JPH0650952B2 - 制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、いわゆるイネーブル回路として使用する場合
に好適な制御回路に関し、特にモータの制御装置に適用
して有効な回路技術に関する。

［背景技術］ 小型モータを用いた機器はいろいろなところに使用され
ている。その回路例としては、例えばモータドライブエ
レクトロニクス（昭和５６年２月２０日第１版第１刷発
行、発行所株式会社オーム社 Ｐ５０〜Ｐ５３）等に示
されている。モータ制御装置を含む各種電子機器におい
ては、大電流の遮断や通電を行うメインスイッチを削除
し、小信号で電子機器を動作または非動作状態に切り換
えるためのいわゆるイネーブル回路を設けるようになっ
てきた。

上記イネーブル回路は、常に動作可能な状態にしておか
ねばならないので、常時通電されるようになっている
が、その消費電力は少ないほどよい。また、イネーブル
回路に制御信号が供給されていない状態、換言すればオ
ープン状態において、または電源電圧が変動した場合に
電子機器を動作状態にしてしまう等の誤動作は好ましく
ない。

一方、モータの制御装置においては、ロータの回転位置
をホール素子によって検出し、相切換え信号を得て、モ
ータコイルへの通電順序を順次切り換えるようにしたも
のがある。この場合、ホール素子には電源が供給され続
けるため、それによる消費電力も無視できず、イネーブ
ル回路によるモータ駆動と同時に上記ホール素子に通電
するようにすれば、ホール素子への給電による無駄な消
費電力も低減させることができる。

本発明者らは、上記の技術的観点からイネーブル回路と
して使用し得る制御回路につき種々の技術的検討を重
ね、本発明をなすに至った。

［発明の目的］ 本発明の目的は、低消費電力である上に、電源変動等に
よる誤動作の少ないモータ等の制御回路を提供すること
にある。

本発明の上記ならびにそのほかの目的と新規な特徴につ
いては、本明細書の記述および添附図面から明らかにな
るであろう。

［発明の概要］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、制御信号として供給されるイネーブル信号に
よって第１のトランジスタをオン、オフ駆動し、この第
１のトランジスタとは逆にオン、オフ動作するとともに
電源電圧が所定レベル以上のときに確実にオン状態を保
持する第２のトランジスタと、この第２のトランジスタ
がオン状態の間は電流経路を遮断状態にするスイッチ手
段を設けることにより、イネーブル回路として使用可能
な低消費電力、かつ誤動作の少ない制御回路を得るとい
う本発明の目的を達成するものである。

以下に本発明の実施例を説明するが、説明の便宜のため
本発明を適用した制御回路をイネーブル回路として使用
するモータ制御装置について先ず説明し、次いで制御回
路の一例を説明するものとする。

［実施例］ 先ず、第１図を参照して本発明を適用したモータ制御装
置について説明する。なお、第１図は半導体集積回路
（以下において、ＩＣという）にて構成されたモータ制
御装置の回路図であり、丸付き数字で示されているの
は、外部接続端子である。

本実施例の特徴は、イネーブル回路２と連動するスイッ
チ回路１を設け、モータの駆動時以外は回転位置検出素
子に流れる電流を阻止するとともに、モータ駆動時には
上記電流を利用してインテグレーテッド・インジェクシ
ョン・ロジック回路（以下、ＩＩＬ回路と称する）にて
構成されたディスクリミネータ回路６にインジェクショ
ン電流を供給することにある。

第１図に示すように、Ｖｃｃ電源は抵抗Ｒ₁を介して直
列接続された３個の回転位置検出素子としてのホール素
子Ｐ₁，Ｐ₂，₃に供給されている。

そして、ホール素子Ｐ₃の接地側端子から延長されたラ
インｌ₁が１４番端子を介してスイッチ回路１に接続さ
れており、このスイッチ回路１がイネーブル回路２によ
って開閉される。

以下、回路動作を順次説明する。

上記ホール素子Ｐ₁〜Ｐ₃は、モータの一部を構成するロ
ータ（図示省略）の回転位置を磁気的に検出してモータ
コイルＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃への通電順序を決定するために設
けられている。

Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃は、いわゆるホールアンプと呼ばれる増
幅回路であり、位置検出信号Ｕ，Ｖ，Ｗを増幅し、その
出力信号はマトリクス回路１１に供給される。マトリク
ス回路１１は、上記出力信号のレベル変化を検出して、
ハイレベル、ミドルレベル、ローレベルの３値にレベル
変換する相切換え信号を得る。

振幅制御回路１２は、後述する制御部１００から供給さ
れる制御信号Ｖｏによって上記相切換え信号の電圧レベ
ルを制御し、モータコイルＬ₁〜Ｌ₃へ流す電流量を制御
して、モータの回転速度調整を行う。

出力回路Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃は、プッシュプルアンプの形態
に構成され、上記振幅制御回路１２の出力信号がハイレ
ベルのときに電源側トランジスタ（図示省略）がオン状
態に動作して、モータコイルＬ₁〜Ｌ₃への通電を行い、
ローレベルのときに接地側トランジスタ（図示省略）が
オン状態に動作して、電流の吸い込みを行う。また、上
記出力信号がミドルレベルのとき電源側トランジスタと
接地側トランジスタのいずれもオフとなり、上記通電お
よび電流吸込みを停止する。

そして、相切換え信号によって上記出力回路Ｂ₁〜Ｂ₃が
制御されて通電、電流吸込み、停止の動作を繰り返し、
モータコイルＬ₁〜Ｌ₃に順次駆動電流が流れ、モータの
回転駆動が行われる。

次に制御部１００の動作について説明する。

７番端子には、ハイレベルまたはローレベルに変化する
イネーブル信号Ｖ_Ｅが供給される。このイネーブル信号
Ｖ_Ｅがハイレベルのときイネーブル回路２の出力レベル
はローレベルになり、アンド回路３の出力Ｖｏをローレ
ベルに固定してモータの駆動を停止させるとともに、上
記スイッチ回路１を開状態（非導通状態）となし、ホー
ル素子Ｐ₁〜Ｐ₃への電流経路を遮断する。

すなわち、スイッチ回路１を設けたことにより、ホール
素子Ｐ₁〜Ｐ₃に流れていた無駄な電流をなくすことがで
き、その分消費電力が低減される。

一方、上記イネーブル信号Ｖ_Ｅがローレベルのときイネ
ーブル回路２の出力レベルはハイレベルになり、アンド
回路３の１つの入力端子がハイレベルになる。これが一
種のトリガとなって振幅制御回路１２に制御信号Ｖｏが
供給されるようになる。そして、上記スイッチ回路１が
閉状態（導通状態）になり、ホール素子Ｐ₁〜Ｐ₃を流れ
る電流がインジェクション電流としてＩＩＬで構成され
たディスクリミネータ回路６に供給される。

４は、モータの回転速度に対応して変化する周波数信号
Ｖｆを得る周波数発電器である。この周波数信号Ｖｆ
は、増幅器Ａ₅によって増幅され、次段のゼロクロスデ
テクター５に供給される。ゼロクロスデテクター５は、
上記周波数信号Ｖｆのゼロクロス位置を検出して、ディ
スクリミネータ回路６に供給し、次に述べる基準周波数
信号Ｆｓとの周波数比較を正確に行うように設けられて
いる。

水晶発振子７，発振回路８は、上記基準周波数信号Ｆｓ
（以下、基準信号という）を得るものであり、分周回路
９は上記基準信号Ｆｓを分周し、モータの回転速度を所
望の回転数に切り換えるために設けられている。なお、
上記分周動作は、１３番端子から供給される分周信号Ｄ
ｓによって制御される。

ディスクリミネータ回路６は、上記基準信号Ｆｓと周波
数信号Ｖｆとの周波数比較を行い、両者の周波数差に対
応して周波数変化するパルス信号Ｐｖを抵抗Ｒ₂を介し
て積分回路２１に供給する。

積分回路２１は、演算増幅器２２と外付け抵抗Ｒ₃，コ
ンデンサＣ₁，Ｃ₂によって構成され、上記パルス信号Ｐ
ｖの周波数に対応してレベル変化する電圧信号Ｖｖを得
る。従って、モータの回転数が変動して周波数信号Ｖｆ
が変化した場合は、パルス信号Ｐｖの周波数が変化して
電圧信号Ｖｖのレベルも変化することになる。

基準電圧回路２３は、基準電圧Ｖrefを発生し、増幅器
２２および増幅器２４に基準電圧Ｖrefを供給する。

増幅器２４は、上記基準電圧Ｖrefと電圧信号Ｖｖとの
電圧比較を行い、モータの回転速度を制御するための制
御信号Ｖｏを得る。この制御信号Ｖｏはアンド回路３を
介して上記振幅制御回路１２に供給され、前述した如き
制御が行われる。

なお、検出回路２６は、電源電圧Ｖｃｃの変動、温度変
化を検出してモータを一時的に停止させるものであり、
定常状態では出力レベルは１であるが、上記電源電圧の
不所望な変動時には０レベルに変化し、振幅制御回路１
２への制御信号Ｖｏの供給を阻止する。

以上の如く、本発明を適用したモータ制御回路では、モ
ータ駆動時にホール素子Ｐ₁〜Ｐ₃に所定の電流を流し、
モータ駆動時以外では電流阻止を行うことになり得るの
で、消費電力を大幅に低減し得る。従って、本発明は電
池を電源とする電子機器、例えば自動車用のテープレコ
ーダにおけるテープ駆動モータの制御などに好適であ
る。

なお、以上の説明はモータ制御装置の全体の説明であ
り、上記装置におけるイネーブル回路２、スイッチ回路
１の詳細は、以下に第２図を参照して説明する。

本実施例の特徴は、上記インジェクション電流をイネー
ブル信号によって遮断し得るとともに、低消費電力化を
可能にしたことである。

第２図の回路において、イネーブル信号Ｖ_Ｅがハイレベ
ルのときｐｎｐトランジスタＱ₁はこれに応じてオフと
なり、それ自身には電流が流れない。ｐｎｐトランジス
タＱ₂は、カレントミラー回路を構成しており、イネー
ブル信号Ｖ_ＥがハイレベルのときにはトランジスタＱ₅
とともに次のような動作状態に置かれる。

すなわち、上記トランジスタＱ₁がオフ状態であること
によって、トランジスタＱ₂にある２つのコレクタのう
ち１方のコレクタからダイオード接続のトランジスタＱ
₃，Ｑ₄を介して、トランジスタＱ₅のベースに電流が供
給されるようになる。これにより、上記トランジスタＱ
₅はオン状態にされていることになる。一方、上記トラ
ンジスタＱ₂は、その他方のコレクタとベースとが共通
接続されかつ抵抗Ｒ₁₁を介してトランジスタＱ₅のコレ
クタに接続されているので、上記オン状態のトランジス
タＱ₅によってＱ₂のベースバイアス電流が与えられるこ
とになる。

このように、トランジスタＱ₅のコレクタ電流によって
トランジスタＱ₂がバイアスされ、トランジスタＱ₂のコ
レクタ電流によってトランジスタＱ₅がバイアスされ
る。この時、トランジスタＱ₅は、そのコレクタ電流に
実質的に等しいような値のベース電流をカレントミラー
回路をなすトランジスタＱ₂から受けることになるの
で、強いオン状態にされる。この状態において、トラン
ジスタＱ₂，Ｑ₅に流れる電流は、抵抗Ｒ₁₁によって制限
される値をとることになる。後の説明から明らかなよう
に、抵抗Ｒ₁₁はイネーブル信号Ｖ_Ｅがローレベルにされ
たときトランジスタＱ₆へのベース電流供給経路を構成
するものであり、トランジスタＱ₆にとって必要とされ
るベース電流値を確保できる程度の比較的高い抵抗値と
されて良いものである。従って、イネーブル信号Ｖ_Ｅが
ハイレベルにされているときにトランジスタＱ₂，Ｑ₅に
流れる電流は小さい値で済むことになる。

このようにイネーブル信号Ｖ_Ｅがハイレベルにされてい
るときにおいては、トランジスタＱ₅のオン状態に対応
してトランジスタＱ₆はオフ状態に維持されることにな
る。

従って、次段のトランジスタＱ₇，Ｑ₈もオフ状態にな
り、バイアス回路３１に電源電圧Ｖｃｃが供給されなく
なり、トランジスタＱ₁₁〜Ｑ₁₄がすべてオフになる。そ
の結果、ホール阻止Ｐ₁〜Ｐ₃から流れ込む電流は、実質
的にスイッチ回路として動作するトランジスタＱ₁₄がオ
フであるから遮断状態とされ、ディスクリミネータ回路
６にインジェクション電流が供給されないことになる。

すなわち、イネーブル信号Ｖ_Ｅがハイレベルにされてい
るときには、ディスクリミネータ回路６にインジェクシ
ョン電流が流れず、僅かにトランジスタＱ₅のベース電
流が流れるのみであり、消費電力が極めて少ない。

次に、イネーブル信号Ｖ_Ｅがローレベルのときの第２図
の回路の動作を説明する。

この場合、トランジスタＱ₁がイネーブル信号Ｖ_Ｅのロ
ーレベルによってオン状態にされ、強引な電流の吸い込
みが行われる。一方、トランジスタＱ₁のエミッタは、
ＧＮＤ（回路のアース電位）からみて３Ｖｆに保持され
ていたものが、３Ｖｆ以下に低下してトランジスタＱ₅
をオフする。すると抵抗Ｒ₁₁を介してトランジスタＱ₆
にベース電流が供給されてトランジスタＱ₆がオン状態
になる。なお、ＶｆはトランジスタＱ₃，Ｑ₄，Ｑ₅のベ
ース・エミッタ間順方向電圧である。

そして、トランジスタＱ₇，Ｑ₈がオンになり、抵抗Ｒ₁₂
を介してバイアス回路３１に電源が供給される。その結
果、ツェナーダイオードＤＺで得られるツェナー電圧Ｖ
ｚｄ＋２Ｖｆのバイアス電圧がトランジスタＱ₁₁に供給
され、これがオン状態になる。

これによって、トランジスタＱ₁₂，Ｑ₁₁，抵抗Ｒ₁₃に電
流が流れ、トランジスタＱ₁₃を介してトランジスタＱ₁₄
にベース電流が供給される。すると、トランジスタＱ₁₄
がオン状態になり抵抗Ｒ₁₄、トランジスタＱ₁₄を介して
ホール素子Ｐ₁〜Ｐ₃からの電流がディスクリミネータ回
路６にインジェクション電流として流されるようにな
る。

なお、７番端子がオープン状態の場合、或いは電源電圧
Ｖｃｃが低下したときは、トランジスタＱ₅のコレクタ
電流とベース電流とを、抵抗Ｒ₁₁によって一定の関係に
し得るので、図２の制御回路は誤動作しない。

［効果］ （１）制御信号によってスイッチ制御される第１のトラ
ンジスタ（Ｑ₁）を設けるとともに、かかる第１のトラ
ンジスタ（Ｑ₁）によってスイッチ制御される第２のト
ランジスタ（Ｑ₅）を設け、かかる第２のトランジスタ
（Ｑ₅）のベース電流とコレクタ電流との関係をカレン
トミラー回路によって所定の関係に維持するようにした
ので、電源電圧の減少等にかかわらず第２のトランジス
タ（Ｑ₅）を誤動作しにくいものとすることができる。

（２）上記第２のトランジスタ（Ｑ₅）の後に更にこの
第２のトランジスタ（Ｑ₅）によってスイッチ制御され
る第３のトランジスタ（Ｑ₆）を設けるようにしたの
で、上記第１、第２のトランジスタおよびカレントミラ
ー回路からなる回路の動作電流を、かかる第３のトラン
ジスタ（Ｑ₆）にベース電流を供給するに足る程度の小
さな値にすることができ、これにより制御回路自身の消
費電力を小さいものとすることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、実施例ではイネーブル信号がローレベルのとき
にモータの駆動が行われるようにしているが、イネーブ
ル信号がハイレベルのときにモータの駆動が行われるよ
うに制御回路を構成しても良い。

また、モータは３相モータに限定されず、更に多相のモ
ータの制御も行うことができる。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるモータ制御回路に適
用した場合について説明したが、それに限定されるもの
でなく、ＩＩＬ回路を含むリニア回路全般に広く利用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御回路を適用して好適なモータ
制御装置の一実施例を示す回路図、 第２図は本発明に係る制御回路の一例としてモータ制御
装置におけるイネーブル回路を示す回路図である。 Ｐ₁〜Ｐ₃……ホール素子、Ｕ，Ｖ，Ｗ……位置検出信
号、Ｖｏ……制御信号、Ｖ_Ｅ……イネーブル信号、ｌ₁
……ライン、１……スイッチ回路、２……イネーブル回
路、Ｑ₁……第１トランジスタ、Ｑ₂……第２トランジス
タ、Ｑ₅……第３トランジスタ、Ｑ₆……第４トランジス
タ、Ｑ₇……第５トランジスタ、Ｑ₈……第６トランジス
タ、Ｑ₁₄……第７トランジスタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースが制御信号入力端子に結合されコレ
   クタが基準電位点に接続された第１導電型の第１トラン
   ジスタと、 カレントミラー回路を構成する第１導電型の第２トラン
   ジスタであってそのエミッタが電源端子に結合され、そ
   の第１コレクタが上記第１トランジスタのエミッタに結
   合されかつそのベースと第２コレクタとが共通接続され
   てなる第２トランジスタと、 エミッタが基準電位点に結合されてなる第２導電型の第
   ３トランジスタと、 上記第２トランジスタの第１コレクタから供給されるコ
   レクタ電流に対して順方向となる方向をもって上記第１
   トランジスタのエミッタと上記第３トランジスタのベー
   スとの間に設けられたダイオード手段と、 上記第２トランジスタのベースおよび第２コレクタと上
   記第３トランジスタのコレクタとの間に設けられた抵抗
   素子と、 ベースが上記第３トランジスタのコレクタに結合されエ
   ミッタが基準電位点に結合されてなる第２導電型の第４
   トランジスタと、 上記第４トランジスタのコレクタ電流によって動作制御
   されるスイッチ手段と、 を備えてなることを特徴とする制御回路。
2. 【請求項２】上記スイッチ手段は、 エミッタが電源端子に結合されベースが上記第４トラン
   ジスタのコレクタに結合されてなる第１導電型の第５ト
   ランジスタと、 コレクタが電源端子に結合されベースが上記第５トラン
   ジスタのコレクタに結合されてなる第２導電型の第６ト
   ランジスタと、 上記第６トランジスタのエミッタと基準電位点との間に
   設けられ上記第６トランジスタののエミッタから供給さ
   れる電圧によって動作されてバイアス電圧を形成するバ
   イアス回路と、 上記バイアス回路の出力によってその動作状態が制御さ
   れる第７トランジスタと、 を備えてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の制御回路。