JPH04271294A - モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ駆動回路に関し
、特に、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ）速度制御を行う際の電源変動を防止したり
、電流リミッタにおける出力トランジスタを非飽和でな
くスイッチングすることによって速度制御を行う際の電
源電圧の変動を防止するのに好適なモータ駆動回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＯＡ機器等に使用されるモータ駆動回路
、例えばＰＷＭ速度制御を行う回路について、図２を用
いて説明する。

【０００３】図２において、（１）（２）（３）は速度
制御回路であり、これら速度制御回路（１）（２）（３
）の内部回路は同一である為、速度制御回路（１）の内
部回路について以下に説明する。（４）（５）は各々第
１及び第２の出力トランジスタであり、これらの出力ト
ランジスタ（４）（５）のコレクタ・エミッタ路は、電
源電圧ＶＭ（第１電源）が印加される電源端子（６）と
アース（第２電源）との間に直列接続されている。（１
３）は電源電圧ＶＭが印加される電源ラインである。こ
こで、トランジスタ（７）のエミッタ・コレクタは各々
出力トランジスタ（４）のコレクタ・ベースに接続され
、且つ該トランジスタ（７）のベースは入力端子（８）
と接続されている為、入力信号Ｓ１が入力端子（８）に
印加されることによって、出力トランジスタ（４）及び
トランジスタ（７）は動作する。また、出力トランジス
タ（４）のベース・エミッタ間に接続された分流抵抗（
９）は、トランジスタ（７）のコレクタ出力を分流する
ものであり、トランジスタ（７）のエミッタ・コレクタ
間のリーク電流によって出力トランジスタ（４）が誤動
作するのを防止している。一方、出力トランジスタ（５
）とダーリントン接続されたトランジスタ（１０）のエ
ミッタは後述の分流抵抗（１１）を介してアースされ、
且つトランジスタ（１０）のベースは入力端子（１２）
と接続されている為、入力信号Ｓ２が入力端子（１２）
に印加されることによって、出力トランジスタ（５）及
びトランジスタ（１０）は動作する。また、出力トラン
ジスタ（５）のベース・エミッタ間に接続された分流抵
抗（１１）は、分流抵抗（９）と同様に、トランジスタ
（１０）のコレクタ・エミッタ間のリーク電流によって
出力トランジスタ（５）が誤動作するのを防止している
。（１４）は制御トランジスタであり、該制御トランジ
スタ（１４）のコレクタ・エミッタ路が入力端子（１２
）とアースとの間に接続され、且つ該制御トランジスタ
（１４）のベースがベース抵抗（１５）を介して制御端
子（１６）と接続されており、デューティ比を可変でき
る制御信号ＰＷＭが制御端子（１６）に印加されること
によって、制御トランジスタ（１４）は動作する。

【０００４】（１７）（１８）（１９）は、モータ内部
の３相の駆動コイルであり、これら駆動コイル（１７）
（１８）（１９）は各々、速度制御回路（１）（２）（
３）内部における出力トランジスタ（４）（５）の接続
点と接続されている。

【０００５】尚、速度制御回路（１）（２）（３）はＩ
Ｃ化されるものであり、速度制御回路（１）（２）（３
）内部の同一素子には同一符号を付してある。

【０００６】図２において、モータを一方向に回転させ
るには、駆動コイル（１７）（１８）（１９）に駆動電
流をａ，ｂ，ｃの矢印方向の順で繰り返し流さなければ
ならない。ここで、駆動電流をａ，ｂ，ｃの各矢印方向
に流す各々の場合において、各速度制御回路（１）（２
）（３）間の動作は一定関係を有している。そこで一例
として、駆動コイル（１８）（１７）にａ方向の駆動電
流を流す場合の動作について、以下に説明する。

【０００７】この場合、駆動コイル（１８）（１７）に
ａ方向にのみ駆動電流を流す為、速度制御回路（１）に
印加される入力信号Ｓ１Ｓ２をハイレベル（以下「Ｈ」
と称する）に設定し、速度制御回路（２）に印加される
入力信号Ｓ１Ｓ２をローレベル（以下「Ｌ」と称する）
に設定し、更に速度制御回路（３）に印加される入力信
号Ｓ１Ｓ２を各々「Ｈ」「Ｌ」に設定する。こうするこ
とによって、速度制御回路（１）内部の出力トランジス
タ（５）及び速度制御回路（２）内部の出力トランジス
タ（４）のみがオンすることになり、駆動コイル（１８
）（１７）にａ方向の駆動電流が流れることになる。こ
こで、速度制御回路（１）内部において、仮に制御トラ
ンジスタ（１４）が常時オフ状態であると、出力トラン
ジスタ（５）が飽和状態の為、駆動コイル（１８）（１
７）にａ方向の駆動電流が常時流れてしまい、言い換え
ればモータを最高速回転させることになってしまい、モ
ータを最高速回転より低い回転数で定速回転させること
ができない。そこで、制御信号ＰＷＭで制御トランジス
タ（１４）をオンオフすることによって、出力トランジ
スタ（４）のオフ時における出力トランジスタ（５）の
オン可能期間Ａ（ａ方向に駆動電流を流すための最長時
間）を断続的にオンオフ制御し、駆動コイル（１８）（
１７）にａ方向の駆動電流を断続的に流すことによって
、モータが最高速回転より低い回転数で定速回転できる
様にしている。因みに、制御信号ＰＷＭの「Ｌ」期間が
長くなる様にデューティ比を可変すると、オン可能期間
Ａにおいて出力トランジスタ（５）のオン期間が長くな
ってａ方向の駆動電流が長く流れ、これよりモータの回
転数は高くなる。一方、制御信号ＰＷＭの「Ｈ」期間が
長くなる様にデューティ比を可変すると、オン可能期間
Ａにおいて出力トランジスタ（５）のオン期間が短くな
ってａ方向の駆動電流が短い期間しか流れなくなり、こ
れよりモータの回転数は低くなる。即ち、制御信号ＰＷ
Ｍのデューティ比を変えてモータの回転数を制御するこ
とが、ＰＷＭ速度制御なのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ａ，ｂ
，ｃ何れの駆動電流を駆動コイル（１７）（１８）（１
９）に供給する場合でも、速度制御回路（１）（２）（
３）内部における出力トランジスタ（５）が、制御信号
ＰＷＭに基づく制御トランジスタ（１４）のオンオフに
よって急峻にオンオフする為、速度制御回路（１）（２
）（３）内部の出力トランジスタ（４）も急峻にオンオ
フすることになる。ここで、モータを駆動するための電
源電圧ＶＭが印加される配線にはインダクタンス成分が
含まれており、この為、出力トランジスタ（４）（５）
が急峻にオンオフすると、これを受けて配線には逆起電
力が生じ、この結果、電源電圧ＶＭは変動してしまうこ
とになる。特にモータを駆動するための電源電圧ＶＭは
３０〜４０ボルトと高い為、電源電圧ＶＭの変動分は無
視することができない。そこで、問題点として、図２に
示す構成がＩＣ化される為、電源電圧ＶＭの変動分を考
慮してＩＣを高耐圧としなければならなかった。更に、
電源電圧ＶＭの変動によって、ＩＣが誤動作してしまう
問題点があった。

【０００９】また、ＩＣを高耐圧としないで済ませる為
には、電源ＶＭとアースとの間に大容量のコンデンサ（
数μＦ）を外付けすればよいが、コスト高となる問題が
ある。更に、最近では、モータの実装上の点から、モー
タと該モータを駆動するためのプリント基板を樹脂封止
したものが多く、電源電圧の変動防止用のコンデンサを
外付けしにくくなっているのが現状である。

【００１０】そこで、本発明は、外付けコンデンサを設
けることなく電源電圧の変動を防止でき、高耐圧とする
ことが不要なモータ駆動回路を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決する為に成されたものであり、その特徴とするとこ
ろは、第１電源と第２電源との間に直列接続された第１
及び第２の出力トランジスタと、前記第１の出力トラン
ジスタのオフ時における前記第２の出力トランジスタの
オン期間を断続的にオンオフ制御する制御トランジスタ
とを有する速度制御回路を、モータ内部の多相の各駆動
コイル毎に設け、前記各速度制御回路における前記第１
及び第２の出力トランジスタの接続点を前記各駆動コイ
ルと接続することによって、前記モータを駆動するモー
タ駆動回路において、入力側及び出力側の電流比が１：
Ｎ（Ｎ＞１）に設定された電流ミラー回路と、前記制御
トランジスタの出力電流に基づいて、前記電流ミラー回
路の出力側の定電流の供給又は停止を行う供給停止回路
と、前記電流ミラー回路の出力側の定電流が供給又は停
止された時、該定電流に応じた充放電を行うコンデンサ
と、を前記各速度制御回路に備え、前記コンデンサの充
放電に基づいて、前記第２の出力トランジスタのスイッ
チングタイムを遅延させる点である。

【００１２】

【作用】本発明によれば、駆動コイルを駆動するのに使
用される第２の出力トランジスタのスイッチングタイム
を遅延させた為、電源電圧の変動が防止される。

【００１３】

【実施例】本発明の詳細を図面に従って具体的に説明す
る。

【００１４】図１は本発明のモータ駆動回路の一実施例
（ＰＷＭ制御）を示す回路図であり、ＩＣ化されるもの
とする。尚、図１は、駆動コイル（１７）（１８）（１
９）を駆動するものであって、各駆動コイル（１７）（
１８）（１９）毎に設けられるものであるが、図１の動
作はａ，ｂ，ｃの何れの駆動電流を供給する場合でも同
様であるので、例えばａ方向の駆動電流を供給する場合
について説明する。また、図１において図２と同一素子
には同一符号を付すものとする。

【００１５】図１において、出力トランジスタ（４）（
５）の出力接続点は、３相の各駆動コイル（図示せず）
と接続されている。（２０）は、ＩＣを駆動するための
電源電圧ＶＣＣ（５ボルト）が印加される電源端子であ
る。トランジスタ（２１）はエミッタが抵抗（２２）を
介して電源端子（２０）と接続されている。トランジス
タ（２３）は、エミッタがトランジスタ（２１）のベー
スと接続され、ベースがトランジスタ（２１）のコレク
タと接続されており、このトランジスタ（２３）のベー
スが定電流源（２４）によってアースに引っ張られるこ
とによってトランジスタ（２１）（２３）は動作する。 トランジスタ（２５）（２６）（２７）（２８）（２９
）は、各ベースがトランジスタ（２１）のベースと共通
接続されており、即ちトランジスタ（２１）（２３）（
２５）（２６）（２７）（２８）（２９）及び定電流源
（２４）は電流ミラー回路を構成している。

【００１６】トランジスタ（３０）（３１）はベース同
士が接続されている。トランジスタ（３０）はダイオー
ド接続されており、そのコレクタはトランジスタ（２７
）のコレクタと接続され、そのエミッタはアースされて
いる。トランジスタ（３１）のコレクタは後述のダイオ
ード接続されたトランジスタ（３２）を介してトランジ
スタ（２８）のコレクタと接続され、エミッタはアース
されている。尚、トランジスタ（２７）（２８）（３０
）（３１）は電流ミラー回路を構成しており、トランジ
スタ（３０）（３１）のサイズ比は同一であるものとし
、トランジスタ（３０）（３１）のコレクタに供給され
る電流即ちトランジスタ（２７）（２８）のコレクタか
ら出力される電流は１：Ｎ（Ｎ＞１）に設定されるもの
とする。つまり、トランジスタ（２７）（２８）のサイ
ズ比は１：Ｎに設定されている。以下、トランジスタ（
２７）のコレクタ電流をＩ１、トランジスタ（２８）の
コレクタ電流をＩ２とする（Ｉ１：Ｉ２＝１：Ｎ）。こ
こで、ショットキーバリアダイオード（３３）がトラン
ジスタ（３１）のベース・コレクタ間に接続されている
が、これは、トランジスタ（３１）が飽和状態で動作す
るのを防止するため、即ちトランジスタ（３１）がオン
状態からオフ状態となるまでの動作を速くするためであ
る。

【００１７】（３４）は、制御信号ＰＷＭが印加されて
動作する制御トランジスタである。トランジスタ（３５
）（３６）（３７）は、ダイオード接続されると共に直
列接続されており、トランジスタ（３５）のコレクタは
前述のトランジスタ（２８）のコレクタと接続され、ト
ランジスタ（３７）のエミッタはアースされている。ま
た、トランジスタ（３８）は、ベースが制御トランジス
タ（３４）のコレクタと接続され、コレクタがトランジ
スタ（２８）のコレクタと接続され、エミッタがアース
されている。例えば、制御信号ＰＷＭが「Ｈ」の時、制
御トランジスタ（３４）がオンする為、トランジスタ（
３８）がオフし、トランジスタ（２８）のコレクタ電流
はトランジスタ（３２）（３５）に供給されることにな
り、即ちトランジスタ（３２）のエミッタ電位が１．４
ボルト（トランジスタのベース・エミッタ電位を０．７
ボルトとする）となる様に動作することになる。反対に
、制御信号ＰＷＭが「Ｌ」の時、制御トランジスタ（３
４）がオフする為、トランジスタ（３８）がオンし、ト
ランジスタ（２８）のコレクタ電流は、トランジスタ（
３２）（３５）に供給されることなく全てトランジスタ
（３８）に供給されることになる。つまり、トランジス
タ（３２）（３５）はオフするのである。尚、これらの
トランジスタ（３２）（３５）（３６）（３７）（３８
）によって供給停止回路が構成される。

【００１８】トランジスタ（３９）は、ベースがトラン
ジスタ（３１）のコレクタと接続され、エミッタがトラ
ンジスタ（２９）のコレクタと接続され、コレクタがア
ースされており、トランジスタ（３１）のコレクタ電位
に応じて動作する。トランジスタ（４０）（４１）はダ
ーリントン接続されており、トランジスタ（３９）のエ
ミッタ電位に応じて動作する。トランジスタ（４２）は
、ベースが抵抗（４３）を介した基準電圧Ｖｒｅｆ及び
トランジスタ（４１）のコレクタと接続され、エミッタ
が入力端子（１２）と接続され、コレクタがアースされ
、トランジスタ（４１）のコレクタ電位に応じて動作す
る。

【００１９】コンデンサ（４４）は、トランジスタ（３
１）のコレクタとトランジスタ（４１）のコレクタとの
間に接続された数ｐＦ〜数十ｐＦのものであり、制御信
号ＰＷＭに応じた充放電動作を行うものである。

【００２０】以下に、図１の動作を説明する。まず、駆
動コイル（１８）（１７）にａ方向の駆動電流を供給す
るには、駆動コイル（１７）に接続された図１の構成の
出力トランジスタ（５）をオンし、且つ、駆動コイル（
１８）に接続された図１の構成の出力トランジスタ（４
）をオンしなければならない。即ち、駆動コイル（１７
）に接続された図１の構成で使用される入力信号Ｓ１Ｓ
２を「Ｈ」とし、駆動コイル（１８）に接続された図１
の構成で使用される入力信号Ｓ１Ｓ２を「Ｌ」とし、更
に駆動コイル（１９）に接続された図１の構成で使用さ
れる入力信号Ｓ１Ｓ２を各々「Ｈ」「Ｌ」と設定しなけ
ればならない。こうすることによって、ａ方向の駆動電
流が駆動コイル（１８）（１７）に供給されることにな
る。ここで、速度制御を行う為、出力トランジスタ（５
）を常にオンさせている訳ではなく、ａ方向の駆動電流
を供給可能な期間内において制御信号ＰＷＭの「Ｈ」「
Ｌ」のデューティ比に応じて出力トランジスタ（５）を
断続的にオンオフすることにより、ａ方向に流れる駆動
電流量を制御し、所望の速度でモータを回転させるよう
にしている。

【００２１】以下に、本実施例のＰＷＭ速度制御動作に
ついて説明する。ａ方向に駆動電流を供給している時は
、制御信号ＰＷＭは「Ｌ」となっている。即ち、トラン
ジスタ（３８）がオン、トランジスタ（３２）がオフ、
トランジスタ（３９）が電流ミラー回路を構成するトラ
ンジスタ（３１）のオンに伴ってオン、ダーリントン接
続されたトランジスタ（４０）（４１）及びトランジス
タ（４２）がオフし、これに伴ってトランジスタ（１０
）及び出力トランジスタ（５）がオンし、これよりａ方
向の駆動電流が供給されることになる。この時、コンデ
ンサ（４４）の一端（トランジスタ（３１）のコレクタ
側）は０．４ボルト（ショットキーバリアダイオード（
３３）の両端の電位を０．３ボルトとする）となり、他
端（トランジスタ（４１）のコレクタ側）は電圧Ｖｒｅ
ｆとなっている。

【００２２】この状態において、ａ方向の駆動電流の供
給可能な期間内で所定期間だけ駆動電流の供給を停止す
る為に、制御信号ＰＷＭが所定期間だけ「Ｌ」から「Ｈ
」になったとすると、制御トランジスタ（３４）は、「
Ｈ」の制御信号ＰＷＭを受けてオンする。すると、トラ
ンジスタ（３８）はベース電位が略アース電位まで下降
してオフし、トランジスタ（２８）のコレクタ電流はト
ランジスタ（３２）（３５）のコレクタに供給され、ト
ランジスタ（３２）（３５）はオンする。ここで、トラ
ンジスタ（２７）のコレクタ電流Ｉ１とトランジスタ（
２８）のコレクタ電流Ｉ２は１：Ｎの比で各々流れてい
るが、トランジスタ（３０）（３１）のサイズ比が同一
の為、トランジスタ（３１）にはトランジスタ（３０）
と同一のコレクタ電流しか流れない。即ち、トランジス
タ（３１）のコレクタには流すことのできないＩ２−Ｉ
１の差電流が生じてしまうことになる。トランジスタ（
３０）（３１）のコレクタ電流の供給が定電流源（２４
）に基づいて定まることを考慮すると、この差電流も定
電流となり、コンデンサ（４４）にはｄ方向の定電流Ｉ
２−Ｉ１が流れることになる。そして、０．４ボルトだ
ったコンデンサ（４４）の一端の電位は徐々に１．４ボ
ルトまで上昇し、これに伴ってトランジスタ（３９）が
徐々にオフすると共にトランジスタ（４０）（４１）が
徐々にオンし、Ｖｒｅｆだったコンデンサ（４４）の他
端の電位は略アース電位まで徐々に下降する。従って、
トランジスタ（４２）が徐々にオンし、出力トランジス
タ（５）は徐々にオフすることになる。よって、制御信
号ＰＷＭが「Ｌ」から「Ｈ」に急峻に立ち上がっても、
出力トランジスタ（５）のオンからオフへのスイッチン
グタイム（オフタイム）には１０〜２０μｓｅｃ程度の
時間を要し（従来は１μｓｅｃ以下）、即ち出力トラン
ジスタ（５）が急峻にオフしない為、電源電圧ＶＭが印
加される配線のインダクタンス成分による逆起電力の発
生を防止できることになる。

【００２３】次にこの状態において、ａ方向の駆動電流
の供給可能な期間内で所定期間だけ駆動電流を供給する
為に、制御信号ＰＷＭが所定期間だけ「Ｈ」から「Ｌ」
になったとすると、制御トランジスタ（３４）は、「Ｌ
」の制御信号ＰＷＭを受けてオフする。すると、トラン
ジスタ（３８）はベース電位が略電源電圧ＶＣＣまで上
昇してオンし、トランジスタ（２８）のコレクタ電流は
トランジスタ（３２）（３５）のコレクタに供給される
ことなく全てトランジスタ（３８）のコレクタに供給さ
れ、トランジスタ（３２）（３５）はオフする。トラン
ジスタ（３１）へのトランジスタ（２８）のコレクタ電
流の供給が停止された為、コンデンサ（４４）にはｅ方
向の電流が流れ、トランジスタ（３１）のコレクタに電
流が供給される。即ち、コンデンサ（４４）にはトラン
ジスタ（３０）と同一の定電流Ｉ１が流れる。そして、
１．４ボルト程度であったコンデンサ（４４）の一端の
電位は徐々に０．４ボルトまで下降し、これに伴ってト
ランジスタ（３９）が徐々にオンすると共にトランジス
タ（４０）（４１）が徐々にオフし、略アース電位だっ
たコンデンサ（４４）の他端の電位はＶｒｅｆまで徐々
に上昇する。従って、トランジスタ（４２）が徐々にオ
フし、出力トランジスタ（５）は徐々にオンすることに
なる。よって、制御信号ＰＷＭが「Ｈ」から「Ｌ」に急
峻に立ち下がっても、制御信号ＰＷＭが「Ｌ」から「Ｈ
」に急峻に立ち上がる場合と同様に、出力トランジスタ
（５）のオフからオンへのスイッチングタイム（オンタ
イム）は１０〜２０μｓｅｃ程度の時間を要し、即ち出
力トランジスタ（５）が急峻にオンしない為、電源電圧
ＶＭが印加される配線のインダクタンス成分による逆起
電力の発生を防止できることになる。

【００２４】また、出力トランジスタ（５）のオンタイ
ム、オフタイムは、コンデンサ（４４）の容量とコンデ
ンサ（４４）に流れる定電流Ｉ１、Ｉ２−Ｉ１により任
意に決定することができる。

【００２５】以上より、モータの回転速度のＰＷＭ制御
を行う為に、制御信号ＰＷＭが急峻に立ち上がっても或
は立ち下がっても、出力トランジスタ（５）のオンタイ
ム及びオフタイムを両方とも遅延させることができる（
出力トランジスタ（５）の急峻な立ち上がり及び立ち下
がりを防止できる）。よって、電源電圧ＶＭ，ＶＣＣの
変動を防止できる。つまり、ＩＣ化される図１の構成を
高耐圧とすることが不要となり、更に外付けの電源電圧
変動防止用のコンデンサも不要となる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、モータの回転速度のＰ
ＷＭ制御を行う為に、制御トランジスタが制御信号に応
じて急峻にオンオフしても、出力トランジスタのスイッ
チングタイムを遅延させることができる。よって、電源
電圧が印加される配線のインダクタンス成分に基づく電
源電圧の変動を防止でき、これより、外付けの電源電圧
変動防止用のコンデンサが不要となる。また本発明に使
用されるコンデンサは数ｐＦ〜数十ｐＦでよい為、ＩＣ
化に適し、例え本発明をＩＣ化しても高耐圧とすること
が不要となり、更に電源電圧の変動による誤動作も防止
できる等の利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモータ駆動回路を示す回路図である。

【図２】従来のモータ駆動回路を示す回路図である。

【符号の説明】

（４）（５）　　出力トランジスタ （２７）（２８）（３０）（３１）（３２）（３５）（
３６）（３７）（３８）　　トランジスタ（３４）　　
制御トランジスタ （４４）　　コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１電源と第２電源との間に直列接続
   された第１及び第２の出力トランジスタと、前記第１の
   出力トランジスタのオフ時における前記第２の出力トラ
   ンジスタのオン期間を断続的にオンオフ制御する制御ト
   ランジスタとを有する速度制御回路を、モータ内部の多
   相の各駆動コイル毎に設け、前記各速度制御回路におけ
   る前記第１及び第２の出力トランジスタの接続点を前記
   各駆動コイルと接続することによって、前記モータを駆
   動するモータ駆動回路において、入力側及び出力側の電
   流比が１：Ｎ（Ｎ＞１）に設定された電流ミラー回路と
   、前記制御トランジスタの出力電流に基づいて、前記電
   流ミラー回路の出力側の定電流の供給又は停止を行う供
   給停止回路と、前記電流ミラー回路の出力側の定電流が
   供給又は停止された時、該定電流に応じた充放電を行う
   コンデンサと、を前記各速度制御回路に備え、前記コン
   デンサの充放電に基づいて、前記第２の出力トランジス
   タのスイッチングタイムを遅延させることを特徴とする
   モータ駆動回路。
2. 【請求項２】　　前記コンデンサは、前記電流ミラー回
   路の入力側及び出力側の差の定電流に応じた充放電を行
   うことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。