the input clock CLK. However, synchronization is lost when sudden load fluctuations or speed changes occur. This is called step-out. Once stepping out occurs, special processing is required to drive the stepping motor normally, so it is desirable to prevent stepping out.

そこで、脱調の可能性が高い加速時および減速時においては、速度変化に対して脱調が起こらない程度に十分大きい出力トルクが得られるように、駆動電流の目標値IREFを、固定的な値IFULLに設定する(高トルクモード)。 Therefore, during acceleration and deceleration, when the possibility of step-out is high, the target value I REF of the drive current is set to a fixed value so as to obtain a sufficiently large output torque to the extent that step-out does not occur with respect to speed changes. set to a reasonable value I FULL (high torque mode).

特許文献5には、脱調を防止しつつ、出力トルク(すなわち電流量)をフィードバックし最適化することにより、消費電力を低減して効率を改善する技術が提案されている。 Patent Document 5 proposes a technique of reducing power consumption and improving efficiency by feedbacking and optimizing the output torque (that is, the amount of current) while preventing step-out.

特開平9-103096号公報JP-A-9-103096 特開2004-120957号公報JP 2004-120957 A 特開2000-184789号公報JP-A-2000-184789 特開2004-180354号公報JP 2004-180354 A 特許第6258004号公報Japanese Patent No. 6258004

特許文献5に記載の技術では、コイル電流(駆動電流ともいう)IOUT1,IOUT2の振幅IREFを、フィードバック制御によって最適化し、脱調しない範囲で小さくすることにより、消費電力を低減している。より詳しくは、逆起電力にもとづいて負荷角φを推定し、推定した負荷角φが所定の目標値に近づくように、駆動電流の目標値IREFがフィードバック制御される。 In the technique described in Patent Document 5, the amplitude I REF of the coil currents (also referred to as drive currents) I OUT1 and I OUT2 is optimized by feedback control and reduced within a range that does not cause step-out, thereby reducing power consumption. there is More specifically, the load angle φ is estimated based on the back electromotive force, and the target value IREF of the drive current is feedback-controlled so that the estimated load angle φ approaches a predetermined target value.

負荷角φと逆起電力VBEMFの関係式は、式(1)で与えられる。
BEMF=cosφ・ω・K …(1)
は逆起電力定数、ωは角速度(回転数、回転周波数)である。逆起電力定数Kはモータに固有の定数であり、予め測定して駆動回路のメモリに保持しておく必要がある。
A relational expression between the load angle φ and the back electromotive force V BEMF is given by equation (1).
V BEMF = cos φ·ω·K E (1)
KE is the back electromotive force constant, and ω is the angular velocity (rotation speed, rotation frequency). The back electromotive force constant KE is a constant unique to the motor, and must be measured in advance and stored in the memory of the drive circuit.

しかしながらステッピングモータの種類ごと、あるいは固体ごとの逆起電力定数Kを予め測定しておくことは容易ではない。また、経年変化によって逆起電力定数Kが変化した場合に、負荷角φが誤って推定されることとなる。 However, it is not easy to measure in advance the back electromotive force constant KE for each type of stepping motor or for each solid body. Also, if the back electromotive force constant KE changes due to aging, the load angle φ will be erroneously estimated.

本発明はかかる課題に鑑み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、逆起電力定数Kを測定可能な駆動回路の提供にある。 The present invention has been made in view of such problems, and one exemplary object of some aspects thereof is to provide a driving circuit capable of measuring the back electromotive force constant KE .

本発明のある態様は、ステッピングモータの駆動回路に関する。駆動回路は、ステッピングモータのコイルに生ずる逆起電力を検出する逆起電力検出回路と、ステッピングモータの回転数を取得する回転数検出回路と、回転数が安定したことを検出すると、そのときの回転数および逆起電力にもとづいて、逆起電力定数Kを算出する演算部と、を備える。 One aspect of the present invention relates to a drive circuit for a stepping motor. The drive circuit includes a back electromotive force detection circuit that detects the back electromotive force generated in the coil of the stepping motor, a rotation speed detection circuit that obtains the rotation speed of the stepping motor, and when it detects that the rotation speed has stabilized, and a calculation unit for calculating a back electromotive force constant KE based on the rotation speed and the back electromotive force.

この態様によると、逆起電力定数Kを駆動回路において算出でき、予め測定する必要がなくなる。また経年変化で逆起電力定数Kが変化した場合も、変化後の値を取得することができる。 According to this aspect, the back electromotive force constant KE can be calculated in the drive circuit, eliminating the need to measure it in advance. Also, even if the back electromotive force constant KE changes due to aging, the value after the change can be obtained.

逆起電力定数の算出のために逆起電力を取得する際に、ステッピングモータは、第1所定量の駆動電流で駆動されてもよい。これによりステッピングモータを一定トルクで駆動し、逆起電力および回転数を安定化することができ、逆起電力定数Kの検出精度を高めることができる。 When obtaining the back electromotive force for calculating the back electromotive force constant, the stepping motor may be driven with a first predetermined amount of drive current. As a result, the stepping motor can be driven at a constant torque, the back electromotive force and the rotation speed can be stabilized, and the detection accuracy of the back electromotive force constant KE can be improved.

第1所定量は、ステッピングモータに始動時に供給される第2所定量の0.4~0.6倍であってもよい。第1所定量を、負荷角φが所定値となるような値に設定することにより、逆起電力定数Kを正確に測定できる。起動時の第2所定量は、フルトルクに対応する電流量であってもよく、この場合、第1所定量はフルトルクの電流の0.4~0.6倍程度となる。 The first predetermined amount may be 0.4 to 0.6 times the second predetermined amount supplied to the stepping motor at start-up. By setting the first predetermined amount to a value such that the load angle φ becomes a predetermined value, the back electromotive force constant KE can be accurately measured. The second predetermined amount at startup may be a current amount corresponding to full torque, in which case the first predetermined amount is about 0.4 to 0.6 times the full torque current.

第1所定量は、cosφ=1となるように規定するとよい。φは負荷角である。これにより逆起電力定数Kの計算処理を簡略化でき、ハードウェア構成を簡素化できる。 The first predetermined amount is preferably defined so that cos φ=1. φ is the load angle. This simplifies the calculation process of the back electromotive force constant KE , and simplifies the hardware configuration.

駆動回路は、コイルに流れるコイル電流の目標量を示す電流設定値を生成する電流値設定回路と、コイルに流れるコイル電流の検出値が電流設定値にもとづく目標量に近づくようにパルス変調されるパルス変調信号を生成する定電流チョッパ回路と、パルス変調信号に応じて、コイルに接続されるブリッジ回路を制御するロジック回路と、をさらに備えてもよい。 The driving circuit includes a current value setting circuit that generates a current setting value indicating a target amount of coil current flowing through the coil, and a detected value of the coil current flowing through the coil that is pulse-modulated so as to approach the target amount based on the current setting value. A constant-current chopper circuit that generates a pulse-modulated signal and a logic circuit that controls a bridge circuit connected to the coil according to the pulse-modulated signal may be further provided.

電流値設定回路は、ステッピングモータを高効率モードで駆動する際に、逆起電力および逆起電力定数Kにもとづいて、電流設定値をフィードバックにより生成してもよい。 The current value setting circuit may generate the current setting value by feedback based on the back electromotive force and the back electromotive force constant KE when driving the stepping motor in the high efficiency mode.

電流値設定回路は、逆起電力および逆起電力定数Kにもとづいて負荷角を推定する負荷角推定部と、推定された負荷角が所定の目標角に近づくように、電流設定値を生成するフィードバック制御器と、を含んでもよい。 The current value setting circuit includes a load angle estimator that estimates the load angle based on the back electromotive force and the back electromotive force constant KE , and generates a current set value so that the estimated load angle approaches a predetermined target angle. and a feedback controller.

逆起電力定数Kは、駆動回路の電源投入のたびに算出されてもよい。 The back electromotive force constant KE may be calculated each time the drive circuit is powered on.

定電流チョッパ回路は、コイル電流の検出値を、電流設定値にもとづくしきい値と比較するコンパレータと、所定の周波数で発振するオシレータと、コンパレータの出力に応じてオフレベルに遷移し、オシレータの出力に応じてオンレベルに遷移するパルス変調信号を出力するフリップフロップと、を含んでもよい。 The constant current chopper circuit consists of a comparator that compares the detected value of the coil current with a threshold value based on the current setting value, an oscillator that oscillates at a predetermined frequency, and a transition to the off level according to the output of the comparator. and a flip-flop that outputs a pulse-modulated signal that transitions to an on-level according to the output.

駆動回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「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。 The drive circuit may be monolithically integrated on one semiconductor substrate. "Integrated integration" includes the case where all circuit components are formed on a semiconductor substrate, and the case where the main components of a circuit are integrated. A resistor, capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuits on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.

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 arbitrary combinations of the above-described constituent elements and mutually replacing the constituent elements and expressions of the present invention in methods, devices, systems, etc. are also effective as aspects of the present invention.

本発明のある態様によれば、駆動回路により、逆起電力定数Kを取得できる。 According to one aspect of the present invention, the back electromotive force constant KE can be obtained by the drive circuit.

従来のステッピングモータとその駆動回路を備えるモータシステムのブロック図である。1 is a block diagram of a motor system including a conventional stepping motor and its drive circuit; FIG. 励磁位置を説明する図である。It is a figure explaining an excitation position. 実施の形態に係る駆動回路を備えるモータシステムのブロック図である。1 is a block diagram of a motor system including a drive circuit according to an embodiment; FIG. 図3の駆動回路の動作波形図である。4 is an operation waveform diagram of the drive circuit of FIG. 3; FIG. 駆動回路の構成例を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing a configuration example of a drive circuit; FIG. 電流値設定回路の別の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the current value setting circuit; 図7(a)~(c)は、駆動回路を備える電子機器の例を示す斜視図である。FIGS. 7A to 7C are perspective views showing examples of electronic devices having drive circuits.

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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate. Moreover, the embodiments are illustrative rather than limiting the invention, and not all features and combinations thereof described in the embodiments are 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 this specification, "a state in which member A is connected to member B" refers to a case in which member A and member B are physically directly connected, as well as a case in which member A and member B are electrically connected to each other. It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not substantially affect the physical connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.

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, "the state in which member C is provided between member A and member B" refers to the case where member A and member C or member B and member C are directly connected, as well as the case where they are electrically connected. It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not substantially affect the physical connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.

本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。 The vertical and horizontal axes of the waveform diagrams and time charts referred to in this specification are enlarged or reduced as appropriate for ease of understanding, and each waveform shown is also simplified for ease of understanding. or exaggerated or emphasized.

(実施の形態)
図3は、実施の形態に係る駆動回路200を備えるモータシステム100のブロック図である。駆動回路200は、ステッピングモータ102およびホストコントローラ2とともにモータシステム100を構成する。ステッピングモータ102は、PM(Permanent Magnet)型、VR型(Variable Reluctance)型、HB(Hybrid)型であるとを問わない。
(Embodiment)
FIG. 3 is a block diagram of motor system 100 including drive circuit 200 according to the embodiment. The drive circuit 200 constitutes the motor system 100 together with the stepping motor 102 and the host controller 2 . The stepping motor 102 may be of PM (Permanent Magnet) type, VR (Variable Reluctance) type, or HB (Hybrid) type.

駆動回路200の入力ピンINには、ホストコントローラ2から入力クロックCLKが入力される。また駆動回路200の方向指示ピンDIRには、時計回り(CW)、反時計回り(CCW)を指示する方向指示信号DIRが入力される。 An input clock CLK is input from the host controller 2 to the input pin IN of the drive circuit 200 . A direction indicating signal DIR for indicating clockwise (CW) or counterclockwise (CCW) is input to the direction indicating pin DIR of the drive circuit 200 .

駆動回路200は、入力クロックCLKが入力されるたびに、方向指示信号DIRに応じた方向に、ステッピングモータ102のロータを所定角、回転させる。 The drive circuit 200 rotates the rotor of the stepping motor 102 by a predetermined angle in the direction according to the direction instruction signal DIR each time the input clock CLK is input.

駆動回路200は、ブリッジ回路202_1,202_2、電流値設定回路210、逆起電力検出回路230、回転数検出回路232、定電流チョッパ回路250_1,250_2、ロジック回路270、演算部290を備え、ひとつの半導体基板上に一体集積化される。 The drive circuit 200 includes bridge circuits 202_1 and 202_2, a current value setting circuit 210, a back electromotive force detection circuit 230, a rotational speed detection circuit 232, constant current chopper circuits 250_1 and 250_2, a logic circuit 270, and an arithmetic unit 290. It is monolithically integrated on a semiconductor substrate.

本実施の形態において、ステッピングモータ102は2相モータであり、第1コイルL1と第2コイルL2を含む。駆動回路200の駆動方式は特に限定されず、1相励磁、2相励磁、1-2相励磁、あるいはマイクロステップ駆動(W1-2相駆動、2W1-2相駆動など)のいずれであってもよい。 In this embodiment, the stepping motor 102 is a two-phase motor and includes a first coil L1 and a second coil L2. The drive method of the drive circuit 200 is not particularly limited, and may be any of 1-phase excitation, 2-phase excitation, 1-2 phase excitation, or microstep drive (W1-2 phase drive, 2W1-2 phase drive, etc.). good.

第1チャンネルCH1のブリッジ回路202_1は、第1コイルL1と接続される。第2チャンネルCH2のブリッジ回路202_2は、ステッピングモータ102の第2コイルL2と接続される。 The bridge circuit 202_1 of the first channel CH1 is connected to the first coil L1. Bridge circuit 202_2 of second channel CH2 is connected to second coil L2 of stepping motor 102 .

ブリッジ回路202_1、202_2はそれぞれ、4つのトランジスタM1~M4を含むHブリッジ回路である。ブリッジ回路202_1のトランジスタM1~M4は、ロジック回路270からの制御信号CNT1にもとづいてスイッチングされ、それにより、第1コイルL1の電圧(第1コイル電圧ともいう)VOUT1がスイッチングされる。 Each of the bridge circuits 202_1 and 202_2 is an H bridge circuit including four transistors M1-M4. The transistors M1 to M4 of the bridge circuit 202_1 are switched based on the control signal CNT1 from the logic circuit 270, thereby switching the voltage of the first coil L1 (also referred to as the first coil voltage) VOUT1 .

ブリッジ回路202_2は、ブリッジ回路202_1と同様に構成され、そのトランジスタM1~M4は、ロジック回路270からの制御信号CNT2にもとづいてスイッチングされ、それにより、第2コイルL2の電圧(第2コイル電圧ともいう)VOUT2がスイッチングされる。 The bridge circuit 202_2 is configured similarly to the bridge circuit 202_1, and its transistors M1 to M4 are switched based on the control signal CNT2 from the logic circuit 270, thereby increasing the voltage of the second coil L2 (also called the second coil voltage). ) V OUT2 is switched.

電流値設定回路210は、電流設定値IREFを生成する。ステッピングモータ102の始動直後は、電流設定値IREFはある所定値(フルトルク設定値という)IFULLに固定される。所定値IFULLは、電流設定値IREFが取り得る範囲の最大値としてもよく、この場合、ステッピングモータ102はフルトルクで駆動される。この状態をフルトルクモードと称する。 A current value setting circuit 210 generates a current setting value IREF . Immediately after the stepping motor 102 is started, the current set value I REF is fixed at a certain predetermined value (referred to as a full torque set value) I FULL . The predetermined value I FULL may be the maximum value of the range that the current set value I REF can take, in which case the stepping motor 102 is driven with full torque. This state is called a full torque mode.

ステッピングモータ102が安定的に回転しはじめると、言い換えると脱調のおそれが低下すると、高効率モードに遷移する。電流値設定回路210は高効率モードにおいて、電流設定値IREFを、フィードバック制御により調整し、これにより消費電力を削減する。 When the stepping motor 102 starts to rotate stably, in other words, when the possibility of stepping out decreases, the mode is changed to the high efficiency mode. In the high efficiency mode, the current value setting circuit 210 adjusts the current setting value IREF by feedback control, thereby reducing power consumption.

逆起電力検出回路230は、ステッピングモータ102のコイルL1(L2)に生ずる逆起電力VBEMF1(VBEMF2)を検出する。逆起電力の検出方法は特に限定されず、公知技術を用いればよい。一般的には逆起電力は、ある検出窓(検出区間)を設定し、コイルの両端をハイインピーダンスとし、そのときのコイルの電圧をサンプリングすることにより得ることができる。たとえば1相励磁や1-2相励磁では、逆起電力VBEMF1(VBEMF2)を、監視対象のコイルの一端(ブリッジ回路の出力)がハイインピーダンスとなる励磁位置(図2の2,4,6,8)ごとに、すなわち所定の励磁位置ごとに測定することができる。 Back electromotive force detection circuit 230 detects back electromotive force V BEMF1 (V BEMF2 ) generated in coil L1 (L2) of stepping motor 102 . A method for detecting the back electromotive force is not particularly limited, and a known technique may be used. In general, the back electromotive force can be obtained by setting a certain detection window (detection interval), making both ends of the coil high impedance, and sampling the voltage of the coil at that time. For example, in 1-phase excitation and 1-2 phase excitation, the counter electromotive force V BEMF1 (V BEMF2 ) is set to the excitation position (2, 4, 6, 8), ie for each predetermined excitation position.

定電流チョッパ回路250_1は、第1コイルL1の通電中に、第1コイルL1に流れるコイル電流IL1の検出値INF1が電流設定値IREFにもとづく目標量に近づくようにパルス変調されるパルス変調信号SPWM1を生成する。定電流チョッパ回路250_2は、第2コイルL2に通電中に、第2コイルL2に流れるコイル電流IL2の検出値INF2が電流設定値IREFに近づくようにパルス変調されるパルス変調信号SPWM2を生成する。 The constant-current chopper circuit 250_1 is pulse-modulated so that the detected value INF1 of the coil current IL1 flowing through the first coil L1 approaches the target amount based on the current setting value IREF while the first coil L1 is energized. A modulated signal S PWM1 is generated. The constant-current chopper circuit 250_2 generates a pulse-modulated signal S PWM2 that is pulse-modulated so that the detected value I NF2 of the coil current I L2 flowing through the second coil L2 approaches the current set value I REF while the second coil L2 is energized. to generate

ブリッジ回路202_1,202_2はそれぞれ、電流検出抵抗RNFを含み、電流検出抵抗RNFの電圧降下が、コイル電流Iの検出値となる。なお、電流検出抵抗RNFの位置は限定されず、電源側に設けてもよいし、ブリッジ回路の2つの出力の間に、コイルと直列に設けてもよい。 Each of the bridge circuits 202_1 and 202_2 includes a current detection resistor RNF , and the voltage drop across the current detection resistor RNF is the detected value of the coil current IL . The position of the current detection resistor RNF is not limited, and it may be provided on the power supply side, or may be provided in series with the coil between the two outputs of the bridge circuit.

ロジック回路270は、パルス変調信号SPWM1に応じて、第1コイルL1に接続されるブリッジ回路202_1を制御する。またロジック回路270は、パルス変調信号SPWM2に応じて、第2コイルL2に接続されるブリッジ回路202_2を制御する。 The logic circuit 270 controls the bridge circuit 202_1 connected to the first coil L1 according to the pulse modulated signal SPWM1 . The logic circuit 270 also controls the bridge circuit 202_2 connected to the second coil L2 according to the pulse modulated signal S PWM2 .

ロジック回路270は、入力クロックCLKが入力される度に、励磁位置を変化させ、電流を供給するコイル(もしくはコイルのペア)を切り替える。励磁位置は、第1コイルL1のコイル電流と第2コイルL2それぞれのコイル電流の大きさと向きの組み合わせとして把握される。励磁位置は、入力クロックCLKのポジエッジのみに応じて遷移してもよいし、ネガエッジのみに応じて遷移してもよいし、それらの両方に応じて遷移してもよい。 The logic circuit 270 changes the excitation position and switches the coil (or the pair of coils) to which the current is supplied each time the input clock CLK is input. The excitation position is grasped as a combination of the magnitude and direction of the coil current of the first coil L1 and the coil current of the second coil L2. The excitation position may make a transition only according to the positive edge of the input clock CLK, may make a transition only according to the negative edge, or may make a transition according to both of them.

電流値設定回路210は、モータの始動直後は、コイル電流の振幅を規定する電流設定値IREFを、フルトルクに相当する大きな値に固定し、モータが安定的に回転しはじめると、言い換えると脱調のおそれが低下すると、その後、高効率モードに遷移し、電流設定値IREFを、フィードバック制御により調整する。 The current value setting circuit 210 fixes the current setting value IREF , which defines the amplitude of the coil current, to a large value corresponding to full torque immediately after the motor is started, and when the motor starts to rotate stably, in other words, it is stopped. When the risk of overheating decreases, the system then transitions to the high efficiency mode and adjusts the current set value I_REF by feedback control.

逆起電力検出回路230は、ステッピングモータ102のコイルL1(L2)に生ずる逆起電力VBEMF1(VBEMF2)を検出する。 Back electromotive force detection circuit 230 detects back electromotive force V BEMF1 (V BEMF2 ) generated in coil L1 (L2) of stepping motor 102 .

回転数検出回路232は、ステッピングモータ102の回転数(ω)を取得し、回転数ωを示す検出信号を生成する。たとえば回転数検出回路232は、回転数ωの逆数に比例する周期T(=2π/ω)を測定し、周期Tを検出信号として出力してもよい。脱調が生じていない状況では、入力クロックCLKの周波数(周期)は、ステッピングモータ102の回転数(周期)と比例する。したがって回転数検出回路232は、入力クロックCLK、またはそれにもとづいて生成される内部信号の周期を測定し、検出信号としてもよい。 A rotation speed detection circuit 232 acquires the rotation speed (ω) of the stepping motor 102 and generates a detection signal indicating the rotation speed ω. For example, the rotational speed detection circuit 232 may measure a period T (=2π/ω) proportional to the reciprocal of the rotational speed ω and output the period T as a detection signal. When no step-out occurs, the frequency (cycle) of the input clock CLK is proportional to the number of revolutions (cycle) of the stepping motor 102 . Therefore, the rotation speed detection circuit 232 may measure the period of the input clock CLK or the internal signal generated based on it, and use it as a detection signal.

演算部290は、回転数ω(周期T)が安定したことを検出すると、そのときの回転数ωおよび逆起電力VBEMFにもとづいて、逆起電力定数Kを算出する。式(1)を変形すると、式(2)を得る。
=VBEMF・ω-1・(cosφ)-1
=VBEMF・T/2π・(cosφ)-1 …(2)
逆起電力定数Kの算出に必要な量VBEMFおよびTは、負荷角φが所定値となるような状況において測定するとよい。周期Tを用いることで、除算を乗算に置き換えることができ、回路を簡素化できる。
When the calculation unit 290 detects that the rotational speed ω (cycle T) has stabilized, it calculates the counter electromotive force constant KE based on the rotational speed ω and the counter electromotive force V BEMF at that time. By transforming the formula (1), the formula (2) is obtained.
K E =V BEMF ·ω −1 ·(cos φ) −1
=V BEMF ·T/2π·(cosφ) −1 (2)
The quantities V BEMF and T required to calculate the back electromotive force constant KE are preferably measured under conditions where the load angle φ is a predetermined value. By using the period T, division can be replaced with multiplication, and the circuit can be simplified.

好ましくは負荷角φ=0°、すなわちcosφ=1の状況において、逆起電力定数Kを算出するとよい。この場合、式(2)は式(3)に簡略化される。
=VBEMF・T/2π …(3)
Preferably, the back electromotive force constant KE is calculated under the condition of load angle φ=0°, that is, cos φ=1. In this case, equation (2) simplifies to equation (3).
K E =V BEMF ·T/2π (3)

負荷角φ=0°とするためには、ある程度大きなトルクでステッピングモータ102を駆動すればよい。そのために、定電流チョッパ回路250_1,250_2は、逆起電力定数Kを取得するための期間(パラメータ測定モードという)において、電流設定値IREFを、逆起電力定数Kの取得用の第1所定量(検出用設定値という)IMEASに設定するとよい。この値IMEASは、始動時に使用される第2所定量(フルトルク設定値という)IFULLより小さく定めればよい。たとえばIMEASは、IFULLの0.4~0.6倍とすることができ、IMEAS=0.5×IFULLとしてもよい。 In order to set the load angle φ=0°, the stepping motor 102 should be driven with a relatively large torque. For this reason, the constant current chopper circuits 250_1 and 250_2 change the current set value IREF to the second value for acquiring the back electromotive force constant KE during the period for acquiring the back electromotive force constant KE (referred to as a parameter measurement mode). One predetermined amount (called a set value for detection) should be set to I MEAS . This value I MEAS may be set smaller than the second predetermined amount (referred to as the full torque set value) I FULL used at the time of starting. For example, I MEAS can be 0.4-0.6 times I FULL , or I MEAS =0.5×I FULL .

演算部290が算出した逆起電圧定数Kは、高効率モードでステッピングモータ102を駆動するときのパラメータとして用いてもよい。また駆動回路200は、逆起電圧定数Kを、ホストコントローラ2やその他の回路に出力可能であってもよい。 The back electromotive voltage constant KE calculated by the calculation unit 290 may be used as a parameter when driving the stepping motor 102 in the high efficiency mode. Further, the drive circuit 200 may be capable of outputting the back electromotive voltage constant KE to the host controller 2 or other circuits.

以上が駆動回路200の構成である。続いて、その動作を説明する。図4は、図3の駆動回路200の動作波形図である。駆動回路200は、電源投入のたびに、逆起電力定数Kを測定してもよい。あるいはホストコントローラからの指示に応じて、逆起電力定数Kを測定するモードに移行してもよい。 The above is the configuration of the drive circuit 200 . Next, the operation will be explained. FIG. 4 is an operation waveform diagram of the driving circuit 200 of FIG. The drive circuit 200 may measure the back electromotive force constant KE each time the power is turned on. Alternatively, it may shift to a mode for measuring the back electromotive force constant KE according to an instruction from the host controller.

時刻tに、ホストコントローラ2から、入力クロックCLKが供給される。入力クロックCLKの周波数は、0から、ステッピングモータ102の目標回転数に応じた値に向かって増大していく(これを台形波駆動ともいう)。 An input clock CLK is supplied from the host controller 2 at time t0 . The frequency of the input clock CLK increases from 0 toward a value corresponding to the target rotation speed of the stepping motor 102 (this is also called trapezoidal wave driving).

ステッピングモータ102の始動直後において、フルトルクモードが選択され、電流値設定回路210は、電流設定値IREFをフルトルク設定値IFULLとする。これにより、ステッピングモータ102がフルトルクで駆動され、入力クロックCLKの周波数fの増加にともなって、ステッピングモータ102の回転数も増加していく。 Immediately after the stepping motor 102 is started, the full torque mode is selected, and the current setting circuit 210 sets the current setting value I REF to the full torque setting value I FULL . As a result, the stepping motor 102 is driven with full torque, and the number of rotations of the stepping motor 102 increases as the frequency f of the input clock CLK increases.

時刻t以降、入力クロックCLKの周波数fが一定となる。演算部290は、回転数検出回路232によって検出される周期T(回転数)が一定であるか否かを判定する。たとえば連続して測定される複数N個の周期Tの誤差が所定範囲に含まれるときに、周期Tが一定と判定し、キャプチャ信号CAPTUREをアサート(ハイ)する。時刻tに、周期Tが一定であると判定されると、電流値設定回路210は電流設定値IREFを、検出用設定値IMEASに切り替える。これによりcosφが1近傍に維持される。 After time t1 , the frequency f of the input clock CLK becomes constant. The calculation unit 290 determines whether or not the period T (rotational speed) detected by the rotational speed detection circuit 232 is constant. For example, when a plurality of N period T errors that are continuously measured are included in a predetermined range, the period T is determined to be constant, and the capture signal CAPTURE is asserted (high). At time t2 , when it is determined that the period T is constant, the current value setting circuit 210 switches the current setting value I_REF to the detection setting value I_MEAS . This keeps cos φ close to 1.

演算部290は、このときの周期T(回転数ω)と逆起電力VBEMFをキャプチャし、式(3)にもとづいて逆起電力定数Kを算出する。演算部290は、連続して測定される複数個の逆起電力VBEMFの平均値を用いて、逆起電力定数Kを算出してもよい。 The calculation unit 290 captures the period T (rotational speed ω) and the back electromotive force V BEMF at this time, and calculates the back electromotive force constant KE based on equation (3). The calculator 290 may calculate the back electromotive force constant KE using an average value of a plurality of continuously measured back electromotive forces V BEMF .

以上が駆動回路200の動作である。この駆動回路200によれば、逆起電力定数Kを高い精度で算出でき、予め測定する必要がなくなる。このことは、モータシステム100の設計者の負担の軽減を意味する。 The above is the operation of the drive circuit 200 . According to this drive circuit 200, the back electromotive force constant KE can be calculated with high accuracy, and the need for pre-measurement is eliminated. This means that the burden on the designer of motor system 100 is reduced.

また経年変化で逆起電力定数Kが変化した場合も、変化後の値を取得することができる。後述のように逆起電力定数Kを利用して、負荷角φを推定する駆動回路においては、この利点は特に重要である。 Also, even if the back electromotive force constant KE changes due to aging, the value after the change can be obtained. This advantage is particularly important in a drive circuit that estimates the load angle φ by using the back electromotive force constant KE as will be described later.

図5は、駆動回路200の構成例を示す回路図である。図5には、第1コイルL1に関連する部分のみが示される。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the drive circuit 200. As shown in FIG. Only the part related to the first coil L1 is shown in FIG.

ロジック回路270は、入力クロックCLKと同期して励磁位置を変化させる。ロジック回路270において、いくつかの中間信号が生成される。それらのうち、タイミング信号PHASE_A、PHASE_Bは、出力OUT1Aがハイインピーダンスとなる期間あるいはタイミング、出力OUT1Bがハイインピーダンスとなる期間あるいはタイミングを示す信号として利用できる。 The logic circuit 270 changes the excitation position in synchronization with the input clock CLK. In logic circuit 270 several intermediate signals are generated. Among them, the timing signals PHASE_A and PHASE_B can be used as signals indicating the period or timing when the output OUT1A becomes high impedance and the period or timing when the output OUT1B becomes high impedance.

逆起電力検出回路230は、タイミング信号PHASE_A,PHASE_Bに応答して、逆起電力VBEMF1を測定する。 Back electromotive force detection circuit 230 measures back electromotive force V BEMF1 in response to timing signals PHASE_A and PHASE_B.

回転数検出回路232は、カウンタ234を含む。カウンタ234は、タイミング信号PHASE_A、PHASE_Bの少なくとも一方の周期Tを測定する。タイミング信号PHASE_A,PHASE_Bの周期Tは、ステッピングモータ102の回転数に反比例する。 The rotation speed detection circuit 232 includes a counter 234 . Counter 234 measures the period T of at least one of timing signals PHASE_A and PHASE_B. The period T of the timing signals PHASE_A and PHASE_B is inversely proportional to the number of revolutions of the stepping motor 102 .

演算部290は、判定部291、メモリ293、平均回路295、演算器297を含む。判定部291は、回転数検出回路232による検出値Tを監視し、一定値に安定化したか否かを判定し、検出値Tの安定を検出すると、判定信号DETをアサートする。判定信号DETは、電流値設定回路210に供給される。電流値設定回路210は、この判定信号DETのアサートをトリガーとして、電流設定値IREFを、IFULLからIMEASに切り替える。また、安定化したときの検出値Tを、検出値Tsとして出力する。 The calculation section 290 includes a determination section 291 , a memory 293 , an average circuit 295 and a calculator 297 . The determination unit 291 monitors the detection value T detected by the rotational speed detection circuit 232, determines whether or not it has stabilized to a constant value, and asserts the determination signal DET when detecting the stabilization of the detection value T. The determination signal DET is supplied to the current value setting circuit 210 . The current value setting circuit 210 uses the assertion of the determination signal DET as a trigger to switch the current setting value I REF from I FULL to I MEAS . Further, the detected value T when stabilized is output as the detected value Ts.

判定信号DETのアサートをトリガーとして、所定回数分の逆起電力の検出信号VBEMF1がメモリ293に取り込まれる。メモリ293は、たとえば3回分の検出信号VBEMF1を保持してもよい。平均回路295は、メモリ293に格納される3個の検出信号VBEMF1の平均値VBEMF1(AVE)を算出する。演算器297は、検出信号VBEMF1の平均値VBEMF1(AVE)と判定部291において取得される周期Tsにもとづいて、逆起電力定数Kを算出する。
=A×VBEMF(AVE)・Ts …(3)
Aは適切にスケーリングするための定数である。
Triggered by the assertion of the determination signal DET, the back electromotive force detection signal V BEMF1 is taken into the memory 293 for a predetermined number of times. The memory 293 may hold the detection signal V BEMF1 for three times, for example. Averaging circuit 295 calculates an average value V BEMF1 (AVE) of three detection signals V BEMF1 stored in memory 293 . The arithmetic unit 297 calculates the back electromotive force constant KE based on the average value V BEMF1 (AVE) of the detection signal V BEMF1 and the period Ts obtained by the determination unit 291 .
KE =A×V BEMF(AVE) ·Ts (3)
A is a constant for proper scaling.

電流値設定回路210は、フィードバックコントローラ220、フィードフォワードコントローラ240、マルチプレクサ212を含む。フィードフォワードコントローラ240は、始動開始直後のフルトルクモード、あるいはパラメータ測定モードにおいて使用される固定的な電流設定値Ix(=IFULL or IMEAS)を出力する。フィードフォワードコントローラ240は、判定部291からの判定信号DETに応じて、出力Ixの値をIFULLからIMEASに切り替える。 Current value setting circuit 210 includes feedback controller 220 , feedforward controller 240 and multiplexer 212 . The feedforward controller 240 outputs a fixed current set value Ix (=I FULL or I MEAS ) that is used in the full torque mode immediately after starting or in the parameter measurement mode. The feedforward controller 240 switches the value of the output Ix from I FULL to I MEAS according to the determination signal DET from the determination section 291 .

フィードバックコントローラ220は、高効率モードにおいてアクティブとなり、逆起電力VBEMFにもとづいてフィードバック制御される電流設定値Iyを出力する。図5の駆動回路200において、逆起電力定数Kは、高効率モードにおける電流設定値IREFの生成に利用される。 The feedback controller 220 is active in high efficiency mode and outputs a current setpoint Iy that is feedback controlled based on the back electromotive force V BEMF . In the drive circuit 200 of FIG. 5, the back EMF constant KE is used to generate the current setpoint IREF in the high efficiency mode.

マルチプレクサ216は、駆動回路200の動作モードに応じて、2つの信号Ix,Iyの一方を選択し、電流設定値Irefとして出力する。 A multiplexer 216 selects one of the two signals Ix and Iy according to the operation mode of the drive circuit 200 and outputs it as the current set value Iref .

フィードバックコントローラ220は、負荷角推定部222、減算器224、PI制御器226を含む。 Feedback controller 220 includes load angle estimator 222 , subtractor 224 , and PI controller 226 .

負荷角推定部222は、逆起電力VBEMF1にもとづいて負荷角φを推定する。負荷角φは、第1コイルL1に流れる駆動電流で定まる電流ベクトル(つまり位置指令)と、ロータ(可動子)の位置の差に相当する。上述のように、逆起電力VBEMF1は、以下の式で与えられる。
BEMF1=K・ω・cosφ
は逆起電力定数、ωは回転数である。したがって、逆起電力VBEMFを測定することで、負荷角φと相関を有する検出値を生成することができる。たとえば、cosφを検出値としてもよく、この場合、検出値は式(4)で表される。
cosφ=VBEMF1・ω-1/K
=VBEMF1・(T/2π)・K -1 …(4)
A load angle estimator 222 estimates a load angle φ based on the back electromotive force V BEMF1 . The load angle φ corresponds to the difference between the current vector (that is, the position command) determined by the driving current flowing through the first coil L1 and the position of the rotor (moving element). As mentioned above, the back electromotive force V BEMF1 is given by the following equation.
V BEMF1 =K E ·ω·cosφ
KE is the back electromotive force constant and ω is the rotation speed. Therefore, by measuring the back electromotive force V BEMF , it is possible to generate a detected value having a correlation with the load angle φ. For example, cos φ may be used as the detected value, and in this case the detected value is represented by Equation (4).
cos φ=V BEMF1 ·ω −1 /K E
=V BEMF1 ·(T/2π)·K E −1 (4)

フィードバックコントローラ220は、推定された負荷角φが所定の目標角φREFに近づくように、電流設定値Iyを生成する。具体的には減算器224は、負荷角φにもとづく検出値cosφとその目標値cos(φREF)の誤差ERRを生成する。PI(比例・積分)制御器236は、誤差ERRがゼロとなるようにPI制御演算を行い、電流設定値Iyを生成する。PI制御器に代えて、P(比例)制御演算を行うP制御器、PID(比例・積分・微分)制御演算を行うPID制御器を用いてもよい。あるいはフィードバックコントローラ220の処理は、誤差増幅器を用いたアナログ回路でも実現可能である。 Feedback controller 220 generates current setpoint Iy such that estimated load angle φ approaches a predetermined target angle φ REF . Specifically, the subtractor 224 generates an error ERR between the detected value cos φ based on the load angle φ and its target value cos (φ REF ). A PI (proportional-integral) controller 236 performs a PI control operation so that the error ERR becomes zero, and generates a current set value Iy. Instead of the PI controller, a P controller that performs P (proportional) control calculation or a PID controller that performs PID (proportional, integral, differential) control calculation may be used. Alternatively, the processing of the feedback controller 220 can be implemented with an analog circuit using an error amplifier.

定電流チョッパ回路250_1は、D/Aコンバータ252、PWMコンパレータ254、オシレータ256、フリップフロップ258を含む。D/Aコンバータ252は、電流設定値IREFをアナログ電圧VREFに変換する。PWMコンパレータ254は、フィードバック信号INF1を基準電圧VREFと比較し、INF1>VREFとなると、オフ信号SOFFをアサート(ハイ)する。オシレータ256は、チョッピング周波数を規定する周期的なオン信号SONを生成する。フリップフロップ258は、オン信号SONに応じてオンレベル(たとえばハイ)に遷移し、オフ信号SOFFに応じてオフレベル(たとえばロー)に遷移するPWM信号SPWM1を出力する。 The constant current chopper circuit 250_1 includes a D/A converter 252, a PWM comparator 254, an oscillator 256 and a flip-flop 258. A D/A converter 252 converts the current setpoint I REF to an analog voltage V REF . The PWM comparator 254 compares the feedback signal I NF1 with the reference voltage V REF and asserts (high) the off signal S OFF when I NF1 >V REF . Oscillator 256 produces a periodic ON signal SON that defines the chopping frequency. The flip-flop 258 outputs a PWM signal S PWM1 that transitions to an on level (eg, high) in response to the on signal S ON and transitions to an off level (eg, low) in response to the off signal S OFF .

以上が図5の駆動回路200の構成である。経年変化にかかわらず、常に同じ値の逆起電力定数Kを用いると、負荷角φが誤って計算されるため、トルク不足による脱調が生じたり、反対に過トルクとなって消費電力が増加し、効率が低下する可能性がある。これに対して、図5の駆動回路200によれば、実測した逆起電力定数Kをパラメータとして利用して、高効率モードにおける電流設定値IREFを生成するため、脱調や効率低下を抑制できる。 The above is the configuration of the drive circuit 200 in FIG. If the same value of back electromotive force constant KE is used regardless of aging, the load angle φ will be calculated incorrectly, resulting in step-out due to insufficient torque or excessive torque, resulting in increased power consumption. may increase and reduce efficiency. On the other hand, according to the drive circuit 200 of FIG. 5, the actually measured back electromotive force constant KE is used as a parameter to generate the current set value IREF in the high efficiency mode. can be suppressed.

図6は、電流値設定回路210の別の構成例を示す図である。フィードバックコントローラ220は、高効率モードにおいてアクティブとなり、負荷角φが目標値φREFに近づくように値が調節される電流補正値ΔIを生成する。電流補正値ΔIは、フルトルクモードおよびパラメータ測定モードにおいてゼロである。 FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the current value setting circuit 210. As shown in FIG. Feedback controller 220 is active in high efficiency mode and produces a current correction value ΔI whose value is adjusted so that load angle φ approaches target value φ REF . The current correction value ΔI is zero in full torque mode and parameter measurement mode.

フィードフォワードコントローラ240は、高効率モードにおいて、所定の高効率設定値ILOWを出力する。IFULL>IMEAS>ILOWの関係が成り立っていてもよい。電流値設定回路210は、図5のマルチプレクサ212に代えて加算器214を含み、加算器214は、フィードフォワードコントローラ240が生成する高効率設定値ILOWに、電流補正値ΔIを加算する。これにより負荷角φが目標値φREFに近づくように、電流設定値IREF=ILOW+ΔIが調節される。 Feedforward controller 240 outputs a predetermined high efficiency setpoint I LOW in high efficiency mode. A relationship of I FULL >I MEAS >I LOW may be established. Current value setting circuit 210 includes an adder 214 in place of multiplexer 212 in FIG . As a result, the current set value I REF =I LOW +ΔI is adjusted so that the load angle φ approaches the target value φ REF .

最後に、駆動回路200の用途を説明する。駆動回路200は、さまざまな電子機器に利用される。図7(a)~(c)は、駆動回路200を備える電子機器の例を示す斜視図である。 Finally, the application of the drive circuit 200 will be explained. The drive circuit 200 is used in various electronic devices. 7A to 7C are perspective views showing examples of electronic equipment including the drive circuit 200. FIG.

図7(a)の電子機器は、光ディスク装置500である。光ディスク装置500は、光ディスク502と、ピックアップ504、を備える。ピックアップ504は、光ディスク502にデータを書き込み、読み出すために設けられる。ピックアップ504は、光ディスク502の記録面上を、光ディスクの半径方向に可動となっている(トラッキング)。また、ピックアップ504と光ディスクの距離も可変となっている(フォーカシング)。ピックアップ504は、図示しないステッピングモータにより位置決めされる。駆動回路200は、ステッピングモータを制御する。この構成によれば、脱調を防止しながら高効率で、ピックアップ504を高精度に位置決めできる。 The electronic device in FIG. 7A is an optical disk device 500 . The optical disc device 500 includes an optical disc 502 and a pickup 504 . A pickup 504 is provided for writing data to and reading data from the optical disc 502 . The pickup 504 is movable on the recording surface of the optical disc 502 in the radial direction of the optical disc (tracking). Also, the distance between the pickup 504 and the optical disk is variable (focusing). The pickup 504 is positioned by a stepping motor (not shown). A drive circuit 200 controls a stepping motor. According to this configuration, the pickup 504 can be positioned with high efficiency and high accuracy while preventing step-out.

図7(b)の電子機器は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話端末など、撮像機能付きデバイス600である。デバイス600は、撮像素子602、オートフォーカス用レンズ604を備える。ステッピングモータ102は、オートフォーカス用レンズ604の位置決めを行う。駆動回路200はステッピングモータ102を駆動するこの構成によれば、脱調を防止しながら高効率で、オートフォーカス用レンズ604を高精度に位置決めできる。オートフォーカス用レンズの他、手ぶれ補正用のレンズの駆動に駆動回路200を用いてもよい。あるいは駆動回路200は、絞り制御に用いてもよい。 The electronic equipment in FIG. 7B is a device 600 with an imaging function such as a digital still camera, a digital video camera, or a mobile phone terminal. A device 600 includes an imaging element 602 and an autofocus lens 604 . A stepping motor 102 positions the autofocus lens 604 . According to this configuration in which the drive circuit 200 drives the stepping motor 102, the autofocus lens 604 can be positioned with high efficiency and high accuracy while preventing stepping out. The drive circuit 200 may be used to drive a camera shake correction lens in addition to the autofocus lens. Alternatively, the drive circuit 200 may be used for aperture control.

図7(c)の電子機器は、プリンタ700である。プリンタ700は、ヘッド702、ガイドレール704を備える。ヘッド702は、ガイドレール704に沿って位置決め可能に支持されている。ステッピングモータ102は、ヘッド702の位置を制御する。駆動回路200は、ステッピングモータ102を制御する。この構成によれば、脱調を防止しながら高効率で、ヘッド702を高精度に位置決めできる。ヘッド駆動用のほか、用紙送り機構用のモータの駆動に、駆動回路200を用いてもよい。 The electronic device in FIG. 7C is a printer 700 . A printer 700 includes a head 702 and guide rails 704 . Head 702 is supported along guide rail 704 so as to be positioned. A stepping motor 102 controls the position of the head 702 . A drive circuit 200 controls a stepping motor 102 . According to this configuration, the head 702 can be positioned with high efficiency and high accuracy while preventing step-out. In addition to driving the head, the drive circuit 200 may be used to drive the motor for the paper feeding mechanism.

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. It should be understood by those skilled in the art that this embodiment is merely an example, and that various modifications can be made to the combination of each component and each treatment process, and that such modifications are within the scope of the present invention. be. Such modifications will be described below.

(変形例1)
ロジック回路270は、負荷角φが目標角φREFに近づくように、パルス変調信号S2のデューティ比を調節することに代えて、あるいはそれと組み合わせて、ブリッジ回路202に供給される電源電圧VDDを調節してもよい。電源電圧VDDを変化させることにより、ステッピングモータ102のコイルL1、L2に供給される電力を変化させることができる。
(Modification 1)
Instead of or in combination with adjusting the duty ratio of pulse modulated signal S2, logic circuit 270 adjusts power supply voltage V DD supplied to bridge circuit 202 so that load angle φ approaches target angle φ REF . may be adjusted. By changing the power supply voltage VDD , the power supplied to the coils L1 and L2 of the stepping motor 102 can be changed.

(変形例2)
実施の形態では、ブリッジ回路202がフルブリッジ回路(Hブリッジ)で構成される場合を説明したが、それには限定されず、ハーフブリッジ回路で構成されてもよい。またブリッジ回路202は、駆動回路200とは別チップであってもよいし、ディスクリート部品であってもよい。
(Modification 2)
Although the case where the bridge circuit 202 is composed of a full bridge circuit (H bridge) has been described in the embodiment, it is not limited thereto, and may be composed of a half bridge circuit. Also, the bridge circuit 202 may be a separate chip from the drive circuit 200, or may be a discrete component.

(変形例3)
高効率モードにおける電流設定値IREF(Iy)の生成方法は、実施の形態で説明したものに限定されない。たとえば逆起電力VBEMF1の目標値VBEMF(REF)を定めておき、逆起電力VBEMF1が目標値VBEMF(REF)に近づくように、フィードバックループを構成してもよい。
(Modification 3)
The method of generating the current set value I REF (Iy) in the high efficiency mode is not limited to that described in the embodiment. For example, a target value V BEMF (REF) of back electromotive force V BEMF1 may be determined, and a feedback loop may be configured so that back electromotive force V BEMF1 approaches target value V BEMF(REF) .

(変形例4)
図2では、励磁位置にかかわらず、2つのコイルの電流IOUT1,IOUT2が一定であるが、励磁位置に応じて、トルクが一定となるように電流IOUT1,IOUT2を修正してもよい。たとえば1-2相励磁では、励磁位置2,4,6,8における電流IOUT1,IOUT2の量を、励磁位置1,3,5,7における電流の量の√2倍としてもよい。
(Modification 4)
In FIG. 2 , the currents I OUT1 and I OUT2 of the two coils are constant regardless of the excitation position. good. For example, in 1-2 phase excitation, the amount of current I OUT1 , I OUT2 at excitation positions 2, 4, 6, 8 may be √2 times the amount of current at excitation positions 1, 3, 5, 7 .

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments merely show the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the scope of claims. Many modifications and arrangement changes are possible without departing from the spirit of the present invention.

L1 第1コイル
L2 第2コイル
2 ホストコントローラ
100 モータシステム
102 ステッピングモータ
200 駆動回路
202 ブリッジ回路
210 電流値設定回路
212 マルチプレクサ
214 加算器
NF 検出抵抗
220 フィードバックコントローラ
222 負荷角推定部
224 減算器
226 制御器
230 逆起電力検出回路
232 回転数検出回路
234 カウンタ
240 フィードフォワードコントローラ
250 定電流チョッパ回路
252 D/Aコンバータ
254 PWMコンパレータ
256 オシレータ
258 フリップフロップ
270 ロジック回路
280 インタフェース回路
288 D/Aコンバータ
290 演算部
291 判定部
293 メモリ
295 平均回路
297 演算器
L1 first coil L2 second coil 2 host controller 100 motor system 102 stepping motor 200 drive circuit 202 bridge circuit 210 current value setting circuit 212 multiplexer 214 adder R NF detection resistor 220 feedback controller 222 load angle estimator 224 subtractor 226 control device 230 back electromotive force detection circuit 232 rotation speed detection circuit 234 counter 240 feedforward controller 250 constant current chopper circuit 252 D/A converter 254 PWM comparator 256 oscillator 258 flip-flop 270 logic circuit 280 interface circuit 288 D/A converter 290 arithmetic unit 291 decision unit 293 memory 295 average circuit 297 calculator

Claims (12)

ステッピングモータの駆動回路であって、
前記ステッピングモータのコイルに生ずる逆起電力を検出する逆起電力検出回路と、
前記ステッピングモータの回転数を取得する回転数検出回路と、
前記回転数が安定したことを検出すると、そのときの回転数および前記逆起電力にもとづいて、逆起電力定数Kを算出する演算部と、
を備え、
前記逆起電力定数K は、前記駆動回路の電源投入のたびに算出されることを特徴とする駆動回路。
A drive circuit for a stepping motor,
a back electromotive force detection circuit for detecting a back electromotive force generated in the coil of the stepping motor;
a rotation speed detection circuit that acquires the rotation speed of the stepping motor;
a calculation unit for calculating a back electromotive force constant KE based on the rotation speed at that time and the counter electromotive force when it is detected that the rotation speed has stabilized;
with
A driving circuit according to claim 1, wherein said back electromotive force constant KE is calculated each time said driving circuit is powered on .
前記逆起電力定数 の算出のために前記逆起電力を取得する際に、前記ステッピングモータは、第1所定量の駆動電流で駆動されることを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。 2. The drive of claim 1, wherein the stepping motor is driven with a first predetermined amount of drive current when obtaining the back electromotive force for calculating the back electromotive force constant KE . circuit. 前記第1所定量は、前記ステッピングモータに始動時の駆動電流である第2所定量の0.4~0.6倍であることを特徴とする請求項2に記載の駆動回路。 3. The driving circuit according to claim 2, wherein the first predetermined amount is 0.4 to 0.6 times the second predetermined amount, which is a drive current for starting the stepping motor. 前記コイルに流れるコイル電流の目標値を示す電流設定値を生成する電流値設定回路と、
前記コイルに流れるコイル電流の検出値が前記電流設定値にもとづく目標量に近づくようにパルス変調されるパルス変調信号を生成する定電流チョッパ回路と、
前記パルス変調信号に応じて、前記コイルに接続されるブリッジ回路を制御するロジック回路と、
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駆動回路。
a current value setting circuit that generates a current setting value indicating a target value of the coil current flowing through the coil;
a constant current chopper circuit that generates a pulse-modulated signal that is pulse-modulated so that the detected value of the coil current flowing through the coil approaches a target amount based on the current setting value;
a logic circuit that controls a bridge circuit connected to the coil according to the pulse modulated signal;
4. The drive circuit according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記電流値設定回路は、前記ステッピングモータを高効率モードで駆動する際に、前記逆起電力および前記逆起電力定数Kにもとづいて、前記電流設定値をフィードバックにより生成することを特徴とする請求項4に記載の駆動回路。 The current value setting circuit generates the current setting value by feedback based on the counter electromotive force and the counter electromotive force constant KE when driving the stepping motor in a high efficiency mode. 5. A drive circuit according to claim 4. 前記電流値設定回路は、
前記逆起電力および前記逆起電力定数Kにもとづいて負荷角を推定する負荷角推定部と、
推定された前記負荷角が所定の目標角に近づくように、前記電流設定値を生成するフィードバック制御器と、
を含むことを特徴とする請求項5に記載の駆動回路。
The current value setting circuit
a load angle estimator for estimating a load angle based on the counter electromotive force and the counter electromotive force constant KE ;
a feedback controller that generates the current setpoint so that the estimated load angle approaches a predetermined target angle;
6. The drive circuit of claim 5, comprising:
前記定電流チョッパ回路は、
前記コイル電流の検出値を、前記電流設定値にもとづくしきい値と比較するコンパレータと、
所定の周波数で発振するオシレータと、
前記コンパレータの出力に応じてオフレベルに遷移し、前記オシレータの出力に応じてオンレベルに遷移する前記パルス変調信号を出力するフリップフロップと、
を含むことを特徴とする請求項4から6のいずれかに記載の駆動回路。
The constant current chopper circuit is
a comparator that compares the detected value of the coil current with a threshold based on the current set value;
an oscillator that oscillates at a predetermined frequency;
a flip-flop that outputs the pulse modulated signal that transitions to an off level according to the output of the comparator and transitions to an on level according to the output of the oscillator;
7. The drive circuit according to any one of claims 4 to 6, comprising:
ひとつの半導体基板に一体集積化されたことを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の駆動回路。 8. The drive circuit according to claim 1, wherein the drive circuit is monolithically integrated on one semiconductor substrate. ステッピングモータと、
前記ステッピングモータを駆動する請求項1から8のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
a stepping motor;
a driving circuit according to any one of claims 1 to 8 for driving the stepping motor;
An electronic device comprising:
ステッピングモータの制御方法であって、
前記ステッピングモータの回転数が安定した状態を検出するステップと、
前記回転数が安定した状態において、前記ステッピングモータのコイルに生ずる逆起電力を検出するステップと、
前記ステッピングモータを駆動する駆動回路の電源投入のたびに、安定した前記回転数および前記逆起電力にもとづいて、逆起電力定数Kを算出するステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。
A stepping motor control method comprising:
a step of detecting a state in which the rotation speed of the stepping motor is stable;
detecting a back electromotive force generated in the coil of the stepping motor in a state where the rotational speed is stable;
calculating a counter electromotive force constant KE based on the stable rotation speed and the counter electromotive force each time a driving circuit for driving the stepping motor is powered on;
A control method comprising:
前記ステッピングモータの通常駆動時において、前記逆起電力定数Kを用いて、前記ステッピングモータの負荷角を算出するステップをさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の制御方法。 11. The control method according to claim 10 , further comprising calculating a load angle of the stepping motor using the back electromotive force constant KE during normal driving of the stepping motor. 前記ステッピングモータの通常駆動時において、前記負荷角が所定の目標値に近づくように電流設定値を生成するステップと、
前記コイルに流れるコイル電流を、前記電流設定値に基づく目標量に安定化するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載の制御方法。
generating a current set value so that the load angle approaches a predetermined target value when the stepping motor is normally driven;
stabilizing the coil current flowing through the coil to a target amount based on the current set value;
12. The control method of claim 11 , further comprising:
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