JP7327951B2 - ステッピングモータの駆動回路およびその駆動方法、それを用いた電子機器 - Google Patents
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Description
VBEMF=KE×ω×cosφ …(1)
ωはステッピングモータの角速度(以下、回転数あるいは周波数という)であり、KEは逆起電力定数であり、モータに固有のパラメータである。
VBEMF=KE・ω・cosφ
KE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と回転数ω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(2)で表される。
cosφ=VBEMF・ω-1/KE
=VBEMF・(T/2π)・KE -1 …(2)
(1)角度情報INFOは、cosφを用いてもよい。この場合、式(2)の演算によって計算することができる。
φ=arccos(VBEMF・(T/2π)・KE -1) …(3)
ΔTi=TOFF(i-1)/N
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。
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(200B)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。
高効率モードにおける電流設定値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。
実施の形態では2つのコイルに流れる電流IOUT1,IOUT2は、励磁位置に応じてオン、オフされるが、その電流量は、励磁位置によらずに一定であった。この場合、1-2相励磁の場合にトルクが変動することとなる。この制御に変えて、励磁位置にかかわらず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。
実施の形態ではフィードバックコントローラ220をPI制御器で構成したがその限りでなく、PIDコントローラなどを採用してもよい。
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
RNF 検出抵抗
212 マルチプレクサ
214 加算器
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 PI制御器
230 逆起電力検出回路
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
Claims (11)
- ひとつの半導体基板に集積化された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、
前記逆起電力および前記回転数にもとづいて負荷角を算出する負荷角推定部と、
前記負荷角、前記負荷角の目標値および固定電流値にもとづいて電流設定値を生成する電流値設定回路と、
前記コイルに接続されたブリッジ回路であって、前記電流設定値は前記ブリッジ回路を制御するための制御信号の生成に利用されるものである、ブリッジ回路と、
(i)前記負荷角に関する角度情報を、前記駆動回路の外部の前記ステッピングモータの脱調が発生しているか否かを監視するホストコントローラに出力可能であり、または、(ii)前記負荷角に関する角度情報を、前記ステッピングモータを監視する別の外部回路からアクセス可能に構成されたインタフェース回路と、
を備えることを特徴とする駆動回路。 - 前記角度情報はデジタル信号であることを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。
- 前記インタフェース回路は、
前記角度情報をアナログ信号に変換するD/Aコンバータと、
前記アナログ信号を外部に出力するバッファ回路と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。 - 前記角度情報は、脱調までの余裕度であ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。
- 前記角度情報は、前記負荷角そのものであ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。
- 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5のいずれかに記載の駆動回路。 - 前記電流値設定回路は、前記負荷角がその目標値に近づくように、前記電流設定値を生成するフィードバック制御器を含むことを特徴とする請求項6に記載の駆動回路。
- 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6または7に記載の駆動回路。 - 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。 - ひとつの半導体基板に集積化された駆動回路によるステッピングモータの駆動方法であって、
電流設定値を生成するステップと、
前記ステッピングモータの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ステップと、
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ステップと、
前記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の回転数を取得するステップと、
前記逆起電力および前記回転数にもとづいて負荷角を算出するステップと、
前記負荷角に関する角度情報を前記ステッピングモータの脱調を監視するホストコントローラに供給する、または外部回路が前記角度情報にアクセスするステップと、
を備え、
前記電流設定値を生成するステップは、前記負荷角、前記負荷角の目標値および固定電流値にもとづいて前記電流設定値を生成することを特徴とする駆動方法。 - 前記固定電流値は、高トルクモードと高効率モードそれぞれに対応する二値が規定されることを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。
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